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多数发动机为什么都采用水冷系统?

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多数发动机为什么都采用水冷系统?

发布日期:2019-11-16 作者: 点击:

发动机的水冷系统也是一个散热循环的过程,不过需要組合的零件就比风冷系统复杂的多了,包括水箱(散热器)、风扇、水泵、节温器、副水箱、水管、汽缸水套。首先,由引擎的正时皮带来带动水泵运转,将冷却水送往发动机缸体后,就开始在汽缸周围的水套(即铸造而成的流水通道)里流动。接着,吸收发动机热能后的冷却水上升到汽缸盖的水套,透过节温器的开启返回水箱进行降温,最后回流到水泵,整个散热循环过程就算完成。

水冷系统

在散热过里的节温器,就是调节水温的零件,引擎能不能维持正常的工作温度都要靠它。那什么是工作温度?简单来说就是引擎发挥最佳燃烧效率时需要的温度,就好像电脑过热就会死机,需要被控制在最佳温度的一样道理,但这个工作温度会因不同车辆的设计而有所不同,比如说日系车控制在90℃左右,而欧美车则控制在100℃上下。

因此发动机刚开始工作时,节温器就像一个阀门,阻挡冷却水回流到水箱,让冷却水在发动机缸体内循环以快速达到工作温度,目的是缩短热车的时间和防止发动机过冷而耗掉更多的燃料。当冷却水升温到80℃后,节温器内的弹簧弹力逐渐放松,阀门就被打开,让水套里的热水流向水箱,这时水箱风扇自动开启将热水快速散热(行驶中的气流也能帮助散热),待水回流到水箱后再被水泵送回发动机。这样的水冷循环效率很稳定,适合大压缩比且输出动力大的多缸发动机,不过多少会消耗掉一些发动机的动力。

控制发动机的水温不能只靠节温器。虽然节温器能放掉高温状态的冷却水来防止发动机过热,但经过一段时间的循环,发动机缸体内的水会跟水箱水的温度近乎相同,加上工作中的发动机温度一直上升,冷却水就不能有效的降溫,因此需要水箱风扇来帮助水箱散热。

事实上,水箱不是一个储水的装置,它只是类似蜂窝造型的散热零件,里面布满多层的隔板薄片(散热芯片),当热水在通道里往下流动时,空气经过这些薄片能带走水的热能,理论上薄片面积越大,散热效率越高,但发动机室空间有限,水箱的设计尺寸不能太大的情況下,水箱中装置的两个风扇能在极短时间内让冷却水降温7-10℃,这样水泵送回发动机水套的冷却水能够继续吸收热能。

至于风扇会根据水温而开启,像感应器测得水温超过90℃时就会启动风扇,待降温10℃左右后就不让风扇的马达通电,这样能減少消耗发动机动力,而且刚熄火的发动机仍处于高温,电子风扇能持续运转降温,直到冷却水低于设定的低温为止。

事实上,水冷系统是密闭的回路,当高温的冷却水流过水箱时的压力很大,如果沒有适当的泄掉高压,水管很可能会变形甚至爆裂,这时候就要额外设置空间来容纳热胀冷缩的冷却水,也就是副水箱。当水温过高,副水箱就接收体积膨胀而多出来的水,待水温较低时,还可以供应体积缩小后水箱需要的水量。这样的调节功能是透过水箱盖里的双向阀门涉及,管路的高水压会推开向外的阀门并流向副水箱,当水压变低时,水箱管路内的低压会吸开向内的阀门,让冷却水流回水箱,管路的压力就能控制在设定的数值范围内。

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