项目八  冷却系统

关九鸟

知识目标
掌握冷却系统的组成
掌握冷却系统主要组件的结构
技能目标
掌握冷却系统拆装、检测过程和规范
掌握更换冷却液的操作规范
发动机工作时，可燃混合气在气缸内燃烧，其工作温度高达 2273K（2000℃），瞬时温度可达3273K（3000℃）左右。如果不加以适当冷却，不仅会使发动机过热，导致充气效率下降，燃烧不正常，机油变质，零件摩擦和磨损加剧，有时甚至造成机件卡死或烧毁等事故性损伤。但如果冷却过度，又会由于气缸温度过低，使燃油雾化不良，动力下降，机油黏度增大，摩擦损失增加，散热损失增加及润滑性能变差。因此，必须保证发动机始终处在最适宜的温度状态下工作。冷却系统的作用是把受热机件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
为了使发动机正常工作，冷却水应保证在 353～363K（80～90℃）的范围内，也有的封闭水箱正常温度达85～95℃，才能使各受热机件处于正常的热范围内，保证发动机有较大的功率和较好的经济性，且运动零件的磨损正常。
★基础知识
一、冷却系统的类型
冷却系统按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷两种。汽车发动机一般常采用水冷却系统。

　　风冷却系统是把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置。风冷发动机为了增大散热面积，气缸体和气缸盖的表面上均布了散热片，它一般与气缸体和气缸盖铸成一体（见图8-1）。利用车辆行驶时前进的气流或特制的风扇鼓动空气，吹过散热片，将热量带走。风冷系统的特点是冷却不够可靠，功率消耗大，噪声大和对气温变化敏感。一般只有小排量的发动机采用风冷却系统。

水冷却系统是把发动机的热量先传给冷却水，高温的冷却水进入散热器后再将热量散入到大气，使发动机的温度降低的装置。其主要特点是冷却均匀，冷却效果好，结构紧凑，而且发动机运转噪声小。
二、水冷系统的组成与工作过程

图8-2

发动机冷却系统总体组成如图 8-2 所示。水套是直接铸造在气缸体和气缸盖内相互连通的空腔，水套通过橡胶软管与固定在发动机前端的散热器相连，形成封闭的冷却水循环空间，水泵安装在水套与散热器之间。发动机工作时，水套和散热器内充满冷却水，曲轴通过 V 带驱动水泵工作，使冷却水在水套与散热器之间循环流动，冷却水流经气缸体和气缸盖内水套时带走发动机热量，使发动机冷却，而流经散热器时将热量散发到大气。
风扇安装在水泵轴上，水泵工作时风扇转动产生强大的吸力，以增大流经散热器的空气流量和速度，加强散热器的散热效果。在一些发动机上采用风扇离合器或电动风扇来控制风扇的工作状态，以根据发动机的工作情况调节冷却强度。
节温器安装在水套出水口处，根据发动机工作温度，它可自动控制通向散热器和水泵的两个冷却水通路，以调节冷却强度。
发动机工作温度低（70℃以下）时，节温器自动关闭通向散热器的通路，而开启通向水泵的通路，从水套流出的冷却水直接通过软管进入水泵，并经水泵送入水套再进行循环，由于冷却水不经散热器散热，可使发动机工作温度迅速升高，此循环路线称小循环（见图8-3）。发动机工作温度高（80℃以上）时，节温器自动关闭通向水泵的通路，而开启通向散热器的通路，从水套流出的冷却水经散热器散热后再由水泵送入水套，提高了冷却强度，以防止发动机过热，此循环路线称大循环（见图8-4）。发动机工作温度在70～80℃时，大、小循环同时存在，即部分冷却水进行大循环，而另一部分进行小循环。

图8-3

　　图8-4

水温表设在仪表盘上，通过水温传感器检测并由水温表显示冷却水温度。

三、水冷却系统主要组件

1.水泵
水泵的功用是对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。
离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，叶轮一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6－9片。水泵一般由曲轴通过V带驱动，有些水泵由凸轮轴直接驱动，其工作过程如图8-5所示。

图8-5

　　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。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不至于很快使发动机产生过热。

2.风扇
风扇的功用是提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。
风扇通常安排在散热器后面，当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。
现代轿车发动机采用电动风扇（见图8-6）。电动风扇用电动机驱动风扇，工作状态通过温控开关由冷却水温控制，与点火开关无关。当散热器出口冷却水温度达到设定值时，温控开关接通电动机电路，风扇开始运转，保证有足够的空气流经散热器；当冷却水温低于设定值时温控开关断开电动机电路，风扇电动机停止工作。

