冷却系统的两种形式：蒸发式和凝气式

（1）冷却系的功用 柴油机工作时，燃烧气体的温度最高可达2000℃左右，使直接与燃气接触的零件如气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、气门等受到剧烈加热。在高温下，这些受热零件的强度和刚度会显著下降，甚至会因高温而发生变形或出现裂纹。柴油机上的零件受热后，会产生膨胀，由于各零件的材料、结构，以及所承受的温度不同，膨胀程度也不一样，这就会破坏零件与零件之间的正常配合间隙。严重时，还会出现互相卡死等现象；润滑油受高温作用后，黏度降低，甚至变质或被烧掉，使润滑油的润滑能力显著下降，并产生积炭，使零件的磨损加剧；同时，由于进入气缸的空气在进入气缸前强烈受热而膨胀，使实际进入的空气量减少，造成燃烧不良等。因此，必须对柴油机进行冷却，降低受热零件的温度。但如果冷却过度，柴油机工作温度过低，也会产生许多不良后果。对柴油机受热零件进行适当的冷却，使柴油机保持在合适的温度范围内工作，这就是冷却系的作用。

小型柴油机的冷却方式分为水冷和风冷两种，以水冷却方式居多。

水冷却方式用水作为冷却介质，冷却水在机体水套（包括缸盖水套）内及水箱之间循环，吸收机件热量，并把热量散发到大气中去。这种工作系统称为水冷却系。

（2）水冷却系的构造和工作过程 水冷却系统基本上可分为两种：自然循环冷却和强制循环冷却。强制冷却是用水泵将冷却水抽入柴油机冷却水套，使冷却水强制循环。小型柴油机上用得较少。在小型柴油机上基本上是自然循环式，没有水泵。自然循环式水冷却系也有两种形式：一种是开式蒸发式水冷却系统，简称蒸发式水冷却系统；另一种是冷凝器式冷却，称为闭式凝气冷却系统。

图3-114 蒸发式水冷却系统

1—缸盖水套 2—缸体水套 3—水箱 4—浮子 5—加水口 6—油箱

1）开式蒸发式水冷却系统。S195、180、185型等柴油机上采用的是开式蒸发式水冷却系统，如图3-114所示。其结构较为简单，主要由水箱、加水口、水位指示器、加水滤网和缸体水套、缸盖水套等组成。

水箱安装在气缸体前部上方，底部开有孔口，安装后与缸体水套相通。在水箱与缸体的装接面上有纸垫密封，防止冷却水外漏。水箱顶部有加水口，内装漏斗形滤网。浮子可沿导管上下移动，用来指示水箱中的水位。由于其加水口直接与大气相通，故称为开式冷却系统。

蒸发式水冷却系统的工作过程是：工作前，先给水箱加满冷却水。工作时，缸体水套和缸盖水套内的冷却水吸收气缸盖、气缸套及活塞等受热零件上的热量后，温度升高，体积膨胀，密度减小而上浮，水箱中的冷水则下流。热水上浮到水箱后，通过导热性好的铝制水箱壁及敞开的加水口将热量及水蒸气散发到大气中去，使水温保持在略低于沸点。水套内温度高的冷却水与水箱中温度较低的冷却水形成自然对流，从而达到对柴油机进行适当冷却的目的。

这种冷却系统结构简单，故障少，维护较方便，而且不消耗发动机功率。但是，由于它是依靠水的不断蒸发来实现冷却作用的，用此冷却水消耗量大，工作中，必须经常加水，且水套内容易生成水垢。

图3-115 闭式凝气冷却系统

1—加水口盖 2—上气室 3—风扇 4—散热器 5—气缸盖 6—气缸套

2）闭式凝气冷却系统。180N及185N型柴油机采用的闭式凝气冷却系统，属于自然对流式冷却系统。它主要由散热器、冷却风扇、缸体水套和缸盖水套等组成，如图3-115所示。

柴油机工作时，水套内的冷却水吸收高温零件上的热量，使气缸套、气缸盖及活塞等受热零件得到冷却。受热后的冷却水体积膨胀、密度减小而上浮。冷却水温度达到沸点时，变成水蒸气进入散热器的冷却管和上部气室，将带来的热量通过散热片排放到大气中。冷却风扇形成的冷风则加强了散热效果。水蒸气温度下降凝结为水后，又下沉到水套中，再去吸收热量。

