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摘 要：本文详细解析了汽车发动机冷却系统及主要部件的性能，分析了汽车冷却系统中高水温的原因，并从简单预测了一些有效的故障诊断方法，从而避免因为造成的冷却系统出现问题，给汽车驾驶员和修理企业或者修理人员造成损失。
关键词：汽车;冷却系统;发动机;故障;诊断策略
中图分类号：U472.43 文献标识码：A
0 引言
随着汽车技术的飞速发展，汽车发动机相关技术得到了迅猛的发展，随着发动机的不断更新换代，发动机的热效率也逐渐提高，但是在获得更高转速和大功率的同时，发动机的热负荷也越来越大。而良好的发动机冷却系统是保证这种大的热负荷下发动机的正常工作的前提条件。
1 汽车发动机冷却系统的原理
1.1 发动机冷却系统的作用
目前汽车发动机多采用强制循环的水冷却系统。发动机内部都有水套。水泵将冷却水从发动机外部吸入加压，使冷水在水套内流动，带走邻近部件的热量。冷却水吸热后自身温度升高，进入车前端的散热器内。汽车在行驶过程中空气流动加快，再加上风扇的抽吸作用，外界冷空气带走散热器内冷却水的热量。当散热器中的冷却水得到冷却后，在水泵的作用下，又再次进入水套。如此循环不断地冷却了发动机的高温部件。
当汽车以60 km/h的速度行驶时，其发动机每个活塞每分钟要上下运动4～5千次左右，燃油会有约一半能量以热量的形式散失，与高温气体直接接触的机件（如缸套、缸盖、活塞等）将受热而急剧升温。其中的运动部件受热膨胀后会破坏了正常配合间隙，将导致机械强度降低而损坏、润滑失效而卡死，所以必须对气缸加以冷却。当然如果冷却过度也不可取，会造成气缸充气量减少、燃烧不正常、功率下降、油耗增加及润滑不良等影响。汽车冷却系存在的目的就是要使发动机在合适的温度下正常工作。
1.2 发动机的过冷和过热
通常情况下，汽车冷却系统是根据此车型在某一常用工作状况下而设计的，然而汽车使用条件复杂而且多变。例如在夏季温度高、发动机高负荷低转速的条件下，需要加强冷却，防止发动机过热;而在寒冷的冬季，机油的粘度变大，阻力也变大，发动机的冷启动也就变得很困难，这时发动机需要合适的高温;另外，发动机在低负荷高转速的条件下，还需要降低冷却效果。
如果发动机得不到充分冷却，发动机就会过热，会产生很多不良后果。例如：机械强度降低，甚至可能出现热变形，破坏零件之间的配合间隙，造成零件磨损严重，达到磨损极限时，还可能发生零件断裂事故。高温也会引起气缸壁机油变质，使之失去润滑性能，甚至结焦。高温还会引起发动机充气系数下降，使发动机功率降低。另外，气缸套和活塞的最大热负荷受润滑条件的限制，温度超过240℃，机油就会发生碳化，使活塞环胶结失去弹性并刮伤缸壁，磨损加剧;轻金属活塞的热应力是受温度制约的，随着温度的增加，铝合金的强度将很快降低，温度达到380℃～500℃以上，就不可能保证可靠运转。
反之，冷却系统的冷却能力过强，也是非常有害的。发动机过冷，散热损失的热量多，发动机工作的热效率低，功率下降而耗油增加;零件过冷，膨胀量不足，相互之间的配合间隙大，零件在运动过程中相互碰撞，运转噪音增大且加快磨損速度：冷却温度低，会恶化混合气的形成和燃烧，使发动机工作粗暴，增加机油粘度和摩擦功率。
综上，发动机过热和过冷都是不利的，理想的冷却系统，可以使发动机在各种不同环境温度和运转工况下具有最佳的热状态;既有良好的动力性和经济性，又有良好的工作可靠性。通常采用密闭式冷却系统并采用防冻液，则冷却温度会提高到110℃～130℃。
2 汽车发动机冷却系统水温偏高的原因分析
发动机冷却系统出现高水温有很多原因，最常见的高温故障如下：
2.1 冷却系统部件致使高温故障
