汽車發動機冷卻系統水溫偏高的原因及診斷策略研究

王挺

摘 要：本文詳細解析了汽車發動機冷卻系統及主要部件的性能，分析了汽車冷卻系統中高水溫的原因，并從簡單預測了一些有效的故障診斷方法，從而避免因為造成的冷卻系統出現問題，給汽車駕駛員和修理企業或者修理人員造成損失。

關鍵詞：汽車;冷卻系統;發動機;故障;診斷策略

中圖分類號：U472.43 文獻標識碼：A

0 引言

隨著汽車技術的飛速發展，汽車發動機相關技術得到了迅猛的發展，隨著發動機的不斷更新換代，發動機的熱效率也逐漸提高，但是在獲得更高轉速和大功率的同時，發動機的熱負荷也越來越大。而良好的發動機冷卻系統是保證這種大的熱負荷下發動機的正常工作的前提條件。

1 汽車發動機冷卻系統的原理

1.1 發動機冷卻系統的作用

目前汽車發動機多采用強制循環的水冷卻系統。發動機內部都有水套。水泵將冷卻水從發動機外部吸入加壓，使冷水在水套內流動，帶走鄰近部件的熱量。冷卻水吸熱后自身溫度升高，進入車前端的散熱器內。汽車在行駛過程中空氣流動加快，再加上風扇的抽吸作用，外界冷空氣帶走散熱器內冷卻水的熱量。當散熱器中的冷卻水得到冷卻后，在水泵的作用下，又再次進入水套。如此循環不斷地冷卻了發動機的高溫部件。

當汽車以60 km/h的速度行駛時，其發動機每個活塞每分鐘要上下運動4～5千次左右，燃油會有約一半能量以熱量的形式散失，與高溫氣體直接接觸的機件（如缸套、缸蓋、活塞等）將受熱而急劇升溫。其中的運動部件受熱膨脹后會破壞了正常配合間隙，將導致機械強度降低而損壞、潤滑失效而卡死，所以必須對氣缸加以冷卻。當然如果冷卻過度也不可取，會造成氣缸充氣量減少、燃燒不正常、功率下降、油耗增加及潤滑不良等影響。汽車冷卻系存在的目的就是要使發動機在合適的溫度下正常工作。

1.2 發動機的過冷和過熱

通常情況下，汽車冷卻系統是根據此車型在某一常用工作狀況下而設計的，然而汽車使用條件復雜而且多變。例如在夏季溫度高、發動機高負荷低轉速的條件下，需要加強冷卻，防止發動機過熱;而在寒冷的冬季，機油的粘度變大，阻力也變大，發動機的冷啟動也就變得很困難，這時發動機需要合適的高溫;另外，發動機在低負荷高轉速的條件下，還需要降低冷卻效果。

如果發動機得不到充分冷卻，發動機就會過熱，會產生很多不良后果。例如：機械強度降低，甚至可能出現熱變形，破壞零件之間的配合間隙，造成零件磨損嚴重，達到磨損極限時，還可能發生零件斷裂事故。高溫也會引起氣缸壁機油變質，使之失去潤滑性能，甚至結焦。高溫還會引起發動機充氣系數下降，使發動機功率降低。另外，氣缸套和活塞的最大熱負荷受潤滑條件的限制，溫度超過240℃，機油就會發生碳化，使活塞環膠結失去彈性并刮傷缸壁，磨損加劇;輕金屬活塞的熱應力是受溫度制約的，隨著溫度的增加，鋁合金的強度將很快降低，溫度達到380℃～500℃以上，就不可能保證可靠運轉。

反之，冷卻系統的冷卻能力過強，也是非常有害的。發動機過冷，散熱損失的熱量多，發動機工作的熱效率低，功率下降而耗油增加;零件過冷，膨脹量不足，相互之間的配合間隙大，零件在運動過程中相互碰撞，運轉噪音增大且加快磨損速度：冷卻溫度低，會惡化混合氣的形成和燃燒，使發動機工作粗暴，增加機油粘度和摩擦功率。

綜上，發動機過熱和過冷都是不利的，理想的冷卻系統，可以使發動機在各種不同環境溫度和運轉工況下具有最佳的熱狀態;既有良好的動力性和經濟性，又有良好的工作可靠性。通常采用密閉式冷卻系統并采用防凍液，則冷卻溫度會提高到110℃～130℃。

2 汽車發動機冷卻系統水溫偏高的原因分析

發動機冷卻系統出現高水溫有很多原因，最常見的高溫故障如下：

2.1 冷卻系統部件致使高溫故障

冷卻系統容易出現的常見故障有：節溫器失效、水泵損壞、散熱器損壞、冷卻液泄漏、氣阻影響等。以冷卻液泄露為例，通常冷卻液變少，蒸發僅是冷卻液損失的一小部分，大部分是冷卻液的滲漏流失。冷卻液滲漏主要有兩種形式：外滲和內滲。外滲的主要原因可能為出水口或進水口接頭接縫處破裂或冷卻水管腐蝕破裂、松脫。內滲的主要原因有可能時氣缸蓋緊固螺栓松動或者因為墊片損壞，水套鑄件產生裂紋等導致內滲。這類故障就是由于冷卻系統零件或者耗材失效出現的故障，這類故障較其他易于分析和排除也更易于預防。

2.2 發動機異常發熱致使高溫故障

這類故障常見的有發動機負荷過大、發動機噴油或者點火提前角過遲、水道堵塞或設計不良等。我們以發動機點火過遲為例，發動點火過遲會造成發動機作用在燃燒室活塞上的機械能變少，而部分沒有做功的混合氣會在燃燒室外產生熱量，一部分被尾氣排出，另一部分就被冷卻系統以熱量帶走。如果發動機運轉時所產生的熱量超出了冷卻系統中散熱負載，發動機即高溫。

