本章重点讲述了发动机冷却系统主要总成的结构、工作原理、检修项目和检修方法，介绍了发动机水冷却系统主要零部件的构造与工作原理，分析了水冷却系统的常见故障。
7.1 概述
7.1.1 冷却系统的作用
发动机冷却系统的作用是使工作中的发动机得到适度的冷却，并使发动机在工作过程中始终处于最佳的工作温度范围内。在可燃混合气的燃烧过程中，气缸内气体温度可高达1,800～2,000℃。直接与高温气体接触的机件若不及时冷却，则可能因受热膨胀而破坏正常间隙，各机件也可能因高温而导致其机械强度降低甚至损坏，为保证发动机正常工作，必须冷却这些高温条件下工作的机件。若发动机温度过低，又会导致发动机功率降低、燃油消耗增加和发动机磨损加剧。因此，现代发动机采用各种措施自动调节冷却液温度。
发动机冷却要适度。若冷却不足，会使发动机过热，从而造成充气效率下降，早燃和爆燃倾向加大，致使发动机功率下降；过热还会使发动机运动零件问的间隙变小，导致零件不能正常运动，甚至卡死、损坏；或使零件因强度下降而导致变形和损坏；同时，过热还会使润滑油黏度减小，润滑油膜易破裂而使零件磨损加剧。
若冷却过度，会使发动机过冷，导致进入气缸的混合气或空气温度低而难以点燃混合气，造成发动机功率下降、油耗上升。还会使润滑油黏度增大，造成润滑不良而加剧零件磨损。此外，因温度低而未气化的燃油会冲刷气缸、活塞等摩擦表面上的油膜，同时因混合气与温度较低的气缸壁接触，使其中原已汽化的燃油又重新凝结而流入曲轴箱内，不仅增加了油耗，而目使机油变稀而影响润滑，从而导致发动机功率下降，磨损加剧。
7.1.2 冷却系统的类型和组成
冷却系统按照冷却介质的不同可以分为风冷式和水冷式。把发动机高温零件的热量直接散入到大气中的冷却装置称为风冷式冷却系统；而把这些热量先传给冷却液，然后再散入大气中的冷却装置称为水冷式冷却系统。
1. 风冷式冷却系统
风冷却系统是在气缸体和气缸盖上制有许多散热片，以增大散热面积，利用机械前进中的空气流或特设的风扇鼓动空气，吹过散热片，将热量带走。风冷式冷系统以空气为冷却介质，一般由风扇、导流罩、散热片、气缸导流罩和分流板组成，如图7―1所示。利用大流量风扇使高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，使发动机零部件的热量散发到大气中。采用风冷式冷却系统的发动机也称为风冷式发动机。
图7―1 风冷却系统
为了有效地降低受热零件的温度和改善其温度的分布，风冷式发动机在气缸盖和气缸体的外表面精心布置了一定形状的散热片，确保发动机在最适当的温度范围内可靠地工作。为了加强冷却，保证冷却均匀，通常还装有导流罩、分流板。当采用一个风扇时，装在发动机前方中间位置；采用两个风扇时，分别装在左右两列气缸前端。
风冷式冷却系统的特点是结构简单、质量较小、升温较快、经济性好，对地理环境和气候环境的适应性强，特别适用于沙漠等高温地区和极地等严寒地区。风冷发动机由于省去了散热器和许多管道，维护简便，工作可靠。缺点是冷却效果难以调节、消耗功率大、工作噪声大等，在多缸发动机上，会使各缸的冷却不均匀，并且在冬季时起动困难，燃油和润滑油耗量也较大。因此，风冷式冷却系统在现代工程机械发动机上采用较少。
2. 水冷式冷却系统
