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浅谈汽车冷却系统 摘要：虽然汽车发动机已进行了大量改进，但是在将化学能转换成机械能的过程中，汽油发动机的效率仍然不高。汽油中的大部分能量（约70%）被转换成热量，而散发这些热量则是汽车冷却系统的任务。冷却系统的主要工作是将热量散发到空气中以防止发动机过热，但冷却系统还有其他重要作用。本文讲诉了冷却系统的功用、结构、特点与原理，同时冷却系统的检修以及冷却系统智能控制。关键词：冷却系统系统检修智能控制一、冷却系统的发展随着汽车工业的日益发展，汽车发动机已逐渐朝着“大功率、省燃料、结构紧凑”的方向发展，其强化系数不断增大，对发动机冷却系统的要求也越来越高，发动机的正常工作温度是7989，温度的高低用冷却介质的温度来衡量，过高过低都不好，发动机的冷却必须适度。若发动机冷却不足，由于气缸充气量减少和燃烧不正常，发动机功率将下降，且发动机零件也会因润滑不良而加速磨损。发动机温度升高，而且会对发动机造成更为严重的危害，甚至使缸盖及缸体产生裂纹。如果发动机产生结垢会降低了热传导效率，使局部区域因散热性变差而温度上升，导致与邻近区域产生温差或温差加大，热应力因温差的加大而增大，会在应力集中的薄弱部位产生裂纹，而缸盖的排气门座就属于这样的部位，它温度高、散热条件差、结构单薄，水垢的隔热作用使散热条件进一步恶化，因而在应力集中的作用下产生了裂纹。但若冷却过度，由于热量散失过多，使转变成有用功的热量减少，同时由于混合气与冷气缸壁接触，使其中原已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱内，不仅增加了燃油消耗，且使润滑油变稀而影响润滑，结果也使发动机功率下降，磨损加剧。因此，冷却系的任务就是使工作中发动机得到适度的冷却。二、冷却系统的功用冷却系统的功用是带走引擎因燃烧所产生的热量，使引擎维持在正常的运转温度范围内。引擎依照冷却的方式可分为气冷式引擎及水冷式引擎，气冷式引擎是靠引擎带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却引擎；水冷式引擎则是靠冷却水在引擎中循环来冷却引擎。不论采何种方式冷却，正常的冷却系统必须确保引擎在各样行驶环境都不致过热。三、汽车冷却系统结构组成（一）、散热器发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。大多数新型轿车均采用横流式散热器，这可以使发动机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。散热器芯有多种结构形式。管片式散热器芯由散热管和散热片组成。散热管是焊在进、出水室之间的直管，作为冷却液的通道。散热管有扁管也有圆管。扁管与圆管相比，在容积相同的情况下有较大的散热表面。铝散热器芯多为圆管。在散热管的外表面焊有散热片以增加散热面积，增强散热能力，同时还增大了散热器的刚度和强度。管片式散热器的优点是散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力强等。管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成。散热管为扁管并与波形散热带相间地焊在一起。为增强散热能力，在波形散热带上加工有鳍片。与管片式散热器芯相比，管带式的散热能力强，制造简单，质量轻，成本低，但结构刚度差。板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。这种散热器芯散热效果好，制造简单，但焊缝多不坚固，容易沉积水垢且不易维修。(二)、散热器盖现代的汽车发动机强制循环水冷系都用散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上，使水冷系成为封闭系统，通常称这种水冷系为闭式水冷系。其优点有以下两点。1、闭式水冷系可使系统内的压力提高98196kPa，冷却液的沸点相应地提高到120左右，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率。由于散热器散热能力的增强，可以相应地减小散热器尺寸。2、闭式水冷系可减少冷却液外溢及蒸发损失。散热器盖的作用是密封水冷系并调节系统的工作压力。当发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀使冷却系统内的压力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一部分冷却液经溢流管流入补偿水桶，以防止冷却液胀裂散热器。当发动机停机后，冷却液的温度下降，冷却系内的压力也随之降低。当压力降到大气压力以下出现真空时，真空阀开启，补偿水桶内的冷却液部分地流回散热器，可以避免散热器被大气压力压坏。（三）、补偿水桶补偿水桶由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接。其作用已如上述，即当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入补偿水桶；而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会溢失。