第八章 冷却系

第八章 发动机冷却系概述主要零部件结构和工作原理§8.1概述

一、冷却系功用..\视频\冷却系视频\循环路线.wmv使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适宜地温度范围内工作。

二、不正常冷却对发动机的影响1.发动机过热的危害1)降低充气效率，使发动机功率下降；2)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；3)运动件的正常间隙（热胀冷缩）被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；4)润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；5)零件的机械性能降低，导致变形或损坏。

小知识:充气效率：是指实际进入气缸的新鲜空气量与标准大气压状态下、充满气缸工作容积的空气质量的比值。温度低、空气密度高时，进入气缸的气体量多发动机的充气效率也将随之提高。水套:

指汽缸体和汽缸盖的内外壳间形成的空间，冷却液即在其间循环。

2.发动机过冷的危害

1)进入气缸的混合气(或空气)温度太低，可燃混合气品质差（雾化差），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（热量流失过多，燃油凝结流进曲轴箱）、排放超标。2)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，加重了对零件和气缸壁的侵蚀作用；3)未汽化的燃料冲刷零件表面(气缸壁、活塞、活塞环等)上的油膜，以及稀释机油,使零件磨损加剧。4)润滑油黏度增大，流动性差，造成润滑不良，加剧机件磨损，增大功率消耗。

可见，发动机正常工作温度对发动机工作性能、使用寿命非常重要。三、冷却系的分类{水冷风冷根据所用冷却介质不同，分为风冷式和水冷式。

1.水冷式——以水为冷却介质，通过冷却水将高温零件的热量带走，从而保持发动机在正常温度范围内工作。同时，还可用热水预热发动机，便于冬季起动。2.风冷式——冷却介质是空气，利用气流高温零件热量散到大气中。缸体、缸盖均布置了散热片，缸盖受热最大，采用铝合金缸盖，且散热片比较长。为了更好利用空气气流加强冷却，保证冷却均匀，装有导流罩、分流板系统水冷系风冷系适用范围优缺点比较冷却强度大，易调节，便于冬季启动广泛用于汽车发动机冷却效果差，噪音大，功耗大基本淘汰上贮水箱散热器盖散热器百叶窗下贮水箱放水开关水泵风扇节温器水温表水套分水管目前汽车发动机上采用的是强制循环式水冷却系,利用水泵强制地使水在冷却系中进行循环流动,不断带走零件表面的热量，从而得到冷却。四、水冷系的组成风扇、水泵、水套、散热器、百叶窗、节温器、膨胀水箱、风扇控制机构、水温表及水温警报装置等。散热器盖散热器放水开关水泵风扇节温器水温表水套分水管百叶窗五、工作原理水泵将冷却水由机外吸入并加压，使之经分水管流入发动机缸体水套，此时，冷却水从气缸壁吸收热量，温度升高，热水向上流入气缸盖水套，再次受热升温后，继而从缸盖流出并进入散热器。由于风扇的强力抽吸作用，空气从前向后高速流过散热器，不断地将流经散热器水的热量带走。冷却了的水由水泵从散热器底部重新泵入水套。如此不断循环，使发动机中在高温条件下工作的零件不断得到冷却。为了控制冷却水温度，冷却系中设有冷却强度调节装置，如百叶窗、节温器和风扇离合器等。

冷却系的工作演示桑塔纳发动机冷却系示意图

桑塔纳轿车发动机采用强制冷却液循环、高压封闭式冷却系统，冷却液正常工作压力为130~150kPa，工作温度为85~115℃；冷却液由大众公司专用冷却液G11加水组成；膨胀水箱把冷却系变成一个永久的封闭系统，避免空气进入，减少系统内部的氧化腐蚀和冷却液损耗。该车冷却系统的组成除常见的水泵、节温器、散热器、水温表、水温感应塞外，还有热敏开关、电动散热风扇、冷却液位报警等装置，热敏开关根据冷却液温度自动控制电动风扇的变速，当发动机温度达到一定值或空调压缩机工作时，电动风扇才以一定的档速工作。发动机温度下降或空调压缩机关闭时，温控热敏开关自动断开，风扇停转。风扇第一档（慢档）工作温度92~97℃，关闭温度84~91℃；风扇第二档工作温度99~105℃，关闭温度为93~98℃。冷却系常见的故障有发动机过热、发动机温度过低、冷却液泄露和工作室有噪声等等

