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1、宝马冷却系统毕业论文辽宁省交通高等专科学校毕业设计文件设计论文题目：宝马发动机冷却系统系部：汽车工程系 专业：汽车检测与维修姓名：_班级：_学号：17完成期限2012年5月15日至年6月13日指导教师职称_讲师1.概述 32.宝马发动机冷却系统的工作原理 31.冷却系统的作用 32.冷却系统的组成 33.N54发动机调节冷却功率的主要部件 83.宝马发动机冷却系统的常见故障及诊断方法 121.冷却系统常见故障的分类 112.冷却系统常见故障的诊断及分析 123.冷却系统的构造及维护 204.结论 235.谢辞 23.概述司机朋友常会说：“我要去加点水，才跑长途。”那么为什么要加水呢？加水干什么

2、 呢？其实加的就是冷却系统的冷却液，不过并非什么水都可以加进去，越是娇贵的车对水 质的要求越高。有位车主见野外泉水很清澈，就让车喝了个够。结果没多久，发动机发烧 了，原来泉水含有大量矿物质，产生了大量水垢。可见，水质好坏相当重要。这就好像人 生病了，医生让你多喝点水是一样的，汽车也一样，也需要水，这就是我们常说的防冻液, 汽车散热不良就得生病，小病吃点感冒药就行了，比如加水，换些小零件（水温传感器、 水泵、水管等），大病就得花大价钱了，如活塞拉缸、爆震、缸体冲床内漏、产生的严重 噪声、加速动力下降等等，都是由于汽车发动机的工作温度异常，压力过大，冷却系统状 况不良而造成的。可见冷却系统对于发动

3、机来讲是非常重要的。.宝马N54发动机冷却系统的工作原理1.冷却系统的作用：是保证发动机可以迅速达到理想的工作温度，并且无论环境和工作条件如何变化，始 终保持在这一温度范围。无论是在极冷或极热的条件下，无论是在交通堵塞的城市环境中 还是在高速公路上全速行驶，发动机必须能够同样高速地运转。现代的高效率发动机对于 工作温度有着极其精确的要求。尽可能高效率地利用燃油对于尾气排放的控制系统也很重 要2.冷却系统的组成：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

4、确保引擎在各样行驶环境都不致过热。目前宝马 N54发动机上采用的是水冷却系统.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。（图1）宝马N54发动机的冷却系统由一个水冷系统和一个单独的机油冷却系统组成。将这两种冷却系统分开可防止通过发动机油将热量传递到发动机冷却液内。 N54 发动机采用的是冷却液横流方案5R引说誤翥引说明1(冷却潯f空气萨交换昶】9

5、跋风皓交換器2变空歸逾却詐冷却潢r空气茹交換祈10&班盖出二运度峙蛭器3散昭訂岀口总度转嚏丽11发爺杭谊冷却關巧渥初4(址功机油:空T拓交按垦125变虫笔油冷抚基命逼樂受变逹需沐启度控制13掛殊管躍6特哼旦注式节常話14(冷抻潘i蛮谨箱油枫奩康帚7电詢冷却逝幕158(1).当发动机温度较低时，发动机进行小循环，此时循环回路为电动冷却液泵 -发 动机缸体和废气涡轮增压器-特性曲线式节温器一电动冷却液泵(2).当发动机温度较高时，发动机进行大循环，此时循环回路为电动冷却液泵一发 动机缸体和废气涡轮增压器一散热器一特性曲线式节温器一电动冷却液泵。(3).发动机油的冷却循环回路为发动机油冷却器一发动机

6、缸体一发动机油冷却器发动机油冷却N54发动机装有一个功率较大的发动机油冷 却器.摆动滑阀泵将机油从油底壳输送至机油节温器一发动机油冷却器在机油滤清器壳体上通过法兰国克有一个节温 器，用于释放机油进入发动机油冷却器内。E92 的崑动机油冷却希安装在右测车轮星内节温 器可通过发动机油冷却器供洽管路与回流管路 之间的短路旁通.减小抑制机油流动的阻力 这样可确保更可盘更迅連地进行发动机暧机=图(3)(4).变速箱油的冷却循环回路为电动冷却液泵一变速箱冷却器一变速箱油冷却器 变速箱油冷却器节温器一特性曲线式节温器一电动冷却液泵(5).当使用空调时，此时循环回路分为两个为：一个为大循环，另一个为电动冷却液

