发动机机械系统检修 发动机冷却系统故障诊断与维修

学习目标： 能力目标： 1．能够正确拆装水泵、节温器、散热器、冷却风扇等主要冷却系统部件 2．能够正确检查发动机冷却系统

学习目标： 知识目标： 1．发动机冷却方式及冷却系统组成与功用 2．发动机冷却系统主要工作部件的工作 3．发动机冷却系统检查注意事项

情境 客户反映水温指示超高且报警，熄火后打开发动机盖，发现膨胀水箱内冷却沸腾，因已做过点火、进气和清洗积碳等养护工作，初步排除由于发动机点火过迟、积碳等导致温度高的原因，分析应是由冷却系统故障引起

资讯 冷却系的功用及分类 1、功用 　　使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，防止发动机过热或过冷；并且在发动机冷起动后使发动机迅速升温，尽可能缩短暖机时间。

2、冷却系的分类 水冷式：以水为冷却介质，热量先由机件传给水，靠水的流动把热量带走而散入大气。散热后的水再重新流回到受热机件处。 风冷式：利用风扇将高温零件的热量直接散入大气。

3、水冷系工作原理 吸热后向上流入气缸盖水套，再次吸热后经节温器主阀门通过出水软管进入散热器； 散热器底部的冷却液经水泵加压，经过分水管进入缸体的冷却水套； 吸热后向上流入气缸盖水套，再次吸热后经节温器主阀门通过出水软管进入散热器； 对着散热器的冷却风扇加速流经散热器芯的空气，促使热水加速冷却，然后经进水软管被水泵有一定真空度的进水口吸入。

4、正常冷却时的发动机温度 5、不正常冷却对发动机的影响 系 统 温 度 范 围 水冷系 气缸盖内冷却水温度在353～363K。 风冷系 系 统 温 度 范 围 水冷系 气缸盖内冷却水温度在353～363K。 风冷系 气缸盖允许温度分别为423～453K ，气缸壁的允许温度为433～473K。 5、不正常冷却对发动机的影响 冷却程度 后 果 过冷 热量散失过多，增加燃油消耗，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。 过热 发动机过热，运动机件将因高温膨胀卡死；充气量减少,燃烧不正常，发动功率下降,润滑不良，加剧磨损。

６、冷却液 防冻冷却液 作用：防止在寒冷冬季停车时冷却液结冰而胀裂散热器和冻坏发动机 组成：水、防冻剂、添加剂 颜色：绿色、红色、蓝色

冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型的冷却液。 酒精型冷却液是用乙醇(俗称酒精)作防冻剂，价格便宜，流动性好，配制工艺简单，但沸点较低、易蒸发损失、冰点易升高、易燃等，现已逐渐被淘汰； 甘油型冷却液沸点高、挥发性小、不易着火、无毒、腐蚀性小，但降低冰点效果不佳、成本高、价格昂贵，用户难以接受，只有少数北欧国家仍在使用； 乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂，并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各种冰点的冷却液，其最低冰点可达-68℃，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点，是一种较为理想的冷却液。

６、冷却液 1）冷却水的选择 软水：含矿物质较少。硬水：易产生水垢、而阻塞水道。破坏水的冷却循环，使发动机过热。 2）冷却液 在冷却水中加入适量乙二醇或丙二醇来降低冷却液的冰点。 3）冷却液成分 4）注意事项：使用中应注意，切勿吸入口中，以免中毒。

６、冷却液 四大功能 冬季防冻 防腐蚀 防水垢 高沸点(防开锅) 符合国家标准的冷却液，沸点通常都是超过105℃，比起水的沸点100℃，冷却液能耐受更高的温度而不沸腾（开锅），在一定程度上满足了高负荷发动机的散热冷却需要。

1.1.2 水 冷 却 系 1、水冷却系的组成 水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。 主要由水泵、散热器、风扇、冷却水套、百叶窗和温度调节装置等组成。

