任务情境
一、任务描述
一辆丰田卡罗拉 GL 型轿车，进厂报修时的故障现象：发动机水温高。经初步检查怀疑是冷却系统问题，你的主管让你对冷却系统进行拆检，你能完成吗？
二、任务提示
根据故障现象，需要对冷却系统进行拆装和检查。
任务目标
一、知识目标
（1）能描述冷却系统的作用、组成和工作过程；
（2）能描述冷却系统的拆装步骤。
二、能力目标
（1）能进行冷却系统的拆装；
（2）能进行冷却系统的检查。
必备知识
一、基本知识
1．冷却系统的作用
发动机冷却系统在发动机中扮演着重要的角色，冷却系统可以在发动机工作时对温度进行合理地调节与控制，使发动机各部件保持在正常的工作温度，从而获得理想的动力输出与良好的燃油经济性。如果没有冷却系统的帮助，发动机将无法正常工作。
汽车发动机的工作循环是在高温高压下进行的，进入气缸的混合气燃烧时的温度最高可达2 000 °C 以上，如图 4-1-1 所示。此时发动机的活塞、缸体、气缸盖、气门等部件与高温可燃混合气接触而强烈受热，此时发动机如果得不到有效降温，会使其机械强度变差，同时会引起气缸充气系数下降，造成空燃比失调而使发动机异常燃烧。而气缸内温度过高还会使混合气早燃（提前燃烧），导致出现严重损害发动机的爆震现象。过高的温度还会使润滑油烧损、变质，高温情况下会使气缸内间隙变小，破坏油膜的保护，造成润滑能力下降，严重时还会引起黏着磨损、卡死（拉缸）故障。
为了避免这些不良后果，使发动机正常运转，从而发挥应有的动力输出，在经济性、动力性与耐用性上得到较好的表现，冷却系统的正常工作是必不可少的。
图4-1-1 高温下的发动机排气管
当发动机运转时，燃烧室中的燃烧温度为 2 000 °C 或更高，如图 4-1-2 所示。它使发动机的各种零件受热，如果持续下去，气缸壁、活塞及气门就会过热，导致发动机故障。所以，发动机必须通过冷却系统随时冷却，以使发动机保持在可接受的温度范围内。汽车发动机冷却系统根据冷却方法的不同分为两类：风冷和水冷。一般来说，除了摩托车及一些小型轿车以外，其他车辆广泛应用水冷系统，如图 4-1-3 所示。
图4-1-2 发动机高温
图4-1-3 水冷与风冷
2．冷却系统的结构组成
在冷却系统中，冷却液充当冷却介质流经发动机水道。冷却系统的主要零部件有水泵、节温器、散热器、散热风扇、控制电路和膨胀水箱（副水箱）等。
（1）冷却液。
冷却液作为发动机冷却介质又被称为防冻液，如图 4-1-4 所示。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。其中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 °C，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、黏温性能好、防腐和防垢等特点，是一种较为理想的冷却液，目前国内外发动机所使用的和市场上所出售的冷却液几乎都是这种乙二醇型冷却液。
图4-1-4 发动机冷却液
（2）水泵。
水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液，轴承故障使转动不正常或出声。在出现发动机过热现象时，最先应该注意的是水泵皮带，应检查皮带是否断裂或松动。水泵实物如图 4-1-5 所示。
图4-1-5 水泵实物
（3）节温器。
节温器（见图 4-1-6）在 80 °C 后开启，95 °C 时开度最大。节温器不能关闭，会使循环从开始就进入“正常循环”，这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器不能开启或开启不灵活，会使冷却液无法经过散热器循环，造成温度过高。如果因节温器不能开启而引起过热时，散热器上、下两水管的温度和压力会有所不同。
