汽車運用技術畢業設計(論文-汽車發動機冷卻系統分析(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 更是如此。如圖 47所示。電動風扇由風扇電動機驅動并由蓄電池供 電，所以風扇轉速與 發動機轉速 無關。在有些電控系統中，電動風扇由電腦控制。冷卻液溫度傳感器向電腦傳輸與冷卻液溫度相關的信號。當冷卻液溫度達到規定值時，電腦使風扇繼電器搭鐵，繼電器觸點閉合并向風扇電動機供電，風扇進入工作。電動風扇的優點是結構簡單，布置方便，不消耗發動機功率使燃油經濟性得到改善。此外，采用電動風扇不需要檢查、調整或更換風扇傳動帶，因而減少了維修的工作量。 圖 47 電動風扇結構示意圖 （ 3） 節溫器 ① 節溫器 的功用 節溫器 是控制冷卻液流動路徑的閥門。如圖 48所示。當發動機冷起動時，冷卻液的溫度較低，這時 節溫器 將冷卻液 流向散熱器的通道關閉，使冷卻液經水泵入口直接流入機體或氣缸蓋水套，以便使冷卻液能夠迅速升溫。如果不裝 節溫器 ，讓溫度較低的冷卻液經過散熱器冷卻后返回發動機，則冷卻液的溫度將長時間不能升高，發動機也將長時間在低溫下運轉。同時，車廂內的暖風系統以及用冷卻液加熱的進氣管、化油器預熱系統都在長時間內不能發揮作用。 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 13 圖 48 節溫器 ② 節溫器 結構及工作原理 當冷卻液溫度低于規定值時， 節溫器 感溫體內的石蠟呈固態， 節溫器 閥在彈簧的作用下關閉發動機與散熱器間的通道，冷卻液經水泵返回發動機，進行 小循環 。當冷卻液溫度達到規定值后，石蠟開始熔化逐漸變成 液體，體積隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時對推桿作用以向上的推力。由于推桿上端固定，因此，推桿對膠管和感溫體產生向下的反推力使閥門開啟。這時冷卻液經由散熱器和 節溫器 閥，再經水泵流回發動機，進行 大循環 。其大小循 環路線如圖 49所示。 圖 49 節溫器改變冷卻液流向示意圖 ③ 節溫器 的布置 一般 水冷系統的冷卻液都是由發動機的機體流進，從氣缸蓋流出。因此大多數 節溫器 布置在氣缸蓋出水管路中。這種布置方式的優點是結構簡單，容易排除冷卻系統中的氣泡。其缺點是 節溫器 在工作時會產生振蕩現象。例如，在冬季起動冷發動機時，由于冷卻 液溫度低， 節溫器 閥關閉。冷卻液在進行 小循環 時，溫度很快升高， 節溫器 開啟。與此同時 ，散熱器內的低溫冷卻液流入機體，使冷卻液又冷了下來， 節溫器 閥重新關閉。等到冷卻液溫度再度升高， 節溫器 閥又再次打開。直到全部冷卻液的溫度穩定之后， 節溫器 閥才趨于穩定不再反復開閉。 節西安航空職業技術學院 畢業設計論文 14 溫器 在短時間內反復開閉的現象稱作 節溫器 振蕩。當出現這種現象時，將增加汽車的燃油消耗量。 節溫器 也可以布置在散熱器的出水管路中。這種布置方式可以減輕或消除 節溫器 振蕩現象，并能精確地控制冷卻液溫度，但其結構復雜，成本較高。多用于高性能的汽車及在冬季經常高速行駛的汽車上。奧迪 100型轎車發動機的 節溫器 即布置在散熱器出口的管路中。 （ 4)水泵 ① 水泵的功用 水泵的功用是對冷卻液加壓，保證其在冷卻系統中循環流動。 ② 水泵的基本結構及工作原理 汽車發動機廣泛采用離心式水泵。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。在葉輪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。 ③ 水泵的典型構造如圖 410所示。 ④ 水泵的驅動 水泵一般由曲軸通過 V帶驅動。傳 動帶環繞在曲軸帶輪和水泵帶輪之間，因此水泵轉速與 發動機轉速 成比例。奧迪 100型轎車發動機的水泵即由曲軸通過 V帶驅動，水泵轉速為曲軸轉速的 。有些發動機的水泵由凸輪軸直接驅動。 