新聞主題	水冷和風冷柴油發動機的優缺點

 

摘要：風冷發動機優勢就是結構簡單，不需要額外的輔助配件，缸體和缸頭上的散熱片就可以滿足柴油發動機基本的散熱需求，但如果連續運行因為散熱方式太過單一，所以發動機就存在著熱衰現象。水冷發動機這類發動機因為有了新的液體介入散熱，所以散熱效果比較明顯，即便發電機組長時間運轉，柴油發動機溫度也不會出現過高現象，因此它是散熱效果比較出色的一種冷卻方式。

 

1．水冷系統

 

（1）水冷系統的類型及冷卻水路

按冷卻液的循環方式，水冷系統又可以分為強制循環水冷系統和自然循環水冷系統。

圖1為柴油機強制循環水冷系統示意圈，柴油機氣缸蓋和氣缸體中都鑄有冷卻水套。冷卻液經水泵5加壓以后，經分水管進入氣缸水套內，冷卻液在流動的同時吸收氣缸壁的熱量，溫度升高，然后流入氣缸蓋水套，經節溫器及散熱器進水管進入散熱器。與此同時由于風扇的旋轉抽吸，空氣從散熱器芯吹過，使流經散熱器芯的冷卻液的熱量不新散到大氣中去，溫度降低。最后又經水泵加壓后再一次流入缸體水套，如此不斷循環，柴油機得到不斷冷卻。柴油機轉速升高，水泵和風扇的轉速也隨之升高，冷卻液的循環加快，風扇流量加大，散熱能力加強。為了使多缸柴油機前后各缸冷卻均勻，一般柴油機在缸體水套中設置有分水管或鑄出配水室。分水管是一根金屬管，沿縱向開有若干出水孔，離水泵越遠，出水孔越大，這樣就可以使前后各缸的冷卻強度相近，整機冷卻均勻。

 

圖1 強制循環水冷系統示意

  

如果去掉圖1中的水泵5則構成自然循環水冷系統。主要由水套、散熱器、節溫器、風和連接水管組成，工作時冷卻液在機體水套中受熱后，密度減小而上浮，經節溫器6流入散熱器中，在散熱器中冷卻后，冷卻液密度增大而下降，經進水管回到水套。在柴油機工作時，冷卻液在冷卻系統中靠自然溫差來循環。冷卻能力較低，只適用于小型柴油機。

大多數柴油機均采用強制循環水冷系統。即利用水泵提高冷卻介質的壓力。這種冷卻系統的體積比自然循環的小得多，而且氣缸上下的冷卻較均勻。

水冷系統還設置有水溫傳感器和水溫表，水溫傳感器安裝在氣缸蓋出水管處，將出水管的水溫傳給水溫表。操作人員可借助水溫表隨時了解冷卻系統的工作情況，正常工作水溫一般在80～90℃之間。

 

（2）冷卻液與防凍液

柴油機使用的冷卻液應該是清潔的軟水。如果使用硬水，其中的礦物質在高溫時沉析出來，附著在管道、水套和散熱器芯中生成水垢，降低了散熱能力，易使柴油機過熱，還會使散熱器芯堵死和加速水泵葉輪和泵殼的磨損。

對含礦物質較多的硬水，則需經過軟化處理后，方可加入冷卻系統使用。硬水軟化常用的方法是：在一升水中加入碳酸鈉0.5～1.5g，或加入氫氧化鈉0.5～0.8g，待生成的雜質沉淀后，取上面的清潔水注入冷卻系統中。

在寒冷地區，柴油機熄火后若長時間擱置，冷卻系統內的水會凍結，致使散熱器、氣缸體和氣缸蓋脹裂。因此，應放掉冷卻液。為了防止零件脹裂，減少放水和加水的工作，增加柴油機的機動性，可采用冰點低的防凍液作為冷卻介質。通常在冷卻水中加入適量的乙二醇或酒精，配成防凍液。