1）水冷却系各部分的作用 （1）百叶窗：改变吹过散热器的空气流量，从而控制冷却强度。 （2）水套：铸造在气缸盖和气缸体中的贮水连通的夹层空间。 （3）水泵：将冷却水从机体外吸入并加压，使之经分水管流入机体水套。

（4）风扇：强力抽吸，使空气流以高速度从散热器中通过。 （5）节温器：根据水温高低自动改变水的循环流动路线，调节冷却系的冷却强度。 水泵 节温器 风扇 散热器盖 水温表 水套 分水管 放水阀 百叶窗 散热器 节温器

冷却液在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。 2） 冷却液的循环路线演示 节温器 冷却液在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。 小循环 大循环

小循环：水温低时，冷却水经水泵—水套—节温器后不经散热器，而直接由水泵压入水套的循环，其水流路线短，散热强度小。 大循环：水温高时，冷却水经水泵—水套—节温器—散热器，又经水泵压入水套的循环，其水流路线长，散热强度大。

混合循环 冷却水带走热量—经气缸盖流出—到节温器—当水温介于76-86度—节温器阀门打开通往散热器的通道和通往水泵的旁通管—冷却水部分流经散热器、部分流经旁通管—进入水泵—形成混合循环。

1）水泵 2、水冷系的主要部件 （1）作用 对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。 （2）特点 （1）作用 对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。 （2）特点 汽车上广泛使用离心式水泵。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然循环等优点。

（4）水泵的构造

（5）离心式水泵工作原理 压水：当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。 吸水：与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。 1－水泵壳体 2－叶轮 3－进水管 4－出水管

离心式水泵工作示意图

2）散热器 （1）作用 散热器又称为水箱，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散发至外界大气，使水温下降。

（2）散热器的结构 （3）材料：黄铜 铝 上贮水室顶部有加水口、进水软管与缸盖连接； 上贮水室 散热器盖 散热器有冷却管、散热带组成； 下贮水室出水软管与水泵进水管连接。 上贮水室 散热器盖 进水管 散热器芯 下贮水室 出水管口 散热器芯 （3）材料：黄铜 铝

（4）散热器类型 纵流式 横流式 1-上水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖；5-下水室；6-出水管

（5）常用散热器芯的结构型式 管片式 由若干扁形或圆形冷却管组成。 管片式 由若干扁形或圆形冷却管组成。 空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。 管带式 由若干扁平冷却管组成。 水管与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。

（6）散热器盖 将水冷系密封住，以防冷却水溅出；使密封加压的水冷系压力稳定。 盖 空气阀弹簧 蒸汽阀弹簧 空气阀 蒸汽阀

散热器盖工作演示 空气阀打开： 真空度低于10～20Kpa时。 蒸汽阀开启： 压力达到126～137Kpa时。

3）冷却水套 水冷发动机的气缸体和气缸盖中都加工有冷却水套。 气缸体和气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,带走部分热量,对气缸和气缸盖起冷却作用。 水套

气缸盖 冷却水套 冷却水套 气缸体

干式气缸套和湿式气缸套 名称 特 点 干缸套 外壁不直接与冷却水接触。壁厚1～3mm。 湿缸套 外壁直接与冷却水接触。壁厚5～9mm。 强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。 名称 特 点 示意图 干缸套 外壁不直接与冷却水接触。壁厚1～3mm。 湿缸套 外壁直接与冷却水接触。壁厚5～9mm。 散热良好、冷却均匀、易制造、易拆卸。 强度和刚度不如干缸套，易漏水、漏气 广泛应用于汽车柴油机上。

4）风扇 （1）功用：风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，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。 （2）分类：轴流式风扇和离心式风扇。 （3）特点：轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；效率高，风量大，结构简单，布置方便，在车用发动机上得到了广泛的应用。 离心式风扇所产生的风，其流向为径向。

轴流式风扇的三种型式 结构特点：叶片多用薄钢板压制而成，为4～6片，叶片间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成30°～45 °的安装斜角。整体风扇在轿车和轻型载货汽车上应用较多。

