第八章发动机冷却系分析Word下载.docx

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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

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。

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。

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

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

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238K，沸点则高达400K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。

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；

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1~20kPa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。

清洗时，最好采用循环法，即先用酸性溶液洗涤，再用碱性溶液冲洗中和。

清洗时，使除垢剂以一定的压力（一般为0.01MPa），在发动机水套和散热器内循环，一般经3min～5min后即可清洗完毕。

（2）散热器渗漏的检查。

散热器的渗漏可用散热器压力检测器检查。

在散热器注入口装上散热器压力检测器，如图8.7所示。

在散热器内充入0.1MPa以上压力的压缩空气，观察压力检测器的压力下降值，若2min内压力下降超过0.015MPa，则可判定散热器以及水套等有无泄漏。

图8.7散热器及水套渗漏的检查

1－散热器；

2－检测器

（3）散热器盖密封性检查。

将散热器盖套在检测器V.A.G1274/9上（图8.8）。

使用手动真空泵使压力上升到约0.15Mpa。

在0.12~0.15Mpa时，蒸气阀应打开；

在低于－0.01Mpa（绝对