第7章 发动机冷却系统(试讲7-1到7-2)

第7章发动机冷却系统（试讲7.1-7.2）本章提要本章重点讲述了发动机冷却系统主要总成的结构、工作原理、检修项目和检修方法，介绍了发动机水冷却系统主要零部件的构造与工作原理，分析了水冷却系统的常见故障。

7.1 概述7.1.1 冷却系统的作用发动机冷却系统的作用是使工作中的发动机得到适度的冷却，并使发动机在工作过程中始终处于最佳的工作温度范围内。

在可燃混合气的燃烧过程中，气缸内气体温度可高达1,800～2,000℃。

直接与高温气体接触的机件若不及时冷却，则可能因受热膨胀而破坏正常间隙，各机件也可能因高温而导致其机械强度降低甚至损坏，为保证发动机正常工作，必须冷却这些高温条件下工作的机件。

若发动机温度过低，又会导致发动机功率降低、燃油消耗增加和发动机磨损加剧。

因此，现代发动机采用各种措施自动调节冷却液温度。

发动机冷却要适度。

若冷却不足，会使发动机过热，从而造成充气效率下降，早燃和爆燃倾向加大，致使发动机功率下降；过热还会使发动机运动零件问的间隙变小，导致零件不能正常运动，甚至卡死、损坏；或使零件因强度下降而导致变形和损坏；同时，过热还会使润滑油黏度减小，润滑油膜易破裂而使零件磨损加剧。

若冷却过度，会使发动机过冷，导致进入气缸的混合气或空气温度低而难以点燃混合气，造成发动机功率下降、油耗上升。

还会使润滑油黏度增大，造成润滑不良而加剧零件磨损。

此外，因温度低而未气化的燃油会冲刷气缸、活塞等摩擦表面上的油膜，同时因混合气与温度较低的气缸壁接触，使其中原已汽化的燃油又重新凝结而流入曲轴箱内，不仅增加了油耗，而目使机油变稀而影响润滑，从而导致发动机功率下降，磨损加剧。

7.1.2 冷却系统的类型和组成冷却系统按照冷却介质的不同可以分为风冷式和水冷式。

把发动机高温零件的热量直接散入到大气中的冷却装置称为风冷式冷却系统；而把这些热量先传给冷却液，然后再散入大气中的冷却装置称为水冷式冷却系统。

1. 风冷式冷却系统风冷却系统是在气缸体和气缸盖上制有许多散热片，以增大散热面积，利用机械前进中的空气流或特设的风扇鼓动空气，吹过散热片，将热量带走。

风冷式冷系统以空气为冷却介质，一般由风扇、导流罩、散热片、气缸导流罩和分流板组成，如图7―1所示。

利用大流量风扇使高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，使发动机零部件的热量散发到大气中。

采用风冷式冷却系统的发动机也称为风冷式发动机。

图7―1 风冷却系统为了有效地降低受热零件的温度和改善其温度的分布，风冷式发动机在气缸盖和气缸体的外表面精心布置了一定形状的散热片，确保发动机在最适当的温度范围内可靠地工作。

为了加强冷却，保证冷却均匀，通常还装有导流罩、分流板。

当采用一个风扇时，装在发动机前方中间位置；采用两个风扇时，分别装在左右两列气缸前端。

风冷式冷却系统的特点是结构简单、质量较小、升温较快、经济性好，对地理环境和气候环境的适应性强，特别适用于沙漠等高温地区和极地等严寒地区。

风冷发动机由于省去了散热器和许多管道，维护简便，工作可靠。

缺点是冷却效果难以调节、消耗功率大、工作噪声大等，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，燃油和润滑油耗量也较大。

