汽車冷卻系統(tǒng)工作原理

        雖然汽油發(fā)動機已進行了大量改進，但是在將化學能轉(zhuǎn)換成機械能的過程中，汽油發(fā)動機的效率仍然不高。汽油中的大部分能量（約70%）被轉(zhuǎn)換成熱量，而散發(fā)這些熱量則是汽車冷卻系統(tǒng)的任務(wù)。 事實上，一輛在高速公路上行駛的汽車，其冷卻系統(tǒng)所散失的熱量足以供兩個普通房屋取暖！冷卻系統(tǒng)的主要工作是將熱量散發(fā)到空氣中以防止發(fā)動機過熱，但冷卻系統(tǒng)還有其他重要作用。

        汽車中的發(fā)動機在適當?shù)母邷貭顟B(tài)下運行狀況最好。如果發(fā)動機變冷，就會加快組件的磨損，從而使發(fā)動機效率降低并且排放出更多污染物。 因此，冷卻系統(tǒng)的另一重要作用是使發(fā)動機盡快升溫，并使其保持恒溫。

冷卻系統(tǒng)的圖解：管道系統(tǒng)是如何連接的

        汽車冷卻系統(tǒng)分為兩種類型： 液冷和風冷。

       液冷

        液冷汽車的冷卻系統(tǒng)通過發(fā)動機中的管道和通路進行液體的循環(huán)。 當液體流經(jīng)高溫發(fā)動機時會吸收熱量，從而降低發(fā)動機的溫度。 液體流過發(fā)動機后，轉(zhuǎn)而流向熱交換器（或散熱器），液體中的熱量通過熱交換器散發(fā)到空氣中。

       風冷

        某些早期的汽車采用風冷技術(shù)，但現(xiàn)代的汽車幾乎不使用這種方法了。 這種冷卻方法不是在發(fā)動機中進行液體循環(huán)，而是通過發(fā)動機缸體表面附著的鋁片對氣缸進行散熱。 一個功率強大的風扇向這些鋁片吹風，使其向空氣中散熱，從而達到冷卻發(fā)動機的目的。

       泵將液體輸送至發(fā)動機缸體后，液體便開始在氣缸周圍的發(fā)動機通道里流動。接著，液體又通過發(fā)動機的氣缸蓋返回。 恒溫器位于液體流出發(fā)動機的位置。 如果恒溫器關(guān)閉，則液體將經(jīng)過恒溫器周圍的管道直接流回到泵。 如果恒溫器打開，液體將首先流入散熱器，然后再流回泵。

        加熱系統(tǒng)也有一個單獨的循環(huán)過程。 該循環(huán)從氣缸蓋開始輸送液體，使其流經(jīng)加熱器風箱，然后又流回泵。

         對于配備有自動變速器的汽車，通常會有一個獨立的循環(huán)過程來冷卻內(nèi)置于散熱器的變速器油液。變速器油液由變速器通過散熱器內(nèi)另一個熱交換器抽吸得到。

        汽車可以在遠低于零攝氏度到遠高于38℃的寬泛溫度范圍內(nèi)工作。因此，不管使用何種液體對發(fā)動機進行降溫，其必須具有非常低的凝固點、很高的沸點以及能吸收大量熱量。

        水是吸收熱量的最有效的液體之一，但水的凝固點太高，不適用于汽車發(fā)動機。 大多數(shù)汽車使用的液體是水和乙二烯乙二醇的混合液 (C₂H₆O₂)，也稱為防凍液。通過將乙二烯乙二醇添加到水中，可以顯著提高沸點、降低凝固點。

         冷卻液的溫度有時可以達到121-135℃。即使添加了乙烯乙二醇，這么高的溫度仍然會使冷卻液沸騰，所以需要使用其他的方法提高冷卻液的沸點。

        冷卻系統(tǒng)通過施加壓力可以進一步提高冷卻液的沸點。 正如高壓鍋中的水可以達到較高沸點一樣，通過對系統(tǒng)加壓可以提高冷卻液的沸點。 大多數(shù)汽車都具有0.98-1.05千克/平方厘米的壓力限制，這可將沸點提高25℃，以便使冷卻液可以承受高溫。

