寶馬發動機冷卻系統汽車檢測維修畢業論文(已修改)

　

【正文】 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 1 學號 畢業論文（設計） □ 畢業論文 □ 畢業設計 □ 畢業實習報告 （請在相應的文章類型中打 “√” ） 寶馬發動機冷卻系統 √ 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 2 目 錄 前言 ………………………………………………………………………… …… …… 3 1 .寶 馬 發動機冷卻系統的工作原理 ?????????? ??????? ??? 4 冷卻系統的作用 ???????????????????? ???? 4 冷卻系統的組成 ? ???????????????????? ??? 4 冷卻系統工作過程 ???????????????????????? 5 N54 發動機調節冷卻功率的主要部件 ??????????? ????? 9 2 寶 馬 發動機冷卻系統的常見故障及診斷方法 ………… ………… ……………… 11 冷卻系統 常見故障的分類 ???????????????????? ? 11 冷卻系統常見故障的診斷及分析 ????????????? ????? ? 12 冷卻系統的構造及維護 ?????????????????? ? 20 3. 結論 ……………………… …………………………………………… ……… 22 4. 謝辭 ????????????????????????? ???? 23 5 參考文獻 ??????????????????????????? 23 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 3 寶馬發動機冷卻系統 （廣西職業技術學院 汽車工程 系 徐子奇 ） 摘 要： 本論文論述了寶馬 發動機冷卻系統的工作原理 ，還介紹了 N54 發動機調節冷卻功率的主要部件 ，并 列舉 了 寶馬發動機冷卻系統的常見故障及診斷方法 ， 進行了仔細的故障分析和維修過程 ， 解決發動機冷卻系統 存在的具體問題。目的就是為了對發動機冷卻系統進行深刻透徹的分析， 使得在實 際維修中得到更好的經驗和方法。從而使發動機冷卻系統更出色的工作，提高汽車的動力性和經濟性， 提高汽車的使用壽命 。 關鍵詞： 冷卻系統 工作原理 故障 診斷 前 言 司機朋友常會說： “ 我要去加點水，才跑長途。 ” 那么為什么要加水呢？ 加水干什么 呢 ？ 其實加的 就是冷卻系統的冷卻液，不過并非什么水都可以加進去，越是嬌貴的車對水質的要求越高。有位車主見野 外泉水很清澈，就讓車喝了個夠。結果沒多久，發動機發燒了，原來泉水含有大量礦物質，產生了大量水垢。可見，水質好壞相當重要。這就好像人生病了，醫生讓你多喝點水是一樣的，汽車也一樣，也需要水，這就是我們常說的防凍液，汽車散熱不良就得生病，小病吃點感冒藥就行了，比如加水 ，換些小零件（水溫傳感器、水 泵 、水管等），大病就得花大價錢了， 如活塞拉缸、爆震、缸體沖床內漏、產生的嚴重噪聲、加速動力下降等等，都是由于汽車發動機的工作溫度異常，壓力過大，冷卻系統狀況不良而造成 的 。 可見冷卻系統 對于發動機來講是非常重要的。 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 4 1 寶 馬 N54 發動機冷卻系統的工作原理 冷卻系統的作用 是保證發動機可以迅速達到理想的工作溫度，并且無論環境和工作條件如何變化，始終保持在這一溫度范圍。無論是在極冷或極熱的條件下，無論是在交通堵塞的城市環境中還是在高速公路上全速行駛，發動機必須能夠同樣高速地運轉。現代的高效率發動機對于工作溫度有著極其精確的要求。盡可能高效率地利用燃油對于尾氣排放的控制系統也很重要 。 冷卻系統的 組成 依照冷卻的方式可分為氣冷式引擎及水冷式引擎，氣冷式引擎是靠引擎帶動風扇及車輛行駛時的氣流來冷卻引擎；水冷式 引擎則是靠冷卻水在引擎中循環來冷卻引擎。不論采何種方式冷卻，正常的冷卻系統必須確保引擎在各樣行駛環境都不致過熱。 目前 寶馬 N54 發動機上采用的是水冷 卻 系 統 . 水冷卻系統一般由散熱器、節溫器、水泵、水道、風扇等組成。