「水泵」引擎之水泵均採用離心式水泵,由泵體、葉片、水泵軸、水封 等所組長,如【圖 2-3】所示,水泵之葉片有放射型及漩渦型兩種,如【圖 2-4】所示。水泵軸與風扇皮帶裝在一起,由引擎曲軸皮帶盤驅動。水泵將 自水箱來的冷卻水,或從汽缸體經旁通道來的冷卻水,壓入汽缸水套中,
強制冷卻水循環作用,以材質分類有鑄鐵、鋁、塑膠,目前部份新式車輛 均採用塑膠水泵葉片,藉以節能省碳。。
「風扇」裝在水泵皮帶盤前端,或電動風扇裝在水箱上。舊式車輛採用 曲軸皮帶盤直接傳動,這使得車輛不論是否需要散熱,風扇均在運轉,非 常浪費動力。而後期改為「矽油離合器風扇」,可讓風扇在低溫時,運動速 度變慢,而高溫時因矽油受熱膨漲使風扇離合器接合,風扇開始轉動散熱。
現代新式車輛均使用電動風扇,風扇由車輛電腦依照冷卻水溫度決定是否 運轉及決定風扇轉速高低。風扇改良的部份不只是單單只有控制與風扇轉 速之提高,連同風扇葉片之角度都由電腦輔助設計,以求得最大風速、風 量及降低風扇運轉音、使風扇轉速可以提高。風扇材質也由以前的鐵製品
改為塑膠射出成型製品,以減少風扇之重量,但相對的缺點為塑膠風扇常 因引擎室之高溫,而使塑膠風扇產生龜裂破損。為使水箱四周獲得良好冷 卻,並提高風扇效率,現代車輛均裝用風扇罩。如【圖 2-5】所示。
當汽車輕負載、高速行駛時(60Km/hr),以自然通風量對水箱冷卻即 可,但此時傳統式風扇仍轉得很快,不僅損失引擎動力,且使風扇產生很 大噪音,故新式引擎裝有風扇傳動控制裝置,或採用電動風扇。現今新型 汽油噴射引擎車輛大多已採用電腦控制式風扇,電動風扇的 OFF、低速運 轉及高速運轉等,均由電腦控制,可減少風扇的振動及噪音,及保持一定 的工作溫度,並有失效-安全(fail-safe)之功能,可避免因水溫感知器故障,
而導致引擎過熱受損。
「水箱蓋」現代汽車引擎所使用之水箱蓋均為壓力式,以提高冷卻水之 沸點,使冷卻水不易沸騰,同時可以提高水箱內之冷卻水與空氣之溫度差,
提高冷卻效率,並且可以減少冷卻水的流失,以免日常保養之麻煩。壓力 式水箱蓋所增加之壓力為錶壓力 0.5~0.9kg/cm2,可使冷卻水之沸點提高至 110~130℃。其構造如【圖 2-6】所示。當水箱內壓力大於規定值時,壓力 閥打開,高壓蒸氣及冷卻水由溢流管流出,或進入貯存箱(副水箱)。當引 擎停止,冷卻水溫度降低,體積收縮後,水箱內之壓力會低於大氣壓力,
此時真空閥打開,使空氣或貯存箱(副水箱)中之冷卻水流入水箱內,以 防止水箱或水管塌陷,並保持冷卻水量。
「節溫器」要使引擎保持最佳效率,延長引擎使用壽命,冷卻水之溫 度最好保持在 80~90℃之間,引擎溫度太低時,燃料消耗率增加,且引擎易 磨損。節溫器之作用即使引擎依冷卻水溫度來決定「小循環」、「大循環」。
就是冷卻水溫度太低時,不要流到水箱,只有在引擎水套內循環,使冾卻 水溫度很快上升到正常的工作溫度。當冷卻水溫度低時,節溫器關閉,冷 卻水只在引擎水套與水泵間循環,稱為小循環。如【圖 2-7】所示。
當冷卻水溫度達到規定溫度以上時,節溫器打開,冷卻水從引擎水套出來,
經水箱冷卻後流回水泵,再打入引擎水套,稱為大循環,如【圖 2-8】所示。