        水泵是由連接發(fā)動機曲軸的皮帶驅(qū)動的簡易離心泵。 每當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，水泵就會使液體進行循環(huán)。

        水泵運轉(zhuǎn)時通過離心力將液體輸送到外面，并從中部持續(xù)抽吸液體。 泵的入口位于離中心較近的位置，因此從散熱器返回的液體可以接觸到泵葉片。 泵葉片將液體送至泵的外部，液體由這里進入發(fā)動機。

      從泵流出的液體首先流經(jīng)發(fā)動機缸體和氣缸蓋，然后流入散熱器，最后返回到泵。

發(fā)動機缸體和氣缸蓋具有許多通過鑄造或機械加工而成的通道，以便于液體流動。 這些通道可以將冷卻液輸送到發(fā)動機的關(guān)鍵部位。

請注意，氣缸的外壁很薄，并且發(fā)動機缸體幾乎是空心的。

        發(fā)動機燃燒室的溫度可達2500℃，因此冷卻氣缸周圍的區(qū)域非常重要。排氣閥周圍的區(qū)域尤其非常重要，閥周圍的氣缸蓋內(nèi)的所有空間（不屬于結(jié)構(gòu)中的部分）幾乎都充滿了冷卻液。 如果發(fā)動機運行時間太長而不冷卻，發(fā)動機將熄火。在這種情況下，金屬的溫度幾乎可以將活塞與氣缸焊接到一起。 這通常會導(dǎo)致發(fā)動機徹底報廢。

發(fā)動機蓋也具有較大的冷卻液通道。

        要減小對冷卻系統(tǒng)的要求，一個有趣的方法是，減少從燃燒室傳輸?shù)桨l(fā)動機金屬零件的熱量。 通過將氣缸蓋頂部的內(nèi)側(cè)鍍上一層很薄的陶瓷，就可以達到這個目的。 陶瓷的導(dǎo)熱性較弱，因此傳導(dǎo)至金屬的熱量就會減少，排放出的熱量將會增多。
          散熱器是一種熱交換器。它用來將熱冷卻液攜帶的熱量通過風扇傳導(dǎo)到其周圍的空氣中。

        大多數(shù)現(xiàn)代化汽車都使用鋁散熱器。這些散熱器通過將薄鋁片銅焊到扁平的鋁管而制成。冷卻液通過并排安裝的管道從入口處流至出口處。這些鋁片從管道傳導(dǎo)熱量，并通過散熱器將熱量散發(fā)到空氣中。

        有時，這些管道中插入一種稱為湍流器的散熱片，可以增加管道中流動液體的湍流。 如果這些管道當中液體的流動很平穩(wěn)，則只會直接冷卻與管道接觸的液體。從管道中流動的液體傳導(dǎo)至管道熱量的多少取決于管道和接觸管道的液體之間的溫度差異。因此，如果與管道接觸的液體得到快速冷卻，那么傳輸?shù)臒崃繒容^少。通過在管道內(nèi)制造湍流，混合所有液體，將與管道接觸的液體保持高溫以吸收更多熱量，從而使管道內(nèi)的全部液體得到有效地利用。

散熱器圖片：裝有冷卻器的側(cè)箱

        通常散熱器每側(cè)各有一個油箱，每個油箱中都會有一個變速器冷卻器。 在上圖中，可以看到油液從變速器進入冷卻器的入口和出口。 變速器冷卻器跟散熱器內(nèi)的散熱器很相似，不同的只是油液不是與空氣交換熱量，而是與散熱器當中的冷卻液交換熱量。

        壓力水箱蓋可以將冷卻液的沸點提高25℃。一個簡單的蓋子怎么會有這么大的作用呢？ 與高壓鍋中提高水的沸點的原理相同。壓力水箱蓋本身就是一個壓力釋放閥，汽車中通常設(shè)置的壓力為1.05千克/平方厘米。將水加壓后，水的沸點就會升高。

