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1、 四川交通职业技术学院毕业论文 BMW发动机冷却系故障与排除 摘要本文针对BMW发动机冷却系论述了冷却系统的作用、组成、主要构造、部件工作原理、日常维护、故障的检测步骤和排除方法，同时论述了BMW在冷却 系上的特有技术，以及BMW许可使用的防冻防腐剂，BMW对发动机冷却液的要求,拆卸和安装或更新冷却液部件的注意事项,并作了BMW发动机冷却系故障的检查和排除方法。关键词 BMW发动机 冷却系原理 维护 故障排除 目 录 摘要1 目 录21 冷却系概述1 1.1冷却系的功用1 1.2 适度的冷却强度1 1.3冷却系的能量转换12 空气-水循环冷却（水冷）12.1简单水冷系统22.2水冷系统 MTK
2、（局部冷却式发动机水冷系统）8 2.3横流式水冷系统93增压空气的冷却114机油冷却125冷却系统服务信息135.1简单冷却系统135.2横流式水冷系统135.3对发动机冷却液的要求135.4冷却系统上的维修工 作提示146故障处理156.1 水箱损坏导致冷却液渗漏156.2排气不充分导致冷却液不足156.3节温器故障166.4冷却风扇插头故障16结论17致谢18参考资料19 1 冷却系概述1.1冷却系的功用 发动机在燃烧过程中，气缸与燃烧室内的气体温度可高达2073K2273K。因此，必须在发动机上设置冷却系，在发动机工作中对高温机件进行冷却，保证发动机的正常工作。冷却系虽然不参与发动机的功
3、能转换，但却是发动机正常工作必不可少的保证。1.2 适度的冷却强度 冷却系的冷却强度是否合适，对发动机的工作影响很大，冷却不足，会造成发动机过热，导致发动机充气量下降而影响发动机的功率输出，可能造成早燃、爆燃和表面点火的不正常燃烧；同是，过高的温度会使润滑油黏度降低，加剧机件磨损。冷却过度，会使发动机过冷，导致燃料蒸发困难，可燃混合气形成条件变差。燃烧不完全会造成发动机功率下降、油耗量增大，引起废气排放污染物增加。适度冷却在发动机各种工况下，对冷却强度进行调节，以维持发动机的正常工作温度，保证发动机正常工作，这就是发动机冷却系的作用。 1.3冷却系的能量转换 发动机内部进行能量转化时必然会随之
4、产生热量。 这种热能经摩擦、燃烧和压缩产生，必须通过设计合理的冷却系统进行相应控制。 进行控制的目的是减少燃烧室附近部件的热负荷！ 其方式分为： 直接冷却 = 空气冷却 通过大量气流流过装有散热片的大面积表面使部件直接散热。通过中间介质进行冷却，例如水冷。 由于水的比热较高而且能够在材料与冷却介质之间进行有效导热，因此将其作为首选。 由于人们对耗油量、尾气排放、使用寿命、行驶舒适性和选装配置范围（套件）方面的要求不断提高，因此现在的大部分车辆内燃机冷却系统都具有下列特点： 通过外部驱动式离心泵进行发动机水冷（冷却液强制循环），冷却系统运行压力最高为 2 bar 使用水与防冻剂的1:1混合物，广
5、泛使用具有抗腐蚀性的铝合金作为材料。冷却液中包含添加成分，用于防止铝合金散热器腐蚀使用塑料作为水箱、风扇和风扇罩的主要材料，通过风扇传动装置和冷却液节温器进行调节干预， 根据发动机类型、功率和装备特点使用增压空气冷却器、液压油冷却器、变速箱油冷却器、发动机油冷却器和废气冷却器，将车辆前端的冷却组件预装在一个功能单元内，所谓的冷却模块。 使用水冷式内燃机时，根据燃烧过程平均大约三分之一的燃油能量通过冷却系统排出，三分之一随尾气排放流失，另外三分之一转化为有效功。 2 空气-水循环冷却（水冷） BMW冷却系统包含：空气-水循环冷却（水冷），增压空气和冷却机油冷却。其中空气-水循环冷却在一个封闭的循
6、环回路内进行，该循环回路内可添加防腐剂和防冻剂。冷却液通过一个泵在发动机和空气-水散热器内进行循环。行驶风和辅助风扇为空气-水散热器输送冷空气。一个节温器可以使冷却液从空气-水散热器旁流过，从而调节冷却液温度。至今为止，BMW 的水冷系统经过了三个发展阶段： 简单水冷系统， 水冷系统 MTK（局部冷却式发动机冷却统）， 横流式水冷系统。2.1简单水冷系统 如图2-1所示，简单水冷系统的节温器控制的冷却循环回路，包含了冷却液散热器，节温器，冷却液泵，水道部件。冷却液通过泵在水箱和发动机里循环，空气通过散热水箱冷却冷却液，较冷的冷却液进入水道冷却发动机，并通过回路水道进入散热水箱，不断的循环，从而
7、达到冷却发动机的目的。 图2-1节温器控制的冷却循环回路 图2-2 装有空调系统和自动变速箱时的冷却液循环回路2.1.1传统节温器 传统节温器只能通过冷却液温度确定是否调节发动机温度。这种调节方式可分为三个运行范围： 节温器关闭： 冷却液仅在发动机内循环，冷却循环回路封闭 节温器完全开启： 全部冷却液流经冷却液散热器，从而利用最大冷却能力节温器部分开启： 节温器中的蜡制元件在周围冷却液温度的作用下会部分熔化或完全熔化，从而使部分冷却液从冷却液散热器流过，另一部分冷却液从散热器旁的一个“短路旁通”流过。这样可以避免在冷却液温度很低时继续冷却，并确保在温度很高时提供最大冷却能力。2.1.2特性曲线
