基于冷却水温度的柴油机热平衡试验的研究

刘克华

摘要： 柴油机在工作的过程中会产生大量的热能，气缸内的温度甚至能达到1800～2000摄氏度。而这些热能仅仅只有30%-40%能够被转化为机械能，剩余的大部分热能都淤积在气缸内，通过发动机自身配备的冷却系统将20%-30%的热能带走。这也就是说，如果冷却系统不能正常工作的话，那将对整个的柴油机工作都会产生十分严重的影响，甚至导致整车不能正常的运转。而现阶段，我们对冷却系统的研究还不是很成熟，尤其是对冷却水的水温把握的不是很好，基于此，本文对现阶段的柴油机工作时，冷却系统与柴油机之间出现的问题以及解决措施做一个系统的研究。

Abstract： The diesel engine generates a lot of heat during the work process. The temperature inside the cylinder can even reach 1800-2000 degrees Celsius. Only 30% to 40% of this heat energy can be converted into mechanical energy. Most of the remaining heat energy is deposited in the cylinder， and 20%-30% of the heat energy is taken away by the engine's own cooling system. This means that if the cooling system does not work properly， it will have a very serious impact on the entire diesel engine work， and even lead to the vehicle's normal operation. At this stage， our research on the cooling system is not very mature， especially the water temperature of the cooling water is not very good. Based on this， this paper makes a systematic study on the problems between the cooling system and the diesel engine when the diesel engine is working and the solutions.

关键词： 冷却水温度；柴油机；热平衡

Key words： cooling water temperature；diesel engine；heat balance

中图分类号：S218.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0211-02

0 引言

柴油机是一辆整车的“心脏”，柴油机能否正常的工作将对整车产生很大的影响。柴油机以其独特的燃烧特性，决定柴油机在运行的过程中，将会产生大量的热能。而受到现阶段技术的影响，这部分的热能并不能完全被柴油机的传动系统所利用，大部分的热能必须排出才能保障柴油机的正常运行。而如何将这部分热能良好的排出，是现阶段我们工作的重点，也是我们对柴油机运行过程研究的难点。而现在对这部分热能的研究，还是停留在利用水对柴油机进行冷却的方向，但是对冷却水温度的把握，却没有一个很好的规范。冷却水的温度也是对冷却系统有着很大的影响，而大部分人脑海中形成的“水温越低越好”的观念，并不是正确的观念，水温过低不但起不到应有的作用，甚至会对整个的冷却系统造成损害。

1 冷却水温度过高对柴油机工作的影响

冷却水的意义就是让气缸内的温度降低，因此，若是冷却水的温度过高，将与我们的设计理念背道而驰。

1.1 润滑效果下降

首先冷却水的温度过高，用于对各个系统零件进行润滑的润滑剂，将会受到高水温的影响而导致其不断地升温，最终对其本身的效果产生巨大的影响。润滑剂升温，其浓度就会相应的变低，各个零件部位的油膜物质会因此受到影响而导致其被破坏或者减少。而油膜物质的减少，将直接影响必须用油膜物质进行润滑的零件，在使用的过程中就会发生因润滑效果不佳而导致零件失效等，严重的话将会对整个的柴油机正常运转产生极大的阻碍做用。日常生活中我们所见到的油缸烧焦、积炭、零件的破损加快，以及拉缸、抱轴、拉瓦等现象，都是因为水温过高导致润滑失效而产生的。

1.2 破坏相互之间的配合间隙

柴油机配件中的金属物质，会在长时间的高温之下受到一定的损伤，如硬度、弹性都將相应的减弱。这是由热胀冷缩导致的，尤其是金属物质的导热性比较强，自身很容易受到气温升高的影响而导致金属零件的膨胀，而金属零件膨胀的后果就是导致相互之间的间隙增加，进而导致彼此之间间隙减少，从而导致零件之间的相互运行都会受到很大的影响。例如我们在使用机械时产生的卡死现象，就是受到零件之间间隙减少而导致在零件的运行过程中受到其他零件的阻碍而产生的。

1.3 充气的效率降低

进入气缸内的空气密度是一定的，也是在设计之初所设定好的，只有在设定值上下的空燃比才能促使发动机的正常运行。但是当气缸内的温度上升之后，进入气缸内的气体就会受到高温的影响而导致自身膨胀。膨胀带来的影响就是进入气缸内的空气密度降低。进气量的减少，导致的气缸内的空燃比例失调。这种失调之后的影响就是直接导致燃油在燃烧的过程中受到阻碍而不能进行完全的燃烧，进而导致机械在运行的过程中油耗增加，排气冒黑烟以及柴油机的输出功率下降。

