发动机冷却系统的作用与维护分析研究汽车工程管理专业.docx

摘要汽车现已是集机械、电子一体的高科技产品，但其仍存在很多结构和控制不完善的地方，汽车发动机冷却系统就是其中之一。本文针对汽车发动机冷却系统存在控制不够完善之处而进行改进，对汽车发动机冷却系统进行控制，解决发动机冷却系统中存在的一些具体问题，以达到控制效果良好，提高汽车动力性和经济性，减小汽车的排放污染，从而实现节约能源和保护环境的目的，并提高汽车的使用寿命的目的。在本课题研究中，通过对汽车发动机冷却系统进行全方位的了解与研究，合理安排与调整冷却系统各部件的相对位置，进一步完善发动机冷却系统。由于发动机冷却系统结构比较复杂，本课题针对发动机的作用进行阐述，对发动机冷却系统发生故障的原因进行研究，并给出了具体的应对方法。关键词：发动机冷却系统作用维护引言在当今社会,人们对汽车的需求和依赖越来越强,汽车已是最重要的现代化交通工具。汽车工业的发展，促进了其他各行各业的发展，带来了社会经济发展和繁荣，当今世界各个发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。但是随着汽车业的发展，汽车也给社会带来一些不易解决的难题：交通安全问题、能源危机和环境污染。全世界6亿多辆汽车，每年需要10多亿吨燃油，超过了世界石油年产量的1/3,这些燃料燃烧后约生产0.6亿吨有害气体，严重污染环境。为了节能和减少排气污染,必须不断改进现代的汽车以提高性能。由于人们生活水平的提高，汽车已逐渐进入家庭，人们对汽车的要求也越来越高，他们不仅要求这些新车有时尚的外形、良好的舒适性，优良的动力性、经济性和可靠性，同时也要求具有良好的清洁性（排放无污染性）。因此这给汽车生产企业带来了前所未有的竞争，汽车生产企业在竞争中要处于不败之地，汽车研究、设计、制造者和商家们必须不断应用高新技术、改善汽车性能，并推出各式各样新车型。汽车经过一百多年的发展，现已是集机械、电子一体化的高科技产品。但是，介于现现在的国际与历史背景下，现在的汽车仍存在很多不完善的地方，其各总成和部件还存在结构不合理的地方，其各系统设计和控制还存在不完善、不理想之处。汽车发动机冷却系统就是其中之一。而且冷却系统对于发动机而言又是极其重要的一环，它的改善将直接影响甚至决定发动机的利用效率以及发动机的尾气排放质量。本课题就是针对现有发动机冷却系统控制存在不够完善之处而进行改进，用现代的控制技术解决发动机冷却系统中存在的一些具体问题，目的在于提高汽车动力性和经济性，减小汽车的排放污染，从而实现节约能源和保护环境。第1章发动机冷却系统结构和工作原理分析发动机冷却系统分为风冷和水冷两大类。以空气为冷却介质的冷却系统称为风冷却系统，以冷却液作为冷却介质是水冷却系统。汽车发动机，特别是轿车发动机，大多使用的是水冷却系统，只有少数汽车发动机使用空气冷却系统。汽车发动机水冷却系统是一种强制循环水冷却系统，即利用水泵增加冷却液的压力，迫使冷却液在发动机内循环。该系统包括水泵、散热器、冷却风扇、温控器、缸体水套、缸盖等附加装置。在冷却系统中的冷却液循环路：在泵的压力下，冷却液，机体水套管进入全壁水套的发动机冷却液；然后向上流入气缸盖水套；从气缸盖水套壁上吸热之后水流入气缸；气缸盖水套壁热温控器和散热器进水软管进入散热器后；在散热器冷却液的冷却空气流过散热器并冷却，通过散热器出水软管回水泵最后冷却，等等。当汽车运行或冷却风扇时，空气流过散热器，以增加冷却液的冷却。水铜或不锈钢管或直接铸在分水道中，沿其纵向开口设有出水口，与缸体水套相通，离出水孔越远，气缸的数目和数目通常相同。