（4）散热器。
散热器（见图 4-1-7）由进水室、出水室及散热器芯三部分构成。发动机工作时，冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。
图4-1-6 节温器
图4-1-7 散热器
（5）散热风扇和控制电路。
散热风扇也称冷却风扇，装在散热器后面，将空气吸进散热器，吹向发动机机体。早期的散热风扇采用硅油离合器控制，现在常用的散热风扇为电动风扇，通常由电动机、风扇叶片、风扇架等组成。
以丰田卡罗拉为例，电动风扇的控制电路如图 4-1-8 所示。发动机ECU根据水温、车速、发动机转速和空调工作状况计算最佳风扇转速。当 ECU 的 FAN 接地时，1号风扇继电器闭合，冷却风扇电机（马达）低速运转；当 ECU的 FAN 1 端子接地时，2 号风扇继电器闭合，冷却风扇电机（马达）高速运转（电流不经过风扇电阻）。
3．冷却系统的工作过程
冷却系统的功能是将发动机受热部件吸收的部分热量及时散发出去，对发动机进行冷却，使其保持在正常的温度下工作。
图4-1-8 卡罗拉散热风扇控制电路
冷却系统一般以冷却介质划分，冷却系统分为风冷系统与水冷系统。随着汽车发动机功率越来越大，对散热的要求也越来越高，风冷系统由于很难达成均匀的散热效果，容易使一些部件造成过热从而损伤发动机，并且散热效率不如水冷系统好，所以现在汽车几乎全部使用了水冷式散热系统。在水冷系统中，冷却液在水泵的驱动下，在冷却系统内部循环流动，如图 4-1-9 所示。
图4-1-9 水冷系统工作原理图
其实冷却系统除了对发动机有冷却作用外，还有“保温”的作用，因为“过冷”或“过热”都会影响发动机的正常工作。这个过程主要是通过节温器实现发动机冷却系统“大小循环”的切换。什么是冷却系统的大小循环？可以简单理解为，小循环的冷却液是不通过散热器的，而大循环的冷却液是通过散热器的。
汽车发动机的冷却系统利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机的冷却水道中循环流动，通过行驶中的自然风和电动风扇，将发动机多余的热量带走，使其保持在最佳工作温度。冷却后的冷却液再次引入到水套中，周而复始，实现对发动机的冷却。这种为发动机降温的循环模式被称为主循环，而主循环模式还必须设置成两种不同的冷却循环模式来保证发动机在不同工况下更好地工作，即冷车循环和正常循环（也就是司机口中常说的小循环与大循环）。
（1）冷车循环。
冷车循环（小循环）是指在发动机冷启动后，温度较低的冷却液不会将节温器打开，此时冷却液只经过水泵在发动机的水道中进行循环，目的是使发动机尽快达到正常的工作温度，如图 4-1-10 所示。
（2）大循环。
冷却液温度达到节温器设定值（一般为 80 °C）时，节温器阀门打开，冷却液进行正常循环（大循环），这时冷却液从发动机水道中流出，经过车头位置的散热器进行散热，水泵再将散热冷却后的冷却液送入发动机进行冷却循环，如图 4-1-11 所示。
图4-1-10 发动机冷却系统小循环示意图
图4-1-11 发动机冷却系统大循环示意图
节温器负责控制循环模式的切换，使发动机尽量保持在最佳工作温度。
另外，针对车内空调取暖，系统还会设置一个单独的取暖循环，冷却液经过车内的取暖装置，将热量送入车内，再回到发动机进行冷却。取暖循环不受节温器的控制，只要车内打开暖风，这套循环系统便开始工作。
二、基本技能
下面以卡罗拉发动机为例，介绍冷却系统的拆装与检查步骤。