桑塔纳轿车发动机冷却系统示意图1-散热器2-风扇3-水泵4-散热器进水管5-旁通水管6-暧气回水进水泵水管7-机体冷却水出口与散热器进水口接管8-散热器出水管9-膨胀小水箱冷却液轴向进入水泵后，经叶轮径向直接流进机体水套，然后流入气缸盖水套。此后，冷却液分两路循环。一路大循环：冷却液流经散热器冷却后，进入装在机体水泵进口处的节温器流向水泵进口；另一路小循环：冷却液直接进入节温器后的水泵进口，不经散热器冷却。当冷却液的温度低于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。这样，可减少发动机的升温时间，有效地降低能量损失和机件磨损。

作业：1、冷却系的作用、组成?2、简述发动机冷却系统的工作原理？§8.2主要零部件结构一、散热器1、作用：

将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气。增大散热面积，加速水的冷却。为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。2、结构：散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成上水室装有散热器的进水管，通过橡胶管与气缸盖出水管连接；上水室上部有加水管，加水管口一般装泄气管。当冷却水沸腾时，水蒸汽可以从此排出。加装防冻液的冷却系，此管接膨胀水箱。下水室有出水管，用软管与水泵的进水口连接，下水室底部一般还有放水开关两水室之间焊接散热器芯管。3、散热器芯：由许多冷却管和散热片组成，散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式和管带式两种1）管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水室，是冷却水的通道。和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水结冰膨胀，扁管可以借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，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。2）管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采用。

4、对散热器要求：必须有足够的散热面积，所用材料导热性要好。5、水箱盖（散热器盖）：空气阀、蒸汽阀

工作情况当散器中压力升高到一定数值（一般0.126~0.137MPA，在此压力下冷却系内水的沸点可达108℃）蒸汽阀便开启而使水蒸汽顺管1排出。（目前轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力设计得更高，比如桑塔纳，可达到0.2MPa，水沸点为120。）当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值（一般为0.099~0.087MPA），空气阀即行开启，空气即从管1进入冷却系，以防止水管及贮水室被大气压瘪。有蒸汽阀和空气阀的散热器盖4，紧盖在加水口上。发动机热状态正常时，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态，冷却水和大气隔开。防止水蒸汽逸出，因水蒸气的产生使冷却系内压力稍高于大气压力，从而可提高冷却水的沸点。6、膨胀水箱作用：给冷却液提供一个膨胀空间,提高冷却系统压力，提高沸点，减少冷却液流失。冷却液液面应位于膨胀水箱的MIN与MAX两标记之间。当液面过低时，位于仪表板中的冷却液温度/液面警告灯会连续闪烁。膨胀水箱盖：空气阀、蒸汽阀

7、检修：汽车在使用中，如果散热器外部沾有泥土、油污或散热片因碰撞而变形时，均会影响空气的流量，使冷却液温度过高，应及时清洗和整修。如散热片有龟裂、严重损坏、膨胀等，应及时更换。８、检查冷却系压力检查冷却系的渗漏和散热器盖内限压阀的功能，可用专用工具VW1274检查仪测试。

1、检查冷却系的渗漏将检查仪装在散热器上，用检查仪的手动泵使压力达到0.1MPa，如果压力下降，即表明冷却系统有渗漏故障。找出渗漏处，排除故障。

2、检查散热器盖限压阀的功能将散热器盖套上检查仪，如图1-149所示，用手动泵使压力上升，在0.12～0.15MPa的压力时，限压阀必须打开。图1-149检查散热器盖限压阀的功能二、水泵1.作用：对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。汽车上广泛使用离心式水泵。优点：结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然循环。（水泵两侧的进、出水道仍相通）2.结构(1)组成：水泵由壳体、叶轮、泵盖板、水泵轴、支承轴承、水封等组成。离心式水泵结构1-水泵外壳；2-叶轮；3-夹布胶木密封垫圈；4-密封垫圈；5-螺钉；6-水封皮碗；7-弹簧；8-垫圈；9-泵盖板；10-水封座圈；11-球轴承；12-水泵轴；13-半圆键；14-凸缘盘；１5-轴承卡环；16-隔离套筒；17-滑脂嘴；18-水封环；19-管接头如图所示。(2)水泵与风扇同轴，通过三角皮带传动。(3)泵盖上有出水孔。泵壳上有进水孔A，用橡胶管与散热器出水管相连。泵壳上面有旁通孔A，与气缸盖上的出水管相连，当冷却水温度低于349K(76℃)时，部分冷却水由此直接进入水泵。(4)叶轮工作室的进水室B与进水孔、旁通孔相通；出水室由出水孔与水套相连(5)水泵轴通过两个轴承支承在壳体上，轴承间有隔套定位(6)水泵轴上装有抛水圈，以防水封渗漏时,水积聚在水泵腔内浸泡轴承，渗出的水被抛水圈从检视孔甩出，可避免破坏轴承润滑。(7)水封装在叶轮的前面，水封通常由密封垫圈、水封皮碗和弹簧等组成。

