《发动机》-学习情境六

学习情境六冷却系统的检修2.正确描述冷却系统强度调节方式。3.熟悉冷却系统主要零部件的检测方法及技术要求。三、相关理论知识(一)冷却系统的概述1.冷却系统的功用发动机燃烧过程中，气缸的气体温度可达2073~2273K，若不及时冷却将造成发动机零部件温度过高，零部件受热膨胀影响正常的工作状况。将导致活塞“咬缸”、轴瓦“抱轴”、柴油机因柱塞卡死而“飞车”等严重事故。冷却不足，会造成发动机过热，影响发动机功率的输出。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修对汽油机还可能造成早燃、爆燃和表面点火等不正常燃烧;同时，温度过高会使机油黏度下降，导致零部件磨损加剧。冷却过度，会使发动机过冷，导致燃料蒸发困难，难以起动，燃料燃烧不充分，CO和HC排放增加，功率下降、油耗增加。由此可见发动机冷却系统的冷却强度必须适宜，不然发动机的动力性、经济性、可靠性、耐久性及排放性能将全面下降。发动机冷却系统的功用是对在高温条件下工作的发动机零部件进行冷却，保证发动机在适宜的温度范围内工作。2.冷却系统的类型冷却系因种类不同组成也有区别，目前根据冷却方式不同，可分成两大类型。一种是空气冷却，另一种是水冷却。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修空气冷却以空气为冷却介质，一般由散热片、气缸导流罩、分流板等组成，有的发动机上还专设了风扇。如图6.1所示。空气冷却的结构特点是:在气缸体和气缸盖上，制有许多散热片，以增大散热面积，它利用车辆前进中的空气流，或特设的风扇使空气吹过散热片，将热量带走。空气冷却装置结构简单，不易损坏，无须特殊保养。但在多缸发动机上，会使各缸的冷却不均匀，并且在冬季时起动困难，燃油和润滑油消耗量也较大，因此，在现代汽车发动机上采用较少。水冷却系统以水或防冻液(统称为冷却液)为冷却介质，一般由散热器、水泵、水管、水套、节温器、百叶窗、膨胀水箱、冷却液温度表和风扇等组成，如图6.2所示。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修水冷却的结构特点是:水套直接布置在气缸的周围，利用冷却液吸收水套周围的热量，冷却液再流到散热器内，将热量散到空气中去，然后冷却液再回流，如此不断循环进行散热。由于这种冷却方式克服了空气冷却的缺点，冷却效果好，因此，现代汽车发动机广泛采用这种冷却方式。为了保证发动机在不同负荷、转速和气候条件下保持正常的工作温度，冷却液的循环路线是不同的。如图6.2所示。当发动机温度较低时，节温器的副阀门开启，主阀门关闭，冷却液从水泵流出，经分水管→水套→出水口→叶水泵，进行的是小循环。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修其口的是使发动机温度迅速升高到正常工作温度。当温度达到80℃以上时，节温器的副阀门关闭，主阀开启，冷却液从水泵流出，经分水管→水套→出水口→上水管→散热器→下水管→水泵，进行大循环。在这一过程中，由于冷却液流经水套周围时，吸收了气缸和燃烧室的热量，并经散热器将热量散发到空气当中去了，从而达到了保持发动机的正常工作温度。除节温器调节冷却液温度外，一般汽车在散热器前端还安装了百叶窗，根据发动机的温度调节散热器风流强度，以改变发动机的散热效果。有些汽车还装有自动风扇离合器，由发动机周围的温度自动控制风扇离合器的接合或分离，来调节流经散热器中冷却液的流量，从而改变发动机的冷却程度。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修图6.3是桑塔纳轿车JV发动机冷却系统示意图，它与一般发动机有所不同，除有常见的散热器、水泵、节温器、冷却液温度感应器等外，还专门设置了一个热敏开关、电动散热风扇和冷却液位报警灯等。该冷却系统有下述特点:①当冷却液温度在85℃以下时，冷却液进行小循环，当温度达到85℃时，节温器开始打开。当冷却液温度达到105℃时，节温器全开，冷却液进行大循环。②热敏开关控制电动双速散热风扇，当冷却液温度高于93℃~98℃时，热敏开关的低温部分开关合上，风扇以1600r/min旋转。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修当冷却液温度高于99℃~105℃，热敏开关的高温部分开关合上，风扇以2400r/min转速旋转。③当冷却液液面过低时，液位报警灯点亮。(二)防冻液的分类1.水冷却液指直接用水作冷却液，它具有导热性好(比热大)，不易渗漏(表面张力大)，便宜且易得等优点。但水也有很多缺点，如水不能防冻，在0℃时要结冰，体积增加8.3%，容易胀破水箱和气缸体。天然水含钙、镁离子，易产生水垢，影响冷却系统散热。因此，人们希望有一种冰点低、沸点高、可以抑制其腐蚀和全年通用的发动机冷却液。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修2.