水冷式冷却系统是以水（或冷却液）为冷却介质，先将发动机受热零件的热量传给冷却液，再通过散热器散发到大气中去，如图7―2所示。采用水冷式冷却系统的发动机也称为水冷式发动机。发动机水冷却系统一般由散热器、水泵、风扇、风扇离合器、节温器、水套、百叶窗等组成，利用水泵强制冷却液在冷却系统中进行循环流动而达到散热的目的。
图7 – 2 水冷却系统
水冷式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，散热器内的冷却水被加压后通过气缸体进水孔进入发动机，流经气缸体及其缸盖的冷却套而吸收热量，然后从气缸盖的出水口沿水管流回散热器。由于工程机械行驶的速度及风扇的强力抽吸，空气由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却，从而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，在低温大负荷情况下加快散热，冷却系统中设有调节温度的装置，如节温器、风扇离合器等。为便于驾驶员能及时掌握冷却系统的工作情况，还设有水温表和高温警告灯等。
水冷却系统特点是冷却均匀可靠、效果好，发动机结构紧凑、制造成本低、工作噪声和热应力小等，因而得到广泛应用，本章主要介绍水冷式发动机的冷却系统。
7.2 水冷却系统的主要组成部件
7.2.1 冷却水泵
冷却水泵一般安装在发动机前端，由曲轴通过皮带轮驱动，其功用是对冷却水加压使其在冷却系统中循环流动。工程机械发动机大多采用的离心式水泵是由泵体、泵盖、泵轴、叶轮、轴承等组成。
泵体由铸铁铸成，上有进水口，用螺栓钉固定在发动机前部，泵体与泵盖之间有衬垫。泵盖有的是单独制造，有的是安装在正时齿轮盖上，水泵的出水道铸在泵盖上。泵轴前端装有皮带盘，后端装有水封和叶轮，叶轮与轴是过盈配合。为了防止水沿轴向前渗漏，在叶轮中央装有自紧式水封，由密封垫、皮碗和弹簧组成。
水泵的工作原理如图7―3所示，发动机工作时，通过皮带传动使泵轴转动，水泵中的水被叶轮带动一起旋转。并在自身的离心力作用下，向叶轮的边缘甩出，然后经泵盖上的出水口压送到发动机水套内。同时叶轮中心部分压力降低，散热器中的水便从进水口被吸入叶轮中心处。
图７―3离心式水泵基本组成和工作原理
１―水泵壳体 ２―叶轮 ３―进水口 ４―出水口
7.2.2 散热器
散热器的功用是将水套中流出的高温冷却液分成许多股细流，并利用散热片增大散热面积，以便使冷却液的温度迅速降低。
冷却液在散热器中的流动方向有些是自上而下流动，有些是自左而右横向流动，其结构和原理相同。散热器主要由贮水室、进水管、散热器芯、敞热器盖和出水管组成。在散热器的顶部设有加水口，以便加注冷却液，在通常情况下加水口用散热器盖封闭；底部一般设有放水阀，以便必要时，放出散热器内的冷却液。
图7―4 芯片式散热器芯的结构
常用的散热器芯为芯片式结构，如图7―4所示。散热器芯由许多芯管和散热片组成，芯管为扁圆形直管，芯管两端与两个贮水室之间及芯管与散热片之间均用锡焊焊接。冷却液流经散热器时被芯管分成许多股细流，并经芯管上的散热片将热量散发到大气中。散热片不仅可以增加散热面积，而且可以提高散热器芯的刚度和强度。
7.2.3 节温器
节温器的功用是控制通过散热器的冷却液流量，使冷却液在散热器与水套之间进行大循环或小循环，调节冷却强度，保证发动机在最适宜的温度下工作。
图7―5 蜡式节温器的结构 图7―6 节温器工作状况