（1）准备工作。
①防护装备：工作服、工作帽、手套、劳保鞋。
②车辆、台架、总成：卡罗拉整车、1ZR-FE发动机一台（节温器拆装）。
③车间设备：举升机、水盆。
④专用工具：散热器盖检测仪。
⑤手工工具：拆装工具一套。
⑥辅助材料：防冻液、抹布等。
（2）散热器的拆卸。
①排放冷却液。
提示：释放系统压力时，要用厚布盖在膨胀水箱（副水箱）压力盖上，以防冷却液喷出烫伤人。疏忽这些指示，可能会导致人身伤害。
a.在膨胀水箱盖上，盖上一块抹布，旋下膨胀水箱盖，如图 4-1-12 所示。
注意：在发动机和散热器还没有冷却下来时，不要拆下散热器储液罐盖。加压的热发动机冷却液和蒸气可能会释放出来并导致严重烫伤。
b.拆卸发动机下护板。
c.在发动机下方，放置冷却液收集盘。
d.松开散热器放水螺塞，如图 4-1-13 所示。
图4-1-12 旋松膨胀水箱盖
图4-1-13 松开放水螺塞，排放冷却液
提示：把冷却液收集到容器中，根据你所在地区的法规进行冷却液报废处理。
e.排放干净后，旋上散热器放水螺塞。
②拆卸散热器上导流板。
如图 4-1-14 所示，拆下6个卡子和散热器上导流板。
图4-1-14 拆卸散热器上导流板
③拆卸散热器格栅防护罩。
如图 4-1-15 所示，拆下 2 个散热器格栅防护罩。
④拆卸前保险杠总成，如图 4-1-16 所示。
图4-1-15 拆卸散热器格栅防护罩
图4-1-16 拆卸前保险杆总成
a.使用螺丝刀，将销转动 90° 并拆下销固定卡子。
b.沿前保险杠总成四周粘贴保护胶带。
c.拆下6个螺钉、2个螺栓和5个卡子。
d.分离6个卡爪并拆下前保险杠总成。
⑤断开雾灯连接器，如图 4-1-17 所示。
⑥拆卸发动机 1 号底罩，如图 4-1-18 所示。
图4-1-17 断开雾灯连接器
图4-1-18 拆卸发动机1号底罩
⑦拆下蓄电池，如图 4-1-19 所示。
a.关闭所有用电器和门窗，断开蓄电池端子。
b.拆下螺栓并松开螺母。
c.拆下蓄电池。
⑧拆卸散热器储液罐软管支架。
如图 4-1-20 所示，从散热器上支架上拆下2个螺栓、2个卡夹和水软管卡夹支架。
图4-1-19 拆下蓄电池
图4-1-20 拆卸螺栓和水管夹支架
⑨断开喇叭连接器。
如图 4-1-21 所示，断开2个喇叭连接器。
⑩分离环境温度传感器。
如图 4-1-22 所示，断开连接器，分离卡夹和环境温度传感器。
图4-1-21 断开喇叭连接器
图4-1-22 分离环境温度传感器
拆卸发动机盖锁总成。
如图 4-1-23 所示，断开连接器和发动机盖锁控制拉索，拆下 3 个螺栓和发动机盖锁总成。
拆卸散热器上支架。
拆下 4 个螺栓和散热器上支架，如图 4-1-24 所示。
图4-1-23 拆卸发动机盖锁总成
图4-1-24 拆卸散热器上支架
拆卸2号风扇罩。
如图 4-1-25 所示，拆卸 2 个卡爪和 2 个螺栓，取下 2 号风扇罩。
断开散热器上水管。
如图 4-1-26 所示，从散热器总成上断开散热器上水管。
图4-1-25 拆卸 2 号风扇罩
图4-1-26 断开散热器上水管
如图 4-1-27 所示，从散热器总成上断开散热器储液罐软管。
断开风扇电机连接器。
如图 4-1-28 所示，断开冷却风扇电机连接器和线束卡夹。
图4-1-27 断开散热器储液罐软管
图4-1-28 断开风扇电机连接器
断开散热器下水管。
如图 4-1-29 所示，从散热器总成上断开散热器下水管。
取下散热器总成。
如图 4-1-30 所示，将散热器总成和风扇罩一起拆下。
图4-1-29 断开散热器下水管
图4-1-30 取下散热器和风扇罩
