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水温高/漏水的真相 发动机冷却系统解析

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发表于 2013-2-28 13:23:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
发动机的温度直接决定着它的工作状态,温度过低,发动机的效率就会很低,但当温度超出发动机本身所能承受极限时,这又会带来灾难性的后果。的确,对于发动机温度的控制是门学问,好在,这些都是工程师的事,我们并无需为此而操劳。不过,随着车辆使用时间的积累,谁也不能保证在这方面不会出一点问题,“漏水”就曾让一群车主饱受折磨,而水温异常又是怎么回事?“开锅”后你又该怎么办?以及冷却系统该如何维护等,这些你都会在文章中找到答案。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:29:35 | 显示全部楼层
按类型分,可将冷却系统分为两大类,即风冷和水冷,但风冷发动机基本已经跟汽车划清了界限,不仅仅是因为水冷可以提供更为稳定的温度环境,在为乘客提供舒适服务方面,风冷发动机也表现的不是那么人性化,至少在冬天不能向水冷发动机那样为车内提供暖风服务。下面,首先,我将为大家展示风冷发动机及几款经典的车型,紧接着的大篇幅里则是对水冷发动机的描述。希望能迎合诸位的胃口。


  ● 风冷发动机



  发动机缸体外被加工出来的“龙鳞”便是最为重要的散热部分,散热原理和结构都十分简单,就是通过增加散热片来扩大散热面积,没有了繁冗的水冷系统,风冷发动机的质量更轻,维护起来也更方便(至少不用换冷却液,也不涉及到漏水/吹哨等故障)。但你还别小看这种发动机,它还真成就了一些经典的传奇车型,大名鼎鼎的保时捷993就采用了风冷水平对置6缸发动机。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:30:23 | 显示全部楼层
保时捷993



  1993年至1998年间生产的保时捷993是保时捷家族中最后一款搭载风冷发动机的车型,言下之意则表明风冷发动机技术在保时捷阵营中有着至高的权重,结构简单、质量轻是保时捷工程师偏爱它的主要原因,但随着日后对水平对置6缸发动机的性能潜质的不断挖掘,碍于先天的不足,风冷最终还是扛不住现实的炙烤,但那一代保时捷911却成了保时捷车迷心中永不磨灭的经典。

  第一代甲壳虫

  第一代甲壳虫搭载的那台水平对置4缸发动机很难与保时捷撇清关系,而在风冷技术的运用上二者更是颇具渊源。这台1.5升排气量的发动机在4200转/分时可以释放54马力的动力,在2600转/分时可达到105牛·米的峰值扭矩,你可以通过变速箱提供的4个不同的齿比来分配它们,以应不时之需。OHV在现代轿车上已经不常见了,我们可能更熟悉OHC(DOHC/SOHC),这是用于描述凸轮轴以及气门位置的字母缩写,在第一代甲壳虫的发动机描述里我们发现了OHV的字样,这个三个字母的意思是“顶置气门”,的确,在那个年代,顶置气门已经很了不起了。


  在北京这款车真的出现过,绿色的金属漆在阳光的照射下显得风韵犹存,奔跑的状态似乎保持的也很不错,排气的声音几乎没有夹杂任何不规整的音符,如果你有这辆车的车消息,你可以通报给我们,真想对它好好研究一番。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:31:29 | 显示全部楼层
菲亚特126P


  126P从1973年开始量产,至1996年停产时为止共生产约380万辆,其用户更是遍布世界各地,包括以FSM Niki的名称出口到澳大利亚。而中国在20世纪80年代中后期从波兰进口了约3万辆。时至今日,由于配件和维修保养方面的困难,还能上路的126P已经寥寥无几,基本都成为车友的藏品。



  菲亚特126P采用了一台直列双缸发动机,最初量产的126P发动机排量为594ml。而后期出口到中国的车型则使用了排量更大的653ml发动机(由594发动机扩缸而来,而最大功率也从17千瓦上升到18千瓦),这也就是车尾650标志的来历。



  菲亚特126P发动机采用了风冷系统,这让对于小车显得负担不小的发动机冷却系消失了,结构和重量都减负不少,不过当车况不佳或者长时间低速行驶时,很容易导致发动机过热,甚至国内有的车主在90年代时,一到夏天就要打开发动机舱盖散热。

  风冷发动机就此不再多提,下面要说的内容跟大家有直接关系,其中有一部分是在说冷却系统的结构,后一部分说了一些有关冷却系统的故障现象及排故的思路,如果你不太喜欢结构类的内容也可以直接跳到后面,但我保证看完后面你还会返回来探寻“物种的起源”。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:32:11 | 显示全部楼层
 ● 冷却系统工作原理

