3.水冷系的组成与工作过程；
4.冷却系主要部件的结构。
1.能够向客户在实际车辆上讲解冷却系的工作过程、各部件的构造；
2.树立以客户为中心的理念，增强服务意识；
3.具有与客户沟通交流的能力；
4.具备信息搜集和处理的能力。
发动机的工作过程就是不断地将燃料燃烧产生的热能转换为机械能的过程。工作时的温度会很高，为了使发动机能够在适宜温度下工作，需要对发动机进行冷却，通常采用冷却液冷却，在仪表板上还有显示冷却液温度的水温表。你能够就某一车型的发动机向客户讲解冷却系的工作过程吗？
冷却系统工作的正常与否直接影响发动机能否工作。在汽车使用过程中，需要提醒客户经常观察冷却液温度表状态、检查发动机冷却液液面等。请你就某一型号车辆绘制一个该车发动机冷却液循环路线图，并讲解冷却系工作过程，在学习小组或班级里进行交流汇报。
一、冷却系的作用
发动机工作时，气缸内燃烧气体的温度可高达2 200～2（汽油机），如果不对发动机采取必要的冷却措施，将不能保证其正常工作。
发动机冷却系的任务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。
发动机的冷却要适度。若冷却不足，会使发动机过热，从而造成：充气效率下降，早燃和爆燃的倾向加大，致使发动机功率下降；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；因润滑油黏度减小、润滑油膜易破裂而加剧零件的磨损。
若冷却过度，会使发动机过冷，从而导致：进入气缸的可燃混合气（或空气）因温度过低而使点燃困难或燃烧延迟，造成发动机功率下降及油耗上升；润滑油黏度增大，造成润滑不良而加剧零件的磨损；因温度低而使未汽化的燃油冲刷摩擦表面（气缸壁、活塞等）上的油膜；同时，因混合气与温度较低的气缸壁接触，使其中已汽化的燃油重新凝结而流入曲轴箱内，不仅增加油耗，而且使机油变稀而影响润滑，从而导致发动机功率下降，磨损增加。
二、冷却系的分类
发动机冷却系按冷却介质的不同，可分为水冷系和风冷系。
1.水冷系
水冷系是通过冷却水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。采用水冷系时，气缸盖内冷却水的温度应保持在353～范围内，气缸壁的温度则不超过470～。
2.风冷系
风冷系是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的一系列装置。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～及433～。
风冷系利用高速空气流直接流过气缸体及气缸盖表面，而将热量散入大气。
图6-1所示为发动机风冷系示意。气缸体和气缸盖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。为了增大散热面积，在气缸体和气缸盖的表面布满了散热片。
图6-1 发动机风冷系示意
三、冷却水和防冻液
水冷汽车发动机中使用的冷却水应该是清洁的软水。井水、河水、海水等因含有大量的矿物质而称为硬水。在高温作用下，这些矿物质会从水中沉淀析出来而产生水垢，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，往往因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形、胀裂的现象。为适应冬季行车的需要，可在冷却水中加入一定量的防冻剂，以达到降低冰点、提高沸点的目的。
现代汽车普遍使用防冻液。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，沸点则高达左右。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。
因防冻剂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水溢流损失，冷却水不能加得太满。在带有膨胀水箱的冷却系中，冷却水的液面高度应与膨胀水箱上的标记对齐。
四、水冷系的组成及工作过程
目前汽车发动机上普遍采用的是强制循环式水冷系（图6-2）。它利用水泵将冷却水压力提高，使其在发动机冷却系中循环流动。
图6-2 强制循环式水冷系示意图
水冷发动机的气缸盖和气缸体中都铸有相互连通的水套。在水泵的作用下，冷却水流经气缸体及气缸盖的冷却水套而吸收热量，然后沿水管流入散热器。利用汽车行驶的速度及风扇的强力抽吸，而使空气流由前向后高速通过散热器，不断地将流经散热器的高温冷却水的热量散到大气中而使冷却水温度下降。冷却后的水流至散热器的底部后，被水泵再次压入发动机的水套中，如此循环，从而将发动机工作时产生的大量热量不断带走，保证发动机正常工作。
为使发动机在低温时减少热量损失，缩短暖机时间，在低速大负荷情况下加快散热，冷却系中设有调节温度的装置，如节温器、风扇离合器及百叶窗等。为便于驾驶员能及时掌握冷却系的工作情况，在仪表板上还设有水温表和高温警告灯等。
