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汽车冷却系统论文


2011 届汽车运用专业毕业论文

毕 业 论 文(设计)

题目:汽车发动机冷却系统维护 所在院系 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 日期 年 月 日 目 录摘要 ………………………………………………………………………………1 关键词 ……………………………………………………………………………1 1 引言…………………………………………………………………………………2 2 冷却系统的作用……………………………………………………………2 3 冷却系统的组成………………………………………………………………2 4 冷却系统的构造及维护……………………………………………………………2 5 冷却系统的工作原理……………………………………………………………4 6 冷却系统的特点……………………………………………………………………4 6 冷却系统的检修……………………………………………………………………4 8 冷却系统智能控制……………………………………………………………………6 8.1 系统组成……………………………………………………………………6 8.2 单片机控制系统工作原理……………………………………………………………6 8.3 单片机系统控制工作过程……………………………………………………………6 结论…………………………………………………………………………………10 谢辞…………………………………………………………………………………11 参考文献 ………………………………………………………………………12 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 引言: 如果一台发动机,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。 3 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
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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 4 冷却系统的构造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,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
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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,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。 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, 这里给您介绍驰耐普的 s-530 冷却系止漏剂,它对于冷却系统的修复和保护作用等同于“99
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超强修复剂”和“s-201” ,对于发动机的修复和保护,对于阻止水箱、散热器、水泵、节温 器等部件的渗漏是独到的,它可与任何冷却液相融使用,并可减缓冷却系统杂质的产生。 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。 5 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 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 当发动机工作时,在水泵 4 的作用下,进入水泵 4 中的冷却液被压入缸体水套 l8 中,并进 入缸盖水套 l7 中,然后经缸盖侧向水道进入进气管底部的水套 16 中,对进气管 6 进行加热,以 促进其中的混合气中的汽油蒸发、 混合。 在进气管 6 的后端装有节温器 5,在冷却液温度低于 82℃时,节温器阀门关闭,冷却液仅经空调散热器进水管 8、空调散热器、空调散热器出水管 l3 流入散热器出水管 3。如果空调暖风开关处于关闭,冷却液则不流经空调散热器,而直接由 空调散热器进水管 8 经旁通管 9 流进散热器出水管 3,最后进入水泵 4,即进行小循环;在冷却 液温度高于 82℃时,节温器阀门打开,冷却液除进行上述小循环外,还经散热器进水管 8 流入 散热器 2 中冷却降温,再沿散热器出水管 3 流入水泵 4,即进行大循环。冷却液如此不断地循 环流动,就使得发动机能在适宜的温度下进行工作。冷却液的循环路线如图 2-2 所示。 图 2-2 冷却液循环路线示意图 图 3-3

散热器盖 (a)压力阀打开; (b)真空阀打开 1-溢流管;2-压力阀弹簧;3-压力阀;4-散热器加 水口;5-真空阀 6 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。 6.1 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。 6.2 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
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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。 6.3 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。 7 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 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。 8.1 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。 8.2 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
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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。 8.3 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。 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. 谢 辞 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 谢我的母校黑龙江旅游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 辅导员 xxx 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!祝 x 老师工 作顺利,桃李满天下! 谢我的论文导师,xx 老师,x 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, 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! 参考文献 [1] 杨万福.发动机原理与汽车性能.北京:高等教育出版社,2004 [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
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[5] 黄虎等.现代汽车维修.上海:上海交通大学出版社,2001

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