补偿水桶内的液面有时升高，有时降低，而散热器却总是为冷却液所充满。在补偿水桶的外表面上刻有两条标记线：低线和高线，补偿水桶内的液面应位于两条标记线之间。若液面低于低线时，应向桶内补充冷却液。在向桶内添加冷却液时，液面不应超过高线。补偿水桶还可消除水冷系中的所有气泡。（四）、冷却风扇风扇的功用及结构冷却风扇置于散热器后面。当发动机在车架上纵向布置时，风扇一般安装在水泵轴上，并由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。风扇的功用是当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加快冷却液的冷却速度。汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。风扇的扇风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数有关。叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种，前者由薄钢板冲压而成，后者用塑料或铝合金铸制。翼形风扇效率高、消耗功率少，在轿车和轻型汽车上得到了广泛的应用。一般叶片与风扇旋转平面成3045角（叶片安装角）。叶片数为4、5、6或7片。叶片之间的间隔角或相等，或不相等。间隔角不等的叶片可以减小叶片旋转时的振动和噪声。很多轿车发动机的水冷系采用电动风扇，尤其横置发动机前轮驱动的汽车更是如此。电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。在有些电控系统中，电动风扇由电脑控制，冷却液温度传感器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时，电脑使风扇继电器搭铁，继电器触点闭合并向风扇电动机供电，风扇进入工作。电动风扇的优点是结构简单，布置方便，不消耗发动机功率使燃油经济性得到改善。此外，采用电动风扇不需要检查、调整或更换风扇传动带，因而减少了维修的工作量。汽车在行驶过程中，由于环境条件和运行工况的变化，发动机的热状况也在改变。因此，必须随时调节发动机的冷却强度。例如，在炎热的夏季发动机在低速大负荷下工作冷却液的温度很高时，风扇应该高速旋转以增加冷却风量，增强散热器的散热能力。而在寒冷的冬天冷却液的温度较低时，或在汽车高速行驶有强劲的迎面风吹过散热器时，风扇继续工作就变得毫无意义了，不仅白白消耗发动机功率而且还产生很大的噪声。试验证明，水冷系只有25的时间需要风扇工作，而在冬季需要风扇工作的时间就更短了。因此，根据发动机的热状况随时对其冷却强度加以调节就显得十分有必要了。在风扇带轮与冷却风扇之间装置硅油风扇离合器是实现这种调节的方法之一。（五）、节温器节温器是控制冷却液流动路径的阀门。当发动机冷起动时，冷却液的温度较低，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经水泵入口直接流入机体或气缸盖水套，以便使冷却液能够迅速升温。如果不装节温器，让温度较低的冷却液经过散热器冷却后返回发动机，则冷却液的温度将长时间不能升高，发动机也将长时间在低温下运转。同时，车厢内的暖风系统以及用冷却液加热的进气管、化油器预热系统都在长时间内不能发挥作用。节温器结构及工作原理当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器间的通道，冷却液经水泵返回发动机，进行小循环。当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始熔化逐渐变成液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力。由于推杆上端固定，因此，推杆对胶管和感温体产生向下的反推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水泵流回发动机，进行大循环。一般水冷系统的冷却液都是由发动机的机体流进，从气缸盖流出。因此大多数节温器布置在气缸盖出水管路中。这种布置方式的优点是结构简单，容易排除冷却系统中的气泡。其缺点是节温器在工作时会产生振荡现象。例如，在冬季起动冷发动机时，由于冷却液温度低，节温器阀关闭。冷却液在进行小循环时，温度很快升高，节温器开启。与此同时，散热器内的低温冷却液流入机体，使冷却液又冷了下来，节温器阀重新关闭。等到冷却液温度再度升高，节温器阀又再次打开。直到全部冷却液的温度稳定之后，节温器阀才趋于稳定不再反复开闭。节温器在短时间内反复开闭的现象称作节温器振荡。当出现这种现象时，将增加汽车的燃油消耗量。节温器也可以布置在散热器的出水管路中。这种布置方式可以减轻或消除节温器振荡现象，并能精确地控制冷却液温度，但其结构复杂，成本较高。多用于高性能的汽车及在冬季经常高速行驶的汽车上。奥迪100型轿车发动机的节温器即布置在散热器出口的管路中。（六）、水泵水泵的功用水泵的功用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。汽车发动机广泛采用离心式水泵。