1、广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 1 学号 毕业论文（设计） 毕业论文 毕业设计 毕业实习报告 （请在相应的文章类型中打 “” ） 系（部） 汽车 工程系 专业名称 汽车检测与维修 年 级 2012 级 学生姓名 指导教师 2014 年 4 月 24 日宝马发动机冷却系统 广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 2 目 录 前言 3 1 .宝 马 发动机冷却系统的工作原理 4 1.1 冷却系统的作用 4 1.2 冷却系统的组成 4 1.3 冷却系统工作过程 5 1.4 N54 发动机调节冷却功率的主要部件 9 2 宝 马 发动机冷却系统的常见故障及诊断方法 11 2.1 冷却系统 常
2、见故障的分类 11 2.2 冷却系统常见故障的诊断及分析 12 2.3 冷却系统的构造及维护 20 3. 结论 22 4. 谢辞 23 5 参考文献 23 广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 3 宝马发动机冷却系统 （广西职业技术学院 汽车工程 系 徐子奇 ） 摘 要： 本论文论述了宝马 发动机冷却系统的工作原理 ，还介绍了 N54 发动机调节冷却功率的主要部件 ，并 列举 了 宝马发动机冷却系统的常见故障及诊断方法 ， 进行了仔细的故障分析和维修过程 ， 解决发动机冷却系统 存在的具体问题。目的就是为了对发动机冷却系统进行深刻透彻的分析， 使得在实 际维修中得到更好的经验和方法。从而使
3、发动机冷却系统更出色的工作，提高汽车的动力性和经济性， 提高汽车的使用寿命 。 关键词： 冷却系统 工作原理 故障 诊断 前 言 司机朋友常会说： “ 我要去加点水，才跑长途。 ” 那么为什么要加水呢？ 加水干什么 呢 ？ 其实加的 就是冷却系统的冷却液，不过并非什么水都可以加进去，越是娇贵的车对水质的要求越高。有位车主见野外泉水很清澈，就让车喝了个够。结果没多久，发动机发烧了，原来泉水含有大量矿物质，产生了大量水垢。可见，水质好坏相当重要。这就好像人生病了，医生让你多喝点水是一样的，汽车也一样，也需要水，这就是我们常说的防冻液，汽车散热不良就得生病，小病吃点感冒药就行了，比如加水 ，换些小零
4、件（水温传感器、水 泵 、水管等），大病就得花大 价钱了， 如活塞拉缸、爆震、缸体冲床内漏、产生的严重噪声、加速动力下降等等，都是由于汽车发动机的工作温度异常，压力过大，冷却系统状况不良而造成 的 。 可见冷却系统 对于发动机来讲是非常重要的。 广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 4 1 宝 马 N54 发动机冷却系统的工作原理 1.1 冷却系统的作用 是保证发动机可以迅速达到理想的工作温度，并且无论环境和工作条件如何变化，始终保持在这一温度范围。无论是在极冷或极热的条件下，无论是在交通堵塞的城市环境中还是在高速公路上全速行驶，发动机必须能够同样高速地运转。现代的高效率发动机对于工作温度
5、有着极其 精确的要求。尽可能高效率地利用燃油对于尾气排放的控制系统也很重要 。 1.2 冷却系统的 组成 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。 目前 宝马 N54 发动机上采用的是水冷 却 系 统 . 水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇等组成。散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，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
