《汽車發動機構造與維修》教案課題序號實施課時2使用教具整車或電噴系統臺架課題名稱項目六冷卻系統認知任務二冷卻系統部件的構造與拆裝教學目標（知識與技能，過程與方法，情感、態度與價值觀）【知識目標】1．了解冷卻系統部件的功用和組成；2．了解冷卻液的特點。【能力目標】1．會更換冷卻液；2．會更換節溫器。【育人目標】1．培養學生誠實守信、服務人民的意識；2．使學生樹立和養成正確的價值觀念和思想意識，形成良好的道德品質。教學重點冷卻系統部件的構造；冷卻液的功用和特點。教學難點冷卻系統部件的工作原理。教學內容教師活動學生活動【復習回顧】簡述冷卻液的循環路線。【導入新課】一天，在某修理廠有一客戶不愿意按維修手冊的規定，定期更換冷卻液，堅持認為這是浪費錢，實習生小王打算認同車主意愿，但經過深思熟慮還是覺得不妥，向客戶耐心解釋：冷卻系統通過冷卻液流動調節發動機的工作溫度，并根據溫度調節冷卻液循環線路；冷卻液高溫防沸，低溫防冰，但長時間使用變質后，他的功用也會下降，所以需要定期更換。客戶聽了，感到非常有道理，欣然同意更換冷卻液。作為汽車售后服務從業人員應該知道冷卻系統部件的構造和原理，以及冷卻液的性質。項目六冷卻系統認知任務二冷卻系統部件的構造與拆裝一、冷卻系統的主要零部件1.水泵水泵的功用是對冷卻液加壓，使其在冷卻系統中加速循環流動，保證冷卻可靠。車用發動機上多采用離心式水泵，離心式水泵具有結構簡單、尺寸小、排水量大、維修方便等優點。離心式水泵主要由泵體、葉輪和水泵軸組成，葉輪一般是徑向或向后彎曲的，其數目一般為6～9片，固定在水泵軸上，葉輪由鑄鐵或塑料制造，葉輪上通常有6～8個徑向直葉片或后彎葉片。水泵殼由鑄鐵或鋁鑄制，裝在發動機缸體上。進、出水管與水泵殼體鑄成一體。離心式水泵的工作原理：當水泵葉輪旋轉時，水泵中的冷卻液被葉輪帶動一起旋轉，并在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時產生一定的壓力，然后從出水管流出。在葉輪的中心處由于冷卻液被甩出而壓力下降，散熱器中的冷卻液在水泵進口與葉輪中心的壓差作用下經進水管流入葉輪中心。水泵一般由曲軸通過V帶驅動。傳動帶環繞在曲軸帶輪和水泵帶輪之間，因此水泵轉速與發動機轉速成正比例。有些發動機的水泵由凸輪軸直接驅動。2.水套和分水管水套是汽缸體和汽缸蓋雙層壁之間所形成的空間，內有分水管和噴水管。分水管可以使冷卻液均勻流到各缸；噴水管可以強烈地冷卻排氣門。3.散熱器散熱器又稱水箱，它將從發動機流出來的熱水分成許多小股并將其熱量散給周圍的空氣，它增大了散熱面積，加速了熱水的冷卻。冷卻液在散熱器芯內流動，空氣在散熱器芯外通過，熱的冷卻液由于向空氣散熱而變冷，冷空氣則因為吸收冷卻液散出的熱量而升溫，所以散熱器是一個熱交換器。縱流式散熱器，它由上水室、散熱器芯和下水室等組成。縱流式散熱器芯為豎直布置，冷卻液由上水室自上而下流過散熱器芯，進入下水室。橫流式散熱器，它由進水室、散熱器芯和出水室等組成。橫流式散熱器芯為橫向布置，冷卻液由進水室橫向流過散熱器，進入出水室。