        冷卻系統(tǒng)中液體的溫度升高時，液體發(fā)生膨脹，導(dǎo)致壓力增加。 壓力水箱蓋是釋放壓力的唯一出口，因此蓋子上彈簧的設(shè)置決定了冷卻系統(tǒng)的最大壓力。當壓力達到1.05千克/平方厘米時，壓力閥會被沖開，使冷卻液從冷卻系統(tǒng)中流出。 冷卻液經(jīng)溢流管進入溢流箱的底部。該裝置將空氣阻隔在系統(tǒng)之外。 散熱器冷卻時，冷卻系統(tǒng)中便形成真空，這將打開另一個彈簧負荷閥，然后再從溢流箱底部重新吸水以填補已排出的水。

        恒溫器的主要作用是使發(fā)動機快速升溫，并保持恒溫。 它是通過調(diào)節(jié)流經(jīng)散熱器的水量而實現(xiàn)的。 在低溫情況下，散熱器的出口將完全被阻塞，即所有的冷卻液經(jīng)由發(fā)動機進行再次循環(huán)。

        冷卻液的溫度一旦升高到82-91℃之間，恒溫器便會打開，從而使液體流經(jīng)散熱器。 當冷卻液的溫度達到93-103℃時，恒溫器將一直保持打開狀態(tài)。

恒溫器的打開和關(guān)閉位置

          如果有機會對恒溫器進行測試，您會發(fā)現(xiàn)它簡直不可思議。 您可以將一個恒溫器放入坐在爐子上的沸水壺中。 恒溫器受熱后，其控制閥會開啟約2.5厘米。

        恒溫器的秘密就在位于恒溫器的發(fā)動機側(cè)的小氣缸中。氣缸充滿了蠟，這些蠟在82℃左右開始融化（不同的恒溫器會在不同的溫度打開，但82℃較為普遍）。 控制閥的連桿壓入這些蠟中。蠟在融化時顯著膨脹，并將連桿從氣缸中推出從而打開控制閥。 如果您閱讀了溫度計工作原理并且用瓶子和吸管做過試驗，則在操作中會看到這一過程——蠟只膨脹了一點，因為它在受熱膨脹后從固態(tài)變成了液態(tài)。

        溫室氣體通風孔和天窗所用的自動開啟裝置中也采用了與上述同樣的技術(shù)。

        與恒溫器類似，必須對冷卻風扇加以控制以使發(fā)動機保持恒溫。

        前輪驅(qū)動汽車裝有電扇，因為發(fā)動機通常橫向安裝，即發(fā)動機的輸出朝向汽車的一側(cè)。 風扇可以通過恒溫開關(guān)或發(fā)動機計算機進行控制，這些風扇將在溫度升高到超過設(shè)定點時打開。 當溫度降到低于設(shè)定點時，這些風扇將會關(guān)閉。

冷卻風扇

        配備縱向發(fā)動機的后輪驅(qū)動汽車通常裝有發(fā)動機驅(qū)動冷卻風扇。 這些風扇具有恒溫控制粘性離合器。 該離合器位于風扇的中心，被散熱器流出的氣流所包圍。 這類特殊的粘性離合器有時更像是全輪驅(qū)動汽車的粘性耦合器。
 您可能聽說過這一建議，當汽車過熱時，打開所有車窗，并且在全速運轉(zhuǎn)風扇時運行加熱器。這是因為加熱系統(tǒng)實際上是一個二級冷卻系統(tǒng)，可以反映汽車上主冷卻系統(tǒng)的情況。

加熱器管道系統(tǒng)

         位于汽車儀表板的暖氣風箱實際上是一種小型散熱器。 該加熱器風扇使空氣流過暖氣風箱，然后再進入汽車的乘客艙。

加熱器風箱類似于一種小型散熱器。

         加熱器風箱從氣缸蓋吸取出熱的冷卻液，然后又使其重新流回泵中，因此，加熱器在恒溫器打開或關(guān)閉時均可以運行。