8、式节温器 由于智能型热量管理系统根据发动机温度影响耗油量、污染物排放量、动力能和舒适性，因此针对该系统研发了这种特性曲线式节温器。该特性曲线式节温器成功集成了现代发动机管理系统的电子装置。 这种组合方式就是在工作元件的膨胀材料内安装了一个电热式加热电阻。 这样，膨胀材料就不再仅仅通过流经的冷却液来加热，而是可以通过“人工方式”加热并在以前不会做出响应的温度下启用。 这种特性曲线式节温器采用整体式结构设计，即节温器和节温器盖板为一个部件。 发动机管理系统根据存储的特性曲线和实际行驶状况控制加热元件。 该特性曲线由下列参数决定（以 M62 发动机为例）：发动机负荷，发动机转速，车速， 进气温度，冷
9、却液温度。 通过这种“智能型”控制方式可在发动机部分负荷范围内设置为较高的冷却液温度。部分范围内的运行温度较高时，可达到更好的燃烧效果（配置了相应的发动机管理系统），从而降低耗油量和尾气排放量。发动机满负荷运行时，较高的运行温度会带来不利影响（例如因爆震趋势造成点火延迟）。因此，满负荷运行时将通过特性曲线式节温器有效降低冷却液温度。（如图2-3所示） 这种特性曲线式调节方式还取决于可由发动机管理系统控制的电风扇。 图2-3 特性曲线式节温器的控制原理2.1.2风扇和风扇传动装置 开始时使用了根据发动机转速强制驱动的风扇，后来使用带有粘性风扇离合器的风扇。使用这种风扇时，将按照发动机转速确定的传
10、动比以初级侧的驱动转速，通过硅油摩擦方式传递到与风扇连接的次级侧。通过调节离合器的硅油量可使风扇转速在怠速转速直至接近驱动转速之间变化。上述调节由一个完全根据温度自动调节的离合器进行，该离合器通过一个双金属片、一个开关销和阀杆以控制工作室内硅油量的方式对自身转速进行无级调节。调节参数是散热器后的空气温度以及间接的冷却液温度。 后来电风扇取代了所谓的粘性风扇离合器，电风扇最初仅作为电动辅助风扇安装在装有空调系统（当时为选装配置）的车辆上。这种电风扇最初时以多档控制并根据具体国家规格（热带和寒带国家）采用不同的功率值。 使用电风扇后，人们又开发了紧凑型冷却模块，冷却模块作为结构单元可以在所有现代车
11、辆中找到。 图2-4 冷却系统和空调系统组件构成 2.1.3冷却液散热器 今天的冷却液散热器几乎只使用铝合金散热器芯。 设计冷却液散热器时，必须确保在所有可能的运行和环境条件下，冷却液散热器可将发动机内产生的余热有效释放到环境中去。 例如，E65 的冷却液散热器包括两个部分： 一个主要负责发动机冷却的高温区和一个确保自动变速箱油冷却的低温区。其实现方式是，通过集成在冷却液箱内分流器使高温区附近的部分冷却液转变流向。与以前车型上使用的铝合金/塑料冷却液散热器相比，加满冷却时重量减轻了 400 g，部件厚度减少了 21 mm。 重量总计减少了大约 5%。散热器芯与水箱之间的钎焊接头取代了以前常用的
12、带凸起管板的机械接头。 因此，与传统冷却液散热器相比，全铝冷却液散热器不仅部件厚度较小，而且更可靠、使用寿命更长。这种全铝结构还首次采用了用于快速接头的 VDA 连接管。2.1.4冷却液补液罐 利用冷却液补液罐可以使气体可靠分离，从而避免冷却系统内，尤其是在泵的抽吸侧出现气穴现象。冷却液补液罐内的空气容量必须足以在冷却液加热和膨胀时能够快速产生压力，并防止“沸腾”时冷却液流出。 2.1.5冷却液泵冷却液泵（机械式） 机械式冷却液泵经过了不断改进和开发，从传统冷却泵（见图2-5）现在已使用第 3 代产品冷却液泵（见图2-6）。 图2-5 传统机械式冷却液泵 图2-6 第三代冷却液泵 第三代冷却液
13、泵在设计上很大程度上解决了下列问题 ： 密封性， 润滑， 壳体刚度。 这种冷却液泵装有一个针对泵轴端面密封功能性泄漏的“泄漏防护系统”。通常情况下，在泵轴端面密封环处溢出的冷却液汇集于此并通过溢流孔进入泄漏室。 滑环损坏时，泄漏室就会完全充满冷却液。 冷却液从泄漏室通风孔溢出时表示端面密封损坏。 过去经常会更换掉运行正常的冷却液泵，因为冷却液泵运行所需的端面密封功能性泄漏会在冷却液泵外壁上留下蒸发残余物。 现在“泄漏防护系统”可确保功能性泄漏不会留下任何蒸发痕迹，这样就不会在维修保养过程中进行现场直观检查时误认为冷却液泵损坏。 同时，采用泄漏室也起到了大大加固冷却液泵壳体的作用。 冷却液泵（电动） 在 N52 发动机内采用热量管理系统的前提是，冷却循环回路的有效部件（例如泵、节温器和风扇）可通过电动方式进行调节。电动调节式特性曲线节温器和电风扇很早以前就已在发动机冷却系统中使用。 因此开发了电动冷却液泵，这种冷却液泵可确保热量管理系统要求的冷却液流量不受当前发动机转速的影响。 电动冷却液泵必须满足较高的要求： 运行安全性较高 结构体积较小功率消耗较小（大约 200 W）无泄漏 实现最小体积流量
