河南职业技术学院
毕业设计（论文）
题目浅谈汽车发动机冷却系统系（分院）汽车工程系
学生姓名*****
学号*****
专业名称汽车电子
指导教师****
年月日
浅谈汽车发动机冷却系统
摘要冷却系统是发动机的重要组成部分，对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大影响。随着发动机转速和功率的不断提高，对冷却系统的要求越来越高，因而对发动机冷却系统的设计与研究也愈来愈深入。汽车发动机的冷却系统是保持发动机正常工作的重要部件，如果发动机冷却系统的维修率很高，就会引起发动机其他部件的损坏，使发动机的整体工作能力受到影响，因此，汽车发动机冷却系统的维护与保养就显得尤为重要。
关键词：冷却系统冷却系统维护故障诊断案例分析
1 冷却系统的组成
水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇等组成。散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。散热器又分为横流式和垂直流动两种，空调冷凝器通常与其装在一起。
水泵和节温器
发动机是由冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，推动冷却液在整个系统内循环。目前最先进的水泵是宝马新一代直六发动机上采用的电动水泵，它能精确的控制水泵的转速，并有效的减少了对输出功率的损耗。这些冷却液对发动机的冷却，要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候，冷却液就在发动机本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机—散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。可以将节温器看作一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料（石蜡或乙醚之类的材料）做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。
空气的流动
为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装风扇强制通风。以前的轿车散热器风扇是由曲轴皮带直接带动的，发动机启动它就要转，不能视发动机温度变化而变化，为了调节散热器的冷却力，要在散热器上装上活动百页窗以控制风力进入。现在已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇，当水温比较低时离合器与转轴分离，
风扇不动，当水温比较高时由温度传感器接通电源，使离合器与转轴接合，风扇转动。同样，电子风扇由电动机直接带动，由温度传感器控制电动机运转。这两种形式的散热器电扇运转实际上都由温度传感器控制。
散热器
散热器兼作储水及散热作用，再此之上还装有膨胀水箱。因为单纯依赖散热器有几个缺点，一是水泵吸水一侧因压力低而容易沸腾，水泵的叶轮容易穴蚀；二是气水分离会产生气阻；三是温度高冷却液容易沸腾。因此设计师就加装了膨胀水箱，它的上下两根水管分别与散热器上部和水泵进水口联接，防止上述问题的产生。
冷却介质
虽然我们称其为水冷但冷却介质并不是单纯的水，而是由水、防冻液和各种专门用途的防腐剂组成的混合物，也称为冷却液。这些冷却液中的防冻液含量占30%～50%，提高了液体的凝固点，防止在低温下结冰而损坏发动机。整个冷却系统并不与大气相通，相当于高压锅的作用，水箱盖则相当于高压阀，一般情况下，轿车冷却液的允许工作温度可达摄氏120度，提高传热能