7、 泵一发动机缸体和废气涡轮增压器一暖风热交换器一特性曲线式节温器一电动冷却液泵。(6).更换冷却系统的部件以后，在添加冷却液完毕后，需要对冷却系统进行排气， 此时冷却液循环回路为储液罐一特性曲线式节温器一电动冷却液泵一发动机缸体和废气涡轮增压器一散热器一排气管路一储液罐N54发动机与其他3升汽油发动机相比，这种发动机的功率可提高到 75.5KW/L,因此其热量明显增大。这种框架条件要求采用具有更高效率的发动机冷却系统。虽然有些因素影响了冷却效果，但仍实现了提高功率的目标。例如：(1)由于增压空气冷却器安装在散热器下方，因此气流面积大约减小 15%(2)因安装其他部件而进一步限制了原本就较小的发

8、动机室安装面积(3)由于废气涡轮增压器通过冷却液冷却，因此增压器的热量会传递到系统内茨压空宅冷总图(4)N54发动机的增压空气冷却系统用于提高功率和降低耗油量，增压空气在冷却器里最多可以降低80C,这样可以提高增压空气的密度从而达到更好的燃烧室充气效果， 由此可降低所需要增压的压力，此外还能降低爆燃危险提高发动机功率。N54发动机的空气风门控制装置只在需要时打开水箱百叶窗，以此调节用于发动机和 机油冷却的供气。N54发动机的空气风门控制装置由空气风门和水箱百叶窗驱动装置以及 4芯插头连接组成。在车头中最多可以安装 2个水箱百叶窗，空气风门控制装置一般分为 三类：(1)通过电磁铁的被动式空气风门

9、控制装置(2)通过伺服马达(水箱百叶窗驱动装置)的主动式空气风门控制装置（3）主动式和被动式空气风门控制装置（用于上部水箱百叶窗的驱动装置和用于下部水 箱百叶窗的电磁铁）发动机控制单元将不断计算所需的制冷功率，并且只有在冷却空气的实际需求量较高 时，才打开水箱百叶窗。在行驶模式下通过关闭水箱百叶窗可缩短发动机的暖机阶段，因为在封闭更好的环境中可 以更快达到工作温度。通过水箱的气流随着行驶速度的增大产生较高的空气阻力，在较高 的速度范围内通过关闭水箱百叶窗可以改善空气流动性能，于是降低耗油量并因此减少排 放值。N54发动机采用的是通过伺服马达 （水箱百叶窗驱动装置）的主动式空气风门控制装 置，水

10、箱百叶窗驱动装置通过脉冲宽度调制信号（PWM言号），由发动机控制单元进行控 制，通过总线端KI.87为水箱百叶窗驱动装置供电。水箱百叶窗与一个调整机构连接，通过此调整机构将水箱百叶窗的各个叶片移动到相 应位置。水箱百叶窗有两个位置：（1） 水箱百叶窗关闭（2） 水箱百叶窗打开水箱百叶窗驱动装置是一个直流马达，发动机控制系统通过 LIN总线（局域互联网总线）与水箱百叶窗驱动装置连接。控制水箱百叶窗时要考虑下列评价标准：（1） 冷却液温度（冷却液温度传感器和水箱出口温度传感器）（2） 变速箱油温（3） 机油温度（4） 电子节温器的电流（5） 负荷信号（6） 发动机转速（7） 行驶速度（8） 电动风

11、扇转速（9） 挂车识别水箱百叶窗驱动装置的标准值列表如下:大小数值电压范围9 至 16V脉冲宽度调制频率180 至 220Hz最大消耗电流2.2A温度范围-40 至 120 C冷却液温度传感器旋入在冷却液泵的壳体内，它将冷却液温度或者连同发动机油温度 一起转换为电气参数(电阻器)，在此，将使用带有负温度系数 (NTC)的电阻器。冷却液温度这一测量参数可用于进行以下计算：喷射量和怠速标准转速。在进行温度记录时，使用的是与温度有关的电阻器。该电路包括一个分压器，可对其测量 与温度有关的电阻值。通过传感器专有的特性线，将换算出温度值。在冷却液传感器中安装了一个热导体(NTC)，其电阻值随着温度的升高

12、而降低。电阻值根 据温度在167000欧姆至150欧姆之间变化，对应于-40 C至130C之间。冷却液温度传感器通过一个2芯插头进行连接，传感器中的热导体是由发动机控制系统提 供5V电压的一个分电器电路的组成部分。冷却液传感器的额定值列表如下:参数值25 C时的额定电阻2252欧姆耗电1mA响应时间15s温度分辨率-1 至+1C最大输出电流20mA温度范围-40 C 至 150C3.N54发动机可通过控制以下部件根据负荷调节冷却功率 ：(1)水泵和节温器K3- - i贮匚山岂*三*31索引 谏明 畫壮说明V 3 电干模城2 电机图（5）N54发动机采用的冷却水泵是一个电动离心式水泵，功率为 4