散熱器負責循環水的冷卻，它的水管和散熱片多用鋁材制成，鋁制水管做成扁平形狀，散熱片帶波紋狀，注重散熱性能，安裝方向垂直于空氣流動的方向，盡量做到風阻要小，冷卻效率要高 。 散熱器又分為橫流式和垂直流動兩種 （圖 11） ，空調冷凝器通常與其裝在一起 。 圖 1— 1 散熱器形式 寶馬 N54 發動機的冷卻系統由一個水冷系統和一個單獨的機油冷卻系統組成。將這兩種冷卻系統分開可防止通過發動機油將熱量傳遞到 發動機冷卻液內。 N54 發動機采用的是冷卻液橫流方案 （圖 12） 。 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 5 圖 12 冷卻液橫流方案 冷卻系統工作過程 1． 3． 1 當發動機溫度較低時，發動機進行小循環，此時循環回路為電動冷卻液泵 發動機缸體和廢氣渦輪增壓器 特性曲線式節溫器 — 電動冷卻液泵。 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 6 1． 3． 2 當發動機溫度較高時，發動機進行大循環，此時循環回路為電動冷 卻 液泵— 發動機缸體和 廢氣 渦輪增壓器 — 散熱器 — 特性曲線式節溫器 — 電動冷卻液泵。 1． 3． 3 發動機油的冷卻循環回路為發動機油冷卻器 — 發動機缸體 — 發動機油冷卻器 節溫器 — 發動機油冷卻器 （圖 13） 。 圖 13 冷卻系統工作情況 1． 3． 4 變速箱油的冷卻循環回路為電動冷卻液泵 — 變速箱冷卻器 — 變速箱油冷卻器 — 變速箱油冷卻器節溫器 — 特性曲線式節溫器 — 電動冷卻液泵。 1． 3． 5 當使用空調時，此時循環回路分為兩個為：一個為大循環，另一個為電動冷卻液泵 — 發動機缸體和廢氣渦輪增壓器 — 暖風熱交換器 — 特性曲線式節溫器 — 電動冷卻液泵。 1． 3． 6 更換冷卻系統的部件以后，在添加冷卻液完畢后，需要對冷卻系統進行排氣，此時冷卻液循環回路為儲液罐 — 特性曲線式節溫器 — 電動冷卻液泵 — 發動機缸體和廢氣渦輪增壓器 — 散熱器 — 排氣 管路 — 儲液罐。 N54 發動機 與其他 3 升汽油發動機相比，這種發動機的功率可提高到 ,因此其熱量明顯增大。這種框架條件要求采用具有更高效率的發動機冷卻系統。 雖然有些因素影響了冷卻效果，但仍實現了提高功率的目標。例如： ● 由于增壓空氣冷卻器安裝在散熱器下方，因此氣流面積大約減小 15%； ● 因安裝其他部件而進一步限制了原本就較小的發動機室安裝面積 ； ● 由于廢氣渦輪增壓器通過冷卻液冷卻，因此增壓器的熱量會傳遞到系統內 （圖14）。 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 7 圖 14 發動機增壓空氣冷卻器 N54 發動機的增壓空氣冷卻系統用于提 高功率和降低耗油量，增壓空氣在冷卻器里最多可以降低 80℃，這樣可以提高增壓空氣的密度從而達到更好的燃燒室充氣效果，由此可降低所需要增壓的壓力，此外還能降低爆燃危險提高發動機功率。 N54 發動機的空氣風門控制裝置只在需要時打開水箱百葉窗，以此調節用于發動機和機油冷卻的供氣。 N54 發動機 的空氣風門控制裝置由空氣風門和水箱百葉窗驅動裝置以及 4 芯插頭連接組成。 在車頭中 最多 可以安裝 2 個水箱百葉窗，空氣風門控制裝置一般分為三類： ● 通過電磁鐵的被動式空氣風門控制裝置 ● 通過伺服馬達（水箱百葉窗驅動裝置）的主動式空氣 風門控制裝置 ● 主動式和被動式空氣風門控制裝置（用于上部水箱百葉窗的驅動裝置和用于下部水箱百葉窗的電磁鐵） 發動機控制單元將不斷計算所需的制冷功率，并且只有在冷卻空氣的實際需求量較高時，才打開水箱百葉窗。 在行駛模式下通過關閉水箱百葉窗可縮短發動機的暖機階段 ，因為在封閉更好的環境中可以更快達到工作溫度。通過水箱的氣流隨著行駛速度的增大產生較高的空氣阻力，在較高的速度范圍內通過關閉水箱百葉窗可以改善空氣流動性能，于是降低耗油量并因此減少排放值。 N54 發動機采用的是通過伺服馬達 (水箱百葉窗驅動裝置 )的主動 式空氣風門控制裝置，水箱百葉窗驅動裝置通過脈沖寬度調制信號（ PWM 信號），由發動機控制單元進廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 8 行控制，通過總線端 為水箱百葉窗驅動裝置供電。 