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2014-4-5
百度团队：人车生活 | CFA386

浅析发动机冷却系统

【论文摘要】冷却系统对车辆发动机正常、高效工作的重要意义，分析冷却系统的结构特点，给出一定改善和完善的建议

1、综述
汽车工业的发展，发动机采用了更加紧凑的设计和具有更大的比功率，发动机产生的废热密度也随之明显增大。一些关键区域，如排气门周围散热问题需优先考虑，冷却系统即便出现小的故障也可能在这样的区域造成灾难性的后果。发动机冷却系统的散热能力一般应满足发动机满负荷时的散热需求，因为此时发动机产生的热量最大。然而，在部分负荷时，冷却系统会发生功率损失，即水泵所提供的冷却液流量超过所需的流量。我们希望发动机冷启动时间尽可能短，因为发动机怠速时排放的污染物较多，油耗也大。冷却系统的结构对发动机的冷启动时间有较大的影响。 一个正常、高效的冷却系统直接影响着发动机的燃油经济性、加速性、可靠性以及使用寿命。
2、现代发动机冷却系统的特点
传统冷却系统的作用是可靠地保护发动机，而还应具有改善燃料经济性和降低排放的作用。为此，现代冷却系统要综合考虑下面的因素：发动机内部的摩擦损失；冷却系统水泵的功率；燃烧边界条件，如燃烧室温度、充量密度、充量温度。 先进的冷却系统采用系统化、模块化设计方法，统筹考虑每项影响因素，使冷却系统既保证发动机正常工作，又提高发动机效率和减少排放。
2.1 温度设定点
发动机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系统，这样才能更好地保护发动机。由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础，因此，发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态，如市区行驶和低速行驶时，会产生高油耗和排放。 通过改变冷却液温度设定点可改善发动机和冷却系统在部分负荷时的性能。根据排气门周围区域温度极限值，可升高或降低冷却液或金属温度设定点。升高或降低温度点都各有特点，这取决于希望达到的目的。
2.2 降低温度设定点 降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率，降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本，提高部件使用寿命。 研究表明，若气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3℃A而不发生爆震，充气效率提高2%，发动机工作特性改善，有助于优化压缩比和参数选择，取得更好的燃油效率和排放性能。
2.3分流式冷却系统
分流式冷却系统为另外一种冷却系统。在这种冷却系统中，气缸盖和气缸体由各自的液流回路冷却，气缸盖和气缸体具有不同的温度。分流式的冷却系统具备特有的优势，可使发动机各部分在最优的温度设定点工作。冷却系统的整体效率达到最大。每个冷却回路将在不同冷却温度设定点或流速下工作，创造理想的发动机温度分布。 理想的发动机热工作状态是气缸盖温度较低而气缸体温度相对较高。气缸盖温度较低可提高充气效率，增大进气量。温度低且进气量大可促进完全燃烧，降低CO，HC和NOx的形成，也提高输出功率。较高气缸体温度会减小摩擦损失，直接改善燃油效率，间接地降低缸内峰值压力和温度。分流式冷却系统可使缸盖和缸体温度相差100℃。气缸温度可高达150℃，而缸盖温度可降低50℃，减少缸体摩擦损失，降低油耗。较高的缸体温度使油耗降低4%-6%，在部分负荷时HC降低20%-35%。节气门全开时，缸盖和缸体温度设定值可调到50℃和90℃，从整体上改善燃油消耗、功率输出和排放。
3 结论
前面介绍的几种先进冷却系统具有改善冷却系统性能的潜力，能够提高燃油经济性和排放性能。冷却系统的能控性是改善冷却系统的关键，能控性表示对发动机结构保护的关键参数，如金属温度、冷却液温度和机油温度等能够控制，确保发动机在安全限度范围内工作。冷却系统能够对不同工况作出快速反应，最大程度地节省燃料、降低排放，而不影响发动机整体性能。

