汽车发动机构造与维修05 冷却系统的构造与维修

冷却系统的构造与维修任务一

冷却系统概述知识目标（1）了解冷却系统的作用及类型。（2）掌握冷却系统的工作原理。能力目标（1）能理解冷却系统中小循环和大循环的工作过程。（2）能理解冷却系统在发动机中的作用。任务目标发动机是一种把热能转化为机械能的装置，为什么还要适度冷却，不能过热呢？冷却强度是不是越强越好呢？带着这些问题，我们一起来了解冷却系统的组成、作用及工作原理。任务引入一、冷却系统的作用相关知识冷却系统的主要作用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度下工作。汽车发动机的冷却液正常工作温度为80~90℃。冷却液温度过高，将造成零件机械强度降低，零件受热膨胀造成正常的配合间隙被破坏，发动机功率下降和燃烧不正常，润滑油变稀或氧化变质而降低润滑效果，加剧机件磨损。冷却液温度过低，将造成热量损失大，机油黏度大、流动性差，降低润滑效果。风冷式1二、冷却系统的类型利用高速空气流直接吹过汽缸盖和汽缸体的外表面，将发动机高温零件的热量散入大气中进行冷却。由于风冷式冷却不够均匀，工作噪声大，尤其是轿车发动机大都采用水冷系统，只有少数汽油发动机采用风冷系统（如图5-1所示为菲亚特126型风冷式发动机）。水冷式2以冷却液为冷却介质冷却发动机的高温零件，然后再将热量传给空气的冷却系统称为水冷系统。由于水冷系统冷却均匀，效果好，且发动机运转噪声小，因此被汽车发动机广泛地采用。目前最常用的汽车发动机水冷系统是强制循环式冷却系，它利用水泵强制冷却液在冷却系统中循环流动（图5-2）。冷却系统的组成1三、冷却系统的组成与工作原理水冷系统以冷却液作为冷却介质，把发动机受热零部件吸收的热量散发到大气中去。目前，汽车发动机上采用的水冷系统大都是强制循环式冷却系统，即利用水泵强制加压使冷却液在冷却系统中循环流动。水冷系统由散热器、膨胀水箱、冷却风扇、冷却液进水管和冷却液温度传感器等组成，如图5-3所示。冷却系统的工作原理2发动机工作时，水泵使冷却液在水套和散热器之间进行强制循环，把热量带给散热器，同时冷却风扇旋转，对空气产生吸力，使空气通过散热器带走热量完成对发动机的冷却。其冷却强度取决于发动机的状态，高温时冷却强度要大，低温时冷却强度要小。冷却强度由冷却系统视需要自动调节。节温器可以根据发动机冷却液温度，自动控制冷却液的循环路线，实现冷却强度的调节。当发动机温度较低时，节温器主阀门关闭，冷却液不能流入散热器，只能从节温器的副阀门流入水泵，此时从水泵出来的冷却液经分水管、水套、出水口流回到水泵，此循环称为小循环[图5-4（a）]，由于冷却液不通过散热器，所以冷却液的温度不会下降，还会提高，使之满足发动机需要升温的工作要求；当发动机温度较高时，节温器主阀门开启，副阀门关闭，水泵将冷却液由散热器吸入，加压后经分水管流入汽缸水套，冷却汽缸后再从上部流到散热器，此循环称为大循环[图5-4（b）]，通过大循环，散热器带走热量，冷却液得到冷却，可保持发动机在所需的温度下工作。风扇可以根据发动机冷却液温度，通过自动离合器的接合与分离，或电动风扇高、低挡的转换及风扇的停、转来调节流经散热器的空气量，从而调节冷却强度。冷却液温度高时，风扇高速运转，冷却强度大；冷却液温度低时，风扇停转或低速运转，冷却强度小。水冷却1四、冷却液直接用水作为冷却液，它具有简单和方便的特点。但水沸点低，易蒸发，需要经常添加；而且不宜添加河水、井水等含矿物质的水，以免产生水垢，影响冷却系统的散热性能。要求添加雨水、雪水或离子交换水，给冷却液添加造成困难。