各种发动机装用的节温器基本都是蜡式节温器，是利用石蜡受热体积急剧膨胀的特点而设计制造，其结构原理相同。蜡式节温器的结构主要有壳体、弹簧、石蜡、阀门、支架、推杆和胶管等组成，壳体一般用铜制作，推杆的一端固定在支架上，另一端插入胶管内，石蜡装在胶管与节温器壳体之间的腔体内，如图7―5所示。温度较低时石蜡呈固态，主阀门被弹簧推向上方与阀座压紧，主阀门处于关闭状态（见图7―6（a））；此时，副阀门开启，冷却液进行小循环，来自发动机水套的冷却液经副阀门、小循环水管直接进入水泵，被泵回到发动机水套内。温度升高时，石蜡逐渐熔化成液态，使其体积膨胀，迫使胶管收缩对推杆端部产生向上的推力，由于推杆固定在支架上，推杆对胶管、节温器壳体产生向下的反推力。当冷却液温度升高到一定值（一般为76℃）时，反推力克服弹簧的弹力使胶管、节温器壳体向下运动，主阀门开始开启，同时副阀门开始关闭。当冷却液温度进一步升高到一定值（一般为86℃）时，主阀门完全开启，而副阀门也正好关闭小循环通路（见图7―6（b））；此时来自发动机水套的冷却液全部经过散热器进行大循环。冷却液温度在主阀门开始开启温度与完全开启温度之间时，主阀门和副阀门均部分开启，在整个冷却系统内，部分冷却液进行大循环，部分冷却液进行小循环；表7―1 为常见发动机节温器阀门的开闭情况。
表7―1 常见发动机节温器阀门开闭情况
发动机型号
主阀门初开启温度/℃
主阀门全开启温度/℃
主阀门升程/㎜
EQ6100发动机
CA6102发动机
76±2
86±2
8.5～9.5
6BTA5.9发动机
83
95
8
JV发动机
87±2
102±3
7
AJR发动机
87±2
105
8
7.3 冷却系统的维修
7.3.1 水泵的维修
1. 水泵的常见故障
水泵常见故障是漏水、轴承松旷和泵水量不足。
（1）漏水
泵壳裂纹导致漏水时一般有明显的痕迹，裂纹较轻时可用粘接法修理，裂纹严重时应更换；在水泵正常时，水泵壳上的泄水孔不应漏水，如果泄水孔漏水说明水封密封不良，其原因可能是密封面接触不紧密或水封损坏，应分解水泵进行检查，清洁水封密封面或更换水封。
（2）轴承松旷
在发动机怠速运转时，若水泵轴承有异响或带轮转动不平衡，一般是轴承松旷所致；发动机熄火后，用手扳动带轮进一步检查其松旷量，若有明显松旷，应更换水泵轴承；若水泵轴承有异响，但用手扳动带轮无明显松旷，则可能是水泵轴承润滑不良所至，应从滑脂嘴加注润滑脂。
（3）泵水量不足
水泵泵水量不足一般是因水道堵塞、叶轮与轴滑脱、漏水或传动带打滑，可通过疏通水道、重装叶轮、更换水封、调整风扇传动带松紧度来排除故障。
2. 水泵的检修
（1）水泵的分解
为了便于水泵分解，应将水泵体放在80～90℃的热水中加温，加温后进行分解。拆下风扇及风扇离合器总成，打开水泵后端盖板，夹住带轮旋下水泵叶轮，取出水封总成及弹性挡圈；或用专用拆装工具压出水泵叶轮、水封副和水泵轴承的组件以及水泵轴。
（2）水泵的检查
起动发动机，查看水泵溢水孔是否有渗漏，若渗漏，则表明水封已损坏；察听有无异常响声。停机后用手扳动风扇叶片，查看带轮与水泵轴配合是否松旷，稍有间隙感觉为正常；若明显松旷，表明带轮与泵轴或带轮与锥形套配合松旷。如果就车检查水泵无漏水、发卡、异响及带轮摇摆现象，可不用对其分解，只加注润滑油即可。如有上述异常现象，则应分解检查，并予以修理。如带轮松旷摇摆时，应检查风扇及带轮毅的螺栓或螺母，若松旷应予拧紧；如螺栓和螺母紧固良好，传动带仍松旷摇摆，则可能是水泵轴松旷，应分解水泵，检查水泵轴承，若松旷，应予更换。
