《汽车发动机构造与维修》课件 情境2：发动机温度异常的检修（冷却系统）

发动机温度异常的检修CONTENT冷却系统概述1膨胀水箱2水泵3节温器4散热器5散热器盖6冷却风扇7冷却液8冷却液温度传感器(ECT）9典型案例分析10学习目标01熟悉发动机冷却系统的基本构造02会分析发动机温度异常的故障，并能根据故障进行正确的检修03会对发动机温度异常的原因进行分析06会节温器性能的检修04会检查和补充冷却液05会对冷却水道的检查；07会冷却水泵的检修08会冷却风扇和风扇控制电路的检修09会冷却液温度传感器的检修学习情境描述提示：起动发动机，观察故障的不同症状，如回火、放炮、加速不良、发动机爆燃等等，如果发动机有爆燃、回火、放炮现象，则应检查发动机的点火正时；如果发动机出现加速不良现象，则应检查供油系；如果没有以上现象，则进行冷却系检查。在这里，我们将重点学习冷却系统故障对发动机温度异常的检修。一顾客抱怨水温表指针在100℃以上，请求彻底检查发动机，找出故障所在，并提交一个分析报告。冷却系统概述第一部分1.冷却系统作用汽车冷却系统的作用是使发动机尽快升温并保持在最适宜的温度（通常是80℃~90℃）范围内进行工作。如果冷却过度也会造成气缸充气量减少、燃烧不正常、功率下降、油耗增加及润滑不良等影响。发动机燃烧室内混合气燃烧后会产生高温高压的燃气（约为800~2000℃），若不及时冷却，将造成发动机零部件温度过高，尤其是直接与高温气体接触的零件，会因受热膨胀影响正常的配合间隙，导致运动件受阻甚至卡死。此外，高温还会造成发动机零部件的机械强度下降，使润滑油失去作用等。2.冷却系统类型冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷冷却系统和水冷冷却系统，如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷冷却系统。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷冷却系统冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷冷却系统。3.冷却系统组成冷却系统主要由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、储液罐、冷却液温度传感器、发动机缸体和气缸盖中的水套、散热器盖以及其他附加装置等部件组成。膨胀水箱第二部分膨胀水箱储液罐又称膨胀水箱，由软管与散热器加注口上的溢流管连接。在膨胀水箱的外表面上刻有两条液位标记线（MAX和MIN），液面应位于两条液位线之间。发动机膨胀水箱的作用为了吸收和补偿发动机冷却系统工作时的冷却液和水气，协助发动机冷却系统完成发动机散热，防止发动机高温，保证发动机正常工作。膨胀水箱的作用1.吸收膨胀作用。冷却液流经发动机水套吸收发动机工作时产生的大量热量后会产生大量蒸汽泡。在进入水泵循环之前，气泡会通过通气管进入膨胀水箱，起到液气分离的作用。一部分水蒸气会遇冷液化重新进入冷却循环，一部分则会因膨胀水箱空间及压力被排出到空气中。2.释放补偿作用。冷却液中的水蒸气被膨胀水箱吸收，循环中的冷却液减少，为弥补冷却液的缺失以及提升冷却水泵吸水一侧的压力，存储在膨胀水箱中的冷却液就会进入散热循环，通过冷却水泵进行循环，补充冷却系统中因蒸发和泄漏而损失的水量并保证冷却水泵有足够的吸入压力。水泵第三部分1.作用和组成作用：汽车水泵的作用是使发动机的冷却液循环流动，使冷却均匀并通过散热器循环散热。组成：汽车发动机广泛采用离心式水泵。其基本结构由水泵壳体、连接盘或皮带轮、水泵轴及轴承、水泵叶轮和水封装置等零件组成。2.工作原理发动机通过皮带轮带动水泵轴承及叶轮转动，汽车水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向叶轮边缘，从切线方向泵出。汽车冷却液循环汽车水泵向汽车水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水道或水管流出。叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，水箱中的冷却液在汽车水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管被吸入叶轮中，实现冷却液的往复循环。节温器第四部分1.