冷却系统技术

通过改变冷却系统如何运行,汽车制造商能够继续提高燃油经济性和功率输出。技术变化已经逐渐发展起来。一开始,几个世纪的曲折汽车制造商依赖于热膨胀冷却系统,该系统基于热水趋于从发动机缸盖上升到垂直芯散热器的顶部,它会浓缩并重新进入发动机块的底部。

冷却系统开发

冷却系统开发
虽然热膨胀系统在低输出发动机上工作得很好,但它们无法冷却20世纪20年代推出的高速发动机。这些制造的发动机驱动的水泵在本世纪初普通使用。由蜡颗粒或恒温弹簧操作的恒温器也在20世纪20年代的常见用途中进行了常见的用途,以更快地使发动机更快并保持均匀的操作温度。进一步的改进包括冷却系统旁路系统,该系统旨在在加热时在整个发动机循环冷却液。有些发动机还使用双座恒温器在恒温器打开时关闭旁路,并引入加压冷却系统以防止冷却剂沸腾在炎热的日子内。

第一冷却风扇方便安装在发动机驱动的水泵上,仍然是今天。在20世纪60年代,冷却风扇安装在温度敏感风扇离合器装置上,以降低发动机曲轴处的功率损耗。20世纪60年代和70年代还看到了横芯散热器被引入以适应减少的体高和提高冷却系统需求。许多横芯散热器还需要远程冷却液储存器来帮助从冷却系统中抽空空气。电动冷却风扇开始出现在许多进口上,因为只有当发动机温度达到临界点时才可以仅激活它们。这消除了与机械风扇相关的功率损耗,并通过减少发动机预热时间来增加燃油经济性和降低冷发动机排放。为了进一步减少排放,恒温器开口温度增加到约195°F。

发动机驱动的水泵

该发动机驱动的水泵代表了一种高效的现代设计,铸造叶轮在高流量壳体内旋转。

水泵设计
大多数应用中的基本皮带驱动水泵设计多年来没有改变。大多数水泵是带铸造或冲压金属叶轮的离心设计。但是,有些设计使用模压塑料叶轮。水泵必须产生足够的音量以冷却发动机在空闲状态下,并且在全速和功率输出时也是如此。

与水泵设计一致,恒温器的设计稍微限制冷却液从发动机流动。这一限制允许水泵在发动机水套中增加额外的压力,以进一步减少汽缸盖表面的沸腾,并在发动机高速运行时降低散热器集箱上的压力。

在发动机速度较高时,水泵开始“空间”,这意味着水泵速度已经达到了大多数冷却剂不再接触水泵叶轮的点。此时,负压沿着水泵叶轮的表面发育,这增加了冷却剂沸腾的趋势和发动机过热。在极端情况下,空化可以侵蚀水泵叶轮和外壳。

许多性能引擎构建器通过安装特殊滑轮来解决此问题以减少水泵速度。现代汽车制造商类似地解决了电水泵的空化问题。

与皮带驱动泵相比,电水泵通过以恒定或以所选择的预编程速度运行来避免空化。它还通过消除另一个带驱动的配件来增加发动机的电力和燃料经济性以减少旋转摩擦。

气缸盖温度

气缸盖温度

常规恒温器如这种严重腐蚀的例子可能成为过去的事情。
提高发动机的压缩比可以提高功率和燃料经济性,但是爆炸,这是燃烧室内部包含的燃料的突然和自发性燃烧,是压缩比的缺点。

引爆燃料的力量如此之大,以致于它会破坏火花塞绝缘体、活塞环和活塞。自20世纪70年代初以来,消除乙基铅基本上限制了压缩比,在海平面条件下约9:1,以消除爆炸。

由于铝缸盖减少了燃烧室表面温度,因此在不引入爆炸的情况下可以略微增加压缩比。电子发动机控制通过调节火花正时和废气再循环率进一步减少爆轰。大多数发动机管理系统内置的爆震传感器旨在降低火花提前,如果检测到爆炸。