分流管或水路的作用是使多缸发动机气缸的冷却强度均匀。汽车发动机的冷却系统包括进回水系统，工作原理为：水泵将冷却液泵入发动机缸体冷却水腔对发动机缸体进行冷却，冷却液带走发动机多余热量（冷却发动机本体）后，从缸盖回水，通过回水管进入整车的散热水箱，在水箱中冷却后的冷却液通过进水管进入水泵，进入下一个循环。同时发动机驱动风扇加快舱内空气流动，提高水箱的冷却效率。暖风系统利用发动机加热后的冷却液获得暖风，冷却液通过暖风机冷却后回到水泵进水口。工作原理图如图1所示。第2章汽车发动机冷却系统的作用发动机冷却系统对发动机运行温度是否正常，直接影响到混合气的质量和润滑效果。因此，对燃油的消耗也有很大的影响。一般发动机的正常工作温度在85至90度之间。如果冷却液温度过低，则会影响燃料的蒸发，导致燃料的部分燃烧而不完全与空气混合，从而导致燃烧不完全，燃油经济性。发动机过冷会增加发动机的热损失,增加部件的磨损，加剧废气排放。发动机会变粗糙，使发动机功率下降，耗油率增加。当发动机低温起动时，曲轴具有很大的旋转阻力。由于温度低，机油粘度大，曲轴转动阻力增大，发动机起动速度降低，起动困难。随着发动机温度的降低，汽油粘度和比重增大，汽油流动性变差，雾化不良。不易形成可燃混合物的规定浓度，所以发动机也不容易启动。当发动机启动时，应采取适当的措施提高发动机的启动温度，降低发动机曲轴的转动阻力，使混合气易于形成，使发动机启动容易，减少预热时间，减少燃料消耗，减少排放污染。发动机的工作循环是在高温下进行的，当发动机工作时，可燃混合气的最高温度可达20O（TC以上，活塞、气缸、气缸盖、气门等直接高温可燃混合气部件将很坚固。这将导致发动机温度过高，导致通货膨胀（过热）系数减小，燃烧不正常（有敲门声或早燃），将使汽油、润滑油烧损或变质的润滑能力下降造成的，零件的急剧磨损，甚至出现卡损坏。为了避免产生严重后果，发动机最大功率、高功率、经济性、耐久性和可靠性，必须采取合理的冷却方式，使发动机在一定的温度范围内工作，才能保证发动机的长期正常运转。然而，发动机的过冷会导致气缸温度过低，可燃混合气体雾化程度恶化，燃烧不足，油耗增加。同时，也会使汽油机的粘度增加，加速部件的磨损。发动机的过冷，说明冷却介质的热量过大，导致发动机功率的降低。第3章汽车发动机冷的维护3.1故障分析冷却液充足发动机工作温度过高，以下述过程诊断打开膨胀水箱盖或散热器盖，检查冷却液的是否清洁干净。新加注的冷却液，选用牌号是否正确。否则，更换清洁和规定牌号的冷却液。对于长期未清洗水垢的发动机，应检查水套内积垢是否过多。检查方法是：将冷却液全部放出，再加满冷却液并计量注入的体积。若比规定值明显减少，则减少的体积即为水垢所占据的容积。水垢过多，应清洗。若冷却液品质和容量没问题，可按冷却强度调节装置、冷却液循环装置、发动机点火时刻失准、混合气浓度失调、汽车空调系统冷凝器散热不良等程序诊断如下：检查百叶窗是否完全打开。若百叶窗打开不足，则是百叶窗或其控制机构故障，应检查百叶窗及其连杆机构是否灵活或调整是否得当。若百叶窗完全打开，则接着检查散热器表面是否脏堵，散热器片是否倒伏。是则散热器故障，应清洗散热器表面，扶正散热器片。若散热器表面清洁，散热器片无倒伏，则检查风扇转速是否正常。对机械式风扇则检查风扇皮带是否过松、油污、磨损过甚打滑，这时常伴有发电机电压低，蓄电池亏电故障，若是则调整皮带松紧度或更换皮带；否则，进一步检查硅油风扇离合器是否工作良好。对电动风扇根据故障特征，分别处理：转速过低，则是风扇电枢及其控制线路故障；投入工作过迟，则双速温控开关性能不良故障；风扇不转，则在发动机怠速运转时打开空调观察风扇是否运转,运转则是双速温控开关故障，不运转,则是风扇电枢或线路故障。