13、00W,最大输送量为9000L/h,当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下 被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。在叶轮的中心处由于 冷却液被甩出而压力下降，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经进水 管流入叶轮中心。叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有 68个径向直叶片或后弯叶片。水泵壳体由铸铁或铝铸制，进、出水管与水泵壳体铸成一体。强制冷却液循环的部件是水 泵，宝马N54发动机的水泵由电动机带动，推动冷却液在整个系统内循环，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。当发动机温度较低的时候，冷却液 就在发动机

14、本身内部做小循环，当发动机温度较高的时候，冷却液就在发动机一散热器之 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，冷却液进行小循环。 特性线节温器有一个加热电阻位于其中的蜡元件内，发动机控制向这个加热电阻供电，由 此将会使蜡元件膨胀，并通过弹簧的弹力关闭从汽缸盖的入口。该弹簧的任务是在蜡元件 冷却时，将特性线节温器压回到静止位置。发动机冷机状态下的冷却循环是经过汽缸盖的 入口，通过特性线节温器进入通向冷却液泵的回流管。

15、发动机控制单元根据发动机负荷和 温度传感器信号相应地控制电动冷却液泵，电动冷却液泵的电子控制装置自动调节转速， 冷却液泵的马达由系统的冷却液环绕清洗，以此对马达和电子控制装置进行冷却，用冷却 液对电动冷却液泵的轴承进行润滑。（2）电风扇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叶窗以控制风力进入。宝马 N54发动机使用电子风扇，当水温比较低时温度传感器不发出信号电子风扇不接通电源，电子风扇不转 动，当水温比较高时温度传感器发出信号，接通电源

16、，电子风扇转动。，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。电动风扇由发动机控制单元通过一个脉冲宽度信号来控制它的转速（ 7至93%小于7%或大于93%勺脉冲负载参数都不会触发控制，而只会被用于故障识别。水箱风扇转速受 冷却液出口处的冷却液温度和空调器中的压力影响。随着行驶速度的上升，风扇的转速将 会逐渐降低。在电动风扇空转时，发动机控制系统将频率降到10Hz,通过脉冲负载参数可以选择时 间（最长11分钟）和风扇转速。电动风扇的驱动装置是一个无刷电机。电动风扇有一个自己的分析电子装置，并通过 一个按脉冲宽度调制的信号调节转速。

17、正常运行时的脉冲负载参数 （100Hz）被转换成转速信号。7%永冲负载参数：待机模式（分析电子装置保持清醒） 11%永冲负载参数：最小风扇转速（33%额定转速）93%永冲负载参数：最大风扇转速97%永冲负载参数：用于分析电子装置自诊断的命令电动风扇允许的工作温度介于-20 C至120C之间，静态压力介于 0和0.8bar之间. 一般情况下，电子分析装置对临界状态进行一次内部故障诊断。如果识别到某个故障，则 尽可能永久地保持运行。如果通过控制脉冲宽度调制的控制失效，则用一个固定脉冲负 载信号控制电动风扇紧急运行。（3）散热器散热器的功率取决于散热面积，散热器兼作储水及散热作用，在此之上还装有膨胀

18、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。N54发动机散热器芯片的厚度比一般的散热器要厚，水管之间的距离也比其他的发动 机小一些，这样就保证了它拥有足够大的散热面积。 95 JC高级模蛊如弋高级 KFT碘武:智菲卑拭逗管理系统发掘了新的潜力上一节仆绍了热量管理系统的不同温度范Efch 电驱功冷茁锻聂还員有其它功能 现在可以在冷却港不祷新的悄况下实现產机= 冷却荊泵可以在关闭发动机后jg缭谨行

19、.以俺 社療下表列出了这类冷劃灌痕的优点；耗油屋由于冷耳液未进行循环阖此可以更映逐机由于与没有这种:热量筲譯系统的发动权柜比在港负荷时冷 却能力更强*丙此提高了压缩比排放量-由于显善隆低泵转送（20、井因而将冷却港休积瀛量降 至最低，因此可以更快醸机减小嘩攘功率减少耗油星截少排旅呈功翠部件冷却与转11无关*根碼需要调节冷却満泵功率*遼豹功率撮失毎直性忧化体积渡量-根据需寒提髙加牌功甲-发动机静止时的余热利用部件保护电韵潼却液囊继续运行=愷关闭后处于热态的发韵机和 環闫涡轮增压器更好地锻热有关冷艺纜逞建約拾施耳昱乔內春冷却瀚F皇 杜童管弄丧统 组含“表眾示 苗恬宇率 障代麦幼机 浹力壹姑辭 TK

