汽车冷却系统主要部件解析

图7-3所示为桑塔纳轿车冷却系统的零件分解图。其主要部件有：

（1）散热器 散热器俗称水箱，安装在发动机前的车架横梁上。其作用主要是散热。冷却液经过散热器后，其温度可降低10～15℃。一般用铜或铝制成，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。

散热器的结构如图7-4所示，主要由上水箱、下水箱、散热器芯和散热器盖等组成。在上、下水箱上分别装有进水管及出水管，它们分别用软管与发动机气缸盖上的出水管口及水泵的进水管口连接。上、下水箱上常设有放水开关。

散热器芯一般有管片式和管带式两种形式，如图7-5所示。

图7-5a所示为管片式散热器芯结构示意图，它由散热管和散热片组成。散热管是焊在上、下储水室之间的直管。作为冷却液的通道，散热管有扁管和圆管之分。扁管与圆管相比，在容积相同的情况下有较大的散热表面。扁管都焊在多层的散热片上，这种形式的散热器具有芯部散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力强等优点。它的缺点是制造工艺比较复杂。

图7-3 冷却系统零件分解图

1—水泵 2—缸盖接口 3—密封垫 4—橡胶管 5—密封垫 6—接管 7—冷却液温度传感器 8—热敏开关 9—通向暖风热交换器的冷却液管 10—冷却液管 11—O形圈 12—节温器 13—下橡胶弯管 14—密封垫圈

图7-4 散热器的结构

1—散热器盖 2—上水箱 3—散热器进水管 4—散热器芯 5—冷却管 6—散热片 7—散热器出水管 8—下水箱 9—放水开关

图7-5 散热器芯的结构

a）管片式 b）管带式 1—冷却管 2—散热片 3—散热带 4—缝孔

图7-5b为管带式散热器芯示意图，它由散热管及波形散热带组成。散热管为扁管并与波形散热带相间地焊在一起。与管片散热器芯相比，管带式散热器的散热能力强，制造简单，重量轻，成本低。现代发动机应用较多。但其缺点是结构刚度差。

传统的散热器芯多由黄铜制造，但近年来更多的是用铝制造，而且有些散热器的上、下储水室由复合塑料制造，使散热器重量大为减轻。

常见水冷系散热器盖具有自动阀门，发动机热状态正常时，阀门关闭，将冷却系统与大气隔开，防止水蒸气溢出，使冷却系统内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却液的沸点，防止冷却系统发生“开锅”现象。但如果冷却系统中水蒸气过多，将使冷却系统压力过大，可能导致发动机散热器破裂。因此必须在加水口处设置排出水蒸气的通道，因而在冷却系统内压力过高或者过低时，自动阀门即开启以使冷却系统与大气相通。

压力式散热器盖的构造如图7-6所示。装有空气阀和蒸气阀的散热器盖，紧盖在加水口上。当发动机热状态正常时两阀在弹簧力作用下都处于关闭状态。当冷却系统内蒸气压力低于大气压力0.01～0.012MPa时，空气阀便开启，如图7-6a所示。空气从蒸气排出管进入散热器，以防止散热器被大气压瘪。当冷却系统内蒸气压力超过大气压力0.026～0.037MPa时，蒸气阀便开启，如图7-6b所示。此时将从蒸气排出管中放出一部分冷却液到补偿水桶，使冷却液内的压力下降。提高冷却系统的蒸气压力，可以提高冷却液的沸点，从而扩大散热器与大气的温差以增强散热能力。

图7-6 压力式散热器盖

a）空气阀打开状态 b）蒸气阀打开状态 1—溢流管 2—加压盖 3—散热器盖 4—空气阀弹簧 5—蒸气阀弹簧 6—空气阀 7—蒸气阀

轿车的散热器盖的蒸气阀开启压力可达0.1MPa，而水的沸点可升高至120℃。显然，这种散热器与环境空气温差大，故散热能力较强。

（2）水泵 水泵也称冷却液泵，其功用是对冷却液加压，使冷却液在冷却系统内循环流动。水泵一般安装在发动机前端，通常与风扇一起用带轮同轴驱动。

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。因此在汽车发动机上被广泛使用，其结构如图7-7所示。

在叶轮与球轴承之间装有水封，用来防止水泵内的冷却液沿水泵轴渗漏。水封中的弹簧通过水封环将水封皮碗的一端压在水封座圈上，而将皮碗的另一端压在夹布胶木密封垫圈上。夹布胶木密封垫圈在弹簧的压力下与水泵叶轮毂的端面贴合。密封垫圈上有两个凸耳卡在水泵上的槽孔内。因此，在水泵工作时，水封不随水泵轴旋转。水泵壳体上有泄水孔C，位于水封之前。一旦有冷却液漏过水封，可从泄水孔泄出，以防止冷却液进入轴承而破坏轴承的润滑。

