韩晓钢 张飞飞 王利斌 侯召峰 梁东辉

摘要：针对柴油机风冷系统和水冷系统进行分析对比，综述应用领域和未来发展前景。目前，柴油机技术的发展日新月异，品牌也是日渐增多，各式各样型号的柴油机不断的出现，极大地提高了我们装备的保障能力，确保了柴油机供电系统工作的可靠性，增强了我们完成各种高难度任务的实效性，同时由于柴油机种类繁多，维护和修理的标准不同，在给我们工作带来便利的同时，也增加了一定的难度。

关键词：风冷系统;水冷系统;应用前景

0  引言

冷却系统作为柴油机的重要组成部分之一，有着不可取代重要的地位。发动机工作时，气缸内部工作温度可以达到2000℃左右，即使是废气也有400℃-700℃左右的高温。如果不及时将这些热量散去，发动机中的机油就会焦化变质，将会破坏机件表面形成的油膜，进而造成内部结构卡死，机器损坏，此时冷却系统作用的发挥就显得尤为重要。

1  柴油机冷却系统分类

冷却系统，顾名思义，主要是对柴油机进行冷却，保证柴油机在一定的温度范围内可靠地工作，根据冷却介质的不同，分为风冷系统和水冷系统。

1.1 柴油机风冷系统

风冷柴油机的冷却介质采用的是风，需要风扇吸引空气形成的气流来进行冷却，气流依次流经气缸体、气缸盖、机油散热器等部件，将热量及时带走，从而达到冷却效果。

在气缸盖和气缸体的背风面通常都会设有挡风板，用来调节风量的分配[1]。冷空气在冷却风扇的吸引下进入风压室，然后根据需要流过各个冷却零部件。冷却风扇有轴流式和径流式两种类型。冷却风扇主要包括静叶轮和动叶轮两部分。静叶轮常采用铝合金精密压铸件的方式，液力耦合器位于静叶轮毂内部。动叶轮与风扇外殼之间的有一定的间隙。柴油机风冷系统的一大特点就是机体上的各个部件上布满了大大小小形状各异的散热片从而增强它的冷却效果。

1.2 柴油机水冷系统

水冷柴油机的冷却介质一般为水或防冻液，通过水和防冻液的流动及时带走柴油机的热量，保证其时刻处于正常的温度范围内[3]。水冷系统一般由散热器、水泵、风扇、水箱、水管、节温器、缸体和缸盖中的水套等部分组成，冷却液在水泵的带动下不断的流动，及时吸收高温机件热量，然后在散热器中通过风扇和气流来对其进行冷却，随后再次循环进入水套内，进行循环冷却。

水冷系统中，水泵的作用非常重要，通过其不断的工作使水冷系统保持一定的压力，节温器的功用是根据发动机冷却液的温度，自动来调整冷却系中大循环的开启程度，风扇的工作受其温控开关控制，当冷却液的温度变化时，温控开关自动改变风扇的转速从而改变了流经散热器片间的空气流量，以此来调节发动机冷却系的冷却温度。工作原理有大循环和小循环两种[2]。

2  风冷系统与水冷系统性能对比

结合风冷系统和水冷系统的系统构造、振动噪声、冷却效果、低温性能、使用寿命，进行分析比较。

2.1 系统构造

水冷柴油机的气缸套分为干式气缸套（不直接与水接触）和湿式气缸套（直接与水接触），活塞在缸套内往复运动时，将热量传给缸套，缸套又将热量传递给冷却液来实施冷却，需要有水泵、水管、节温器等专用零部件，构造复杂;风冷柴油机则省去许多部件和环节，结构相对简单，但风冷系统对材料的耐热，耐磨，膨胀系数要求更高，制造起来技术工艺要求也比水冷要高。

2.2 振动噪声

水冷系统由于在缸套外侧配备水套，噪音经过水后变小，从而大大降低了发动机内部噪音，相对来说水冷柴油机机的噪声更小、震动较小，拥有更高的压缩比，爆发力更强，功率更高，风冷系统需要风扇高速运转来进行抽风与排风，风燥比较大，震动较为明显。

2.3 冷却效果

水冷系统的缸体和缸盖刚度好，冷却强度高，发动机内部和外部冷却均匀，冷却水路设计自由度大，工作可靠，循环性好，降温迅速，不容易过热，不受环境影响;风冷系统的冷却介质为空气，空气的比热容大约为水的比热容的1/4左右，空气的传热系数大概为水的传热系数的1/20-1/30左右，空气的降温效果不如水明显，尤其在夏季使用中，水冷系统的优势更为明显。

2.4 低温性能

风冷系统启动方便、运行经济，启动后气缸的温度上升较快，在短时间内即可进入大负荷工作状态，没有冻裂和过热沸腾的危险，其低温性能优良;水冷系统启动后，温升比较缓慢，而且冷却液更换不及时容易冻坏发动机，需要定期检查冷却液的质量，低温环境下风冷系统的优势更大。

2.5 使用寿命

风冷系统由于气缸壁温度高，升温速度快，酸性腐蚀和磨损在很大程度上降低了，柴油机在露点以下的工作时间也大大缩短了，因而风冷系统机件腐蚀、锈蚀程度小，而且缸体、缸盖、散热器、冷却部件上也不会像水冷系统一样存有水垢;水冷系统时间久了，冷却管道容易受到腐蚀和损坏，相关部件容易老化、开裂，水箱容易产生水垢反而影响冷却效果，风冷系统使用寿命更长。

3  风冷系统和水冷系统应用前景

两种冷却系统各有所长，在某些方面不能完全被对方所取代，只是在某些相对的领域某一类冷却系统的优势会更加明显，很长的一段时间内仍然是共存的一种局面。

3.1 民用领域应用

风冷系统具有启动迅速、运行经济，对环境适应强等优点，风冷系统可以用在地址勘察，石油开采等特殊行业;水冷系统冷却效果理想，功率相对风冷系统更加稳定耐用，可以长时间不间断运作，可应用于农业机械、工程机械、汽车工业、船舶机械、电力工业等领域。

3.2 军用领域应用

风冷柴油机的冷却效果虽然比不上水冷，但其对环境整体的适应能力远远大于水冷柴油机，鉴于任务单位的机动范围大，野外执行任务多，经常在跨区域、跨气候条件下使用，因而对柴油机的适应性能要求较高，因此风冷系统在军用领域的应用范围将会越来越广。风冷柴油机因为没有了水箱、水泵、水管等结构而减少了维护部件，而且由于通用化、系列化的程度高，主要零部件通用性强，因此拆装容易，结构简单、故障率低;相反，水冷系统的故障率较高，发生故障的可能性更大。对于经常在野外机动作业的单位，对可靠性要求较高，在未来战场环境中，风冷系统应用前景更为广阔。

参考文献：

[1]毛必显，蒋红晖.道依茨风冷柴油机的构造和原理[M].西南交通大学出版社，2003.

[2]王建昕，帅石金.汽车发动机[M].北京：清华大学出版社，2018.

[3]张金柱，汽车原理与构造[M].北京：化学工业出版社，2016.