汽车电子调节式冷却系统的典型故障诊断与分析.docx

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汽车电子调节式冷却系统的典型故障诊断与分析

毕业设计（论文）

题目：

汽车电子调节式冷却系统的典型故障诊断与分析

系部：

汽车工程系

专业：

汽车检测与维修

学号：

020*********

班级：

中德1359班

姓名：

李亮亮

指导老师：

罗明

2016年2月1日

目录

摘要--------------------------------------------------------------1

关键词------------------------------------------------------------1

1汽车冷却系统的发展及现状-------------------------------------2

1.1汽车冷却系统的发展历程-----------------------------------------2

2汽车冷却系统的介绍--------------------------------------------2

2.1概念------------------------------------------------------------3

2.2功用------------------------------------------------------------4

2.3组成------------------------------------------------------------4

3汽车冷却系统的重要部件----------------------------------------4

3.1汽车冷却系统的重要部件的类型------------------------------------4

3.1.1散热器--------------------------------------------------------4

3.1.1.1纵流式散热器------------------------------------------------5

3.1.1.2横流式散热器：

------------------------------------------------5

3.1.2水泵和节温器：

------------------------------------------------6

3.1.3风扇----------------------------------------------------------7

3.1.4水温感应器----------------------------------------------------8

4.汽车电子调节式冷却系统---------------------------------------12

4.1详述汽车电子调节式冷却系统特点---------------------------------12

4.2详述汽车电子调节式冷却系统的结构组成----------------------------12

4.3详述汽车电子调节式冷却系统的工作原理----------------------------12

4.4.冷却循环控制---------------------------------------------------17

4.4.1发动机冷启动和部分负荷---------------------------------------17

4.4.2发动机全负荷-------------------------------------------------18

4.5冷却风扇的控制-------------------------------------------------19

5.汽车冷却系统的检修方法-----------------------------------9

5.1冷却液----------------------------------------------------------9

5.1.1概念---------------------------------------------------------10

5.2冷却液检查-----------------------------------------------------10

5.2.1冷却液液位检查-----------------------------------------------10

5.2.2冷却液的冰点检查---------------------------------------------11

5.3冷却液的更换方法-----------------------------------------------11

5.3.1冷却液更换注意事项-------------------------------------------11

6汽车电子调节式冷却系统的典型故障----------------------------19

6.1汽车电子调节式冷却系统的故障诊断--------------------------------19

6.2汽车电子调节式冷却系统的故障分析--------------------------------20

6.3汽车电子调节式冷却系统的故障解决方案----------------------------20

7.故障案例---------

7.1速腾1.4T发动机排气系统故障灯常亮---------

7.2一汽大众速腾1.8手动挡,热车不易启动---------

7.3新宝来1.6更换防冻液后发动机高温---------

8.汽车冷却系统的发展愿景---------------------------------------26

8.1汽车冷却系统展望------------------------------------------------26

8.2总结--------------------------------------------29

9.结束语----------------------------------------------------------29

10谢辞-----------------------------------------------------------30

汽车电子调节式冷却系统的典型故障诊断与分析

摘要：

本文主要阐述了汽车冷却系统的发展及现状、及汽车电子调节式冷却系统的结构组成和工作原理、对汽车冷却系统的重要部件的类型和控制原理进行简单说明、通过对汽车电子调节式冷却系统的故障进行诊断与分析、最后对汽车冷却系统的发展及展望进行大概分析。

关键词:

TMS、技术发展、基本组成、工作原理、故障分析与排除、案例分析

TMS:

汽车冷却系统管理系统的总体介绍

技术发展：

汽车冷却系统发展的历史

基本组成：

汽车冷却系统的主要组成部分

工作原理：

故障分析与排除：

根据产生的故障分类，并跟据具体故障现象进行排除

案例分析：

根据某一款由发动机热管理系统引起的故障进行分析，排除故障

1汽车冷却系统的发展及现状

1.1汽车冷却系统的发展

汽车水冷发动机冷却系统主要由发动机冷却水套、冷却水泵、节温器及冷却风扇等部件组成，如图１所示。

传统冷却系统采用的是冷却风扇或离合器式冷却风扇，两种风扇均由发动机曲轴通过皮带驱动，其冷却调节的灵敏度不高，功率损失也很大。

为解决这个问题，就出现了自控电动冷却风扇。

最早的汽车电动冷却风扇出现在１９８１年３月的美国专利文件中（专利号ＵＳ４２５７５５４）。

该专利首先提出了用电动冷却风扇取代皮带驱动的冷却风扇，根据发动机温度和负荷情况的不同，实现风扇的运转，避免了发动机驱动冷却风扇的功率损失，缩短了发动机的预热时间，减少传热损失。

