張心怡

（山西工程科技職業(yè)大學，山西 晉中 030619）

大功率柴油機廣泛應用于聯(lián)合收割機和大型輪式拖拉機等農用機械中，其冷卻系統(tǒng)的使用與維護常被廣大農機用戶忽視，對于柴油發(fā)動機來說，正確的使用和合理的維護才能有效地提高柴油發(fā)動機的性能與壽命。

1 柴油機冷卻系統(tǒng)概述

冷卻系統(tǒng)能夠使內燃機在工作過程中的溫度保證在適當范圍內。按其冷卻介質可以分為水冷和風冷2種類型。以空氣作為介質的制冷系統(tǒng)被稱為“風冷”式，以冷卻液作為冷卻介質的稱為“水冷”式。農用機械、工程機械及汽車內燃機多為水冷系統(tǒng)。

1.1 水冷式冷卻系統(tǒng)工作原理

水冷式冷卻系統(tǒng)以冷卻液作為熱量傳遞的介質，由水泵的壓力作用將冷卻液泵入發(fā)動機冷卻水套內，冷卻液在壓力循環(huán)流動的過程中吸收氣缸的熱量，水溫升高，繼而流至氣缸蓋水套，又經過節(jié)溫器流到散熱器中[1]。此時，散熱器在電動風扇強力抽吸空氣的作用下，將冷卻液的熱量發(fā)散到空氣中，使冷卻液得到冷卻，隨后冷卻液從散熱器的下水口流出，并由水泵再次泵送至發(fā)動機中，形成工作循環(huán)，保證發(fā)動機在高溫工作情況下零部件也能夠不斷得到冷卻。

1.2 風冷式冷卻系統(tǒng)工作原理

風冷制冷系統(tǒng)是直接將發(fā)動機工作中產生的熱量通過氣缸體和氣缸蓋上的散熱片，讓空氣將熱量帶走，從而對內燃機零件進行制冷[2]。這種通過空氣來對缸套、缸蓋和潤滑油等進行直接冷卻，結構較為簡單，不容易損壞。在冷卻系統(tǒng)中，風扇是主要的散熱系統(tǒng)，但是由于發(fā)動機的結構限制，它的散熱能力也受到了一定的限制。

2 柴油機冷卻系統(tǒng)主要組成

2.1 散熱器

散熱器通常安裝于柴油發(fā)動機前方的機械框架內[3]。其功能是將冷卻液在水套管中的熱量傳遞到外部，使柴油機處于合適的工作溫度區(qū)間。它的工作原理是將冷卻液在氣缸蓋的高溫部位經過氣缸蓋的熱交換，冷卻液升溫，然后從氣缸的出水腔進入散熱器的上水腔，再經過散熱器芯，與高速度低溫度的空氣進行熱交換，冷卻后的水流到下水腔，再從下水腔的出口吸到水泵的入口，實現(xiàn)一次冷卻液循環(huán)。

2.1.1 上、下水室

上水室的上部有1個加水口和水箱蓋，上、下水室由1個軟管連接到氣缸蓋出水管和水泵，下水室有1個排水開關。

2.1.2 散熱器芯

常見的散熱器芯類型有2種：管片型和管帶型[4]。管片散熱器芯體包括冷卻管和散熱片，冷卻管是焊接在上、下水室之間的一根直管，截面呈扁平狀，具有較大的熱輻射面積，當冷卻水凍結或膨脹時，可以利用它的截面變形來防止斷裂。該散熱器芯具有較大的散熱面積，良好的強度、剛性和耐壓性，但是其生產工藝復雜，造價昂貴；管帶式散熱器芯體由散熱管和散熱帶組成。在散熱器上開有百葉窗狀的開孔，用來改善散熱器的散熱效果。該散熱器具有散熱性能好、制作生產簡單、造價低廉、質量輕和結構剛性差等特點。

2.1.3 散熱器蓋

散熱器蓋用于冷卻系統(tǒng)對散熱器的工作壓力進行調整[5]。在散熱器罩上安裝了一個真空壓力閥門，通常壓力閥門和真空閥門都由相應的彈簧來控制。在系統(tǒng)溫度上升，壓力增加到某一數(shù)值時，閥門打開，將冷卻液中的一部分排出，通過減壓閥流入膨脹水箱內，避免因壓力過大造成散熱器爆裂；在發(fā)動機停止工作后，由于冷卻介質的溫度降低，在系統(tǒng)中產生的真空達到特定壓力，就會打開真空閥門，將冷卻液從水箱中補充到散熱器，避免管道和散熱器被壓縮變癟。

