汽车发动机冷却系统的构造与维修教案

发动机冷却系统任务一系统的作用及组成学习目标(1)冷却系统的功用和冷却方式(2)冷却系统的基本组成一、认识冷却系统1.冷却系统的作用发动机冷却系统的任务是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，使发动机得到适度的冷却，从而保证发动机在最适宜的温度状态下工作。如图5-1所示，发动机的正常工作温度在90℃左右。正确的发动机工作温度不仅对发动机的动力输出、燃油经济性影响较大；同时，也有利于降低有害物质排放。Pe:输出功率Be:燃油经济性T:发动机温度发动机温度与性能的关系图发动机过热会降低气缸充气效率，使发动机功率下降；早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；零件的机械性能降低，导致变形或损坏。发动机过冷会使进入气缸的混合气（或空气）温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加；燃烧生成物中的水蒸汽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；未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面（气缸壁、活塞、活塞环等）上的油膜，使零件磨损加剧。2.冷却系统的分类有液冷式和风冷式两种。液冷式主要用在汽车用发动机上，风冷式在摩托车上面应该非常广泛。1）.风冷发动机冷却系统冷却介质是空气，通过气流利用散热片直接向周围空气散热，摩托车采用的风冷发动机。风冷发动机冷却风冷发动具有特点：（1）结构简单、质量较小、升温较快、经济性好。（2）难以调节，消耗功率大、工作燥声大。2）.水冷发动机冷却系统液冷的原理是通过冷却液的不断循环，从发动机水套中吸收多余的热量，并利用循环液将热量带走，通过散热器将热量散发到大气中。液冷需要冷却液作为导热媒介，根据导热媒介的不同又可分为水冷和油冷两类，现代轿车多采用水冷为主、油冷为辅的散热方式帮助汽车提高冷却能力。水冷的媒介为防冻液，水冷发动机的冷却系统。水冷却系统油冷是指利用润滑系统中的润滑油来散热，起到了辅助的散热作用。3.水冷却系统组成发动机冷却系统由散热器、水泵、风扇、冷却介质、温度调节装置和连接管路等组成。冷却系统的组成1）.散热器散热器又称为水箱，由上水室、散热器芯和下水室等组成。安装在发动机前的车架横梁上。其作用是将冷却水在水套中所吸收的热量散发至外界大气，使水温下降。散热器总成2）.水泵水泵的作用是对冷却液加压，使之在冷却系中循环流动。它相当冷却系统的心脏。大众车系水泵结构图3）.散热风扇冷却风扇置于散热器后面。如图5-7所示，当发动机在车架上纵向布置时，风扇一般安装在水泵轴上，并由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。风扇的功用是当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加快冷却液的冷却速度。汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。散热风扇4）.冷却液冷却液是发动机冷却系统中最重要的工作介质，汽车常用的冷却液有水或加入防冻剂的防冻液。（1）冷却水汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水，如雨水，自来水等；而井水、河水等硬水中含有矿物质，在高温下易生成水垢，不能作为发动机冷却水。（2）防冻液冷却液是水与防冻剂的混合物。为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。50％的水与50％的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为－35.5℃。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如，含50％乙二醇的冷却液在大气压力下的沸点是130℃。因此，防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆尽，因此，定期更换冷却液是十分必要的。在防冻剂中一般还要加入着色剂，不同品牌车型的所使用的冷却液的颜色不同。颜色上的差异也会很醒目地区分出不同的产品，典型日系车型常用的绿色防冻液。在冷却液发生泄漏时，可以更为醒目的被人所察觉。冷却液防冻液泄漏专用冷却液使用注意事项①专用冷却液一般呈深绿色或深红色，有一定的毒性，使用时应注意。②发现冷却液泄漏时，应及时检查添加。③不同的防冻液添加剂比例不同、不能勾兑使用。④更换不同品牌或型号的防冻液时应该对系统进行彻底清洗。任务二系统构造及原理学习目标(1)掌握小循环的原理(2)掌握大循环的原理(3)掌握节温器的工作原理一、系统构造水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零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大都是强制循环式水冷系统，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。