(8)水泵叶轮常用铸铁或塑料制成。采用向后弯曲的半圆弧、双圆弧或多圆弧形叶片的叶轮，其叶型与水流方向一致，效率较高。3、工作原理当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。桑塔纳2000GSi型轿车AJR型发动机冷却系的布置如图1-152所示。该型发动机取消了中间轴后，在发动机前端原中间轴的位置附近直接将水泵壳体安装在机体上，简化了零件。水泵零件先装成一个总成后，通过水泵轴承座上的3个孔很方便地安装在机体前端。图1-153AJR型发动机水泵1-叶轮2-水封3-O形圈4-轴承座5-水泵轴承6-齿带轮４、检修：常见损伤有：泵壳裂纹，叶轮松脱或损坏，泵轴磨损或变形，水封损坏和轴承磨损等。（1）泵壳的检修：（2）水泵轴的检修：（3）水泵叶轮的检修：（4）水封装置的检查：（5）水泵装合后的检验：经验法试验台作业：1、膨胀水箱的作用？2、水泵的作用与组成？3、离心式水泵的工作原理？§8.3

冷却强度调节装置一、冷却强度调节目的：保证发动机在最佳的温度下工作，不出现过热过冷现象。二、冷却强度的调整方法：1）一是改变流经散热器的空气流量和流速；2）二是改变冷却液的流量和循环路线。三、风扇1、作用：提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力。

安装位置：风扇多为轴流式，装在发动机与散热器之间，与水泵同轴驱动。风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。

风扇扇风量的相关因素：风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。结构型式：(1)目前汽车水冷发动机上常用螺旋桨式风扇。(2)风扇叶片材料有钢板、塑料和铝合金。为了减轻振动噪声，叶片间夹角不等。(3)叶片数：4～6片。

a)叶尖前弯的风扇；b)尖窄根宽的风扇；c)尼龙压铸整体风扇

1-叶片；2-连接板

2、风扇皮带的调整装置风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动。(1)调整目的：若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵的转速下降，扇风量和泵水量减小，使发动机过热；若皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。(2)措施：将发电机支架做成可移动式的，以便调节皮带的松紧度。一般用大拇指以一定的力按下皮带能产生10-15mm的绕度为宜风扇发电机皮带曲轴一般用大拇指以一定的力按下皮带能产生10-15MM的绕度为宜组成:

..\视频\冷却系视频\温控开关.MPG

双温控热敏开关、电动风扇、风扇继电器。3、控制风扇转速1)、电动风扇当散热器出水温度达到92℃热敏开关低温触点将闭合，继电器通电，接通风扇低速档电路,使散热器风扇低速转动；当散热器出水温度达到或超过99℃时，热敏开关高温触点将闭合，使继电器通电，接通散热器风扇高速档电路。风扇第一档（慢档）工作温度92~97℃，关闭温度84~91℃；风扇第二档工作温度99~105℃，关闭温度为93~98℃。2)、风扇离合器主要有硅油式和电磁式等。（摄氏温度等于开式温度减去273

