张心怡

（山西工程科技职业大学，山西 晋中 030619）

大功率柴油机广泛应用于联合收割机和大型轮式拖拉机等农用机械中，其冷却系统的使用与维护常被广大农机用户忽视，对于柴油发动机来说，正确的使用和合理的维护才能有效地提高柴油发动机的性能与寿命。

1 柴油机冷却系统概述

冷却系统能够使内燃机在工作过程中的温度保证在适当范围内。按其冷却介质可以分为水冷和风冷2种类型。以空气作为介质的制冷系统被称为“风冷”式，以冷却液作为冷却介质的称为“水冷”式。农用机械、工程机械及汽车内燃机多为水冷系统。

1.1 水冷式冷却系统工作原理

水冷式冷却系统以冷却液作为热量传递的介质，由水泵的压力作用将冷却液泵入发动机冷却水套内，冷却液在压力循环流动的过程中吸收气缸的热量，水温升高，继而流至气缸盖水套，又经过节温器流到散热器中[1]。此时，散热器在电动风扇强力抽吸空气的作用下，将冷却液的热量发散到空气中，使冷却液得到冷却，随后冷却液从散热器的下水口流出，并由水泵再次泵送至发动机中，形成工作循环，保证发动机在高温工作情况下零部件也能够不断得到冷却。

1.2 风冷式冷却系统工作原理

风冷制冷系统是直接将发动机工作中产生的热量通过气缸体和气缸盖上的散热片，让空气将热量带走，从而对内燃机零件进行制冷[2]。这种通过空气来对缸套、缸盖和润滑油等进行直接冷却，结构较为简单，不容易损坏。在冷却系统中，风扇是主要的散热系统，但是由于发动机的结构限制，它的散热能力也受到了一定的限制。

2 柴油机冷却系统主要组成

2.1 散热器

散热器通常安装于柴油发动机前方的机械框架内[3]。其功能是将冷却液在水套管中的热量传递到外部，使柴油机处于合适的工作温度区间。它的工作原理是将冷却液在气缸盖的高温部位经过气缸盖的热交换，冷却液升温，然后从气缸的出水腔进入散热器的上水腔，再经过散热器芯，与高速度低温度的空气进行热交换，冷却后的水流到下水腔，再从下水腔的出口吸到水泵的入口，实现一次冷却液循环。

2.1.1 上、下水室

上水室的上部有1个加水口和水箱盖，上、下水室由1个软管连接到气缸盖出水管和水泵，下水室有1个排水开关。

2.1.2 散热器芯

常见的散热器芯类型有2种：管片型和管带型[4]。管片散热器芯体包括冷却管和散热片，冷却管是焊接在上、下水室之间的一根直管，截面呈扁平状，具有较大的热辐射面积，当冷却水冻结或膨胀时，可以利用它的截面变形来防止断裂。该散热器芯具有较大的散热面积，良好的强度、刚性和耐压性，但是其生产工艺复杂，造价昂贵；管带式散热器芯体由散热管和散热带组成。在散热器上开有百叶窗状的开孔，用来改善散热器的散热效果。该散热器具有散热性能好、制作生产简单、造价低廉、质量轻和结构刚性差等特点。

2.1.3 散热器盖

散热器盖用于冷却系统对散热器的工作压力进行调整[5]。在散热器罩上安装了一个真空压力阀门，通常压力阀门和真空阀门都由相应的弹簧来控制。在系统温度上升，压力增加到某一数值时，阀门打开，将冷却液中的一部分排出，通过减压阀流入膨胀水箱内，避免因压力过大造成散热器爆裂；在发动机停止工作后，由于冷却介质的温度降低，在系统中产生的真空达到特定压力，就会打开真空阀门，将冷却液从水箱中补充到散热器，避免管道和散热器被压缩变瘪。

2.2 膨胀水箱

2.2.1 膨胀水箱的构成

发动机冷却系统膨胀水箱是一种塑料容器，其规格可依农用机械的具体要求而定，构造比较简单，在上面有一个罩盖和两个软胶管。它避免了冷却液的损耗，保持冷却系统的水位相对处于稳定的范围内。

2.2.2 膨胀水箱的工作原理

在封闭的制冷系统中，水蒸汽与水的混合是不能分开的。尽管散热器盖的阀门可以调整冷却系统的气压，但是在调整时，会有一些蒸气被排出，而在降温时，也会有一部分空气被吸入。当空气、蒸汽和水同时在冷却系统中流动时，会导致冷却能力的下降，泵的流量也会随之下降，使得冷却系统的压力不稳定和冷却水的持续损耗。因此，在水套和散热器上部易产生气体和蒸气的部位，采用水套上部加工出排气管，管路连接膨胀水箱，以便气体和蒸气排放至膨胀水箱。

