汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)水溫偏高的原因及診斷策略研究

王挺

摘 要：本文詳細(xì)解析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)及主要部件的性能，分析了汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中高水溫的原因，并從簡單預(yù)測(cè)了一些有效的故障診斷方法，從而避免因?yàn)樵斐傻睦鋮s系統(tǒng)出現(xiàn)問題，給汽車駕駛員和修理企業(yè)或者修理人員造成損失。

關(guān)鍵詞：汽車;冷卻系統(tǒng);發(fā)動(dòng)機(jī);故障;診斷策略

中圖分類號(hào)：U472.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷更新?lián)Q代，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率也逐漸提高，但是在獲得更高轉(zhuǎn)速和大功率的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷也越來越大。而良好的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)是保證這種大的熱負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作的前提條件。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的原理

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的作用

目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多采用強(qiáng)制循環(huán)的水冷卻系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部都有水套。水泵將冷卻水從發(fā)動(dòng)機(jī)外部吸入加壓，使冷水在水套內(nèi)流動(dòng)，帶走鄰近部件的熱量。冷卻水吸熱后自身溫度升高，進(jìn)入車前端的散熱器內(nèi)。汽車在行駛過程中空氣流動(dòng)加快，再加上風(fēng)扇的抽吸作用，外界冷空氣帶走散熱器內(nèi)冷卻水的熱量。當(dāng)散熱器中的冷卻水得到冷卻后，在水泵的作用下，又再次進(jìn)入水套。如此循環(huán)不斷地冷卻了發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件。

當(dāng)汽車以60 km/h的速度行駛時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)活塞每分鐘要上下運(yùn)動(dòng)4～5千次左右，燃油會(huì)有約一半能量以熱量的形式散失，與高溫氣體直接接觸的機(jī)件（如缸套、缸蓋、活塞等）將受熱而急劇升溫。其中的運(yùn)動(dòng)部件受熱膨脹后會(huì)破壞了正常配合間隙，將導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低而損壞、潤滑失效而卡死，所以必須對(duì)氣缸加以冷卻。當(dāng)然如果冷卻過度也不可取，會(huì)造成氣缸充氣量減少、燃燒不正常、功率下降、油耗增加及潤滑不良等影響。汽車?yán)鋮s系存在的目的就是要使發(fā)動(dòng)機(jī)在合適的溫度下正常工作。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的過冷和過熱

通常情況下，汽車?yán)鋮s系統(tǒng)是根據(jù)此車型在某一常用工作狀況下而設(shè)計(jì)的，然而汽車使用條件復(fù)雜而且多變。例如在夏季溫度高、發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速的條件下，需要加強(qiáng)冷卻，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱;而在寒冷的冬季，機(jī)油的粘度變大，阻力也變大，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)也就變得很困難，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要合適的高溫;另外，發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷高轉(zhuǎn)速的條件下，還需要降低冷卻效果。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)得不到充分冷卻，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)過熱，會(huì)產(chǎn)生很多不良后果。例如：機(jī)械強(qiáng)度降低，甚至可能出現(xiàn)熱變形，破壞零件之間的配合間隙，造成零件磨損嚴(yán)重，達(dá)到磨損極限時(shí)，還可能發(fā)生零件斷裂事故。高溫也會(huì)引起氣缸壁機(jī)油變質(zhì)，使之失去潤滑性能，甚至結(jié)焦。高溫還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)下降，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低。另外，氣缸套和活塞的最大熱負(fù)荷受潤滑條件的限制，溫度超過240℃，機(jī)油就會(huì)發(fā)生碳化，使活塞環(huán)膠結(jié)失去彈性并刮傷缸壁，磨損加劇;輕金屬活塞的熱應(yīng)力是受溫度制約的，隨著溫度的增加，鋁合金的強(qiáng)度將很快降低，溫度達(dá)到380℃～500℃以上，就不可能保證可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

反之，冷卻系統(tǒng)的冷卻能力過強(qiáng)，也是非常有害的。發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，散熱損失的熱量多，發(fā)動(dòng)機(jī)工作的熱效率低，功率下降而耗油增加;零件過冷，膨脹量不足，相互之間的配合間隙大，零件在運(yùn)動(dòng)過程中相互碰撞，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音增大且加快磨損速度：冷卻溫度低，會(huì)惡化混合氣的形成和燃燒，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，增加機(jī)油粘度和摩擦功率。