大多數新型轎車采用橫流式散熱器，其優點是這可以使發動機罩的外廓較低，有利于改善車身前端的空氣動力性。散熱器進水管、出水管分別用橡膠軟管與汽缸蓋的出水管、水泵的進水管相連，這樣利于安裝，而且當發動機和散熱器之間產生少量位移時也不會漏水。在散熱器下面一般裝有減振墊，防止散熱器受振動損壞。在散熱器出水管上裝有放水開關。散熱器芯由冷卻管和散熱片組成，采用散熱片是為了增加散熱器芯的散熱面積。散熱器芯有多種結構形式，常用的有管片式、管帶式和板式。管片式散熱器芯由散熱管和散熱片組成，散熱管是焊在進、出水室之間的直管，作為冷卻液的通道，散熱管的斷面大多為扁圓形，管片式散熱器芯優點是散熱面積大、氣流阻力小，結構剛度好及承壓能力強等，但制造工藝較復雜，成本高。管帶式散熱器芯由散熱管及波形散熱帶組成，散熱管為扁管并與波形散熱帶相間地焊在一起，散熱器芯采用冷卻管和散熱帶沿縱向間隔排列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提高，管帶式的散熱能力強，制造簡單，質量輕，成本低，但結構剛度差，一般多為轎車發動機采用。板式散熱器芯的冷卻液通道由成對的金屬薄板焊合而成，這種散熱器芯散熱效果好，制造簡單，但焊縫多不堅固，容易沉積水垢且不易維修。散熱器要求所用材料導熱性能要好，一般用黃銅或鋁制成。有的散熱器還有散熱器蓋（俗稱水箱蓋），其具有較高的密封性。其作用是密封水冷系，調節系統的工作壓力，提高冷卻液的沸點。散熱器蓋分為開式水冷系用和閉式水冷系用兩種。開式水冷系的蒸汽排出管與大氣相通，容易造成冷卻液溢失和蒸汽逸出。現代的汽車發動機強制循環水冷系都用散熱器蓋嚴密地蓋在散熱器加冷卻液口上，使水冷系成為封閉系統，這種水冷系通常稱為閉式水冷系。其散熱器蓋有蒸汽閥和空氣閥兩個自動閥門，這是兩個在彈簧作用下保持常閉狀態的單向閥，平時水箱內部與水箱口上跟大氣相通的蒸汽排出管是隔開的，可以防止水蒸汽逸出。當發動機工作時，冷卻液的溫度逐漸升高。由于冷卻液容積膨脹使冷卻系統內的壓力增高。當壓力超過預定值時，壓力閥開啟，一部分冷卻液經溢流管流入補償水箱，以防止冷卻液脹裂散熱器。當發動機停機后，冷卻液的溫度下降，冷卻系內的壓力也隨之降低。當壓力降到大氣壓力以下出現真空時，真空閥開啟，補償水箱內的冷卻液部分地流回散熱器，可以避免散熱器被大氣壓力壓壞。4.冷卻液補償裝置冷卻液補償裝置包含補償水箱和膨脹水箱。(1)補償水箱補償水箱由塑料制造，用軟管與散熱器加冷卻液口上的溢流管相連。當冷卻液受熱膨脹時，部分冷卻液流入補償水箱；而當冷卻液降溫時，部分冷卻液又被吸回散熱器，冷卻液不會溢失，所以補償水箱內的液面會升高，也會降低，但散熱器則總是充滿冷卻液。在補償水箱的外表面上刻有兩條標記線：“低”線和“高”線，補償水箱內的液面應位于兩條標記線之間。若液面低于“低”線時，應向桶內補充冷卻液。在向桶內添加冷卻液時，液面不應超過“高”線。這種裝置只能解決氣水分離及冷卻液消耗問題，而對穴蝕沒有明顯的改善。（2）膨脹水箱膨脹水箱多用半透明材料制成。