2 冷却水温度过低对柴油机工作的影响

我们印象中的冷却水温度越低越好的概念，并不是科学的概念。冷却水温度过低也会引起一系列的反应，例如：

2.1 增加机械零件的损失量

首先，冷却系统中的冷却水温度过低，润滑剂会因为温度过低的影响而导致自身的流动性能降低。而润滑剂本身的作用是减少零件之间的摩擦力，而润滑剂的流动性降低之后，彼此之间的摩擦力上升，进而导致彼此之间受到的相互影响力增加，最终导致零件之间的互相作用力增加，导致零件的损坏。

2.2 缸壁被腐蚀的程度增加

气缸内的温度降低，会导致气缸内的水蒸气因为受到气缸温度低的影响而附着在气缸的表面上。而柴油机在燃烧柴油的运行过程中，会产生一些的燃烧物质，例如二氧化硫等，这些物质在与水进行反应之后会产生例如亚硫酸、硫酸之类的强腐蚀性物质。这些物质不断在气缸壁上进行附着，最终导致气缸壁受到腐蚀的影响而导致其上产生很多的凹点，更严重者甚至导致气缸壁的厚度降低。

2.3 增加热损失

首先水温过低，低于设定的温度之后这部分水在升温的过程中，会多带走柴油机在工作运行中产生的大量热能。这部分的热能本该用于转化为机械能，但是因为水温过低，这部分热能只能用于去提高冷却水的温度，这是造成热损失原因的其一；其二是受到温度过低的影响，柴油在气缸内不能完全的燃烧，也就随之不停的在气缸内进行不断的冲刷。而在冲刷的过程中，又将会对零件上附着的润滑剂造成相应的损失，零件上附着的润滑剂不断的损失最终对整个系统的工作效率都会产生很大的影响。工作效率的降低，又是燃油量增加，输出功率减少的一个十分重要的因素。

3 如何减少冷却水温对柴油机的影响

为了保证柴油机能在一个更加理想状态中运行，从而避免冷却水温度过高或者过低对其工作的影响，我们必须做到以下几点：

3.1 对相应的工作器械按时检查

首先我们应该保养好自己的机械，在使用之后或者使用之前进行必要的检查。例如检查水缸是否存在漏水的现象；风扇的扇叶和开关是否能正常的运行，是否存在太松或者太紧的现象；在工作的过程中，关注节温器是否能正常的工作，时刻注意柴油机的运行温度以及根据温度做出对水箱的挡风帘和百叶窗的适当调节。

3.2 注意启动时的步骤

在柴油机启动的初始阶段，应该首先使用中、小油门进行工作，使之到了40摄氏度之后再使用大油门进行工作。而只有等水温到了60摄氏度以上才能进行超负荷工作，最终使柴油机能在一个更加合适的环境中运行；另外这样做的第二个目的是避免柴油机在不合适的环境中进行长时间超负荷工作，切实的避免柴油机使用寿命的快速减少。

3.3 冬季工作要格外注意

在对冷却系统注水时（有条件的可加防冻液），应该加入80摄氏度左右的热水，或者等柴油机油底壳的润滑剂能正常发挥作用之后再进行工作；另外在工作结束之后应该等水温减低至50摄氏度之后再对散热器和气缸体的阀门全部打开，将冷却水放尽。

3.4 缺水及停车的处理

首先当柴油机因为缺水而导致过热时，不应该立即向散热系统内添加水，而是要通过降低转速使柴油机的温度降低之后再向里面注水；另外在机械进行临时停车操作时，可以使用小油门进行怠速处理，但切忌不能持续太长的时间。

3.5 增加科技的投入

科技是第一生产力，通过增加对科技的投入进而提高柴油机的工作效率。例如在柴油机工作的时候所产生的热能，仅仅30%-40%能够直接被转换为机械能，剩下的大部分热能都被浪费掉了。如何才能使这部分浪费的热能转化为机械能，从而增加机械的使用效率以及燃料的燃烧效果，应该是现阶段我们孜孜不倦的追求；另外，合理匹配散热器也应该投入更多的关注。例如柴油机工作时无论是水升温或者降温，都是通过柴油机所产生的热能进行相应的处理。这部分的处理过若是通过使用清洁能源例如电能对之进行加温或者降温的处理，不但更加节省了燃料能源，也同样能使柴油机在运行的过程中一直处于一个更加合适的运行环境。这样的运行环境对柴油机本身来说，会让其增加自己的使用寿命。

4 结语

综上所述，我们可知水温对柴油机的工作状态以及其平衡性，都有一个十分重要的影响作用。我国虽然是一个机械大国，但是对核心技术的掌握能力还是有所欠缺，所以日后的研究重点，不应该单单是增加柴油使用机械的数量和降低制造过程中所产生的成本，更多的应该是对核心技术以及现阶段存在问题的解决上。从而切实做到的在降低机械制造成本的过程中，向着提高工作效率和节约使用过程中产生的成本上去努力。

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