发动机冷却系统(水冷)
随着发动机更紧凑的设计和更高的比功率，发动机产生的废热密度也明显增加。一些关键区域，如排气门周围的散热需要优先考虑，即使冷却系统的小故障也可能在这些区域产生灾难性的后果。发动机冷却系统的冷却能力一般应能满足发动机满负荷时的冷却需求，因为此时发动机产生的热量最多。但是，在部分负荷下，冷却系统会失去动力，水泵提供的冷却液流量超过所需流量。我们希望发动机的冷起动时间尽可能短。因为发动机怠速时排放的污染物多，油耗也高。冷却系统的结构对发动机的冷起动时间有很大的影响。
2现代发动机冷却系统的特点
传统冷却系统的作用是可靠地保护发动机，但它还应该具有提高燃油经济性和减少排放的功能。因此，现代冷却系统应综合考虑以下因素:(1)发动机内部的摩擦损失；冷却系统水泵的功率；燃烧边界条件，例如燃烧室温度、充气密度和充气温度。
先进的冷却系统采用系统化、模块化的设计方法，将各个影响因素作为一个整体来考虑，使冷却系统既能保证发动机的正常运转，又能提高发动机的效率，降低排放。
2.1温度设定点
发动机工作温度的极限值取决于排气阀周围区域的最高温度。理想的情况是根据金属温度而不是冷却液温度来控制冷却系统，从而更好地保护发动机。由于冷却系统设定的冷却温度是基于满负荷时的最大散热率，所以发动机和冷却系统在部分负荷时处于不理想的状态，比如在市区行驶，低速行驶，会产生较高的油耗和排放。
通过改变冷却液温度设定点，可以改善发动机和冷却系统在部分负荷下的性能。根据排气阀周围区域的温度限制，可以升高或降低冷却液或金属的温度设定值。升高或降低温度的点有其自身的特点，这取决于预期的目的。
2.2提高温度设定值
提高工作温度设定点是一种流行的方法。提高温度有很多好处，直接影响发动机的损失、冷却系统的效果和发动机排放的形成。提高工作温度会提高机油温度，减少发动机摩擦磨损，降低发动机油耗。
研究表明，发动机工作温度对摩擦损失影响很大。冷却液排出温度提高到150℃，气缸温度提高到195℃，油耗降低4%-6%。如果冷却液温度保持在90-115℃范围内，机油最高温度为140℃，则在部分负荷下，燃油消耗将降低10%。
提高工作温度也明显影响冷却系统的效率。提高冷却液或金属的温度，会改善发动机与冷却气体之间的传热效果，降低冷却液的流量和水泵的额定功率，从而降低发动机的功耗。此外，可以采用不同的方式来进一步降低冷却剂的流速。
2.3降低温度设定点
降低冷却系统的工作温度，可以提高发动机的充气效率，降低进气温度。这有利于燃烧过程、燃料效率和排放。降低温度设定点可以节省发动机的运行成本，提高部件的使用寿命。
研究表明，如果气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3℃A而不发生爆震，充气效率可提高2%，发动机工作特性得到改善，有助于优化压缩比和参数选择，获得更好的燃油效率和排放性能。
2.4精密冷却系统
精确冷却系统主要体现在冷却水套的结构设计和冷却液流量的设计上。在精密冷却系统中，在热临界区域，例如排气阀周围，冷却剂具有大的流量、高的传热效率和小的冷却剂温度梯度变化。这种效果来自于在这些地方减少冷却剂通道的横截面，增加流量和减少流量。
精确冷却系统设计的关键是确定冷却水套的尺寸和选择匹配的冷却水泵，以保证系统的冷却能力能满足低速重载时关键区域的工作温度要求。
发动机冷却液流量的变化范围相当大，从怠速时的1 m/s到最大功率时的5 m/s。因此，冷却水套和冷却系统应作为一个整体来考虑，相辅相成，充分发挥其潜力。
研究表明，采用精密冷却系统，在发动机整个工作转速范围内，冷却液流量可减少40%。气缸盖上冷却水套的精确设计，可使普通冷却通道的流速从1.4m/s提高到4m/s，大大改善气缸盖的传热，使气缸盖金属温度降低到60℃。
2.5分流冷却系统