透過箱體可直接方便地觀察到液面高度，無需打開散熱器蓋。膨脹水箱上部用水套出氣管和散熱器出氣管分別與汽缸蓋水套及水箱上貯水室相通；下部用補充水管與水泵的旁通管相通，位置略高于散熱器。膨脹水箱的功用是為了防止冷卻液損失，在水箱受熱膨脹時，將多余冷卻液進行回收，并當降溫時重新將冷卻液補償回水箱，同時還能及時將冷卻系內的水、氣分離，避免產生“穴蝕”現象。當發動機工作時，發動機溫度上升，散熱器和水套內的蒸汽可通過出氣管進入膨脹水箱，冷凝成液體；當發動機溫度下降時，冷凝后的液體可以通過補充水管進入水泵，這使冷卻系變成永久性封閉系統，減少了冷卻液的損失，避免了空氣不斷進入，防止零件氧化腐蝕。膨脹水箱應無滲漏、箱蓋密封良好、通氣孔暢通，否則就會破壞冷卻液的回流，必須立刻更換。5.冷卻強度調節裝置冷卻強度調節裝置的作用是依據發動機不同的工況和使用條件，調節冷卻系的散熱能力，以保證發動機在適當的溫度范圍內工作。冷卻強度調節裝置改變冷卻強度，通常有兩種調節方式，一是改變通過散熱器的空氣流量；二是改變冷卻液的循環流量和循環范圍，它包含百葉窗、風扇和節溫器等。（1）百葉窗百葉窗的功用是通過改變吹過散熱器的空氣流量來調節發動機的冷卻強度。如有些貨車和大客車在散熱器前面裝有百葉窗，在發動機冷啟動或暖車期間，冷卻液的溫度較低，這時將百葉窗部分或完全關閉，以減少吹過散熱器的空氣流量，使冷卻液的溫度迅速升高。百葉窗可由駕駛人通過駕駛室內的手柄來操縱其開閉，也可用感溫器自動控制。（2）風扇如圖7-13所示，冷卻風扇置于散熱器后面。水冷系發動機上常用螺旋槳式風扇，它的功用是當風扇旋轉時吸進空氣使其通過散熱器，以增強散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度。汽車發動機水冷系多采用低壓頭、大風量、高效率的軸流式風扇，即風扇旋轉時，空氣沿著風扇旋轉軸的軸線方向流動。風扇的扇風量主要與風扇直徑、轉速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數有關。葉片的斷面形狀有圓弧形和翼形兩種，前者由薄鋼板沖壓而成，后者用塑料或鋁合金鑄制，葉片數為4、5、6或7片。翼形風扇效率高、消耗功率少，在轎車和輕型汽車上得到了廣泛的應用。為了減輕振動噪聲，葉片與葉輪旋轉平面之間有一偏扭角。葉片之間的間隔角或相等或不相等。間隔角不等的葉片可以減小葉片旋轉時的振動和噪聲。風扇皮帶必須松緊合適，若過松，則會造成皮帶打滑，風扇的轉速下降，扇風量和泵水量減小，使發動機過熱；若皮帶過緊，將增加軸承和皮帶的磨損，功率損耗增加。所以一般將發電機的支架做成可移動式的，以便于調節皮帶的松緊度。風扇根據驅動形式，分為發動機驅動風扇(含直接驅動式和硅油離合器式)和電動機驅動風扇。=1\*GB3①直接驅動風扇風扇直接固定在水泵上，動力由曲軸經皮帶直接傳動。發動機轉速越快，風扇的轉速也越快，不能根據發動機的需要改變轉速，存在耗油、噪音大等缺點，為早期發動機冷卻系統所采用。=2\*GB3②電動機驅動風扇電動風扇由一個獨立電機進行驅動，并由發動機管理系統進行控制。