自然对流式冷却系统的主要部件是散热器芯，由散热管和散热片等组成。常用的散热管为管带式（即扁管式）结构，由铜板制成，焊接在散热器的上、下水室之间。在散热管的外面套有铜制散热片，以增大散热面积，并把散热管连在一起，以增加其强度和刚度。散热管交错布置，散热片间隔布置，以利冷空气吹过。散热管和散热片应牢固地焊接在一起。

水箱盖实际上是一个空气—蒸汽阀，即由一个单向蒸汽阀和一个单向空气阀组合两成，其结构如图3-116所示。

图3-116 空气—蒸气阀

1—蒸汽阀 2—大弹簧 3—空气阀 4—小弹簧 5—通气管

蒸汽阀主要由大弹簧和由耐热橡胶制成的大密封圈组成。当散热器内蒸汽压力高于大气压力24.5～37.5kPa时，蒸汽压力克服大弹簧的预紧力，推开蒸汽阀，水蒸气即从通气管逸出（见图3-116a），防止由于散热器内蒸汽压力过高而胀坏散热器。当散热器内的蒸汽压力低于大弹簧的预紧力时，蒸汽阀则处于关闭状态。

空气阀主要由小弹簧和小密封圈组成。柴油机停转后，水温降低，散热器内的蒸汽压力下降，当蒸汽压力低于外界气压0.98～3.92kPa时，空气阀的小密封圈被从通气管进来的外界气压压开，此时，空气阀的小弹簧被压缩，空气进入散热器内（见图3-116b），可以防止外界气压将散热器压坏。

为了提高通过散热器芯的风速和风量，提高散热器的散热能力，自然对流式水冷却系统中，还装有风扇。小型柴油机的风扇，有的和飞轮铸成一体，有的与散热器一起安装在联接板上。和飞轮铸成一体的风扇随飞轮的转动而旋转，从轴向吸入空气，再从径向流出，冷却散热器芯；不与飞轮铸成一体的风扇，则靠V带传动，两者的工作原理和过程基本相同。

与开式蒸发式水冷却系统相比，闭式凝气冷却系统耗水量少，而且不易形成水垢，使用维护方便，但其结构较复杂，制造成本较高。另外，为了驱动风扇运转，要消耗一部分柴油机功率。

3）水冷却系的使用与保养要点。

①加足冷却水。工作前，必须加足冷却水。工作中，应注意冷却水有无漏失。不允许在水量不足或不加冷却水的情况下工作或起动柴油机。否则，极易造成水温过高和缸盖破裂等故障。如因工作疏忽，发生无水起动的情况，或工作中未及时加水，发生水箱烧干的情况而引起柴油机温度过高时，应及时熄火，缓慢摇转曲轴，防止发生粘缸事故，等到柴油机温度逐渐降低后，再谨慎加入冷却水。如果因缺水（水量不足）而引起柴油机过热，也应低速运转10～15min，使机体冷却后再添加冷却水。否则，由于骤冷，机体收缩不均匀，可能会引起气缸盖、气缸体等产生裂纹。

②选用洁净的软水。加入冷却系的冷却水应为洁净的软水，如河水、雨水、雪水，以及以这些水为水源的自来水等。不要用硬水，如井水、泉水和以这些水为水源的自来水等。这是因为硬水受热后，易形成质硬且难以清除的水垢。水垢的传热性能很差，且容易积聚于气缸套、气缸体、气缸盖等过水零件表面，使热量不易传出，容易引起发动机过热。

若没有软水，则需对硬水进行软化处理。处理的简单方法是把硬水煮沸，或在60L水中加入40g纯碱，经过沉淀后再加入水箱。

③定期清除水垢。柴油机在长期使用中，即使使用软水，冷却系中仍难免产生一些水垢。因此，应视冷却系中水垢沉积的多少，或以柴油机每工作500～1500h为周期，清除水垢。

清除冷却系水垢，有酸洗法和碱洗法两种。采用酸洗法时，先放掉冷却水，再在冷却系中灌入浓度为25％的盐酸溶液，待10min后水垢便会脱落、溶解，然后放出清洗液，再用清水冲洗干净。如水垢过多，一次清洗不干净时，可重复清洗。

