谢观如

摘要：柴油机广泛装备于工程机械设备，其动力匹配主要由散热系統、进排气系统和燃油系统等部分组成。正确的匹配选型和合理的布置对柴油机乃至整个设备的高效运行都至关重要。当然，设备使用的过程中，及时规范的保养也非常重要。

关键词：工程机械;柴油机;动力匹配

Abstract： Diesel engine is widely used in construction machinery and equipment， and its Application technology is mainly composed of cooling system， intake and exhaust system and fuel system. The correct matching and reasonable layout are very important for the efficient operation of diesel engine and even the whole equipment. Of course， in the use of equipment， timely and standardized maintenance is also very important.

Key words： construction machinery;diesel engine;application technology

0  引言

随着社会的进步，人们对生活和工作环境的宜人性要求越来越高。近年来，伴随电力驱动的参与，柴油机由于其与生俱来的排放、噪声及燃油经济性等不利因素，似乎略显颓势。但柴油机相关行业整合产业资源进行技术攻坚，在燃油喷射系统、增压器、后处理器等多方面均取得有效的技术突破，实现产品的进一步节能减排，降本增效。产品本身也更加成熟可靠、持久耐用。另因工程机械设备应用场景特殊，作业场地大多地处偏野，且要求动力源燃料自给、便携，而电力驱动在电池等方面技术尚未真正实现实质性突破，这些因素使得柴油机装备工程机械优势明显。故而，我们相信在未来较长的一段时间内，柴油机依然会是工程机械行业装备的主要动力源。

柴油机的动力匹配主要由散热系统、进排气系统和燃油系统等组成。

1  散热系统

发动机的散热主要包括循环水散热、中冷器以及燃油散热等部分。而散热器往往会将多个模块集成到一起，形成一个散热集成模块。一般风扇由发动机直驱较多，发动机散热量需求及风扇转速都与发动机转速有一定相关性，所以一般计算时都以发动机的最大需求散热量及此时的风扇风量、循环水流量为条件，来计算散热器能否满足散热需求。

1.1 循环水散热  循环水散热的作用是将发动机水套内的冷却液所携带的多余热量经过二次热交换，在外界强制气流的作用下将多余的热量散发到空气中[1]。有效保证发动机的工作效率和运行可靠性。实际操作过程发动机散热不足，可能出现燃烧不正常、机油变质，零件磨损，性能下降等多重不利后果。

1.2 中冷器  带增压器柴油机目前几乎已成为工程机械用柴油机的标配，而中冷器通常都是为配套增压器而存在。进气增压后温度将升高，温度升高后将会降低气体密度，影响其进入腔体的有效充气效率。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3～5%。同时，未经中冷的高温充气将使发动机燃烧温度过高，氮氧化物排放增加，造成空气污染，严重时甚至会出现爆震等故障。中冷器通常根据介质不同分为风冷和水冷，风冷使用最为普遍。

1.3 燃油散热  一般来讲，燃油箱本身就有散热功能。所以，我们通常建议使用体积较大的燃油箱，而且对进、回油接口设置的位置、距离也都会有一定要求，以避免返回的热油直接再进入发动机。但对于一些长时间作业且负载高、工况恶劣的机械设备，还是建议增加燃油散热。一般要求，燃油进油温度不超过70℃为宜。一些厂家，为节约空间，常将燃油、液压油箱做成一体，中间设置隔板进行分化的方式，是不可取的。原因有二，一是液压油温往往较高，存在间接加热燃油的问题;二是由于有些设备作业工况恶劣，工作振动大，如果箱体焊接、密封不牢还存在串油的风险。发动机燃油进油温度太高，不仅降低发动机的功率输出，也将严重影响燃油系统的使用寿命。

1.4 风扇  散热器的风量主要来源于风扇，风扇通常可分为吸风和吹风式，一般吸风式较为常见。因风扇吹、吸风形式不同，与散热器芯体之间的安装距离也不相同。吸风式风扇应避免将空滤器进气口设置于机舱内，以避免热风进入发动机。而吹风式风扇因机舱内温度偏高，在散热器计算时应考虑提高进气环境温度取值。风扇驱动方式分为发动机直接驱动、液压马达驱动和电机驱动等形式。风扇的参数选择与正确匹配安装对整个散热模块的使用效果也有直接的影响，包括叶片数、风量、叶尖速度、静压、挡风罩的设计形式、风扇与挡风圈的间隙及离散热芯体的距离等。

散热器主要分为管带式和管片式，目前普遍采用管带式比较多。散热器匹配效果对发动机能否正常发挥其性能至为重要。散热器设计同时还要考虑空气流向，在散热器芯体周边做好进、出风的隔离，防止高温空气再次进气的空气回流情况，影响散热效果。在空间足够的情况下，散热器可以适当加大，以防恶劣气候或恶劣工况下的持续作业造成冷却水“开锅”等情况。即使散热量稍大，发动机普遍自带节温器，在其低温启动或运行时，冷却水不经过散热器的散热循环，不致有低温过度散热的顾虑。