注意：配备空调系统的车辆拆下散热器总成时，不要对冷凝器总成或冷却管施加过大的力。
拆卸风扇罩。
如图 4-1-31 所示，从散热器总成上拆下 2 个螺栓和风扇罩。
散热器拆卸完成，如图 4-1-32 所示。
图4-1-31 拆下风扇罩
图4-1-32 散热器
（3）散热器的安装。
提示：按拆卸的相反顺序安装，以下介绍主要安装步骤。
①安装风扇罩。
如图 4-1-33 所示，用 2 个螺栓将风扇罩安装至散热器总成上，扭矩为 7.0 N·m。
②安装散热器总成。
如图 4-1-34 所示，安装2个散热器下支架，并将散热器总成和风扇罩一起安装。
图4-1-33 安装风扇罩
图4-1-34 安装散热器总成
③安装 2 号风扇罩。
如图 4-1-35 所示，接合2个卡爪并用2个螺栓将2号风扇罩安装至散热器总成，将 2个散热器支架缓冲垫安装至2号风扇罩，扭矩为 7.0 N·m。
④安装散热器储液罐软管。
如图 4-1-36 所示，将散热器储液罐软管安装至软管卡夹，并将散热器储液罐软管安装至散热器总成。
图4-1-35 安装2号风扇罩
图4-1-36 安装储液罐软管到散热器总成
⑤连接散热器下水管。
如图 4-1-37 所示，用卡夹将散热器下水管连接到散热器总成上。
⑥安装散热器上支架。
如图 4-1-38 所示，用 4 个螺栓安装散热器上支架，扭矩为 13 N·m。
图4-1-37 安装散热器下水管
图4-1-38 安装散热器上支架
⑦连接冷却风扇电动机连接器。
如图 4-1-39 所示，连接冷却风扇电动机连接器和线束卡夹。
⑧安装发动机盖锁总成，如图 4-1-40 所示。
图4-1-39 连接冷却风扇电动机连接器和线束卡夹
图4-1-40 安装发动机盖锁总成
a.在锁的滑动区域涂抹通用润滑脂。
b.用 3 个螺栓安装发动机盖锁总成。定心螺栓扭矩为 7.5 N·m、标准螺栓扭矩为8.0 N·m。
c.连接发动机盖锁控制拉索。
d.连接连接器。
⑨安装环境温度传感器。
如图 4-1-41 所示，接合卡夹，并安装环境温度传感器，连接线束连接器。
⑩ 连接两个喇叭连接器。
如图 4-1-42 所示，连接两个喇叭连接器。
图4-1-41 安装环境温度传感器
图4-1-42 连接喇叭连接器
连接散热器上水管。
如图 4-1-43 所示，用卡夹将散热器上水管连接到散热器总成上。
如图 4-1-44 所示，用 2 个螺栓和 2 个卡夹将水软管卡夹支架安装至散热器上支架，扭矩为 5.0 N·m。
图4-1-43 连接散热器上水管
图4-1-44 安装水软管卡夹支架
安装蓄电池。
如图 4-1-45 所示，安装蓄电池卡夹，安装蓄电池接线端子。
添加冷却液。
a.发动机在冷态时，发动机冷却液液位应在LOW和FULL刻度线之间，如图 4-1-46 所示。
图4-1-45 安装蓄电池
图4-1-46 冷却液刻度线
提示：如果发动机冷却液液位低于 LOW 刻度线，检查冷却液是否泄漏，并添加“丰田长效冷却液（SLLC）”，或类似的不含硅酸盐、氨、亚硝酸盐和硼酸盐且采用长效复合有机酸技术制成的优质乙二烯乙二醇冷却液到刻度线。
提示：在散热器储液罐口加注冷却液，加注量为 5.6 L。
注意：切勿用水代替冷却液。
b.拆下散热器盖并将冷却液加注至储液罐 B 刻度线。
c.用手按压散热器进水管和出水管数次，然后检查冷却液液位。如果冷却液液位过低应继续加注。
d.安装散热器盖，使发动机暖机。
e.排空冷却液空气。
注意：启动发动机前，关闭空调开关，将加热器控制调节至最高温度设定，调节鼓风机转速至低位置。
f.发动机暖机至节温器打开。节温器打开时，使冷却液循环数分钟。