更应值得注意的是水在严寒冬季易结冰，须放水过夜，否则会造成结冰时体积膨胀，发生机体胀裂、汽缸盖损坏的严重事故。防冻液冷却2现代轿车普遍采用防冻液，以提高冷却液的防冻和防沸的能力。例如，大众系列轿车采用乙二醇为基料的冷却液（乙二醇的质量占45.6%、水的质量占54.4%），使其冰点在-25℃以下，沸点在106℃以上。不同的冷却液有不同的冰点和沸点，可以根据发动机使用条件进行选用。冷却液还添加防锈剂、泡沫抑制剂等，有利于减轻冷却系统锈蚀和冷却液泡沫产生，提高冷却效果。专用冷却液一般呈深绿色或深红色，有一定毒性，使用时应注意。发现冷却液泄漏应及时检查并添加。结束冷却系统的构造与维修任务二

冷却系统主要部件的构造与维修知识目标（1）掌握冷却系统主要部件的构造及原理。（2）掌握冷却系统常见故障的排除方法。（3）掌握水泵、节温器、散热器、冷却风扇的检修方法。能力目标（1）能理解节温器的工作原理。（2）会拆装节温器、散热器总成、水泵、冷却风扇。任务目标一辆轿车，发动机冷却液充足，但在行驶中冷却液温度过高，冷却液沸腾（俗称“开锅”）。这是一例发动机过热故障，要排除该故障，我们必须了解冷却系统主要零部件的构造及工作原理，掌握主要零部件的检修方法。任务引入一、冷却系统主要部件的构造相关知识1）散热器的作用散热器的作用是增大散热面积，加速冷却液的冷却。冷却液经过散热器后，其温度可降低10~15℃，为了将散热器传出的热量尽快带走，散热器一般用铜或铝制成，在后面装有风扇与散热器配合工作。散热器12）散热器的构造散热器的结构如图5-5所示，主要由上、下水箱，散热器芯和散热器盖等组成。在上、下水箱上分别装有进水管及出水管，它们分别用软管与发动机汽缸盖上的出水管口及水泵的进水管口连接。上、下水箱上常设有放水开关。散热器芯一般有管片式、管带式和板式三类，如图5-6所示。压力式散热器盖的构造如图5-7所示。装有空气阀和蒸气阀的散热器盖，紧盖在加水口上。当发动机热状态正常时两阀在弹簧力作用下都处于关闭状态。当冷却系统内蒸气压力低于大气压力0.01~0.012MPa时，空气阀便开启，如图5-7（a）所示。空气从蒸气排出管进入散热器，以防止散热器被大气压瘪。当冷却系统内蒸气压力超过大气压力0.026~0.037MPa时，蒸气阀便开启，如图5-7（b）所示。此时将从蒸气排出管中放出一部分冷却液到补偿水桶，使冷却液内的压力下降。提高冷却系统的蒸气压力，可以提高冷却液的沸点，从而扩大散热器与大气的温差以增强散热能力。风扇21）风扇的作用风扇的作用是提高通过散热器芯的空气流速和流量，增加散热效果，加速冷却液的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴，此为机械式风扇（一般用于柴油发动机，如图5-8所示）；安装在散热器上的风扇为电动风扇（一般用于汽油发动机，如图5-9所示）。当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却液加速冷却。2）风扇的类型（1）按驱动的动力方式分类。（2）按风扇所产生风的流向分类。3）风扇的控制装置（1）机械式离合器风扇。（2）电磁离合器风扇。（3）电子硅油离合器风扇。（4）硅油离合器风扇。（5）电动风扇。水泵31）水泵的作用水泵的作用是对冷却液加压，强制冷却液在冷却系统中循环流动。常见的水泵安装在发动机前端，通过带传动机构进行驱动，使来自各个冷却回路部件的冷却液循环。2）水泵的分类（1）机械式冷却水泵。机械式冷却水泵主要是由V型带驱动的，如图5-13所示。（2）电动式冷却水泵。电动式冷却水泵主要由电子控制模块控制，如图5-14所示为宝马N52型发动机的电动冷却水泵，这是一种电力驱动的离心泵。