用工業乙二醇配成的防凍液與冰點的關系見表2.3，可以看出，隨著乙二醇含量的增加，防凍液的冰點降低，因此可根據不同地區的氣候條件來選擇乙二醇與水的比例。此外，還因為乙二醇本身的沸點較高（194.7℃），所以它又可以提高防凍液的沸點。例如在密閉的冷卻系統內，以防凍液作為冷卻液，其沸點可高于110℃。這對于負荷變化大，冷卻液容易沸騰的工程機械柴油機是有利的。

表1  乙二醇防凍液

 

在使用乙二醇配制的防凍液時，應注意：①乙二醇有毒，切勿用口吸；②乙二醇對橡膠有腐蝕作用；③乙二醇吸水性強，且表面張力小，易滲透，故要求冷卻系統密封性好；④使用中切勿混入石油產品，否則會在防凍液中產生大量的泡沫。

 

2．風冷系統

 

（1）風冷系統的布置和冷卻風扇

圖2為風冷柴油機冷卻系統示意圖。冷卻風扇位于兩排氣缸中間，由缸蓋、氣缸體、機油冷卻器、前后擋板和頂蓋板等構成風壓室。在氣缸蓋和氣缸體的背風面設有擋風板，用來調節風量的分配。冷空氣經冷卻風扇增壓后進入風壓室，再由風壓室流過各個需要冷卻的零部件表面。由于各個零部件的通道阻力不同，因此流過的風量有多有少，以保證其適度而可靠的冷卻。

圖2  風冷系統布置示意

 

 冷卻風扇有軸流式和徑流式兩種。多缸風冷柴油機采用軸流式。圖3所示為前置靜葉輪軸流壓風式風扇的結構圖。風冷風扇主要由靜葉輪和動葉輪兩部分組成。靜葉輪為鋁合金精密壓鑄件，靜葉輪轂內裝液力耦合器。動葉輪與風扇外殼之間的間隙很小，以提高風扇效率。動葉片與靜葉片的端面均為翼形。風扇的傳動如圖4所示，由柴油機功率輸出端曲軸齒輪經凸輪軸傳動齒輪、噴油泵傳動齒輪、增速齒輪和、連接軸、一對變速齒輪和、膠輥聯軸器，最后傳到液力耦合器的泵輪，再由泵輪耦合到渦輪和風扇動葉輪。

 

圖3  軸流式風扇

圖4 風扇的傳動

 

 （2）冷卻強度的調節

為了保持柴油機在不同工況下都能在最適宜的溫度下正常工作，需對其冷卻強度隨時進行調節。一種能隨負荷變化自動調節柴油機冷卻強度的裝置如圖5所示。

 

圖5冷卻強度自動調節裝置

 

 機油泵將油底殼內的機油泵入主油道，通過外接油管引入溫控閥，再經溫控閥出口引入液力耦合器。溫控閥裝在排氣管上，直接感知排氣溫度的變化。

當負荷增加時，排氣溫度升高，溫控閥開度增大，進入液力耦合器的油量增多，風扇轉速增高，風量增加，冷卻強度增強；反之，當負荷減小時，冷卻強度隨之減弱。自動調節裝置能夠根據柴油機負荷的變化，自動調節冷卻風量，使柴油機始終保持在最佳狀態。

 

（3）風冷柴油機的特點 

與水冷柴油機相比，風冷柴油機具有以下特點。

i．不用冷卻液，無漏水、冰凍、結垢等故障，使用維修方便。

ii.零件少、結構簡單、重量輕。

iii.因其工作溫度較高，缸套的平均溫度一般為150～180℃，柴油機與空氣之間傳熱溫差較大，風冷系統的散熱能力對大氣溫度變化不敏感。因此，風冷柴油機在嚴寒、酷熱和缺水地區使用具有很大的優越性。

iv.啟動后暖機時間短。

V.由于沒有水套吸音，再加上高速風扇的噪聲以及散熱片和導風裝置振動的噪聲，運轉時風冷柴油機噪聲較大。

vi.由于金屬與空氣的傳熱系數大大低于金屬與水的傳熱系數，風冷柴油機熱負荷較高，不如水冷柴油機工作可靠。

vii.由于熱負荷較大，充氣系數較低，風冷柴油機輸出的有效功率受到影響。

在軍用及高原干旱地區使用風冷柴油機較多。 

 

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