注意：配制盐酸溶液时，应将盐酸慢慢倒入水中，用玻璃棒或木棒搅匀后方可使用，切忌将水往盐酸中倒。另外，盐酸溶液有腐蚀性，使用中不要溅到皮肤或衣服上，万一溅上应马上用清水冲洗干净。酸洗法不适用于铝制水箱。

碱洗法清洗液由6kg热水、0.5kg烧碱（苛性钠）和0.1kg煤油混合而成。使用时，先放掉冷却水，将碱性清洗液加入水箱，静置2h后，启动柴油机运转10min。这样间隔运转5～6次，或柴油机空负荷连续运转10～12h时后趁热放出清洗液。待柴油机冷却后，再用清水将水箱、水道清洗干净。

④柴油机的工作温度不能太低。过低时，机件磨损速度加快，缸套也容易产生穴蚀。另外，低温时，润滑油黏度大，流动性差，不能及时进入润滑表面，且活塞与缸筒的贴合情况差，容易窜烧机油。因此，一般规定，柴油机起动后，必须以中速暖车，待水温达到40℃以上时，车辆才能起步行驶，水温达到60℃以后才能带负荷作业。

⑤冬季使用时，应注意防冻。使用后，应放尽冷却水，以免结冰胀坏机体。也可在冷却系中加入防冻液，防止冷却水结冰。放水前若冷却水温度过高，应使柴油低速运转一段时间，待温度下降后再放水，以免因温度急剧变化，造成缸盖和缸体变形或开裂。

⑥对于凝气冷却系统，正常情况下水温在85～95℃，长期超负荷工作时，冷却水温会超过100℃，加水口盖的蒸汽阀在29.4kPa左右开启，其时水温约107℃。柴油机运转时有水从加水口盖下水管中滴出是正常现象。每次使用时打开水箱盖检查冷却水量，必要时补充冷却水至上平面。加水后必须拧紧加水口盖。柴油机运转时不允许开盖加水，以防沸水喷出伤人。正常情况下加1次水可连续工作50h以上。要定期清除散热器内沉积的水垢和散热片间的尘土、杂物。保持风扇清洁，累计使用500h后，应拆卸保养一次，清洗轴承，重新加入锂基润滑脂。风扇皮带张紧轮上装有滚动轴承，也应同时保养。经常检查风扇皮带的张紧度。皮带过紧，则加速机件、皮带的磨损；皮带过松，风扇的转速不够，影响冷却效果；同时，V带在带轮上打滑，也会加速皮带的磨损。因此，应对皮带张紧度进行检查。检查时用食指压下皮带中部，皮带能被压下10～15mm为合适。若不合适，则应通过移动张紧轮来使张紧度合适。

（3）风冷却系统 风冷柴油机采用空气作为冷却介质，即高速流动的空气直接将高温零件上的热量带走，使柴油机保持在适宜的温度下工作。

为了增加高温零件的散热面积，在气缸、气缸盖上铸有散热片，为了快速散热，提高空气流速，以及为了提高气流的利用率，风冷柴油机上相应配置了导风罩和导流板（见图3-117）。

与水冷柴油机相比，风冷柴油机具有结构简单、质量轻、无漏水、无结垢等适合缺水地区使用的特点。缺点是噪声大、柴油机热负荷较高等。

我国小型柴油机中如165F、Z170F、175F型等采用风冷方式。

（4）冷却系的常见故障及排除方法

图3-117 风冷单缸柴油机

1—风扇蜗壳 2—气缸盖 3—气缸 4—导风罩 5—飞轮 6—离心式风扇 7—进风口(www.xing528.com)

1）蒸发式水冷却系统水位浮子升不起来。

①故障现象。水箱中水位正常，但浮子升不起来。

②故障原因：

a.浮子杆弯曲变形，卡在套孔中。

b.浮子杆与浮子脱开，指示杆无法升起。

c.浮子上下壳胶合处渗水或脱开。

③故障排除方法及注意事项。拆出水位浮子进行检查，若浮子杆弯曲变形，则进行校直；若浮子杆与浮子脱开，则重新装上即可；若浮子渗水或在胶合处脱开，则进行维修或更换浮子。

