名词解释:
发动机开锅指防冻冷却液沸腾,也就是“水被烧开”的状态;正常运行的冷却液(简称)是不会达到沸点的,沸腾则说明冷却液失效或者循环冷却系统故障。在分析发动机高温开锅的原因之前,首先需要了解的是冷却液的沸点。使用最多的是EG(乙二醇水基冷却液),沸点至少要达到105℃,高标准的发动机使用的冷却液可以达到≥130℃。
因为性能越高的内燃式发动机运行的温度就会越高,普通代步车使用的机型也会达到100℃左右;发动机电子扇启动的温度普遍在92-98℃之间,由此可见内燃机是一种温度很高的发动机。所以有效地散热就很重要了,那么这种发动机是如何散热的呢?
图1:风冷系统
图2:水循环冷却系统
图3:水循环冷却的动态演示(左侧是矩形代表散热水箱)
冷却液在水泵的驱动作用下,会在水箱、管路、机体内部循环流动;内燃式发动机的运行是依靠燃烧燃油,即使是低标准的汽油的火焰温度也会达到1200℃。热力学第二定律说明热能会从高温物体传导至低温物体,发动机的机体和循环的冷却液的温度都要很多;所以热能会持续流向这两个部分,直到达到热饱和之后不再“反向吸热”。
冷却液则是在循环到机体时吸收热能,随即流动到水箱,被低温的水箱吸热热能以降温;降温后再次循环到高温机体吸热,周而复始的高速循环即可实现控制发动机的温度。那么在冷却液正常的前提下,高温则可能是冷却液没有正常循环。
这是汽车最基础的「机械式水泵」,“泵”的功能是给液体或气体增压;说白了就提供动力使其流动,增压则是加快流动的速度。水泵是冷却液能够在水箱和机体中流动的“动力源”,失去了动力自然无法流转。
那么机体内部的热能则会无法传导,哪怕是水泵增压不正常,造成流速的异常也会影响吸热后的散热效率;也就是吸热之后没有合理降温,之后热能异常“累积”而造成冷却液异常高温。温度会很快超过冷却液的沸点,此时用于加注冷却液的膨胀壶里就会体现出沸腾的状态。水汽会很大,发动机也有可能因高温而停转。
「防冻冷却液」自身也有可能出现问题!
假设水泵没有故障,冷却液的沸点降低也可能造成开锅的问题;比如用水替代防冻液,因为水的沸点时100℃(标准气压),燃油汽车驾驶过于激烈的话,内燃机的温度很容易超过100度,沸腾也就是必然的结果了。
其次则是冷却液的每次减少都用水来替代,而且补充的次数很多也会有问题;正常蒸发减少的冷却液是可以用蒸馏水来替代的,因为乙二醇、丙二醇或丙三醇都不易挥发,减少的部分主要是水。但不易挥发不是不能挥发,一般用蒸馏水补充三次之后,再用同类型冷却液补充一次时最佳方式,长时间只用水补充等于逐渐用水替代冷却液。
再次则是没有定期检查冷却液的余量,发动机舱里的膨胀壶里如果没有了防冻液,高温几乎是必然的结果!膨胀壶留有余量的功能不仅是为了便于检查,之所以将其称之为“膨胀壶”而不是“加注壶”,原因是冷却液也有热胀冷缩的特点。
液位低至MIN(低位线)之后,如果温度过低则冷却液体积会变小,造成的问题可能是水壶没有余量;而高速循环流动的冷却液则会从水壶路抽入空气,膨胀壶为了在高温时必然因体积膨胀而撑破水箱,水壶盖并不会是完全密封的,也就是会留有通气孔用于排气、同时也可以吸入空气。
空气在高温环境中会膨胀,各类分子会剧烈的碰撞;那么在冷却系统的水道里出现大量膨胀撞击的空气,这是不是会影响水的循环呢?——这就叫做“气阻”。这个阻力会影响冷却液的循环吸热,发动机的热能无法被有效吸收,高温也会是必然的结果。
所以发动机如果水温超过中线,需要做的就是及时停车检查冷却液;等待半小时左右发动机水温会降低,此时如果液位过低哪怕是用水都要及时补充,之后再整体更换冷却液。反之如液位正常的话,需要检查的就是水泵了或其他硬件了。