柴油發(fā)動機構造與維修

柴油發(fā)動機構造與維修第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.1概述發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的主要任務是使工作中的發(fā)動機維持正常的工作溫度。發(fā)動機在工作中，氣體燃燒產(chǎn)生的部分熱量不可避免地傳給發(fā)動機機體，從而使得發(fā)動機機體溫度升高，充氣系數(shù)下降，影響發(fā)動機的動力性;同時，過高的溫度會使?jié)櫥宛ざ认陆担瑢е掳l(fā)動機潤滑不良;高溫使機件之間的配合間隙過小，影響發(fā)動機的正常工作，因此必須對發(fā)動機進行適度的冷卻。發(fā)動機溫度過低，對發(fā)動機的正常工作也是不利的。發(fā)動機的冷卻強度可以根據(jù)發(fā)動機工作溫度進行調(diào)節(jié)，以維持發(fā)動機適宜的工作溫度。返回第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.2冷卻系統(tǒng)的組成及工作原理6.2.1冷卻系統(tǒng)的組成如圖6-1所示，柴油機冷卻系統(tǒng)的組成如下所述。水套:水套分為缸體水套和缸蓋水套，其中缸體水套是缸體與缸套之間的空腔，缸蓋的空腔形成缸蓋水套;缸蓋水套主要分布在燃燒室的周圍。缸體水套與缸蓋水套通過小孔連通。分水管:有些發(fā)動機設有分水管，分水管的入口與水泵出水口連通，管體插入缸體水套內(nèi)。管體上的出水口將冷卻液均勻分布于水套內(nèi)，以便對所有汽缸進行均勻冷卻。下一頁返回第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.2冷卻系統(tǒng)的組成及工作原理水泵:水泵固定于發(fā)動機缸體的前端，由發(fā)動機曲軸通過V形帶驅(qū)動。水泵的進水口通過軟管與散熱器下水室連通，水泵的出水口直接與分水管或者水套連通。散熱器:散熱器位于發(fā)動機前端，用來對冷卻液進行散熱。散熱器的上水室通過軟管與發(fā)動機缸蓋上的缸蓋水套出水口連通，下水室與水泵連通。風扇:風扇位于散熱器后端面與發(fā)動機缸體之間，以加強散熱器對冷卻液的散熱能力。大多數(shù)載重汽車的風扇通過風扇離合器，由水泵帶輪驅(qū)動。上一頁下一頁返回第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.2冷卻系統(tǒng)的組成及工作原理6.2.2冷卻液的循環(huán)冷卻液的循環(huán)路線有以下兩條。①大循環(huán):從水泵輸出的冷卻液經(jīng)分水管進入缸體水套，經(jīng)缸體與缸蓋之間的小孔進入缸蓋水套。冷卻液從汽缸壁和燃燒室吸收熱量后，溫度升高，經(jīng)缸蓋水套出水口進入出水管。出水管經(jīng)過節(jié)溫器、軟管與散熱器上水室連通，冷卻液通過節(jié)溫器、軟管進入散熱器上水室。上水室內(nèi)的冷卻液經(jīng)過散熱器芯散熱后，溫度降低，進入散熱器下水室。進入散熱器下水室的冷卻液在水泵的抽吸下，進入水泵，經(jīng)水泵加壓后重新進入水套。②小循環(huán):當發(fā)動機溫度較低時，從發(fā)動機水套流出的冷卻液經(jīng)節(jié)溫器、旁通管直接進入水泵，并重新進入水套。由于沒有經(jīng)過散熱器散熱，冷卻液的溫度沒有降低，以便發(fā)動機的工作溫度盡快提高。上一頁下一頁返回第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.2冷卻系統(tǒng)的組成及工作原理6.2.3冷卻強度的調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)設有冷卻強度調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)發(fā)動機的工作溫度，調(diào)節(jié)冷卻強度，使發(fā)動機維持在一個適宜的工作溫度。冷卻強度的調(diào)節(jié)通常有以下兩種。

(1)調(diào)節(jié)冷卻液的循環(huán)路線根據(jù)冷卻液的溫度，通過節(jié)溫器調(diào)整冷卻液的循環(huán)路線。如大循環(huán)、小循環(huán)和混合循環(huán)等。