圖 410 水泵組成 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 15 該車是 2021款別克 GS轎車，已行駛了 10萬 km，平時經常下牧區，經常水溫過高而影響使用。 根據維修經驗，對于夏季 出現的水溫過高。故障，首先應先檢查散熱器和冷凝器外觀。如果散熱器和冷凝器表被雜物堵塞，造成空氣無法流通，發動機水溫就會過高。經仔細觀察，發現散熱器和冷凝器的散熱片間隙已完全被塵土和蜘蛛網狀物堵塞。由于別克 GS轎車車聲前部的碰撞吸能去較大，加之散熱器格柵的空氣導流板是橫向布置的，所以雜物很容易留在散熱器和冷凝器表面。清除堵塞午后試車，情況有所好轉，但發現發動機水溫仍然過高。 因手上沒有專用檢測工具，只好憑經驗目視察冷卻系統的技術狀況經檢查，發現水溫達到 106℃時電子風扇能夠正常低速運轉，但水溫達到 110℃時， 只有右側電子風扇高速運轉，左側電子風扇則不轉。 檢查電子風扇電源線上的熔斷絲，沒有損壞。用手晃動發動機艙熔斷絲盒中為左側電子風扇提供打鐵的 9號繼電器，左側電子風扇能工作，因此懷疑線路有虛接現象。檢查風扇電機上的插頭和發動機線束側 C105插頭，未發現異常。拆下發動機艙熔斷絲盒上線束插頭中的 C11插頭及插座燒毀。 冷凝器和散熱器的兩側帶有密封條，加之表面被雜物堵塞，空氣流通差，因此增加了電子風扇的工作負荷，在成風扇電機啟動瞬間電流過大，進而燒毀接觸不實的線束插頭。比較常見的是燒毀發動機倉容斷絲和后部的線束插頭， 或前橫梁中部的 C105插頭。如果插頭燒毀，就會早場水溫過高的故障。可見，車輛在今日夏季之前清洗散熱器是非常重要的工作。 徹底清洗散熱器表面，更換熔斷絲盒并修理線束，經試車故障排除。 線束插反引起的故障 一輛 2021款別克君威 ，行駛里程 km。該車故障指示燈點亮。 用故障診斷儀 Tech2調取故障碼，故障碼為 P0481，含義為散熱器風扇繼電器2控制電路故障。用 Tech2控制散熱器風扇，左、右側電子風扇低速運轉，但高速時左側電子風扇不轉。 檢查電子風扇熔絲，發現 21號告訴電子風扇熔絲（ 15A）損壞。檢查線路，沒有發現短路的地方。測量左側電子風扇的電阻為 ，右側為 ，均符合標準。用手轉動電子風扇沒有卡滯現象。目視檢查電子風扇葉片，沒有發現異物。 筆者經仔細思考后認為，左右側電子風扇電阻不一樣，他們的啟動電流也不相同，測量他們的工作電流或許能夠找到故障所在。用感應式電流表測量正常車西安航空職業技術學院 畢業設計論文 16 輛電子風扇的電流高速運轉時左側風扇的啟動電流為 33A，右側為 。檢測故障車電子風扇的電流僅為 9A，這么小的電流熔絲就被熔斷，說明電子風扇電機與熔絲不匹配。觀察電子風扇線束，發現嫻熟及顏色都不正常，嫻熟 的布置也很不合理，筆者認為可能是左右側電子風扇的線束插頭插反了。 將右側電子風扇線束插頭對調后試車，故障排除。事后詢問客戶，得知該車曾發生過碰撞事故，在其他修理廠進行過鈑金和噴漆作業，看來是修理時留下了故障隱患。 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 17 水冷式發動機通常采用閉式強制循環冷卻系統 ,主要由冷卻水套、水泵、風扇、散熱器、節溫器、循環管路等組成。由于組成冷卻系統部件眾多且結構復雜 ,加上發動機運行工況的多樣性 ,其 影響因素也是多方面且錯綜復雜的。總體來說 ,影響冷卻系統的主要因素主要有循環冷卻水量、冷卻空氣流量、冷卻水道結構和散熱效率。 循環冷卻水量和冷卻空氣流量主要由散熱量決定。對于諸如發動機燃燒室等嚴重受熱的零部件以及一些關鍵的區域 ,循環水量的控制就顯得尤為重要 ,這不僅與水泵的特性、冷卻水套結構密切相關 ,同時還與冷卻水水溫有關 ,因為冷卻水高溫沸騰產生的氣泡阻力對循環水量有著顯著的影響。空氣流量主要與風扇直徑、轉速、葉片形狀、流阻特性、水箱與風扇葉片相對位置以及機艙背壓等因素有關。合理而有效的冷卻水道結構能減少流動過 程的渦流、節流等損失 ,提高關鍵區域流速的同時避免非關鍵區域的過度冷卻 ,從而大大提高冷卻效率。