2 冷却系统的构造
汽车发动机的冷却系统是保持发动机正常工作的重要部件，如果发动机冷却系统的维修率很高，就会引起发动机其他部件的损坏，使发动机的整体工作能力受到影响，因此，汽车发动机冷却系统的维护与保养就显得尤为重要，那么，怎样才能使汽车发动机的冷却系统保持良好的状态呢？驰耐普的汽车美容养护专家告诉我们，正确堆护发动机的冷却系统，首先应了解常用的水冷式发动机的主要部件：
第一、冷却液，冷却液指清洁的软水，不是什么水都可以当作冷却液的，越娇贵的车对水质的要求越高。比如，清澈的泉水，虽然清澈，看起来也干净，但泉水中含有大量的矿物质，如果加入发动机的冷却系统中，就会产生大量的水垢，影响冷却系统正常作用的发挥，可见，冷却液水质的好坏是相当重要的，国际上普遍使用的乙二醇型冷却液是在软化水中按比例添加防冻剂乙二醇，配以适量的金属缓蚀剂、阻垢剂等添加剂进行科学调和，达到冬季防冻、夏季防沸、且能防腐蚀、防水垢等作用。
1、防冻。用乙二醇配制的冷却液最低可在-70℃环境下使用。市场上销售的冷却液，乙二醇浓度一般保持在33～50％之间，也就是冰点在-20℃～-45℃之间，往
往根据不同地域的实际需要合理选择，以满足使用要求。
2、防沸。加到水中的乙二醇会改变冷却液的沸点。乙二醇浓度越高，冷却液的沸点也就越高，-20℃时冷却液的沸点为104.5℃，而-50℃时沸点达到108.5℃。如果冷却系统采用压力盖，冷却液的实际沸点会更高，即使在炎热的夏天，也能有效的防止冷却液“开锅”。
3、防腐。冷却液最主要的功能是防腐蚀。腐蚀是一种化学、电化学和浸蚀作用，逐步破坏冷却系统内的金属表面，严重时可使冷却系统的壁穿孔，引起冷却液漏失，导致发动机损坏。使用去离子水及适当的添加剂能防止各种腐蚀的出现。
4、防锈。锈蚀是由于冷却系统内的氧化作用造成的。热量和湿气使锈蚀的过程加速。锈蚀留下的残余物会阻塞冷却系统，加速磨损和降低热传导的效率。冷却液中的添加剂有助于防止冷却系统通道内锈蚀的出现。
5、防垢。水源中所含的各种杂质，其中包括金属离子、无机盐等，决定了结垢和沉淀的形成，会大大地降低冷却系统的导热效率，在许多情况下会对发动机造成严重损害。冷却液所使用的去离子水，可以避免结垢和沉淀的形成，从而保护发动机。
第二、汽缸水套，它相当于发动机燃烧室周围的水道，当发动机产生大量的热时，汽缸水套将发挥降温的作用在发动机中，水和油的管道泾渭分明、互不干涉，如果发现冷却液中有油，就说明水路和油路发生了穿孔现象，一旦出现这种情况，水温表的水温会急剧上升，这时一定要及时采取措施。
第三、散热水箱和冷却风扇，散热水箱从外观看状似蜂窝，做成这种形状是为了增加水箱的散热面积，以增强散热效果；冷却风扇有在正面安装的，也有在侧面安装的，汽车在高速行驶过程中，冷却风扇将外面的空气吸引进来，利用自然风，起到冷却的作用。冷却系和空调冷凝器共同的风扇是直流永磁电动机风扇，用装在散热器上的温度控制开关来控制，当散热器中冷却液温度下降至93℃-98℃时风扇停转。由于电动风扇的电源不受点火开关的控制，因此发动机熄火后，散热器中液温若高于88℃-93℃，电动风扇运转是不正常的。如果低于88℃时风扇仍转，则是不正常的；而温度高于98℃时，仍不转也是不正常的。当温度高于105℃时，温控开关高温部分接通，电源接通电动机便高速运转；当温度达到120℃时，冷却水温过高，报警指示灯闪亮，为风扇有故障或冷却液不足。如电动机风扇不转，先检查和更换熔断丝，或检修温控开关，必要时再查看电风扇有无损坏。
