发动机构造与维修(第3版)第6章冷却系统

,第6章 冷却系统,学习目标, 知道冷却系统的作用、组成和分类 掌握冷却系统的循环水路 掌握冷却系统主要部件的结构及检修方法 学会对冷却系统常见故障的诊断方法,在可燃混合气的燃烧过程中，气缸内气体温度可高达20002500，直接与高温气体接触的机件(如气缸体、气缸盖、气门等)若不及时加以冷却，则其中运动机件将可能因受热膨胀而破坏正常间隙，或因润滑油在高温下失效而卡死；各机件也可能因为高温而导致其机械强度降低甚至损坏。所以，为保证发动机正常工作，必须冷却这些在高温条件下工作的机件。 冷却系的作用就是使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持发动机在最适宜的温度范围内工作。在采用水冷却系统的发动机中，冷却液的工作温度一般为80105。 发动机的冷却必须适度。如果发动机冷却不足，由于气缸充气量减少和燃烧不正常，发动机功率下降，且发动机零件也会因润滑不良而加速磨损。但如果冷却过度，一方面由于热量散失过多，使转变为有用功的热量减少，而另一方面由于混合气与冷气缸壁接触，使其中原已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱，使磨损加剧。,第6章 冷却系统,6.1概述,根据冷却介质的不同，汽车发动机的冷却方式有两种，即水冷却和风冷却。现代汽车发动机普遍采用水冷却。 1、风冷却系统 将发动机中高温零件的热量，直接散发到大气，使发动机的温度降低而进行冷却的一系列装置称为风冷系。采用风冷系的发动机，为了增大散热面积，在气缸体和气缸盖上制有许多散热片，发动机利用车辆前进中的空气流，或特设的风扇鼓动空气，吹过散热片，将热量带走。部分汽车发动机采用风冷系，特别是小排量发动机，但在现代汽车发动机上较少采用。 图6-1是发动机风冷系示意图，气缸和气缸盖的表面均布了散热片，它与气缸体或气缸盖铸成一体。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.1冷却系统的分类和组成,现代风冷发动机气缸盖都用导热性良好的铝合金铸造，而且气缸盖和气缸体上部的散热片也比气缸体下部的长一些，这样可以加强冷却。安装导流罩，是为了更有效地利用空气流，加强冷却；安装分流板，是为了保证各缸冷却均匀。考虑到各气缸背风面冷却的需要，在有些发动机上还装有气缸导流罩。 风冷系的优点：结构简单、使用和维修方便。 风冷系的主要缺点：冷却不够可靠、功率消耗大、噪声大和对气温变化不敏感。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.1冷却系统的分类和组成,2、水冷却系统 将发动机中高温零件的热量先传给水，再散发到大气中去，使发动机的温度降低而进行冷却的一系列装置，称为水冷系。目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。 水冷系一般由散热器、水泵、水管、水套、节温器、散热器、百叶窗、膨胀水箱、冷却液温度表和风扇等组成，桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机冷却系统如图6-2所示。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.1冷却系统的分类和组成,水冷系一般都由水泵强制给水(或冷却液)在冷却系中进行循环流动，故称为强制循环式水冷系。水冷发动机的气缸盖和气缸体中都铸造出贮水的、连通的夹层空间，称为水套，其作用是让水接近受热的高温零件，并可在其中循环流动。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。这样，冷却水从气缸壁吸收热量，温度升高；流到气缸盖水套，再次受热升温后，沿水管进入散热器内。经风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器，最终使受热后的冷却水在流经散热器的过程中，其热量不断地通过散热器，散发到大气中去。同时，使水本身得到冷却。冷却了的水流到散热器的底部后，又在水泵的加压下，经水管再压入水套，如此不断地循环，从而使得发动机在高温条件下工作的零件不断地得到冷却，保证了发动机的正常工作。