柴油发动机冷却系统分析与故障处理

2015-02-18赵越

机械工程师 2015年6期

关键词：汽缸冷却系统冷却器

赵越

（陕西建设机械股份有限公司，西安710032）

0 引言

柴油发动机应用广泛，发动机冷却性能的好坏对其工作的可靠性具有决定性的意义，通过现场对发动机工作问题的了解，结合发动机实际运行情况及现场问题，对发动机冷却系统工作原理及现场出现的问题做以下分析。

1 工作原理

发动机工作时，气缸内燃烧气体温度可达1900～2500℃左右。燃烧产生的热量只有20%～40%转化为机械功，使发动机运转；另外一部分热量被排出的废气带走；还有一部分热量经各种传热方式传给发动机各组件，特别是直接与燃烧气体接触的缸盖、活塞、缸套和气门等零件，强烈受热，若不加以冷却，随着温度急剧上升，各自膨胀变形，配合间隙遭到破坏；且高温使润滑油失效和烧损，会造成活塞环在环槽内卡死，活塞环刮伤缸壁，活塞与缸壁发生黏连，活塞卡死在缸套内，连杆轴承和曲轴轴承烧蚀，缸套受高温变形，缸盖翘曲等恶果，使发动机严重损害甚至报废。因此，发动机必须加以冷却，否则不能正常工作。

但是冷却过强，发动机冷却系统带走过多热量，转变为有用功的热量减少，散热损失和冷却系统消耗功率增高；同时机油黏度增大，机械运转阻力增加，机械损失增高；气缸内温度过低，柴油雾化较差，燃烧不好，工作粗暴，这些都造成柴油机耗油量增加，输出功率下降。同时，已蒸发的柴油、废气中的水蒸气和硫化物等因温度过低，在缸壁上重新凝结成亚硫酸等酸性物质，不仅稀释了机油，使磨损加剧，而且使零件受到腐蚀。因此发动机冷却系统过强或不足对发动机性能都有显著影响。

因此，为保证发动机正常运转和使用寿命，发动机的温度状态必须适当，冷却系统的功用为保证发动机在最适宜的温度状态下工作（通常气缸中冷却水的温度保持在80～90℃为宜）。起动时，应能使发动机尽快加热到正常工作温度，并能在随后工作中保持这一温度。

柴油机的冷却系统分为空气冷却与水冷却系统，水冷却系统冷却均匀可靠，冷却效率高；机体采用整体结构，布置紧凑，刚度好；水冷却柴油机工作较平静，噪声较低；同时，冷却强度便于调节。目前，工程机械柴油机大多

采用水冷却系统。

2 水冷却系统的组成

柴油机水冷却系统大多采用水泵强制循环方式，柴油机汽缸盖和缸体中都铸有贮水的连通夹层水套。水泵将冷却水加压后经过进水管泵入缸体水套内，冷却水流动过程中吸收汽缸壁热量，温度升高。继而流到缸盖水套，再次吸热升温，然后沿汽缸盖出水管经节温器流入冷却器内冷却。与此同时，冷却风扇旋转抽吸空气，空气从冷却器吹过，使流经冷却器内的热水降低温度，使热量不断散到大气中去。冷却后的水流到冷却器底部后，又被水泵经进水管吸入汽缸体内，如此不断循环，柴油机不断地得到冷却。当柴油机转速升高，水泵和风扇转速也随之升高，水循环加快，扇风量增大，换热能力增强。冷却系统组成图如图1所示。

图1 冷却系统

3 现场问题反馈

在发动机冷却系统通常会增加一些补水管路、排气管路和溢水管路，陕西建设机械股份有限公司生产的CM2000型路面铣刨机就采用此种结构，在现场试车过程中CM2000型路面铣刨机发生过回水管崩开的情况，当时发动机周围无工作人员，并未发生烫伤事故，但此种情况存在有一定安全隐患。通过分析故障原因初步认为，此种情况可能有以下几种可能：1）发动机机体内空气未能及时排净，造成回水时压力过高；2）连接管路卡箍质量问题，造成管路连接不牢靠；3）发动机内部有堵塞问题。

因发动机为新出厂产品，且陕建厂装配过程中无任何异物进入发动机冷却系统内部，经过初步分析排除发动机内部堵塞问题；具体解决步骤：1）更换卡箍，选择质量较好联接可靠的卡箍重新卡紧水管，并补充防冻液，使液位达到正常水位；2）拆开发动机回水管路处的排气管，使发动机回水管处排气接头直接与大气相通；3）启动发动机，怠速运行0.5h左右后无水管崩开现象，此时加大发动机油门继续运行，无水管崩开现象；4）停机等发动机水温降低，然后重新联接发动机回水管路处的排气管，继续启动发动机运行一定时间无崩开现象。