柴油發動機冷卻系統分析與故障處理

趙越

（陜西建設機械股份有限公司，西安710032）

0 引言

柴油發動機應用廣泛，發動機冷卻性能的好壞對其工作的可靠性具有決定性的意義，通過現場對發動機工作問題的了解，結合發動機實際運行情況及現場問題，對發動機冷卻系統工作原理及現場出現的問題做以下分析。

1 工作原理

發動機工作時，氣缸內燃燒氣體溫度可達1900～2500℃左右。燃燒產生的熱量只有20%～40%轉化為機械功，使發動機運轉；另外一部分熱量被排出的廢氣帶走；還有一部分熱量經各種傳熱方式傳給發動機各組件，特別是直接與燃燒氣體接觸的缸蓋、活塞、缸套和氣門等零件，強烈受熱，若不加以冷卻，隨著溫度急劇上升，各自膨脹變形，配合間隙遭到破壞；且高溫使潤滑油失效和燒損，會造成活塞環在環槽內卡死，活塞環刮傷缸壁，活塞與缸壁發生黏連，活塞卡死在缸套內，連桿軸承和曲軸軸承燒蝕，缸套受高溫變形，缸蓋翹曲等惡果，使發動機嚴重損害甚至報廢。因此，發動機必須加以冷卻，否則不能正常工作。

但是冷卻過強，發動機冷卻系統帶走過多熱量，轉變為有用功的熱量減少，散熱損失和冷卻系統消耗功率增高；同時機油黏度增大，機械運轉阻力增加，機械損失增高；氣缸內溫度過低，柴油霧化較差，燃燒不好，工作粗暴，這些都造成柴油機耗油量增加，輸出功率下降。同時，已蒸發的柴油、廢氣中的水蒸氣和硫化物等因溫度過低，在缸壁上重新凝結成亞硫酸等酸性物質，不僅稀釋了機油，使磨損加劇，而且使零件受到腐蝕。因此發動機冷卻系統過強或不足對發動機性能都有顯著影響。

因此，為保證發動機正常運轉和使用壽命，發動機的溫度狀態必須適當，冷卻系統的功用為保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作（通常氣缸中冷卻水的溫度保持在80～90℃為宜）。起動時，應能使發動機盡快加熱到正常工作溫度，并能在隨后工作中保持這一溫度。

柴油機的冷卻系統分為空氣冷卻與水冷卻系統，水冷卻系統冷卻均勻可靠，冷卻效率高；機體采用整體結構，布置緊湊，剛度好；水冷卻柴油機工作較平靜，噪聲較低；同時，冷卻強度便于調節。目前，工程機械柴油機大多

采用水冷卻系統。

2 水冷卻系統的組成

柴油機水冷卻系統大多采用水泵強制循環方式，柴油機汽缸蓋和缸體中都鑄有貯水的連通夾層水套。水泵將冷卻水加壓后經過進水管泵入缸體水套內，冷卻水流動過程中吸收汽缸壁熱量，溫度升高。繼而流到缸蓋水套，再次吸熱升溫，然后沿汽缸蓋出水管經節溫器流入冷卻器內冷卻。與此同時，冷卻風扇旋轉抽吸空氣，空氣從冷卻器吹過，使流經冷卻器內的熱水降低溫度，使熱量不斷散到大氣中去。冷卻后的水流到冷卻器底部后，又被水泵經進水管吸入汽缸體內，如此不斷循環，柴油機不斷地得到冷卻。當柴油機轉速升高，水泵和風扇轉速也隨之升高，水循環加快，扇風量增大，換熱能力增強。冷卻系統組成圖如圖1所示。

圖1 冷卻系統

3 現場問題反饋

在發動機冷卻系統通常會增加一些補水管路、排氣管路和溢水管路，陜西建設機械股份有限公司生產的CM2000型路面銑刨機就采用此種結構，在現場試車過程中CM2000型路面銑刨機發生過回水管崩開的情況，當時發動機周圍無工作人員，并未發生燙傷事故，但此種情況存在有一定安全隱患。通過分析故障原因初步認為，此種情況可能有以下幾種可能：1）發動機機體內空氣未能及時排凈，造成回水時壓力過高；2）連接管路卡箍質量問題，造成管路連接不牢靠；3）發動機內部有堵塞問題。

因發動機為新出廠產品，且陜建廠裝配過程中無任何異物進入發動機冷卻系統內部，經過初步分析排除發動機內部堵塞問題；具體解決步驟：1）更換卡箍，選擇質量較好聯接可靠的卡箍重新卡緊水管，并補充防凍液，使液位達到正常水位；2）拆開發動機回水管路處的排氣管，使發動機回水管處排氣接頭直接與大氣相通；3）啟動發動機，怠速運行0.5h左右后無水管崩開現象，此時加大發動機油門繼續運行，無水管崩開現象；4）停機等發動機水溫降低，然后重新聯接發動機回水管路處的排氣管，繼續啟動發動機運行一定時間無崩開現象。

4 結語

發動機冷卻系統是柴油機必不可少的系統，它始終保持發動機在最適宜的溫度范圍內工作，冷卻系統工作的好壞對發動機的動力性、經濟性、可靠性和耐久性都有很大的影響。通過上述問題的解決，進一步體現冷卻系統的重要性。