風扇轉速與發動機轉速無關，通過發動機管理系統控制電動風扇可使發動機的熱量管理系統得到優化，風扇檔位還會受到車輛暖風和空調系統的影響，根據車輛、功率輸出、地區（熱帶或寒帶）以及配置情況，使用功率值不同的相應電風扇。在有些電控系統中，電動風扇由電腦控制，冷卻液溫度傳感器將與冷卻液溫度相關的信號傳輸給電腦。當冷卻液溫度達到規定值時，電腦使風扇繼電器搭鐵，繼電器觸點閉合并向風扇電動機供電，風扇進入工作。電動風扇的優點是結構簡單，布置方便。此外，采用電動風扇不需要檢查、調整或更換風扇傳動帶，因而減少了維修的工作量。現代轎車多采用溫控電動風扇，風扇用電動機驅動，電動機開關由散熱器的水溫開關控制。溫控開關有高低速兩個檔位，在沸點內（95℃）使用低速擋，風扇電機以低速轉動；在沸點外（105℃）使用高速檔，風扇電機以高速轉動。=3\*GB3③硅油離合器風扇汽車在行駛過程中，周圍環境條件和自身運行工況的變化，發動機的熱狀況也隨之在改變，因此，必須隨時調節發動機的冷卻強度。如在炎熱的夏季，發動機在低速大負荷下工作，冷卻液的溫度很高，風扇應該高速旋轉以增加冷卻風量，增強散熱器的散熱能力。又如在寒冷的冬天，冷卻液的溫度較低時，或在汽車高速行駛有強勁的迎面風吹過散熱器時，風扇繼續工作就變得毫無意義了，這不但白白消耗發動機功率，還會產生很大的噪音。因此，根據發動機的熱狀況隨時對其冷卻強度加以調節就顯得必要了，在風扇帶輪與冷卻風扇之間裝置硅油風扇離合器是實現這種調節的方法之一。如圖1-6-17左圖所示為感溫型硅油風扇離合器，它的主動軸固定在風扇帶輪上，由曲軸驅動，主動板隨主動軸一起旋轉。從動板、前蓋、殼體、風扇連成一體，前蓋與從動板間空腔為儲油腔，儲有高粘度硅油，殼體與從動板間空腔為工作腔，從動板上有進油孔、回油孔、泄油孔，進油孔由感溫器根據水溫高低控制封閉或打開。如圖1-6-17(a)圖所示，當發動機冷啟動或小負荷下工作時，工作腔內無硅油，離合器處于分離狀態。主動軸轉動時，僅僅由于密封毛氈圈和軸承的摩擦，使風扇隨同殼體在主動軸上空轉打滑，轉速極低。當發動機負荷增加時，如圖1-6-17(b)圖所示，進油孔被打開，硅油從貯油腔進入工作腔。主動板即利用硅油的粘性帶動殼體和風扇轉動。風扇離合器處于接合狀態，風扇轉速迅速提高。當發動機負荷減小，工作腔中的硅油從回油孔流回貯油腔，直至甩空為止，風扇離合器又回到分離狀態。所以風扇離合器可以根據發動機的熱狀況隨時對其冷卻強度加以調節。（3）節溫器=1\*GB3①節溫器的功用節溫器是控制冷卻液流動路徑的閥門。蠟式節溫器因其對冷卻系中的工作壓力不敏感，而且結構簡單，堅固耐用，制造方便，容易大量生產，成本不高，故蠟式節溫目前被廣泛應用。如圖1-6-18所示，當發動機冷啟動時，冷卻液的溫度較低，這時節溫器將冷卻液流向散熱器的通道關閉，使冷卻液經水泵入口直接流入機體或汽缸蓋水套，以便使冷卻液能夠迅速升溫，這就是小循環。當發動機正常運行時，冷卻液溫度較高，節溫器將冷卻液流向散熱器的通道打開，冷卻液經散熱器散熱后流向機體或汽缸蓋水套，使冷卻液保持在發動機適宜工作的溫度，這就是大循環。