2.2 膨脹水箱

2.2.1 膨脹水箱的構成

發(fā)動機冷卻系統(tǒng)膨脹水箱是一種塑料容器，其規(guī)格可依農用機械的具體要求而定，構造比較簡單，在上面有一個罩蓋和兩個軟膠管。它避免了冷卻液的損耗，保持冷卻系統(tǒng)的水位相對處于穩(wěn)定的范圍內。

2.2.2 膨脹水箱的工作原理

在封閉的制冷系統(tǒng)中，水蒸汽與水的混合是不能分開的。盡管散熱器蓋的閥門可以調整冷卻系統(tǒng)的氣壓，但是在調整時，會有一些蒸氣被排出，而在降溫時，也會有一部分空氣被吸入。當空氣、蒸汽和水同時在冷卻系統(tǒng)中流動時，會導致冷卻能力的下降，泵的流量也會隨之下降，使得冷卻系統(tǒng)的壓力不穩(wěn)定和冷卻水的持續(xù)損耗。因此，在水套和散熱器上部易產生氣體和蒸氣的部位，采用水套上部加工出排氣管，管路連接膨脹水箱，以便氣體和蒸氣排放至膨脹水箱。

2.3 水泵

2.3.1 水泵的構成

水泵通常用螺釘裝在發(fā)動機的前部，用曲軸帶動皮帶輪，它的作用是對冷卻液進行加壓，使冷卻液能夠在冷卻系統(tǒng)內進行壓力循環(huán)流動。離心水泵是各類機械中應用最廣泛的一種，它包括泵體、泵蓋、葉輪、泵軸、軸承和水封等。水泵殼體通常由鑄鐵鑄成，泵體和泵蓋之間有密封襯墊。泵軸前端有皮帶輪，后端有水封和葉輪。在水封的前方有泄水孔，當冷卻液漏過水封時，能夠通過泄水孔排出從而防止冷卻液進入軸承破壞潤滑效果。

2.3.2 水泵的工作原理

柴油機運轉時，皮帶輪在皮帶的作用下帶動水泵軸旋轉，葉輪開始工作，此時的冷卻液在離心力的作用下向葉輪邊緣區(qū)域壓去，經過泵蓋上的出水口壓送至發(fā)動機水套中。與此同時，葉輪中心的壓力下降，將與它相連的散熱器當中的冷卻液吸入葉輪中心。

在水泵的使用過程中，需要經常進行維護，按照說明書上所列出的要求，將潤滑油及時地注入到泵的軸承中，在加注時應當適當?shù)乜刂茲櫥偷牧浚苊獗玫妮S承磨損嚴重，壽命降低。同時，對水泵的運行狀況進行定期的檢查，當水泵驅動皮帶被拆下后，可以自由的用雙手旋轉，水泵葉輪和泵殼之間不會產生摩擦，泵軸也不會出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。為了保證水泵的正常工作，必須正確地使用和定期維護水泵，從而保證水泵的工作條件。

2.4 節(jié)溫器

2.4.1 節(jié)溫器的構成

現(xiàn)代發(fā)動機多用蠟式節(jié)溫器。蠟式節(jié)溫器由支架、推桿、石蠟、合成橡膠管、彈簧、外殼、主閥門和副閥門等組成，推桿的上端固定在支架中心，另一端插入橡膠管中心孔中，膠管與節(jié)溫器外殼形成的腔體內裝有石蠟。為了提高蠟式節(jié)溫器的導熱性，石蠟中常摻有銅粉或者鋁粉。