水箱百葉窗與一個調整機構連接，通過此調整機構將水箱百葉窗的各個葉片移動到相應位置。 水箱百葉窗有兩個位置： ● 水箱百葉窗關閉 ● 水箱百葉窗打開 水箱百葉窗驅動裝置是一個直流馬達，發動機控制系統通過 LIN 總線（局域互聯網總線）與水箱百葉窗驅動裝置連接。 水箱百葉窗驅動裝置的標準值列表如下： 大小 數值 電壓范圍 9 至 16V 脈沖寬度調制頻率 180 至 220Hz 最大消耗電流 溫度范圍 40 至 120℃ 冷卻液溫度傳感器旋入在冷卻液泵的殼體內，它將冷卻液溫度或者連同發動機油溫度一起轉換為電氣參數（電阻器 ） ，在此，將使用帶有負溫度系數 (NTC)的電阻器。 冷卻液溫度這一測量參數可用于進行以下計算：噴射量和怠速標準轉速。 在進行溫度記錄時，使用的是與溫度有關的電阻器。該電路包括一個分壓器，可對其測量與溫度有關的電阻值。通過傳感器專有的特性線，將換算出溫度值。 在冷卻液傳感器中安裝了一個熱導體 (NTC)，其電阻值隨著溫度的升高而降低。電阻值根據溫度在 167000 歐姆至 150 歐姆之間變化，對應于 40℃至 130℃之間。 冷卻液溫度傳感器通過一個 2 芯插頭進行連接，傳感器中的熱導體是由發動機控制系統提供 5V 電壓的一個分電器電路的組成部分。 冷卻液傳感器的額定值列表如下： 參數 值 25℃時的額定電阻 2252 歐姆 廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 9 耗電 1mA 響應時間 15s 溫度分辨率 1 至 +1℃ 最大輸出電流 20mA 溫度范圍 40℃至 150℃ N54 發動機可通過控制以下部件根據負荷調節冷卻功率： 水泵和節溫器 圖（ 5） N54 發動機采用 的 冷卻水泵是 一個電動 離心式水泵 ，功率為 400W,最大輸送量為9000L/h,當水泵葉輪旋轉時，水泵中的冷卻液被葉輪帶動一起旋轉，并在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時產生一定的壓力，然后從出水管流出 （圖 5） 。在葉輪廣西 交通 職業技術學院畢業論文（設計） 10 的中心處由于冷卻液被甩出而壓力下降，散熱器中的冷卻液在水泵進口與葉輪中心的壓差作用下經進水管流入葉輪中心。葉輪由鑄鐵或塑料制造，葉輪上通常有 6～ 8 個徑向直葉片或后彎葉片。水泵殼體由鑄鐵或鋁鑄制，進、出水管與水泵殼體鑄成一體。 強制冷卻液循環的部件是水泵， 寶馬 N54 發動機的水泵 由 電動機 帶動，推動冷 卻液在整個系統內循環 ， 這些冷卻液對發動機的冷卻，要根據發動機的工作情況而隨時調節。當發動機溫度 較 低的時候，冷卻液就在發動機本身內部做小循環，當發動機溫度 較 高的時候，冷卻液就在發動機 — 散熱器之間做大循環。實現冷卻液做不同循環的控制部件是節溫器。可以將節溫器看作一個閥門，其原理是利用可隨溫度伸縮的材料（石蠟或乙醚之類的材料）做開關閥門，當水溫高時材料膨脹頂開閥門，冷卻液進行大循環，當水溫低時材料收縮關閉閥門，冷卻液 進行 小循環。 特性線節溫器有一個加熱電阻位于其中的蠟元件內，發動機控制向這個加熱電阻供電，由此將會使 蠟元件膨脹，并通過彈簧的彈力關閉從汽缸蓋的入口 。該彈簧的任務是在蠟元件冷卻時，將特性線節溫器壓回到靜止位置。發動機冷機狀態下的冷卻循環是經過汽缸蓋的入口，通過特性線節溫器進入通向冷卻液泵的回流管。 發動機控制單元根據發動機負荷和溫度傳感器信號相應地控制電動冷卻液泵，電動冷卻液泵的電子控制裝置自動調節轉速，冷卻液泵的馬達由系統的冷卻液環繞清洗，以此對馬達和電子控制裝置進行冷卻，用冷卻液對電動冷卻液泵的軸承進行潤滑。 電 風扇 為了提高散熱器的冷卻能力，在散熱器后面安裝風扇強制通風。以前的轎車散熱器風扇 是由曲軸皮帶直接帶動的，發動機啟動它就要轉，不能視發動機溫度變化而變化，為了調節散熱器的冷卻力，要在散熱器上裝上活動百 葉 窗以控制風力進入。 寶馬 N54 發動機使用 電子風扇，當水溫比較低時 溫度傳感器不發出信號電子風扇不接通電源 ， 電子風扇不 轉 動，當水溫比較高時溫度傳感器 發出信號， 接通電源， 電子 風扇轉動。，電子風扇由電動機直接帶動，由溫度傳感器控制電動機運轉。這兩種形式的散熱器電扇運轉實際上都由溫度傳感器控制。 電動風扇由發動機控制單元通過一個脈沖寬度信號來控制它的轉速（ 7 至 93%）小于7%或大于 93%的