然而，该项专利技术由于没有采用护风罩，降低了风机的容积效率，同时引起风机总效率的降低，最终只能应用在热负荷比较小的轿车散热器上。

１９８５年，德国大众汽车公司在中国申请发明专利（专利号ＣＮ８５１０９５／Ａ）。

该项专利在汽车散热器前方设置空气吸入口和辅助通口，加快了散热器的冷却速度，减少了电动风扇的电能消耗。

但辅助通风口从下向上吸入冷却空气，很容易将道路上的尘土、杂物吸入，造成散热器脏污和堵塞，使散热器的散热效率降低。

发动机水冷却系统

1９８９年，美国发明专利（专利号ＵＳ４８７５５２１）首次在载重汽车上采用电动单冷却风扇，风扇布置在散热器中部，叶片直径较大，驱动功率也较大。

１９９２年，美国发明专利“机动车发动机的通风系统”（专利号ＵＳ５２６９２６４）将电动冷却风扇布置在散热器前方，根据发动机温度的高低，冷热气阀可以交替开闭。

韩国现代汽车公司生产的奏鸣曲（ＳＯＮＡＴＡ）牌轿车，用两个相对独立而又相互联系的电子控制的冷却风扇—散热器冷却风扇和冷凝器冷却风扇，对冷却液温度和空调冷凝器温度进行多级联合控制。

该系统可以根据冷却水温度和空调系统的工作状态，综合调节冷却能力，减少了在低温时发动机的传热损失、功率损失和过度磨损，抑制了发动机过热的发生，降低了燃油消耗率。

冷却风扇由传统控制方式转化为智能控制方式，散热风扇的冷却能力随着发动机散热的需要而自动精确地调节，提高了发动机的预热速度，使其始终保持最佳工作温度，而且避免了能源的大量浪费，其中减少风扇功率消耗９０％，节省燃油１０％。

１９９９年，法雷奥（Ｖａｌｅｏ）公司提出了在发动机上配置名为Ｔｈｅｍｉｓ（智能热调节系统）的新型电子调节系统，来改善发动机的冷却性能。

它实现了水泵和缸体的分离，泵的流量和通风装置都通过发动机的ＥＣＵ来进行调整和控制，便于水泵的安装，而且远离缸体这一热源后，水泵可以用塑料制成，既降低了成本，又减轻了水泵的重量，达到了水泵的转速随水温的变化而变化，进一步降低传热损失和机械损失，降低了污染和油耗的目的。

１９９４年，台湾裕隆汽车公司申请专利（专利号９４１１９８１９），提出了在冷却系统中装置可调转速电动水泵的设计。

以反馈控制水泵冷却液流量，其主要是根据水温、节气门位置、车速等的传感器所传给ＥＣＵ（微处理器）的信号，以反馈控制的方式，调整电动水泵的转速，使得引擎水套中流动的冷却液流量能随着不同的驾驶状况而作调整，保持发动机的正常温度，以减少ＨＣ污染的排放。

2汽车冷却系统的介绍

2.1概念：

在可燃混合器燃烧时气缸内气体温度高达2073-2273K。

直接与高温气体接触的机件（如汽缸体，汽缸盖，活塞，气门等）若不及时加以冷却，则其中运动机件会因受热膨胀而破坏正常间隙，或因润滑油在高温下失效而卡死：

机件会因高温而导致其机械强度降低甚至损坏。

因此，为保证发动机正常工作，必须对在高温条件下工作的机件加以冷却。

　　发动机的冷却必须适度。

若发动机冷却不足，会使气缸充气量不足和出现早然和爆燃等燃烧不正常的现象，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。

但若冷却过度，一方面由于热量散失过多，是转变成有用功的热量减少，另一方面由于混合气与冷缸壁接触，使其中原已气化的燃油又凝结并流到曲轴箱内，不仅增加了燃油消耗，且使机油变稀影响润滑，结果也将使发动机功率下降，磨损加剧。

因此，冷却系的任务就是使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作。

发动机中使高温零件的热量直接散入大气进行冷却的一系列装置称为风冷系；使热量先传到给水，然后再散入大气的一系列装置称为水冷系。

目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。

采用水冷系时，因使汽缸盖内的冷却水温在353-363K（80-90℃）之间。

2.2冷却系统功用：

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。

2.3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。

3汽车冷却系统的重要部件

3.1汽车冷却系统的重要部件的类型

3.1.1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。

它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平然形状，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，冷却效率要高。

散热器又分为横流式和纵流流动两种.