若风扇转速正常，则检查。方法是：在风扇转动状态下，将一张薄纸放在散热器前面，若纸被牢牢地吸住，说明风量足够。否则应检查风扇叶片方向是否装反；风扇叶片角度是否正确；集风罩是否损坏等。若风扇的出风量充足，至此冷却强度调节装置工作正常，则应进一步检查冷却液循环装置是否正常工作。用温度测试仪检测散热器和发动机的表面温度。若散热器的表面温度明显低于发动机的表面温度偏高，说明冷却液循环不良。根据故障特征，分别处理：进一步检测散热器的表面温度，若明显上高下低则说明散热器内部堵塞，则应清洗散热器。或启动运转发动机，逐渐提高发动机转速，观察散热器出水胶管是否被吸瘪。若胶管被吸瘪，说明散热器堵塞严重或散热器出水胶管内部脱层堵塞，则应清洗散热器或更换出水胶管。若散热器及进出水胶管无故障，则进一步温度测试仪检测检查发动机前后的温度，若前低后高，则是分水管破损故障，应更换分水管。若分水管无故障，则可拆下散热器的进水管，提高发动机的转速，观察冷却液排出是否有力。若无力则水泵或节温器有故障。拆下节温器重复试验，若排水量明显增多，则是节温器故障，更换节温器；若排水量不变，则水泵故障，进一步检查水泵工作性能更换水泵。若以上检查正常，则发动机冷却系统内部无故障，故障在发动机冷却系统之外。在发动机工作温度过高的同时，若伴随发动机动力明显下降，则应检查点火时间是否失准，混合气是否过稀、过浓，进、排气门间隙是否过大，燃烧室积碳是否过多等。2 .冷却液不足发动机工作温度过高，则以下述过程诊断检测散热器盖的密封性能和蒸汽阀、空气阀的开启压力：在冷却系中加足冷却液,发动机冷机启动，在升温过程中，观察在水温表或水温报警器指示水温正常的情况下散热盖的密封状况，若散热器盖有蒸汽逸出或四周有冷却液溢出，则散热器盖蒸汽阀有故障，则应检查散热器盖的工作状况。检查时可用手动压力测试仪进行。将散热器盖与测试仪装在一起，用手推测试仪，使压力升高，检查密封性能和阀的开启压力，不符合要求则更换散热器盖。若散热器盖正常，则检测冷却系统的密封性：在冷却系中加足冷却液，用专用接头手动压力测试仪和散热器水箱或膨胀水箱密封连接，用手推测试仪，使测试仪压力表指示0.10MPa,保持不动，在5min内压力不应下降，同时观察冷却系散热器、各部软管、水泵等各密封处有无泄漏现象，泄漏处即为不密封的故障部位，应更换相关部件或紧固螺栓等。若外部无漏水现象，而压力下降过快，则说明内部有泄漏，发动机还常伴有不良现象。检查排气管处的发动机尾气是否呈水气状或排气管大量出水；检查发动机是否有工作不良的气缸；拆下工作不良缸的火花塞，检查火花塞电极处是否有水珠；拆下风扇皮带，停止水泵转动，起动发动机并在中速以下运转，在散热器注液口处检查是否有气泡出现。3 .汽车行驶中，发动机工作温度突然过高，作以下处理和诊断汽车行驶中，水温表指针很快指示到最高位置，且冷却液沸腾，即为发动机工作温度突然过高，这时应将发动机怠速运转散热5min,待冷却液温度下降后，再补加冷却液。若发动机自行熄火，应立即用手摇柄或用起动机带动发动机运转，以防高温时活塞粘缸。此类故障多由冷却系统的某些零部件突然失效所致，诊断过程以上述1、2诊断过程综合起来进行，即以冷却液温度表或水温警报装置、冷却液液面高度与品质、冷却强度调节装置、冷却液循环装置、冷却系统外部泄漏、内部泄漏、发动机点火、混合气浓度等过程进行诊断。3. 2故障处理1. 2.1故障原因过冷运转故障，所谓过冷运转是指发动机在65水温之下运行。