6、效率要高 。 散热器又分为横流式和垂直流动两种 （图 1-1） ，空调冷凝器通常与其装在一起 。 图 1 1 散热器形式 宝马 N54 发动机的冷却系统由一个水冷系统和一个单独的机油冷却系统组成。将这两种冷却系统分开可防止通过发动机油将热量传递到发动机冷却液内。 N54 发动机采用的是冷却液横流方案 （图 1-2） 。 广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 5 图 1-2 冷却液横流方案 1.3 冷却系统工作过程 1 3 1 当发动机温度较低时，发动机进行小循环，此时循环回路为电动冷却液泵 -发动机缸体和废气涡轮增压器 -特性曲线式节温器 电动冷却液泵。 广西 交通 职业技术学院毕业论文（
7、设计） 6 1 3 2 当发动机温度较高时，发动机进行大循环，此时循环 回路为电动冷 却 液泵 发动机缸体和 废气 涡轮增压器 散热器 特性曲线式节温器 电动冷却液泵。 1 3 3 发动机油的冷却循环回路为发动机油冷却器 发动机缸体 发动机油冷却器 节温器 发动机油冷却器 （图 1-3） 。 图 1-3 冷却系统工作情况 1 3 4 变速箱油的冷却循环回路为电动冷却液泵 变速箱冷却器 变速箱油冷却器 变速箱油冷却器节温器 特性曲线式节温器 电动冷却液泵。 1 3 5 当使用空调时，此时循环回路分为两个为：一个为大循环，另一个为电动冷却液泵 发动机缸体和废气涡轮增压器 暖风热交换器 特性曲线式节
8、温器 电动冷却液泵。 1 3 6 更换冷却系统的部件以后，在添加冷却液完毕后，需要对冷却系统进行排气，此时冷却液循环回路为储液罐 特性曲线式节温器 电动冷却液泵 发动机缸体和废气涡轮增压器 散热器 排气管路 储液罐。 N54 发动机 与其他 3 升汽油发动机相比，这种发动机的功率可提高到 75.5KW/L,因此其热量明显增大。这种框架条件要求采用具有更高效率的发动机冷却系统。 虽然有些因素影响了冷却效果，但仍实现了提高功率的目标。例如： 由于增压空气冷却器安装在散热器下方，因此气流面积大约减小 15%； 因安装其他部件而 进一步限制了原本就较小的发动机室安装面积 ； 由于废气涡轮增压器通过冷却
9、液冷却，因此增压器的热量会传递到系统内 （图1-4）。 广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 7 图 1-4 发动机增压空气冷却器 N54 发动机的增压空气冷却系统用于提高功率和降低耗油量，增压空气在冷却器里最多可以降低 80，这样可以提高增压空气的密度从而达到更好的燃烧室充气效果，由此可降低所需要增压的压力，此外还能降低爆燃危险提高发动机功率。 N54 发动机的空气风门控制装置只在需要时打开水箱百叶窗，以此调节用于发动机和机油冷却的供气。 N54 发动机 的空气风门控制装置由空气风门和水 箱百叶窗驱动装置以及 4 芯插头连接组成。 在车头中 最多 可以安装 2 个水箱百叶窗，空气风门控制
10、装置一般分为三类： 通过电磁铁的被动式空气风门控制装置 通过伺服马达（水箱百叶窗驱动装置）的主动式空气风门控制装置 主动式和被动式空气风门控制装置（用于上部水箱百叶窗的驱动装置和用于下部水箱百叶窗的电磁铁） 发动机控制单元将不断计算所需的制冷功率，并且只有在冷却空气的实际需求量较高时，才打开水箱百叶窗。 在行驶模式下通过关闭水箱百叶窗可缩短发动机的暖机阶段 ，因为在封闭更好的环境中可以更快达到工作温度。通过水箱的 气流随着行驶速度的增大产生较高的空气阻力，在较高的速度范围内通过关闭水箱百叶窗可以改善空气流动性能，于是降低耗油量并因此减少排放值。 N54 发动机采用的是通过伺服马达 (水箱百叶窗
11、驱动装置 )的主动式空气风门控制装置，水箱百叶窗驱动装置通过脉冲宽度调制信号（ PWM 信号），由发动机控制单元进广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 8 行控制，通过总线端 Kl.87 为水箱百叶窗驱动装置供电。 水箱百叶窗与一个调整机构连接，通过此调整机构将水箱百叶窗的各个叶片移动到相应位置。 水箱百叶窗有两个位置： 水箱百叶窗关闭 水箱百叶窗打开 水箱百叶窗驱动装置是一个 直流马达，发动机控制系统通过 LIN 总线（局域互联网总线）与水箱百叶窗驱动装置连接。 水箱百叶窗驱动装置的标准值列表如下： 大小 数值 电压范围 9 至 16V 脉冲宽度调制频率 180 至 220Hz 最大消耗
