新聞主題	水冷和風(fēng)冷柴油發(fā)動機的優(yōu)缺點

 

摘要：風(fēng)冷發(fā)動機優(yōu)勢就是結(jié)構(gòu)簡單，不需要額外的輔助配件，缸體和缸頭上的散熱片就可以滿足柴油發(fā)動機基本的散熱需求，但如果連續(xù)運行因為散熱方式太過單一，所以發(fā)動機就存在著熱衰現(xiàn)象。水冷發(fā)動機這類發(fā)動機因為有了新的液體介入散熱，所以散熱效果比較明顯，即便發(fā)電機組長時間運轉(zhuǎn)，柴油發(fā)動機溫度也不會出現(xiàn)過高現(xiàn)象，因此它是散熱效果比較出色的一種冷卻方式。

 

1．水冷系統(tǒng)

 

（1）水冷系統(tǒng)的類型及冷卻水路

按冷卻液的循環(huán)方式，水冷系統(tǒng)又可以分為強制循環(huán)水冷系統(tǒng)和自然循環(huán)水冷系統(tǒng)。

圖1為柴油機強制循環(huán)水冷系統(tǒng)示意圈，柴油機氣缸蓋和氣缸體中都鑄有冷卻水套。冷卻液經(jīng)水泵5加壓以后，經(jīng)分水管進入氣缸水套內(nèi)，冷卻液在流動的同時吸收氣缸壁的熱量，溫度升高，然后流入氣缸蓋水套，經(jīng)節(jié)溫器及散熱器進水管進入散熱器。與此同時由于風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)抽吸，空氣從散熱器芯吹過，使流經(jīng)散熱器芯的冷卻液的熱量不新散到大氣中去，溫度降低。最后又經(jīng)水泵加壓后再一次流入缸體水套，如此不斷循環(huán)，柴油機得到不斷冷卻。柴油機轉(zhuǎn)速升高，水泵和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也隨之升高，冷卻液的循環(huán)加快，風(fēng)扇流量加大，散熱能力加強。為了使多缸柴油機前后各缸冷卻均勻，一般柴油機在缸體水套中設(shè)置有分水管或鑄出配水室。分水管是一根金屬管，沿縱向開有若干出水孔，離水泵越遠，出水孔越大，這樣就可以使前后各缸的冷卻強度相近，整機冷卻均勻。

 

圖1 強制循環(huán)水冷系統(tǒng)示意

  

如果去掉圖1中的水泵5則構(gòu)成自然循環(huán)水冷系統(tǒng)。主要由水套、散熱器、節(jié)溫器、風(fēng)和連接水管組成，工作時冷卻液在機體水套中受熱后，密度減小而上浮，經(jīng)節(jié)溫器6流入散熱器中，在散熱器中冷卻后，冷卻液密度增大而下降，經(jīng)進水管回到水套。在柴油機工作時，冷卻液在冷卻系統(tǒng)中靠自然溫差來循環(huán)。冷卻能力較低，只適用于小型柴油機。

大多數(shù)柴油機均采用強制循環(huán)水冷系統(tǒng)。即利用水泵提高冷卻介質(zhì)的壓力。這種冷卻系統(tǒng)的體積比自然循環(huán)的小得多，而且氣缸上下的冷卻較均勻。

水冷系統(tǒng)還設(shè)置有水溫傳感器和水溫表，水溫傳感器安裝在氣缸蓋出水管處，將出水管的水溫傳給水溫表。操作人員可借助水溫表隨時了解冷卻系統(tǒng)的工作情況，正常工作水溫一般在80～90℃之間。

 

（2）冷卻液與防凍液

柴油機使用的冷卻液應(yīng)該是清潔的軟水。如果使用硬水，其中的礦物質(zhì)在高溫時沉析出來，附著在管道、水套和散熱器芯中生成水垢，降低了散熱能力，易使柴油機過熱，還會使散熱器芯堵死和加速水泵葉輪和泵殼的磨損。

對含礦物質(zhì)較多的硬水，則需經(jīng)過軟化處理后，方可加入冷卻系統(tǒng)使用。硬水軟化常用的方法是：在一升水中加入碳酸鈉0.5～1.5g，或加入氫氧化鈉0.5～0.8g，待生成的雜質(zhì)沉淀后，取上面的清潔水注入冷卻系統(tǒng)中。

在寒冷地區(qū)，柴油機熄火后若長時間擱置，冷卻系統(tǒng)內(nèi)的水會凍結(jié)，致使散熱器、氣缸體和氣缸蓋脹裂。因此，應(yīng)放掉冷卻液。為了防止零件脹裂，減少放水和加水的工作，增加柴油機的機動性，可采用冰點低的防凍液作為冷卻介質(zhì)。通常在冷卻水中加入適量的乙二醇或酒精，配成防凍液。

