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结论…………………………………………………………………………………………11

谢辞…………………………………………………………………………………………12

参考文献………………………………………………………………………………13

汽车发动机冷却系统

摘要

本文论述了冷却系统的作用、组成、主要构造、工作原理、日常维护、故障的检测步骤和排除方法，同时论述了冷却系统系统化、模块化设计方法，以及冷却系统的智能控制，并举例做出简单介绍。

关键词

冷却系统、冷却系统维护、温度设定点、冷却系统智能控制

1发动机冷却系统的维护

1.1冷却系统的功用

发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达2200K~2800K，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。

冷却系统的功用就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。

冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷），如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。

而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。

由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。

1.2冷却系统的组成

水冷系由散热器盖、节温器、水泵、风扇、冷却水套和冷却强度调节装置等组成。

1散热器

功用：

增大散热面积，加速水的冷却。

冷却水经过散热器后，其温度可降低10～15℃。

为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。

安装位置：

大多安装在发动机及风扇的前方。

结构：

　散热器又称为水箱，由上贮水室、散热器芯和下贮水室等组成，有些还配有补偿水桶，补偿水桶通过橡胶管与散热器通气管相连。

当冷却液受热膨胀时，多余的冷却液通过橡胶管进入补偿水桶；

而当温度降低，散热器内产生真空时，补偿水桶内的冷却液及时返回散热器。

2节温器

功用：

根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。

安装位置　节温器装在冷却水循环的通路中，根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。

节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。

蜡式节温器的结构

蜡式节温器由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成。

蜡式节温器如图所示。

节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体。

中心杆上端固定在上支架的中心，其下部插入橡胶管的中心孔内，中心杆下端呈锥形。

橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡。

为了提高导热性，石蜡中常掺有铜粉和铝粉。

感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门。

主阀门上有通气孔，它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出，保证能加满水。

为了防止通气孔阻塞，有的加装一个摆锤。

3水泵

是对冷却水加压，使冷却水循环流动。

车用发动机多采用离心式水泵。

安装位置

水泵用螺栓固定在发动机前端面上。

通过皮带与曲轴带轮相连。

组成

主要由水泵壳、叶轮、水泵轴、轴承、水封等组成，如图所示。

1-凸缘盘2-轴承3-通气孔4-小循环进水道5-水封6-叶轮7-水泵轴8-水泵壳9-大循环进水道

4风扇

功用　

风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。

用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。

通常安装在散热器后面。

由皮带带动的风扇与水泵同轴，与水泵一起转动。

特点：

车用发动机的风扇轴流式和离心式。

轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；

离心式风扇所产生的风，其流向为径向。

轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。

因而在车用发动机上得到了广泛的应用。

车用发动机采用轴流式风扇的三种型式

结构特点：

叶片多用薄钢板压制而成，为4～6片，叶片间夹角一般不相等。

叶片与其旋转平面成30°

～45°

的安装斜角。

整体风扇在轿车和轻型载货汽车上应用较多。

近年来轿车上还采用了电动风扇。

5冷却强度调节装置

发动机由于使用条件（负荷、转速和环境温度）经常改变，冷却强度也必须不断地改变。

否则，会出现发动机过热或过冷现象而影响正常使用。

冷却强度通过两种方式调节：

一是改变通过散热器的空气量；

（靠百叶窗和风扇离合器来完成）

另一种是改变通过散热器的冷却液量。

（靠节温器来实现的）

1.3冷却系统工作原理

冷却系的功用就是使发动机在任何工况下都得到适度的冷却,从而保持在适宜的温度（冷却液温度）下工作。

1.4冷却系统的特点

传统冷却系统的作用是可靠地保护发动机，而还应具有改善燃料经济性和降低排放的作用。

为此，现代冷却系统要综合考虑下面的因素：

发动机内部的摩擦损失；

冷却系统水泵的功率；

燃烧边界条件，如燃烧室温度、充量密度、充量温度。

先进的冷却系统采用系统化、模块化设计方法，统筹考虑每项影响因素，使冷却系统既保证发动机正常工作，又提高发动机效率和减少排放。

发动机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。

最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系统，这样才能更好地保护发动机。

由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础，因此，发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态，如市区行驶和低速行驶时，会产生高油耗和排放。