当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。在叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力下降，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经进水管流入叶轮中心。叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有68个径向直叶片或后弯叶片。水泵壳体由铸铁或铝铸制，进、出水管与水泵壳体铸成一体。水泵一般由曲轴通过V带驱动。传动带环绕在曲轴带轮和水泵带轮之间，因此水泵转速与发动机转速成比例。奥迪100型轿车发动机的水泵即由曲轴通过V带驱动，水泵转速为曲轴转速的1.6倍。有些发动机的水泵由凸轮轴直接驱动。泵将液体输送至发动机缸体后，液体便开始在气缸周围的发动机通道里流动。接着，液体又通过发动机的气缸盖返回恒温器位于液体流出发动机的位置。如果恒温器关闭，则液体将经过恒温器周围的管道直接流回到泵。如果恒温器打开，液体将首先流入散热器，然后再流回泵。四、冷却系统的工作原理液冷汽车的冷却系统通过发动机中的管道和通路进行液体的循环。当液体流经高温发动机时会吸收热量，从而降低发动机的温度。液体流过发动机后，转而流向热交换器（或散热器），液体中的热量通过热交换器散发到空气中。水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇等组成水冷却系水冷却系统。基本工作原理发动机气缸周围设有水套，可燃混合气燃烧后产生的余热由水套周围的冷却水吸收，并在水泵的作用下，强制循环水将热量传入水箱，并通过散热器实现与大气的热交换以达到冷却发动机的目的。百叶窗可由驾驶人员根据水温的高、低调节通过散热器的空气量，以改变散热强度，满足发动机不同工况的作业需要；节温器可根据水温的高低自动地改变水循环路线，使发动机在冬季不会因水温过低而造成工作不良的后果。冷却水的循环路线1、大循环：当水温高于80时，冷却水由水泵打入分水管，并经分水管流到各气缸的水套进行冷却，随后，经上水管进入水箱并经散热器冷却后，经下水管被重新吸水泵。2、小循环：当水温低于70时，冷却水由水泵进入分水管，经水套周围冷却后直接又回到水泵。 3、当水温在7080之间时，大、小循环均有。全部冷却水均由水泵分水管水套节温器主阀门上水管散热器下水管水泵实现循环散热。五、智能控制从汽车发动机水冷却控制装置基本原理图(见图1)中可以看出:CPU通过采集汽车发动机的水温T负荷Q及转速n等信号通过数据处理,经过控制算法发出控制指令。调节变量水泵流量和调速风扇转速。使发动机在设定的工作曲线范围内工作。图1新型汽车发动机智能化水冷却控制装置汽车发动机的冷却液温度受许多因素的影响,如发动机的负荷、汽车行驶速度、外界的气温、散热器结构形式、散热器的水流量和风扇的转速等。其关系可用图2表示。这些影响因素大多是不断变化的,同时汽车冷却水温度控制过程是一个具有大惯性、纯滞后、非线性特点的物理反应过程。因此发动机的水温变化与各因素间的关系很难用数学方程进行准确描述。通过测试水温的升高和降低是一个缓慢变化和大大滞后的过程。因此对发动机冷却系统冷却液温度的控制,采用常规的PID控制,系统模型难以建立,且控制效果也不好。由于模糊控制是模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略,运用模糊数学,把人工控制策略用计算机实现。模糊控制不依赖系统的精确数学模型,因而对系统参数的变化不敏感,具有很强的鲁棒性。因此汽车发动机冷却系统如采用模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略,将达到令人满意的效果,故本系统采用模糊PID控制器,将模糊控制与传统PID控制相结合。用模糊控制理论在线整定PID控制器的比例、积分、微分系数。仿真结果表明:模糊PID控制在响应速度、稳态精度等方面均优于常规PID控制器。图2发动机水冷却系统温度影响因素六、冷却系统的检修1、对奥迪A6轿车使用的水泵必须高度重视，因为它的位置比较特殊，是由发动机的正时皮带驱动的。平时应注意进行检查，一旦发现异常必须及时进行维修。A6水泵经常出现已下3种故障。、水泵叶轮损坏，此时会导致发动机冷却液循环不良，出现冷却液温度过高的现象。、水泵水封漏水，当水泵的水封损坏后，冷却系统会出现泄漏，从而导致冷却液缺少，发动机水温过高(此时可以在发动机前部看到泄漏出来的冷却液)。、水泵轴承抱死，这种故障是最危险的，因为水泵由正时皮带驱动，一旦水泵轴承抱死，将会引起正时皮带损坏，严重时导致活塞顶到气门。故障排除：对于前两种故障，及时更换水泵即可。对于第3种故障，水泵轴承在抱死前会发出异响，但行驶时一般不易被发现。因此。应以预防为主，即在每次更换正时传动部件时要认真检查，必要时应进行更换。2、由于冷却液水质不好，水箱中经常会出现锈和水垢，它们积聚在水箱通道结合处、弯角处，阻碍水流畅通，造成散热不良，如果出现这种情况，应及时清洗干净，日常加水时，尽量加清洁软水，如果用除垢防锈液，养护效果会更好，驰耐普的S-510冷却系统快速除垢剂，它可以迅速溶解冷却系统中形成的水垢、油泥和锈蚀。恢复冷却系统的功能，使冷却液循环顺畅，防止过热、开锅而引发的发动机损坏及动力不足