3.1.1.1纵流式散热器：

从发动机流出的冷却液经过水箱的上部管接头流入冷却管，然后从下部水箱中流出。

上部水箱上安装了一个加注口盖和一个溢流管。

这种散热器通常与空冷式发动机或变速器油冷却器组合在一起。

如图

（1）

图

（1）

纵流式散热器冷却液流向

3.1.1.2横流式散热器：

冷却液沿水平方向从一侧流向另一侧。

如果进水口和出水口在同一侧，则在这一侧将水箱分成两个区域。

在上部区域内冷却液向一侧流动，在下部区域内向另一侧流动。

横流式散热器安装高度较小。

如图

（2）

带有高温和低温区的横流式散热器：

这种散热器通过不同流速来建立两个不同的温度区域。

通过低温区域内经过节流的冷却液流动可使降温幅度比在上部冷却区域中大得多。

用较冷的冷却液可以冷却自动变速器油或增压空气冷却循环系统的增压空气等。

如图（3）

图

（2）

横流式散热器

横流式散热器流向（图3）

3.1.2水泵和节温器：

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。

如图（4）、图（5）。

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闭阀门，冷却液小循环。

水泵结构图图（4）

图（5）电子节温器结构和冷却液分配单元

3.1.3风扇：

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。

图（6）

图（6）风扇

3.1.4水温感应器

水温感应器其实是一个温度开关，当发动机进水温度超出90℃以上，水温感应器将接通风扇电路。

如果循环正常，而温度升高时，风扇不转，水温感应器和风扇本身就需要检查。

如图（7）

图（7）水温感应器

4汽车电子调节式冷却系统

4.1详述汽车电子调节式冷却系统特点：

是对发动机以最小的改动，完成冷却循环的重新布置使冷却液温度调节、冷却液的循环控制、冷却风扇的控制均受发动机负荷的影响。

实现了发动机在部分负荷时，工作温度较高，从而降低燃油消耗、减少有害物质排放；全负荷时，工作温度较低，进气加热作用较小，有利于提高发动机动力性的目的。

电子控制冷却系统主要是通过对发动机控制单元的功能进行扩展，使其与电子控制冷却系统的传感器、执行器相通信。

其中发动机转速传感器、进气温度传感器、空气流量计信号与发动机燃油喷射控制系统共享。

电子控制冷却系统的任务是根据负荷状态将发动机的工作温度控制在一个额定值上。

因此这种冷却系统的冷却液分配器壳体中集合了一个由特性曲线控制的节温器。

发动机控制单元中还存储了附加特性曲线，按照这些特性曲线对电加热节温器和风扇的运转级别进行调整，以实现最佳工作温度。

4.2电子控制冷却系统：

4.2.1组成：

发动机控制单元J361、温度选择旋钮电位计G267和温度翻板位置开关F269、冷却液温度传感器G62和散热器出口温度传感器G83、温度调节单元F265。

4.2.1.1发动机控制单元J361

发动机控制单元中设有电子控制冷却系统的特性图，依据发动机的负荷为发动机在该状态下设定一个适宜的工作温度。

通过激活温度调节单元的加热电阻，打开大循环，调节冷却液温度；通过激活冷却风扇，迅速降低冷却液温度。

发动机控制单元中包括电子控制冷却系统的自诊断功能，可使用专用仪器进行检测。

如图（8）

图（8）发动机控制单元J361

4.2.1.2温度选择旋钮电位计G267和温度翻板位置开关F269

当车辆使用暖风时，通过温度选择旋钮电位计G267来识别驾驶者对车辆加热的要求，调节冷却液的温度，使其处于合适的温度范围。

当温度旋钮开关处于“非关闭”位置时，温度翻板位置开关F269打开，激开热交换器的活冷却液切断阀（双向阀）N147，通过真空执行元件打开热交换器的冷却特切断阀。

如图（9）

图（9）温度选择旋钮电位计G267和温度翻板位置开关F269

4.2.1.3冷却液温度传感器G62和散热器出口温度传感器G83

冷却液温度的特征值存储于发动机控制单元中。

实际的冷却液温度值通过安装在循环系统中两个不同位置点的冷却液温度传感器G62和散热器出口温度传感器G83识别，并且传输给发动机控制单元一个电压信号。

冷却液温度实际值1由安装在缸盖了NGV却也出口处的传感器G62检测；冷却液温度实际值2由安装在散热器前出水口出的冷却液温度传感器G83检测。

发动机控制单元根据特征值与温度值1，发出一个脉冲信号，为节温器的加热电阻加载电压，根据温度值1和2，调节散热器风扇的转速。

如果冷却液温度传感器G62损坏，则冷却液温度控制以95℃为替代值，并且风扇以1档常转；如果冷却液温度传感器G83损坏，则控制功能保持风扇1档常转；如果两个冷却液温度传感器其中一个温度值超出极限，则风扇2档兼备激活；如果两个温度传感器都损坏，则控制单元为节温器的加热电阻加载最大电压，并且控制散热器风扇以2档常转。