「節溫器鉤閥」為防止引擎水套循環系統內有空氣存留,影響冷卻效 果,節溫器上有鉤閥,以排除空氣,如【圖 2-9】所示。作動如【圖 2-10】
所示。
「冷卻液」,水冷式引擎最並遍使用之冷卻液為水,因其價廉取用方便,
但需要為清潔之軟水才可,如水中含有鐵、鹽、硫化物等雜質,會使整冷 卻系統發生腐蝕或積垢,影響冷卻效果。水之準點又剛好在引擎工作溫度 之上,但水之冰點為 0℃,在寒冷地區,引擎停止時,水會結冰膨脹,使引 擎卡死無法發動,嚴重時可能使引擎本體或冷卻系統故障,因此在寒冷地 區,應加入防凍劑。通常在水箱中必須加入水箱精,而構成所謂的冷卻液。
因為純水的沸點為 100℃,而低於 0℃就會結冰變為固態,水箱精的作用就 是將沸點提昇 (約 105℃至 115℃) 並且降低冷凍點,且需防止水箱及引擎
水道生鏽。而近年來也由於冷卻系統管路的重新設計,大都採用高壓式水 道設計,藉此來升高冷卻液的沸點(可達 130℃以上)。冷卻液因為添加了 水箱精的緣故,是利用化學變化來達到抗凍、高沸點、防鏽功能,當時間 到達一定的範圍,因化學變化的物質將失去原有的標準功能,故基本上每 年都需更換一次引擎冷卻液,且順便檢查所有的冷卻機件是否正常,在更 換完冷卻液、重新添加水箱精時,千萬要注意水箱精濃度及比例的多寡!
通常是利用比重計和液體濃度規來偵測,在專用儀器上務必達到抗凍能力 在-30℃的規範,也就是說必須達到-30℃的規格時,水箱精的濃度比例才算 標準,正常水與水箱精的比例約為 30%~60%,而台灣地區正常建議 30%即 可,若是要有較為良好之散熱能力,正常建議水與水箱精各 50%之散熱性 能最佳。一般水箱精防凍劑皆採用乙烯乙二醇(又名甘醇)為冷卻液,其 優點為沸點較水為高,不易蒸發,冷卻效果較好。且還會在乙烯乙二醇之 中加防鏽、潤滑、防止氣泡等添加劑,用以保護引擎冷卻系統。乙烯乙二 醇密度大於水,而比熱及導熱度均不如水,與水溫合之比例過高時,其熱 傳導系數會越低,亦即不利於散熱,所以在台灣地區,水與水箱精別超過 50%的比例即可。
【表 2-1】-引擎規格
項目 規格
引擎總排氣量 1198 ㏄
缸徑 74.5mm
行程 68.7mm
壓縮比 9.5
冷卻系統 水冷式強制循環
水泵型式 離心葉輪式
節溫器開啟溫度 79℃~85℃
節溫器全開溫度 96℃
節溫器升程 11mm 壓力式水箱蓋 0.9 ㎏/㎝ 2
資料來源:中華汽車
【圖 2-1】上下流動式水箱 來源:全華圖書
【圖 2-2】橫流式水箱 來源:全華圖書
【圖 2-3】水泵構造 來源:全華圖書
【圖 2-4】水泵葉片型式 來源:全華圖書
【圖 2-5】水箱風扇罩 來源:全華圖書
【圖 2-6】水箱蓋構造 來源:全華圖書
【圖 2-7】引擎冷卻水-小循環 來源:全華圖書
【圖 2-8】引擎冷卻水-大循環 來源:全華圖書
【圖 2-9】節溫器及鉤閥 來源:全華、科友
【圖 2-10】節溫器鉤閥作動示意圖 來源:全華圖書
第三章理論 W/m。K 定義:維持單位梯度(ΔL/ΔT)時,在單位時間(t)內流經物體單位 橫截面積(A)的熱量(Q)稱為該材料的熱傳導率。