綜上，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱和過冷都是不利的，理想的冷卻系統(tǒng)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種不同環(huán)境溫度和運(yùn)轉(zhuǎn)工況下具有最佳的熱狀態(tài);既有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，又有良好的工作可靠性。通常采用密閉式冷卻系統(tǒng)并采用防凍液，則冷卻溫度會(huì)提高到110℃～130℃。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)水溫偏高的原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)高水溫有很多原因，最常見的高溫故障如下：

2.1 冷卻系統(tǒng)部件致使高溫故障

冷卻系統(tǒng)容易出現(xiàn)的常見故障有：節(jié)溫器失效、水泵損壞、散熱器損壞、冷卻液泄漏、氣阻影響等。以冷卻液泄露為例，通常冷卻液變少，蒸發(fā)僅是冷卻液損失的一小部分，大部分是冷卻液的滲漏流失。冷卻液滲漏主要有兩種形式：外滲和內(nèi)滲。外滲的主要原因可能為出水口或進(jìn)水口接頭接縫處破裂或冷卻水管腐蝕破裂、松脫。內(nèi)滲的主要原因有可能時(shí)氣缸蓋緊固螺栓松動(dòng)或者因?yàn)閴|片損壞，水套鑄件產(chǎn)生裂紋等導(dǎo)致內(nèi)滲。這類故障就是由于冷卻系統(tǒng)零件或者耗材失效出現(xiàn)的故障，這類故障較其他易于分析和排除也更易于預(yù)防。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)異常發(fā)熱致使高溫故障

這類故障常見的有發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷過大、發(fā)動(dòng)機(jī)噴油或者點(diǎn)火提前角過遲、水道堵塞或設(shè)計(jì)不良等。我們以發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過遲為例，發(fā)動(dòng)點(diǎn)火過遲會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)作用在燃燒室活塞上的機(jī)械能變少，而部分沒有做功的混合氣會(huì)在燃燒室外產(chǎn)生熱量，一部分被尾氣排出，另一部分就被冷卻系統(tǒng)以熱量帶走。如果發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的熱量超出了冷卻系統(tǒng)中散熱負(fù)載，發(fā)動(dòng)機(jī)即高溫。

2.3 冷卻系統(tǒng)電路致使高溫故障

隨著汽車電氣化程度變高，冷卻系統(tǒng)的電路也隨之復(fù)雜。常見的故障有，水溫傳感器故障，水溫電路故障、顯示儀表故障、ECU水溫模塊故障等。最新的發(fā)動(dòng)機(jī)電控冷卻系統(tǒng)還由直流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的電子風(fēng)扇和電子水泵來代替?zhèn)鹘y(tǒng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中的機(jī)械水泵和機(jī)械風(fēng)扇，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子節(jié)溫器代替?zhèn)鹘y(tǒng)蠟式節(jié)溫器，用微控制器作為控制單元。這樣，風(fēng)扇和水泵的轉(zhuǎn)速將不再受制于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇和水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的完全解耦;節(jié)溫器的開啟與閉合也將全面與石蠟節(jié)溫器無關(guān)。通過溫度傳感器獲取冷卻液的溫度，微控制器通過將當(dāng)前溫度和預(yù)設(shè)定溫度進(jìn)行比照，控制電子風(fēng)扇、電子水泵以及電子節(jié)溫器的協(xié)調(diào)動(dòng)作，將冷卻液的溫度始終控制在最適宜的范圍內(nèi)，從而達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)溫度閉環(huán)精確控制的目的，使汽車的排放性、耐久可靠性和燃油經(jīng)濟(jì)性得到明顯改善。傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)電路故障本身并不復(fù)雜，但是隨著汽車模塊電路的變的復(fù)雜，會(huì)增加檢測(cè)手段和方法，冷卻系統(tǒng)故障卻變得更加難于排除。

2.4 汽車其它模塊造成的高溫故障

隨著汽車舒適性的增加，汽車變的復(fù)雜，其他模塊的散熱也趨于需要散熱，如果散熱不良也會(huì)出現(xiàn)高溫故障。比如：渦輪增壓中冷散熱、汽車空調(diào)冷凝器散熱、自動(dòng)變速器散熱、混動(dòng)車輛電池組和電機(jī)散熱等都可能會(huì)引起散熱系統(tǒng)故障。

例如：變速箱離合器打滑，產(chǎn)生了額外的熱量，變速箱散熱油路流量不足等。

3 冷卻系統(tǒng)故障排除及診斷策略

下面以汽車實(shí)際高溫故障為例，分析汽車高溫故障診斷流程，供大家參考。

根據(jù)客戶反映，某汽車行駛過程中出現(xiàn)水溫警告燈亮的情況。試車初步檢查，判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)故障，需要對(duì)冷卻系進(jìn)行檢修。