如图（10）

图（11）

冷却液温度传感器G62和散热器出口温度传感器G83

4.2.1.4温度调节单元F265

温度调节单元F265是电控节温器的重要组成部分，工作部件为位于膨胀式节温单元石蜡中的加热电阻如图（12）。

发动机控制单元根据特性图发出脉冲信号作用于加热电阻，从而加热石蜡，使膨胀单元发生位移，节温单元通过此位移进行机械调节，控制大循环的开度。

当车辆停止或处于启动工况时，发动机控制单元对温度调节单元F265无电压加载。

图（12）温度调节单元F265

冷却液控制单元

4.3详述汽车电子调节式冷却系统的工作原理

电子控制冷却系统是根据负荷状态将发动机的工作温度控制在一个额定值上。

因此这种冷却系统的冷却液分配器壳体中集合了一个由特性曲线控制的节温器。

发动机控制单元中还存储了附加特性曲线，按照这些特性曲线对电加热节温器和风扇的运转级别进行调整，以实现最佳工作温度。

电子控制冷却系统主要是通过对发动机控制单元的功能进行扩展，使其与电子控制冷却系统的传感器、信号处理、以及执行器相通信。

其中发动机转速传感器、进气温度传感器、空气流量计信号与发动机燃油喷射控制系统共享。

4.3.1传感器：

额定温度与冷却液实际温度值1进行比较供给节温器加热电阻的电能输出值。

起决定性作用的是发动机负荷。

对冷却液实际温度值1和2为了控制冷却液的温度，需要得到发动机转速，发动机负荷和冷却液温度信号。

通过对转速传感器测定转速，通过空气质量流量计测定负荷。

冷却液的实际温度是在冷却循环回路中的两个不同测量位置测得的：

直接在发动机冷却液出口处的冷却液分配器中测取的冷却液实际温度值1

在散热器冷却液出口内测取的散热器冷却液实际温度值2

4.3.2信号处理

通过对存储在特性曲线中的进行对比，用于电子风扇的控制。

4.3.3执行机构

从各种计算的结果中得出对系统的控制：

对节温器加热电阻进行加热以便打开散热器大循环回路，以此对冷却液温度进行调节，

起动散热器风扇以辅助冷却液温度的迅速下降。

4.4.冷却循环控制

4.4.1发动机冷启动和部分负荷

发动机冷启动工作时，冷却系统小循环工作，使发动机尽快热机，此时未按发动机冷却特性曲线进行控制。

小循环阀门打开，冷却液通过小循环阀门直接流回水泵，形成小循环。

当发动机达到正常温度且部分负荷工作时，电控冷却系统进入工作状态，使冷却液温度保持在95-110℃。

如图（13）

图（13）

发动机冷启动和部分负荷

4.4.2发动机全负荷

发动机全负荷运转时，要求较高的冷却能力，控制单元根据传感器信号得出的计算值对温度调节单元加载电压，溶解石蜡，使大循环阀门打开，接通大循环。

同时，机械关闭小循环通道，切断小循环，使冷却液温度保持在85-95℃。

冷却液大循环通路。

如图（14）

图（14）

发动机全负荷

4.5冷却风扇的控制

发动机全负荷工作时，要求具有足够的冷却能力。

为了提高冷却能力，两个风扇电机都设置了两个转速挡。

控制单元依靠发动机出水口与散热器出水口温度的差异来控制风扇的转速。

发动机控制单元中储存有风扇介入或切断的两张特性图，它们的决定性因素是发动机转速和负荷（空气流量）。

如图所示，如果故障发生在第一风扇V7的输出端，则第二风扇V177将被激活；如果故障发生在第二风扇V177的输出端，则控制单元使节温器完全打开，进入安全模式。

在车速超过100km/h时，风扇不工作，因为高于此车速时，风扇无法提供额外的冷却。

当空调系统工作时，两个风扇均工作。

5汽车冷却系统的检修方法

5.1概念

5.1.1冷却液

冷却液，全称应该叫防冻冷却液（G12或G32），意为有防冻功能的冷却液，防冻液可以防止寒冷季节停车时冷却液结冰而胀裂散热器和冻坏发动机气缸体，但是我们要纠正一个误解，防冻液不仅仅是冬天用的，它应该全年使用，汽车正常的保养项目中，每行驶两年，需更换发动机防冻液。

冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型的冷却液。

酒精型冷却液是用乙醇（俗称酒精）作防冻剂，价格便宜，流动性好，配制工艺简单，但沸点较低、易蒸发损失、冰点易升高、易燃等，现已逐渐被淘汰；甘油型冷却液沸点高、挥发性小、不易着火、无毒、腐蚀性小，但降低冰点效果不佳、成本高、价格昂贵，用户难以接受，只有少数北欧国家仍在使用；乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂，并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。

由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各种冰点的冷却液，其最低冰点可达-68℃，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点，是一种较为理想的冷却液，目前国内外发动机所使用的和市场上所出售的冷却液几乎都