当水泵漏水时，应检查水泵衬垫、水泵壳上的泄水孔。当水泵衬垫漏水时，先检查水泵紧固螺栓是否松动，如松动应拧紧。若拧紧后仍漏水时，应予更换衬垫。当水泵壳上的泄水孔漏水时，应分解水泵，检查自紧式水封总成，如损坏应予修复或更换。更换或修复水封总成后，应进行简易漏水试验。其方法是：堵住水泵进水口，将水注满叶轮室，转动泵轴，泄水孔应不漏水。
（3）水泵主要零件的修理
①水泵壳的检修。水泵壳体裂纹可采用铸铁焊条焊接，而后用环氧树脂胶涂其表面，以防漏水。水泵壳轴承孔磨损，可采用过盈配合的镶套法修复。
②水泵轴的检修。检查水泵轴的磨损。水泵轴与轴承内径的配合间隙应不大于0.03㎜，如超过规定，应换用新件。水泵轴弯曲超过0.50㎜，应冷压校直。
另外，水泵叶轮破裂，应换用新件。水封座圈外径磨损，水封老化、变形，水封转动环与静止环接触面磨损起槽，表面剥落或破裂导致漏水时，均应更换水封总成。
（4）水泵装复后的试验
其试验方法是：用手转动带轮，泵轴应转动自如，应无卡阻现象；测试径向间隙应无松旷感觉，前后拉动皮带轮，测试轴向间隙，允许稍有旷动为宜。堵住泵壳进水口，然后将水加入叶轮工作室，转动泵轴，溢水孔应无漏出，否则应查明原因予以排除。
7.3.2 散热器的维修
1. 散热器的常见故障
散热器常见故障是因机械损伤、化学腐蚀、芯管堵塞等原因，导致泄漏、外观变形和散热性能下降。散热器积聚水垢、铁锈等杂质，形成堵塞；芯部冷却管与上下水室焊接部位松脱、冷却管破裂、上下水室出现腐蚀斑点、小孔或裂缝而造成漏水等。散热器芯管有堵塞时，应使用专用通条进行疏通。散热片有变形或倒伏时，应及时进行整形、扶正。散热器的贮水室若有凹陷变形时，可在凹陷处焊一钩环，拉平后再解焊。散热器泄漏一般发生在卷管与贮水室的接合部，散热器泄漏部位可用锡焊或粘接方法修复。
2. 散热器的维修
（1）散热器的清理
拆下散热器，用清水和压缩空气洗净吹干外部尘垢，置于含有10%～15%苛性钠（质量分数）水溶液容器内，加热保持在80～90℃，浸煮0.5 小时左右，取出放人清水池中清洗。如果散热器内积垢严重时，应拆去上、下水室，可用通条疏通。
（2）散热器密封性检查
把散热器检测器装在散热器盖口上，如图7―7所示，对散热器施以100～150 kPa压缩空气，检查冷却液的渗漏情况，如有渗漏，需修整。
图7―7散热器渗漏的检查
（3）散热器排气阀及盖的检查
将散热器检测器装在散热器盖或排水口盖上，如图7―8所示，检查其密封性和排气阀的开启压力。当压力为75～105 kPa时，阀门应处于开放状态。压力低于60 kPa极限值时，压力没有急剧下降，若不符合极限值时，应更换其盖，同时要检查冷却液中的含油量及水垢层。
图7―8散热器盖的检查
（4）散热器的修理
在使用中，根据散热器芯管损坏的情况，分别采用下列方法修理。
①接管法。当外层少数散热器芯管部分损坏且长度不大时，用尖嘴钳拆去已损坏的散热管上的散热片，剪下已损坏的一段芯管，从芯管的一端插进通条，穿过剪去部分的上下口。用尖嘴钳将上下接口整理平直；从废旧散热器上剪截一段可用的散热管，其长度较需镶接的部分加长10㎜，将两端口部分稍为扩大，使其能够套在所需修理散热器的上下接口。将镶接管套接于需修散热器的接口上，同时再从芯管的端头插进通条，并将接口处整理平顺。在接口处涂以氧化锌铵溶液，用火焰加热，用锡焊焊合。焊接修理后，尽可能地将散热片予以修复。
