淺談發動機的冷卻系統和潤滑系統

監利縣尺八鎮農機管理站 李建陽 舒大鳳 李煥彩

0 引言

冷卻系統和潤滑系統是維持發動機長期正常工作不可缺少的部分，其工作好壞對發動機的動力性和經濟性以及零件的磨損影響很大。本文介紹了發動機的冷卻系統和潤滑系統，針對目前常用的幾種不同型號發動機的冷卻系統和潤滑系統的具體工作模式做了詳細的分析。

1 冷卻系統

冷卻系統的功用是保證發動機在正常的溫度下工作，把發動機工作時產生的熱量通過它散發出去，加以冷卻，經常檢查冷卻系統的工作狀況，不能有缺水、漏水、風向、風流、風量不對等現象，以免破壞發動機的正常工作，損壞機件，造成事故。

冷卻系統按發動機的冷卻方式可分為風冷卻和水冷卻兩種。

1.1 風冷卻系統

風冷卻一般用于小型發動機上，靠飛輪上的風扇葉旋轉時空氣在葉片的作用下產生離心力，拋向葉輪四周形成一股氣流通過導風裝置的導向作用，流到需要散熱的部位，由于葉輪中部空氣不斷減少，壓力降低，在壓力差的作用下，外界空氣又不斷進入進行補充，這樣冷空氣直接吹向汽缸蓋和汽缸體的外表，外表分布了很多散熱片，它的功用是加大與空氣的接觸面積，提高散熱能力，冷空氣在風扇的作用下，經導風罩、引風圈、導風板到汽缸蓋與汽缸體的散熱片間，將熱量帶走。導風罩和引風圈、導風板的作用是將冷空氣引導到需要冷卻的部位，使各部位冷卻均勻，達到維護其適宜工作溫度的目的，若不用導風罩、引風圈和導風板則在汽缸蓋、汽缸體等零件的背面就不能得到足夠的冷卻，使之溫度過高，造成很大溫差，引起汽缸和其他零件變形，嚴重時還會發生活塞拉缸和卡死等故障。

1.2 水冷卻系統

按冷卻水循環方式的不同，小型柴油機的冷卻系統可分為3種:

(1)蒸發式冷卻。

(2)熱對流循環式冷卻。

(3)壓流循環式冷卻。

下面針對農村普遍使用的 R175、R180、R185、R190、S195、立式195T、ZH100、德力1105盤拖柴油機等型號的柴油機，對他們的冷卻方式做一個簡單的介紹。

它們的冷卻方式有蒸發水冷卻、凝汽冷卻、熱對流冷卻、壓流循環冷卻。(注意:在使用柴油機時必須用清潔的軟水，如河水、雨水、坑塘水，切不能使用硬水、污水，如井水、海水、泉水，否則容易產生水垢，附著在機體、水箱、缸蓋缸套表面上，導致傳熱差，影響冷卻效果，降低發動機使用壽命。維持柴油機在最適宜的溫度75～95℃以下工作，風冷機缸體溫度在150℃以下可正常工作。)

(1)蒸發式冷卻:發動機工作時，汽缸體水套和汽缸蓋水套中的水因接觸高溫零件而溫度升高，這部分水受熱膨脹，密度減小，便上升到頂部的水箱，水箱表層的水受到外界空氣的冷卻，密度加大而下沉，分別進入缸體水套和缸蓋水套，形成上下對流，連續不斷地循環，從而將汽缸體和汽缸蓋周圍的熱量帶到水箱散發掉。當水箱內的水溫升高到沸點時，缸體水套和缸蓋水套內水逐漸變成水蒸氣，沖擊水箱水面散發到空氣中去，蒸發式水冷卻系統靠水沸騰吸收大量的熱并散發到空氣中去，加強散熱冷卻作用。因此，水箱常常出現“開鍋”現象，這是正常的，應注意經常補充冷卻水，以保證發動機的正常工作溫度。

