第九章冷却系统探讨.doc

第九章 冷 却 系 统 第一节 冷却系统的功用及要求 一、冷却系统的功用 柴油机运转时，与高温燃气相接触的零件 (如活塞、气缸套、气缸盖、气门、喷油器等)受到强烈的加热，使其温度急剧升高，如不加以适当的冷却，及时地把热量传送出去，则会造成柴油机过热。过热的零件强度和刚度降低，正常的配合间隙被破坏，运动件间的机油变质和烧损，使受力零件损坏，运动零件的摩擦和磨损加剧。由于过热使进入气缸内的空气温度升高，实际进入气缸中的空气重量减少，导致柴油机工作变坏。柴油机过热使其工作不可靠，使用寿命下降，动力性、经济性全面恶化，因此必须加以适当地冷却。 冷却系统的功用是:利用冷却介质 (如空气、水)将受热零件所吸收的热量及时传送出去，使柴油机能在适宜的温度下工作，保证柴油机工作可靠，性能良好。 应当指出：柴油机过度冷却也会带来不良影响，冷却介质带走的热量过多，使功率降低，油耗增加，工作粗暴。柴油机经常在强冷(冷却水温40～50℃)下使用时，其零件磨损比正常工作温度 (80～90℃)下运转时大好几倍。因此希望冷却系统在保证零件工作可靠性的前提下，使散走的热锺尽可能少些。 二、对冷却系统的要求 随着现代柴油机的转速和功率不断提高，热负荷也愈来愈高，对冷却系统更应引起重视。一个良好的冷却系统，应满足下列要求： (1)散热能力立能满足柴油机在各种工况下运转时的需要。当工况和环境条件变化时，仍能保证柴袖机可靠地工作，维持最佳的冷却水温度。 (2)冷却系统消耗功率要小。起动后，能在短时间内达到正常工作温度。 (3)体积小、重量轻，便于拆装维修。 (4)使用可靠，寿命长，制造成本低。 第二节 冷却方式及冷却系统组成 一、冷 却 方 式 柴油机冷却系统按所采用的冷却介质不同，可分为空气冷却系统和液体冷却系统两大类。 1、空气冷却系统 用空气直接冷却柴油机的冷却系统，称做空气冷却系统，该类柴油机通常称做风冷柴油机。如图9-1所示，该冷却系统是由风扇1和导风罩4所组成。柴油机工作时，由曲轴驱动风扇转动，风扇将空气按图示箭头方向吸入，沿导风罩流向气缸体2??气缸盖3表面。冷空气流过零件表面时，带走部分热量，使其温度下降。为了提高冷却效果，在气缸体和气缸盖的外壁上制有许多皱折状的散热片，以增大散热面积。 空气冷却系统的特点是：结构简单，重量较轻，使用维护方便，使用过程中不需要进行专门保养。其缺点是:冷却效果差；高温零件受热严重，柴油机工作温度不易控制。一般用于小型柴油机上。 2、液体冷却系统 用水或其它液体作冷却介质来冷却柴油机的冷却系统，称做液体冷却系统。该类柴油机通常称做水冷式柴油机。 根据冷却水在柴油机中进行循环的方法不同，又可分为自然循环冷却和强制循环冷却两类。 (1)自然循环冷却系统。这种方法是利用水的密度随温度而变化的特性，使冷却水在系统中自行进行循环。其优点是结构简单，在一定程度上可以自动地调节冷却的强度。 缺点是冷却不均匀，下部的水温低，上部的水温高，局部地方由于冷却水循环强度不够而可能出现过热现象。此外，这种冷却系统的水箱容积也比较大，故只在小型柴油机上使用。 自然循环冷却系统常见有蒸发式和热流式等型式。 蒸发式冷却系统如图9-2所示。它只需要一个结构简单的蒸发水箱2，该水箱置于气缸体3和气缸盖4的上方。气缸体和气缸盖中的冷却水套与蒸发水箱相通，冷却水从蒸发水箱进入气缸体和气缸套的冷却水套中。当柴油机工作时，气缸体和气缸套传出的热最使冷却水套中的水温度升高，而密度减小，热水从水套中上升到蒸发水箱，水箱中温度较低的水沉入水套。当水箱中的水温上升到沸点后，水便开始沸腾。液态的水在吸收大量的热后变成蒸气散入空气，保持了整个冷却系统的温度在水的沸点附近。这种冷却系统的特点是:结构简单，不需要风扇和水泵等装置，使用管理也方便。缺点是冷却效果差，水的消耗量大。使用过程中冷却水在不断地消耗，因此，水箱的容积较大，还必须经常向水箱内加水。 热流式冷却系统如图9-3所示。它是由散热器5、风扇4、进水管6和回水管3等所组成。气缸体1和气缸盖2的冷却水腔内的冷却水在冷却高温零件后，温度升高，密度减小，经回水管3进入散热器，自上而下流经散热水箱的芯部时，通过流经芯部外侧的空气将部分热量带走，温度降低，然后再经进水管6补充到气缸套和气缸盖的水腔内。水的循环是靠温度差所引起的热对流来实现。所以冷却系统温差较大，冷却不均匀，一般用于小型柴油机上。 (2)强制循环冷却系统。该系统是利用装在水流通路内的水泵，将冷却水提高一定的压力，使冷却水在柴油机中不断地循环流动，将受热零件的热量带走。 强制循环冷却系统工作过程如图9-4所示。由曲轴驱动的水泵