五、水冷系主要部件的结构
1.散热器
散热器俗称水箱，安装在发动机前的车架横梁上。其作用是将冷却水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、下储水箱及散热器芯、散热器盖组成（图6-3）。在上、下储水箱上分别装有进水管口及出水管口，它们分别与发动机气缸盖上的出水管口及水泵的进水管口用软管连接。下储水箱中还常设有放水开关。
图6-3 散热器的组成
常用散热器芯的结构形式有管片式和管带式两种，如图6-4所示。
图6-4 散热器芯的结构
（a）管片式；（b）管带式
散热器一般为竖流式，即冷却水从顶部流向底部。为降低汽车发动机罩轮廓的高度，有些轿车（如奥迪轿车）采用了横流式散热器，即冷却水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。
正确的冷却水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水回收装置，可将受热溢出的冷却水回收在膨胀箱内。此时检查液面和加注冷却水都在膨胀箱上进行，安全方便。发动机处于冷态时，冷却水面应在膨胀水箱的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。
汽车上广泛采用闭式水冷系，该水冷系的散热器盖具有空气-蒸汽阀作用（图6-5），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，两个阀在弹簧力作用下均关闭，从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，提高了冷却水的沸点，改善了冷却效能。当散热器内压力达到126～Pa时（此压力下，水的沸点达到），蒸汽阀开启而使水蒸气从蒸汽排出管排出（图6-5（a））；当水的温度下降，冷却系内的真空度低于1～Pa时，空气阀打开，空气从蒸汽排出管进入冷却系（图6-5（b）），以防散热器及芯管被大气压瘪。(www.xing528.com)
图6-5 具有空气-蒸汽阀的散热器盖
（a）蒸汽阀开启；（b）空气阀开启
2.水泵
水泵安装在发动机前端（图6-2），通常与风扇一起用带轮同轴驱动。水泵的作用是对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。
汽车发动机广泛采用离心式水泵。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时不会妨碍水在冷却系内自然循环等优点。其工作原理如图6-6所示。当叶轮旋转时，水泵内的水被叶片推动一起旋转，在离心力的作用下甩向叶轮边缘，在轮廓线为对数螺旋线的水泵壳体内将动能转变为水的压力能，经与叶轮成切线方向的出水口压入发动机的冷却水套。与此同时，叶轮中心因具有负压而使散热器中的水经进水管被吸入水泵。
图6-6 离心式水泵工作原理
3.风扇
风扇通常安装在散热器的后面并与水泵同轴驱动（图6-2），用来提高流经散热器的空气流速和流量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。
风扇的扇风量主要取决于风扇的直径、转速、叶片形状及安装角等。
目前车用水冷发动机大多采用轴流式风扇（图6-7）。风扇叶片多用薄钢板压制而成，数目为4～8片。为减小叶片旋转时的振动和噪声，叶片之间的夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成30°～45°的安装倾斜角，借以产生吸风能力，使空气沿轴向流动。在轿车及轻型载货汽车上还常使用翼形断面的整体风扇，由铝合金、尼龙等材料制成，可提高风扇的效率、减小功率消耗、降低噪声。
图6-7 风扇形式
风扇常和发电机一起由曲轴带轮通过V带驱动。为调节皮带的张紧程度，通常将发电机的支架做成可调节的。
在轿车上普遍采用以蓄电池为动力的电动风扇，其转速与发动机的转速无关。电动机的开关由位于散热器的温度传感器控制，需要风扇工作时自行起动。这种风扇无动力损失，结构简单，布置方便。
注意：采用电动风扇的汽车行驶一段时间热车时，即使关闭点火开关，发动机停止工作，风扇也很有可能自行工作，在检查维修时要特别注意，以免伤到手。
4.节温器
节温器安装在水泵的进水口或气缸盖的出水口。其作用是根据发动机冷却水温度的高低，自动改变冷却水的循环路线及流量，以使发动机始终在最合适的温度内工作。目前汽车上多采用蜡式节温器，其核心部分为蜡质感温元件。反推杆11的一端固定于支架上，另一端插入橡胶套4的中心孔内，橡胶套与感应体9间装有精制石蜡8，利用石蜡受热后由固态变为液态时体积膨胀的性质进行控制（图6-8）。
图6-8 蜡质感温元件
1—主阀门；2—盖和密封垫；3—上支架；4—橡胶套；5—阀座；6—通气孔；7—下支架；8—石蜡；9—感应体；10—旁通阀；11—反推杆；12—弹簧。