第四、冷却水泵和节温器，冷却液在冷却系统中的流动，主要依靠冷却水泵的动力；节温器能感知发动机的工作温度，低温时，它封住水套中的水，令其在水套内流动，当达到一定温度时再打开，让水经过散热水箱，发挥散热作用。这里值得说明的是，切勿将节温器摘掉，否则会导致发动机过冷而难以启动。
3 冷却系统的主要故障及解决方案
冷却系统在工作一定时间后，内部必然会形成各种污垢。污垢种类因使用条件和保养等因素不同也有许多差异。对于大部分车辆，平时使用水，仅在冬季低温情况下使用防冻液，这种情况下易出现以水锈和垢质为主的污物；对于长期使用防冻液的车辆，会出现以垢质和凝胶为主的污物。
污物的其他成分包括：①退化形成的酸质。例如失效的防腐蚀剂，氧化的乙烯或丙烯乙二醇等。②重金属。③硬水杂质。④物理杂质。例如外来材料(灰尘、砂粒等)和沉淀的添加剂等。⑤电解物。
冷却系统主要故障发动机冷却系统的主要故障有三种：
(1)发动机水温过高甚至开锅。
(2)发动机水温过低。
(3)冷却系统泄漏。
发动机过热的原因有多种，最常见的原因是由于冷却系统内部水垢、水锈及凝胶等污物积聚，堵塞了水道，冷却系统散热效果降低所致的结果。以往排除这类故障常用的方法是拆卸水箱进行更换，但事实证明许多车的情况并没有因此得到改善。
发动机冷却系统泄漏的形式主要有水箱漏水、上下水管渗漏及缸垫漏水等形式。
冷却系统主要故障的免解体解决方案
1.高温故障的解决方法
对于发动机过热的故障，尤其是由于污垢过多引起的问题，可以采用冷却系统清洗剂配合专用设备进行处理解决。
(1)清洗剂种类的选择
选择清洗剂时，有三项原则以供参考：
①对于大部分沉淀和腐蚀，用略带酸性的清洗剂效果较好。
②如果凝胶不硬，可以用碱性或无腐蚀性清洁剂清洗(酸性更好，不过碱性清洗剂即可达到效果)。
③对于冷却系统的油性杂质，要用酸性清洗剂来完成这一任务。
综合考虑上述三个原则，加上中国国内汽车冷却系统中的污垢主要以沉淀、油性杂质及锈垢为主，使用酸性的清洗剂产品(例如美国威力狮公司推出的60119#冷却系统高效清洗剂)，才能全面满足目前中国市场的要求。目前市场中大多数的冷却系统清洗剂是碱性的，因此它只能够适应一小部分汽车的需要。
(2)处理方法
将设备与车子连接好后，把产品加入到发动机冷却系统中，确保达到正常工作温度的情况下工作大约30min，然后利用设备彻底更换旧防冻液。
2.渗漏故障的解决
(1)情况分析
水箱渗漏的形状主要有两种，一种是颗粒状，一种是条状。上下水管渗漏在排除损坏后，主要是龟裂老化；缸垫则主要是由于各种原因引起的串水，水进入油路等。
(2)水箱渗漏的处理方法
目前中国市场中有两大类制止水箱渗漏的产品。从工作原理上讲，一种是堵漏剂，一种是止漏剂。它们的区别是什么呢?
堵漏剂产品是一种类似于填充剂性质的化学物质，能够将渗漏部位全部堵住。而止漏剂产品则是一些植物纤维，利用表面张力将渗漏处堵住，然后在固化剂的作用下将之固定在渗漏位置，保证以后不再渗漏。对于水箱渗漏可以直接加入水箱止漏剂产品，切忌加入堵漏剂产品。
4 冷却系统的作用
冷却系统的功用是带走引擎因燃烧所产生的热量，使引擎维持在正常的运转温度范围内。引擎依照冷却的方式可分为气冷式引擎及水冷式引擎，气冷式引擎是靠引擎带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却引擎；水冷式引擎则是靠冷却水在引擎中循环来冷却引擎。不论采何种方式冷却，正常的冷却系统必须确保引擎在各样行驶环境都不致过热。
5 案例分析
一辆上海大众帕萨特B5 1.8L轿车，行驶里程2万km。该车发生了较为严重的