（4）结构 前盖、壳体、主动板、从动板、阀片、主动轴、双金属感温器、阀片轴、轴承、风扇等。

（5）风扇驱动装置 风扇 发电机 皮带 曲轴

风扇的驱动V带张紧装置 (1)调整目的 若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵的转速下降，扇风量和泵水量减小，使发动机过热；若皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。 可调节支架 (2)措施 将发电机支架做成可移动式的，以便调节皮带的松紧度。

5）膨胀水箱 a. 1）封闭冷却系统，减少冷却液损失； (1)作用： 2）避免空气进入，减少氧化、穴蚀； 3）增大出水量； 4）使冷却系统内水气分离，保持压力稳定。

软管 膨胀水箱 散热器

上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连； (2)膨胀水箱结构示意图 膨胀水箱多用半透明材料(如塑料)制成。 上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连； 底部通过水管与水泵的进水侧相连接； 通常位置略高于散热器。 1-散热器；2-水泵进水管；3-水泵；4-节温器；5-水套出气管；6-水套出水管；7-膨胀水箱；8-散热器出气管；9-补充水管；10-旁通管

(3 ) 膨胀水箱的工作原理 1) 冷却液的流动是靠水泵的压力来实现的。水泵吸水的一侧压力低，易产生蒸汽泡. (3 ) 膨胀水箱的工作原理 1) 冷却液的流动是靠水泵的压力来实现的。水泵吸水的一侧压力低，易产生蒸汽泡. 加装膨胀水箱后，由于膨胀水箱和水泵进水口之间存在补充水管，使水泵进水口处保持较高的水压，减少了汽泡的产生。 2)散热器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通过蒸汽导管进入膨胀水箱，从而使水、汽彻底分离。 由于膨胀水箱温度较低，进入的水蒸汽得到冷凝，一部分变成液体，重新进入水泵。而积存在膨胀水箱液面上的气体起缓冲作用，使冷却系内压力保持稳定状态。 3)补充冷却液。膨胀水箱上有两条刻线，冷却液应加到上刻线(FULL)，当液面下降到下刻线(LOW)时，应及时补充。

（1）功用：根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。 5）节温器 （1）功用：根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。 节温器装在冷却水循环的通路中，根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。 （2）分类：节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。 推杆 主阀门 弹簧 石蜡 外壳 胶管

（3）节温器实物图

结构 密闭圆筒 具有弹性、折叠式（用黄铜制成），内装有易于挥发的乙醚。 主阀门和侧阀门 随膨胀筒上端一起上下移动。  (4）乙醚折叠式节温器 主阀门 结构 密闭圆筒 具有弹性、折叠式（用黄铜制成），内装有易于挥发的乙醚。 主阀门和侧阀门 随膨胀筒上端一起上下移动。 筒内液体的蒸气压力随着周围温度的变化而变化，故圆筒高度也随温度而变化。 侧阀门 膨胀筒

工作过程 当冷却水温低于70℃时，节温器主阀门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套通向散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来。

当发动机的冷却水温在70～80℃范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。 当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭。

(5）蜡式节温器 结构： 蜡式节温器在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。 特点：上、下支架与阀座连为一体，推杆上端固定在上支架中心处，另一端插入胶管中心孔中，胶管与节温器外壳之间的空腔装精制的石蜡。

工作过程 （1）当发动机水温低时，阀门压在阀座上。这时阀门关闭了通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。 （2）当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向下的推力。由于反推杆下端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向上反推力，阀门开启； （3）当发动机水温达到86℃以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器，而进行大循环。

6)风扇离合器 (1)功用：减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料和降低排放，自动调节发动机的冷却强度。 (2)风扇离合器分类 主要有硅油式、机械式和电磁式。 硅油式离合器

工作过程 1、冷却水温度不高时，风扇随离合器壳体一起空转打滑； 2、当发动机气流温度超过338K时，离合器处于接合状态，风扇转速提高。

故障应急措施 行驶途中，若硅油风扇离合器因故障(如漏油等)时，可松开内六角螺钉，把锁止板的销插入主动板孔中，再拧螺钉，使壳体与主动轴连成一体，但此时只靠销传动，不能长期使用。