防冻液现代轿车普遍采用防冻液，以提高冷却液的防冻和防沸能力。(1)防冻液的使用性能为保证汽车发动机的正常工作和延长使用寿命，要求防冻液具有以下品质。1)黏度小，流动性好。这样散热效果好。2)冰点低，沸点高。3)防腐蚀性好，不损坏汽车有机涂料。4)不易产生水垢，抗泡沫性好。(2)防冻液的种类上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修防冻液主要由防冻剂与水按一定的比例混合而成，按防冻剂的不同，汽车常用的防冻液有酒精型、甘油型、乙二醇型等。1)酒精型防冻液。用酒精作为防冻剂，与水配制而成。酒精与水可按各种比例混合，组成不同冰点的防冻液。酒精含量越高，防冻液的冰点越低。2)甘油型防冻液。用甘油(丙三醇)作为防冻剂，与水配制而成。由于甘油的沸点、闪点高，这类防冻液的沸点高，不易蒸发和着火，但降低冰点的效率低，甘油用量大，成本较高。3)乙二醇型防冻液。用乙二醇作为防冻剂，与水配制而成。乙二醇的沸点高，与水混合后，可使冰点显著降低，最低-68℃。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修乙二醇的含量不同，防冻液的冰点也会不同。但乙二醇有毒，对金属有腐蚀作用，所以常用的乙二醇型防冻液中加有防腐剂。3.乙二醇型发动机冷却液基本功能1)降低水的冰点。2)抑制腐蚀(防腐性)。3)提高水的沸点。4)防垢功能。选择冷却液时应该选择比车辆运行地区的最低气温低10℃左右冰点的冷却液。冰点选的过高会造成发动机的冻结;冰点选的太低(冷却液浓度过高)则会造成发动机起动困难，机温偏高(严寒区除外)。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修(三)冷却系统主要机件构造与工作原理1.散热器散热器也称为水箱，安装在发动机的前端。作用是将冷却液从水套内吸收的热量传给外界空气，使冷却液降温，并为冷却系储存一定量的冷却液，为集中风向、加速气流、提高散热效果，通常在散热器的后部加装护风圈。普通散热器由上、下储水室、散热器芯子、散热器盖等组成，如图6.4所示。为了使散热效果好，散热器通常使用导热性能、结构刚度和防冻性能较好的材料制造，如铜、铝和铝锰合金等。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修散热器上储水室为钢皮制成的容器，用橡胶皮管同发动机出水管相连接，并设有加水口盖。下储水室也是用钢皮制成的容器，用橡胶软管同发动机进水管或水泵相连接，并装有放水开关。散热器芯常见的结构有两种:管片式和管带式，如图6.5所示。管片式散热器芯由许多冷却管和散热片组成，冷却管是冷却液的通道，多采用扁圆形断面，以增大散热面积，同时当管内冷却液冻结膨胀时，扁管可借助于其横断面变形而免于破裂。为了增强散热效果，在冷却管外面横向套装了很多散热片来增加散热面积，同时增加了整个散热器的刚度和强度。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修管带式散热器芯采用冷却管与散热带相间排列的方式，散热带呈波纹状，其上开有形似百叶窗的缝隙，用来破坏空气流在散热带上的附面层，从而提高散热能力。这种散热器芯与管片式相比，散热能力强，制造工艺简单，质量小，成本低，在轿车上得到广泛应用，但刚度不如管片式好。2.散热器盖现代汽车发动机都是采用压力循环水冷系统。这种水冷系统广泛采用具有空气阀和蒸气阀的散热器盖，如图6.6所示。当散热器内部压力大于规定值时(一般为0.026~0.037MPa，某些轿车可达0.1MPa),蒸气阀打开，蒸气及冷却液由蒸气排出管流出。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修当发动机停止工作，冷却液温度降低，体积收缩后，散热器内的压力低于大气压力时，空气阀打开，使空气或储存箱中的冷却液流入散热器内，以防止散热器或水管塌陷，并保持冷却液的量。散热器盖的这种结构可以提高冷却液的沸点，使冷却液不易沸腾;同时可以提高散热器水与空气的温差，提高冷却效率，并且可以减少冷却液的流失。3.水泵水泵的作用是对冷却液加压，使其在冷却系统中循环流动。现代汽车发动机均采用离心式水泵，这种水泵结构简单、体积小、出水量大、维修方便，获得广泛应用。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修离心式水泵由壳体、叶轮、水泵轴、轴承、水封等组成，如图6.7所示。离心式水泵的工作原理:当水泵工作时，叶轮旋转，进水腔A体积增大，产生真空，在真空吸力的作用下，冷却液由散热器经进水管进入水泵，然后被叶轮带到出水腔B，由于这时出水腔B的体积是不断缩小的，所以压力增加，这样冷却液就通过出水管被压入发动机缸体水套中。水泵的动力由曲轴带轮经V带传至风扇带轮，再通过凸缘带动水泵轴和水泵叶轮转动。

