第八章发动机冷却系分析

第八章发动机冷却系第一节概述一、冷却系的功用二、冷却系的类型三、水冷系的组成与循环水路四、冷却液与防冻液第二节水冷系主要部件的结构与检修一、散热器二、膨胀水箱三、水泵四、风扇五、风扇离合器六、节温器七、百叶窗第三节电控冷却系统一、电子控制系统的组成二、冷却循环控制三、冷却风扇的控制第四节水冷系常见故障一、发动机过热二、发动机过冷三、冷却系渗漏第八章发动机冷却系学习目标●清楚发动机冷却系的作用。

●能够结合实际发动机说明冷却系的组成及水冷循环路线。

●结合实物说明水冷系各部件的结构与工作原理。

●能对水冷系各部件进行熟练拆卸、检验、装配与调整。

●能对水冷系的常见故障进行诊断与排除。

考核标准●发动机冷却系的作用及组成。

●冷却系各部件的结构与工作原理。

●冷却系各部件的检修与更换。

●冷却系故障分析与排除。

第一节概述一、冷却系的功用发动机在燃烧过程中时，气缸内燃烧气体的温度可高达2073～2273K，与高温接触的发动机零件受到强烈的加热，因此，在发动机上必须设置冷却系，对发动机的高温机件进行冷却，保证发动机的正常工作。

发动机冷却系的功用就是使发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作。

冷却系的冷却强度是否合适，对发动机的影响很大。

若冷却不足，会造成发动机过热，导致充气效率下降而影响发动机的功率输出；高温会使运动机件间正常的间隙受到破坏，使零件不能正常运动，甚至卡死、损坏；零件因力学性能下降而导致变形和损坏；同时高温还会造成润滑油粘度减小、润滑油膜易破裂而加剧零件的磨损。

对于汽油机而言，还会造成早燃、爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。

若冷却过度，会使发动机过冷，导致燃料蒸发困难，可燃混合气形成条件变差，燃烧不完全而使发动机功率下降、油耗增大、排放污染物增加；同时温度过低，使润滑油粘度增大，造成润滑不良而加剧零件的磨损。

二、冷却系的类型汽车发动机上采用的冷却系类型有水冷系和风冷系。

水冷系通过冷却液在发动机水套中循环流动而吸收多余的热量，再将此热量散入大气而进行冷却的一系列装置。

水冷系因冷却强度大、易调节，便于冬季起动而广泛用于汽车发动机上。

在发动机正常工作时，水冷系能使发动机的工作温度维持在正常范围内。

通常，气缸盖内冷却液的温度应保持在353～363K范围内，气缸壁的温度应保持在470～550K范围内。

风冷系是以空气作为冷却介质，将发动机中高温零件的热量，通过装在气缸体和气缸盖表面的散热片直接散入大气中而进行冷却。

风冷系因冷却效果差、噪声大、功耗大等缺点，仅用于部分小排量及军用汽车发动机。

采用风冷系时，气缸体和气缸盖的允许温度分别为423～453K及433～473K。

图8. 1为发动机风冷系示意图。

气缸体11和气缸盖6通常用导热性好的铝合金分别铸出，然后装到整体的曲轴箱上。

为增大散热面积，在气缸体和气缸盖的表面布满了散热片。

曲轴通过风扇平带15驱动风扇叶轮14旋转，将环境温度下的冷却空气5吸入，经导风板7将其引向气缸体及气缸盖并将发动机的热量带走，然后经热风出口10排出。

图8. 1 发动机风冷系示意图l－风扇；2－风扇壳体；3－风扇导流定子；4－风扇导流叶片；5－冷却空气；6－气缸盖；7－导风板；8－气缸盖散热片；9－气缸体散热片；10－热风出口；11－气缸体；12－排气歧管；13－风扇带轮；14－风扇叶轮；15－风扇平带；16－风扇叶片三、水冷系的组成与循环水路目前汽车发动机上采用的水冷系都是强制循环式水冷系。

