基于冷卻水溫度的柴油機熱平衡試驗的研究

劉克華

摘要： 柴油機在工作的過程中會產(chǎn)生大量的熱能，氣缸內(nèi)的溫度甚至能達到1800～2000攝氏度。而這些熱能僅僅只有30%-40%能夠被轉(zhuǎn)化為機械能，剩余的大部分熱能都淤積在氣缸內(nèi)，通過發(fā)動機自身配備的冷卻系統(tǒng)將20%-30%的熱能帶走。這也就是說，如果冷卻系統(tǒng)不能正常工作的話，那將對整個的柴油機工作都會產(chǎn)生十分嚴重的影響，甚至導(dǎo)致整車不能正常的運轉(zhuǎn)。而現(xiàn)階段，我們對冷卻系統(tǒng)的研究還不是很成熟，尤其是對冷卻水的水溫把握的不是很好，基于此，本文對現(xiàn)階段的柴油機工作時，冷卻系統(tǒng)與柴油機之間出現(xiàn)的問題以及解決措施做一個系統(tǒng)的研究。

Abstract： The diesel engine generates a lot of heat during the work process. The temperature inside the cylinder can even reach 1800-2000 degrees Celsius. Only 30% to 40% of this heat energy can be converted into mechanical energy. Most of the remaining heat energy is deposited in the cylinder， and 20%-30% of the heat energy is taken away by the engine's own cooling system. This means that if the cooling system does not work properly， it will have a very serious impact on the entire diesel engine work， and even lead to the vehicle's normal operation. At this stage， our research on the cooling system is not very mature， especially the water temperature of the cooling water is not very good. Based on this， this paper makes a systematic study on the problems between the cooling system and the diesel engine when the diesel engine is working and the solutions.

關(guān)鍵詞： 冷卻水溫度；柴油機；熱平衡

Key words： cooling water temperature；diesel engine；heat balance

中圖分類號：S218.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0211-02

0 引言

柴油機是一輛整車的“心臟”，柴油機能否正常的工作將對整車產(chǎn)生很大的影響。柴油機以其獨特的燃燒特性，決定柴油機在運行的過程中，將會產(chǎn)生大量的熱能。而受到現(xiàn)階段技術(shù)的影響，這部分的熱能并不能完全被柴油機的傳動系統(tǒng)所利用，大部分的熱能必須排出才能保障柴油機的正常運行。而如何將這部分熱能良好的排出，是現(xiàn)階段我們工作的重點，也是我們對柴油機運行過程研究的難點。而現(xiàn)在對這部分熱能的研究，還是停留在利用水對柴油機進行冷卻的方向，但是對冷卻水溫度的把握，卻沒有一個很好的規(guī)范。冷卻水的溫度也是對冷卻系統(tǒng)有著很大的影響，而大部分人腦海中形成的“水溫越低越好”的觀念，并不是正確的觀念，水溫過低不但起不到應(yīng)有的作用，甚至?xí)φ麄€的冷卻系統(tǒng)造成損害。

1 冷卻水溫度過高對柴油機工作的影響

冷卻水的意義就是讓氣缸內(nèi)的溫度降低，因此，若是冷卻水的溫度過高，將與我們的設(shè)計理念背道而馳。

1.1 潤滑效果下降

首先冷卻水的溫度過高，用于對各個系統(tǒng)零件進行潤滑的潤滑劑，將會受到高水溫的影響而導(dǎo)致其不斷地升溫，最終對其本身的效果產(chǎn)生巨大的影響。潤滑劑升溫，其濃度就會相應(yīng)的變低，各個零件部位的油膜物質(zhì)會因此受到影響而導(dǎo)致其被破壞或者減少。而油膜物質(zhì)的減少，將直接影響必須用油膜物質(zhì)進行潤滑的零件，在使用的過程中就會發(fā)生因潤滑效果不佳而導(dǎo)致零件失效等，嚴重的話將會對整個的柴油機正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生極大的阻礙做用。日常生活中我們所見到的油缸燒焦、積炭、零件的破損加快，以及拉缸、抱軸、拉瓦等現(xiàn)象，都是因為水溫過高導(dǎo)致潤滑失效而產(chǎn)生的。