散熱效率則主要與散熱器、中冷器等主要散熱部件有關 ,要求散熱器具有足夠的散熱面積。以上幾個因素并非孤立的 ,而是相互影響和相互制約的 ,需要綜合考慮。目前 ,高功率密度的增壓柴油機由于熱負荷和熱應力過高 ,依然存在關鍵區域冷卻不足、零件熱疲勞失效、過熱產生裂紋等問題。發動機冷卻系統冷卻過度和冷卻不足都會造成發動機可靠性下降 ,零部件磨損加劇 ,熱量不平衡等問題 ,影響發動機的動力性和經濟性。因此 ,現代發動機的冷卻系統要求能滿足各種工 況下運轉時的散熱需要 ,保證關鍵區域具有足夠的冷卻 ,又要降低整機的散熱量 ,減小對冷卻系統的散熱要求 ,提高能量利用率 ,使發動機具有良好的經濟性。 由于冷卻系統對發動機性能的影響日益顯著 ,通過對冷卻系統的不斷改進來提高發動機性能已成為一種有效的手段。對柴油機冷卻系統的研究有兩個方面 :一方面是以提高冷卻效率為目的的系統本身的研究 ,包括系統各缸水流分布、各部件結構設計、冷卻散熱系統合理匹配、系統控制等 ,稱為外冷卻研究 。另一方面是研究冷卻系統關鍵零部件的熱負荷及其可靠性 ,它更 注重研究固 — 液耦合問題 ,稱為內冷卻研究。目前 ,發動機冷卻系統的發展趨勢主要有以下幾個方面。 冷卻系統的智能化和可控化 目前 ,大部分發動機冷卻系統仍屬于傳統的被動系統 ,只能有限地調節發動機和汽車的熱分布狀態。但隨著電子技術和計算機技術的飛速發展 ,電控零部件西安航空職業技術學院 畢業設計論文 18 技術成熟 ,冷卻系統的智能化和自動化成為可能。 傳統的冷卻系統中采用機械驅動的冷卻水泵和冷卻風扇 ,冷卻介質流量取決于發動機轉速 ,而非發動機實際運行時冷卻量需求 ,顯然無法實現對發動機水溫在全運行工況內的合理控制。此外 ,這些部件耗功嚴重 ,比如風扇消耗的功 率可以達到發動機總功率輸出的 10%。采用電子驅動及控制的冷卻水泵、風扇、節溫器等部件 ,可以通過傳感器和計算機芯片根據實際的發動機溫度控制運行 ,提供最佳的冷卻介質流量 ,實現冷卻系統部件的智能化和可控化 ,同時降低能耗 ,提高效率。 ElenaCortona等人開發出的電動冷卻系統中 ,除了用電動冷卻水泵取代傳統機械冷卻水泵 ,同時還用電控智能節溫器取代傳統的節溫器 ,并開發出與這些電動部件相應的優化控制策略。通過臺架試驗對比研究發現 ,在冷機起動的情況下 ,新的冷卻系統能夠顯著縮短暖機時間 ,大大提高暖機溫度。另外 ,智能節溫 器對冷卻液的良好控制允許冷卻系統有較高的出水溫度。在相同的配置和冷卻要求下 ,電動水泵的能量消耗僅為機械水泵的 16%,即使考慮到電能的轉換效率只有機械能效率的一半 ,整個冷卻系統的能量消耗仍可降低 2/3左右 ,優勢十分明顯。 HoonCho等人用電控冷卻水泵取代傳統機械水泵 ,利用試驗和模擬對比分析發現 ,通過控制水泵轉速并提高電控水泵效率 ,功率消耗降低量超過 87%,若將水泵轉速提高至最大值時 ,可降低散熱器尺寸超過 27%,對提升發動機性能和燃料經濟性潛力很大。 ValeoEngineCooling公司較早開發出了 一種可變速冷卻風扇發動機 ,其風扇速度能根據冷卻液溫度和空氣調節循環參數來調整 ,從而能夠降低噪聲和燃料消耗。國內郭新民等人對汽車智能化聲明 ,這對于提高發動機的熱效率等很有幫助。 發動機冷卻介質流動的合理組織 發動機的冷卻介質主要包括水腔內冷卻液和空氣側冷卻空氣。 水腔內冷卻水流動的組織 閉式強制循環冷卻方式中 ,水腔內冷卻水流動的組織是直接影響冷卻效果的主要因素。改進發動機冷卻水套結構 ,尋求適當的冷卻水流量、壓力以及合理的流場分布成為高強化發動機研究開發中不可缺少的重要環節。 1992年提出了“精確冷卻”的概念，即利用最少的冷卻以達最佳的溫度分配。精確冷卻系統的設計關鍵在于確定冷卻水套的尺寸，選擇匹配的冷卻水泵，保證系統的散熱能力能夠滿足發動機低速大負荷是關鍵區域工作溫度的需求。研究表明，采用精確冷卻冷卻系統，在發動機整個工作轉速范圍，冷卻液流量可下降40％。尤其適用于機體內縱向流動的精確冷卻，體現在冷卻水套的結構設計與冷西安航