(2)調(diào)節(jié)散熱器的散熱強度根據(jù)發(fā)動機的工作溫度，通過風扇離合器調(diào)整風扇轉(zhuǎn)速，使通過散熱器的空氣流速、流量根據(jù)發(fā)動機的溫度而變化，繼而調(diào)節(jié)散熱器的散熱強度。上一頁返回第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件6.3.1水泵水泵對冷卻液進行加壓，維持其在冷卻系統(tǒng)內(nèi)快速循環(huán)流動。發(fā)動機采用離心式水泵，結構簡單，尺寸小，排水量大。

(1)離心式水泵的工作原理離心式水泵由泵體，葉輪和進、出水管組成。進水管位于水泵中央，出水管位于水泵外緣，葉輪在外力帶動下旋轉(zhuǎn)。當葉輪旋轉(zhuǎn)時，水泵中的冷卻液隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)、加壓，在離心力的作用下，向葉輪的邊緣甩出，經(jīng)出水管輸出水泵。葉輪中央處由于壓力降低，產(chǎn)生真空吸力，將散熱器中的冷卻液源源不斷地吸入水泵。下一頁返回第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件

(2)汽車發(fā)動機水泵結構如圖6-2所示，泵殼分成泵腔和軸承座孔兩部分。位于泵腔內(nèi)的葉輪固定于水泵軸，水泵軸通過兩個軸承支撐于泵殼軸承座孔內(nèi)。在泵腔與軸承座孔之間，設有水封，防止泵腔的冷卻液沿水泵軸滲漏而進入軸承座孔。水泵軸的軸向定位與固定是通過向心推力軸承實現(xiàn)的。內(nèi)側軸承內(nèi)圈的內(nèi)側抵住軸肩，兩個軸承內(nèi)圈之間設有隔離套筒，通過半圓鍵安裝于水泵軸的皮帶輪凸緣盤內(nèi)側抵住外側軸承內(nèi)圈，被螺母緊緊固定于水泵軸。上述結構使兩個軸承的內(nèi)圈固定于水泵軸上，內(nèi)側軸承外圈被泵殼軸肩定位，阻止水泵軸向上、向內(nèi)側移動;外側軸承外圈被卡環(huán)固定于殼體內(nèi)，阻止水泵軸向上、向外側移動。上一頁下一頁返回第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件

(3)水泵的安裝與連接水泵進水管通過軟管與散熱器下水室連通，冷卻液直接進入水泵腔室的中央部位。在水泵中央部位安裝有管接頭，通過旁通管與節(jié)溫器副閥門連通。從副閥門流出的冷卻液通過該管接頭直接進入水泵腔室。水泵腔室后側用泵蓋封閉，泵蓋上的出水口正對水泵泵腔的出水室。將水泵固定于發(fā)動機后，泵蓋上的出水口與水套的分水管進水口對接。在泵殼的油封與軸承座孔之間設有泄水孔，當水封有少量的水滴泄漏時，可以從該孔泄出。若當發(fā)動機熄火后仍然有水泄出，則應拆開水泵進行修理。上一頁下一頁返回第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件6.3.2散熱器與膨脹水箱散熱器總成安裝在車架上，用來對從發(fā)動機水套流出的高溫冷卻液進行散熱，使之溫度降低，繼續(xù)循環(huán)使用。散熱器由上水室、下水室和連接上、下水室的散熱器芯組成。上水室設有水箱蓋，但平時水箱蓋不打開。上水室的進水管接頭通過軟管與水泵進水管連通。下水室設有放水開關，用來放掉散熱器中的冷卻液。散熱器芯由很多縱向布置的連接上、下水室的扁平水管組成，水管間的間隙為氣流通道，用來對水管內(nèi)的冷卻液進行冷卻。為增大散熱面積，在水管外面裝入了很多橫向散熱片。上一頁下一頁返回第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件膨脹水箱用透明塑料制成，安裝位置高于散熱器。膨脹水箱的上端通過出氣管，分別與散熱器上水室和發(fā)動機出水管連通，其下端通過補充水管與水泵進水口連通。膨脹水箱設有加液口，用來補充冷卻液。當冷卻統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽后，蒸汽從出水管或者散熱器上水室進入膨脹水箱上部空間。由于膨脹水箱溫度低，蒸汽冷凝。膨脹水箱還通過補充水管將冷卻液送入水泵進水口，以保持水泵進水口處的高壓。膨脹水箱可以使水氣分離，避免冷卻液的損失。同時，還可有效地防止柴油機汽缸套穴蝕的產(chǎn)生。上一頁下一頁返回第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件6.3.3節(jié)溫器節(jié)溫器是一個由發(fā)動機冷卻液溫度控制的閥門，位于發(fā)動機缸蓋出水管與軟管連接處，用來控制冷卻液的循環(huán)路線。目前，發(fā)動機上采用蠟式節(jié)溫器。