1.2 破壞相互之間的配合間隙

柴油機配件中的金屬物質(zhì)，會在長時間的高溫之下受到一定的損傷，如硬度、彈性都將相應(yīng)的減弱。這是由熱脹冷縮導(dǎo)致的，尤其是金屬物質(zhì)的導(dǎo)熱性比較強，自身很容易受到氣溫升高的影響而導(dǎo)致金屬零件的膨脹，而金屬零件膨脹的后果就是導(dǎo)致相互之間的間隙增加，進而導(dǎo)致彼此之間間隙減少，從而導(dǎo)致零件之間的相互運行都會受到很大的影響。例如我們在使用機械時產(chǎn)生的卡死現(xiàn)象，就是受到零件之間間隙減少而導(dǎo)致在零件的運行過程中受到其他零件的阻礙而產(chǎn)生的。

1.3 充氣的效率降低

進入氣缸內(nèi)的空氣密度是一定的，也是在設(shè)計之初所設(shè)定好的，只有在設(shè)定值上下的空燃比才能促使發(fā)動機的正常運行。但是當(dāng)氣缸內(nèi)的溫度上升之后，進入氣缸內(nèi)的氣體就會受到高溫的影響而導(dǎo)致自身膨脹。膨脹帶來的影響就是進入氣缸內(nèi)的空氣密度降低。進氣量的減少，導(dǎo)致的氣缸內(nèi)的空燃比例失調(diào)。這種失調(diào)之后的影響就是直接導(dǎo)致燃油在燃燒的過程中受到阻礙而不能進行完全的燃燒，進而導(dǎo)致機械在運行的過程中油耗增加，排氣冒黑煙以及柴油機的輸出功率下降。

2 冷卻水溫度過低對柴油機工作的影響

我們印象中的冷卻水溫度越低越好的概念，并不是科學(xué)的概念。冷卻水溫度過低也會引起一系列的反應(yīng)，例如：

2.1 增加機械零件的損失量

首先，冷卻系統(tǒng)中的冷卻水溫度過低，潤滑劑會因為溫度過低的影響而導(dǎo)致自身的流動性能降低。而潤滑劑本身的作用是減少零件之間的摩擦力，而潤滑劑的流動性降低之后，彼此之間的摩擦力上升，進而導(dǎo)致彼此之間受到的相互影響力增加，最終導(dǎo)致零件之間的互相作用力增加，導(dǎo)致零件的損壞。

2.2 缸壁被腐蝕的程度增加

氣缸內(nèi)的溫度降低，會導(dǎo)致氣缸內(nèi)的水蒸氣因為受到氣缸溫度低的影響而附著在氣缸的表面上。而柴油機在燃燒柴油的運行過程中，會產(chǎn)生一些的燃燒物質(zhì)，例如二氧化硫等，這些物質(zhì)在與水進行反應(yīng)之后會產(chǎn)生例如亞硫酸、硫酸之類的強腐蝕性物質(zhì)。這些物質(zhì)不斷在氣缸壁上進行附著，最終導(dǎo)致氣缸壁受到腐蝕的影響而導(dǎo)致其上產(chǎn)生很多的凹點，更嚴重者甚至導(dǎo)致氣缸壁的厚度降低。

2.3 增加熱損失

首先水溫過低，低于設(shè)定的溫度之后這部分水在升溫的過程中，會多帶走柴油機在工作運行中產(chǎn)生的大量熱能。這部分的熱能本該用于轉(zhuǎn)化為機械能，但是因為水溫過低，這部分熱能只能用于去提高冷卻水的溫度，這是造成熱損失原因的其一；其二是受到溫度過低的影響，柴油在氣缸內(nèi)不能完全的燃燒，也就隨之不停的在氣缸內(nèi)進行不斷的沖刷。而在沖刷的過程中，又將會對零件上附著的潤滑劑造成相應(yīng)的損失，零件上附著的潤滑劑不斷的損失最終對整個系統(tǒng)的工作效率都會產(chǎn)生很大的影響。工作效率的降低，又是燃油量增加，輸出功率減少的一個十分重要的因素。

3 如何減少冷卻水溫對柴油機的影響

為了保證柴油機能在一個更加理想狀態(tài)中運行，從而避免冷卻水溫度過高或者過低對其工作的影響，我們必須做到以下幾點：

3.1 對相應(yīng)的工作器械按時檢查

首先我們應(yīng)該保養(yǎng)好自己的機械，在使用之后或者使用之前進行必要的檢查。例如檢查水缸是否存在漏水的現(xiàn)象；風(fēng)扇的扇葉和開關(guān)是否能正常的運行，是否存在太松或者太緊的現(xiàn)象；在工作的過程中，關(guān)注節(jié)溫器是否能正常的工作，時刻注意柴油機的運行溫度以及根據(jù)溫度做出對水箱的擋風(fēng)簾和百葉窗的適當(dāng)調(diào)節(jié)。