冷却系统容易出现的常见故障有：节温器失效、水泵损坏、散热器损坏、冷却液泄漏、气阻影响等。以冷却液泄露为例，通常冷却液变少，蒸发仅是冷却液损失的一小部分，大部分是冷却液的渗漏流失。冷却液渗漏主要有两种形式：外渗和内渗。外渗的主要原因可能为出水口或进水口接头接缝处破裂或冷却水管腐蚀破裂、松脱。内渗的主要原因有可能时气缸盖紧固螺栓松动或者因为垫片损坏，水套铸件产生裂纹等导致内渗。这类故障就是由于冷却系统零件或者耗材失效出现的故障，这类故障较其他易于分析和排除也更易于预防。
2.2 发动机异常发热致使高温故障
这类故障常见的有发动机负荷过大、发动机喷油或者点火提前角过迟、水道堵塞或设计不良等。我们以发动机点火过迟为例，发动点火过迟会造成发动机作用在燃烧室活塞上的机械能变少，而部分没有做功的混合气会在燃烧室外产生热量，一部分被尾气排出，另一部分就被冷却系统以热量带走。如果发动机运转时所产生的热量超出了冷却系统中散热负载，发动机即高温。
2.3 冷却系统电路致使高温故障
随着汽车电气化程度变高，冷却系统的电路也随之复杂。常见的故障有，水温传感器故障，水温电路故障、显示仪表故障、ECU水温模块故障等。最新的发动机电控冷却系统还由直流电机来驱动的电子风扇和电子水泵来代替传统车用发动机冷却系统中的机械水泵和机械风扇，用步进电机驱动的电子节温器代替传统蜡式节温器，用微控制器作为控制单元。这样，风扇和水泵的转速将不再受制于发动机的转速，从而实现发动机转速与风扇和水泵运转的完全解耦;节温器的开启与闭合也将全面与石蜡节温器无关。通过温度传感器获取冷却液的温度，微控制器通过将当前温度和预设定温度进行比照，控制电子风扇、电子水泵以及电子节温器的协调动作，将冷却液的温度始终控制在最适宜的范围内，从而达到发动机温度闭环精确控制的目的，使汽车的排放性、耐久可靠性和燃油经济性得到明显改善。传统冷却系统电路故障本身并不复杂，但是随着汽车模块电路的变的复杂，会增加检测手段和方法，冷却系统故障却变得更加难于排除。 2.4 汽车其它模块造成的高温故障
随着汽车舒适性的增加，汽车变的复杂，其他模块的散热也趋于需要散热，如果散热不良也会出现高温故障。比如：涡轮增压中冷散热、汽车空调冷凝器散热、自动变速器散热、混动车辆电池组和电机散热等都可能会引起散热系统故障。
例如：变速箱离合器打滑，产生了额外的热量，变速箱散热油路流量不足等。
3 冷却系统故障排除及诊断策略
下面以汽车实际高温故障为例，分析汽车高温故障诊断流程，供大家参考。
根据客户反映，某汽车行驶过程中出现水温警告灯亮的情况。试车初步检查，判断为发动机冷却系统故障，需要对冷却系进行检修。
3.1 诊断过程
（1）检查是否冷却水量缺少。加注冷却液，试车，水温度依然较高，说明问题不在这里。（2）检查是否冷却系内是否有未完全排完的空气。查阅资料此车型是带回水管的自动排空气设计，只要回水管道不堵塞，水流顺畅，不需要人工排气。试车，启动发动机，回水管流水回膨胀水箱，说明管路未堵塞。（3）检查节温器。判断是否是冷却系统的节温器故障。先可用手与水箱直接接触，如果冷却系统的冷却液温度过高，而同时进入水箱的温度存在较大差异，即可判定节温器出现故障。其次，通过实验来测量冷却液温度，把节温器静置于约83℃的热水内约3 min，然后启动节温器，如果节温器启动过程中阀门间距小于0.2 mm，就表明节温器功能严重下降。如果将节温器浸泡在沸水中约6 min，节温器小循环阀门没有关闭，即可判定节温器存在故障。拆下节温器，用开水试验，节温器能全开，判断节温器正常。（4）判断水箱散热器是否正常。判断发动机冷却系统的散热器是否有故障。要先认真检查发动机风扇叶片的固定程度，要确保皮带的松紧程度适中，明确风扇风量及转速。