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.1冷却系统的分类和组成,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.2冷却系统循环水路,为了保证发动机在不同负荷、转速和气候条件下保持正常的工作温度，冷却液的循环路线是不同的。桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机冷却系统布置图如图6-3所示，冷却液轴向进入水泵后，经水泵叶轮径向直接流进发动机机体水套，吸收机体热量。此后，冷却液分两路循环，一路为大循环，一路为小循环。当冷却液温度高时，冷却液进行大循环，即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，此时节温器主阀门打开，副阀门关闭，冷却液流向水泵进水口，以求迅速降低冷却液温度，增强冷却效果；当冷却液温度较低时，冷却液进行小循环，此时节温器主阀门关闭，副阀门打开，冷却液直接进入节温器后的水泵进水口，不经散热器冷却，以使发动机冷却液温度迅速升高到正常工作温度。桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机冷却液温度低于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。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.2冷却系统循环水路,除了节温器可通过改变流经散热器中冷却液的流量来调节冷却强度以外，冷却强度还可通过改变流经散热器的空气流量得到调节，如电动风扇、百叶窗、自动风扇离合器等。 冷却液都是从缸体进入、从缸盖流出，传统方式是把节温器安装在温度较高的缸盖出水管中，如图6-4a）。特点是：添加冷却液时气泡易排出释放，但是节温器在热起过程中，特别是刚开启时，因温度和压力骤然变化，会产生较长时间的开闭振荡，直至全开稳定状态，这样影响了节温器的寿命，也加剧水泵负载变化。 本田车系和德国车系率先革新，将节温器布置在缸体进水管中，如图6-4b）。特点是：大幅度降低节温器开闭振荡现象，缩短了发动机的热起时间，降低油耗，但在添加冷却液时不易排出气泡，因此多种车型设有排气孔，应及时拧开排气。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.2冷却系统循环水路,图6-5为本田里程V6冷却系。冷却液温度为78±2时，主阀渐开，副阀渐闭，冷却液温度为90，主阀全开。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.2冷却系统循环水路,本田飞度冷却系统采用双模冷却系统如图6-6所示，发动机暖机的时间比传统模式还要短。区别在于：进行小循环时，传统模式循环水路为缸盖水泵缸体缸盖，双模冷却系统循环水路为缸盖水泵缸盖。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.3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及加有防冻剂的防冻冷却液。防冻冷却液中含有特殊添加剂，能起到冷却、防冻、防锈和防积水垢等作用，被现代轿车发动机普遍采用。 1、防冻冷却液的种类 防冻冷却液主要由冷冻剂与水按一定比例混合而成。按冷冻剂的种类不同，防冻冷却液分为酒精型、甘油型和乙二醇型三种，前两种已淘汰。 乙二醇是一种无色粘稠液体，能与水以一定比例混合，沸点为197.4，冰点为-11.5，与水混合后还可使防冻冷却液的冰点显著降低（最低可达-68）。乙二醇型防冻冷却液是用乙二醇作为冷冻剂，与水、防腐剂和染色剂等多种添加剂配制而成。用不同比例的乙二醇和水混合可配制成不同冰点的防冻冷却液。这类防冻冷却液的优点是沸点高、冰点低、冷却效率高，已被广泛使用。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.3冷却液,2、乙二醇型防冻冷却液的牌号 乙二醇型防冻冷却液分为防冻冷却液和防冻浓缩液两大类。防冻冷却液按其冰点不同分为-25、-30、-35、-40、-45、-50共6个牌号，可直接加入车中使用。防冻浓缩液是为了便于储运，使用时应根据产品说明书规定的比例，用蒸镏水或去离子水稀释，如防冻浓缩液与蒸镏水各以50的比例混合，制成的防冻冷却液冰点不高于-37。 