提示：按压散热器进水管可以确认节温器的开启正时，并感觉发动机冷却液从何时开始流入软管。
注意：按压散热器软管时，带保护手套，散热器软管处于热态时，应小心远离散热器风扇。
g.发动机暖机后，按照以下周期运行发动机至少 7 min：以 3 000 r/min 的转速运转 5 s，怠速运转 45 s（按此周期重复操作至少 8 次）。
h.用手按压散热器进水管和出水管数次，以排空系统内的空气。
i.发动机冷机后，检查并确认发动机冷却液液位在 FULL 和 LOW 刻度之间。如果冷却液液位过低则将冷却液加注至 FULL 刻度线。
检查冷却液是否泄漏。
a.向散热器总成中注满发动机冷却液，然后连接散热器盖检测仪。
b.泵压至 108 kPa，然后检查并确认压力是否下降。如果压力下降，检查软管、散热器总成和水泵总成是否泄漏。如果发动机外部没有冷却液泄漏痕迹，则检查加热器芯、气缸体、气缸盖，如图 4-1-47 所示。
图4-1-47 加压检查冷却液是否泄漏
如图 4-1-48 所示，按拆卸相反的顺序依次安装发动机 1 号底罩、前保险杠、雾灯连接器、散热器格栅防护罩、散热器上导流板。
图4-1-48 安装发动机 1 号底罩等部件
（4）节温器的拆卸、检查与安装。
①根据实际情况，排放冷却液及拆卸其他妨碍拆卸的部件。
②拆卸节温器。
a.拆下 2 个螺母和进水管，如图 4-1-49 所示。
b.拆下节温器和衬垫，如图4-1-50 所示。
图4-1-49 拆卸螺母和进水管
图4-1-50 拆卸节温器和衬垫
c.从节温器上拆下衬垫。
③检查节温器。
提示：阀门开启温度刻在节温器上，如图 4-1-51 所示。
a.将节温器放入水中然后逐渐将水加热，如图 4-1-52 所示。
图4-1-51 节温器开启温度刻度
图4-1-52 加热节温器
b.检查节温器阀门开启温度，阀门开启温度为 80～85 °C。
提示：如果阀门开启温度不符合规定，则更换节温器。
c.检查阀门升程，阀门升程在 95 °C 时为 10 mm 或更大，如图4-1-53 所示。
提示：如果阀门升程不符合规定，则更换节温器。
d.当节温器处于低温（低于 77 °C）时，检查并确认阀门全关。
提示：如果不能全关，则更换节温器。
④节温器安装，如图 4-1-54 所示。
a.将新衬垫安装在节温器上。
b.将节温器安装至进水口。
注意：跳阀可设置在规定位置两侧 10° 范围内。
图4-1-53 节温器升程
图4-1-54 安装节温器
c.用 2 个螺母安装进水口，扭矩为 10 N·m，如图4-1-55 所示。
图4-1-55 安装进水口
⑤ 根据实际情况添加冷却液及安装其他预先拆卸的部件。
三、拓展知识
1．涡轮增压发动机的中冷器
中冷器是涡轮增压发动机的必备部件，起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再经进气歧管进入发动机，如图 4-1-56 所示。
发动机排出的废气温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度，并且空气在被压缩的过程中密度会升高，这样也导致了进气温度的升高，从而影响发动机的充气效率，使增压原本的优势消失殆尽。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。
另外，如果未经冷却的增压空气进入燃烧室时，除了会影响发动机的充气效率以外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，因此为了消除增压后的空气升温造成的不利影响，必须加入中冷器来配合增压系统工作。