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YC6G CNG单燃料气体发动机是以天燃气为燃料产生动力的内燃机。该发动机在完成整机能量转换过程中，由于各种不可预见的因素而会产生故障，牵涉到的电控燃气喷射装置常见故障症状主要有无法起动、动力不足、运转不稳、油门失效、飞车等。下面浅谈YC6G CNG单燃料气体发动机电控燃气喷射装置常见故障诊断处理：
7.1发动机无法起动
对于天燃气CNG单燃料气体发动机，一般起动发动机旋转3～4转，即能着车。若用起动机带动发动机曲轴正常速度转动，虽有明显着车征兆，但不能着车运转或需要多次起动或长时间启用起动机起动或起动后出现熄火。均为无法起动。
天燃气CNG单燃料气体发动机正常起动着车运转须具备五个条件：首先蓄电池电压、容量要满足起动机起动转矩要求。第二，发动机着车起动转速与ECM接收到的起动转速应一致，不能低于200r/min。第三，电子控制系统电路供电正常，各电控元器件功能良好。第四，使用的天燃气符合国家车用CNG标准规定，供气通畅、控制阀功能良好。第五，相关的热保护功能没有起作用。
由燃料系引起故障原因有：电控调压器无法将燃料提供给发动机，或电控调压器接收不到来自ECM的指令。由点火系引起故障原因有:点火电路不通；点火线圈损坏;火花塞损坏。由正时系引起故障原因有：凸轮轴位置传感器故障；凸轮轴位置传感器与信号轮间隙不对;信号轮安装错误。
故障排除首先是用故障诊断仪读取故障码：可按显示的故障信息查找确认相应的故障部位。
若是燃料系出现问题，可能出现的故障代码为1172：电控调压器输送压力低于预期值。或可能出现的故障代码为1173：电控调压器命令丢失等。排除方法是： 检查是否有天然气；检查管路上的阀门是否全开；检查高低压电磁阀是否打开；检查电控供气系统是否有电；检查与供气有关线束电路是否有断路、虚接、继电器或保险丝是否有效，检查发现问题需更换相关零件。若是点火系出现问题，应检查电控点火系统是否有电，检查与点火系统发动机和整车线束接插件连接是否有断路、虚接、继电器或保险丝是否有效，点火线圈、火花塞是否工作可靠，检查发现问题需更换相关零件。若是正时系出现问题，可能出现的故障代码为336：曲轴同步干扰或故障代码为16：起动无曲轴同步。排除方法是：检测凸轮位置传感器接插件针脚定义电压是否正确;检测凸轮位置传感器阻值是否正确；检查凸轮位置传感器与信号轮间隙大小；检查信号轮的安装相位是否正确。发现不能使用故障件需更换，间隙或安装不到位要调整。必须注意凸轮位置传感器与信号轮间隙是0.6±0.2mm。
7.2发动机动力不足
所谓发动机动力不足，主要指发动机转速达不到标定的转速，其扭矩达不到使用规定要求的最大扭矩指标。其主要表现发动机无负荷运转时基本正常，带负荷运转加速缓慢、上坡无力，油门踏到底仍感到发动机乏力，转速提不高，达不到额定功率与最高车速。
由燃料系引起故障原因有：燃料供应不足; 管路阀门失效未开到位。
由增压压力控制系统引起故障原因有：废气旁通控制阀损坏；废气旁通控制阀线束损坏；废气旁通控制阀的稳压气源压力过小；废气旁通控制阀的进出气口与增压器、稳压气源连接错误，排气口被堵；管路漏气;进气压力不足；中冷器冷却效果差进入热保护状态；发动机冷却系统水温过高，热保护起作用。
由点火系引起故障原因：线路连接不良，火花塞不工作；点火线圈损坏。
由排气系统引起故障原因：三元催化器失效;排气受阻。
故障排除首先用故障诊断仪读取故障码：可按显示的故障信息查找相应的故障部位。确认故障部位。
若是燃料系出现问题，可能出现的故障代码为1172：电控调压器输送压力低于预期值。或可能出现的故障代码为1173：电控调压器命令丢失等。
排除方法：检查是否有天然气,不足加燃料；检查管路上的阀门开闭若不灵活到位，调整维护达到动作协调功能有效；检查高低压电磁阀是否打开以及是否卡滞，用通断电方法来判断电磁阀工作；用燃气漏气诊断仪检查供气管路漏气部位并排除；若电子节气门发卡，清洁维修达到工作可靠灵敏。
若是进气增压系出现问题，进气压力不足，可能出现的故障代码为111，进气温度高;或为116，发动机水温高；若管路出现漏气，可能出现的故障代码为234节气门前进气压力（TIP）在增压设定之上或为299TIP在增压设定之下3pai.。提供给废气旁通阀的稳压气源压力不在技术要求内：可能出现的故障码为1131：WGP电源高于4.7V，或可能出现的故障码为1132：WGP电源低于0.2V.