节温器41）节温器的作用节温器根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量，改变水的循环范围，以调节冷却系统的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。节温器必须保持良好的技术状态，否则会严重影响发动机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟，就会引起发动机过热；主阀门开启过早，则使发动机预热时间延长，发动机温度过低。2）节温器的结构目前的节温器主要是蜡式节温器，由主阀门、副阀门、推杆、节温器壳体和石蜡等组成。如图5-15所示。3）节温器的工作原理温度低时，石蜡呈固态，主阀门被主阀门弹簧压紧在阀座上，处于关闭状态。此时，副阀门开启，冷却液进行小循环[图5-16（a）]。温度升高时，石蜡逐渐熔化成液体，体积膨胀，迫使胶管收缩对推杆端部产生向上的推力，由于推杆固定在支架上，推杆对胶管、节温器壳体产生向下的反推力。当冷却液温度升高到一定值时，反推力克服弹簧的弹力使胶管、节温器壳体向下运动，主阀门开始开启，同时副阀门开始关闭。当水温超过一定值时，主阀门完全打开，而副阀门也正好关闭小循环水路，此时来自汽缸水套的冷却液全部经过散热器进行大循环[图5-16（b）]。当发动机冷却液温度处于大、小循环的温度范围内时，节温器主阀门和副阀门部分开启，冷却液大、小循环都同时存在，以调节发动机温度，使之稳定在最适宜的工作范围内。.水泵的拆装与维修1二、冷却系统主要部件的维修1）水泵拆卸以昂科拉为例来讲解水泵的拆卸过程。（1）打开发动机舱盖，安装好防护垫，松开散热器水箱盖和冷却液加注口盖，将车辆缓缓举起，拆下发动机下护板，排空发动机冷却液，如图5-17所示。注意事项：发动机和散热器仍然很烫时，不要拆下散热器水箱盖或冷却液加注口盖。高压、高温的发动机冷却液和蒸气可能被释放出来从而导致严重的烫伤。如非要拆卸，可采取相应的防护措施。（2）降下车辆，放松V型带张紧轮，取下V型带，如图5-18所示。（3）拆卸4颗冷却水泵紧固螺栓，并取下冷却水泵总成，如图5-19所示。2）水泵的检修（1）水泵总成的检查。水泵总成的外部检查内容：检查有无渗漏。水封失效时会有大量的冷却水从检视孔处流出。水泵壳体如有裂纹，也会发生渗漏。检查带轮的转动和轴向、径向窜动量。用手转动带轮，应运转灵活，无卡滞现象；否则，泵轴可能弯曲或轴承浸水锈蚀。（2）水泵的修理。水泵常见的损伤有泵壳体渗漏及破裂、叶轮松脱或损伤、水封损坏、水泵轴与轴承磨损等。①泵壳的检修。②水泵轴的检修。③水泵叶轮的检修。④水封的检修。⑤水泵装合后的检验。3）水泵的安装（1）除去接触表面上所有旧的密封材料，并涂抹新的密封材料，如图5-20所示。注意事项：必须在涂抹密封材料3分钟之内安装好部件。否则，必须将已涂抹的密封材料清除并重新涂抹。（2）用4颗螺栓将冷却水泵总成安装至发动机上，如图5-21所示。（3）V型带的装复如图5-22所示。注意事项：在装复V型带时，应先检查V型带的磨损情况，如不符合要求，应更换V型带。（4）添加适量的冷却液，并排净空气。节温器的拆装与维修21）节温器的拆卸以迈腾为例，来讲解节温器的拆卸过程。（1）打开发动机舱盖，安装防护垫，拧开冷却液加注口盖，如图5-23所示。（2）将车辆缓缓举起，拆下发动机下护板，排空发动机冷却液。（3）拆下水温传感器线束插头，如图5-24所示。（4）松开散热器进水口卡箍，如图5-25所示。（5）拔出散热器进水口软管，如图5-26所示。