2.4.2 節(jié)溫器的工作原理

蠟式節(jié)溫器在冷卻溫度低于規(guī)定值的情況下，節(jié)溫器感溫器中的微細石蠟呈現(xiàn)固體狀態(tài)，節(jié)溫器在彈簧張力的作用下，關閉發(fā)動機水道和散熱器之間的通道，通過水泵將冷卻液送回發(fā)動機內部水道，進入發(fā)動機內部的小循環(huán)狀態(tài)。當冷卻介質的溫度達到一定的程度時，蠟油就會慢慢熔化，逐漸變成液態(tài)，使體積增加，產生的壓力導致橡膠管收縮。當橡膠管收縮時，推動推桿產生向上的推動力，而推桿上端是固定的，此時產生的反作用力則會克服彈簧張力向下推動閥門至開啟位置，此時，冷卻液在水泵的作用下，將經過散熱器進行降溫后輸送至發(fā)動機水道，在發(fā)動機水道中吸附發(fā)動機的高溫，再經過節(jié)溫器留回散熱器進行降溫，實現(xiàn)大循環(huán)。

2.5 風扇

冷卻系統(tǒng)中的散熱風扇一般采用電動風扇，風扇通常安裝于水泵的皮帶輪前面，散熱器的后方。風扇在葉片高速旋轉的過程中能夠把空氣吸入散熱器，并吹到發(fā)動機殼體上，通過熱量交換的作用，在降低散熱器當中的冷卻液溫度的同時，也能帶走部分發(fā)動機金屬殼體上的熱量。為了減小風扇葉片在轉動工作過程中所產生的噪聲，通常采用樹脂合成材料來制作風扇的葉片。為了根據(jù)發(fā)動機的工作溫度變化，調整適當風扇的轉速，控制發(fā)動機的冷卻強度，通常采用高轉速與低轉速兩種工作狀態(tài)。

2.6 冷卻液

發(fā)動機的冷卻液是保護液與防凍液的混合物。冷卻液是一種能夠有效地防腐、防氣蝕和防凍的液體，其主要成分為乙二醇、防腐劑和色素等。乙二醇可以減少水分的凝固，并且具有一定的抗凍功能，其在水中的濃度也對凝結溫度有很大的影響。

2.6.1 冷卻水

冷卻水是用軟水，也就是雨水、雪水或蒸餾水等含有少量或者不含有礦物質的水。含礦物質的水為硬水，如泉水、井水和海水等，必須經過軟化后方可應用到發(fā)動機冷卻液中，否則，水套容易產生水垢，致使發(fā)動機整體的冷卻效果明顯下降，從而造成柴油發(fā)動機溫度過高的情況。

2.6.2 防凍液

為滿足農用機械在冬季寒冷的工作環(huán)境中保證正常工作的需要，避免因為溫度過低，冷卻液凍結而導致發(fā)動機無法啟動甚至受損的情況發(fā)生，可以在冷卻水中添加適當?shù)姆纼鰟?。防凍液中通常加入防腐劑和抑泡劑等，具有防凍、抗氧化、防垢和降低沸點等多種作用。

3 柴油機冷卻系統(tǒng)的使用與維護

3.1 冷卻液的合理使用

3.1.1 保持適當?shù)睦鋮s液液面

按照規(guī)定選用適合環(huán)境溫度的冷卻液，并且要定期檢查冷卻液面，確保冷卻液余量充足。通常在膨脹水箱內部設有液面自動報警系統(tǒng)，液面太低時，位于儀表盤上的冷卻液溫度警告燈會持續(xù)閃爍，在冷卻液的液面低于入口8 mm時要及時補充。

3.1.2 掌握正確的加注冷卻液和釋放冷卻液的操作方法

當發(fā)動機出現(xiàn)過熱或缺少冷卻液時，不要馬上加入冷卻液，首先應該先把發(fā)動機熄火，等冷卻液溫度降低后再用細流緩慢加入；如果發(fā)動機在運轉中突然停止運轉，不要馬上加入冷卻液，否則會因冷熱不均而導致部件開裂、咬死，這時應在發(fā)動機停止運轉后，等發(fā)動機溫度降至正常溫度時再加入。在低溫環(huán)境下，不能在冷卻液過高時將冷卻液排出，以免出現(xiàn)過大的溫差，導致高溫冷卻液遇冷炸開，對操作人員造成傷害，必須等到冷卻液的溫度降到40℃后才能將冷卻液排出，與此同時，要打開水箱蓋子，一邊旋轉曲軸，一邊將水泵、水套等處的冷卻液全部排出。