2）冷却系漏水。

①故障现象。冷却水消耗大，水箱内需经常加水。若补加水不及时，会由于冷却水短缺而导致柴油机过热，甚至出现粘缸、烧瓦等事故。外漏时可发现从机体中往下滴水；内漏则会出现油底壳油面反常升高，或排气冒白烟或喷水现象。

②故障原因：

a.外漏主要是由于放水开关关闭不严、水箱与机体和缸盖水套接合处密封不严、缸垫冲坏或缸体水套外部产生裂纹等所致。

b.内漏主要是由于气缸阻水圈损坏或失效、缸盖上水道工艺堵头松动、缸套产生裂纹、缸垫冲坏或缸体水套内部产生裂纹等所致。

③故障排除方法及注意事项

a.放水开关关闭不严时，可考虑更换，若在开关螺纹处漏水，则进一步拧紧，或拆下后在螺纹上涂胶后装复。

b.缸垫冲坏应换新件。

c.阻水圈漏水，应更换新件，且更换时应认真检查。若阻水圈环槽和装配件有损伤或锈迹、污物时，应首先进行修整和清除，以防换新阻水圈后依然漏水。

d.缸盖上水道工艺堵头密封不严漏水时，可涂耐水密封胶堵漏；若是松动漏水，则可用小锤予以铆紧。

e.缸体外部裂纹漏水，可视情况进行粘补或焊修；内部裂纹漏水难以进行机械维修，可在水箱中加入适量的“方儿茶”（中药店有售）堵漏。缸体裂纹严重时，可考虑更换新件。

3）测试冷却水的温度。当散热水箱中装有水温表时，冷却水温可通过察看水温表得知。若水温表损坏，或柴油机根本就没装水温表，要知道散热水箱内的水温，经验做法是用手的感觉来测试。当手掌能全部伸入水中，并能在水中停留一会儿也不感到很烫手时，水温在60℃以下。当手掌伸入水内一会儿就因发烫而急需抽出时，水温约在70℃以上。当手撑无法伸入水中，仅能用手指在水面上拂扫而过，则此时的水温肯定在80℃以上。

4）柴油机工作时冷却系统中的正常水温。在工作时柴油机的水温应保持在80～90℃。在山区或炎热夏季，水温允许在85～95℃。长期高于95℃甚至开锅（即100℃），都是不正常的现象。

5）柴油机的冷却风扇。柴油机散热水箱的冷却风扇，有吸风式和吹风式两种结构。两者的差别，可从风扇叶片的螺旋角方向进行判断。面向柴油机前端看，如果风扇的压风面（正面）朝向散热水箱方向，则为吹风式，反之，为吸风式。

6）检查硅油风扇的工作。硅油风扇工作状况的经验检查方法，是在柴油机温度较低时，将柴油机熄火停机。用手扳动风扇叶片，若能转动，说明性能正常。不过也有例外，即当温度较低时风扇叶片转不动，不一定说明硅油风扇损坏，也可能是硅油不能及时回流所致。碰到这种情况，可等一段时间继续再试。

起动柴油机，先在低温下中速运转1～2min，然后立即熄火，再用手扳动风扇叶片。若此时可转动并运转自如，证明硅油风扇是好的。当水温达到85℃时，柴油机熄火后用手扳动风扇叶片。若扳不动，说明工作正常；反之，说明有故障。

解放CA1091K3汽车装用的6102BQ型柴油机上采用硅油风扇离合器。其目的是控制风扇的鼓风量。

硅油风扇离合器漏油，多是因衬垫或密封垫损坏所致，应及时换用新件。

7）水温开关的作用。水温开关即水温传感器，安装在散热水箱旁的冷却液循环通道中。当水温高于92℃时，开关闭合，风扇继电器导通，风扇转动；当水温低于92℃时，开关断开，风扇继电器不导通，风扇停止转动。当风扇电磁离合器失效时，应检查其线圈是否断路或短路，以及水温开关是否损坏。

8）检查散热水箱的密封性及漏水原因。以上海-504拖拉机装用的495型柴油机为例，检查时，将散热水箱的进出水口堵死，在水箱内充入50～100kPa的压缩空气（或用自行车打气筒打气），并将其浸入水中，检查有无气泡冒出。凡是冒气泡的部位，便是渗漏之处，应做好记号，以便修复。一般情况下，水箱的散热管易漏水，上、下水槽也有渗漏的时候。引起柴油机散热水箱漏水的原因，除了机械损伤外，大多为腐蚀所致。