可在发动机启动后，将一张纸片放在散热器前，如果纸片被风扇吸附则表明其风量充足。其次，详细检查百叶窗开合状况，以判断其开关达标与否，如果百叶窗开合不合理，就很可能存在故障。最后，严格检查散热器出水胶管是否存在吸瘪现象。对于水垢较多问题，通常是因为冷却液导致的水箱生锈或结垢现象，应认真观察冷却液颜色，如果其表现为棕色就说明散熱器存在生锈问题，这会影响到冷却液的转速，进而影响到发动机运行，促使水箱发生漏水线性。经排查散热器良好。（5）拆检水泵。拆下水泵检查水泵转动完好，无卡滞，内部叶片完好。（6）试车时发现冷却风扇低温档超过90℃时，还不转，温度超过130℃才转，而且转速高，声音特别大。说明冷却风扇只有高速档，无低速档。（7）进一步检查冷却风扇电路。发现低档无电，高档有电，说明汽车电子风扇控制器可能有问题。
3.2 故障排除
更换新电子风扇控制器，低速挡高速档均有电。试车发现冷却风扇低、高档均能运转正常，说明冷却风扇只有高速档、无低速档的故障得以排除
3.3 总结
上述维修虽然没有直接检测出故障，但是诊断过程思路准确。维修过程采用经验法、逐步排除法和换件法，使得冷却系统可以逐步恢复正常。这是一种较为常用维修方法，也是排故最有效的方法。
4 结语
随着科学技术的发展，智能控制更多地应用于汽车各个方面。冷却系统不再仅仅是一个简单的冷却循环，其智能控制的要求也越来越高，只有通过先进的诊断理念和高效的检测设备，对特定类型故障进行目标性的诊断，才可以有效的分析发动机高温故障，缩短故障维修时间，增加经济效益。
参考文献：
[1]卢广峰，郭新民，等.汽车冷却系统的发展与现状[J].农业化研究，2002（2）：29-134.
[2]高玉侠，宋广军，等.电子控制发动机冷却系统[J].汽车维修技师，2007（11）：20-22.
[3]刘健祥.某轿车发动机冷却系统水温偏高的分析与改进们.汽车工程师，2016（10）：62.
[4]成晓北.现代车用发动机冷却系统研究进展[J].车用发动机，2008（2）：1-7.
关键词：汽车;冷却系统;发动机;故障;诊断策略
中图分类号：U472.43 文献标识码：A
0 引言
随着汽车技术的飞速发展，汽车发动机相关技术得到了迅猛的发展，随着发动机的不断更新换代，发动机的热效率也逐渐提高，但是在获得更高转速和大功率的同时，发动机的热负荷也越来越大。而良好的发动机冷却系统是保证这种大的热负荷下发动机的正常工作的前提条件。
1 汽车发动机冷却系统的原理
1.1 发动机冷却系统的作用
目前汽车发动机多采用强制循环的水冷却系统。发动机内部都有水套。水泵将冷却水从发动机外部吸入加压，使冷水在水套内流动，带走邻近部件的热量。冷却水吸热后自身温度升高，进入车前端的散热器内。汽车在行驶过程中空气流动加快，再加上风扇的抽吸作用，外界冷空气带走散热器内冷却水的热量。当散热器中的冷却水得到冷却后，在水泵的作用下，又再次进入水套。如此循环不断地冷却了发动机的高温部件。
当汽车以60 km/h的速度行驶时，其发动机每个活塞每分钟要上下运动4～5千次左右，燃油会有约一半能量以热量的形式散失，与高温气体直接接触的机件（如缸套、缸盖、活塞等）将受热而急剧升温。其中的运动部件受热膨胀后会破坏了正常配合间隙，将导致机械强度降低而损坏、润滑失效而卡死，所以必须对气缸加以冷却。当然如果冷却过度也不可取，会造成气缸充气量减少、燃烧不正常、功率下降、油耗增加及润滑不良等影响。汽车冷却系存在的目的就是要使发动机在合适的温度下正常工作。
1.2 发动机的过冷和过热