目前，我国进口量比较多的是日产TCL防冻液和美国壳牌防冻液，它们都随冷却液浓度的增加而冰点下降，使用时必须严格按照包装上各自的浓度配比使用。,第6章 冷却系统,6.1概述 6.1.3冷却液,3、乙二醇型防冻冷却液的选用 乙二醇型防冻冷却液的牌号是按冰点来划分的，选用时应根据车辆使用地区冬季的最低气温来选择合适的牌号。一般选用的防冻冷却液的冰点应比最低气温低10左右。 桑塔纳系列轿车使用大众公司推荐的含G11添加剂的防冻冷却液，它是由含防腐剂的乙二醇添加剂与水混合而成的，其配比有三种，如表6-1所示。,水泵的作用是对冷却液加压，强制冷却液在冷却系中循环流动。常见的水泵安装在发动机前端，由发动机曲轴通过三角皮带驱动，现代汽车发动机均采用离心式水泵，这种水泵结构简单、体积小、出水量大、维修方便，获得广泛应用。 1、水泵的构造 离心式水泵由壳体、叶轮、水泵轴、轴承、水封等组成，桑塔纳轿车水泵的结构如图6-7所示。,第6章 冷却系统,6.2水冷却系统主要部件的构造与维修 6.2.1水泵,水泵外壳一般用螺栓固定在发动机前端。水泵轴由两个滚珠轴承支承在水泵外壳上。水泵轴的一端铣削成平面与水泵叶轮承孔相配合，并通过螺钉固紧，以防叶轮轴向窜动；水泵轴的另一端用半圆键与凸缘盘连接，并用槽形螺母锁紧。凸缘盘用来安装带轮。 桑塔纳2000GSi轿车AJR型发动机水泵与此有差别，一半壳体铸在缸体壁上，采用闭式叶轮。水泵叶轮用工程塑料压注成形，它装在双连轴承的一端，另一端泵轴轴头安装带轮，发动机通过V形带传动水泵叶轮旋转。 叶轮的前端为水封装置，它包括：带有两凸缘的夹布胶木密封垫圈卡于水泵外壳的两槽内，以防止转动。弹簧通过水封环将水封皮碗的一端压在水封座圈上，而另一端压向夹布胶木密封垫圈上；为了防止水泵内腔的水沿水泵轴向前渗漏，夹布胶木密封垫圈又压在水泵叶轮毂的端面上。当有少量的水滴由水封处渗出时，为避免破坏轴承的润滑，渗漏的水滴可从泄水孔泄出。,第6章 冷却系统,6.2水冷却系统主要部件的构造与维修 6.2.1水泵,2、水泵的工作原理 离心式水泵的工作原理如图6-8所示。当发动机工作时带动水泵叶轮旋转，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力的作用下向叶轮边缘甩出，经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，叶轮中心处形成一定负压而将水从进水管吸入，如此连续地作用，使冷却液在水路中不断地循环。,第6章 冷却系统,6.2水冷却系统主要部件的构造与维修 6.2.1水泵,3、水泵的检修 发动机水泵常见的损坏形式为：水泵壳体、卡簧槽及叶轮破裂；带轮凸缘配合孔松动；水封变形、老化及损坏；泵轴磨损、轴承磨损松旷等。 （1）检查水泵壳、卡簧槽是否破裂，如果裂纹较轻，则可根据情况实施焊补或用环氧树脂胶粘接。严重时应更换。工程塑料叶轮若有破损，必须更换。 （2）凸缘孔若松旷，则应镶套后重新加工，必要时更换新件。水封一般应更换新件。轴承磨损超差应更换；泵轴可采用镀铬、喷涂修复，必要时更换新轴。 （3）水泵装合后，首先用手转动皮带轮，泵轴转动应无卡滞现象；叶轮与泵壳应无碰擦感觉。然后在试验台上，按原厂规定进行压力流量试验。当水泵轴转速为1000r/min时，每分钟的排水量不应低于规定的数值，在10min的试验中不应出现金属摩擦声和漏水现象。,第6章 冷却系统,6.2水冷却系统主要部件的构造与维修 6.2.1水泵,散热器也称之为水箱，其作用是将冷却液吸收的热量散发到大气中去。散热器必须有足够的散热面积，通常使用导热性能、结构刚度和防冻性能较好的铜、铝和铝锰合金等材料制造。 1、散热器的构造 散热器主要由上、下水室、散热器芯、散热器盖等组成，如图6-9所示。散热器上水室为薄钢板制成的容器，用橡胶皮管同发动机出水管相连接，并设有加水口盖。下水室也是用薄钢板制成的容器，用橡胶软管同发动机进水管或水泵相连接，并装有放水开关。,第6章 冷却系统,6.2水冷却系统主要部件的构造与维修 6.2.2散热器,（1）散热器芯 散热器芯常见的结构有两种：管片式和管带式，如图6-10所示。管片式散热器芯由许多冷却管和散热片组成，冷却管是冷却液的通道，多采用扁圆形断面，以增大散热面积，同时当管内冷却液冻结膨胀时，扁管可借助于其横断面变形而免于破裂。为了增强散热效果，在冷却管外面横向套装了很多散热片来增加散热面积，同时增加了整