关于除雪车发动机水温异常的原因分析及整改措施

2021-01-14邱翰健

装备制造技术 2020年8期

陆地，邱翰健

(中国重汽集团柳州运力科迪亚克机械有限责任公司，广西柳州545112)

0 前言

柴油机在工作过程中会产生大量的热能，气缸内的温度甚至能达到1 800 ～2 000 ℃。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［1］。除雪车采用的是柴油发动机，发动机的冷却系统需要专用设计的散热系统，发动机需要根据使用工况设计散热器的散热温度。发动机温度高时密封件、气缸、活塞环磨损大。发动机温度低时机油粘度大，润滑效果不佳，还有燃烧不充分导致排放不合格，发动功率输出也受到影响。试验表明，当冷却水温为50 ℃时，发动机磨损量为90 ℃的3 倍，温度40 ℃时，为90 ℃的5倍。也就是说，如果发动机经常在90 ℃状态下工作，工寿命可达10 万公里，那么在40 ℃状发动机，寿命只为 2 万公里，甚至更短［2］。冷却系统的水温对发动机有重要影响，在各种工况下应保持冷却水温维持在正常范围内［3］。发动机温度低影响驾驶室供暖，对于在寒冷环境下作业的操作人员来说不够人性化的。本文从发动机冷却系统各总成开始逐一排查出发动机水温异常的原因。通过整改后让发动机在合理的温度运行，可以减少发动机冷机磨损，有利于延长发动机寿命。同时发动机水温正常也有利于取暖系统的运行。

1 发动机水温要求

一般情况下发动机的水温控制在80 ℃ ～90 ℃是最佳温度范围［4］，卡特发动机使用要求是：正常情况下发动机水温在83 ～90 ℃之间，110 ℃报警，111℃停机。温度太低或是太高都不利于发动机运行。

2 现状和问题

2.1 现状

装配工人安装下图1 的接管方式给450S 除雪车安装动力包管路。气路有预滤器、空气滤芯器，中冷器。水路包括水箱、上下进出水管、补水管、透气管等。

图1 动力包接管

2.2 问题

在黑河实验中出现450S 发动机冷却系统有异常。冷却系统在散热时热量损失过快，导致发动机冷却液温度无法升致合理值。一般情况下发动机冷却液稳定温度是83 ℃左右，而实验时系统温度稳定在49 ℃(表1)，影响驾驶室供暖，同时温度过低也会导致发动机功率输出减弱。当发动机提速时，本已稳定在49 ℃的水温，反下降至40 ℃，温度变换走向不合发动机设计要求。

表1 发动机管路未整改前水温数据

3 原因分析和措施

在原因分析之前要熟悉发动机冷却系统的工作流程。发动机冷却系统有两个小系统组成，小循环系统和大循环系统。小循环目的是给发动机快速升温，大循环是给发动快速冷却，大小系统协同合作把发动机温度控制在合适的范围内。要从散热系统一一排除有可能出现问题的部件，找出问题点。

3.1 节温器

当冷却液温度低于节温器的主阀门开启温度时，节温器的主阀门关闭，冷却液不流经散热器而流经节温器旁通阀后直接流回水泵进水口，被水泵重新压入水套。此时，冷却水在冷却系内的循环称为冷却液小循环，如图2。

图2 发动机冷却液小循环示意图

当冷却水温升致节温器的主阀门开启温度时，节温器的主阀门开启，冷却液经主阀门流入散热器散热后，流至水泵进水口，被水泵压入水套，此时冷却水在冷却系中的循环称作大循环，如图3。

图3 发动机冷却液大循环示意图

节温器是散热系统的一个开关，在节温器没有故障时，当温度到83 ℃时节温器打开，冷却液流经散热水箱，冷却液把从发动机带出的热量在水箱热交换控制发动机温度在83 ℃ ～90 ℃范围跳动。假设发动机水温至节温器开启温度，节温器无法开启，发动机水温会走小循环，发动机水温会一直上升，直到沸腾［5］。其现象与现在现状相反，排除节温器无法开启猜想。

假设加温器没有装好或是漏装，发动机冷却液开始就运行大循环，发动机水温会低，这个假设有可能成立。最后拆开安装节温器部件处，发现节温器没有漏装且节温器安装正确。

3.2 温度传感器

温度传感器电路故障会导致显示的温度不准确。经电工测量传感器电阻发现电阻是1 355 Ω 和厂家给的数据一样。把该发动温度传感器换到正常的发动机上去试验，传感器没有问题。

3.3 水泵、风扇

水泵是水冷循环的动力源，水泵把发动机冷却液从缸体内吸出来通过水箱冷却后又压回去，在发动启动后用手触摸下水管，发现管子内有冷却液在流动，说明水泵工作正常，水循环没有问题。打开散热器水箱盖，然后启动发动机也观察到冷却液在水箱内流淌，说明水泵在泵水，确定了水泵没有问题。散热风扇与发动机直连，发动机启动后风扇旋转，水箱散热。通过观察发动机风扇，风扇旋转正常，风扇叶片没有损坏。风扇按厂家的要求安装，把风扇放置风扇罩的1/2 的距离。

3.4 管路、水箱

该车管路设计是硅胶软管加不锈钢管，硅胶管用于过渡连接，方便发动机和硬管连接。该车管路没有漏液，没有折弯，管路流通通畅。水箱是热交换的区域，水箱散热的能力关系到发动机散热效果。水箱设计要考虑发动机的散热量，车辆的使用环境等，一般发动机水箱的设计温度为40 ℃。但是除雪车的设计温度是0 ℃，因为除雪车工作温度一般都是在0℃以下，本次经过专用软件计算，发动机的水箱设计合理。

3.5 补水管和透气管

水箱上面接有发动机透气口，透气口是为了给发动机排气，透气口位置在发动机上水口顶部，该位置方便空气排除。用胶管把透气口的气接到水箱上水室，最后空气从水箱排气口排出。发动机补水管的作用是当水泵高速运转时，上水室的水因为水箱散热芯片有阻力未能快速流到下水室，如果下水室缺水，水泵吸空会烧坏水泵叶片。补水管的作用是旁通水箱的散热芯，直接把水箱上水室的冷却液通至下水室防止水泵吸空损坏。现在补水管接到节温器的前端，发动机冷却液温度还未达到节温器开启温度，冷却液即通过这根补水管绕过节温器进入到散热器中散热。最后散热处理后的冷液从下水管进被水泵加压后回到发动机内，由于发动机还没有升温，散热处理后的冷液又进入发动机内。发动机产生的热量不够提高冷却液的温度，最后水温平衡在49 ℃。经过以上分析发动机的补水管接错，导致发动机水温异常。