造成发动机过冷运转的主要原因是冷却水过早的进入大循环，综合热量，进而导致气缸内温度大大降低。针对此种故障的检测，有三种方法。3. 2.2故障解决其一，检测冷却水的温升速度，将检测结果与正常情况下冷却水温升速度进行比较，如若水温升速度较快，则说明过冷运转情况发生。其二，检查散热器水温，也就是将数字式温度计的传感器插入水箱中，加测水箱内水的温度，再检测水室温度，两者相对比，如散热器的水温与水室的水温一同升高,则说明过冷运转情况发生。散热器内部堵塞，由于使用时间过长，未清洁冷却系统或冷却液失效造成散热器内部堵塞，可用冷系统清洗机进行清洗后验证。其三，拆检节温器来确定是否出现过冷运转情况。启动发动机，温度达到90左右时，用红外线温度计测量上水管温度，若温度较低，则可说明节温器未能正常开启。拆下水温传感器，用加热器加热水温传感器，并监测其开启时刻，若达到规定开启温度节温器仍未能开启，说明节温器损坏，更换完好的节温器后再验证故障是否解决。4. 2.3故障原因过热运转故障的出现，主要是冷却水不足引起发动机过热或冷却水过足而引起的发动机过热。冷却水量不足引起发动机过热，主要是发动机冷却系统内容纳的水量低于标准规定，使发动机运行的过程中冷却水不足，难以有效的冷却热量，进而引发发动机过热。5. 2.4故障诊断对于此种情况的诊断，可以检查冷却水容量是否达标、检查冷却系统是否受损，进而确定发动机过热运转的原因。水量过足而引起的发动机过热，则是发动机的冷却水过多，使得行驶中动力不足，会造成过热运转现象发生；而在发动机运行的过程中水温一直保持在90左右，那么在汽车停止运行时由于水量过多，难以快速冷却，进而会使发动机过热运转。针对此种情况的诊断，首先检查百叶窗开度，在检查风扇叶片的固定情况。如若风扇正常运行，则检查散热器温度，如此可以确定故障发生的症结，即过热运转。1. 3冷却液消耗异常3. 3.1故障原因冷却液消耗异常的一般表现是冷却液消耗过快。分析原因：水管破坏。散热器泄露。膨胀水箱盖泄露。排气阀失灵，散热器盖进。水泵的水封磨损过大或者损坏。气缸盖或者气缸体裂开。汽缸垫泄露。4. 3.2故障的诊断和排除第一，检查水泵、机体、散热器和各个水管连接处是否有冷却液的渗漏。可以用荧光检漏仪检测或者加压检查的方法进行检测。若有渗漏的话，要及时进行维修。第二，观察冷却液是否漏到机油内，方法是拔出机油尺进行检查。如果有的话，则要进行维修。第三，检查发动机汽缸垫是否有损坏，这种情况下，通常发动机行驶无力，并且排气管有白烟产生。如果有损坏的话，则需要对发动机进行相应的检修。第4章案例：雪佛兰商务车发动机冷却系统故障4.1 故障现象雪佛兰商务车，行驶22多万公里发动机困难发动怠速抖动，伴随轻微喘气，车辆一会可以发动一会不可以发动运转。水温报警灯闪烁，功率下降、油耗增大。4.2 故障诊断4. 2.1燃油供给系统为了找到故障原因，首先用电脑检测发动机系统发现没有任何故障，连接诊断仪对发动机自诊断系统进行自诊断，启动发动机重新查询故障信息，燃油压力数据，燃油低压和燃油高压都正常4。对燃油供给系统进行检查，没有发现异常现象。4.2.2检查风扇电子风扇的转速应随着发动机的工作情况变化而发生改变，若电子风扇一直处于高速运转状态，则可用风速测量仪进行测量，并将结果与技术标准进行对比。若电子风扇检测无异常，则考虑节温器故障。4. 2.3检查节温器若节温器无法正常关闭，一直保持开启状态，发动机冷却系统将持续进行大循环,发动机温度无法降低。此时将发动机进行冷启动，水箱上水管会有冷却液流动的声音,则说明节温器无法关闭，在水温低时仍旧进行大循环，应拆下节温器检查。5. 