它主要由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。系统构造二、系统循环原理散热器内的冷却水经水泵加压后通过气缸体进水孔压送到气缸体水套和气缸盖水套内。发动机水套冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器，由于有风扇的强力抽吸，空气流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，如图5-12所示。发动冷却液冷却液流向散热器发动机工作的环境一直在变化中，负荷大时产生的热量也大。这时需要冷却系统加大散热量，防止发动机温度过高。负荷小时发动机产生的热量相对较少，这时冷却系统需要适当减少散热量，这样才能维持发动机的的正常工作温度。现代轿车强制循环式水冷系统都有调节散热量的装置，便于来适时地改变散热量。a）大循环b）小循环不同的循环方式三、系统元件构造1.散热器1）散热器的构成：发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。散热器散热器的实际外形散热器实物图2）散热器的分类：（1）按照散热器中冷却液流动的方向分：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，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。大多数新型轿车均采用横流式散热器，这可以使发动机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。散热器流动方向的区别（2）按照散热管的排列分：散热器芯有多种结构形式，一般可分为管片式、管带式、板式三种。①管片式散热器芯由散热管和散热片组成，如图5-17所示。散热管是焊在进、出水室之间的直管，作为冷却液的通道。散热管有扁管也有圆管。扁管与圆管相比，在容积相同的情况下有较大的散热表面。铝散热器芯多为圆管。在散热管的外表面焊有散热片以增加散热面积，增强散热能力，同时还增大了散热器的刚度和强度。管片式散热器的优点是散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力强等。管片式②管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成。散热管为扁管并与波形散热带相间地焊在一起。为增强散热能力，在波形散热带上加工有鳍片。与管片式散热器芯相比，管带式的散热能力强，制造简单，质量轻，成本低，但结构刚度差。管带式③板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。这种散热器芯散热效果好，制造简单，但焊缝多不坚固，容易沉积水垢且不易维修。板式2.散热器盖现代的汽车发动机强制循环水冷系都用散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上，使水冷系成为封闭系统，通常称这种水冷系为闭式水冷系。其优点有两个：①闭式水冷系可使系统内的压力提高98～196kPa，冷却液的沸点相应地提高到120℃左右，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率。由于散热器散热能力的增强，可以相应地减小散热器尺寸。②闭式水冷系可减少冷却液外溢及蒸发损失。散热器盖的作用是密封水冷系并调节系统的工作压力。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补偿水桶，以防止冷却液胀裂散热器。当发动机停机后，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，补偿水桶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。散热器盖的作用3.补偿水箱发动机冷却系统可分为开式和闭式两种，开式冷却系统中补偿水箱只有储水功能，闭式冷却系统中的补偿水箱不但有储水功能，还有储压功能，所以也称为“膨胀箱”。补偿水箱别称有很多：“副水箱”、“膨胀罐”等等。补偿水箱由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接。补偿水桶其作用当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入补偿水桶。冷却液流入补偿水桶而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会溢失。冷却液流回系统中补偿水箱内的液面有时升高，有时降低，而散热器却总是为冷却液所充满。在补偿水箱的外表面上刻有两条标记线："低"线和"高"线，补偿水箱内的液面应位于两条标记线之间。若液面低于"低"线时，应向箱内补充冷却液。在向箱内添加冷却液时，液面不应超过"高"线。补偿水箱还可消除水冷系中的所有气泡。4.散热器百叶窗有些货车和大客车发动机在散热器前面装有百叶窗，其作用是通过改变吹过散热器的空气流量来调节发动机的冷却强度，以保证发动机经常在适当的温度范围内工作。在发动机冷起动或暖车期间，冷却液的温度较低，这时将百叶窗部分或完全关闭，以减少吹过散热器的空气流量，使冷却液的温度迅速升高。百叶窗可由驾驶人通过驾驶室内的手柄来操纵其开闭，也可用感温器自动控制。百叶窗5.