相反,近期流行的直接燃料喷射系统引入,其中燃料直接注入燃烧室,也允许压缩比在一些应用上增加到13:1。这种增加是可能的,因为精确控制燃烧过程,并且以有助于减少燃烧室温度的方式将燃料注入汽缸中。

减少汽缸盖温度降低了发动机引爆的趋势。一些高端制造商引入了反向流动冷却系统,其中从散热器的返回冷却剂流入气缸盖而不是水泵。

减少汽缸盖温度也降低了燃料经济性,并增加了发动机开发曲轴箱污泥的趋势。在另一个温度极端,燃料在暴露于更高的冷却剂温度时更好地雾化。因此,很明显,完全控制发动机冷却剂温度可以提高性能和燃料经济性。

电子恒温器
虽然最初是在高端进口产品上引入的,但两种类型的电子恒温器中的一种无疑会出现在我们未来的通勤车辆上。第一种基本上是传统的恒温器,通过电加热周围的冷却剂来打开。

第二类是一种新的设计,恒温器的开口是直接由电子控制的。无论哪种情况,动力总成控制模块(PCM)都将使用这些类型的恒温器来调节发动机温度,以满足部分节气门和全开节气门操作的要求。

冷却系统问题
汽车工程师目前面临着提高冷却系统的效率,同时降低冷却系统重量。由于许多原始设备散热器具有边缘冷却能力,因此内部或外部堵塞的散热器芯管将降低冷却系统性能至过热点。

可能是使用铝散热器与现代双金属发动机相关的最糟糕的问题,而内部锈蚀是装备黄铜散热器的旧铸铁发动机上最糟糕的问题。因此,大多数冷却剂中的添加剂包装含有减少锈蚀和电解引起的腐蚀的抑制剂。

当冷却剂的添加剂包装磨损时,发动机的铸铁水套的生锈片开始堵塞散热器芯管。在一些罕见的情况下,水泵叶轮和其他薄钢冷却系统部件如芯塞也将由于冶金不佳而腐蚀。在任何情况下,生锈的冷却剂都表明冷却系统是麻烦的。

发生电解,因为非常温和的电流在暴露于水基溶液的两个不同金属之间发展。不幸的是,电解倾向于从一种金属转移到另一个金属。这导致在旧焊接黄铜散热器的核心上发现的“焊料绽放”。在更现代的发动机中,电解可以通过严重点燃气缸盖垫片表面并侵蚀垫圈本身的金属部分来引起气缸盖垫片。

在目前的市场上,大多数汽车制造商提供长寿命冷却剂,设计用于特定的冶金和冷却系统的设计。大多数制造商通过建议定期更换冷却剂来解决添加剂包装中的变质问题。

冷却系统服务提示

冷却系统同步带

该同步带平面上的污染来自泄漏的水泵。
由于车辆的温度表仅表明车辆工作温度通常在正常范围内,因此扫描工具对于诊断后期模型冷却系统是必不可少的。正常范围包括现在超过200°F和冷却风扇的恒温器开口温度,冷却风扇在操作温度超过230°F之前,最小地显示在数据流上显示的冷却剂和进气温应与非- 联系高温计。

另外检查DTC,指示恒温温度控制或冷却液水平的待处理或历史代码问题。通过使用发动机运行打开空调检查冷却风扇操作。如果扫描工具具有双向能力,请通过各种速度范围循环冷却风扇。始终检查高速风扇操作,以确保发动机在高需求情况下会很酷。

目视检查空调冷凝器和散热器之间积聚的碎屑。还要检查外部泄漏,驱动皮带状况和裂纹或硬化冷却剂软管。目视检查冷却液水平和颜色。生锈或灰色的冷却剂可能表明冷却剂需要冲洗。低冷却剂水平表示内部或外部泄漏。

始终用原始设备或制造商批准的冷却剂替换可疑的冷却液。因为混合各种类型的冷却剂将减少它们的冷冻和沸点。