2.3 冷卻系統電路致使高溫故障

隨著汽車電氣化程度變高，冷卻系統的電路也隨之復雜。常見的故障有，水溫傳感器故障，水溫電路故障、顯示儀表故障、ECU水溫模塊故障等。最新的發動機電控冷卻系統還由直流電機來驅動的電子風扇和電子水泵來代替傳統車用發動機冷卻系統中的機械水泵和機械風扇，用步進電機驅動的電子節溫器代替傳統蠟式節溫器，用微控制器作為控制單元。這樣，風扇和水泵的轉速將不再受制于發動機的轉速，從而實現發動機轉速與風扇和水泵運轉的完全解耦;節溫器的開啟與閉合也將全面與石蠟節溫器無關。通過溫度傳感器獲取冷卻液的溫度，微控制器通過將當前溫度和預設定溫度進行比照，控制電子風扇、電子水泵以及電子節溫器的協調動作，將冷卻液的溫度始終控制在最適宜的范圍內，從而達到發動機溫度閉環精確控制的目的，使汽車的排放性、耐久可靠性和燃油經濟性得到明顯改善。傳統冷卻系統電路故障本身并不復雜，但是隨著汽車模塊電路的變的復雜，會增加檢測手段和方法，冷卻系統故障卻變得更加難于排除。

2.4 汽車其它模塊造成的高溫故障

隨著汽車舒適性的增加，汽車變的復雜，其他模塊的散熱也趨于需要散熱，如果散熱不良也會出現高溫故障。比如：渦輪增壓中冷散熱、汽車空調冷凝器散熱、自動變速器散熱、混動車輛電池組和電機散熱等都可能會引起散熱系統故障。

例如：變速箱離合器打滑，產生了額外的熱量，變速箱散熱油路流量不足等。

3 冷卻系統故障排除及診斷策略

下面以汽車實際高溫故障為例，分析汽車高溫故障診斷流程，供大家參考。

根據客戶反映，某汽車行駛過程中出現水溫警告燈亮的情況。試車初步檢查，判斷為發動機冷卻系統故障，需要對冷卻系進行檢修。

3.1 診斷過程

（1）檢查是否冷卻水量缺少。加注冷卻液，試車，水溫度依然較高，說明問題不在這里。（2）檢查是否冷卻系內是否有未完全排完的空氣。查閱資料此車型是帶回水管的自動排空氣設計，只要回水管道不堵塞，水流順暢，不需要人工排氣。試車，啟動發動機，回水管流水回膨脹水箱，說明管路未堵塞。（3）檢查節溫器。判斷是否是冷卻系統的節溫器故障。先可用手與水箱直接接觸，如果冷卻系統的冷卻液溫度過高，而同時進入水箱的溫度存在較大差異，即可判定節溫器出現故障。其次，通過實驗來測量冷卻液溫度，把節溫器靜置于約83℃的熱水內約3 min，然后啟動節溫器，如果節溫器啟動過程中閥門間距小于0.2 mm，就表明節溫器功能嚴重下降。如果將節溫器浸泡在沸水中約6 min，節溫器小循環閥門沒有關閉，即可判定節溫器存在故障。拆下節溫器，用開水試驗，節溫器能全開，判斷節溫器正常。（4）判斷水箱散熱器是否正常。判斷發動機冷卻系統的散熱器是否有故障。要先認真檢查發動機風扇葉片的固定程度，要確保皮帶的松緊程度適中，明確風扇風量及轉速。可在發動機啟動后，將一張紙片放在散熱器前，如果紙片被風扇吸附則表明其風量充足。其次，詳細檢查百葉窗開合狀況，以判斷其開關達標與否，如果百葉窗開合不合理，就很可能存在故障。最后，嚴格檢查散熱器出水膠管是否存在吸癟現象。對于水垢較多問題，通常是因為冷卻液導致的水箱生銹或結垢現象，應認真觀察冷卻液顏色，如果其表現為棕色就說明散熱器存在生銹問題，這會影響到冷卻液的轉速，進而影響到發動機運行，促使水箱發生漏水線性。經排查散熱器良好。（5）拆檢水泵。拆下水泵檢查水泵轉動完好，無卡滯，內部葉片完好。（6）試車時發現冷卻風扇低溫檔超過90℃時，還不轉，溫度超過130℃才轉，而且轉速高，聲音特別大。說明冷卻風扇只有高速檔，無低速檔。（7）進一步檢查冷卻風扇電路。發現低檔無電，高檔有電，說明汽車電子風扇控制器可能有問題。

3.2 故障排除

更換新電子風扇控制器，低速擋高速檔均有電。試車發現冷卻風扇低、高檔均能運轉正常，說明冷卻風扇只有高速檔、無低速檔的故障得以排除

3.3 總結

上述維修雖然沒有直接檢測出故障，但是診斷過程思路準確。維修過程采用經驗法、逐步排除法和換件法，使得冷卻系統可以逐步恢復正常。這是一種較為常用維修方法，也是排故最有效的方法。

4 結語

隨著科學技術的發展，智能控制更多地應用于汽車各個方面。冷卻系統不再僅僅是一個簡單的冷卻循環，其智能控制的要求也越來越高，只有通過先進的診斷理念和高效的檢測設備，對特定類型故障進行目標性的診斷，才可以有效的分析發動機高溫故障，縮短故障維修時間，增加經濟效益。

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