王挺

摘 要：本文詳細解析了汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)及主要部件的性能，分析了汽車冷卻系統(tǒng)中高水溫的原因，并從簡單預(yù)測了一些有效的故障診斷方法，從而避免因為造成的冷卻系統(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)動機;故障;診斷策略

中圖分類號：U472.43 文獻標識碼：A

0 引言

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車發(fā)動機相關(guān)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，隨著發(fā)動機的不斷更新?lián)Q代，發(fā)動機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，發(fā)動機的熱負荷也越來越大。而良好的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)是保證這種大的熱負荷下發(fā)動機的正常工作的前提條件。

1 汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的原理

1.1 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的作用

目前汽車發(fā)動機多采用強制循環(huán)的水冷卻系統(tǒng)。發(fā)動機內(nèi)部都有水套。水泵將冷卻水從發(fā)動機外部吸入加壓，使冷水在水套內(nèi)流動，帶走鄰近部件的熱量。冷卻水吸熱后自身溫度升高，進入車前端的散熱器內(nèi)。汽車在行駛過程中空氣流動加快，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，又再次進入水套。如此循環(huán)不斷地冷卻了發(fā)動機的高溫部件。

當(dāng)汽車以60 km/h的速度行駛時，其發(fā)動機每個活塞每分鐘要上下運動4～5千次左右，燃油會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件（如缸套、缸蓋、活塞等）將受熱而急劇升溫。其中的運動部件受熱膨脹后會破壞了正常配合間隙，將導(dǎo)致機械強度降低而損壞、潤滑失效而卡死，所以必須對氣缸加以冷卻。當(dāng)然如果冷卻過度也不可取，會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。汽車冷卻系存在的目的就是要使發(fā)動機在合適的溫度下正常工作。

1.2 發(fā)動機的過冷和過熱

通常情況下，汽車冷卻系統(tǒng)是根據(jù)此車型在某一常用工作狀況下而設(shè)計的，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)動機高負荷低轉(zhuǎn)速的條件下，需要加強冷卻，防止發(fā)動機過熱;而在寒冷的冬季，機油的粘度變大，阻力也變大，發(fā)動機的冷啟動也就變得很困難，這時發(fā)動機需要合適的高溫;另外，發(fā)動機在低負荷高轉(zhuǎn)速的條件下，還需要降低冷卻效果。

如果發(fā)動機得不到充分冷卻，發(fā)動機就會過熱，會產(chǎn)生很多不良后果。例如：機械強度降低，甚至可能出現(xiàn)熱變形，破壞零件之間的配合間隙，造成零件磨損嚴重，達到磨損極限時，還可能發(fā)生零件斷裂事故。高溫也會引起氣缸壁機油變質(zhì)，使之失去潤滑性能，甚至結(jié)焦。高溫還會引起發(fā)動機充氣系數(shù)下降，使發(fā)動機功率降低。另外，氣缸套和活塞的最大熱負荷受潤滑條件的限制，溫度超過240℃，機油就會發(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，鋁合金的強度將很快降低，溫度達到380℃～500℃以上，就不可能保證可靠運轉(zhuǎn)。

反之，冷卻系統(tǒng)的冷卻能力過強，也是非常有害的。發(fā)動機過冷，散熱損失的熱量多，發(fā)動機工作的熱效率低，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，零件在運動過程中相互碰撞，運轉(zhuǎn)噪音增大且加快磨損速度：冷卻溫度低，會惡化混合氣的形成和燃燒，使發(fā)動機工作粗暴，增加機油粘度和摩擦功率。

綜上，發(fā)動機過熱和過冷都是不利的，理想的冷卻系統(tǒng)，可以使發(fā)動機在各種不同環(huán)境溫度和運轉(zhuǎn)工況下具有最佳的熱狀態(tài);既有良好的動力性和經(jīng)濟性，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，則冷卻溫度會提高到110℃～130℃。

2 汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)水溫偏高的原因分析

發(fā)動機冷卻系統(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氣缸蓋緊固螺栓松動或者因為墊片損壞，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)動機異常發(fā)熱致使高溫故障

這類故障常見的有發(fā)動機負荷過大、發(fā)動機噴油或者點火提前角過遲、水道堵塞或設(shè)計不良等。我們以發(fā)動機點火過遲為例，發(fā)動點火過遲會造成發(fā)動機作用在燃燒室活塞上的機械能變少，而部分沒有做功的混合氣會在燃燒室外產(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)動機運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的熱量超出了冷卻系統(tǒng)中散熱負載，發(fā)動機即高溫。

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)動機電控冷卻系統(tǒng)還由直流電機來驅(qū)動的電子風(fēng)扇和電子水泵來代替?zhèn)鹘y(tǒng)車用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的機械水泵和機械風(fēng)扇，用步進電機驅(qū)動的電子節(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)動機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇和水泵運轉(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)動作，將冷卻液的溫度始終控制在最適宜的范圍內(nèi)，從而達到發(fā)動機溫度閉環(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，會增加檢測手段和方法，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、自動變速器散熱、混動車輛電池組和電機散熱等都可能會引起散熱系統(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)動機冷卻系統(tǒng)故障，需要對冷卻系進行檢修。

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排空氣設(shè)計，只要回水管道不堵塞，水流順暢，不需要人工排氣。試車，啟動發(fā)動機，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，而同時進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，通過實驗來測量冷卻液溫度，把節(jié)溫器靜置于約83℃的熱水內(nèi)約3 min，然后啟動節(jié)溫器，如果節(jié)溫器啟動過程中閥門間距小于0.2 mm，就表明節(jié)溫器功能嚴重下降。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，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)動機冷卻系統(tǒng)的散熱器是否有故障。要先認真檢查發(fā)動機風(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。可在發(fā)動機啟動后，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，詳細檢查百葉窗開合狀況，以判斷其開關(guān)達標與否，如果百葉窗開合不合理，就很可能存在故障。最后，嚴格檢查散熱器出水膠管是否存在吸癟現(xiàn)象。對于水垢較多問題，通常是因為冷卻液導(dǎo)致的水箱生銹或結(jié)垢現(xiàn)象，應(yīng)認真觀察冷卻液顏色，如果其表現(xiàn)為棕色就說明散熱器存在生銹問題，這會影響到冷卻液的轉(zhuǎn)速，進而影響到發(fā)動機運行，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)動完好，無卡滯，內(nèi)部葉片完好。（6）試車時發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇低溫檔超過90℃時，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出故障，但是診斷過程思路準確。維修過程采用經(jīng)驗法、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)用于汽車各個方面。冷卻系統(tǒng)不再僅僅是一個簡單的冷卻循環(huán)，其智能控制的要求也越來越高，只有通過先進的診斷理念和高效的檢測設(shè)備，對特定類型故障進行目標性的診斷，才可以有效的分析發(fā)動機高溫故障，縮短故障維修時間，增加經(jīng)濟效益。

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