冷却风扇1）.风扇的功用及结构冷却风扇置于散热器后面，当发动机在车架上纵向布置时，风扇一般安装在水泵轴上，并由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。风扇的功用是当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加快冷却液的冷却速度。汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。扇热风扇的作用早期的车辆所采用的风扇大部分由发动机通过皮带驱动，而现在很多轿车发动机的水冷系统采用电动风扇，尤其横置发动机前轮驱动的汽车更是如此。由发动机皮带驱动的冷却风扇越来越少，几近淘汰。电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。在有些电控系统中，电动风扇由电脑控制。冷却液温度传感器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时，电脑使风扇继电器搭铁，继电器触点闭合并向风扇电动机供电，风扇进入工作。电动风扇的优点是结构简单，布置方便，不消耗发动机功率使燃油经济性得到改善。此外，采用电动风扇不需要检查、调整或更换风扇传动带，因而减少了维修的工作量。电动风扇总成6、节温器1）.节温器的作用节温器是控制冷却液流动路径的阀门。当发动机冷起动时，冷却液的温度较低，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经水泵入口直接流入机体或气缸盖水套，以便使冷却液能够迅速升温。如果不装节温器，让温度较低的冷却液经过散热器冷却后返回发动机，则冷却液的温度将长时间不能升高，发动机也将长时间在低温下运转。同时，车厢内的暖风系统以及用冷却液加热的进气管预热系统都在长时间内不能发挥作用，汽车上多采用石腊式节温器。石腊式节温器2）.节温器结构及工作原理节温器结构节温器的结构当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器间的通道，冷却液经水泵返回发动机，进行小循环。发动机温度低时节温器关闭此为小循环当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始熔化逐渐变成液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力。由于推杆上端固定，因此，推杆对胶管和感温体产生向下的反推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水泵流回发动机，进行大循环。节温器全开此为大循环3.节温器的布置一般水冷系统的冷却液都是由发动机的下侧机体流进，从上侧气缸盖流出。因此大多数节温器布置在气缸盖出水管路中。这种布置方式的优点是结构简单，容易排除冷却系统中的气泡。其缺点是节温器在工作时会产生振荡现象。例如，在冬季起动冷发动机时，由于冷却液温度低，节温器阀关闭。冷却液在进行小循环时，温度很快升高，节温器开启。与此同时，散热器内的低温冷却液流入机体，使冷却液又冷了下来，节温器阀重新关闭。等到冷却液温度再度升高，节温器阀又再次打开。直到全部冷却液的温度稳定之后，节温器阀才趋于稳定不再反复开闭。节温器在短时间内反复开闭的现象称作节温器振荡。当出现这种现象时，将增加汽车的燃油消耗量。节温器也可以布置在散热器的出水管路中。这种布置方式可以减轻或消除节温器振荡现象，并能精确地控制冷却液温度，但其结构复杂，成本较高。多用于高性能的汽车及在冬季经常高速行驶的汽车上。7.水泵1）.水泵的作用水泵是发动机冷却系统的重要部件，它的作用是泵送冷却液，使冷却液在发动机的冷却水道内快速流动，以带走发动机工作时产生的热量，保持发动机正常工作温度。水泵的泵水量很大，例如一台V8发动机的水泵，怠速时的泵水量大约是750L/h。2）.水泵的分类根据驱动方式的不同，水泵一般分为机械水泵和电动水泵。目前大多数发动机采用机械水泵，在一些新开发的技术含量较高的发动机上已经使用了电动水泵，例如宝马6系（Ｅ63）搭载的发动机。典型机械水泵电动水泵及安装位置2）.机械水泵的工作原理汽车发动机广泛采用离心式水泵。当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。在叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力下降，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经进水管流入叶轮中心。水泵的工作原理3）.机械水泵的典型构造叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有6～8个径向直叶片或后弯叶片。水泵壳体由铸铁或铝铸制，进、出水管与水泵壳体铸成一体。壳体与转子之间用橡胶密封圈进行密封。水泵的构造4）.机械水泵的驱动早期的车辆水泵一般由曲轴通过V带驱动。现代汽车也有很多由正时皮带带动。因此水泵转速与发动机转速成比例。水泵的驱动5).电动水泵的结构原理电机的圆周运动，带动普通机械水泵泵轮旋转。电动水泵8.水暖式暖风系统在冬天，汽车暖风系统可以给车内提供暖气，提高车内的温度。车内外温差较大时，车窗玻璃上会结霜雾，从而影响驾驶员的视线，不利于行车安全。