20、广Q 运厅燻式 内容 功率 镇止离合爲ns116117苗件倔护118器件保护11Q120器件保胪121122器件保护12312韶件帰护125肾塔環式126肾总哩式1271281西开店豹0%系统保护IS果歳功机览行期WJ縛却液血岌勖机油浪廈过 离”就盘翳羽生辆的累屋功能*以價为发动机 冷却塞连望供史多虬量.乂谨免产生陡k夏寺 加的殳埼有主发劫n诂溢盧的措施和显示内容童説机油 然呈管环系逐 TOEL :口运打橫式帝合*盍显示也148开烙时0 %弄培时0 %149150韶忤滋护11鄙件保护152部件保于1S3韶件民护从此n起朗154部件保护癖耒旺100 %155156部件保护U1S7F15B索啟項或

21、5 51S9启用160蟲急哽式岩用161豔争楼式启用162整菊时大约启用163%瀚启用三.宝马N54发动机冷却系统的维护及常见故障的诊断 ：1.冷却系统常见故障的分类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，发动机冷却系统 的主要故障有三种：第一种为发动机水温过高甚至开锅；第二种为发动机水温过低；第三 种为发动机冷却系统泄漏。发动机冷却系统过热的原因有多种，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。发动机水温过低的原因有百叶窗

22、处于常开位置，风扇控制装置失效，节温器工作不正 常，水温表和水温传感器工作不正常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。2.冷却系统常见故障的诊断及分析（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.防冻液必须清洁，必常加水时，尽量加清洁软水，如果用除垢防锈液，养护效果会更好 要时跟换。【车 型】10款宝马740Li领先型【故障现象】 凉车着车后水温报警灯亮，热车报警灯熄灭。【故障诊断与排除】打开机舱盖检查冷却液液面正常，初步判断电脑有故障，用 ISTA检测，

23、未发现故障。分析电路图，发现冷却液储液罐有冷却液不足传感器，于是打开储液罐发现：该传感器依 靠两根探针泡在液面里，利用冷却液进行导通从而形成回路；如果液面低于金属探针，则 形成短路。可液面正常，问题出在哪儿呢？经仔细检查发现冷却液浑浊，金属探针表面很 脏。分析后得出结论：凉车加之金属探针污浊，形成回路困难，导致水温报警；热车后金 属探针的导电能力增强，探针能够形成回路水温不再报警。将金属探针清洗干净，第二天 试车后发现故障不存在了，报警灯熄灭。【车型】09款宝马740Li豪华型【故障现象】 电子扇始终高速转动，机油温度报警灯亮【故障诊断与排除】首先打开机舱盖检查冷却液的液面高度，经检查发现液面

24、正常，这样就把冷却液排除 掉了，接着连上数据线，用ISTA对车辆进行检测，未发现任何异常，紧接着对节温器进 行检测也没有发现任何异常，然后对水温传感器进行检测也没有发现任何异常，这事就开 始怀疑是不是散热器出现了问题，将散热器从车上拆下来进行检测，结果发现散热器循环 不通畅，散热器里面有水垢阻碍了冷却液的循环，接着从库房取出一个新的散热器安到车 上，结果发现，电子扇转速正常了，报警灯也不亮了，至此这个故障就解决了。（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。【车型】09款宝马7

25、40Li领先型【故障现象】 发动机的水路串到了油路中【故障诊断与排除】车主是个女士，换机油，换胎、加液、定期保养、定期更换都做的不错，但是在加防 冻液上未注意，使用了市场上绿色的劣质防冻液，在第二个保养周期时，更换了一些劣质 防冻液，慢慢地发动机出现了烧机油的现象，车辆在加油的过程中出现了噪音大等不太容 易察觉的恶化现象，直到有一天来维修站补漆的时候，在打开防冻液准备加水时发现壶里 面全是浆糊状的黄色糊糊，修理人员告诉她，你的冷却系统中串进了油。不过发现的比较 早，不然一般人在使用中发现车辆突然熄火，会继续点火的，直到将水全部进入汽缸，把 活塞、连杆全部顶废！ ！所以6万公里在接近中尾期的时候