（6）拆卸节温器座盖（进水管接头）紧固螺栓，如图5-27所示。（7）取下节温器座盖（进水管接头），如图5-28所示。（8）取下节温器总成，如图5-29所示。2）节温器的检查把节温器放在盛有水的器皿中，然后加热，检查主阀门开始开启和完全开启时的温度，以及全开时主阀门升程，如图5-30所示。如大众两阀电喷系列轿车所用节温器主阀在86℃时开始打开；当水温达102℃时，节温器主阀应全部开启，其开启行程应不少于7mm。3）节温器的安装（1）将节温器装入汽缸盖水道内，在节温器座盖（进水管接头）底部涂抹密封材料，拧紧节温器座盖（进水管接头）紧固螺栓，如图5-31所示。（2）在节温器座盖（进水管接头）外壁涂抹密封材料，将进水软管插入节温器座盖（进水管接头）上，并用卡箍卡紧，如图5-32所示。（3）安装完毕，检查无误后，加注冷却液，如图5-33所示。（4）起动发动机进行预热，排出冷却水箱内的空气，并检查冷却液液位管道是否存在泄漏情况。如冷却液不足应再次添加至合适位置。散热器的拆装与维修31）散热器的拆卸以雪佛兰乐风为例来讲解散热器的拆卸过程。（1）将点火开关转到OFF后，从蓄电池负极（-）端子上断开电缆。（2）松开散热器和汽缸体上的排液塞，拆下散热器盖分总成，排空发动机冷却液。（3）拆卸方向机助力泵紧固螺母，取下油罐，如图5-35所示。（4）松开散热器风扇线束插头，拆卸风扇紧固螺栓，取下散热器风扇，如图5-36所示。（5）拆卸散热器水箱上软管和下软管卡箍，拔出散热器水箱上、下软管，如图5-37所示。（6）拆卸散热器总成紧固螺栓，取下散热器总成，如图5-38所示。2）散热器的检修（1）外表的检查。（2）外表的清洗。（3）密封性的检查。①散热器的密封性检测。②散热器盖阀门密封性检测。（4）损伤的修理。①补漏。②整形。3）散热器的安装散热器的安装步骤与拆卸时相反，这里不再详细讲解。冷却风扇的拆装与维修41）冷却风扇的拆卸以标致508为例，来讲解冷却风扇的拆卸过程。（1）将点火开关转到OFF后，从蓄电池负极（-）端子上断开电缆。（2）拆卸散热水箱上塑料盖板固定螺钉，并取下盖板，如图5-43所示。（3）拆卸进气管道，拆卸空气滤清器总成，如图5-44所示。（4）松开冷却风扇线束插头，如图5-45所示。（5）拆卸冷却风扇固定螺栓，拆下冷却风扇总成，如图5-46所示。2）冷却风扇的检查（1）检查冷却风扇热敏开关。当冷却液温度达到95℃时，热敏开关应将风扇电路接通，否则，应更换热敏开关。（2）检查风扇叶片有无破损、变形、弯曲等，若有则应更换。（3）检查风扇电动机电枢线圈、磁场线圈有无断路、短路及搭铁。把风扇电动机的正极与蓄电池的正极相连，把风扇电动机的负极与蓄电池的负极相连。如风扇电动机旋转，表明工作正常，否则，应更换风扇电动机。（4）检查热敏开关。将温控开关放入水中，把万用表选为电阻挡，将两个表笔分别接在温控开关的接线端和外壳上，改变水的温度，观察万用表指针的变化。当水温达到92℃左右时，温控开关开始导通，万用表指针指示接通。当冷却水温开始下降时，温控开关仍然导通，冷却水温降至87℃时，万用表指针应指示断开。3）冷却风扇的安装散热器的安装步骤与拆卸时相反，这里不再详细讲解。冷却系统的日常检查1三、冷却系统的日常保养1）看水箱2）看节温器3）检查水泵4）检查风扇5）检查排气系统冷却系统的保养标准2汽车使用2年或4万公里必须做冷却系统保养。冷却系统保养的5大标准：（1）冷却液容量低于容量线。（2）冷却液pH值≤6。（3）冷却液变质有水垢。（4）冷却液冰点高于-15℃。（5）水温高或有开锅现象。凡出现以上情况，要进行冷却系统保养。冷却系统的保养要点3检查冷却系统的密封情况、风扇皮带的松紧度、节温器的灵敏度和冷却水温的情况等并注意保持充足的冷却水。