排除方法：检查整车冷却系，清洗中冷器；检查发动机线束与水温传感器的连接；更换相应故障零件。检查进气管路的密封性；检查防喘振阀膜片是否破，必须注意调整废气旁通阀的稳压气源压力至技术要求数值为23.5psi。
若是点火系出现问题，排除方法：检查点火线圈；点火线圈胶套是否老化、破损。检查火花塞性能是否正常，损坏者更换。必须注意火花塞电极间隙为0.33mm.过大过小都会影响火花塞点火性能。
若是传感器出现问题，可能出现的故障代码为108：节气门后进气压力(MAP)电压高；或为107：MAP电压低。或可能出现的故障代码为236：节气门前进气压力（TIP）工作不正常；或为237：TIP电压低；或为238：TIP电压高。
排除方法：按相应传感器针脚定义测量输出端子电压和传感器电阻值。失效更换相应传感器；检查线束；检查线束与传感器的连接是否可靠有效。
若是排气系统出现问题，排除方法：检查三元催化器是否失效，失效后会造成排气受阻，发动机运转阻力增大，更换失效三元催化器。
7.3发动机运转不稳
发动机着车后怠速运转，转速不能稳定在技术要求600～700/min转速内，（冷车每分钟为700转热车时为600转范围内）往往出现忽高忽低类似游车的现象，或高速运转时转速不稳定，在高速、中速范围内大幅度摆动。
由燃料系引起故障原因有：燃料供应不足; 管路各阀门未开到位，滤清器堵塞，气体流通不畅或漏气。
由点火系引起故障原因有:点火电路接插件接触不良；个别点火线圈漏电;个别火花塞间隙过大断火、旁击穿、损坏。
由正时系引起故障原因有：凸轮轴位置传感器与信号轮间隙过大，使凸轮轴位置传感器采集的信号部分丢失。
由相关传感器引起故障原因有：节气门后进气压力传感器（MAP）/进气压力温度传感器(MAT)节气门进气压力传感器（TIP）某传感器失效或工作不正常。
故障排除先用故障诊断仪读取故障码：可按显示的故障信息查找相应的故障部位。确认故障部位。若是燃料系出现问题，排除的方法：检查燃料不足添加; 清洁或更换滤清器。检查进气管路的密封性，用燃气漏气诊断仪检查供气管路漏气部位并排除；检查防喘振阀膜片是否破裂，膜片损坏更换。若是点火系出现问题，排除的方法：检查点火电路将接插件接触良好；检查更换或出现问题的点火线圈;检查火花塞：清洁氧化物、间隙过大调整、击穿损坏更换。若是正时系出现问题，排除方法：检查调整凸轮轴位置传感器与信号轮间隙使其符合技术要求。若是相关传感器出现问题，排除方法：检查测量节气门后进气压力传感器（MAP）/进气压力温度传感器(MAT) 节气门进气压力传感器（TIP）技术数值，更换失效传的感器。
7.4电脑与ECM 无法通讯
在使用电脑诊断仪检测发动机工作状况时，诊断电脑与ECM通讯诊断连接口对接后，打开电脑诊断页面，不能浏览故障信息、下载故障数据、读取故障码，诊断电脑屏幕与发动机ECM进行对话无有显示。
故障排除：检查各处电路是否连接正确，用数字万用表检测找出断路部位，将线路可靠连接。ECM接插件是否被脱出，将接插件连接到位；检查整车线束的通讯口插接件接线是否正确，发现错误进行更正：检测ECM诊断通讯接口针脚定义电压是否正确；通讯线路错接更正。必要时更换通讯线或ECM或发动机线束;断开强电磁元器件电源。注意诊断接口针脚定义：4线。输出电压A为4.5V，B、C为5V，D为接地。
7.5油门失效
发动机着车运转，踏下油门发动机转速不能随驾驶员意愿提升，而发动机转速只是固定在800r/min之内运转。可能出现的故障码为2123：电子油门线束错误;相关线路开路、短路、线路未接对；油门踏板不能全开或损坏。
故障排除：对照电路图检查线路，用数字万用表检测找出断路部位，将线路可靠连接。按照油门踏板针脚定义检查各端子电压和线路连接，更正连接错误线路，将接插件连接到位，必要时更换油门踏板。
7.6飞车（超速）
发动机着车或运转过程中，发动机转速不能按驾驶员的意愿运转，失去了控制，转速突然升高超过允许的最大转速疾转不止，发动机并发出极大异响的现象。飞车现象是极危险的，如若不能及时采取有效措施予以制止，发动机最终会遭到严重损坏。
由燃料系引起故障原因有：电控调压器命令丢失；进入电控调压器的燃料不受ECM控制进入气缸。