事故，更换了水箱、前保险杠及冷凝器等发动机前部零件。维修人员在维修中发现，缸体上的空调压缩机固定支架(图1)螺栓的螺纹孔因撞击发生断裂，且在缸体上部正时齿带张紧轮下方也有裂纹，为此他们对断裂部位进行了焊接修复。由于本站无铸铁焊接的设备，将此部分工作委托协作厂完成。
空调压缩机固定支架(图1)
维修完成后交付用户，但用户提车两天后返厂，报修防冻液液位报警，经检查膨胀罐内的液位低于下限约3cm。维修人员考虑到重新加注防冻液后，冷却系统有可能存在一些气体，在运行过程中排气后，液位可能会有所下降，于是对防冻液进行了补充，并进行了查漏，但没有发现冷却系统存在明显的泄漏部位。之后，交付用户，并建议用户继续观察。但时隔两天，此车因同样的故障再次返厂。维修人员仔细检查了三通(图2)、散热器、水泵、节温器、暖风小水箱及各水管的连接部位，均未发现泄漏迹象，检查机油也没有发现因进水导致油质变化的情况。为保险起见，维修人员再次更换了散热器及气缸垫。维修完成后，交付用户并建议用户注意观察液位现象，并在膨胀罐的液位位置做好标记以便观察。四天后，用户再次返厂，并反映此车在以时速180km/h行驶500km后防冻液位明显降低，但在市区内行驶液位下降不明显。
三通损坏 (图2)
根据用户反映的情况，维修人员仔细检查，发现气门室罩盖上方有像果冻似的咖啡色物质，怀疑是防冻液与机油的混合物，但检查机油油质未见异常。于是怀疑防冻液本身并没有进入润滑系统，而是防冻液蒸气进入气门室罩盖内附着在气门室罩上方。至此，维修人员对于故障的诊断出现了明显的分歧：一种意见认为，气门室罩内防冻液残留物是上次更换气缸垫时流入发动机油底壳的少量防冻液，在热车状态下蒸发至气门室罩内侧并冷凝形成；另一种意见认为，发动机水道存在微小的(甚至是只在热车才会出现的)向机油油道的回油孔渗漏的现象，由于回油部分几乎没有压力，所以有少量防冻液进入了机油，而机油没有进入冷却系统。
之后相关维修人员找到笔者帮助诊断故障，但这个故障确实不太容易判定。有迹象表明冷却系统的防冻液进入了机油，但这种现象又不很明显，而且之前更换了气缸垫，确实存在少量防冻液混入机油的可能。如何才能准确地诊断该故障呢?起初我们本想使用无损探伤仪来探察可能存在的故障点，但探伤主要用于检查零件表面的裂纹，对于油道孔内的裂纹难以检查。经过一番回忆，笔者回想起在大学《汽车构造》中提到过水压试验这种方法，但是此种方法没有详细的介绍，好像多用于制造厂的检验环节，在维修实际工作中几乎没有机会用到，且修理厂不是“财大气粗”的制造厂，缺乏相关的设备。但想来想去，也只有这种方法能够准确地定性分析故障，为此决定
试用此法。水压试验主要是将发动机所有的冷却液进出口封闭，只留下一个加压口。为了方便观察气缸垫的密封情况，还应将活塞、连杆及曲轴这些与水道无关又防碍观察的零件拆掉。之后将气缸体和气缸盖安装好，再向冷却系统打压0.4～0.5MPa并保持，此时即便是很轻微的渗漏也可以检查出来。另外，为了模拟发动机的运行温度，还可使用气焊对发动机轻微加热。为了更好地“示踪”，我们在封闭水道打压水中掺入了少量的洗衣粉。经仔细观察，终于有气泡冒出，根据冒出的气泡判断，裂纹非常细小。经过仔细地打压观察，虽然位置非常隐蔽，但在内窥镜的帮助下我们终于发现了裂纹，裂纹位于焊接修复部位内侧的发动机油道的回油孔内，至此故障终于得以定性。
铸铁材料的硬度比较高，但是相对比较脆，在对其进行焊接加工时容易出现温度剧烈变化引起的应力问题。这有点类似于玻璃，就像玻璃上的细小裂纹。如果温度剧烈变化可能会导致裂纹继续扩大。在缸体焊接时，如果焊接后的降温过快，可能会出现应力将缸体内部应力点附近结构强度较低的地方“拉裂”或使暗处的原有裂纹延伸。所以，对于铸铁零件的焊接工艺要求非常高，稍有不慎就会产生新的裂纹。此车的故障就是因为焊接应力造成裂纹延伸，甚至产生了新的裂纹造成漏水。此漏水处的水道向上正好通向气缸盖进入气门室，由于裂纹比较细小，车辆在长时间高温运转后，缸体温度较高，防冻液很可能更多的是以高温蒸气的形式窜入回油道，最终凝结在气门室盖内侧。虽然渗漏量非常小，但长时间运行也会造成防冻液缓慢地消耗。