作用及安装位置作用节温器的作用是根据发动机负荷大小及冷却液温度高低来改变冷却液的流动路线及流量，自动调节冷却系统的冷却强度，使冷却液温度保持在最适宜的范围内。安装位置节温器安装在气缸盖出水管路上，容易排除冷却系统中的气泡；但工作时会产生振荡现象（节温器在短时间内反复开闭的现象称作节温器振荡），将增加燃油消耗量。节温器安装在水泵入水口，能够防止发动机缸体内的冷却液温度急剧降低，从而减少发动机内部应力的变化，避免造成发动机损坏。2.结构节温器主要由主阀门、密封垫、支架、胶管、阀座、通气孔、下支架、石蜡、感应体、旁通阀、推杆、弹簧等组成3.工作原理当冷却液温度较低时，因石蜡呈固态，弹簧和主阀门推向上方，使之压在阀座上，主阀门完全关闭，而旁通阀上移离开阀座，小循环通路打开，来自发动机气缸盖出来的冷却液经旁通阀直接进入水泵，由于冷却液只在水泵和水套之间循环，不经过散热器，且流量小，冷却温度低。3.工作原理当水温达85℃-102℃时，石蜡变液态，其体积膨胀，迫使胶管收缩，向上顶开推杆面，由于推杆固定在支架上不能移动，只能迫使节温器外壳弹簧向下移动并带动主阀门向下，主阀门逐渐开启，旁通阀逐渐关闭，大小循环同时进行。当水温达102℃时，主阀门完全打开，旁通阀门完全关闭，冷却液全部流经散热器进行大循环，此时冷却液流动线路长，流量大，冷却强度高，使水温迅速降低。4.电子节温器目前，汽车发动机冷却系统广泛采用传统蜡式节温器控制冷却液流经散热器的流量，实现冷却强度的调节。当发动机冷却液温度变化时，传统节温器存在以下不足：（1）执行动作较缓慢，冷却强度的调节未能根据发动机工作温度的变化而适时变化，故响应速度慢，滞后时间长。（2）控制精度不高，误差大，不能保证发动机始终在最佳度下工作，发动机在工作过程将出现高温和低温的情况。（3）使发动机传热损失和磨损较严重，燃油消耗率增高，排放污染增大等。4.电子节温器电子节温器是在蜡式节温器的基础上增加了加热电阻，冷却液温度和加热电阻的温度都可以控制电子节温器的开启，加热电阻由发动机控制模块（ECM）利用脉宽调制信号控制。电子节温器优点是工作温度范围广，节温器阀门开度大，即便控制信号失效节温器内部石蜡也可以正常工作，完成冷却系统冷却液大小循环的切换。冷却液在电子节温器中的流动路线如图所示。4.电子节温器输入发动机控制单元的信号有：散热器回流温度，加热器控制电位计；发动机控制单元输出的信号有：温度调节单元加载电压，散热风扇控制信号。电子节温器的基本工作原理为系统的传感器采集必要的信息，发动机控制单元对这些信息时刻进行计算，并根据计算结果进行相应控制：（1）激活加热电阻，打开大循环调节冷却液温度；（2）激活冷却风扇，迅速降低冷却液温度。相比之下使用电子节温器有以下的优点：（1）在相同工况下，使发动机在相对于传统节温器更高的温度下进行工作；（2）能够使燃料的燃烧更充分，有利于改善废气的扫做，减少CO和CH的排放；（3）能够减少燃油的消耗，特别是当发动机在低负荷的状态下运行时。5.节温器的检查（1）节温器车上检查①发动机刚启动水温还没有升高时的检查。打开水箱加水口盖，如果水箱内冷却水很平静，即冷却水无翻滚，说明节温器工作正常；如果刚启动柴油机不久，就观察到水箱内出水管处有冷却水翻滚或流动现象，并用手指从水箱的加水口盖处触碰冷却水，感到水温温热，说明节温器主阀门关闭不严，使冷却水过早大循环。5.节温器的检查（1）节温器车上检查②工作后水温升高时的检查。工作中如发现节温器工作不正常（如水温过高），可用手触摸散热器，如果上、下水室有明显的温差，表明节温器有故障，水流不畅。查明原因：水温表指示为70～80℃，打开水箱加水口盖，用手指从水箱的加水口盖处触碰冷却水，感到热水烫手，说明节温器工作正常。如果感到水箱加水口处水温较低，且观察到加水口处无水流出或流水甚微，说明节温器主阀门可能卡死而打不开，使冷却水不能进行大循环。5.节温器的检查（2）节温器拆下检查检验时，将节温器清除水垢后，把节温器放人规定水温的盛水容器中，再逐渐加热，检查阀门开始开启和完全开启时的水温，要求80～84℃时开启，95℃时全开。如不合乎上述要求，则更换节温器。检查节温器的阀门升程。当温度为100℃时，若阀门升程小于8mm，应更换节温器。检查节温器阀门全闭时，阀门弹簧是否压紧。若有必要，更换节温器。节温器顶部有通气孔，此孔用来排出积在冷却液管路中的气体，检查通气孔是否堵塞。5.节温器的检查（3）蜡式节温器常见故障①节温器损坏或阀芯卡滞而使主阀无法打开或开度太小，使柴油机内温度较高的水循环散热效果变差，过热开锅。