故障排除：用故障诊断仪读取故障码：可按显示的故障信息查找相应的故障部位。确认故障部位。若是燃料系出现问题，可能出现的故障代码是1173：电控调压器命令丢失或无故障代码。排除的方法：检查电控调压器电路是否断路，用数字万用表检测找出断路部位，将线路可靠连接。电控调压器接插件是否被脱出，将接插件连接到位；更换损坏的电控调压器。 8.维修提示： ①利用故障诊断系统确定故障部位：YC6G CNG单燃料气体发动机具有随机故障自诊断系统和专用诊断仪接口，对诊断故障提供了一定的帮助，故障自诊断系统是通过故障指示灯和故障诊断请求开关来告知故障，当发动机发生故障时，该灯闪烁，以提示驾驶者进行维修。故障指示灯一般安装在仪表盘上，通过整车接插件与控制器连接。为确定故障部位，维修人员或驾驶员可将诊断请求开关打开，故障灯将以一定的闪烁频率输出故障闪码，可以通过读取该故障闪码并查询故障手册，了解发动机所发生的故障类型及处理方法。必要时连接电脑诊断仪，读取故障码，采集数据并对数据进行分析，这样才能达到有的放矢，快速的找到故障点的目的。
②当由各种控制阀类组成燃料供给系统出现故障，需要维修或更换某一控制阀时，必须注意一定要在维修更换前将燃料供给系统泄压，以免在操作时受到气压击身和环境污染以确保财产安全。其方法简便易行，具体操作是，关闭燃料气瓶供气源总开关，起动着车运转，待存留供气管中的天燃气燃烧完后，发动机自行熄火，这时再关掉点火开关，断开蓄电池供电电路，才能维修或更换作业了。
③CNG气路检查：发动机着车先决条件之一是进入气缸的天燃气压力必须达到工作压力，气体燃料不到位是不能着车的，外部漏气的简易检查：首先打开天燃气源总开关，接通点火开关，观察记录驾驶室仪表板上燃料气量显示器的容量数值，关闭点火开关约5～10分钟，再接通点火开关，再次察看气量显示器容量值和关闭前数值有无变化，若数值不变，说明不漏气;数值下降，说明有漏气部位，可用漏气诊断仪快速查找漏气部位排除。判断燃料天燃气路是否供气正常，可将混合器天燃气入口处的胶管卡箍松开，将管脱开连接处，并用手半堵在管接头处，这时起动马达，手能感觉有股气体涌出，说明气路流动正常。反之，则应查找气路不通畅所在部位，可按CNG发动机气路走向流程逐段检查法进行排查。
④严禁带电拔、插电感性元器件以免烧坏电控元器件。当点火系出现了问题，发动机工作时，不要用手触摸其点火线圈外部裸露部分，以免受高压电击伤。该天燃气发动机采用的是独立点火方式，每一缸由一个点火线圈控制点火，发动机工作时，判断点火线圈是否正常工作，简易判断用耳细听在点火线圈部位若漏电则会发出“吱、吱”的放电声。用眼观察，其点火线圈部位是否有断续漏电火花，在光线暗时极易观察到。用手拔掉某缸点火线圈供电外部接插件插头，用断电方法观察发动机转速 若转速下降说明该缸工作，反之则说明该缸有问题。快捷判断，用电脑诊断仪观察点火波形、断缸程序来检验该缸工作情况。注意:使用断缸方法不能时间过长，以免造成氧传感器中毒损坏。
⑤当控制器(ECM)已经安装在车体上，并与线束联接时，严禁在车体上进行电焊操作！否则会导致ECM等电控元件烧毁。若需在车体上进行电焊操作时，必须切记关掉总电源，同时断开线束与控制器的联接后进行
⑥严禁用高压水枪清洁发动机和电控元器件，以免造成电器插接件漏电、锈蚀、断路、短路，造成电控燃气喷射系统不能正常工作。一定保持电控燃气喷射系统各元器件的清洁、干燥。
⑦发动机工作时，不要随意断开蓄电池的任一导线连接，蓄电池本身的结构相当于一个大电容，它与负载及发电机并联，因此它可吸收电感性负载通断电瞬间产生的浪涌电压，保护汽车上的ECM等电子元器件。倘若蓄电池电量不足时，起动机不能带动发动机旋转或起动较为困难，不要用外部电源和本车电源串接来起动发动机，以免造成电源电压过高使该车电气设备和电控元器件烧坏。
以上简要介绍了YC6G天燃气CNG单燃料气体发动机电控燃气喷射装置故障及排除方法，仅供同行在维修作业时参考。不妥之处批评指正。

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