如果不裝節溫器，讓溫度較低的冷卻液一直全部經過散熱器冷卻后返回發動機，則冷卻液的溫度將長時間不能升高，發動機也將長時間在低溫下運轉。同時，車廂內的暖風系統以及用冷卻液加熱的進氣管都在長時間內不能發揮作用。=2\*GB3②節溫器結構及工作原理蠟式節溫器的結構如圖1-6-19所示。當冷卻液溫度低于規定值時，節溫器感應體內的石蠟呈固態，主閥門在彈簧的作用下關閉發動機與散熱器間的通道，冷卻液經水泵返回發動機，進行小循環。當冷卻液溫度達到規定值后，石蠟開始熔化逐漸變成液體，體積隨之增大并壓迫膠管使其收縮。在膠管收縮的同時對推桿作用以向上的推力。由于推桿上端固定，因此，推桿對膠管和感溫體產生向下的反推力使閥門開啟。這時冷卻液經由散熱器和節溫器閥，再經水泵流回發動機，進行大循環。=3\*GB3③節溫器的布置一般水冷系統的冷卻液都是由發動機的機體流進，從汽缸蓋流出。因此大多數節溫器布置在汽缸蓋出水管路中。這種布置方式的優點是結構簡單，容易排除冷卻系統中的氣泡。其缺點是節溫器在工作時會產生振蕩現象，在冬季啟動冷發動機時，由于冷卻液溫度低，節溫器閥關閉。冷卻液在進行小循環時，溫度很快升高，節溫器開啟。與此同時，散熱器內的低溫冷卻液流入機體，使冷卻液又冷了下來，節溫器閥重新關閉。等到冷卻液溫度再度升高，節溫器閥又再次打開。直到全部冷卻液的溫度穩定之后，節溫器閥才趨于穩定不再反復開閉。節溫器在短時間內反復開閉的現象稱作節溫器振蕩。當出現這種現象時，將增加汽車的燃油消耗量。節溫器也可以布置在散熱器的出水管路中。這種布置方式可以減輕或消除節溫器振蕩現象，并能精確地控制冷卻液溫度，但其結構復雜，成本較高。多用于高性能的汽車及在冬季經常高速行駛的汽車上。=4\*GB3④電子節溫器傳統發動機使用蠟式節溫器，它是通過熱敏石蠟，感受冷卻液溫度的高低，從而使石蠟體積膨脹的不同，來推動石蠟的中心桿，進而控制閥門的開啟大小，實現冷卻液大小循環的切換。但這種機械式節溫器上面的感溫石蠟，由于表面受水垢的沉積影響，往往不能靈敏的感應溫度，影響及時的開啟。如節溫器主閥門開啟過晚，就會造成發動機過熱；若主閥門開啟過早，則會使發動機溫度過低，延長預熱時間，使油耗增大。電子節溫器是在感溫的石蠟中，加裝一個加熱電阻，阻值約有12歐。感溫石蠟除了能感受冷卻液溫度外，也能感受因電阻通電產生的熱。電子節溫器的控制原理，一是機械開啟功能，當電子節溫器周圍的冷卻液溫度達到103℃時，電子節溫器內部的石蠟膨脹，石蠟將電子節溫器的閥門頂開；二是電控開啟功能，發動機控制模塊對發動機負荷、發動機轉速、車速、進氣溫度、冷卻液溫度等信號進行分析處理，然后向電子節溫器加熱元件提供一定的工作電壓，電子節溫器周圍的冷卻液溫度升高，使電子節溫器的開啟時間發生變化。即使在冷車工況下，電子節溫器也能夠打開，冷卻液溫度的控制范圍為80～103℃。如果發動機控制模塊判斷冷卻液溫度超過113℃，那么將不再考慮其他參數，一直向電子節溫器加熱元件提供一定的工作電壓。