在寒冷地区，还会因冷却水未经大循环而使散热器结冰。②节温器主阀门关闭不严，柴油机刚启动时，有一部分冷却水通过主阀经过水箱进行大循环，致使柴油机升温缓慢，造成柴油机过冷。③由于长期使用，节温器性能逐渐衰退，主阀门的开度逐渐减小，致使进入大循环的冷却水流量减少，冷却系将逐渐过热。散热器第五部分1.作用散热器是一个热交换器，它将气缸盖水套中流出的高温冷却液分成许多股小水流，增大散热面积，加速其冷却。冷却液在散热器芯内流动，空气从散热器芯外流过，高温冷却液与低温空气发生热传递，实现热交换。为了获得良好的散热效果，散热器与冷却风扇配合工作。冷却液经过散热器后，其温度可降低10～15℃。2.结构散热器由进水室、散热器芯和出水室等组成。进水室侧面设计有进水口，它通过散热器上水管与气缸盖出水口相连。出水室有放水螺塞及出水口，出水口通过散热器下水管与水泵进水口相连。散热器底部一般装有减振垫，防止散热器受振动损坏。有些车辆散热器的出水室集成有自动变速器油冷却器。根据散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室横向流过散热器芯到出水室。2.结构如果散热器芯表面脏污、堵塞，散热器的散热效率将将明显下降，导致发动机过热。若散热器芯出现脏污、堵塞等情况，应及时清洗。在进行相关维修作业时，应防止对其造成损伤，降低散热效果。散热器盖第六部分1.作用散热器盖的作用是密封水冷系并调节系统的工作压力。散热器盖如图所示。2.工作原理当发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀使冷却系统内的压力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一部分冷却液经溢流管流入膨胀水箱，以防止冷却液胀裂散热器。当发动机停止工作后，冷却液的温度下降，冷却系内的压力也随之降低。当压力降到大气压力以下出现真空时，真空阀开启，膨胀水箱内的冷却液部分地流回散热器，可以避免散热器被大气压力压坏。冷却风扇第七部分1.作用发动机冷却风扇的功用是增强流经散热器的空气流速和流量，以提高散热器的散热效果。风扇作为发动机冷却系统中的一个重要部件，其工作的好坏不但直接影响到散热器的散热效率，而且影响到发动机的正常使用和可靠性。冷却风扇一般至少有两个档位的转速。2.类型（1）普通散热风扇风扇位于散热器与机体之间，与水泵安装在同一根轴上，并由曲轴上的皮带轮驱动。风扇与皮带轮轮毂用螺栓联接，由发动机曲轴皮带轮直接或间接带动风扇旋转。2.类型（2）离合器风扇与普通风扇相比，离合器风扇在皮带轮和扇叶轮毂间加装了风扇离合器，通过离合器的分离、接合来调整风扇的工作状态。这样不但保证了发动机的正常工作温度，而且减少了发动机的功率损失，降低了燃油消耗。常见的离合器风扇有电磁离合器风扇和硅油离合器风扇两种。电磁离合器风扇硅油离合器风扇2.类型（3）电控硅油离合器风扇电控风扇工作原理，其由自身的风扇电动机带动。电动机的电路开关由安装在散热器下水室处的风扇传感器（温控开关）控制。当散热器水温在86～90℃以上时，温控开关接通风扇电动机电路，使风扇旋转以加速散热器降温，当散热器水温下降至81～85℃以下时，风扇传感器断开，风扇电动机电路断路，风扇停止转动，从而达到更为精确、迅速的反应。因此现代轿车上几乎采用的都是电控硅油离合器风扇。冷却液第八部分1.作用和类型作用：防冻液的主要作用是防止冷却液在冬天的时候因为结冰而胀坏散热器、气缸盖、气缸体。冷却液还有保护发动机正常良好运行，起到防沸、防锈、防腐蚀等作用。类型：冷却液主要有乙二醇、丙二醇、二甘醇等三种类型。各类型及颜色如表所示。冷却液类型颜色乙二醇绿色丙二醇红色或粉色二甘醇蓝色现在还出现了无水防冻液，据说是可以终生免换，一般就是金色的。注意：1.不同生产厂家的冷却液不能混用；不同类型的冷却液不能混用；不同颜色的冷却液也不能混用。2.发动机未彻底冷却前禁止添加冷却液。3.禁止用其他的纯净水或矿泉水等水代替冷却液。2.冷却液的冰点值冷却液冰点在其使用过程中可能会发生变化，因此，在车辆保养维护时需要使用冰点仪，如图所示，检查冷却液的冰点，必要时更换冷却液。3.冷却液的检查车辆熄火，待冷却液冷却后，打开发动机盖。（1）拆下散热器盖，确认发动机冷却液液位是否位于散热器加注口颈的顶部附近，如果发动机冷却液液位过低，应添加发动机冷却液。如果发动机与散热器仍然很热，请勿拆卸散热器盖，否则高压蒸气可能被释放引起烫伤。3.冷却液的检查（2）检查发动机冷却液水道。