　　3.散热器

散热器又称为水箱，由上储水室、散热器芯和下储水室等组成（见图8-7）。

　　散热器的功用是增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可降低 10～15℃，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。散热器上水室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系统并用散热器盖盖住。在上储水室和下储水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管与气缸盖的出水管以及水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。工作中，由发动机气缸盖出水管流出的水套中的热水，经散热器的进水管进入上储水室，经散热器芯的冷却管冷却后流入下储水室，经水管被吸入水泵，压送入水套内，并如此循环。在散热器下面一般装有减振垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下储水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。

散热器芯一般用铜或铝制成，由许多冷却管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式（见图8-8）和管带式（见图8-9）两种。

　　管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下储水室，是冷却水的通道。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。

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。

4.节温器
节温器通常位于气缸盖水套的出水口处，通过控制进入散热器的冷却水量，自动调节冷却系统的冷却强度。节温器分为皱纹筒式和蜡式两种，两者又都有单阀式和双阀式之分。现在汽车上用的较多是双阀门蜡式节温器。

双阀门蜡式节温器结构如图8-10所示。

　　双阀门蜡式节温器的阀座与下支架铆接在一起，紧固在阀座上的中心的锥形下端插在橡胶管内，橡胶管与感温器体之间的空腔内充满特制的石蜡，感温器体上部套装在水泵下端，进水口的前部，用来控制水泵的进水。常温时，石蜡呈固态，当温度升高时，石蜡渐渐变成液态，其体积也随之增大。