電子節溫器加熱元件與發動機控制模塊之間的線路連接圖如圖1-6-21所示。電子節溫器和蠟式節溫器的結構和工作原理的區別在于：蠟式節溫器是通過石蠟在高低溫的狀態變形推動中心桿進而控制閥門的開閉實現大小循環的切換。電子節溫器是控制單元根據傳感器信號得出的計算值對溫度調節單元加載電壓，接通大循環電阻根據特性圖加熱石蠟，使石蠟膨脹發生位移X，溫度調節單元通過此位移進行機械調節。6.冷卻液監控裝置冷卻液監控裝置，由冷卻液溫度傳感器、液位傳感器和指示報警裝置等組成。發動機冷卻液的溫度和液位這些信息，通過傳感器轉變為電信號，經過處理后，由指示報警裝置顯示在儀表盤上。（1）冷卻液溫度傳感器冷卻液傳感器安裝在發動機缸體或缸蓋的水套上，直接與冷卻液接觸，用來檢測發動機的冷卻液溫度。冷卻液溫度傳感器的內部是一個具有負溫度電阻系數的半導體熱敏電阻，冷卻液溫度傳感器的兩根導線中的一根為地線，另一根的對地電壓隨溫度的變化而變化。當發動機冷卻液溫度逐漸升高時，熱敏電阻的阻值將逐漸下降，相反則增大，即發動機冷卻液溫度發生變化時傳感器的輸出電壓也相應變化。ECU接收冷卻液溫度傳感器傳來的信號后，對發動機的噴油時間和點火時間進行修正。（2）冷卻液溫度報警燈。當汽車因負載過大、缺水、點火時間不對、風扇不轉等故障，造成冷卻液溫度過高，駕駛員可以通過冷卻液溫度表和冷卻液溫度報警燈及時直觀地看到發動機冷卻液的情況，并根據情況及時做出相應的處理。二、冷卻液冷卻液是發動機冷卻系中重要的工作介質，汽車常用的有水冷卻液和加有防凍劑的防凍冷卻液。1.水冷卻液水冷卻液是指直接用水作發動機的冷卻液，但要求添加純凈水、離子交換水等軟水，不宜添加容易結垢的自來水、河水、井水等含礦物質的水。它的特點是簡單、方便，但易結冰、沸點低。如果發動機水冷卻系統中的冷卻液結冰，將會使冷卻液的循環受影響而使發動機不能正常工作，嚴重的會使曲軸箱、汽缸蓋、散熱器等因為水結冰時的體積膨脹而脹裂，因此，為安全起見，建議使用防凍冷卻液。2.防凍冷卻液為了適應冬季行車的需要，在水里需要添加防凍劑制成冷卻液以防止循環冷卻水的凍結，在水中加入防凍劑同時提高了冷卻液的沸點。最常用的防凍劑是乙二醇。冷卻液中水與乙二醇的比例不同，其冰點也不同。50％的水與50％的乙二醇混合而成的冷卻液，其冰點約為-35.5℃，大氣壓力下的沸點是130℃。不同的冷卻液有不同的冰點和沸點，應根據發動機的使用條件進行選用。防凍劑中通常含有防銹劑和泡沫抑制劑。防銹劑的作用是延緩或阻止發動機水套壁及散熱器的銹蝕或腐蝕。泡沫抑制劑的作用是能有效地抑制泡沫的產生，因為冷卻液中的空氣在水泵葉輪的攪動下會產生很多泡沫，而這些泡沫將妨礙水套壁的散熱，所以要抑制泡沫的產生。隨著時間的推移，防銹劑和泡沫劑會逐漸消耗殆盡，因此，需要定期更換冷卻液。專用冷卻液一般添加著色劑，呈深綠色或深紅色，以便識別，有一定的毒性，使用時應注意。許多發動機都使用顏色為藍色或綠色含硅酸鹽的冷卻液，還有一些發動機使用顏色為粉紅色含氨基酸的冷卻液。冷卻液在部件表面形成一層保護層，從而對部件起到保護的作用。如將