2.3 水泵

2.3.1 水泵的构成

水泵通常用螺钉装在发动机的前部，用曲轴带动皮带轮，它的作用是对冷却液进行加压，使冷却液能够在冷却系统内进行压力循环流动。离心水泵是各类机械中应用最广泛的一种，它包括泵体、泵盖、叶轮、泵轴、轴承和水封等。水泵壳体通常由铸铁铸成，泵体和泵盖之间有密封衬垫。泵轴前端有皮带轮，后端有水封和叶轮。在水封的前方有泄水孔，当冷却液漏过水封时，能够通过泄水孔排出从而防止冷却液进入轴承破坏润滑效果。

2.3.2 水泵的工作原理

柴油机运转时，皮带轮在皮带的作用下带动水泵轴旋转，叶轮开始工作，此时的冷却液在离心力的作用下向叶轮边缘区域压去，经过泵盖上的出水口压送至发动机水套中。与此同时，叶轮中心的压力下降，将与它相连的散热器当中的冷却液吸入叶轮中心。

在水泵的使用过程中，需要经常进行维护，按照说明书上所列出的要求，将润滑油及时地注入到泵的轴承中，在加注时应当适当地控制润滑油的量，避免泵的轴承磨损严重，寿命降低。同时，对水泵的运行状况进行定期的检查，当水泵驱动皮带被拆下后，可以自由的用双手旋转，水泵叶轮和泵壳之间不会产生摩擦，泵轴也不会出现卡滞现象。为了保证水泵的正常工作，必须正确地使用和定期维护水泵，从而保证水泵的工作条件。

2.4 节温器

2.4.1 节温器的构成

现代发动机多用蜡式节温器。蜡式节温器由支架、推杆、石蜡、合成橡胶管、弹簧、外壳、主阀门和副阀门等组成，推杆的上端固定在支架中心，另一端插入橡胶管中心孔中，胶管与节温器外壳形成的腔体内装有石蜡。为了提高蜡式节温器的导热性，石蜡中常掺有铜粉或者铝粉。

2.4.2 节温器的工作原理

蜡式节温器在冷却温度低于规定值的情况下，节温器感温器中的微细石蜡呈现固体状态，节温器在弹簧张力的作用下，关闭发动机水道和散热器之间的通道，通过水泵将冷却液送回发动机内部水道，进入发动机内部的小循环状态。当冷却介质的温度达到一定的程度时，蜡油就会慢慢熔化，逐渐变成液态，使体积增加，产生的压力导致橡胶管收缩。当橡胶管收缩时，推动推杆产生向上的推动力，而推杆上端是固定的，此时产生的反作用力则会克服弹簧张力向下推动阀门至开启位置，此时，冷却液在水泵的作用下，将经过散热器进行降温后输送至发动机水道，在发动机水道中吸附发动机的高温，再经过节温器留回散热器进行降温，实现大循环。

2.5 风扇

冷却系统中的散热风扇一般采用电动风扇，风扇通常安装于水泵的皮带轮前面，散热器的后方。风扇在叶片高速旋转的过程中能够把空气吸入散热器，并吹到发动机壳体上，通过热量交换的作用，在降低散热器当中的冷却液温度的同时，也能带走部分发动机金属壳体上的热量。为了减小风扇叶片在转动工作过程中所产生的噪声，通常采用树脂合成材料来制作风扇的叶片。为了根据发动机的工作温度变化，调整适当风扇的转速，控制发动机的冷却强度，通常采用高转速与低转速两种工作状态。

2.6 冷却液

发动机的冷却液是保护液与防冻液的混合物。冷却液是一种能够有效地防腐、防气蚀和防冻的液体，其主要成分为乙二醇、防腐剂和色素等。乙二醇可以减少水分的凝固，并且具有一定的抗冻功能，其在水中的浓度也对凝结温度有很大的影响。

2.6.1 冷却水

冷却水是用软水，也就是雨水、雪水或蒸馏水等含有少量或者不含有矿物质的水。含矿物质的水为硬水，如泉水、井水和海水等，必须经过软化后方可应用到发动机冷却液中，否则，水套容易产生水垢，致使发动机整体的冷却效果明显下降，从而造成柴油发动机温度过高的情况。

2.6.2 防冻液

为满足农用机械在冬季寒冷的工作环境中保证正常工作的需要，避免因为温度过低，冷却液冻结而导致发动机无法启动甚至受损的情况发生，可以在冷却水中添加适当的防冻剂。防冻液中通常加入防腐剂和抑泡剂等，具有防冻、抗氧化、防垢和降低沸点等多种作用。