通过改变冷却液温度设定点可改善发动机和冷却系统在部分负荷时的性能。

根据排气门周围区域温度极限值，可升高或降低冷却液或金属温度设定点。

升高或降低温度点都各有特点，这取决于希望达到的目的。

提高温度设定点

提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。

提高温度有许多优点，它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。

提高工作温度将提高发动机机油温度，降低发动机摩擦磨损，降低发动机燃油消耗。

研究表明，发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。

将冷却液排出温度提高到150℃，使气缸温度升高到195℃，油耗则下降4%-6%。

将冷却液温度保持在90-115℃范围内，使发动机机油的最高温度为140℃，则油耗在部分负荷时下降10%。

提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。

提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热气热传递传递的效果，降低冷却液的流速，减小水泵的额定功率，从而降低发动机的功率消耗。

此外，可采用不同的方式，进一步减小冷却液的流速。

降低温度设定点

降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率，降低进气温度。

这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。

降低温度设定点可以节省发动机运行成本，提高部件使用寿命。

研究表明，若气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3℃A而不发生爆震，充气效率提高2%，发动机工作特性改善，有助于优化压缩比和参数选择，取得更好的燃油效率和排放性能。

1.5冷却系统的维护与检修

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？

国内一些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，需要注意的是我们在次所说的水冷却其冷却介质并不是单纯的水，

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。

正确维护发动机的冷却系统，应了解经常出现的几种冷却系统故障：

1、由于冷却液水质不好，水箱中经常会出现锈污和水垢，它们积聚在水箱通道结合处、弯角处，阻碍水流畅通，造成散热不良，如果出现这种情况，应及时清洗干净，日常加水时，尽量加清洁软水，如果用除垢防锈液，养护效果会更好，维护时清除冷却系水垢措施:

可采用2%苛性钠水溶液加入冷却系统，使汽车行驶一天后全部放出，再用清水冲洗；

然后再加入同样苛性钠溶液，使用一天后放净，最后用清水冲净即可。

也可在冷却系统中加满清水后，从膨胀箱的加水口加入1kg苏打，让汽车行驶一天放净后，使发动机低速运行，并不断从加水口加入清水，即可彻底清除水垢。

2、漏水，只要是流体，都有泄漏的可能，汽缸水套中的水一旦发生泄漏，水温表的水温就会急剧上升，出现这种情况，您一定要及时采取必要的措施，以免发生不必要的麻烦。

总的来讲，冷却系统还有很多故障，不能一一列举。

一般情况下，各位车主应遵循这样一个原则，车辆每行驶1000千米，就应查看一下发动机的工作情况。

另外，汽车刚停车时，不可立即打开水箱盖，以免出现烫伤的情况。

常见引起发动机过热的原因有:

冷却空气流量减少（如散热器阻塞等）；

散热风扇不工作；

低速上坡，环境温度过高；

V型皮带过松，转动效率差；

以及缸体有水垢，节温器失效，水泵损坏，热敏开关失灵等。

为防止冷却液温度过高，在使用中必须保持散热器和水套清洁、冷却液数量充足、风扇皮带张紧适当，以防发动机在负荷工作时间过长。

必须注意以下要点:

1.保持冷却系（尤其散热器）外部和内部清洁，是提高散热效能的重要条件。

散热器外部沾有泥污或碰撞变形，均合影响风量流通，使冷却液温度过高，必要时清洗或修复。

2.按规定使用防冻冷却液，保持冷却液数量充足。

正确的冷却液液面高度:

当发动机处于冷态时，冷却液液面在膨胀箱内，位于最高和最低标志之间。

膨胀箱内装有自动液位报警传感器，当箱内液面过低时、位于仪表板上的冷却液温度报警灯问烁，应及时予以添加。

3.应保持风扇皮带张紧力适当，风扇正常工作。

皮带过松影响水循环，加剧其磨损；

过紧易损坏轴承。

4.热敏开关连接良好，若有松动会影响风扇换档变速及正常运转；

如果发现冷却系溢水，应及时检查节温器技术状况。

5.防止发动机大负荷、长时间工作，以免水温过高；

上坡及时换档，减轻负荷。

汽车长时间坡道行驶、挡住低或是环境温度较高时，应注意散热。

更换冷却液时，将仪表板的暖风开关拨至右端使暖风控制阀全开，拆下冷却液膨胀箱盖，松开水泵口软管夹箍，拉出冷却液软管，放出冷却液后再将软管夹箍拧紧。

在膨胀箱中加入冷却液，直到液面高度与最高标志齐平为止。

拧紧膨胀箱盖。

启动发动机，直到风扇运转，将发动机熄火，检查冷却液高度，必要时补充。

膨胀箱内冷却液不能注满，加注1/2即可，一般使用2年左右更换一次。

2冷却系统的发展

2.1系统组成

该系统由电控冷却风扇、电控节温器、电控导风板、微控制机构组成。

电控冷却风扇由电动机驱动；

电控节温器利用电加热引起双金属片变形，由双金属片变形带动节温阀旋转运动，来改变大小循环；

电控导风板由双向电动机通过传动机构使之打开或关闭；

微控制机构是利用89C51开发的单片机控制系统。

2.2系统工作原理

由温度传感器感受发动机水温的变化，同时把温度信号转变为同其成反比关系的电压模拟信号。

这些信号经过处理（电容器低通滤波、校正和电压跟随器耦合）送入A/D转换器（ADC0809）中INO信号通道。

由A/D转换器把采集来的模拟电压信号转换为数字信号并读入单片机，89C510单片机89C51根据不同的输入信号分析处理去控制驱动电路，实现对节温器继电器、导风板继电器和风扇继电器的控制。

即可实现对发动机冷却能力的智能控制。

2.3 

系统控制过程

当发动机预热时（发动机水温（70℃），单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号，使其完成如下操作。

a.电控冷却风扇不工作；

b.电控导风板关闭状态；

c.电控节温器处于小循环状态。

由于导风板关闭，冷却风扇不工作，以至冷却空气不能进入散热器；

同时节温器处于小循环（加热电阻丝通电），发动机水温上升很快。

当水温升至75℃，单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号，使电控节温器的加热电阻丝断电（让其进入大循环控制状态）。

当水温达到80℃时，单片机又发出指令，使电控导风板处于敞开状态。

此时可充分利用汽车行驶迎面风对散热器的冷却作用，尽量减少冷却风扇的工作时间。

当水温高达95℃时，单片机经数据分析发出控制指令使电控冷却风扇工作，而让节温器仍处于大循环状态，导风板仍处于敞开状态。

这时冷却系统的冷却能力最大，实现快速降温。

当发动机水温降至89℃时，单片机根据采样数据分析处理发出控制指令，使执行元件完成以下操作。

a.电控冷却风扇不工作；

b.电控导风板处于敞开状态；

c.电控节温器处于大循环状态。

这样，直到发动机水温返升至95℃，电控冷却风扇又重新工作。

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,冷却系统不象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地位。

参考文献

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[9]姚美红.新型汽车传感器检测.辽宁科学技术出版社2003

[10]王银.汽车传感器使用与检测.金盾出版社.2007

致谢

时间过的很快，两年的大学生活就这么结束了，有些匆忙、有些不舍，却也很充实。

感谢我的母校让我有一段值得回忆的快乐充实的大学生活。

谢我的论文导师，指正了我论文中的诸多不足，使我的论文得以顺利完成，在此对导师的细心指导表示衷心感谢！

在两年的大学生活中还有很多老师和同学给予我学习和生活上的帮助，在此我向他们表示我衷心地感谢！

最后，祝母校蒸蒸日上！

祝所有老师工作顺利！