）

硅油风扇离合器1-螺钉；2-前盖；3-密封毛毡圈；4-双金属感温器；5-阀片轴；6-阀片；7-主动板；8-从动板；9-壳体；10-轴承；11-主动轴；12-销止板；13-螺栓；14-内六角螺钉；15-风扇；（1）、结构：由前盖、壳体、主动板、从动板、阀片、主动轴、双金属感温器、阀片轴、轴承、风扇等组成。主动板与主动轴固定连接，主动轴与水泵轴连接。从动板上有进油孔A，平时由阀片关闭，若偏转阀片，则进油孔即可打开。阀片的偏转螺旋双金属感温器控制，从动板上有凸台限制阀片最大偏转角。双金属感温器的外端固定在前盖上，内端卡在阀片轴的槽内。从动板外缘有回油孔B前盖、壳体和从动板用螺钉组成一体，通过轴承装在主动轴上。风扇装在壳体上。从动板与前盖之间的空腔为贮油腔，其内装有硅油(油面低于轴中心线加入的总硅油量为17ml)，主动板与壳体之间的空腔为工作腔。（2）工作原理当发动机冷起动或小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，进油孔被阀片关闭，工作腔内无硅油，离合器处于分离状态。主动轴转动时，仅仅由于密封毛毡圈和轴承的摩擦，使风扇随同壳体在主动轴上空转打滑。当发动机负荷增加时，冷却水及通过散热器的气流温度随之升高，超过338K(65℃)时，感温器受热变形而带动阀片轴转动。进油孔被完全打开，于是硅油从贮油腔进入工作腔。主动板即利用硅油的粘性带动壳体和风扇转动。风扇离合器处于接合状态，风扇转速迅速提高。为了不使工作腔中硅油温度过高而粘度下降，使硅油在壳体内不断循环。由于主动板转速高于从动板，在离心力作用从主动板甩向工作腔外缘的油压力高，油液从工作腔经回油孔B流向贮油腔，而贮油腔又经进油孔A及时向工作腔补充油液。当发动机负荷减小，流经感温器的气流温度低于308K(35℃)时，感温器恢复原状阀片将进油孔关闭，工作腔中的硅油继续从回油孔流回贮油腔，直至甩空为止。风扇离合器又回到分离状态故障应急措施：行驶途中，若硅油风扇离合器因故障(如漏油、失效等)时，可松开内六角螺钉，把锁止板的销插入主动轴孔中，再拧螺钉，使壳体与主动轴连成一体，但此时只靠销传动，不能长期使用。作业1、冷却强度的调整有哪些方法？2、风扇皮带调整的目的及方法？四、节温器..\视频\冷却系视频\节温器.wmv1、作用：根据发动机水温的变化自动改变冷却水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量，使发动机工作在正常的温度范围内。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。1-主阀门；2-盖和密封垫；3-上支架；4-胶管；5-阀座；6-通气孔；7-下支架；8-石蜡，9-感应体；10-旁通阀；11-中心杆；12-弹簧2.结构蜡式节温器由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成。节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体。中心杆上端固定在上支架的中心，其下部插入橡胶管的中心孔内，中心杆下端呈锥形。橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡。为了提高导热性，石蜡中常掺有铜粉和铝粉。感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门。主阀门上有通气孔，它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出，保证能加满水。为了防止通气孔阻塞，有的加装一个摆

锤。在使用中失灵，主阀门在弹簧作用下处于关闭状态，冷却系只有小循环，致使发动机温度迅速上升而过热，此时应更换，不允许拆除。3.工作过程：(1)当水温低于349K(76℃)时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵，故称小循环。由于水只是在水泵和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。2)当冷却水温度在

(76℃~86℃)之间时，大小循环同时进行当发动机水温达

(76℃)左右时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对中心杆下部锥面产生向上的推力。由于杆的上端固定，故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力，克服弹簧张力使主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。(3)当发动机内水温升高到359K(86℃)，主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，冷却水全部流经散热器，称为大循环。由于此时冷却水流动路线长，流量大，冷却强度强。

工作原理：在冷却液升温时，石蜡融化，体积急剧膨胀，压缩胶管，挤压推杆向外伸出。由于推杆固定在阀座上，反作用力推动感应体总成打开主阀门（同时使副阀门关闭），进行大循环的冷却液增加。当冷却液温度降低，石蜡降温，体积收缩，在弹簧的推动下，感应体总成被逐渐拉回原位，主阀门逐渐关闭副阀门则逐渐打开，进行小循环的冷却液增加。４、冷却系的大、小循环

1)水冷却系的大循环：冷却水经水泵—水套—节温器—散热器，又经水泵压入水套的循环，其水流路线长，散热强度大，称水冷却系的大循环。2)水冷却系的小循环：冷却水经水泵—水套—节温器后不经散热器，而直接由水泵压入水套的循环，其水流路线短，散热强度小，称水冷却系的小循环。小循环路线桑塔纳发动机大循环路线五、百叶窗1.作用：在冷却水温度较低时改变吹过散热器的空气流量，从而控制冷却强度。

2.安装位置百叶窗安装在散热器前面，它是由许多片活动挡板组成的。挡板垂直或水平安装，由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄操纵调节挡板的开度。

§8.4AJR发动机冷却系统及冷却液一、闭式冷却系的作用：使冷却系内部的压力高于大气压力，提高冷却液的沸点，保证发动机可以在较长时间或较大负荷工作。二、AJR发动机冷却系三、AJR发动机冷却循环路线四、冷却液的选用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、防冻液功用：为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点。五、选择和使用防冻液的注意事项1.一般优先选用乙二醇；在极寒地区建议选用二甲基亚砜。2.在开式回路中，应每日检查冷却水高度；在闭式回路中，由于水蒸气不外泄无需每日检查。若水分蒸发，应即使补充软水,防止冰点升高。3.不同类型的防冻液不得混合使用。在改用不同型号的防冻液时必须先清洗发动机。