它是利用水泵将冷却液提高压力，使其在发动机冷却系中循环流动而完成对发动机的冷却。

水冷系的组成如图8.2所示。

水冷发动机的气缸盖与气缸体中都铸有贮水的、连通的夹层空间8，称为水套，使冷却水得以接近受热零件，并可在其中循环流动。

水泵安装在发动机缸体前端面或侧面，由曲轴通过V形带驱动。

水泵的出水孔通过分水管与水套相连。

散热器一般安装在发动机前方的支架上，上端通过橡胶水管与发动机缸盖出水孔相连，下端与水泵进水口相连。

节温器位于气缸盖出水管内或水泵进水口处，可以根据发动机的工作温度，自动控制冷却液的循环路线，实现冷却强度的调节。

在散热器后面装有轴流式风扇，由曲轴或电机驱动，能产生强大的抽吸力，增大通过散热器的空气流量和流速，加强散热器的散热效果。

为了使发动机的工作温度维持在正常范围内，风扇与曲轴之间通常用风扇离合器连接，可根据发动机温度改变风扇的旋转速度，即改变散热器的散热效果。

在散热器的前面还装有百叶窗，由驾驶员操纵其开度来控制通过散热器的空气量，也可实现冷却强度的调节。

此外，水冷系中还设有水温表，使驾驶员能够掌握冷却系的工作情况。

通常冷却液在冷却系内的循环流动有两种情况：一是水温高时，气缸盖出水孔的冷却液流经散热器再经水泵流回水套，称为大循环；二是水温低时，发动机出水孔的冷却液不经过散热器而直接流回到水套，称为小循环。

图8.2 发动机强制循环式水冷系1－百叶窗；2－散热器；3－散热器盖；4－风扇；5－节温器；6－水温表；7－水套；8－分水管；9－水泵；10－放水阀图8.3所示为捷达王轿车发动机冷却系统示意图。

节温器安装在水泵进水口处，采用了电动风扇，水冷系还为暖风装置提供热源。

由于采用多点燃油喷射系统，因而无须对进气歧管采取预热措施来改善混合气雾化，但为了防止节气门体产生结冰现象，对节气门体采取了冷却液加热措施。

现代发动机采用的冷却液都加入防冻液，使冷却液冰点温度大大降低，因此散热器以及缸体上都取消了放水开关。

为防止冷却液损失，系统中增加了膨胀水箱，对散热器中冷却液起到了自动补偿以及水汽分离作用。

图8.3 捷达王发动机冷却系循环水路四、冷却液与防冻液汽车发动机中使用的冷却液应该是清洁的软水，雨水、雪水或自来水都可。

不宜添加井水、河水、海水等含有矿物质的水。

因为在高温作用下，这些矿物质会从水中沉淀析出而产生水垢，这些水垢积附在水套的内壁和软管的接口处，影响了水流的循环，造成高温零件散热困难而使发动机过热。

在冬季寒冷地区，往往因冷却液结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形、胀裂的现象。

为适应冬季行车的需要，可在冷却液中加入一定量的防冻液以达到降低冰点、提高沸点的目的。

现代汽车使用的防冻液通常由一定比例的乙二醇和蒸馏水混合而成，其冰点可达238 K，沸点则高达400 K左右。

在优质的防冻液中还常含有水泵润滑剂、防尘剂、防腐剂和酸度中和剂，以减少保养维修工作量，延长发动机的使用寿命。

因防冻液的膨胀系数比水受热时的膨胀系数略高，为避免因为膨胀而造成冷却液溢流损失，冷却液不能加得太满。

在带有膨胀水箱的冷却系中，冷却液的液面高度应处在膨胀水箱上的MIN与MAX两标记之间。

提示：冷却系统中必须常年加注冷却液添加剂以防止结冻、腐蚀损坏及提供沸点。

切忌混用不同牌号的冷却液。

第二节水冷系主要部件的结构与检修一、散热器1．散热器的结构原理散热器的功用是将冷却液在水套中所吸收的热量传给外界大气，使水温下降。

散热器要用导热性能良好的材料制造，并应保证足够的散热面积。

散热器主要由上、下贮水室2、10、散热器芯11和散热器盖3等组成，如图8.4所示。

上贮水室通过进水软管与气缸盖上的出水管相通，下贮水室通过出水软管与水泵进水口相通，上贮水室上端设有加水口，并用散热器盖密封，下贮水室中常设有放水开关，必要时可将散热器内的冷却液放掉。