(1)節(jié)溫器的結構如圖6-3所示，節(jié)溫器的上支架上有孔與通往散熱器上水室的軟管相通，下支架上有孔與出水管相通。出水管同時與通往水泵進水口的旁通管相通。上、下支架通過閥座連成一體，并固定于出水管內(nèi)。上支架固定有中心桿，中心桿上套裝有可以沿中心桿上下移動的感應體。主閥門位于感應體上部，用來控制出水管與軟管之間的通路。副閥門位于感應體的下部，用來控制出水管與旁通管之間的通斷。兩個閥門通過彈簧單向固定于感應體，隨感應體外殼同步移動。上一頁下一頁返回第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件(2)節(jié)溫器的工作過程當發(fā)動機溫度很低時，感應體內(nèi)的石蠟凝固成固態(tài)，體積縮小，彈簧的彈力將主閥門連同感應體、副閥門一起向上推，直至主閥門完全關閉，副閥門完全打開。此時，出水管內(nèi)的冷卻液通過副閥門進入旁通閥，完全進行小循環(huán)，如圖6-4所示。當冷卻液溫度達到349K時，石蠟隨著溫度升高而逐漸變成液態(tài)，體積隨即增大。石蠟體積增大產(chǎn)生對膠管的推力，推力作用于中心桿錐面上，產(chǎn)生使膠管下移的作用力。在此力作用下，感應體與閥門下移，主閥門開始打開，副閥門開度開始縮小。此時，冷卻液同時進行大、小循環(huán)。大、小循環(huán)的比例與冷卻液溫度有關，溫度越高，主閥門開度越大，副閥門開度越小，大循環(huán)的冷卻液也就越多。上一頁下一頁返回第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件6.3.4風扇離合器風扇離合器位于冷卻系統(tǒng)風扇與馭動裝置(水泵帶輪)之間，用來根據(jù)發(fā)動機的工作溫度控制風扇的轉(zhuǎn)速。常見的風扇離合器有硅油風扇離合器和電磁風扇離合器，如圖6-5所示。(1)硅油風扇離合器離合器的主動部分:主動軸通過螺栓固定于水泵皮帶輪上，主動盤固定于主動軸的端面上。主動軸與主動盤形成離合器的主動部分，隨水泵葉輪同步旋轉(zhuǎn)。離合器的從動部分:從動部分由離合器蓋、離合器殼體和通過螺栓固定于前蓋與離合器殼體之間的從動盤組成，風扇固定于離合器殼體上。離合器殼體通過軸承，支承于主動軸上。安裝后的離合器，主動盤位于從動盤與離合器殼體之間的腔室內(nèi)。主動盤的后端面通過密封毛氈圈與離合器殼體接觸，前端面與從動盤有一定的間隙。上一頁下一頁返回第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件感溫器與閥片部分:在離合器前蓋與從動盤之間，設有可以轉(zhuǎn)動的閥片。閥片固定于閥片軸上，閥片軸伸出前蓋，與雙金屬感溫器連接。雙金屬感溫器呈卷繞狀，外端固定于前蓋上，內(nèi)端固定于閥片軸上。從動盤上設有進油孔，溫度低于338K時，閥片將進油孔封閉。從動盤的邊緣開有回油孔，中心部位有漏油孔。離合器主動盤與從動盤之間的間隙，被稱為工作腔;從動盤與前蓋之間的間隙，被稱為儲油腔，腔內(nèi)充有硅油。上一頁下一頁返回第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件(2)硅油風扇離合器的工作原理進油孔關閉:當發(fā)動機溫度低于338K時，閥片將進油孔關閉，工作腔內(nèi)沒硅油。此時，主動盤通過密封毛氈圈帶動離合器殼體和風扇緩慢旋轉(zhuǎn)。進油孔打開:當發(fā)動機溫度高于338K時，感溫器產(chǎn)生變形，帶動閥片軸和閥片旋轉(zhuǎn)，將進油孔打開，儲油腔內(nèi)的硅油進入工作腔，旋轉(zhuǎn)的主動盤通過硅油帶動從動盤快速旋轉(zhuǎn)起來。由于是液壓傳動，從動部分及風扇轉(zhuǎn)速總是低于主動軸的轉(zhuǎn)速。工作腔內(nèi)的硅油受離心力的作用，被甩向工作腔外緣，通過回油孔回到儲油腔內(nèi)，儲油腔內(nèi)的硅油又通過進油孔補充到工作腔，因此硅油在工作腔與儲油腔之間循環(huán)流動。上一頁下一頁返回第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件(3)電磁風扇離合器離合器結構:離合器通過螺栓固定于水泵軸上。如圖6-6所示，離合器的主動部分包括電磁殼體、電磁線圈和摩擦片，隨水泵軸同步旋轉(zhuǎn)。離合器的從動部分包括固定成一體的風扇、風扇轂和銜鐵環(huán)，通過軸承支承于電磁殼體上。導銷固定于風扇毅上，銜鐵環(huán)可以沿導銷做一定的軸向移動，彈簧將銜鐵環(huán)向風扇方向拉回。電磁線圈通過溫控開關與電源接通。離合器的工作原理:當發(fā)動機工作溫度低時，溫控開關的電源不通，電磁線圈沒有電流通過，離合器處于分離狀態(tài)，風扇不轉(zhuǎn)。當發(fā)動機工作溫度升高到使溫控開關電路接通時，電磁線圈電路接通，產(chǎn)生磁力，將銜鐵環(huán)吸向摩擦片并與摩擦片壓緊，離合器接合，風扇與水泵軸同步旋轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.3冷卻系統(tǒng)零部件6.3.5風扇及皮帶輪張緊裝置風扇位于散熱器后面，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的吸力，使通過散熱器芯的氣流速度顯著增大，從而提高了散熱效果。風扇常用工程塑料沖壓而成，有4個或者6個葉片，葉片平面與風扇旋轉(zhuǎn)平面有一定的夾角。風扇葉片之間的夾角并不相等，主要是為了減少風扇的振動與噪聲。為增大風扇的扇風能力，從而將風扇葉片端部彎曲;同時，在風扇周圍設有護圍。曲軸通過V形帶驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)。當工作一段時間后，由于橡膠帶的長度增加，導致出現(xiàn)皮帶打滑的現(xiàn)象，因此必須進行調(diào)整。通常，水泵帶輪與發(fā)電機帶輪共用一根皮帶，發(fā)電機支架可以移動。調(diào)整皮帶松緊度時，將發(fā)電機支架固定螺栓松開，將發(fā)電機外移。當發(fā)電機外移到使皮帶的松緊度合適時，固定住發(fā)電機支架即可。上一頁返回第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修6.4.1冷卻系統(tǒng)常見故障的診斷與排除(1)發(fā)動機過熱①由于芯管大量折斷、散熱片大量倒伏等原因造成的散熱器散熱面積不足。②水泵泄漏嚴重或者葉輪脫落等造成的水泵工作能力下降，或者不工作。③水泵皮帶調(diào)整不當使皮帶過松。④節(jié)溫器失效造成冷卻液只能進行小循環(huán)。⑤風扇離合器硅油泄漏或者溫控器失效，造成風扇轉(zhuǎn)速過慢或者不能轉(zhuǎn)動等。⑥由于各種原因造成的冷卻系統(tǒng)容量不足，使冷卻液過少等。下一頁返回第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修