3 柴油机冷却系统的使用与维护

3.1 冷却液的合理使用

3.1.1 保持适当的冷却液液面

按照规定选用适合环境温度的冷却液，并且要定期检查冷却液面，确保冷却液余量充足。通常在膨胀水箱内部设有液面自动报警系统，液面太低时，位于仪表盘上的冷却液温度警告灯会持续闪烁，在冷却液的液面低于入口8 mm时要及时补充。

3.1.2 掌握正确的加注冷却液和释放冷却液的操作方法

当发动机出现过热或缺少冷却液时，不要马上加入冷却液，首先应该先把发动机熄火，等冷却液温度降低后再用细流缓慢加入；如果发动机在运转中突然停止运转，不要马上加入冷却液，否则会因冷热不均而导致部件开裂、咬死，这时应在发动机停止运转后，等发动机温度降至正常温度时再加入。在低温环境下，不能在冷却液过高时将冷却液排出，以免出现过大的温差，导致高温冷却液遇冷炸开，对操作人员造成伤害，必须等到冷却液的温度降到40℃后才能将冷却液排出，与此同时，要打开水箱盖子，一边旋转曲轴，一边将水泵、水套等处的冷却液全部排出。

3.2 检查水泵传动皮带张紧程度

为确保冷却系统的正常工作，需要对水泵传动皮带张紧度进行适当的调节。传动皮带因长时间工作会出现松弛现象，皮带过松会导致皮带与带轮之间打滑，水泵转动速度降低，从而影响到水泵的抽水能力，造成水温升高。通常，以29.4～49 N的力压在传动带的中间位置，输送带的挠度应在10～12 mm。在农用机械运行时，如果电流表不能显示充电或发动机温度过高，应先检查皮带的松紧程度，并用拇指按压（98 N），皮带的中心应该向下凹陷15～20 mm。若不满足该条件，则应放松调节螺帽，调整发电机的位置。

3.3 水垢的清洗

柴油发动机在使用后，其缸盖、缸体水道和水箱等都会不可避免地出现水垢。结垢会阻碍散热，降低柴油发动机的工作效率。目前常用的清洗方式有碱洗法和酸洗法等。

3.3.1 碱洗法

第一步发动引擎，在中等转速下将水温调至50℃或更高，然后将冷却水排出；第二步，将1.5 kg的烧碱和0.5 kg的煤油混合到20 L的水中，加进膨胀水箱；第三步，启动柴油发动机，以中等速度运行5～10 min后，停止10 h；第四步，再次启动柴油发动机，控制加速踏板，使发动机转速时快时慢，造成水垢或沉淀物的悬浮，5～10 min后，将清洗液全部排出；最后，把干净的软水倒入水箱，启动柴油发动机，以中等速度运行5 min，然后把清洗液全部排出，如此反复2～3次。

3.3.2 酸洗法

向水箱中倒入20%的盐酸，放置10 min，释放清洗液，然后用清水清洗干净。在调配盐酸时，要缓慢地把盐酸倒进水里，要一直搅拌，不要把水倒进盐酸里。

3.4 柴油机冷却系统季节性养护

3.4.1 冬季养护

在冬季对柴油机冷却系统进行保养时，应注意避免自己调配冷却液，并对其外观进行检查，如果出现冷却液变稠、变浊、变质、变味、起泡或余量不足的情况，应及时对冷却系统进行检验和修理；其次，在给发动机加注冷却液之前，必须认真彻底地清洗发动机的冷却系统，选用质量好和腐蚀性低的冷却液，以防止由于冷却液质量不佳而造成腐蚀；在冬天使用柴油发动机的时候，不能拆卸节温器，使冷却系统没有小循环过程而直接进行大循环，否则将导致柴油发动机温度过低启动困难。

3.4.2 夏季养护

在夏季保养柴油发动机冷却系统时，应定期进行冷却系统的清洁，一般情况下，柴油机在每运行6个月或1 000 h后必须进行一次清洁，夏天使用时要缩短清洁周期，或按冷却情况随时进行清洁，并及时添加冷却液；其次，要定期检查节温器，在夏天使用节温器时，节温器的工作状态会对柴油发动机的工作温度产生很大的影响，要避免长时间小循环造成柴油发动机过热；最后，要时刻关注冷却风扇的转速，风扇的转速会影响到柴油发动机的散热，在转速下降时，要及时发现并解决相应的问题，防止柴油发动机冷却系统出现故障。

4 结语

柴油发动机冷却系统是保证发动机正常工作的重要组成部分，它具有自身的运行规律。在农业机械的日常工作中，应该加强对柴油发动机冷却系统的维护和保养，以降低各个部件的损伤和一般的热胀冷缩对发动机内部结构造成的损害，以及对内部管路的堵塞。运用柴油机时，要掌握其工作的基本原则，一旦出现故障，应及时对故障进行分析并有效处理。