图6-9所示为上海桑塔纳轿车冷却系所用的蜡式双阀门节温器。发动机工作后，因温度逐渐升高而使石蜡逐渐变为液态，体积开始膨胀。在发动机冷却水温度低于时，因石蜡产生的膨胀力小于主阀门弹簧的预紧力，主阀门在主阀门弹簧的作用下压在出水口上，从散热器来的低温冷却水不能进入发动机水套内。此时，从发动机气缸盖出水口流出的高温冷却水可以不经散热器而直接进入水泵，于是，未经散热的冷却水被水泵重新压入发动机水套内，因而减少了热量损失。此时冷却水的循环路线称为小循环，如图6-10（a）所示。当发动机冷却水温度超过时，石蜡产生的膨胀力克服了主阀门弹簧的预紧力，主阀门开始打开。当水温达到时，主阀门完全打开，而副阀门则彻底关闭了小循环通路。这时来自气缸盖出水口的高温冷却水全部进入散热器进行冷却，之后再由水泵重新压入发动机的水套内。此时冷却水的循环路线称为大循环，如图6-10（b）所示。当冷却水的温度为358～时，主、副阀门都打开一定的程度，此时冷却系中的大小循环同时进行。
图6-9 蜡式双阀门节温器
图6-10 发动机冷却水循环工作示意图
1—弹簧；2—插头；3—石蜡；4—接线柱；5—阀门；6—自散热器来；7—到散热器；8—自发动机来；9—到水泵。
（a）小循环；（b）大循环
5.风扇离合器和温控开关
为减少发动机功率损失，减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料及降低排放，普遍采用风扇离合器或风扇温控开关来控制风扇的转速，自动调节冷却强度。
（1）风扇离合器
风扇离合器主要有硅油式及电磁式等多种。图6-11所示为硅油风扇离合器。
图6-11 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—主动扳；8—从动扳；9—壳体；10—轴承；11—主动轴；12—锁止板；13—螺栓；14—圆柱头内六角螺钉；15—风扇；A—进油孔；B—回油孔；C—漏油孔。
当冷却水温度不高时，双金属感温器4不带动阀片6偏转，进油孔A关闭，工作腔内无油，风扇离合器处于分离状态。这时仅由于密封毛毡圈3和轴承10的摩擦，使风扇随同离合器壳体一起在主动轴上空转打滑，转速很低。当发动机的负荷增加而使吹向双金属感温器的气流温度超过时，阀片转到将进油孔A打开的位置，于是硅油从储油腔进入工作腔。主动扳7利用硅油的黏性带动离合器壳体和风扇15转动。此时离合器处于接合状态，风扇转速得到提高，以适应发动机增强冷却的需要。若发动机的负荷减小，流经双金属感温器的气流温度低于时，双金属感温器复原，阀片将进油孔关闭。工作腔内油液继续从回油孔B流向储油腔，直至甩空为止。这时风扇离合器又回到分离状态。漏油孔C的作用是防止风扇离合器在静态时从阀片轴周围泄漏硅油。
（2）风扇温控开关
图6-12所示为上海桑塔纳轿车的双温蜡质热敏温控开关。它由蜡质感温驱动元件及两挡触点动作机构组成，利用石蜡9受热由固态变为液态时体积突然变大的原理来移动推杆7，控制触点4、5的开闭。它装在散热器的水箱上。
图6-12 双温蜡质热敏温控开关
1—接线杆座；2—触点1拉簧；3—触点2拉簧；4—触点1；5—触点2；6—拉簧架；7—推杆；8—橡胶密封膜；9—石蜡；10—外壳；11—调整坑。
随着冷却水温度的升高，石蜡开始膨胀，通过橡胶密封膜8推动推杆7而压动拉簧架6。当冷却水温升至时，低速触点闭合，散热器电动机风扇接通电源，以1/min低速运转。
当冷却水温继续上升至时，因石蜡继续膨胀而使高速触点闭合，使散热器电动机风扇以2/min的高速运转，以增加冷却强度。当冷却水温下降时，石蜡体积收缩，推杆在触点拉力的作用下回缩而使触点断开，实现了对散热器电动机风扇的控制。
6.百叶窗
在某些汽车发动机散热器的前面还装有起辅助调节冷却强度的百叶窗。它通过调节流经散热器的空气量来调节冷却系的冷却强度，使发动机保持在适宜的温度下工作。
百叶窗由许多片活动挡板组成，可由驾驶员通过手柄在驾驶室内操纵、控制；也可由节温器根据水温的高低自动调节百叶窗挡风板的开度。
随堂测试
1.发动机冷却系的任务就是使发动机得到________冷却，从而保持在________的温度范围内工作。
2.发动机冷却系按冷却介质的不同，可分为________和________。
3.水冷发动机，冷却水在________的作用下，流经气缸体及气缸盖的冷却水套而吸收热量，然后由水管流入________，利用汽车行驶的速度及________的强力抽吸，而使空气流由前向后高速通过散热器，不断地将流经散热器的高温冷却水的热量散到大气中，从而使冷却水温度下降。
4.节温器的作用是根据发动机冷却水温度的高低，自动改变冷却水的________及________，以使发动机始终在最合适的温度下工作。
5.为减少发动机功率损失，减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料及降低排放，普遍采用________或________来控制风扇的转速，自动调节冷却强度。
任务实施
任务工单
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