图8.4 散热器的结构1－进水管口；2－上贮水室；3－散热器盖；4－加水口；5－上管栅；6－溢水管；7－侧固定夹板；8－下管栅；9－出水管口；10－下贮水室；11－散热器芯散热器芯对冷却液起主要散热作用。

常用散热器芯的结构型式有管片式和管带式两种，见图8.5。

管片式（图8.5a）散热器芯由若干冷却管1和散热片3构成。

冷却管的断面大多为扁圆形，与圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且万一管内的冷却液结冰膨胀，扁圆管可以借助其横断面变形而避免破裂。

采用散热片，不但可以增加散热面积，还可以增大散热器的刚度和强度。

管片式散热器因结构刚度较好而广泛为汽车发动机所采用。

管带式（图8.5b）散热器芯由冷却管1和散热带2焊接而成。

冷却管与散热带相间排列，在散热带上常开有形似百叶窗的孔A，以破坏气流在散热带表面上的附面层，提高散热能力。

管带式散热器芯的优点是散热能力强、制造工艺简单、质量小。

随着路况状况的不断改善，其应用越来越广。

图8.5 散热器芯的结构a）管片式；b）管带式1－冷却管；2－散热带；3－散热片；A－孔散热器芯多采用导热性、焊接性和耐腐蚀性均好的黄铜制造。

为减小质量，节约铜材，铝制散热器芯目前广泛用于许多使用条件较好的轿车上。

也有些汽车发动机的散热器芯，其冷却管仍用黄铜，而散热片则改用铝锰合金材料制成。

发动机工作时，进入上贮水室的高温冷却液通过冷却管流向下贮水室的过程中，被从散热器芯缝隙中流过的空气流冷却，温度降低后在水泵的抽吸作用下又重新进入水套循环使用。

这种散热器称为竖流式。

为降低汽车发动机罩轮廓的高度，有些轿车采用了横流式散热器，即冷却液从一侧的进水口进入水箱，然后水平横向流动到另一侧的出水口。

正确的冷却液水面对冷却系统的有效工作极其重要。

因此，有些汽车上装有冷却液回收装置，可将受热溢出的冷却液回收在膨胀箱内。

这时，检查液面和加注冷却液都在膨胀箱上进行，安全方便。

发动机处于冷态时，冷却液面应在膨胀水箱的MIN和MAX 两标记之间；发动机处于暖态时其水面应略高于MAX标记。

注意：当发动机处于热态时，不要打开散热器盖，以免高温水蒸气喷出引起烫伤。

汽车发动机都采用压力循环水冷系，这种水冷系广泛采用具有空气一蒸汽阀的散热器盖，其结构如图8.6所示，蒸气阀在弹簧4的作用下，紧紧地压在加水口上，密封散热器。

在蒸气阀中央设有空气阀，空气阀弹簧7使其处于关闭状态。

这种结构散热器盖可自动调节冷却系内的压力，提高冷却效果。

发动机热状态正常时，两阀在弹簧力作用下均关闭而使冷却系与大气隔绝。

因水蒸气的产生而使冷却系内的压力稍高于大气压力，提高了冷却液的沸点，改善了冷却效能。

当散热器内压力达到126～137kPa时（此压力下，水的沸点达381K），蒸汽阀开启而使水蒸气从通气孔1排出（图8.6b），以防散热器及芯管涨裂；当水的温度下降，冷却系内的真空度低于1~20 kPa时，空气阀打开，空气从通气孔1进入冷却系（图8.6a），以防散热器及芯管被大气压瘪。

图8.6 具有空气一蒸汽阀的散热器盖（张子波218页）a）空气阀开启；b）蒸汽阀开启1－通气孔；2－阀座；3－加水口盖；4－蒸汽阀弹簧；5－蒸气阀；6－空气阀；7－空气阀弹簧2．散热器的检修散热器在使用过程中，会因腐蚀和积垢等原因影响冷却效果；也会因渗漏或散热器盖密封不严而影响其正常工作。

（1）散热器的清洗。

清洗散热器，去除水垢，是恢复散热器散热能力的有效方法。