梁备战，查正维

（洛阳拖拉机研究所有限公司，河南洛阳471000）

0 引言

随着国家对非道路移动机械用柴油机排放政策的实施，拖拉机所应用的柴油发动机也由机械控制泵换代为电控单体泵、电控共轨及涡轮增压技术。发动机配涡轮增压技术在拖拉机整机冷却系统中需要配置中冷器，中冷器的型式与安装会影响发动机冷却系统热平衡整机性能。

1 增压柴油发动机冷却系统

拖拉机在作业过程中，发动机需要正常运行，那么发动机冷却水温、润滑机油的温度必须保持在一定的区间内，温度过低，会影响拖拉机的使用经济性，影响功率的正常输出；温度过高，可能引起发动机“开锅”，造成缸体“气蚀”，润滑机油过早老化失效，甚至造成“拉缸”、“抱瓦”等严重后果。评价拖拉机发动机冷却系统设计是否合理，可用拖拉机冷却系热平衡试验方法进行不同工况下发动机冷却系统热平衡计算值，即A.T.B计算值和A.C.O计算值，温带地区一般要求A.T.B值≥60℃和A.C.O值≥50℃。A.T.B值以冷却液极限使用温度考核，拖拉机最高可以正常工作的临界环境温度（发动机冷却液沸腾时周围空气的温度（℃）），A.C.O值以润滑机油极限使用温度考核，拖拉机最高可以正常工作的临界环境温度（润滑机油达到临界工作温度时周围空气的温度（℃））。

增压中冷发动机冷却系统由风扇、散热水箱、中冷器、缸体水道、循环水泵、节温器等部件组成，曲轴皮带轮驱动风扇及水泵，推动缸体内部热水流经散热水箱进行热交换，热量被空气带走并释放到大气中。冷却液循环量及通过散热水箱空气流量都与发动机转速成正比，发动机转速越高，冷却系统散热能力越强。涡轮增压的发动机会比普通发动机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效率比一般发动机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中。中冷器设计的关键是其内部气流通道造型以及散热鳍片，有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降10℃，发动机功率就能提高1%～3%。

发动机冷却系统热平衡整机试验是对发动机标定转速、最大输出功率、最大输出转矩三种工况进行试验，当发动机转速依次降低，散热系统散热能力依次减弱，其A.T.B值和A.C.O值一般会依次减小。

2 发动机冷却系统热平衡整机试验

发动机冷却系统热平衡试验是指在特定的实验环境下，利用加载试验台架持续加载，使发动机分别保持在标定工况、最大输出功率工况以及最大输出转矩工况等状态稳定运行下，同时测试记录发动机冷却出水温度、运行环境温度等，应用实验的手段来考核发动机配置的冷却系统的散热能力，并评判其是否满足能拖拉机作业。测试发动机冷却液出水口温度稳定时长、平衡点温度值，并参照实时环境温度，以及相应散热器工作压力条件下的冷却液沸点，推算出发动机冷却液沸腾时周围空气的温度，即拖拉机最高可以正常作业的临界环境温度（A.T.B值），具体计算方法是：

式中：A.T.B—试验进行时发动机冷却液沸腾时周围空气的温度（℃）。

Tv—散热器盖上的蒸汽阀在额定开启压力下，冷却液的沸腾温度（℃）。本次试验样机散热器盖上的蒸汽阀工作压力调定为70 kPa，Tv=115℃。

T1—发动机出水口处稳定水温（℃）。

T1a—水温达到稳定时，散热器前方的空气温度（环境温度）（℃）。

另外还可从润滑机油的极限使用温度来考核发动机的临界工作温度，即A.C.O值，具体计算方法是A.C.O=Tc-（T0-T1a）。

式中：A.C.O—发动机油达到临界温度时，周围空气的温度（℃）。

Tc—正常工作压力下，发动机机油的最高允许使用温度（℃）（Tc=135℃）。

T0—发动机机油的稳定温度（℃）。

这里135℃是指润滑机油的临界使用温度，与使用机油等级有关。

试验以某型1604拖拉机为例，对分别配水箱，中冷器与水箱、中冷器集成“一体式”散热器进行发动机冷却系统热平衡整机对比试验。主要参数及试验数据详见表1、2。

表1 主要参数

表2 试验数据

3 结语

使用“一体式”散热器，在同一发动机标定MAP下，“一体式”散热器功耗较小；使用“一体式”散热器时，“一体式”散热器前遮挡物减少（原水箱散热器前为中冷散热器），风扇的吸入流量风速增加1 m/s，提高散热器的散热效果；使用水箱、中冷散热器时，风扇的吸入流量风速通过水箱时的温度≥57℃；而使用“一体式”散热器，风扇的吸入流量风速通过水箱时的温度则略高于试验时的环境温度（≤40℃），由于“一体式”散热器风扇的吸入流量风速通时的温度较低。使得“一体式”散热器散热热平衡A.T.B值提高2℃；减少机罩内前端空间的占用，降低拖拉机散热系统成本。