1、毕 业 设 计专业名称 车辆工程 20 13 年 4 月 16 日设计题目 浅析发动机冷却系统维护及发展 学生姓名 xxx 学 号 xxxxxxx
2、 专业班级 车辆工程 指导教师 xxx 2目录中文摘要 .- 1 -英文摘要 .- 2 -第一章 引 言 .- 3 -1.1 冷却系统概述 .- 3 -1.2 冷却系统工作环境 .- 3 -第二章 冷却系统的作用与组成 .- 4 -2.1 冷却系统的作用和分类 .- 4 -2.2 冷却
3、系统的组成 .- 4 -2.2.1 水泵 .- 5 -2.2.2 节温器 .- 5 -2.2.3 空气的流动 .- 6 -2.2.4 散热器 .- 6 -2.2.5 冷却风扇 .- 8 -2.2.6 护风罩 .- 9 -2.2.7 膨胀水箱 .- 10 -2.2.8 冷却介质 .- 11 -2.3 冷却系统设计计算 .- 14 -2.3.1 冷却性能基本计算式： .- 14 -2.3.2 冷却水流量 （kg/h）的算法 .- 15 -第三章 冷却系统的主要故障及解决方案 .- 16 -3.1 冷却系统主要故障 .- 16 -3.2 冷却系统主要故障的免解体解决方案 .- 17 -3
4、.2.1 高温故障的解决方法 .- 17 -3.2.2 渗漏故障的解决 .- 17 -3.3 冷却系统的维护 .- 18 -3.3.1 检查冷却液 .- 18 -3.2.2 清洗冷却系 .- 18 -第四章 冷却系统的发展(智能控制) .- 19 -4.1 系统组成 .- 19 -4.2 单片机控制系统工作原理 .- 20 -4.3 单片机系统控制过程 .- 20 -结 论 .- 21 -谢 辞 .- 22 -参考文献 .- 23 - 0 -中文摘要浅析发动机冷却系统维护及发展摘 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
5、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 -英文摘要Design of engine cooling systemAbstract: This paper discusses the role of the cooling system, composition, the main structure, working principle, routine maintenance, fault de
6、tection and troubleshooting steps, but systematic exposition of the cooling system, modular design, and cooling system, intelligent control, and make a brief example. Keywords: Cooling system Cooling system maintenance Temperature set point Intelligent control of coo
7、ling system- 2 -第一章 引 言1.1 冷却系统概述目前，传统的节温器、保温帘和冷却风扇仍广泛应用于国产汽车发动机的冷却系统。传统的节温器控制冷却液大小循环的路线，节流损失大，工作不可靠，工作效率低，不能根据发动机的散热要求准确地调节冷却系统的散热能力；传统的保温帘是人为控制散热器的通风量；传统的冷却风扇由发动机的曲轴驱动，其冷却能力只能随发动机的转速的变化而变化，不能满足实际散热要求。而且三者的动作互不联系，工作效率低，燃油浪费率高，不适应现代汽车技术的发展。针对上述提出的汽车发动机冷却系统的弊端，从灵敏性、可靠性、以及发动机的动力性和经济性考虑出发，应使节温器、保
8、温帘和冷却风扇实现多元联合控制，即将传统的冷却风扇改为电控冷却风扇；将传统的节温器改为电控节温器；增设电控导风板；实现上述三者联合控制，即冷却系统的智能控制。它可以根据行车速度、大气环境温度、发动机冷却水温度的变化对冷却系统的冷却能力进行自动控制，以实现发动机快速预热，大量减少发动机的传热损失和功率损失。1.2 冷却系统工作环境在汽车发动机工作期间，最高燃烧温度可能高达 2500；即使在在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在 1000。因此，与高温燃气接触的发动机零件被强烈地加热。若不及时将这些高温零件上的过多热量散发掉，则将出现下述各种不- 3 -良现象：润滑油将由于高温而变质，使发动机零
9、件之间不能保持正常的油膜；受热零件由于过热膨胀过大而破坏正常的间隙；温度过高促使金属材料的力学性能下降，以致承受不了正常的负载。但冷却会消耗一部分有用的热量，因此必须适度。如果发动机冷却过度，不仅浪费了能量，而且还会引起下述各种不良后果：由于缸壁温度过低会使燃油蒸发不良，燃烧品质变坏；由于润滑油粘度加大，同样不能形成良好的润滑油膜，使摩擦损失加大；由于温度低而增加了气缸的腐蚀磨损。这些不良后果将导致发动机功率下降，经济性变坏，使用寿命降低。第二章 冷却系统的作用与组成2.1 冷却系统的作用和分类冷却系统的功用是带走发动机因燃烧所产生的热量 使发动机维持在正常的运转温度范围内。保证其工作可靠、耐
10、久并具有良好的动力性和经济性。 发动机依照冷却的方式可分为风冷式发动机及水冷式发动机 风冷式发动机是靠发动机带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却发动机 水冷式发动机则是靠冷却水在发动机中循环来冷却发动机。不论采何种方式冷却 正常的冷却系统必须确保发动机在各样行驶环境都不致过热。2.2 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- 4 -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。2.2.