4.膨胀水箱膨胀水箱设置于散热器的一侧，通过橡胶水管与散热器加水口处的出气口相连。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修当冷却液温度升高，体积膨胀时，散热器中多余的冷却液流入膨胀水箱中;而当冷却液温度降低时，体积收缩，散热器内产生一定真空，膨胀水箱中的冷却液又被吸回散热器中。这样散热器可以经常保持在满水状态，以提高冷却效果。这样散器上水箱也可以做得小些，同时冷却液损失很少，驾驶员也不必经常检查冷却液量。膨胀水箱上印有两条液面高度标记线:+L;(低)与“F”(高)，或者“FULL”(充满)与“ADD”(添加)。冷却液温度在50℃以下时，液面高度不应低于“L”(ADD)线，否则需补充冷却液，补充时冷却液可从膨胀水箱口加入，高度不超过“F"(FULL)线。如图6.8所示。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修

5.节温器节温器的作用是随冷却系的冷却液温度变化而改变水的循环路线，以调节冷却系的冷却强度，保证发动机处于最有利的温度状况下工作。目前汽车发动机上采用较多的是蜡式节温器，因为它具有对水压影响不敏感、工作性能稳定、水流阻力小、结构坚固和使用寿命长等优点。蜡式节温器安装在缸盖出水口处，其结构如图6.9所示。中心杆的上端固定于支架，下端插入胶管的中心孔内。胶管与外壳之间的环形内腔装有石蜡。节温器外壳上端装有主阀门，下端套装有副阀门，弹簧位于主阀门与支架下底之间。如图6.9所示。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修低温时，石蜡呈固态，弹簧将主阀门压在阀座上，而副阀门开启，冷却液进行小循环。当温度升高时，节温器外壳中的石蜡由固态变为液态，体积增大，在外壳容积不能增大的情况下，石蜡挤压胶管，胶管收缩而对中心杆锥状端头产生推力，因中心杆固定在支架上不能移动，只能使外壳压缩弹簧向下移动并带动阀门下行。这时，主阀门打开，副阀门关闭，冷却液经主阀门流入散热器，进行大循环。桑塔纳2000型发动机的蜡式节温器，当冷却液温度低于85℃时，进行小循环;当冷却液温度高于85℃时，部分冷却液进行大循环;当冷却液温度达到105℃时，全部冷却液参加大循环。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修6.散热风扇现代汽车发动机散热风扇通常采用合成树脂材料制成，以减少噪声，且广泛采用电动风扇，其特点是风扇不与水泵同轴，而由电动机驱动，并受冷却液温度作用的温度开关控制。发动机低温时风扇不转动，当发动机高温后风扇才转动，且某些发动机风扇有高、低两个挡位，由专门的电路控制，如图6.10所示。