9）用堵漏剂修补散热水箱以及操作。实践证明，当水箱的裂纹在0.3mm以内时，可用水箱堵漏剂进行修补。用堵漏剂修补散热水箱操作简单，特别适合在现场应急修理。堵漏剂，在一般化工试剂商店，或农机汽车配件商店均有供应。

水箱快速堵漏剂，分为液体和固体两种规格，其作用相同。修补时只要将堵漏剂加入散热水箱的冷却水中，便能在2～3min内将裂纹自动封堵住。

10）用锡焊法修补漏水的散热水箱。散热水箱破裂漏水，用烙铁锡焊法修复，也是一种常用的方法。在挂锡前，应事先将需焊的部位除去腐蚀层和铁锈，使其露出新的金属层。随后用盐酸涂沫渗漏处，进行酸蚀，彻底清除表面氧化物。然后把烙铁加热好，在焊接处抹上焊锡便可进行焊补。

实践证明，烙铁锡焊法不适用于铝质材料制成的散热水箱。这是因为铝表面一遇空气，会很快生成薄薄的一层氧化膜，因而用锡焊的难度很大。此时，推荐采用以下操作程序进行烙铁锡焊修补，效果较好。

①清污。把裂纹周围的油污和泥土清除干净，然后用扁铲沿裂纹开出坡口。

②配料。把松香粉和铜末（可用锉刀从铜块上锉取）混合后（比例要求不严，松香粉可多些），撒在需要施焊的坡口上。

③加热。铝质散热水箱体积较大，焊接时电烙铁的热量容易传导散失，使施焊部位达不到所需温度。所以，施焊前散热水箱要放在火炉旁加热，使其保持在60～75℃即可。然后将电烙铁加热到400℃左右，焊刃醮上锡或焊料，用它把松香粉和铜末加热，熔化混合在一起。

④挂锡。用电烙铁在施焊部位不停地摩擦，松香裹着铜末便不断地清除铝表面的氧化层，不给其重新生成的机会。与此同时，锡便会趁机粘附在铝的表面。这一步是成败的关键，要有耐心，要反复摩擦，直到挂上一层锡为止。待挂上锡后，趁松香未凝固时，用抹布迅速擦去松香和铜末，使焊缝上留下一层锡。如发现个别地方仍未挂锡，还需按上述方法继续操作。

⑤施焊。焊缝全部挂锡后，即可按常规方法进行焊补，直到将裂纹完全补好。

11）安装。维护膨胀水箱的要求。使用膨胀水箱时，其布置要求是膨胀水箱的底面至少应高出柴油机水道顶部或散热水箱上水室顶部30mm，且膨胀水箱总容积，应占冷却系统总容积的10％。此外，对于膨胀水箱液面的要求是，最低液面与膨胀水箱底面之间的距离应不小于35mm。液体体积不能超过膨胀水箱容积的2／3，以确保有足够的膨胀空间，防止喷水。

还需注意的一点是，使用膨胀水箱装置的柴油机，散热水箱盖必须可靠密封。如果密封不严，冷却系统内部真空度建立不起来，则起不到内部循环补偿的作用。

此外，还要注意膨胀水箱盖和密封垫上的通风气孔不要被堵塞，必须保持畅通。否则，也会因压力差无法建立，导致膨胀水箱内的冷却液无法流回散热水箱。

维护中还应注意的一点是，经常观察冷却液是否会从膨胀水箱上方的溢流管向外溢出。若发现有这种情况，待停止流出时，应及时将柴油机熄火，检查水箱是否明显缺水，以防不良状况发生。

12）用手判断柴油机过热。判断机温是否过热的方法是，将手放到靠近气缸套附近部位的气缸体上，而不是放在气缸盖上。这是因为气缸盖的温度往往较高，很易烫伤手指。

如果手感到温热，表明冷却水在整个冷却循环中是正常工作的；如果气缸体很热，但用手触摸时还没有被烫伤的危险，表明柴油机所承受的载荷和热量是正常的；如果用蘸水的手指与气缸体做瞬时接触，并能使潮气发出一种“咝、咝”的声音，表明机温过高，应适当加强冷却，并及时找出故障原因，有针对性地加以排除。