机械式风扇离合器 主动件：主动轴(1)上装有轴承(2)和内滚轮；从动件：外圈、从动盘(2)和外啮合轮(7)；空腔：内滚轮(5)与外啮合轮(7)组装，在空腔内装有圆柱滚子和保持架；由装在其轴上的感温元件控制。

电磁风扇离合器 工作过程 当冷却水温度低于92℃时，水温感应开关的电路不通，线圈不通电，离合器处于分离状态；当水温超过92℃时，水温感应开关的电路自动接通，线圈通电，电磁壳体吸引衔铁环将摩擦片压紧，离合器处于结合状态。

7)风扇温控开关 功用： 在冷却水温度升高时，其内部的温控介质膨胀而使风扇以高速运转，加速了发动机的冷却；相反，若在冷却水温度降低的时，介质收缩而使风扇低速运转或停下来，实现了对散热器电动机风扇的控制。

8)百叶窗（或挡风帘） 功用 通过调节流经散热器的空气量来调节冷却系的冷却强度，使发动机在适宜的温度下工作。 通常利用百叶窗来实现改变通过散热器的空气流量。百叶窗是调节空气流量并防止冬季冻坏水箱，多用人工调节，也有采用自动调节装置的。

实操： 查阅资料 制定计划 实施计划 填写项目单

实训要求及安全注意事项

发动机过热诊断 在水温表和水温传感器技术状况良好的情况下，按图6-5所示流程对发动机过热故障进行检测与诊断。 发动机过热诊断 结束 结束 发动机过热诊断流程图 （转下页）

结束 图 发动机过热诊断流程图 （续上页）

（1）检查冷却液液位，应处于max和min之间, 若冷却液不足，应按G11防冻剂的配比规定，结合地区环境温度添加。 提示：应注意安全，不允许在发动机温度较高时打开水箱盖。 （2）检查风扇皮带松紧程度，松紧应适宜。若皮带过松会造成打滑，使风扇风量减少而引起发动机过热，应张紧或更换皮带。 图 检查冷却液液位 图 检查风扇皮带松紧度

（3）通过察看发动机水温表，观察发动机匀速升温时风扇电机开始转动的时机。发动机水温达到90℃后，用手或温度计检查缸盖与散热器上水室的温差，若温差较大，应检查节温器。 图6-11 拆检节温器

（4）握住散热器上部回水管，打开节气门使发动机加速，检查冷却水流动速度和发动机转速之间的关系。若没有明显变化，说明水泵泵水能力下降。 学习任务6　检修冷却系统 （4）握住散热器上部回水管，打开节气门使发动机加速，检查冷却水流动速度和发动机转速之间的关系。若没有明显变化，说明水泵泵水能力下降。 （5）拆检水泵，视情修复或更换水泵。 图 检查水泵泵水能力 图 拆检节温器

2）水泵的检修 常见损伤形式：水泵壳体、卡环槽及叶轮破裂；带轮凸缘配合孔松动；水封变形、老化及损坏；泵轴和轴承磨损等。 （1）水泵的检修 ①泵壳和带轮应无损伤；壳与盖接合面变形大于0.05mm，应予以修平。 ②水泵轴无弯曲和轴颈无明显磨损；轴端螺纹无损坏。 ③轴承轴向间隙大于0.50mm，径向间隙大于0.15mm应更换。 ④水泵叶轮的叶片应无破损；轴孔磨损过甚应镶套修复。 ⑤水封、胶木垫、弹簧等零件的磨损过大，应予更换。 ⑥带轮毂与水泵轴应配合良好；泵轴孔磨损过甚应更换。

（2）水泵装合后试验 水泵装合后，用手转动皮带轮，泵轴转动应无卡滞现象；水泵叶轮与泵壳应无碰擦现象。 将水泵装在试验台上按原厂规定进行规定转速下的压力-流量试验。 例如，桑塔纳 2000 AJR发动机水泵在规定转速6000r/min时，进口压力为0.1MPa，系统压力为0.14MPa，出口压力为0.16MPa。