3.2 注意啟動時的步驟

在柴油機啟動的初始階段，應(yīng)該首先使用中、小油門進行工作，使之到了40攝氏度之后再使用大油門進行工作。而只有等水溫到了60攝氏度以上才能進行超負荷工作，最終使柴油機能在一個更加合適的環(huán)境中運行；另外這樣做的第二個目的是避免柴油機在不合適的環(huán)境中進行長時間超負荷工作，切實的避免柴油機使用壽命的快速減少。

3.3 冬季工作要格外注意

在對冷卻系統(tǒng)注水時（有條件的可加防凍液），應(yīng)該加入80攝氏度左右的熱水，或者等柴油機油底殼的潤滑劑能正常發(fā)揮作用之后再進行工作；另外在工作結(jié)束之后應(yīng)該等水溫減低至50攝氏度之后再對散熱器和氣缸體的閥門全部打開，將冷卻水放盡。

3.4 缺水及停車的處理

首先當(dāng)柴油機因為缺水而導(dǎo)致過熱時，不應(yīng)該立即向散熱系統(tǒng)內(nèi)添加水，而是要通過降低轉(zhuǎn)速使柴油機的溫度降低之后再向里面注水；另外在機械進行臨時停車操作時，可以使用小油門進行怠速處理，但切忌不能持續(xù)太長的時間。

3.5 增加科技的投入

科技是第一生產(chǎn)力，通過增加對科技的投入進而提高柴油機的工作效率。例如在柴油機工作的時候所產(chǎn)生的熱能，僅僅30%-40%能夠直接被轉(zhuǎn)換為機械能，剩下的大部分熱能都被浪費掉了。如何才能使這部分浪費的熱能轉(zhuǎn)化為機械能，從而增加機械的使用效率以及燃料的燃燒效果，應(yīng)該是現(xiàn)階段我們孜孜不倦的追求；另外，合理匹配散熱器也應(yīng)該投入更多的關(guān)注。例如柴油機工作時無論是水升溫或者降溫，都是通過柴油機所產(chǎn)生的熱能進行相應(yīng)的處理。這部分的處理過若是通過使用清潔能源例如電能對之進行加溫或者降溫的處理，不但更加節(jié)省了燃料能源，也同樣能使柴油機在運行的過程中一直處于一個更加合適的運行環(huán)境。這樣的運行環(huán)境對柴油機本身來說，會讓其增加自己的使用壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，我們可知水溫對柴油機的工作狀態(tài)以及其平衡性，都有一個十分重要的影響作用。我國雖然是一個機械大國，但是對核心技術(shù)的掌握能力還是有所欠缺，所以日后的研究重點，不應(yīng)該單單是增加柴油使用機械的數(shù)量和降低制造過程中所產(chǎn)生的成本，更多的應(yīng)該是對核心技術(shù)以及現(xiàn)階段存在問題的解決上。從而切實做到的在降低機械制造成本的過程中，向著提高工作效率和節(jié)約使用過程中產(chǎn)生的成本上去努力。

參考文獻：

[1]蔣紅美.非道路高壓共軌柴油機冷卻水流動特性分析[D].昆明理工大學(xué)，2016.

[2]熊祖明.基于冷卻水溫度的柴油機熱平衡試驗的研究[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[3]曹新玉.發(fā)電柴油機組冷卻水溫度升高原因分析與處理[J].柴油機，2014，36（05）：56-57.

[4]陳競，胡鵬，孫平.柴油機機體和冷卻水套溫度場測量分析[J].內(nèi)燃機，2014（03）：38-41，49.

[5]任震韜.基于冷卻系統(tǒng)的柴油機熱管理系統(tǒng)研究[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[6]許翔，劉瑞林，劉剛，任曉江，周平.大氣壓力對柴油機冷卻系統(tǒng)熱平衡影響的研究[J].機械工程，2012，34（07）：592-595.

[7]駱清國，馮建濤，劉紅彬，陳明飛.基于耦合仿真的柴油機冷卻系統(tǒng)自行加溫過程研究[J].車用發(fā)動機，2010（03）：60-63.

[8]劉震濤，尹旭，韓松，孫正，俞小莉.基于前饋的柴油機冷卻液溫度控制策略研究[J].內(nèi)燃機工程，2013（04）.

[9]馬寧，畢小平，李義軍，高陽.基于GT-POWER的柴油機熱平衡仿真計算[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報，2013（04）.