3.1 診斷過程

（1）檢查是否冷卻水量缺少。加注冷卻液，試車，水溫度依然較高，說明問題不在這里。（2）檢查是否冷卻系內(nèi)是否有未完全排完的空氣。查閱資料此車型是帶回水管的自動(dòng)排空氣設(shè)計(jì)，只要回水管道不堵塞，水流順暢，不需要人工排氣。試車，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，回水管流水回膨脹水箱，說明管路未堵塞。（3）檢查節(jié)溫器。判斷是否是冷卻系統(tǒng)的節(jié)溫器故障。先可用手與水箱直接接觸，如果冷卻系統(tǒng)的冷卻液溫度過高，而同時(shí)進(jìn)入水箱的溫度存在較大差異，即可判定節(jié)溫器出現(xiàn)故障。其次，通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)量冷卻液溫度，把節(jié)溫器靜置于約83℃的熱水內(nèi)約3 min，然后啟動(dòng)節(jié)溫器，如果節(jié)溫器啟動(dòng)過程中閥門間距小于0.2 mm，就表明節(jié)溫器功能嚴(yán)重下降。如果將節(jié)溫器浸泡在沸水中約6 min，節(jié)溫器小循環(huán)閥門沒有關(guān)閉，即可判定節(jié)溫器存在故障。拆下節(jié)溫器，用開水試驗(yàn)，節(jié)溫器能全開，判斷節(jié)溫器正常。（4）判斷水箱散熱器是否正常。判斷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱器是否有故障。要先認(rèn)真檢查發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的固定程度，要確保皮帶的松緊程度適中，明確風(fēng)扇風(fēng)量及轉(zhuǎn)速?？稍诎l(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，將一張紙片放在散熱器前，如果紙片被風(fēng)扇吸附則表明其風(fēng)量充足。其次，詳細(xì)檢查百葉窗開合狀況，以判斷其開關(guān)達(dá)標(biāo)與否，如果百葉窗開合不合理，就很可能存在故障。最后，嚴(yán)格檢查散熱器出水膠管是否存在吸癟現(xiàn)象。對(duì)于水垢較多問題，通常是因?yàn)槔鋮s液導(dǎo)致的水箱生銹或結(jié)垢現(xiàn)象，應(yīng)認(rèn)真觀察冷卻液顏色，如果其表現(xiàn)為棕色就說明散熱器存在生銹問題，這會(huì)影響到冷卻液的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，促使水箱發(fā)生漏水線性。經(jīng)排查散熱器良好。（5）拆檢水泵。拆下水泵檢查水泵轉(zhuǎn)動(dòng)完好，無卡滯，內(nèi)部葉片完好。（6）試車時(shí)發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇低溫檔超過90℃時(shí)，還不轉(zhuǎn)，溫度超過130℃才轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)速高，聲音特別大。說明冷卻風(fēng)扇只有高速檔，無低速檔。（7）進(jìn)一步檢查冷卻風(fēng)扇電路。發(fā)現(xiàn)低檔無電，高檔有電，說明汽車電子風(fēng)扇控制器可能有問題。

3.2 故障排除

更換新電子風(fēng)扇控制器，低速擋高速檔均有電。試車發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇低、高檔均能運(yùn)轉(zhuǎn)正常，說明冷卻風(fēng)扇只有高速檔、無低速檔的故障得以排除

3.3 總結(jié)

上述維修雖然沒有直接檢測(cè)出故障，但是診斷過程思路準(zhǔn)確。維修過程采用經(jīng)驗(yàn)法、逐步排除法和換件法，使得冷卻系統(tǒng)可以逐步恢復(fù)正常。這是一種較為常用維修方法，也是排故最有效的方法。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能控制更多地應(yīng)用于汽車各個(gè)方面。冷卻系統(tǒng)不再僅僅是一個(gè)簡單的冷卻循環(huán)，其智能控制的要求也越來越高，只有通過先進(jìn)的診斷理念和高效的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)特定類型故障進(jìn)行目標(biāo)性的診斷，才可以有效的分析發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障，縮短故障維修時(shí)間，增加經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧廣峰，郭新民，等.汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)化研究，2002（2）：29-134.

[2]高玉俠，宋廣軍，等.電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)[J].汽車維修技師，2007（11）：20-22.

[3]劉健祥.某轎車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)水溫偏高的分析與改進(jìn)們.汽車工程師，2016（10）：62.

[4]成曉北.現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2008（2）：1-7.