2.2 发动机冷却系统维修
2.2.1 冷却系统基本结构原理
（1）冷却系统概述
根据发动机类型、发动机功率和装备特点使用增压空气冷却器、液压油冷却器、变速箱油冷却器、发动机油冷却器和废气冷却器。
水冷系统经过了三个发展阶段（形式）：简单水冷系统、水冷系统 MTK（局部冷却式发动机冷却系统）、横流式水冷系统。
燃烧产生的热量无法全部转化为机械能。一部分继续以热能形式存在，此外还会通过摩擦和压缩产生其他热量。一部分热量随着废气排出，剩余部分由发动机部件和发动机油吸收。由于材料和机油的耐热性有限，必须排出热量。根据燃烧过程平均大约三分之一的燃油能量通过冷却系统排出，这就是冷却系统的任务所在。
（2）冷却系统的循环
维修提示
水循环冷却在一个封闭的循环回路内进行，该循环回路内可添加防腐剂和防冻剂。冷却液通过一个泵在发动机和空气-水散热器内进行循环。行驶风/辅助风扇为空气-水散热器输送冷空气。一个节温器可以使冷却液从空气-水散热器旁流过，从而调节冷却液温度。
① 四缸发动机冷却回路
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如图2-69所示，发动机的冷却系统是封闭的循环系统。冷却液通过一个冷却液泵在发动机和冷却液散热器内进行循环。
图2-69 发动机的冷却循环回路（四缸发动机/变速器冷却）
1—冷却液散热器；2—变速箱冷却器（冷却液/空气热交换器）；3—变速箱油冷却器内的节温器；4—节温器；5—冷却液泵；6—暖风热交换器；7—发动机油冷却器（发动机油/冷却液热交换器）；8—辅助冷却液泵（冷却液/空气热交换器）；9—发动机出口处的冷却液温度传感器；10—EGR冷却器；11—补液罐；12—变速箱油冷却器（变速箱油/冷却液热交换器）；13—排气管路；14—电风扇
冷却液泵（水泵）通常由带传动机构进行驱动。在这种情况下冷却液输送量直接取决于发动机转速。水泵循环来自各个冷却回路部件的冷却液。
节温器负责引导冷却液通过冷却液散热器内部或在冷却液散热器旁的短路旁通内经过。
维修提示
节温器调节范围，冷却液温度处于开始开启和完全开启温度之间。冷却液流根据冷却液温度进行分布。一部分流过冷却液散热器，剩余部分仍在发动机内运行。
② 多缸发动机循环回路
维修提示
冷却液以大家所熟悉的横向流动方式通过汽缸盖和发动机汽缸体。但该冷却回路的新特点在于，每个汽缸盖都有一个独立的冷却液供给管路且节温器位于回流管路内。
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如图2-70所示，冷却液散热器分为上、下两个水箱。从汽缸盖1～5流出的冷却液经过上部水箱，从汽缸盖 6～10流出的冷却液经过下部水箱。
图2-70 发动机的冷却循环回路（多缸发动机）
由于冷却液散热器分为两个部分，因此需要三个排气孔和两个排气管路来确保系统自动排气。
暖风热交换器的分接头安装在汽缸盖后部。暖风热交换器回流管路和连接冷却液补液罐的管路在冷却液泵前通过一个T形接头连接在一起。
③ 节温器打开时的冷却液流
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图2-71所示为节温器打开时的冷却液流。
图2-71 节温器打开时的冷却液流
1—冷却液散热器；2—节温器；3—冷却液泵；4—发动机缸体内的水道；5—汽缸盖内的冷却室
冷却液温度高于节温器完全开启温度，全部冷却液都经过冷却液散热器。这样可以利用最大冷却能力。
完全开启温度：100℃。
节温器打开时，冷却液通过散热器并吸收发动机热量，此时称为大冷却循环回路。
④ 节温器关闭时的冷却液流
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如图2-72所示，冷却液温度低于节温器开启温度。冷却循环回路短路。冷却液只在发动机内不经过冷却液散热器。
图2-72 节温器关闭时的冷却液流
1—冷却液散热器；2—节温器关闭；3—冷却液泵；4—发动机缸体内的水道；5—汽缸盖内的冷却室
开始开启：约88℃。
节温器关闭时，冷却液不经过散热器，而是直接返回冷却液泵，此时称为小冷却循环回路。
2.2.2 冷却系统检测与故障诊断
（1）节温器