检查散热器盖与散热器加注口周围，如果有较多的锈或水垢沉积，应拆下发动机盖清洁冷却液水道，并且更换冷却液。（3）检查冷却液储液罐内液位是否在MAX（上限）和MIN（下限）之间。如果发动机冷却液液位过低，检查是否存在泄漏，并添加冷却液至上下限之间位置。冷却液温度传感器(ECT）第九部分1.作用冷却液温度传感器（ECT）的作用是检测发动机冷却液温度，并将其温度信号转换成电压信号输入ECU，为修正喷油量及喷油时刻提供准确依据；另外驾驶员还可以通过仪表盘上的冷却液温度报警灯直观地看出，发动机冷却液在任何工况时的温度，并及时做出相应的处理，而在高温的时候也会进行报警提示，防止汽车水箱“开锅”。2.安装位置冷却液温度传感器（ECT）安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器内并伸入水套中。冷却液温度传感器（ECT）安装在缸体上3.工作原理冷却液温度传感器（ECT）是负温度系数（NTC）热敏电阻，其阻值随温度的上升而减小。负温度系数（NTC）热敏电阻随温度的变化情况3.工作原理冷却液温度传感器（ECT）一般有两个端子，一个是信号端子，另一个是参考低电平端子。冷却液温度传感器（ECT）中的热敏电阻与ECM内部的分压电阻组成串联分压电路，ECM向该分压电路提供一个5V的参考电压，冷却液温度传感器（ECT）输入ECM的信号电压等于热敏电阻上分得的电压值。温度越高，温度传感器阻值越小，信号电压越低；温度越低，温度传感器阻值越大，信号电压越高温度越高。冷却液温度传感器（ECT）测量原理4.检修方法（1）导通性检查使用万用表的欧姆档检测传感器线束连接器与ECM线束连接对应端子之间的阻值，若阻值小于0.50Ω，则导通性正常，否则说明线路断路或有附加电阻。（2）电阻检查关闭点火开关，断开传感器线束连接器，并将传感器拆下，模拟传感器的工作温度，使用万用表的欧姆档检测其在不同温度下的阻值，并与维修手册标准规格对比。4.检修方法（3）电压检查关闭点火开关，断开传感器线束连接器，并将传感器拆下，在线束连接器和传感器之间连接探测端子，模拟传感器的工作温度，检测其在不同温度下的电压值，信号电压应该随温度的上升而下降，也可以与维修手册标准规格对比。当测量的冷却液温度传感器电压低，可能的原因是：①冷却液温度传感器（ECT）内部短路；②冷却液温度传感器（ECT）线路搭铁短路；③ECM故障。当测量的冷却液温度传感器电压高，可能的原因是：①冷却液温度传感器（ECT）内部断路；②冷却液温度传感器（ECT）线路开路；③发动机过热；④ECM故障。典型案例分析第十部分小知识：（1）发动机冷却液温度过高的危害如下：①降低充气效率，使发动机功率下降。②爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏。③运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏。④润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损。⑤零件的机械性能下降，导致变形或损坏小知识：（2）发动机冷却液温度过低的危害如下：①进入气缸的混合气温度太低，可燃混合气品质差，使着火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗增加。②燃烧生成物中的水蒸气易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用。③未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面上的油膜，使零件磨损加剧。1.发动机冷却液温度过高故障案例：一辆桑塔纳3000型轿车，发动机冷车起动后稍工作一段时间就出现水箱“开锅”现象，冷却液温度指示表显示温度超过100℃。故障原因分析：（1）冷却液液位过低；（2）冷却液中有空气；（3）散热器堵塞；（4）散热器外部脏污、堵塞；（5）冷却风扇故障；（6）散热器盖损坏；（7）水泵损坏；（8）冷却管路堵塞。1.发动机冷却液温度过高故障排除：（1）询问：经询问得知，车辆行驶环境正常，不存在低挡爬坡、长时爬坡或行驶环境温度过高的情况。（2）外观检查：经观察，该车辆发动机冷却系统各部件均不存在明显破损、漏水现象，需对其冷却系统进行拆检。（3）拆检：①拆检散热器，各部分均正常。②拆检风扇，拔下电磁风扇与感应器插头，用导线短接