1.5 管路及固定  匹配过程中，管路的设计也需考虑耐温、阻力、负压、爆破压力、密封性等要求。管路的设计及可靠固定效果将影响整个散热系统，最终影响柴油机及整机设备的可靠使用。

2  进排气系统

2.1 进气系统  发动机的进气系統主要由进气管总成、空气滤清器总成、增压器、中冷器、进气歧管和进气阀等所构成[2]，如图1所示。

发动机的高空燃比就要求其工作时需要吸入大量空气，而空气中细小粉尘、沙粒等污染物将成为气缸套和活塞环之间的磨料。并落入机油，将其带入发动机各部分，造成大面积磨损。这使得空滤器的存在显得尤为必要。空滤器的重要参数包括额定空气流量、原始阻力、滤清效率。设计时，还应注意进气胶管应能承受一定的负压，柴油机高负荷工作时不至于被吸扁。

2.2 排气系统  噪声影响着人们的生活和身体健康，从而影响生存质量。消音器可以有效降低发动机排气噪声，但同时不影响气流的顺利通过，具有良好的空气动力学性能。

在发动机的各种噪声源中，排气噪声比其他各种噪声源要高10-15dB（A），且比重较大，是发动机最主要的噪声源[3]。排气系统设计不合理，容易造成功率损失大，油耗高，且消音效果差。

3  供油系统

柴油机供油系统分为高压供油系统和低压供油系统。高压供油系统为集成在柴油机上部分，主要由高压油泵、高压油轨、喷油器和管路等组成。低压供油部分主要由柴油燃油箱引出，燃油粗滤、燃油精滤、管路及相关接头组成。供油系统示意图如图2所示。低压油路为柴油机工程应用时需要主机厂家工程师进行匹配的部分，也是这里要重点讨论的部分。

供油系统匹配不好会造成发动机供油不畅，从而引起功率下降、冒黑烟、油耗增加，进而引起发动机的主动限扭、限速，甚至无法启动。一般来讲，对于柴油机而言，输油泵的供油压力是一个定值，负压系统匹配的关键在于如何在此值范围内，选择合适的管径、管长、油箱高度差、接头等来降低压阻，完成顺畅供油，同时也有利于延长滤清器的保养周期。

4  隔震措施

4.1 柴油机隔震

振动是造成设备结构损坏和寿命降低的原因之一。而控制振动的重要方法就是隔震，一种是主动隔震，减少振动源对周围环境的影响;另一种是被动隔震，减少周围振动环境对设备的影响。目前使用主要的隔震方式就是安装减震器。通常我们用振动传递比和隔振率来评价隔振效果。由于柴油机本身就是一个振动源，一般与主车架或安装托架之间都要进行有效的隔震处理。有时，可能整车除发动机外，还有多个振动执行机构，就需要我们不仅对柴油机进行隔震保护，还要防止共振对整个设备的正常运行及使用寿命带来危害。

4.2 消音器隔震

同样是隔震，消音器的情况和柴油机有些不同。消音器一般都固定在主车架上，通过连接管与发动机排气管相连。这样，车架和柴油机双频振动更易造成排气管出现裂纹等损伤，影响消音排气及发动机舱内的温度。这里，我们通常在连接管上设置波纹管，既能起到隔震效果，同时也能补偿因排气温度造成零件热胀冷缩尺寸变化进而带来的附加应力。因排气器件和管路通常温度都较高（最高超过500℃），要考虑临近胶管和其他附件元件的工作环境，根据需要可做隔热处理。

5  维修、保养的便利性

发动机匹配不仅要能达到相应的使用要求，也要考虑保养、维护的便利性。例如，散热器的注水口，发动机的机油加注口，更换机油的放油口，冷却液的更换放水口，空滤器滤芯的更换空间等。

6  总结

柴油机技术经多年积淀已经比较成熟，但柴油机的应用技术不同整机厂家差异很大。甚至同一厂家，针对不同作业特点的工程机械产品，也会有所强调和侧重。例如一些破碎筛分设备，因作业环境相对恶劣，粉尘较多，就要加大空滤进气量，同时加强外露件防护等。结合产品特点，做能很好满足柴油机使用条件的匹配，再结合及时的维护保养，对提高工程机械设备可靠性和使用寿命都是大有裨益的。

参考文献：

[1]杨万福.发动机原理与汽车性能[M].北京高等教育出版社，2004.

[2]汪善玲.汽车发动机进气系统方案分析[J].轻型汽车技术，2013（9）：33-36.

[3]马志华.发动机排放与噪声控制[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1999.

[4]尹燕升，朱宏志，李冠霖，等.柴油机低压供油系统的匹配设计[C].2014年APC联合学术年会论文集，2014：336-339.