  传统的发动机冷却系统

  ☆ 水泵由曲轴带动,依靠散热器将热量散去,但冷却液循环不够灵活。





  水箱(散热器)、水泵、风扇、节温器、暖风水箱以及储液罐是冷却系统的主要部件。水泵是冷却系统中相对核心的部件,在曲轴的带动下,旋转的水泵维持了冷却液在体内的循环(包括散热器、发动机水道等),车头的散热器同样重要,通过迎面而来的气流和电子扇的作用将高温的冷却液所散发出的热量吹走。节温器和风扇都是调温装置,值得一提的是,厂家大肆宣传的进气格栅主动关闭系统其实并不是什么新鲜的装备,以前大家把它称之为百叶窗,只不过,那会的百叶窗并非电子控制,但起到的作用基本相同。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:32:48 | 显示全部楼层
针对涡轮增压发动机改良的冷却系统

  ☆ 采用两套冷却系统,增设了电子水泵,对冷却液的循环控制更为灵活。




  涡轮增压发动机的散热也有特别的编排,除了利用中冷器降低增压后的空气温度外,为了控制涡轮本身的温度还特别开辟了一条冷却液循环管路,而随着发动机电子集成度越来越高,电子水泵的应用也让冷却系统的工作变得更灵活,即便在熄火后,电子水泵也可以运转一段时间,以将窝在涡轮增压器内部的热量随着冷却液的循环散出去。但现在发动机所装配的涡轮增压器中的转子轴承为浮油轴承,传统轴承中的滚珠、滚子由机油替代,因此在发动机熄火后,浮油轴承就会失效,不但担心磨损问题,在气阻的作用下,旋转的涡轮叶片在短时间内就会停止,但如果在高速行驶后立刻熄火,情况就不同了,过高的转速很难让涡轮叶片尽可能快的停下来,磨损在所难免,因此,建议大家还是要怠速一段时间后再熄火为妙。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:33:31 | 显示全部楼层
冷却液

  冷却液从储液罐倒入,发动机前置的家用型轿车大致需要3~4升左右的冷却液,而对于一款发动机中置或者后置的车,由于它们仍需要位于车头的水箱来为冷却系统散热,所以,碍于整体布局,这些车所需要的冷却液要比发动机前置的汽车至少多上一倍的量。


  ① 冷却液的成分

  ☆浓度决定冷却液的性能。


  发动机冷却液由乙二醇、防腐蚀添加剂、抗泡沫添加剂和水组成,其中,乙二醇是扩大液体适应温度区间的核心成分,通过与水的融合,高浓度的冷却液可在197℃至-60℃内不沸腾、不结冰,不过,这样的产品标价更高,所以,厂家会根据地区以及使用情况的不同来调整冷却液中乙二醇的添加比例。你也会发现不同品牌车型的所使用的冷却液的颜色不同,有粉色的,还有蓝色的等,这些都是着色剂缔造的不同颜色效果,为的是在冷却液发生泄漏时,可以更为醒目的被人所察觉,而颜色上的差异也会很醒目地区分出不同的产品,防止错误车主误添加不适用爱车的产品。

  ② 不同品牌的冷却液能相互勾兑吗?


  原则上是不建议不同品牌的冷却液产品相互勾兑的,因为不同的厂家会使用不同的冷却液配方,添加剂的添加比例也会不同,如果把这些不同的冷却液相互混用,则有可能出现一些不可预知的化学反应,进而腐蚀管路接口处的密封橡胶圈造成密封不严导致漏水现显的发生。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:34:09 | 显示全部楼层
为什么要定期更换冷却液?

  在车辆的保养手册里,厂家会对冷却液的更换周期做出说明,那么,冷却液为什么要进行更换呢?


  在冷却液中含有添加剂和抗泡沫添加剂,这些添加剂会在使用过程中逐渐地丧失应有的功能,以至于无法对冷却系统内部进行很好的保护,也就是说,在冷却系统不发生泄漏的前提下,冷却液对于温度的控制基本不会变,但由于添加剂失效,特别是抗泡沫添加剂,在水泵叶轮的搅动下,会使冷却液产生气泡,这气泡会大大削弱冷却液的效果。所以,冷却液最好能按期更换。

  值得一提的是,当冷却液因渗漏等原因出现亏损时,有些车主为了图省事或者应急,直接向储液罐里兑水,这是不提倡的行为,因为被稀释后的冷却液的沸点和冰点都会大大降低,所以,在条件允许的情况下,尽量填加原装冷却液,当然,漏水还是要尽快检修才妥当。

  储液罐

  ☆储液罐可进行自我膨胀以缓解系统内压力。


  储液罐的功能并不像你想象的那般单一,在密封的条件下它可以最大程度的维持冷却系统内部压力。首先,储液罐本身具有一定的韧性,在现有配件目录上,这个配件被称为膨胀灌,也就是说,当系统内积聚了一定的压力时,储液罐通过自身的膨胀可起到减缓压力的作用,你可能会担心储液罐会不会被撑爆,要知道,扣在储液罐头顶上的那个盖也不简单呢~在它的中心位置有个泄压阀,如果压力超出标准值,泄压阀会率先被撑开,以保证各个部件的安全。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:34:48 | 显示全部楼层
 仅仅是冷却吗?