②换管法。当芯管损坏部分的长度较大时，常用换管法修复。将散热器夹装在专用修理架上，用通条插入需更换的芯管中并来回拉动以清除芯管内的水垢；将事先准备好的电阻加热器插入需更换的芯管内，两端接通24 V的电源，电阻丝烧红后焊锡也随之熔化，同时用氧乙炔焰加热器将散热管与上下底板连接处的焊锡熔化，使之脱离。随即切断电源，趁热用手钳将芯管连同电阻加热器一起抽出。清理各连接部位的污垢，将表面挂有焊锡的待换芯管插入，再插入电阻加热器并通电，待芯管表面焊锡熔化，即切断电源。当温度逐渐降低、焊牢后，抽出电阻加热器，并将换装的散热管端与上下底板连接处焊牢。
7.3.3 节温器的检查
1. 节温器的随车检查
发动机经过长期使用，节温器有时会失效，造成发动机过热或过冷，功率下降，油耗增加。因此，加强节温器的随车检查是非常必要的。
发动机刚起动时，如果水箱内冷却水是静止的，则表明节温器工作正常。这是因为在水温低于70℃时，节温器膨胀筒处于收缩状态，主阀门关闭；当水温高于80℃时，膨胀筒膨胀，主阀门渐渐打开，水箱内的冷却水开始循环工作。
若水温表指示在70℃以下，水箱进水管处有水流动，而且水温微热，则表明节温器主阀门关闭不严，使冷却水过早进入大循环。水温表指示在70～80℃时，打开水箱盖及放水开关，用手感觉水温，若烫手，说明节温器正常；若加水口处水温低，且水箱上水室进水管处于无水流出或流水甚微，说明节温器主阀门卡滞，无法打开。
水温升高后的发动机水温上升很快，当水温上升到80℃后，升温速度减慢，则表明节温器工作正常。反之，水温一直升高很快，且内压达到一定程度时，沸水突然溢出，则表明主阀门长时间处于关闭状态后突然被打开。
2. 节温器的试验检查
节温器失灵时，主阀门则处于关闭状态，冷却液不经散热器，致使发动机冷却液很快出现开锅现象；检查时，先拆下节温器后，将其浸入水中，如图7―9所示，逐渐加热提高水温，检查节温器阀门的开启温度和阀门的提升情况；节温器有低温型和高温型两种。低温型温度在76～84℃时，阀门开始开启，在95℃时提升应大于8㎜；高温型在86～90℃时，阀门开始开启，阀门105℃时升程应大于8㎜。当升程衰减到8㎜以下时就不能继续使用，应予更换。
图7―9 节温器工作状况的检查
不允许发动机在拆除节温器的状态下工作。否则，将影响发动机动力性、经济性和可靠性的充分发挥。
3. 节温器的拆装
（1）拆卸
①将发动机前端置于维修工作台上。
②在切断点火开关的情况下，拔下蓄电池搭铁线。
③排放冷却液。
④拆卸v形带，拆卸发电机。
⑤从连接体上拆下冷却水管。
⑥松开螺栓，取出节温器盖、O形密封圈和节温器，如图7―10所示。
图7―10 节温器的拆卸
1―螺栓 2―节温器盖 3―O形密封圈 4―节温器
（2）安装
①清洁O形密封圈的密封表面。
②安装节温器，节温器的感温部分必须在气缸体内。
③用冷却液浸湿新的0形密封圈。
④拧紧螺栓，安装发电机。
⑤加注冷却液。
复习思考题
7―1 冷却系统的功用是什么？画出常见水冷却系统的组成框图及循环线路。
7―2 试说明常见水冷却系统的组成及循环线路。
7―3 水冷却系统常见水泵是什么类型？它是怎样工作的？如何检查？
7―4 冷却系统常见故障有哪些？如何诊断？