因此，风冷式冷却系统在现代工程机械发动机上采用较少。

2. 水冷式冷却系统水冷式冷却系统是以水（或冷却液）为冷却介质，先将发动机受热零件的热量传给冷却液，再通过散热器散发到大气中去，如图7―2所示。

采用水冷式冷却系统的发动机也称为水冷式发动机。

发动机水冷却系统一般由散热器、水泵、风扇、风扇离合器、节温器、水套、百叶窗等组成，利用水泵强制冷却液在冷却系统中进行循环流动而达到散热的目的。

图7 – 2水冷却系统水冷式发动机的气缸盖和气缸体中都铸有相互连通的水套。

在水泵的作用下，散热器内的冷却水被加压后通过气缸体进水孔进入发动机，流经气缸体及其缸盖的冷却套而吸收热量，然后从气缸盖的出水口沿水管流回散热器。

由于工程机械行驶的速度及风扇的强力抽吸，空气由前向后高速通过散热器。

因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却，从而保证发动机正常工作。

为使发动机在低温时减少热量损失、缩短暖机时间，在低温大负荷情况下加快散热，冷却系统中设有调节温度的装置，如节温器、风扇离合器等。

为便于驾驶员能及时掌握冷却系统的工作情况，还设有水温表和高温警告灯等。

水冷却系统特点是冷却均匀可靠、效果好，发动机结构紧凑、制造成本低、工作噪声和热应力小等，因而得到广泛应用，本章主要介绍水冷式发动机的冷却系统。

7.2 水冷却系统的主要组成部件7.2.1 冷却水泵冷却水泵一般安装在发动机前端，由曲轴通过皮带轮驱动，其功用是对冷却水加压使其在冷却系统中循环流动。

工程机械发动机大多采用的离心式水泵是由泵体、泵盖、泵轴、叶轮、轴承等组成。

泵体由铸铁铸成，上有进水口，用螺栓钉固定在发动机前部，泵体与泵盖之间有衬垫。

泵盖有的是单独制造，有的是安装在正时齿轮盖上，水泵的出水道铸在泵盖上。

泵轴前端装有皮带盘，后端装有水封和叶轮，叶轮与轴是过盈配合。

为了防止水沿轴向前渗漏，在叶轮中央装有自紧式水封，由密封垫、皮碗和弹簧组成。

水泵的工作原理如图7―3所示，发动机工作时，通过皮带传动使泵轴转动，水泵中的水被叶轮带动一起旋转。

并在自身的离心力作用下，向叶轮的边缘甩出，然后经泵盖上的出水口压送到发动机水套内。

同时叶轮中心部分压力降低，散热器中的水便从进水口被吸入叶轮中心处。

图７―3离心式水泵基本组成和工作原理１―水泵壳体２―叶轮３―进水口４―出水口7.2.2 散热器散热器的功用是将水套中流出的高温冷却液分成许多股细流，并利用散热片增大散热面积，以便使冷却液的温度迅速降低。

冷却液在散热器中的流动方向有些是自上而下流动，有些是自左而右横向流动，其结构和原理相同。

散热器主要由贮水室、进水管、散热器芯、敞热器盖和出水管组成。

在散热器的顶部设有加水口，以便加注冷却液，在通常情况下加水口用散热器盖封闭；底部一般设有放水阀，以便必要时，放出散热器内的冷却液。

图7―4 芯片式散热器芯的结构常用的散热器芯为芯片式结构，如图7―4所示。

散热器芯由许多芯管和散热片组成，芯管为扁圆形直管，芯管两端与两个贮水室之间及芯管与散热片之间均用锡焊焊接。

冷却液流经散热器时被芯管分成许多股细流，并经芯管上的散热片将热量散发到大气中。

散热片不仅可以增加散热面积，而且可以提高散热器芯的刚度和强度。

7.2.3 节温器节温器的功用是控制通过散热器的冷却液流量，使冷却液在散热器与水套之间进行大循环或小循环，调节冷却强度，保证发动机在最适宜的温度下工作。

图7―5 蜡式节温器的结构图7―6 节温器工作状况各种发动机装用的节温器基本都是蜡式节温器，是利用石蜡受热体积急剧膨胀的特点而设计制造，其结构原理相同。

蜡式节温器的结构主要有壳体、弹簧、石蜡、阀门、支架、推杆和胶管等组成，壳体一般用铜制作，推杆的一端固定在支架上，另一端插入胶管内，石蜡装在胶管与节温器壳体之间的腔体内，如图7―5所示。