在更换新的发动机缸体后，试车故障排除。
6冷却系统的维护
冷却系经过长时间的使用，加用生水或质量不高的防冻液，会在冷却系（散热器、缸体的水套）中产生大量的水垢、铁锈和泥沙，使冷却效率降低。因此，使用普通水的冷却系，每六个月应清洗一次。其他使用防冻液的冷却系的发动机，应在更换防冻液或大修发动机时，彻底清洗一次冷却系。
1.检查冷却液
在清洗冷却系时，如果发动机是热的状态，不要直接打开散热器盖，以防热水喷出烫伤。须等待发动机冷却后，再用抹布裹着打开散热器盖，如果散热器内还有残余压力，打开时会听到排气的声音，应注意防护。
如果冷却液不足，应补充开水到溢出为止。尽量避免加生水（添加生水会产生水垢）。如果冷却液变得污浊或充满水垢，应将冷却液全部放掉，并清洗冷却系。
2.清洗冷却系
（1）简单清洗。洗涤时，应放净旧冷却液，将发动机冷却系加满清洁水（自来水），起动发动机运转5min后放出。放出的水若比较污浊，应重复上述步骤直至水清为止。
（2）彻底清洗。当发动机散热性能不好、发动机冷却系水垢过多时，可使用专用的散热器清洗剂进行清洗。冷却系洗涤步骤如下：
起动发动机，使其温度达到正常的工作温度后，停止发动机转动并放净冷却液，将混有清洗剂的清洗液加入到冷却系中。起动发动机，使发动机温度达到正常工作温度并怠速运转2O-30min，然后使发动机停止转动，放出清洗液。
用清洁的水冲洗冷却系5min后将发动机内注满清洁的水，再起动发动机使其运转10min后放出即可。如果排出的液体较脏，应继续用清水反复清洗直到放出清水为止。
清洗冷却系时，如果发动机温度低于正常温度（85℃），则节温器阀不能打开，清洗液只做小循环，并不在散热器和缸体水套中循环。所以，必须保持在正常温度。
在清洗冷却系后，应再次检查散热器冷却液情况。如果发现散热器口有气泡出现，说明冷却系内混有空气。常见的原因是气缸内的气体进入冷却系，应到维修厂排除故障。
（3）冷却液使用注意事项。
冷却液及其添加剂均为有毒物质，切勿接触，并置于安全场所；冷却液的使用浓度（体积分数）为40%-60%；放出的冷却液不宜再使用，应严格按有关法规处理废弃的冷却液；凡更换缸盖、缸垫、散热器时，必须更换冷却液；发动机热态时，冷却系内仍处于高温高压状态。因此，此时切勿打开散热器盖以防烫伤；发现冷却液大量损耗，则必须待发动机处于冷态时，方可添加冷却液，以免损坏发动机；紧急情况下，若全部加入纯水，在低温地区则须尽快按规定添加冷却液添加剂，使冷却液浓度恢复正常状态以防止结冰造成零件损坏；冬季来临前应检查一下冷却液浓度，并按规定调配浓度，保证冷却液具有足够的防冻能力。
结论
汽车冷却系统对汽车来说是至关重要的,发动机就如同人类的心脏,如果不好好保护就会受到威胁,现在随着科技发展,冷却系统不像以往那样只是单纯的水冷循环,现在冷却系统智能控制很受欢迎,所以在以后的汽车发展中,单纯的冷却系统不会站主导位置了,虽然智能控制要求很高,但是在高级轿车中很实用,它代表着未来冷却系统的发现方向,智能冷却系统控制将会作为标准装置在汽车上,未来一段时间在冷却系统中将占主导位置;而智能控制将会提高发动机的使用寿命,保障汽车的安全行驶,提高人身安全等原因,将来智能控制冷却系统的发展将占主导位置.
参考文献
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