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漯河食品职业学院 毕业论文设计

漯河食品职业学院

毕 业 设 计（论文）

（ 2017 届）

设计（论文）题目 发动机冷却系统的维护
系 部 汽车工程系
班 级 14汽修2
学 生 姓 名 张 三
指 导 教 师 李 参

二0一七 年 三 月 十五 日
摘 要
一台发动机，冷却系统的维修率一直居高不下，往往会引起发动机其他构件损坏，特别是随着车辆行驶里程的增加，冷却系统的工作效率逐渐下降，对发动机的整体工作能力产生较大影响，对维护发动机常温下工作有着至关重要的作用。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。
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

目 录
1 引言 1
2 冷却系的概述 1
3 风冷却系 1
4 水冷却系统的组成及维护 2
4.1 冷却介质 3
4.2 水泵 4
4.3 节温器 4
4.4 风扇 4
4.5 散热器 5
4.6 汽缸水套及其他密封装置 5
4.7 冷却系统智能控制 5
4.7.1 系统组成 5
4.7.2 单片机控制系统工作原理 6
4.7.3 单片机系统控制过程 6
5 冷却系统的检修 7
6 温度设定点 7
6.1 提高温度设定点 8
6.2 降低温度设定点 8
结 论 9
参考文献 10
谢 辞 11

1 引言
一台发动机，冷却系统的维修率一直居高不下，往往会引起发动机其他构件损坏，特别是随着车辆行驶里程的增加，冷却系统的工作效率逐渐下降，对发动机的整体工作能力产生较大影响，冷却系统的重要性在于维护发动机常温下工作，尤如人体的皮肤汗腺，如果有一天，人体的汗腺不能正常工作，那么身体内的热量将无法散去，轻则产生中暑,重则休克。
2 冷却系的概述
冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
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。
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。
3 风冷却系
风冷却系是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。
发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。
由于汽车发动机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强发动机的冷却。为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，在发动机上装有导流罩和分流板和气缸导流罩。
虽然风冷却系与水冷却系比较，具有结构简单、重量轻、故障少，无需特殊保养等优点，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用。
4 水冷却系统的组成及维护
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，水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇、冷却液等组成。如图4-1所示。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 4-1 发动机的冷却系
(a)冷却系的布置示意图; (b)发动机机体内的水套
l-风扇;2-散热器;3-散热器出水管;4-水泵;5-节温器;6-进气管；7-风扇电机控制开关;8-空阀散热器进水管;9-旁通软管;10-蓄电池;11-点火开关;12-膨胀水箱;13-空调散热器出水管;14-散热器进水管;l5—风扇电机;I6-进气管底部水套；17-气缸盖水套;l8-气缸体水套;A-到空调散热器去;B-由空调散热器来

图4-2  冷却液循环路线示意图
4.1 冷却介质
冷却液指清洁的软水。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。
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]。
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，这里给您推荐驰耐普的S-510冷却系快速除垢剂，它可以迅速溶解冷却系统中形成的水垢、油泥和锈皮，恢复冷却系统的功能，使冷却液循环顺畅，防止过热、开锅而引发的发动机损坏及动力不足；另外，驰耐普的S-520冷却系防锈润滑剂也是一款不错的产品，它能防止冷却系统锈蚀和腐蚀，有效抑制水垢生成，润滑水泵、节温器，消除水泵异响，保护铜、铝、锡和其它金属部件，延长水箱寿命，防止水箱开锅，使发动机在正常温度下工作。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
因此选用正确的和及时更换冷却液对冷却系统是至关重要的。
4.2 水泵
发动机冷却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。因此皮带出现打滑、松弛、老化会影响冷却时泵的功率。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[2]。
4.3 节温器
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。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]。
4.4 风扇
为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装冷却风扇强制通风，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。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。由于电动风扇的电源不受点火开关的控制，当散热器中冷却液温度下降至93℃-98℃时风扇停转。如果发动机熄火后，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[4]。
4.5 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。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；因此要保持散热水箱的清洁，以防止因散热水箱堵塞带来的发动机冷却系统冷却液温度过高。
4.6 汽缸水套及其他密封装置
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。
只要是流体，都有泄漏的可能。因此在冷却系统的各个零部件之间的接口处应注意防漏，如涂密封胶，拧紧紧固卡圈，定时更换密封圈等[5]。
4.7 冷却系统智能控制
系统由于汽车运行过程中产生强烈的振动、热辐射和电磁干扰，因此对该系统电路有特殊要求：1.电路要有较高的抗振动能力，以适应不同路况、车况的要求。提高系统整体的可靠性和稳定性。2.电路应采取有效的防护隔离措施，以提高其抗干扰能力。
4.7.1 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。
4.7.2 单片机控制系统工作原理
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[6]。
4.7.3 单片机系统控制过程
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[7]。
5 冷却系统的检修
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[8]。
6 温度设定点
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。
6.1 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[9]。
6.2 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[10]。

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位置。

参考文献
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[2] 孔宪辉.张广坤。汽车故障诊断技术。北京：高等教育出版社,2002
[3] 张子波.汽车发动机构造与维修。北京：高等教育出版社，2005
[4] 陈家瑞等.汽车构造.北京:人民交通出版社,2003
[5] 黄虎等.现代汽车维修.上海:上海交通大学出版社,2001
[6] 王义春 杨英俊 谷中丽 混合动力车辆冷却系统优化设计（J）北京理工大学学报2004.1
[7] 高镜惠 花松 汽车发动机冷却系统的模糊控制（J）小型内燃机与摩托车2004.1
[8] 朱建军 郑国璋 汽油机冷却系统的改进（J）内燃机工程2003.6

谢 辞
时间过的很快，两年多的大学生活就这么结束了，有些匆忙、有些不舍，却也很充实。感谢我的随州职业技术学院让我有一段值得回忆的快乐充实的大学生活。
感谢我的班主任孔令普老师。他给予我学习上的指导和生活上的无私帮助，表示衷心感谢！
谢我的论文导师***老师，*老师在我写论文过程中为我提出了许多宝贵建议，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
最后，祝母校蒸蒸日上！祝所有老师工作顺利！

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