温度较低时石蜡呈固态，主阀门被弹簧推向上方与阀座压紧，主阀门处于关闭状态（见图7―6（a））；此时，副阀门开启，冷却液进行小循环，来自发动机水套的冷却液经副阀门、小循环水管直接进入水泵，被泵回到发动机水套内。

温度升高时，石蜡逐渐熔化成液态，使其体积膨胀，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（一般为76℃）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。

当冷却液温度进一步升高到一定值（一般为86℃）时，主阀门完全开启，而副阀门也正好关闭小循环通路（见图7―6（b））；此时来自发动机水套的冷却液全部经过散热器进行大循环。

冷却液温度在主阀门开始开启温度与完全开启温度之间时，主阀门和副阀门均部分开启，在整个冷却系统内，部分冷却液进行大循环，部分冷却液进行小循环；表7―1 为常见发动机节温器阀门的开闭情况。

表7―1 常见发动机节温器阀门开闭情况7.3 冷却系统的维修7.3.1 水泵的维修1. 水泵的常见故障水泵常见故障是漏水、轴承松旷和泵水量不足。

（1）漏水泵壳裂纹导致漏水时一般有明显的痕迹，裂纹较轻时可用粘接法修理，裂纹严重时应更换；在水泵正常时，水泵壳上的泄水孔不应漏水，如果泄水孔漏水说明水封密封不良，其原因可能是密封面接触不紧密或水封损坏，应分解水泵进行检查，清洁水封密封面或更换水封。

（2）轴承松旷在发动机怠速运转时，若水泵轴承有异响或带轮转动不平衡，一般是轴承松旷所致；发动机熄火后，用手扳动带轮进一步检查其松旷量，若有明显松旷，应更换水泵轴承；若水泵轴承有异响，但用手扳动带轮无明显松旷，则可能是水泵轴承润滑不良所至，应从滑脂嘴加注润滑脂。

（3）泵水量不足水泵泵水量不足一般是因水道堵塞、叶轮与轴滑脱、漏水或传动带打滑，可通过疏通水道、重装叶轮、更换水封、调整风扇传动带松紧度来排除故障。

2. 水泵的检修（1）水泵的分解为了便于水泵分解，应将水泵体放在80～90℃的热水中加温，加温后进行分解。

拆下风扇及风扇离合器总成，打开水泵后端盖板，夹住带轮旋下水泵叶轮，取出水封总成及弹性挡圈；或用专用拆装工具压出水泵叶轮、水封副和水泵轴承的组件以及水泵轴。

（2）水泵的检查起动发动机，查看水泵溢水孔是否有渗漏，若渗漏，则表明水封已损坏；察听有无异常响声。

停机后用手扳动风扇叶片，查看带轮与水泵轴配合是否松旷，稍有间隙感觉为正常；若明显松旷，表明带轮与泵轴或带轮与锥形套配合松旷。

如果就车检查水泵无漏水、发卡、异响及带轮摇摆现象，可不用对其分解，只加注润滑油即可。

如有上述异常现象，则应分解检查，并予以修理。

如带轮松旷摇摆时，应检查风扇及带轮毅的螺栓或螺母，若松旷应予拧紧；如螺栓和螺母紧固良好，传动带仍松旷摇摆，则可能是水泵轴松旷，应分解水泵，检查水泵轴承，若松旷，应予更换。

当水泵漏水时，应检查水泵衬垫、水泵壳上的泄水孔。

当水泵衬垫漏水时，先检查水泵紧固螺栓是否松动，如松动应拧紧。

若拧紧后仍漏水时，应予更换衬垫。

当水泵壳上的泄水孔漏水时，应分解水泵，检查自紧式水封总成，如损坏应予修复或更换。

更换或修复水封总成后，应进行简易漏水试验。

其方法是：堵住水泵进水口，将水注满叶轮室，转动泵轴，泄水孔应不漏水。

（3）水泵主要零件的修理①水泵壳的检修。

水泵壳体裂纹可采用铸铁焊条焊接，而后用环氧树脂胶涂其表面，以防漏水。

水泵壳轴承孔磨损，可采用过盈配合的镶套法修复。

②水泵轴的检修。