(2)冷卻液異常消耗冷卻液異常消耗的原因如下所述。①冷卻系統(tǒng)存在泄漏部位，使冷卻液大量流失。②汽缸蓋固定螺栓松動，使冷卻液從汽缸墊處流失;冷卻系統(tǒng)密封不良，蒸發(fā)后的冷卻液排出冷卻系統(tǒng)。(3)膨脹水箱“反水”發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中，持續(xù)從膨脹水箱排水管中向外排出冷卻液。其主要原因有發(fā)動機過熱，或者散熱器部分堵塞等。上一頁下一頁返回第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修6.4.2冷卻系統(tǒng)的檢修(1)水泵的修理水泵出現(xiàn)泵水能力不足、漏水以及水泵軸搖頭嚴重時，應對水泵進行修理。水泵的拆卸:水泵拆卸解體時，對帶輪、軸承、葉輪等均應使用專用工具進行拆裝。對油封、水封等部件也應仔細拆下，避免損壞。零部件的檢驗:水泵解體后，應對零部件進行檢驗，如不符合規(guī)定，應更換零部件。水泵零部件的檢驗有以下內(nèi)容:①殼體、葉輪及帶輪不能有裂紋與損傷;葉輪軸孔的磨損應在規(guī)定范圍內(nèi);殼體與蓋的接合平面變形過大時，應進行修整，防止裝配后出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。上一頁下一頁返回第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修②水泵軸不應有彎曲變形，軸頸磨損程度應在規(guī)定范圍內(nèi)，軸端螺紋無損傷。③檢查軸承間隙，應在規(guī)定范圍內(nèi)。④檢查油封與水封，如出現(xiàn)損傷，應進行更換。水泵的裝配:裝配水泵前，應測量各配合副軸頸與孔的尺寸，以便確定其配合間隙是否在規(guī)定范圍內(nèi);水泵裝合后，應檢查:葉輪邊緣與殼體內(nèi)壁之間的間隙、葉輪端面與泵蓋之間的間隙。在裝配過程中，按規(guī)定力矩與順序擰緊全部螺栓，需要鎖緊的螺栓要進行可靠鎖緊;裝配后的水泵要用潤滑脂通過注油嘴加注，以進行潤滑。上一頁下一頁返回第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修