通常情况下，汽车冷却系统是根据此车型在某一常用工作状况下而设计的，然而汽车使用条件复杂而且多变。例如在夏季温度高、发动机高负荷低转速的条件下，需要加强冷却，防止发动机过热;而在寒冷的冬季，机油的粘度变大，阻力也变大，发动机的冷启动也就变得很困难，这时发动机需要合适的高温;另外，发动机在低负荷高转速的条件下，还需要降低冷却效果。
如果发动机得不到充分冷却，发动机就会过热，会产生很多不良后果。例如：机械强度降低，甚至可能出现热变形，破坏零件之间的配合间隙，造成零件磨损严重，达到磨损极限时，还可能发生零件断裂事故。高温也会引起气缸壁机油变质，使之失去润滑性能，甚至结焦。高温还会引起发动机充气系数下降，使发动机功率降低。另外，气缸套和活塞的最大热负荷受润滑条件的限制，温度超过240℃，机油就会发生碳化，使活塞环胶结失去弹性并刮伤缸壁，磨损加剧;轻金属活塞的热应力是受温度制约的，随着温度的增加，铝合金的强度将很快降低，温度达到380℃～500℃以上，就不可能保证可靠运转。
反之，冷却系统的冷却能力过强，也是非常有害的。发动机过冷，散热损失的热量多，发动机工作的热效率低，功率下降而耗油增加;零件过冷，膨胀量不足，相互之间的配合间隙大，零件在运动过程中相互碰撞，运转噪音增大且加快磨損速度：冷却温度低，会恶化混合气的形成和燃烧，使发动机工作粗暴，增加机油粘度和摩擦功率。
综上，发动机过热和过冷都是不利的，理想的冷却系统，可以使发动机在各种不同环境温度和运转工况下具有最佳的热状态;既有良好的动力性和经济性，又有良好的工作可靠性。通常采用密闭式冷却系统并采用防冻液，则冷却温度会提高到110℃～130℃。
2 汽车发动机冷却系统水温偏高的原因分析
发动机冷却系统出现高水温有很多原因，最常见的高温故障如下：
2.1 冷却系统部件致使高温故障
冷却系统容易出现的常见故障有：节温器失效、水泵损坏、散热器损坏、冷却液泄漏、气阻影响等。以冷却液泄露为例，通常冷却液变少，蒸发仅是冷却液损失的一小部分，大部分是冷却液的渗漏流失。冷却液渗漏主要有两种形式：外渗和内渗。外渗的主要原因可能为出水口或进水口接头接缝处破裂或冷却水管腐蚀破裂、松脱。内渗的主要原因有可能时气缸盖紧固螺栓松动或者因为垫片损坏，水套铸件产生裂纹等导致内渗。这类故障就是由于冷却系统零件或者耗材失效出现的故障，这类故障较其他易于分析和排除也更易于预防。
2.2 发动机异常发热致使高温故障
这类故障常见的有发动机负荷过大、发动机喷油或者点火提前角过迟、水道堵塞或设计不良等。我们以发动机点火过迟为例，发动点火过迟会造成发动机作用在燃烧室活塞上的机械能变少，而部分没有做功的混合气会在燃烧室外产生热量，一部分被尾气排出，另一部分就被冷却系统以热量带走。如果发动机运转时所产生的热量超出了冷却系统中散热负载，发动机即高温。
2.3 冷却系统电路致使高温故障
随着汽车电气化程度变高，冷却系统的电路也随之复杂。常见的故障有，水温传感器故障，水温电路故障、显示仪表故障、ECU水温模块故障等。最新的发动机电控冷却系统还由直流电机来驱动的电子风扇和电子水泵来代替传统车用发动机冷却系统中的机械水泵和机械风扇，用步进电机驱动的电子节温器代替传统蜡式节温器，用微控制器作为控制单元。这样，风扇和水泵的转速将不再受制于发动机的转速，从而实现发动机转速与风扇和水泵运转的完全解耦;节温器的开启与闭合也将全面与石蜡节温器无关。通过温度传感器获取冷却液的温度，微控制器通过将当前温度和预设定温度进行比照，控制电子风扇、电子水泵以及电子节温器的协调动作，将冷却液的温度始终控制在最适宜的范围内，从而达到发动机温度闭环精确控制的目的，使汽车的排放性、耐久可靠性和燃油经济性得到明显改善。传统冷却系统电路故障本身并不复杂，但是随着汽车模块电路的变的复杂，会增加检测手段和方法，冷却系统故障却变得更加难于排除。 2.4 汽车其它模块造成的高温故障