  ☆通过节温器的动作可以切换冷却液的循环方式,而为了更好的对此进行控制,节温器的类型也出现了一些改变。

  冷却系统仅仅是为了冷却吗?在文章的前面提到“温度过低,发动机的效率就会很低”,这点相信大家深有体会。特别是在冬天,早上你启动发动机时,怠速的转速会很高(不同的发动机因使用情况不同可能会相差较大,有些凉车怠速在1000~1200转/分之间,而有些则会达到惊人的2000转/分,如果凉车怠速过高,大多是节气门处需要清洗了),随着水温的升高,怠速转速会回落至正常数值,在此期间,对于自动挡车型来说,换挡点也有可能出现延迟,这些都算是凉车的“并发症”。位于发动机后出水管座附近的水温传感器是重要的信号来源,由此传出的信号将决定着发动机以什么样的状态工作。


  让发动机尽快达到最佳的工作状态是很有必有的。此时,冷却系统要做的就是给发动机“保温”,节温器在其中扮演了重要的角色,我们可以把它看作是一个“阀门”,通过阀门的开闭来切换冷却液的循环路径,在凉车状态下,节温器关闭,这相当于切断了冷却液通往水箱(散热器)的路,所以,在凉车状态下水箱不参与冷却系统的散热工作。这就是我们常听到“小循环”。

  ① 节温器的工作原理?




  传统的节温器依靠石蜡在不同温度下的状态变化来控制阀门的开闭。在水温不高时,石蜡处于固态,阀门在弹簧的作用下使散热器被暂时剥离发动机冷却系统,当发动机达到最佳工作状态时(水温在90℃左右),石蜡会溶化成液体,在由固态向液态转变的过程中,石蜡的体积也会发生变化,正是利用此物理特性,得以实现节温器对整个冷却系统的把控。
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 楼主| 发表于 2013-2-28 13:35:33 | 显示全部楼层
  ② 双节温器


  该发动机引入了双节温器系统,它们可以分别对缸体和缸盖的温度进行控制。目的是让缸盖的温度相对更低,从而降低进气温度,提高了充气效率。适当的提高缸体的温度,可以有效的降低曲柄连杆机构运行时的摩擦损失。

  ③ 电控节温器


  相比于石蜡型节温器,电控节温器从结构上来看,它会更稳定些,而且在控制上也会更加的灵活。

  其实无论节温器的类型是什么样,它们都是为了实现冷却系统在两个循环方式间的相互切换,不过,有时候它并不是那么让人省心。
  水温传感器

  ☆水温传感器是发动机电脑重要的信号来源,它也随着发动机技术的发展进化着。

  顾名思义,水温传感器的作用是检测发动机水温的变化,当然,它还要把这一重要信息传递给发动机电脑(ECU),但你知道吗?这个小玩意随着发动机控制技术的发展也完成了自己的进化。


  现在的发动机控制系统中只有一个水温传感器,它身兼两职,一,监测水温并把信号传给ECU,二,监测水温并把信号传递给仪表板,以实现水温表的显示及报警功能。在这之前,电喷发动机大多需要两个水温传感器,以上提到的两个功能由它们分别完成。时间再往前倒,坐我身边的冯景毅认为那是个伟大的时代,之所以伟大是因为化油器的出现,看吧,这就是技术设计频道同事的思路,的确有别于常人吧~在化油器发动机上只有一个水温传感器,它唯一的工作就是将信息反馈到仪表上。

  ① 水温传感器坏了发动机就“秀逗”了吗?

  一旦水温传感器失效,那么,ECU便无法获得水温这个重要的信号,不过,工程师在设计之初就给自己留了后路,这样的做法是非常合理的,就像电脑的安全模式一样,ECU也会启动应急预案,例如模拟出水温信号,听上去很复杂,似乎会涉及到大量的数据计算,其实很简单,就是以不变应万变,它会在70℃~95℃间(不同车型设定也不同)调取适合的水温数值所对应的喷油、点火控制程序,而为了让这个决定显得不那么冒失,电子扇也会启动,哪怕现阶段发动机自身温度并不高,不过,现在可管不了这么多了。
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