用工業(yè)乙二醇配成的防凍液與冰點的關(guān)系見表2.3，可以看出，隨著乙二醇含量的增加，防凍液的冰點降低，因此可根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件來選擇乙二醇與水的比例。此外，還因為乙二醇本身的沸點較高（194.7℃），所以它又可以提高防凍液的沸點。例如在密閉的冷卻系統(tǒng)內(nèi)，以防凍液作為冷卻液，其沸點可高于110℃。這對于負荷變化大，冷卻液容易沸騰的工程機械柴油機是有利的。

表1  乙二醇防凍液

 

在使用乙二醇配制的防凍液時，應(yīng)注意：①乙二醇有毒，切勿用口吸；②乙二醇對橡膠有腐蝕作用；③乙二醇吸水性強，且表面張力小，易滲透，故要求冷卻系統(tǒng)密封性好；④使用中切勿混入石油產(chǎn)品，否則會在防凍液中產(chǎn)生大量的泡沫。

 

2．風(fēng)冷系統(tǒng)

 

（1）風(fēng)冷系統(tǒng)的布置和冷卻風(fēng)扇

圖2為風(fēng)冷柴油機冷卻系統(tǒng)示意圖。冷卻風(fēng)扇位于兩排氣缸中間，由缸蓋、氣缸體、機油冷卻器、前后擋板和頂蓋板等構(gòu)成風(fēng)壓室。在氣缸蓋和氣缸體的背風(fēng)面設(shè)有擋風(fēng)板，用來調(diào)節(jié)風(fēng)量的分配。冷空氣經(jīng)冷卻風(fēng)扇增壓后進入風(fēng)壓室，再由風(fēng)壓室流過各個需要冷卻的零部件表面。由于各個零部件的通道阻力不同，因此流過的風(fēng)量有多有少，以保證其適度而可靠的冷卻。

圖2  風(fēng)冷系統(tǒng)布置示意

 

 冷卻風(fēng)扇有軸流式和徑流式兩種。多缸風(fēng)冷柴油機采用軸流式。圖3所示為前置靜葉輪軸流壓風(fēng)式風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖。風(fēng)冷風(fēng)扇主要由靜葉輪和動葉輪兩部分組成。靜葉輪為鋁合金精密壓鑄件，靜葉輪轂內(nèi)裝液力耦合器。動葉輪與風(fēng)扇外殼之間的間隙很小，以提高風(fēng)扇效率。動葉片與靜葉片的端面均為翼形。風(fēng)扇的傳動如圖4所示，由柴油機功率輸出端曲軸齒輪經(jīng)凸輪軸傳動齒輪、噴油泵傳動齒輪、增速齒輪和、連接軸、一對變速齒輪和、膠輥聯(lián)軸器，最后傳到液力耦合器的泵輪，再由泵輪耦合到渦輪和風(fēng)扇動葉輪。

 

圖3  軸流式風(fēng)扇

圖4 風(fēng)扇的傳動

 

 （2）冷卻強度的調(diào)節(jié)

為了保持柴油機在不同工況下都能在最適宜的溫度下正常工作，需對其冷卻強度隨時進行調(diào)節(jié)。一種能隨負荷變化自動調(diào)節(jié)柴油機冷卻強度的裝置如圖5所示。

 

圖5冷卻強度自動調(diào)節(jié)裝置

 

 機油泵將油底殼內(nèi)的機油泵入主油道，通過外接油管引入溫控閥，再經(jīng)溫控閥出口引入液力耦合器。溫控閥裝在排氣管上，直接感知排氣溫度的變化。

當(dāng)負荷增加時，排氣溫度升高，溫控閥開度增大，進入液力耦合器的油量增多，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增高，風(fēng)量增加，冷卻強度增強；反之，當(dāng)負荷減小時，冷卻強度隨之減弱。自動調(diào)節(jié)裝置能夠根據(jù)柴油機負荷的變化，自動調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量，使柴油機始終保持在最佳狀態(tài)。

 

（3）風(fēng)冷柴油機的特點 

與水冷柴油機相比，風(fēng)冷柴油機具有以下特點。

i．不用冷卻液，無漏水、冰凍、結(jié)垢等故障，使用維修方便。

ii.零件少、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。

iii.因其工作溫度較高，缸套的平均溫度一般為150～180℃，柴油機與空氣之間傳熱溫差較大，風(fēng)冷系統(tǒng)的散熱能力對大氣溫度變化不敏感。因此，風(fēng)冷柴油機在嚴寒、酷熱和缺水地區(qū)使用具有很大的優(yōu)越性。

iv.啟動后暖機時間短。

V.由于沒有水套吸音，再加上高速風(fēng)扇的噪聲以及散熱片和導(dǎo)風(fēng)裝置振動的噪聲，運轉(zhuǎn)時風(fēng)冷柴油機噪聲較大。

vi.由于金屬與空氣的傳熱系數(shù)大大低于金屬與水的傳熱系數(shù)，風(fēng)冷柴油機熱負荷較高，不如水冷柴油機工作可靠。

vii.由于熱負荷較大，充氣系數(shù)較低，風(fēng)冷柴油機輸出的有效功率受到影響。

在軍用及高原干旱地區(qū)使用風(fēng)冷柴油機較多。 

 

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