当冷却水温度低于85℃时，节温器体内的石蜡体积膨胀量尚小，故主阀门受大弹簧作用紧压在阀座上，来自散热器的水道被关闭，而副阀门则离开来自发动机的旁通水道，所以冷却水便不经过散热器，只在水泵与发动机水套之间作小循环流动。因此，发动机开始工作时，冷却水快速升温，能很快暖机，在短时间内达到发动机正常工作温度。
当冷却水温度高于85℃时，石蜡体积膨胀，使橡胶管受挤压变形，对中心杆锥形端部产生向上的轴向推力。但由于中心杆是固定不动的，于是杆对橡胶管和感温器产生向下的轴向反推力，迫使感温器体压缩大弹簧，使主阀门逐渐开启，副阀门逐渐关闭，因而部分来自散热器的冷却水作大循环流动。
★任务实施
一、任务内容
1.冷却系统检查。
2.冷却液更换。
二、任务实施准备
1.器材与设备：实训车辆、冷却液、专用清洗液、压力计、冷却液收集容器、套装工具、清洁工具。
2.参考资料：《汽车构造拆装与维护保养实训》、发动机维修手册。
三、任务实施步骤
1.冷却系统检查。
（1）检查冷却液液面高度。检查液面高度时应在发动机处于正常的工作温度下进行。检查时不必打开散热器，观察冷却液膨胀箱中的液面即可。正常的液面应位于“max”与“min”标记之间。
（2）检查水泵总成外部。
①检查有无渗漏。水封失效时会有大量的冷却水从检视孔处流出，水泵壳如有裂纹，也会发生渗漏。
②检查带轮的转动和轴向、径向窜动量。用手转动带轮，应运转灵活，无卡滞现象。
③检查泵体及V带轮有无磨损及损伤。
（3）检查电动风扇。检查风扇电动机应在冷却水温为83℃以下的状态下进行。此时将点火开关转置ON，风扇电动机应不工作。当拆下散热器上的温控开关线束插头并使其搭铁时，风扇电动机应转动，再接上温控开关线束插头时，风扇电动机应停止工作。
（4）检查节温器。
①将节温器放在一个充满水的容器内加热，用温度计监测温度。
②水温约87℃时，节温器阀门必须开启。
③水温约l20℃时，应完全打开。
2.更换冷去液。
（1）将车放在平地位置，检查冷却液品质。
（2）将冷却液收集容器放在冷却液散热器下。
（3）等发动机温度降低后，拧开冷却液储液罐盖。
（4）将散热器放水开关拧松，放出冷却液。
（5）将放水开关关好，将专用清洗液加入到冷却系统中。
（6）启动发动机，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。
（7）用清洁的水冲洗冷却系统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。
（8）将放水开关关好。
（9）向冷却系统内加注冷却液，直到液面到膨胀箱“FULL”的标记处。
（10）起动发动机暖机至冷却水温度达到正常温度为止。
（11）打开贮水箱盖，加水至溢出加水口为止
（12）旋下膨胀箱盖。
（13）将压力计安装膨胀箱盖座。
（14）用手动泵加压至规定压力。
★拓展知识
冷却液又称防冻液，是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。
一、冷却液的作用
1.冷却作用
发动机工作时产生大量的热量，其中60%的热量要通过冷却系统散发到周围空间。
2.防腐作用
冷却系统中散热器、水泵、缸体及缸盖、分水管等部件是由钢、铸铁、黄铜、紫铜、铝、焊焊锡等金属组成，由于不同的金属的电极电位不同，在电解质的作用下容易发生电化学腐蚀。因而冷却液中都加入一定量的防腐蚀添加剂，防止冷却系统产生腐蚀。
3.防垢作用
冷却系统的水垢能磨损水泵密封件并覆盖在汽缸体水套外壁，使其导热率下降，并使缸盖高温区温度剧增，引起缸裂。因此为了减少水垢的生成，冷却液在生产和加注过程中均要求使用经过软化处理的去离子水。
4.防冻作用
冬季气温低，为使汽车在冬季低温下仍能继续使用，发动机冷却液都加入了一些能够降低水冰点的物质作为防冻剂，保持在低温天气时冷却系统不冻结。
二、冷却液的组成
冷却液是内燃机循环冷却系统的冷却介质，主要由防冻剂、缓蚀剂、消泡剂、着色剂、防霉剂、缓冲剂等组成。
随着汽车工业的发展，对发动机的性能要求也越来越高，不仅要求冷却液具有较低的冰点和较高的沸点，还应具有较好的金属防腐性、防气蚀性、防结垢性，以及对环境污染小或不污染环境，且有较长的使用寿命等等方面的综合性能。各国对此都做了大量的研究，不断推出配方专利和优良的冷却液商品。一些先进国家的冷却液普及率达到了100 %。国内冷却液的普及率较低，市售的冷却液有相当数量是进口的，由于价格较高，一般用于进口车辆。虽然近年来国产冷却液生产增长很快，但不少产品由于缺乏严格的质量检验和统一的检验标准。为此，必须吸收国外的先进技术并结合中国的实际，开发生产多功能的高效冷却液来满足日益增长的市场需求。
三、冷却液的种类
1.乙二醇冷却液
乙二醇是一种无色微粘的液体，沸点是197.4℃，冰点是-11.5℃，能与水任意比例混合。混合后由于改变了冷却水的蒸气压，冰点显著降低。其降低的程度在一定范围内随乙二醇的含量增加而下降。当乙二醇的含量为68%时，冰点可降低至-68℃，超过这个极限时，冰点反而要上升。40%的乙二醇和60%的软水混合成的冷却液，防冻温度为-25℃；当冷却液中乙二醇和水各占50%时，防冻温度为-35℃。
2.二甘醇冷却液
二甘醇—水冷却液不易挥发和着火，对金属腐蚀性也较小，但二甘醇降低冰点的效果比乙二醇低，配制同一冰点的冷却液时，比乙二醇的用量大，同时热传导效率下降。
3.甘油—水冷却液
甘油—水冷却液不易挥发和着火，对金属腐蚀性也小，但甘油降低冰点的效率低，配制同一冰点的冷却液时，比乙二醇、酒精的用量大。因此，这种冷却液用得较少。
4.酒精—水冷却液
酒精的沸点是78.3℃，冰点是-114℃。酒精与水可任意比例混合，组成不同冰点的冷却液。酒精的含量越多，冰点越低。酒精是易燃品，当冷却液中的酒精含量达到40%以上时，就容易产生酒精蒸气而着火。因此，冷却液中的酒精含量不宜超过40%，冰点限制在-30℃左右。酒精—水冷却液具有流动性好、散热快、取材方便、配制简单等优点。它的缺点是容易着火，酒精沸点低，蒸发损失大。酒精蒸发后，冷却液成分改变，冰点升高。在山区、高原地区行驶的汽车不宜使用酒精—水冷却液，因为酒精的蒸发损失大。

思考题

1.水冷系统的组成及工作过程？
2.离心式水泵的结构及工作过程？
3.散热器的类型及结构？
4.双阀门蜡式节温器结构及工作过程？