传统节温器只能通过冷却液温度确定是否调节发动机温度。这种调节方式可分为三个运行工况（范围）：节温器关闭、节温器完全开启、节温器部分开启（表2-5）。
表2-5 节温器工况及控制
由于现代智能型热量管理系统根据发动机温度影响耗油量、污染物排放量、动力能和舒适性，所以与其相匹配的该特性曲线式节温器也广泛应用在车辆上，成功集成了现代发动机管理系统的电子装置。这种组合方式就是在工作元件的膨胀材料内安装了一个电热式加热电阻。发动机管理系统根据存储的特性曲线和实际行驶状况控制加热元件（表2-5）。
智能特性曲线式节温器结构见图2-73。
图2-73 电子节温器（智能特性曲线式节温器）
1—加热电阻；2—主阀；3—橡胶嵌入件；4—旁通阀；5—壳体；6—插头；7—工作元件壳体；8—主弹簧；9—工作活塞；10—横杆；11—旁通弹簧
（2）冷却液泵
① 传统的机械式冷却液泵
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如图2-74所示，传统机械式冷却液泵由带轮轮毂、端面密封和叶轮组成。这种泵的故障特点为叶片和轴承损坏。
图2-74 传统机械式冷却液泵
② 新型机械式冷却液泵
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如图2-75所示，这种冷却液泵装有一个针对泵轴端面密封功能性泄漏的“泄漏防护系统”。通常情况下，在泵轴端面密封环处溢出的冷却液汇集于此并通过溢流孔进入泄漏室。
图2-75 新型机械式冷却液泵
1—带轮轮毂；2—泄漏室/蒸发空间；3—由端面密封至泄漏室的溢流孔；4—叶轮；5—端面密封
滑环损坏时，泄漏室就会完全充满冷却液。
冷却液从泄漏室通风孔溢出时表示端面密封损坏。
③ 电动式冷却液泵
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如图2-76所示，冷却循环回路的有效部件（例如泵、节温器和风扇）可通过电动方式进行调节。电动式冷却液泵可确保热量管理系统要求的冷却液流量不受当前发动机转速的影响。
图2-76 电动式冷却液泵
1—液压系统；2—管道密封式电动机；3—电子装置
电动冷却液泵必须满足较高的要求：
① 运行安全性较高；
② 结构体积较小；
③ 功率消耗较小（大约200W）；
④ 无泄漏；
⑤ 实现最小体积流量；
⑥ 能够承受较高的环境温度。
选择了带有EC电动机（电子整流）和集成式电子装置且根据转子泵原理工作的电动冷却液泵。
泵内集成的电子装置功能：
① 调节并提供电压和电流，使EC电动机和冷却液泵运转；
② 按照发动机管理系统的要求，以调节泵转速并向发动机管理系统反馈相关信息的方式，调节冷却液流量。
④ 电动冷却液泵控制系统
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图2-77所示为高端车型奔驰发动机M274发动机冷却液泵，相对比较复杂了些。暖机操作期间，通过球式旋转阀关闭冷却液泵，以便冷却液留在发动机中。这允许发动机可以进行加速加热，且节能操作策略（如ECO启停系统）可以相应地进行更快速的启动。
图2-77 冷却液泵（M274发动机）
如果加热或空调请求出现，则冷却液泵按要求激活。
如果满足以下条件，在冷启动时冷却液泵会关闭：
a.冷却液温度低于85℃；
b.尚未达到存储在ME-SFI控制单元中的增压温度限值；
c.发动机转速尚未超过4000r/min的固定限值；
d.自动空调控制和操作单元没有作出“加热”请求。
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如图2-78所示，冷却液泵的球式旋转阀可以使水流至发动机以进行切断，以便冷却液不再循环和进行快速加热。压力单元通过控制杆启动球式旋转阀。
图2-78 冷却液泵控制系统（M274发动机）
对于发动机M274，冷却液泵通过冷却液泵转换阀以电动液压方式关闭。所需的真空通过发动机处的机械真空泵产生。
ME-SFI控制单元根据输入信号启动冷却液泵转换阀。该启动允许真空作用在压力单元的膜片上并关闭球式旋转阀。
如果压力单元中没有真空压力，球式旋转阀通过冷却液泵外壳（基本位置）开启。对冷却液泵进行控制，以便可以尽快对车内进行加热。