清洗冷却系统包括散热器、水套内粘附的水垢，防止水垢影响冷却系统的散热性能。冷却系统保养流程41）准备工作2）清洗冷却系统3）更换旧液加注新液及水箱保护剂4）复原结束工作冷却系统温度过低1四、冷却系统常见故障及维修方法1）故障现象起动发动机暧机后温度表指示值在80℃以下，发动机加速困难、无力。2）故障原因（1）风扇离合器损坏。（2）温度控制开关损坏。（3）节温器失效或未装。（4）冬季时百叶窗不能关闭或未装保温罩。3）诊断与排除（1）检查风扇离合器的工作情况，并视情况维修或更换。（2）检查温度控制开关，如损坏应更换。（3）检查节温器是否损坏或未装。若损坏，应更换；若未装，则应按要求安装。（4）检查百叶窗的工作状况，根据条件安装保温罩。冷却系统温度过高21）汽车开锅，温度表指示温度不高（1）故障原因。①温度表、温度感应塞工作不良。②大气压力低。③冷却液温度传感器或其导线断路。④温度表稳压器损坏。⑤温度表损坏或其电源接柱导线断路。（2）诊断与排除。如果温度表指针不是指示在最低温度处，应根据环境条件进行判断。若地处高原，空气稀薄、大气压力低，则为冷却液沸点低，即水在80~85℃开始沸腾。如果汽车不是在高原地区行驶，则故障为温度表或冷却液温度传感器工作不良。当温度表指针指示在最低温度处时，则故障在温度表、冷却液温度传感器及其电路中。接通点火开关（不起动发动机），用旋具或导线使冷却液温度传感器接线螺钉搭铁，观察温度表指针是否向高温方向摆动；向高温方向摆动，为冷却液温度传感器内部断路；指针不向高温方向摆动，再用导线使温度表的输出接柱搭铁。若温度表指针向高温方向摆动，则故障为冷却液温度传感器导线断路；若指针仍指示在低温处，用试灯检查温度表电源接柱。试灯亮，说明温度表内部断路；试灯不亮，为温度表电源线断路或稳压器损坏。2）汽车不开锅，水温表指示温度过高（1）故障原因。①发动机水套表层积垢过多。②冷却液严重不足。③冷却液温度传感器内部短路。④节温器主阀不能全开。（2）诊断与排除。将水滴在汽缸体上部，检查是否冒气泡，如果冒气泡，应检查散热器冷却液液面，液面低应添加冷却液。如果液面正常，用手触摸散热器，若散热器与发动机温度相差很大，证明节温器主阀打不开或打开太少，应更换节温器。如果水滴在汽缸体上不冒气泡，分别对温度表、冷却液温度传感器及其相应电路进行检查。将冷却液温度传感器导线拆下，并悬空，再接通点火开关（不起动发动机），查看温度表指针是否向低温方向摆动，向低温方向摆动，则说明冷却液温度传感器内部短路，应更换；指针仍指示在高温处，为冷却液温度传感器导线搭铁。3）发动机过热（1）故障现象。发动机运转中冷却液的工作温度超过100℃，严重时出现“开锅”现象。（2）故障原因。①风扇V型带过松或折断，风扇叶片变形或装反，硅油风扇离合器失效。②冷却液不足。③百叶窗不能完全打开。④散热器部分堵塞、积垢过多或结冰。⑤发动机水套局部堵塞。⑥汽缸盖、汽缸体水套与汽缸衬垫不密封。⑦点火过迟或柴油机供油过迟，混合气过稀，部分火花塞工作不良。⑧环境温度高。（3）诊断与排除。当温度表指示温度过高，并且发动机出现“开锅”时，应根据具体情况和环境温度有区别地进行检查判断。①环境温度一般时，首先检查散热器、水泵、水管、放水开关、发动机汽缸体外部是否有漏水现象，百叶窗是否不能完全打开，并检查风扇V型带是否过松或折断，风扇叶片是否变形或装反，还应检查硅油风扇离合器是否失效等。②如冷却液不足，检查发动机润滑油内是否有水。机油发白、起泡沫，说明汽缸内进水。先检查汽缸盖螺栓的松紧，然后检查汽缸盖、汽缸体的技术情况。如果机油内无水，发动机怠速运转，检查排气口