尤其是蒸發式冷卻系統如R175、R180、S195柴油機應經常注意補充冷卻水。目前生產的鑄鐵水箱散熱慢、容積小、冷卻水非常容易蒸發，根據實踐證實，水箱內的冷卻水少于水箱容積的1/2后，發動機在重負荷高速運轉時間長時，因溫度過高，活塞膨脹過大，定會出現活塞拉毛，活塞環卡死。嚴重時活塞和缸套拉毛，發動機冒黑煙，直至熄火，此種現象俗稱拉缸。

(2)熱對流循環冷卻:立式195T和德力1105型柴油機的冷卻系統屬于此種冷卻方式，冷卻水利用水的溫度差所引起的密度變化形成水的熱對流自然循環，當柴油機工作時，汽缸體水套與汽缸蓋水套的冷卻水由于接觸高溫零件而溫度升高，密度變小，沿上水管進入水箱的上水室，而水箱內的冷卻水因密度較大靠自重而進入下水室，經下水管進入汽缸體水套和汽缸蓋水套，缸體水套和缸蓋水套的低溫水受熱后密度變小又上升進入上水室，水箱內的冷卻水下沉到下水室進入缸體水套和缸蓋水套，如此往復，使冷卻水連續不斷地循環，達到傳熱和散熱的目的。

廣東順德德力1105柴油機采用離心式風扇，風扇與飛輪鑄造一體，水箱下部裝有導風罩，當低溫空氣經過水箱散熱芯片的空隙被吸進時，經過導氣罩，從風扇的徑向出風口帶走部分熱量，排到大氣中去，熱對流循環式冷卻系統就是通過循環水通道和風通道兩部分冷卻發動機，使其在最適宜的溫度下工作。

在水箱蓋上即散熱器加水口處裝有一個蒸氣空氣閥其作用是當蒸氣使水箱內的氣壓達到117．6～127．4 kPa(1．2～1．3千克力/cm2)時，蒸氣閥便打開，使冷卻系統與大氣相通，避免高壓氣體脹裂散熱器芯的焊縫，當柴油機的溫度下降，蒸氣凝結成水，水箱內的氣壓低于0．98～3．92 kPa(0．01 ～0．04 千克力/cm2)時，則外界大氣頂開空氣閥，讓空氣進入散熱器中，使冷卻水與大氣有條件間斷地相通，蒸氣空氣閥上與大氣相通的通氣管也能使冷卻系統中多余的水從此管溢出。

(3)壓流循環式冷卻:多缸發動機和泰山12型拖拉機配置的195T型柴油機的冷卻系統，它利用離心式水泵將水加壓進行強制循環，主要由水泵、散熱器、軸流式風扇及進水橡膠管等組成，散熱器及其蒸氣空氣閥的結構同熱對流循環式相同。

發動機工作時，曲軸通過三角皮帶，帶動冷卻水泵的葉輪旋轉，在離心力的作用下，冷卻水被甩向葉輪邊緣，以一定的壓力進入氣缸體水套和氣缸蓋水套和散熱器上水室，受熱的冷卻水經散熱器芯向下流動，被風扇吹來的大量冷空氣冷卻，流到散熱器下水室。此時，葉輪的中心部分形成低壓，散熱器下水室的冷卻水被吸入水泵，再壓入汽缸體水套，實現冷卻水的強制循環。

2 潤滑系統

潤滑系統的功用是將清潔的潤滑油不間斷地充分供給各運動件的摩擦表面，使發動機各零件能正常工作。

潤滑油有五大作用:

(1)潤滑作用:潤滑油在摩擦表面形成油膜、減少零件表面之間的磨損。

(2)冷卻作用:潤滑油不停地流動，將摩擦表面所產生的部分熱量帶走，使零件溫度不致過高。

(3)密封作用:利用潤滑油的粘性，增加活塞環、活塞及汽缸間的密封性，減少漏氣損失。

(4)清洗作用:潤滑油流過摩擦表面時，帶走磨下來的微小金屬屑和其他雜質。

(5)防銹作用:由于零件表面覆有潤滑油，防止零件表面與空氣、水分及燃氣接觸而發生氧化銹蝕。

發動機的潤滑方式有兩種:

(1)壓力潤滑:靠機油泵將一定壓力的流量的潤滑油壓送到需要潤滑的零件表面，實行強制供油潤滑。

(2)飛濺潤滑:也叫非壓力潤滑，靠曲軸旋轉，使連桿大端激濺起的潤滑油與壓力潤滑各零件泄漏的油滴一起形成細小油滴和油霧，降落并附著在需要潤滑的摩擦表面，加以潤滑。另外，還有一種無泵強制飛濺式的潤滑系統，如:湖南濱湖柴油機廠生產的老式165F、175F－1、175F－2、BH175F等柴油機，該機當曲軸旋轉時，浸在機油中的凸輪軸上的正時齒輪和曲軸上的正時齒輪相吻合，將機油帶上來，而帶上來的機油一部分又流回到油底殼，另一部分被擠壓，流入滾動軸承，然后到甩油圈，在離心力的作用下，從甩油圈的小孔流入曲軸連桿軸頸的中間部分，再通過連桿軸頸上的油孔進入連桿軸瓦與連桿軸頸之間進行潤滑，潤滑后的機油又從連桿大頭的兩側甩到汽缸壁、活塞、活塞銷、凸輪軸等零件上。氣門室內的搖臂氣門、氣門導管等零件是通過油霧粘附形式進行潤滑的，被飛賤起來的潤滑油霧，在壓力差的作用下，在機體內流入氣門挺柱孔兩側的斜小孔，經推桿護管到氣門室潤滑氣門室內的運動零件。

潤滑系統是發動機的重要系統，潤滑油的優劣是發動機使用壽命的關鍵，內燃機的潤滑油一般為汽機油和柴機油兩大類，汽機油用于各種汽油機和中、低速柴油機的潤滑，高速柴油機都要求使用柴機油潤滑，在100℃時柴機油按粘度的大小分為HCA－8、HCA－11、HCA－14三種，粘度是指在規定溫度下油品的稠稀程度。牌號越高就越稠，粘度越大，適用于溫暖季節，牌號越小，就越稀，粘度越小，適用于寒冷季節，一般來說，粘度大的潤滑油更能保證運動件的潤滑，提高汽缸密封性，防止汽缸產生竄機油及漏氣的現象，但是如果在冬季使用粘度過大的潤滑油，一方面將會導致發動機起動困難，阻力增大，消耗在磨擦上的功率增多，實際發出的功率下降;另一方面，由于粘度過大，其流動性能差，對于靠飛濺潤滑的發動機，會使機油輸送量減少，每分鐘在發動機油路中循環次數減少，從而冷卻作用差，使被潤滑零件溫度升高。

潤滑油粘度小，流動性好，但在零件運動時容易流掉，使運動件摩擦面形成油膜困難，潤滑不可靠。而且，易竄入燃燒室燃燒，引起潤滑油消耗量增大，可是粘度小的潤滑油每分鐘在發動機中循環次數多，冷卻散熱作用好，并使發動機易于起動。

根據機型和轉速不同，季節的不同，應該選用合適合格的潤滑油，冬季一般用HCA－11號柴機油，氣溫在0℃以下時，宜用HCA—8號柴機油，夏季用HCA－14號柴機油，氣溫低于30℃時，也可用HCA—11號柴機油，決不可使用變壓器油、機械油或各種植物油。

潤滑油使用時間過長，未按規定例行保養，更換品牌潤滑油，在各零件的摩擦表面不能形成很好的油膜，加速各零件的磨損，嚴重的將活塞環卡死，活塞拉毛，缸套拉缸，軸瓦拉瓦，影響發動機的正常使用。

3 結論

冷卻系統和潤滑系統是維持發動機長期正常工作的重要組成部分，其工作好壞對發動機的動力性和經濟性以及零件的磨損影響很大。文章論述了發動機的冷卻系統和潤滑系統，針對目前常用的幾種不同型號發動機的冷卻系統和潤滑系統的具體工作模式做了詳細的分析，對發動機的保養具有較強的指導意義。