随着汽车舒适性的增加，汽车变的复杂，其他模块的散热也趋于需要散热，如果散热不良也会出现高温故障。比如：涡轮增压中冷散热、汽车空调冷凝器散热、自动变速器散热、混动车辆电池组和电机散热等都可能会引起散热系统故障。
例如：变速箱离合器打滑，产生了额外的热量，变速箱散热油路流量不足等。
3 冷却系统故障排除及诊断策略
下面以汽车实际高温故障为例，分析汽车高温故障诊断流程，供大家参考。
根据客户反映，某汽车行驶过程中出现水温警告灯亮的情况。试车初步检查，判断为发动机冷却系统故障，需要对冷却系进行检修。
3.1 诊断过程
（1）检查是否冷却水量缺少。加注冷却液，试车，水温度依然较高，说明问题不在这里。（2）检查是否冷却系内是否有未完全排完的空气。查阅资料此车型是带回水管的自动排空气设计，只要回水管道不堵塞，水流顺畅，不需要人工排气。试车，启动发动机，回水管流水回膨胀水箱，说明管路未堵塞。（3）检查节温器。判断是否是冷却系统的节温器故障。先可用手与水箱直接接触，如果冷却系统的冷却液温度过高，而同时进入水箱的温度存在较大差异，即可判定节温器出现故障。其次，通过实验来测量冷却液温度，把节温器静置于约83℃的热水内约3 min，然后启动节温器，如果节温器启动过程中阀门间距小于0.2 mm，就表明节温器功能严重下降。如果将节温器浸泡在沸水中约6 min，节温器小循环阀门没有关闭，即可判定节温器存在故障。拆下节温器，用开水试验，节温器能全开，判断节温器正常。（4）判断水箱散热器是否正常。判断发动机冷却系统的散热器是否有故障。要先认真检查发动机风扇叶片的固定程度，要确保皮带的松紧程度适中，明确风扇风量及转速。可在发动机启动后，将一张纸片放在散热器前，如果纸片被风扇吸附则表明其风量充足。其次，详细检查百叶窗开合状况，以判断其开关达标与否，如果百叶窗开合不合理，就很可能存在故障。最后，严格检查散热器出水胶管是否存在吸瘪现象。对于水垢较多问题，通常是因为冷却液导致的水箱生锈或结垢现象，应认真观察冷却液颜色，如果其表现为棕色就说明散熱器存在生锈问题，这会影响到冷却液的转速，进而影响到发动机运行，促使水箱发生漏水线性。经排查散热器良好。（5）拆检水泵。拆下水泵检查水泵转动完好，无卡滞，内部叶片完好。（6）试车时发现冷却风扇低温档超过90℃时，还不转，温度超过130℃才转，而且转速高，声音特别大。说明冷却风扇只有高速档，无低速档。（7）进一步检查冷却风扇电路。发现低档无电，高档有电，说明汽车电子风扇控制器可能有问题。
3.2 故障排除
更换新电子风扇控制器，低速挡高速档均有电。试车发现冷却风扇低、高档均能运转正常，说明冷却风扇只有高速档、无低速档的故障得以排除
3.3 总结
上述维修虽然没有直接检测出故障，但是诊断过程思路准确。维修过程采用经验法、逐步排除法和换件法，使得冷却系统可以逐步恢复正常。这是一种较为常用维修方法，也是排故最有效的方法。
4 结语
随着科学技术的发展，智能控制更多地应用于汽车各个方面。冷却系统不再仅仅是一个简单的冷却循环，其智能控制的要求也越来越高，只有通过先进的诊断理念和高效的检测设备，对特定类型故障进行目标性的诊断，才可以有效的分析发动机高温故障，缩短故障维修时间，增加经济效益。
参考文献：
[1]卢广峰，郭新民，等.汽车冷却系统的发展与现状[J].农业化研究，2002（2）：29-134.
[2]高玉侠，宋广军，等.电子控制发动机冷却系统[J].汽车维修技师，2007（11）：20-22.
[3]刘健祥.某轿车发动机冷却系统水温偏高的分析与改进们.汽车工程师，2016（10）：62.
[4]成晓北.现代车用发动机冷却系统研究进展[J].车用发动机，2008（2）：1-7.