分流冷却系统是另一种冷却系统。在这种冷却系统中，气缸盖和气缸体由它们自己的液体流动回路冷却，气缸盖和气缸体具有不同的温度。分流冷却系统具有独特的优势，可以使发动机各部分工作在最佳温度设定点。冷却系统的整体效率被最大化。每个冷却回路将在不同的冷却温度设定点或流速下工作，以形成理想的发动机温度分布。
理想的发动机热工作状态是缸盖温度低，缸体温度相对较高。较低的气缸盖温度可以提高充气效率并增加进气量。低温大进气量可以促进完全燃烧，减少co、HC和氮氧化合物的生成，还可以提高输出功率。较高的气缸体温度将减少摩擦损失，直接提高燃油效率，并间接降低气缸内的峰值压力和温度。分体式冷却系统可以使气缸盖和气缸体之间的温差达到100℃。气缸温度可高达150℃，而气缸盖温度可降低50℃，减少气缸体的摩擦损失，降低油耗。较高的缸温降低油耗4%-6%，部分负荷下HC降低20%-35%。节气门全开时，气缸盖和气缸体的设定温度可调节至50℃和90℃，整体改善了油耗、动力输出和排放。
2.6可控发动机冷却系统
传统的发动机冷却系统是被动式的，结构简单或成本低。可控冷却系统可以弥补现有冷却系统的不足。目前冷却系统的设计标准是解决满负荷时的散热问题，所以部分负荷时散热能力过大会导致发动机功率浪费。这一点对于轻型车来说尤其明显，在市区多为部分负荷运行，仅使用部分发动机功率，导致冷却系统损耗较高。为了解决特殊情况下发动机过热的问题，现有的冷却系统体积庞大，降低了冷却效率，增加了冷却系统的功率需求，延长了发动机暖机时间。可控发动机冷却系统一般包括传感器、执行器和电子控制模块。可控冷却系统可以根据发动机的工况调节冷却能力，减少发动机的功率损失。在可控冷却系统中，执行机构为冷却水泵和恒温器，一般由电动水泵和液体流量控制阀组成，制冷量可根据需要调节。作为系统的一部分，温度传感器可以将发动机的热状态快速传递给控制器。
可控装置，如电动水泵，可以将冷却系统温度的设定点从90℃提高到110℃，节省2%-5%的燃油，降低20%的CO和10%的HC。稳态时金属温度比传统冷却系统高10℃，可控冷却系统具有快速响应能力，可将冷却温度保持在设定值的±2℃以内。从110℃降到100℃只需要2 s。发动机暖机时间降低到200s，冷却系统的工作范围更接近工作极限区，可以缩小发动机冷却温度和金属温度的波动范围，减少循环热负荷引起的金属疲劳，延长零部件的使用寿命。
3结论
先前推出的几种先进冷却系统有可能提高冷却系统的性能，从而提高燃油经济性和排放性能。冷却系统的可控性是改善冷却系统的关键。可控性是指发动机结构保护的关键参数，如金属温度、冷却液温度、机油温度等可以控制，以保证发动机在安全极限内工作。冷却系统可以快速响应不同的工况，在不影响发动机整体性能的情况下，最大程度的节油减排。
从设计和性能的角度来看，分体式冷却和精密冷却相结合具有很好的发展前景，既能提供理想的发动机保护，又能改善燃油经济性和排放。这种结构有利于形成发动机的理想温度分布。冷却液直接供给气缸盖排气门周围，减少了气缸盖的温度变化，使气缸盖的温度分布更加均匀，也能使机油和缸体的温度保持在设计工作范围内，摩擦损失和污染排放更低。■
冷却系统的功能和维护方法如下:
1.冷却系统的作用是带走发动机零件吸收的部分热量，保证柴油机零件维持在正常的温度范围内。
2.冷却水应为不含溶解盐的软水，如干净的河水和雨水。不要使用井水、泉水、海水等硬水，以防结垢，造成发动机散热不良，气缸过热。
3.用漏斗向水箱中加入冷却水时，应防止水溅到发动机和散热器上，并防止散热片和车身上的灰尘和污垢影响冷却效果。
4.如果由于发动机缺水导致温度过高，不能立即加水。让发动机缓慢运转10-15分钟。待温度稍降后，在发动机着火的情况下慢慢加入冷却水。
5.冬天，水要在水箱里加热。启动后要慢慢运转，直到水温超过40度才能工作。工作结束后，必须排出冷却水。
6.定期清除水箱内的水垢，定期擦洗风冷发动机散热片上的污泥和污垢。散热器不应损坏。如有损坏，应及时更换，以免影响散热效果。