离心式水泵的工作原理如图7-8所示，当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。在叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力下降，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经进水管流入叶轮中心。

图7-7 离心式水泵的结构

1—水泵壳体 2—叶轮 3—密封垫圈 4、8—衬垫 5—螺栓 6—水封皮碗 7—弹簧 9—水泵盖 10—水封座圈 11—轴承 12—水泵轴 13—半圆键 14—凸缘盘 15—轴承卡环 16—隔离套 17—润滑脂嘴 18—水封环 19—管接头 A—进水口 B—水泵内腔 C—泄水孔(www.xing528.com)

图7-8 离心式水泵示意图

1—水泵壳体 2—水泵叶轮 3—进水口 4—水泵轴 5—出水口

（3）补偿水桶 现代轿车发动机冷却系统都采用了自动补偿封闭式散热器，它的特点是在散热器的右侧增设了一个补偿水桶也可以称作储液罐或者副水箱，用软管连接到散热器的蒸气导出口，如图7-9所示。

补偿水桶的作用是减少冷却液的损失，当冷却液温度升高，体积膨胀时，散热器中多余的冷却液流入补偿水桶中；而当冷却液温度降低时，体积收缩，散热器产生一定真空，补偿水桶中的冷却液又被吸回到散热器中。同时散热器上水箱也可以做得小些，这样冷却液损失很少，驾驶人也不必经常检查冷却液量。

补偿水桶上一般印有两条液面高度标记线：“DI”（低）与“GAO”（高），或者“FULL”（满）与“ADD”（添加）。冷却液温度在50℃以下时，液面高度应不低于“DI”或者“ADD”线，否则应该补充冷却液，同时注意补充冷却液时不应该超过“GAO”或“FULL”线，以避免冷却液溢出现象。

（4）风扇 冷却风扇的功用是吸进空气，加速冷却液的冷却，从而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。通常安装在散热器后面并与水泵同轴驱动。

汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇。其结构如图7-10所示。该类型的风扇常和发电机一起由曲轴带轮通过V带驱动。当发动机工作时，曲轴带动风扇旋转，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。在风扇外围设有导风罩（图7-10），使风扇吸进的空气全部通过散热器，以提高风扇效率。

图7-9 补偿水桶与闭式散热器

图7-10 冷却风扇

1—散热器 2—加液口 3—导风罩 4—风扇

近年来，有的轿车开始采用以蓄电池为动力的电动风扇，如图7-11所示。其转速与发动机转速无关，电动机的开关由位于散热器上的温度传感器控制，需要风扇工作时即自行起动。这种风扇无动力损失，结构简单，布置方便，非常适合轿车使用。

（5）冷却液温度显示系统

1）冷却液温度显示系统的作用。冷却液温度显示系统的作用是由冷却液温度传感器感测发动机冷却液温度的变化并通过装在仪表板上的冷却液温度指示表显示出来，以提醒驾驶人注意发动机的温度变化。

图7-11 电动风扇

1—电动机 2—护风罩 3—风扇框架 4—风扇叶片水泵 5—继电器 6—温度传感器（开关）

2）冷却液传感器的结构及原理。热敏电阻式冷却液温度传感器采用热敏电阻制成（图7-12），工作温度范围为-20～130℃。一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中，与冷却液直接接触，用来检测发动机的冷却液温度。并向发动机ECU传送信息。

3）冷却液温度显示系统工作原理。图7-13所示是热敏电阻式冷却液温度传感器与电磁式冷却液温度指示表联用的冷却液温度显示系统。

电磁式冷却液温度指示表（点画线框内部分）中装有两个垂直安装的线圈L₁和L₂，L₁和传感器并联，L₂和传感器串联。线圈L₁和L₂的中间装有带有指针的衔铁。

点火开关接通后，电流流过冷却液温度指示表和传感器。当冷却液温度较低时，传感器内热敏电阻的阻值较大，流经线圈L₁和L₂的电流相差不多，但L₁匝数多，产生的磁场强，使衔铁带动指针向左偏转，指针指向低温刻度。当冷却液温度升高时，热敏电阻的阻值减小，线圈L₂中的电流明显增大，电磁力也增大，使衔铁带动指针向右偏转，冷却液温度表的指针指向高温刻度。

图7-12 冷却液温度传感器

图7-13 冷却液温度显示系统