12、电流 2.2A 温度范围 -40 至 120 冷却液温度传感器旋入在冷却液泵的壳体内，它将冷却液温度或者连同发动机油温度一起转换为电气参数（电阻器 ） ，在此，将使用带有负温度系数 (NTC)的电阻器。 冷却液温度这一测量参数可用于进行以下计算：喷射量和怠速标准转速。 在进行温度记录时，使用的是与温度有 关的电阻器。该电路包括一个分压器，可对其测量与温度有关的电阻值。通过传感器专有的特性线，将换算出温度值。 在冷却液传感器中安装了一个热导体 (NTC)，其电阻值随着温度的升高而降低。电阻值根据温度在 167000 欧姆至 150 欧姆之间变化，对应于 -40至 130之间。 冷却液温度传感器通
13、过一个 2 芯插头进行连接，传感器中的热导体是由发动机控制系统提供 5V 电压的一个分电器电路的组成部分。 冷却液传感器的额定值列表如下： 参数 值 25时的额定电阻 2252 欧姆 广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 9 耗电 1mA 响应时间 15s 温度分辨率 -1 至 +1 最大输出电流 20mA 温度范围 -40至 150 1.4 N54 发动机可通过控制以下部件根据负荷调节冷却功率： 1.4.1 水泵和节温器 图（ 5） N54 发动机采用 的冷却水泵是 一个电动 离心式水泵 ，功率为 400W,最大输送量为9000L/h,当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，
14、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 （图 5） 。在叶轮广西 交通 职业技术学院毕业论文（设计） 10 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 6 8 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。 强制冷却液循环的部件是水泵， 宝马 N54 发动机的水泵 由 电动机 带动，推动冷却液在整个系统内循环 ， 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 较 低的时候，冷却液就在发动机本身内部做
15、小循环，当发动机温度 较 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。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 进行 小循环。 特性线节温器有一个加热电阻位于其中的蜡元件内，发动机控制向这个加热电阻供电，由此将会使蜡元件膨胀，并通过弹簧的弹力关闭从汽缸盖的入口 。该弹簧的任务是在蜡元件冷却时，将特性线节温器压回到静止位置。发动机冷机状态下的冷却循环是经过汽缸盖的入口，通过特性线节温器进入通向冷却液泵的回流管。 发动机控
16、制单元根据发动机负荷和温度传感器信号相应地控制电动冷却液泵，电动冷却液泵的电子控制装置自动调节转速，冷却液泵的马 达由系统的冷却液环绕清洗，以此对马达和电子控制装置进行冷却，用冷却液对电动冷却液泵的轴承进行润滑。 1.4.2 电 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 叶 窗以控制风力进入。 宝马 N54 发动机使用 电子风扇，当水温比较低时 温度传感器不发出信号电子风扇不接通电源 ， 电子风扇不 转 动，当水温比较高时温度传感器 发出信号， 接通电源， 电子 风扇转动。，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。 电动风扇由发动机控制单元通过一个脉冲宽度信号来控制它的转速（ 7 至 93%）小于7%或大于 93%的脉冲负载参数都不会触发控制，而只会被用于故障识别。水箱风扇转速受冷却液出口处的冷却液温度和空调器中的压力影响。随着行驶速度的上升，风扇的转速将会逐渐降低。 在电动风扇空转时，发动机控制系统将频率降到 10Hz，通过脉冲负载参数可以选择