11、1 水泵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
12、闭阀门，冷却液小循环。2.2.2 节温器 功用 根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线 从而控制通过散热器冷却水的流量。 安装位置 节温器装在冷却水循环的通路中 根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线 以达到调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种 目前多数发动机采用蜡式节温器。 蜡式节温器的结构 蜡式节温器由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成。蜡式节温器如图所示。节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体。中心杆上端固定在上支架的中心 其下部插入橡胶管的中心孔内 中心杆下端呈锥形。橡胶管与感应体外壳
13、之间的空腔里装有- 5 -石蜡。为了提高导热性 石蜡中常掺有铜粉和铝粉。感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门。主阀门上有通气孔 它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出 保证能加满水。为了防止通气孔阻塞 有的加装一个摆锤。(1)当水温低于 349K(76)时 主阀门完全关闭 旁通阀完全开启 由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵 故称小循环。由于水只是在水泵和水套之间流动 不经过散热器 且流量小 所以冷却强度弱。 (2)当冷却水温度在 349K359K(7686)之间时 大小循环同时进行(如图所示)。当发动机水温达 349K(76)左右时 石蜡逐渐变成液态 体积随之增大 迫使橡
14、胶管收缩 从而对中心杆下部锥面产生向上的推力。由于杆的上端固定 故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力 克服弹簧张力使主阀门逐渐打开 旁通阀开度逐渐减小。 (3)当发动机内水温升高到 359K(86) 主阀门完全开启 旁通阀完全关闭 冷却水全部流经散热器 称为大循环。由于此时冷却水流动路线长 流量大 冷却强度强。2.2.3 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
15、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。2.2.4 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- 6 -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。2.2.4.1 散热器的结构形式散热器主要由上水
16、室、下水室及散热器芯子等三部分组成。按散热器内冷却水流动方向可把散热器分为纵流式和横流式；按散热器的芯子结构可以分为管片式散热器和管带式散热器；按散热器芯子材料可以分为铜散热器和铝散热器。散热器全部为管带式散热器，目前大部分散热器为铝散热器。2.2.4.2 铜散热器与铝散热器的特点目前国内所用散热器采用铜质散热器的已不多，因工艺均比较落后，散热器的质量差，散热效能低。各厂家普遍采用软钎焊工艺，能采用硬钎焊工艺生产的很少。2.2.4.3 散热器盖闭式强制冷却系统主要靠散热器盖来实现，要求散热器盖必须严密地盖在散热器注水口上，使冷却系成为一个封闭的系统。散热器盖可以提高系统内压力，从而提高冷却水沸
17、点，扩大冷却水与周围环境温差以提高冷却性能，相对地减小了散热器的尺寸。另外，封闭的系统减少了冷却水的外溢和蒸汽损失。散热器盖的压力选择与发动机的允许的最高工作水温密切相关。压力盖的压力作用区间对应的水的沸点不得小于发动机的正常工作水温，同时也不得超过发动机最高工作水温 5以上。压力式散热器盖由控制最高压力的压力阀和系统内出现负压时开启的真空阀组成压力式散热器盖见右图工作原理如下图示意：- 7 -当散热器压力增加到一定值后，蒸气阀门打开，蒸气由排出管排出；当散热器压力低到一定程度，空气阀门开启，空气进入。如箭头所示。2.2.5 冷却风扇2.2.5.1 风扇安装对风扇性能的影响（1）径向间隙对风扇
18、性能的影响径向间隙 S 与风扇直径 D 之比每增加 1%，风扇流量下降 2.5%-4%、效率下降 2%-3%。风扇设计条件 S/D1%。汽车上实际径向间隙大多在 20mm 左右，径向间隙对风扇性能的影响比较大，在汽车上尽可能采取小的径向间隙。（2）轴向间隙对风扇性能的影响试验结果表明，风扇叶片投影宽度的 1/2-2/3在风扇护风罩比较有利于风扇性能的发挥。风扇前端与散热器散热带的后端的间隙大于 30mm，有利于气流组织的均布。（3）风扇对散热器芯部地覆盖面要大，并尽量煽散热器上部分。必须采用风扇护风罩。（4）为降低噪声，风扇工作点性能相同时，应避免风扇直径小、转速高，应尽可能采用直径大转速低些
19、的风扇。（5）尽量减少散热器的热风回流、减少排风背压，使风扇排风通畅。2.2.5.2 风扇材料、结构及其功用冷却风扇置于散热器后面，一般为机械式工程塑料风扇。材料主要有两大类：增强尼龙类及玻璃纤维增强聚丙烯类。由发动机带动旋转，吸风式风扇，它的功用是当风扇高速旋转时吸进空气使其通过散热器芯体，以增强散热器的散热能力，达到加速冷却水的目的。风扇的吸风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、叶片安装角、叶片数及风扇与散热器芯体端面的距离有关。叶片的材料主要以塑料为主，断面形状有圆弧形和翼形两种，后者效率高、消耗功率小，在江淮轻卡上得到广泛应用；一般叶片与风扇旋转平面成 3045（叶片安装角） ，叶片安装角越大，风量也就越大，同时噪声也会增大；叶片数为 6、7 或 8 片。叶片数为奇数，可有效地降低风扇噪声；叶片之间的间隔角或相等，或不相等。间隔角不相等的叶片可以减小叶片旋转时的振动和噪声。当风扇的线速度超过 100m/s 时，噪声会急剧增加，影响车辆性能。同样配置的发动机和散热器，风扇直径的大小对冷却系的效果有直接的影响 。