将节温器放在一个充满水容器内加热，用温度表监测温度。 节温器的检测 将节温器放在一个充满水容器内加热，用温度表监测温度。 桑塔纳2000 AJR 发动机水温约87±2℃时，节温器阀门必须开启；水温约105℃时，应完全打开，阀门最小行程为8mm。若不符原厂技术要求应更换。 图 节温器的检查

风扇的检修 （1）风扇叶片的检查 风扇叶片出现变形、弯曲、破损后，应及时更换。由于风扇连接板强度不足或其他原因，使风扇叶片向前弯曲或扭转变形，破坏了风扇叶片原设计的角度，使其丧失平衡性能，不但影响通过散热器的空气流速和流量，降低了散热器的冷却能力，甚至打坏散热器，加速水泵轴承、水封的损坏，还会大幅度地增大风扇的噪声。

（2）电动风扇热敏开关的检查 发动机热态时，即使发动机已熄火，风扇仍可能转动。 如果冷却液温度很高但风扇不转，应检查熔断器。若熔断器完好，则应停机检查温控开关，必要时检查风扇电机的性能或更换有关部件。 桑塔纳2000 AJR 发动机电动风扇热敏开关的检查方法，将电动风扇热敏开关放入加热的水中，用万用表测量。 低速档在水温达到93℃～98℃时应能导通，当水温到88℃～93℃时，应断开。 高速档105℃应导通；93℃～98℃时应断开。否则，应更换电动风扇热敏开关。

V形带的检查 水泵和发电机是由V型带传动的，使用一段时间后，由于传动带磨损或其他原因，V型带张紧力不足，影响传动效率和传动件的使用寿命，因此应经常检查、调整传动带的张紧度，使其符合要求。AJR发动机冷却泵V型带标准如表6-1所示。

散热器的检修 （1）散热器的清洗 散热器的清洗，即清洗散热器的水垢，一般采用化学法，利用酸或碱类物质与水垢的化学反应，生成可溶于水的物质，而将水垢清洗除去。 清洗时，一般采用循环法，即先用酸性溶液洗涤，再用碱性溶液冲洗中和，清洗时除垢剂以一定压力（0.01MPa），在气缸体水套或散热器内循环。一般经3～5分钟后即清洗完毕。

以AJR发动机为例，将V.A.G1274检测仪安装到散热器上，用检查仪手泵对冷却系加压到0.1MPa，观察检查仪上压力表的指示压力。 （2）散热器的检查 首先对散热器进行外观检查，散热器芯表面的散热片不得有较大面积的倒伏或脱落，散热器表面若有明显水垢，则可能是渗漏所造成的，应进行散热器密封性检测。 以AJR发动机为例，将V.A.G1274检测仪安装到散热器上，用检查仪手泵对冷却系加压到0.1MPa，观察检查仪上压力表的指示压力。 当压力出现明显下降时，说明冷却系存在渗漏部位，应予以排除。可将散热器浸泡在水中，如有气泡冒出，则表明该部位有泄漏。 图 散热器及冷却水道检查

对于空气—蒸汽阀的散热器盖可用专用手动气泵检查；蒸汽阀开启压力应在0. 12MPa ～0. 15MPa范围内，空气阀开启压力应为0 对于空气—蒸汽阀的散热器盖可用专用手动气泵检查；蒸汽阀开启压力应在0.12MPa ～0.15MPa范围内，空气阀开启压力应为0.01Mpa～0.02MPa。 图 散热器盖检查 冷却系维修竣工时，应进行泄漏试验。系统内压力为0.103MPa时，2分钟内压力应不降低；发动机在3000r/min时，随转速的变化，系统的压力不应改变。若压力随发动机转速的变化而变化，说明压缩气体或燃烧室内的气体已进入冷却系，若数次急速改变发动机转速可看到有冷却液从排气管排出，应检修汽缸体、汽缸盖裂纹及更换损坏的汽缸垫。

小 结 作用 大、小循环 水冷系 散热器 冷却系 主要部件 水泵 节温器 风冷系 与水冷系的区别 变速器机油冷却器 采用的原因