图4-1-56 中冷器是涡轮增压发动机的必备部件
2．电磁阀控制的冷却液循环系统
一些带缸内直喷涡轮增压的发动机还采用了电磁阀来控制发动机冷却液循环，如图4-1-57 所示。
图4-1-57 电磁阀控制的冷却液循环系统
1—切断电磁阀；2—旁通电磁阀；3—冷却管路（小循环）
采用了旁通电磁阀和切断电磁阀后，发动机冷却循环水道得到了扩展。发动机在暖机工况过程中，通过这两个电磁阀来控制冷却液流向，从而实现发动机的快速暖机，这有助于显著减少发动机暖机过程中的有害物排放。这两个电磁阀都是由发动机控制模块控制的。
四、学习小结
（1）冷却系统的作用是在发动机工作时对温度进行合理地调节与控制，使发动机各部件保持在正常的工作温度范围内。
（2）在冷却系统中，冷却液充当冷却介质流经发动机水道。冷却系统的主要零部件有水泵、节温器、散热器、散热风扇、控制电路和膨胀水箱（副水箱）等。
（3）散热器拆装步骤，节温器拆卸检查和安装步骤。
五、任务分析
冷却系统各组成部件都可能造成发动机水温高的故障。最常见的故障是冷却水管泄漏，冷却液不足造成水温高，此时应更换或维修泄漏部位。
六、自我评估
1．填空题
（1）冷却系统可以在工作时对_________进行合理地调节与控制。
（2）水泵的作用是对冷却液_________，保证其在冷却系统中_________。
（3）发动机的冷却方式一般有_________和_________两种。
（4）冷却液的流向与流量主要由_________来控制。
2．判断题
（1）冷却液可以用自来水代替。（ ）
（2）冷却液的温度最高不会超过100 °C。（ ）
（3）散热器的温度上下是相等的。（ ）
（4）冷却液盖就像机油加注盖一样可以直接打开。（ ）
（5）冷却系统的功能是将发动机受热部件吸收的部分热量及时散发出去，对发动机进行冷却，使其保持在正常的温度下工作。（ ）
（6）散热器由进水室、出水室两部分构成。（ ）
（7）散热器是一个热交换器。（ ）
（8）水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。（ ）
（9）发动机在使用中，冷却液的温度越低越好。（ ）
（10）风扇工作时，风是向散热器方向吹的，这样有利于散热。（ ）
（11）任何水都可以直接作为冷却液加注。（ ）
（12）采用具有空气-蒸气阀的散热器盖后，冷却液的工作温度可以提高至 100 °C 以上而不“开锅”。（ ）
（13）发动机工作温度过高时，应立即打开散热器盖，加入冷水。（ ）
（14）当冷却液面过低时，可以直接加注冷却液。（ ）
3．选择题
（1）发动机冷却液的循环压力来自（ ）。
A.水泵 B.散热器 C.膨胀水箱 D.发动机产生的内热
（2）在发动机冷却系统中，能够改变冷却液循环路线的元件是（ ）。
A.水泵 B.散热器 C.膨胀水箱 D.节温器
（3）图 4-1-58 中元件4的名称是（ ）。
A.水泵 B.节温器 C.水温开关 D.膨胀水箱
图4-1-58 冷却系统
（4）加注冷却液时，下列说法正确的是（ ）。
A.加注到膨胀水箱的下位线 B.加注到膨胀水箱的上位线
C.加满最好 D.加注在上位线与下位线之间
（5）下列说法正确的是（ ）。
A.可以使用矿物质水代替发动机的冷却液
B.可以使用自来水代替发动机的冷却液
C.可以使用蒸馏水代替发动机的冷却液
D.发动机必须使用专用的冷却液
（6）图 4-1-59 中元件5的名称是（ ）。
A.散热器 B.暖风水箱 C.膨胀水箱 D.节温器
图4-1-59 水冷系统
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