2.4检查水泵排除散热器故障后，问题仍然存在，可进行水泵检查。若水泵损坏、泵水力不足,会导致冷却液循环速度降低，从而使发动机水温过高。水泵一般是由皮带驱动，皮带环绕水泵皮带轮和发动机曲轴皮带轮，水泵转速与发动机转速相关，导致水泵泵水力不足的原因通常有以下几点：1）水泵皮带松动或磨损，导致驱动力不足，此时通常会在皮带轮附近伴随异响，可调节皮带松紧度后进行验证；2）水泵损坏，常见损坏位置是水泵叶片损坏，此时可用听诊器进行辅助判断，启动发动机，将听诊器放于水泵出水口处，应有冷却液流动的声音，踩下油门踏板，声音应跟随车速的变化而变化，反之可推断水泵异常，需拆卸水泵进行检测。4.3故障验证经过长时间观察，发现在怠速工况下，冷却液温度信号不稳定，在1590°C范围内波动变化。同时仪表的水温表指针也出现异常摆动现象.此时关闭发动机，然后再启动发动机，便会出现启动困难的现象。发动机运行数据发现冷却液温度传感器的数据存在异常，显示的信号电压为3.65V,冷却温度显示为-6度。我们用进气温度传感器为参考，而显示的进气温度为35度，更加证明冷却液温度传感器的数据与实际冷却液温度明显不符6。4.4故障小结测试表明该故障引起的原因是冷却液温度传感器损坏而造成的。在买回新的冷却液温度传感器后进行了新旧对比后。更换冷却液温度传感器，反复进行试车，故障现象没有在出现，在长时间的试车表明，发动机和空调制冷系统均工作正常。故障到此全面解决排除了。检修工作结束。结论通过做这次毕业论文的撰写，使我队大学三年的学习有了更进一步的认识，也更加系统的考核了我对所学专业知识的掌握程度及运用能力。总之通过这次毕业设计真是让我受益匪浅。同时我对未来的汽车行业也充满了信心。掌握发动机冷却系统的故障检查和维修技术是保护好汽车发动机的关。明白冷却系统的关键组成部分，在对发动机冷却系统进行故障诊断时，需要系统和全面地掌握其控制电路系统的结构、原理和线路连接方法，明确了解系统中各部分可能产生的故障以及对整个系统的影响；运用科学的故障诊断方法，制定合理的诊断程序进行深入诊断和检查，直到故障排除，使汽车恢复应有的性能和技术指标。对雪佛兰冷却液温度传感器的检测方法进行总结，为维修人员提供一个冷却液温度传感器检测的流程，有利于提高维修效率。参考文献张军.汽车发动机常见故障及其诊断策略分析J.职业.2015(35)李娜.汽车发动机冷却系统检测与维修研究J.中外企业家.2016(02)罗艾军.汽车发动机常见故障的诊断措施分析J.学周刊.2014(05)4吕超.汽车发动机常见故障及维修探讨J.职业.2014(03)5金柏正.发动机冷却液温度过高或过低的故障分析及排除J.商用汽车.2015(23)6施爱萍.节能优化设计在发动机冷却系统的运用J.科技展望.2017(25)7葛晶.汽车发动机冷却系统维修的研究J.时代农机.2016(04)8黄伟.基于实际过程的汽车发动机冷却系统J.科技经济市场.2015(07)9乔国春，王佳.汽油发动机冷却系统常见故障检测分析J.湖南农机.2012(03)10邓义斌，黄荣华，王兆文，程伟.冷却液温度对天然气发动机性能影响试验J.农业机械学报.2016(03)11刘鹏，刘志博.发动机冷却系统匹配浅析J.重型汽车.2013(02)12乔国春，王佳.汽油发动机冷却系统常见故障检测分析J.湖南农机.2012(03)13廖响荣.解析汽车发动机冷却系的维修J.山东工业技术.2014(20)14胡建军.夏季发动机冷却液温度过高故障分析与排除三例J.汽车维护与修理.2017(10)15黄林火.发动机冷却系统运行原理及故障诊断J.汽车维修.2015(08)