（3）冷却模块装置
冷却模块由各种不同的车辆冷却系统和空调系统组件构成，见表2-6。
表2-6 冷却模块装置
（4）冷却液散热器（表2-7）
表2-7 冷却液散热器
维修提示
维修时，自动变速箱车辆的调节套管较长，手动变速箱车辆的调节套管较短。
（5）冷却交换（表2-8）
表2-8 冷却交换
（6）冷却液泄漏及温度过高
① 冷却液泄漏测试
a. 打开发动机舱盖。
b. 拆下冷却液储液罐密封盖。
c. 检查冷却液液位，如果需要，加注冷却液使液位至（冷态）标记处。
d. 朝蓄电池方向，将冷却液储液罐从托架上拉出。
e. 将冷却系统测试仪连接到冷却液储液罐上。
f. 向冷却系统施加约100kPa的压力。
g. 检查冷却系统是否泄漏。
h. 拆下冷却系统测试仪。
i. 安装冷却液储液罐密封盖。
j. 将冷却液储液罐滑到托架上。
k. 闭合发动机舱盖。
② 冷却液泄漏的原因
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如图2-79所示，冷却液泄漏一般原因比较简单，且能直观地通过目视判断故障部位或故障点。通常有以下原因造成冷却液泄漏。
图2-79 暖风水箱水管接口老化
① 冷却液散热器（水箱）损坏；
② 暖风水箱损坏；
③ 冷却液水管接口老化（图2-79）或者水管卡箍损坏或者松动；
④ 冷却液泵、出水法兰、冷却系统电子元件密封件等渗漏冷却液。
③ 冷却液温度过高原因
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① 冷却液泵叶片脱落/损坏或冷却液泵轴承卡死（图2-80）；
图2-80 冷却液泵叶片损坏
② 节温器不能正常开启；
③ 冷却系统中有空气，气阻导致整个循环系统不顺畅；
④ 风扇冷却液温度迅速升高；
⑤ 温控开关不能正常控制风扇运转；
⑥ 膨胀罐盖有损坏（漏气）；
⑦ 汽缸垫冲坏；
⑧ 散热器表面附着了杂物，不能正常空气流通导致的散热不良；
⑨ 系统相关电子/电气元件损坏。
（7）冷却系统电路故障
维修提示
冷却系统电路故障一般出现在系统冷却循环外部，如冷却风扇、冷却温度传感器等故障。在实际维修过程中，电路故障也有很多是由电气插接件连接不牢固等发生的偶发性故障或者间歇性故障。诊断这些故障要掌握一定的技巧及方法程序。
所以在检修冷却系统电路故障时一般不必考虑冷却液循环内部元件。
① 散热器风扇控制见表2-9。
表2-9 散热器风扇控制
② 散热器风扇故障诊断见表2-10。
表2-10 散热器风扇故障诊断
2.2.3 冷却系统拆解与装配
（1）机油冷却器的更换
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如图2-81所示，更换机油冷却器时，在密封条10和3上均不需要涂抹密封胶，这点大家一定要注意，在实际维修过程中，有很大部分维修工习惯性地认为接口处或密封垫处必须涂抹密封胶，在这里告诉大家，这样的做法是多此一举的。
图2-81 机油冷却器装配图
1—辅助机组支架；2—油压开关；3，10—密封条；4—压力阀；5—机油滤清器；6，11—螺栓；7—接头；8—密封环；9—机油冷却器
不涂抹密封胶的好处：
① 下次维修该部件时可方便快捷地拆卸，也不需做除胶的清洁工作。
② 密封胶涂抹在结合面不均匀反而会使该连接处漏油。
（2）冷却液泵的更换
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图2-82所示为大众EA211系列发动机（大众新桑塔纳、捷达、朗逸、高尔夫7、凌渡、朗行等）冷却液泵的布局。冷却液泵安装在汽缸盖后部，由凸轮轴后端通过皮带来驱动。发动机水泵总成（冷却液泵/节温器模块）分解见图2-83，表2-11为冷却液泵总成更换事项和程序，如果更换了冷却液泵，则同时更换齿形皮带。
图2-82 大众EA211发动机冷却系统及水泵布局
图2-83 大众EA211发动机水泵总成（冷却液泵/节温器模块）分解
1—冷却液调节器壳体；2—冷却液调节器；3,6,14—密封件；4—冷却液泵；5,8,11,12,16—螺栓；7—齿形皮带护罩；9—齿形皮带；10—齿形皮带轮；13—盖板；15—冷却液调节器
表2-11 冷却液泵总成的更换