3.2 檢查水泵傳動皮帶張緊程度

為確保冷卻系統(tǒng)的正常工作，需要對水泵傳動皮帶張緊度進行適當?shù)恼{節(jié)。傳動皮帶因長時間工作會出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，皮帶過松會導致皮帶與帶輪之間打滑，水泵轉動速度降低，從而影響到水泵的抽水能力，造成水溫升高。通常，以29.4～49 N的力壓在傳動帶的中間位置，輸送帶的撓度應在10～12 mm。在農用機械運行時，如果電流表不能顯示充電或發(fā)動機溫度過高，應先檢查皮帶的松緊程度，并用拇指按壓（98 N），皮帶的中心應該向下凹陷15～20 mm。若不滿足該條件，則應放松調節(jié)螺帽，調整發(fā)電機的位置。

3.3 水垢的清洗

柴油發(fā)動機在使用后，其缸蓋、缸體水道和水箱等都會不可避免地出現(xiàn)水垢。結垢會阻礙散熱，降低柴油發(fā)動機的工作效率。目前常用的清洗方式有堿洗法和酸洗法等。

3.3.1 堿洗法

第一步發(fā)動引擎，在中等轉速下將水溫調至50℃或更高，然后將冷卻水排出；第二步，將1.5 kg的燒堿和0.5 kg的煤油混合到20 L的水中，加進膨脹水箱；第三步，啟動柴油發(fā)動機，以中等速度運行5～10 min后，停止10 h；第四步，再次啟動柴油發(fā)動機，控制加速踏板，使發(fā)動機轉速時快時慢，造成水垢或沉淀物的懸浮，5～10 min后，將清洗液全部排出；最后，把干凈的軟水倒入水箱，啟動柴油發(fā)動機，以中等速度運行5 min，然后把清洗液全部排出，如此反復2～3次。

3.3.2 酸洗法

向水箱中倒入20%的鹽酸，放置10 min，釋放清洗液，然后用清水清洗干凈。在調配鹽酸時，要緩慢地把鹽酸倒進水里，要一直攪拌，不要把水倒進鹽酸里。

3.4 柴油機冷卻系統(tǒng)季節(jié)性養(yǎng)護

3.4.1 冬季養(yǎng)護

在冬季對柴油機冷卻系統(tǒng)進行保養(yǎng)時，應注意避免自己調配冷卻液，并對其外觀進行檢查，如果出現(xiàn)冷卻液變稠、變濁、變質、變味、起泡或余量不足的情況，應及時對冷卻系統(tǒng)進行檢驗和修理；其次，在給發(fā)動機加注冷卻液之前，必須認真徹底地清洗發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)，選用質量好和腐蝕性低的冷卻液，以防止由于冷卻液質量不佳而造成腐蝕；在冬天使用柴油發(fā)動機的時候，不能拆卸節(jié)溫器，使冷卻系統(tǒng)沒有小循環(huán)過程而直接進行大循環(huán)，否則將導致柴油發(fā)動機溫度過低啟動困難。

3.4.2 夏季養(yǎng)護

在夏季保養(yǎng)柴油發(fā)動機冷卻系統(tǒng)時，應定期進行冷卻系統(tǒng)的清潔，一般情況下，柴油機在每運行6個月或1 000 h后必須進行一次清潔，夏天使用時要縮短清潔周期，或按冷卻情況隨時進行清潔，并及時添加冷卻液；其次，要定期檢查節(jié)溫器，在夏天使用節(jié)溫器時，節(jié)溫器的工作狀態(tài)會對柴油發(fā)動機的工作溫度產生很大的影響，要避免長時間小循環(huán)造成柴油發(fā)動機過熱；最后，要時刻關注冷卻風扇的轉速，風扇的轉速會影響到柴油發(fā)動機的散熱，在轉速下降時，要及時發(fā)現(xiàn)并解決相應的問題，防止柴油發(fā)動機冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

4 結語

柴油發(fā)動機冷卻系統(tǒng)是保證發(fā)動機正常工作的重要組成部分，它具有自身的運行規(guī)律。在農業(yè)機械的日常工作中，應該加強對柴油發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)，以降低各個部件的損傷和一般的熱脹冷縮對發(fā)動機內部結構造成的損害，以及對內部管路的堵塞。運用柴油機時，要掌握其工作的基本原則，一旦出現(xiàn)故障，應及時對故障進行分析并有效處理。