26、，突然地经常烧机油、熄火一定要谨慎，拉开油尺看看有没有水泡、看看冷却水壶有没有油泡泡。打开机盖后：很明显左边的水路已经串油，右边的水路还能看到明显劣质绿色防冻液！（宝马车正规的防冻液是蓝色的），车友都认真检查下哦，很要命的！ ！这台车的故障发现得很及时，未出现拉缸、顶缸 ！如果是你在路上出现熄火的话，嘿 嘿，估计她是继续点火的！缸面保养得不错、光亮无痕！车主平时换油比较及时，用油都是全合成机油 最后进行中修。（3）风扇、继电器、节温器、水泵、保险丝等故障，应定期检查，以免发生不必要的麻烦和故障。【车型】09款宝马740Li领先型【故障现象】 停车熄火后，冷却风扇狂转不停【故障诊断与排除】宝马7

27、40Li领先型，此车开着一直挺好，最近发现风扇有故障， 基本情况是这样的：某天起来发现电瓶没电，后来找了部其他车把电瓶搭了一下，车子就 正常了。经过几天的仔细观察，发现是停车熄火后，冷却风扇狂转不停，半小时，一小时 也不停，需重新打火，熄火2-3次才会停。检查节温器、水泵、冷却液面、水箱的散热 情况，都没什么问题，最后怀疑是风扇继电器坏了，最后换了个风扇继电器，故障排除。【车型】09款宝马740Li豪华型【故障现象】 水温过高，水温表达到100度，风扇不转【故障诊断与排除】开启空调压缩机，大小两个风扇立马高速运转，却不见水温有明 显下降！手摸发动机与风扇之间的两根橡胶水管，发现一根很烫，另一根

28、冰冷，初步判断是节温器出毛病了！发动机内的水温是由节温器控制大小循环而实现恒定温度值 90度的。更换节温器后故障排除。【车型】09款宝马E71 X6 SAV ,3.0L , N54发动机【故障现象】据客户反映，车辆正常行驶中突然出现加速无力现象，仪表中出现发动机功率下降的 提示，红色冷却液报警灯点亮。此车曾在维修站做过保养。【故障诊断与排除】对车辆进行检查，首先查看冷却液的量，液位正常。连接 ISTA进行整车检测，DM系统内存储风扇电机的故障记录，于是维修人员判断是散热器风扇电机出现故障，导致发 动机温度过高，从而使发动机功率下降。从维修资料中得知风扇电机是 600 W的大功率电机，转动风扇电

29、机的叶片没有卡滞的现象，当前的气温也不是很高，风扇的散热负荷并不 大，而且该车行驶里程很少，风扇电机不应该有故障。替换同型号的风扇电机，利用诊断 仪直接驱动风扇电机，结果电机没有运转，看来不是风扇电机的问题。Ml图（6）宝马车系的电气检修对诊断仪的依赖程度较高，于是按照宝马的诊断维修流程，利用 诊断仪中的维修检测计划对此故障进行了逐步的分析和判断，结果还是认为风扇电机故障或线路故障。根据风扇控制电路图（图 6）,可以看出如果风扇电机不转，除了电机本身 故障外，还需要检查风扇继电器、乘客侧熔丝盒中的风扇熔丝（ 60 A）、后部熔丝盒中的风扇继电器控制信号熔丝（5 A）以及发动机控制单元的接地控制

30、和其他相关线路。检查 后部熔丝盒中的5 A熔丝正常，测量风扇继电器1号端子有12 V电源，但继电器的X17278 脚却没有12 V电源，而正常情况下X17278处是30号常电源提供的12 V电源。接着检查 乘客侧熔丝盒中的60 A熔丝，但是在熔丝盒中并没有发现 60 A熔丝。这就奇怪了！从电 路图上可以看到乘客侧熔丝盒的 X16817脚确实是风扇的电源供应线，看来问题出在熔丝 盒内部。拆卸熔丝盒并解体，发现熔丝盒内部有 4个大功率熔丝并联在一起（图6），其中就有要找的60 A熔丝。测量其他3个熔丝都导通正常，而60 A的熔丝两端断路，看 来故障点找到了。图（7）故障排除：由于大功率熔丝无法单独更换，于是更换了乘客侧熔丝盒总成，试车风扇 运转正常。回顾总结：虽然故障已经排除，但笔者却有一些疑问。这种大功率熔丝既然与熔丝盒 设计在一起，其可靠性应该是很高的，那么熔丝断路的原因