(2)散熱器的修理散熱器的檢查主要是滲漏檢查，可以向散熱器內(nèi)充入50-100kPa的壓縮空氣后進行密封，然后放入水中，檢查滲漏部位。散熱器存在滲漏時，可以進行焊接修理。有時，可能存在由于芯管漏水而臨時將漏水芯管折斷堵漏的現(xiàn)象。如果折斷的芯管過多，則會造成散熱器的散熱能力下降，故應仔細對芯管進行檢查。(3)硅油風扇離合器的修理離合器外觀檢查:應檢查離合器表面有無硅油滲漏的痕跡;雙金屬感溫器有無斷裂、脫層開裂、裂紋等現(xiàn)象。上一頁下一頁返回第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修離合器的轉(zhuǎn)動試驗:發(fā)動機熄火12h后用手轉(zhuǎn)動風扇葉片時，應有明顯的轉(zhuǎn)動阻力;發(fā)動機啟動1-2min后熄火，轉(zhuǎn)動風扇，阻力應明顯減小。離合器的解體檢驗:將離合器解體后，仔細檢查軸承、密封毛氈圈和閥片的工作情況，尤其是閥片，必須能全關與全開。離合器裝配后的試驗:將離合器裝配好后，可在試驗臺架上對離合器進行試驗。試驗時，將雙金屬感溫器拆下，將主動盤的轉(zhuǎn)速提高到3000r/min，從動盤的轉(zhuǎn)速與主動盤的轉(zhuǎn)速差應在3%一5%;若轉(zhuǎn)速差大于7%，則可適當向儲油腔內(nèi)補充硅油。將離合器安裝好后，應進行接合與分離的溫控試驗，以測量離合器能否在規(guī)定溫度下分離與接合。上一頁下一頁返回第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修(4)節(jié)溫器的檢驗如圖6-7所示，將節(jié)溫器放入水中，對水進行加熱。一邊用溫度計測量水的溫度，一邊觀察節(jié)溫器主閥門的打開溫度。若閥門打開時的溫度不符合要求，則應更換節(jié)溫器。上一頁下一頁返回第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修6.4.3冷卻系統(tǒng)的維護(1)一般檢查對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的維護與檢查，主要有以下內(nèi)容。①檢查百葉窗葉片，若發(fā)生銹蝕，則會造成開閉不靈，影響駕駛員對發(fā)動機溫度的調(diào)節(jié)。②檢查散熱器是否存在滲漏，有否芯管被過多折斷的現(xiàn)象，是否出現(xiàn)過多倒伏等。所有上述情況，都會影響發(fā)動機冷卻液的正常散熱，而使發(fā)動機出現(xiàn)過熱。③檢查散熱器蓋的密封情況，散熱器蓋應密封可靠，否則會造成冷卻液泄漏、蒸發(fā)，從而出現(xiàn)由于冷卻液不足而造成的發(fā)動機過熱。④檢查風扇葉片有無變形、開裂現(xiàn)象，風扇葉片的變形與開裂會造成風扇噪聲和振動。上一頁下一頁返回第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日6.4冷卻液的故障診斷與檢修(2)水泵檢查對水泵進行檢查時，觀察水泵泄水孔有無液體流出，若有液體流出，說明水泵水封損壞，應拆卸水泵進行修理。檢查水泵帶輪是否出現(xiàn)搖晃現(xiàn)象，帶輪出現(xiàn)搖晃