这时，开启暖风系统可除去车窗玻璃上的霜雾。热源来自发动机冷却液，水暖式暖风系统多用于轿车和要求不高的小型货车、客车。水暖式暖风系统在发动机温度较低时无法使用，发动机温度较低时发动机冷却系统做小循环，当发动机达到正常的工作温度后，节温器打开开始大循环，这时候暖风才可以打开，鼓风机将空气吹过暖风水箱带走热量吹入驾驶室。暖风结构图暖风水箱的实物图暖风水箱结构图任务三冷却系统的使用及维护学习目标(1)学习冷却系统的常见维护方法；(2)学习冷却系统的常见故障检测方法；一、防冻液的更换1等发动机温度降低后，拧开冷却液储液罐盖。2把水箱盖拧开第一挡，对水箱进行卸压。泄压时应垫上毛巾防止意外烫伤。卸完压后打开水箱盖。3把汽车升起来，打开水箱的放水开关。同时在车下面放一个收集盘，把冷却液全部放出来后，关闭放水开关。4放下汽车，从水箱口加冷却液。一直加到水箱口有水流出为止，观察水箱口还有没有气泡，一直到没有气泡出来后启动发动机，打开空调热风开关调到最大风量，然后继续从加水口处加冷却液进行排空，直到无气泡冒出为止。5把发动机的转速固定在2000转/分钟，往水箱加满冷却液后盖紧水箱盖。同时往副水箱加冷却液到高低刻度线中间位置即可。至此，冷却液更换完毕，放下汽车路试，检查水温是否偏高，检查冷却液数量，正常后交车。二、冷却系统的清洗冷却系经过长时间的使用，加用生水或质量不高的防冻液，会在冷却系（散热器、缸体的水套）中产生大量的水垢、铁锈和泥沙，使冷却效率降低。因此，使用普通水的冷却系，每六个月应清洗一次。其他使用防冻液的冷却系的发动机，应在更换防冻液或大修发动机时，彻底清洗一次冷却系。1.简单清洗。洗涤时，应放净旧冷却液，将发动机冷却系加满清洁水（自来水），起动发动机运转5min后放出。2.彻底清洗。当发动机散热性能不好、发动机冷却系水垢过多时，可使用专用的散热器清洗剂进行清洗。冷却系洗涤步骤如下：起动发动机，使其温度达到正常的工作温度后，停止发动机转动并放净冷却液，将混有清洗剂的清洗液加入到冷却系中。起动发动机，使发动机温度达到正常工作温度并怠速运转2O-30min，然后使发动机停止转动，放出清洗液。用清洁的水冲洗冷却系5min后将发动机内注满清洁的水，再起动发动机使其运转10min后放出即可。如果排出的液体较脏，应继续用清水反复清洗直到放出清水为止。清洗冷却系时，如果发动机温度低于正常温度（85℃），则节温器阀不能打开，清洗液只做小循环，并不在散热器和缸体水套中循环。所以，必须保持在正常温度。注意事项：①在一低端车上，也可以先把节温器拆下再进行清洗。但有些高档车不能如此。②放出的冷却液不宜再使用，应严格按有关法规处理废弃的冷却液；③凡更换缸盖、缸垫、散热器时，必须更换冷却液；④发动机热态时，冷却系内仍处于高温高压状态。因此，此时切勿打开散热器盖以防烫伤；⑤发现冷却液大量损耗，则必须待发动机处于冷态时，方可添加冷却液，以免损坏发动机；⑥紧急情况下，若全部加入纯水，在低温地区则须尽快按规定添加冷却液添加剂，使冷却液浓度恢复正常状态以防止结冰造成零件损坏；⑦冬季来临前应检查一下冷却液浓度，并按规定使用合适浓度的防冻液，保证冷却液具有足够的防冻能力。三、冷却系统的常见故障冷却系统是发动机的重要组成部分，无论是在炎热的夏季还是寒冷的冬季，冷却系统都是发动机中故障率最高的系统。据有关资料介绍，汽车50％的故障来自于发动机，而发动机的故障50％来自冷却系统，可见冷却系统对发动机是否可靠工作的重要影响。要是发动机工作可靠、耐久，冷却系统必须在发动机的任何工况、和任何可能的外部环境下，都使发动机保持在最合适的温度范围内工作。当冷却系统不能够完成此项工作时，我们就要对系统进行检测，排除隐患。发动机的常见故障有：1.发动机过热1）.现象：水温表指示在100℃以上，散热器开锅，发动机熄火困难，发动机易爆燃和早燃。2）.原因：①由于芯管大量折断、散热片大量倒伏、散热片过脏等原因造成的散热器散热面积不足。②水泵泄漏严重或者叶轮脱落等造成的水泵工作能力下降，或者不工作。③水泵皮带调整不当使皮带过松。④节温器失效造成冷却液只能进行小循环。⑤由于各种原因造成的冷却系统容量不足，使冷却液过少等。3）.检测步骤：①冷却液数量、质量及泄漏的检查，液面的检查。检查冷却液液面发动机处于高温时，冷却液的液面会大大的提高。检查冷却液的液面，应在发动机冷却的情况下进行。必要时应补充冷却液，补充冷却液时，应将冷却液慢慢地灌入散热器或膨胀箱。如果液面很低，而发动机温度很高时，不要补充冷却液，应等到发动机温度冷却后再进行。②检查散热器是否过脏，如果脏了，应进行清理。散热器外部过脏③检查节温器将节温器放入水中，对水进行加热。一边用温度计测量水的温度，一边观察节温器主阀门的打开温度。若阀门打开时的温度不符合要求，则应更换节温器。节温器的检查④检查水泵对水泵进行检查时，观察水泵泄水孔有无液体流出，若有液体流出，说明水泵水封损坏，应拆卸水泵进行修理。检查水泵皮带有无松动，检查水泵带轮是否出现摇晃现象，带轮出现摇晃，可能是轴承松旷或者带轮固定螺母松动等原因造成的。带轮出现摇晃现象时，必须马上进行拆卸修理，避免风扇叶片因摇晃而将散热器芯管打坏。检查水泵是否存在异响，若水泵出现异响，应马上对水泵进行拆卸修理。2.发动机过冷现象：①在水温表和水温传感器良好的情况下，发动机长时间行驶不能达到正常工作温度；②发动机动力不足；③油耗增加。原因：①节温器失效；②风扇常转或过早转动。检测步骤：①检查节温器②检查风扇是否常转3.发