7.风扇离合器一些汽车发动机采用各种自动风扇离合器控制风扇的扇风量，以改变冷却强度。这种方法是根据发动机的温度自动控制风扇转速，以达到改变通过散热器的空气流量的目的。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修这不仅能减少发动机功率损耗，节约燃料，还能降低发动机噪声，提高发动机使用寿命。目前，常见的风扇离合器有硅油式、机械式和电磁式三种类型。硅油风扇离合器由主动部分、从动部分和控制部分组成。主动轴与水泵轴通过螺栓连成一体，主动板连接在主动轴的前端，从动板与前盖、壳体连成一体，风扇固定在壳体上。前盖与从动板之间的空间构成储油室，内部充满了黏度很大的硅油。主动板与壳体之间的空间为离合器工作室。从动板上有进油孔，常温下被阀片关闭，高黏度硅油不能进入工作室，离合器处于分离状态。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修主动板、主动轴与水泵轴一起转动，使风扇随壳体在主动轴上空转打滑，冷却系的冷却强度相对较低。如图6.11所示。当流经散热器的空气温度升高时，即冷却液温度升高时，双金属感温器受热变形，迫使阀片轴相对于从动板转动，从而带动阀片转动，打开进油孔，于是硅油进入工作室，由于主动板与从动板之间工作面的缝隙中进入了黏度很大的硅油，主动板利用硅油的黏性即可带动从动板和风扇转动，这时离合器处于接合状态，风扇转速升高。从动板外缘有一个回油孔，硅油可在其离心力作用下，经回油孔从工作室返回储油室，从而使硅油在工作室与储油室之间循环流动，防止工作室中硅油温度过高而影响其黏度。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修若流过散热器的空气温度下降，双金属感温器恢复原状，阀片关闭进油孔，在离心力作用下，硅油经回油孔从工作室返回储油室，离合器又回到分离状态，风扇转速降低。

8.百叶窗由于节温器的存在，在冬季冷车起动后的热车过程中，或在严寒冷却液温度较低时，水只进行小循环，水在散热器内有冻结的危险。为此，需在散热器前安装挡风装置，用来调节流过散热器的空气流量，以调节冷却液的冷却强度，使发动机保持在狭窄的正常温度范围内。并保持机罩内的正常温度不低于20℃，以改善燃油的汽化条件，减少排气的污染。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修百叶窗由许多片活动挡板组成，安装在散热器前面，有垂直安装的，也有水平安装的。百叶窗的开度通过一套操纵机构由驾驶员控制，有些汽车采用调温器来自动控制百叶窗开度。四、项目实施冷却系统的清洗汽车发动机冷却系统中的水垢与日常生活中所用的电器完全不同，除了具有钙镁离子形成的水垢之外，还有硅胶垢、腐蚀产物形成的金属垢等，形成原因多种多样。水垢的导热系数很低，是铸铁的1/25，黄铜的1/50。如果我们检查拆下的发动机旧缸盖，就可以发现水套内壁有厚厚的一层水垢。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修这些水垢形成于缸体衬里及缸盖水道，极难清除。结垢不但降低了热传导效率，使局部区域因散热性变差而温度上升，导致与邻近区域产生温差或温差加大。热应力因温差的加大而增大，会在应力集中的薄弱部位产生裂纹，而发动机缸盖的排气门就属于这样的部位。它温度高、散热条件差、结构单薄，水垢的隔热作用使散热条件进一步恶化，因而在应力集中的作用下会产生缸体裂纹。另外，结垢不仅使冷却系统散热性能变差，还会出现局部高温区，恶化润滑条件，使发动机温度升高，加速发动机系统的磨损。严重的还会堵塞散热管、堵塞冷却系统管路等，结果大大降低传热效率，使发动机过热，造成更大的事故，严重危害驾驶人员的行驶安全。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修清理水垢的方法有以下两种。

(1)人工清理法这种方法需要把汽车水箱拆卸下来，进行人工锤、刮、铲等清除水垢，最后冲洗排尽。此方法除垢效率低且劳动强度大，不易清除干净，还容易造成二次损害。水垢清洗剂:一般的清洗剂，无法彻底清除水道内的水垢和酸性物质，有时也能泡下来大片脱落的水垢，但这样会堵塞水道，有时要拆下水箱进行清洗;此种方法不能彻底清除顽固的水垢，也需要把汽车水箱拆卸下来，加入水垢清洗剂进行人工清除。此除垢方法能清除得很干净，但是效率低、劳动强度大。上一页下一页返回学习情境六冷却系统的检修

(2)专业除垢方法1)清洗工具:工程套装工具、清洁桶、毛巾、照明工具、橡胶手套。2)清洗药剂:汽车水箱专业除垢剂。

3)清洗方法:①清洗前检查整个水循环系统的完好性及了解使用时间并作记录。②汽车发动机及水箱应在静止冷却状态。③将汽车水箱排水口打开放净水后关闭，然后打开散热器水箱盖。④将汽车水箱专业除垢剂与清水按1:(5~10)的比例混合，或按实际情况稀释加入汽车水箱，让其加速循环10