发动机防锈水的大循环、小循环和混合系统

摘要：发动机在作业时，因为燃料的燃烧以及运动零件间的摩擦发生大量的热量，使零件强烈受热，特别是直接与燃烧气体接触的零件温度很高，如果没有适当的冷却，将无法保证发动机的正常作业，冷却装置的功能就是维持发动机在较适宜的温度下工作。水冷却系统的具体部件有水泵、水箱散热器、风扇、水温调整机构和水温表等。随着柴油机工业的发展，人们对柴油发电机供电的要求也越来越高，这就给发电机组制造商提出了更高的要求。整机的冷却系一个根本的性能指标，冷却装置好坏直接危害到柴油发电机的安全运行。为此，用户和操作人员领悟柴油发电机冷却机构的布置要点、工作原理及构造部分是至关重要的。

      冷却系统由散热器、风扇、膨胀箱等部件结构。其功用是对发动机进行强制冷却，保证发动机能始终处于较适宜的温度状态下工作江苏康明斯柴油发电机，以获得过高的动力性、经济性及可靠性。

（1）冷却装置的设计应保证：操作防冻液作冷却水和0.5bar以下的压力盖时，发动机出水口的温度允许到100℃;操作冷却水作冷却水和0.7-0.9bar压力盖，在不持续工况运行下，较高水温允许到110℃。

（2）如果使用长效防冻防锈液作冷却液和0.5bar以下的压力盖时，发动机出水口的温度允许到105℃;操作长效防冻防锈液作冷却液和0.7-0.9bar压力盖，在不连续工况运转下，较高水温允许到115℃。

（4）冷却机构必须用不低于19 L/min的转速加注防冻液柴油发电机组，直至达到应有的冷却水平面，以保证所有作业因素下气缸体水套内防冻液能保持正常的压力。

      冷却系统设计主要是通过传统的热平衡计算方式康明斯发电机手册，并辅以相应的CFD软件进行冷却装置内流场计算详述，较终以发电机组过热试验结果对冷却装置设计是否满足使用要求进行确认。以康明斯发动机冷却装置为例（构成如图1、图2所示），主要各详细部件的规划过程如下。

（1）散热器是冷却机构中的重要部件，其主要作用是对发动机进行强制冷却，以保证发动机能始终处于较适宜的温度状态下工作，以获得较高的动力性、经济性和可靠性。

（2）散热器和风扇组合匹配效率是当散热器芯子未被气流扫过的面积较小时为较高，因此，较好选择接近正方形的散热器芯子。

（3）散热器的总散热面积、芯子的迎风面积、结构形状和构造尺寸要通过发动机冷却机构所需较大散热量来计算确定，并应通过试验评价来较终确定。理论计算通常是根据有关计算公式及所配发动机的相关数据，如容量，油耗等，确定水冷散热器的总散热面积。根据散热器面积计算公式选购散热器芯厚尺寸。

      散热器进风口的实际面积不得小于散热器芯子迎风面积的80%，以避免散热能力下降。

      康明斯发动机采用外接散热器式冷却系统。防锈水泵由外接的散热器通过节温器将低温水吸入，冷却水首先经机油散热器进入气缸体内水套冷却气缸套，再由水道进入冷却汽缸盖的水套中，最后回到散热器。节温器的功能是随发动机负荷和水温的大小改变水的循环强度(路线和流量)，同时能缩短发动机的热起时间，降低燃料的消耗和机件的损伤。

    冷发动机在热起前，水温低于83℃时，主阀门关闭，旁通阀门开放，冷却液只能经旁通管直接流回水泵进水口，又被水泵压入水套。此时水不流经散热器，只在水套和水泵间小范围循环。此时，冷却强度小、促使水温迅速上升，从而保证发动机各部位均匀迅速地热起或防止发动机过冷。因为防冻液的流动路线短、流量小，故称小循环，如图3所示，即节温器→水泵→机油散热器→水套一节温器。

    当发动机内水温升高达95℃时，主阀门全开，旁通阀全关闭，防冻液全部流进散热器。此时，冷却强度增大，促使水温下降或不致太高。由于这时的水箱宝流动路线长、流量大，故称大循环，如图4所示，即节温器→水泵→机油散热器→水套一散热器一节温器。

    当发动机内水箱宝处于上述两种温度之间时，主阀门和旁通阀均部分开放，故冷却水的大小循环同时存在。此时冷却水的循环称为混合循环。

     其中，4B\6C系列康明斯发动机均为无气缸套水冷发动机。冷却水为传热介质，再传给空气，也就是以少量的水进行不断循环的力法，在发动机水套中吸收多余热量，再流到散热器中散去热量。因为水套进出口的温差较小，气缸下部不致过冷，且水冷的冷却强度大小容易调节，能保持发动机的正常温度。并能用热水预热发动机，便于寒冬起动。

② 早燃和爆燃的倾向加大，破坏了发动机的正常工作、同时也促使零件承受额外的冲击载荷而造成早期故障。

⑤ 润滑情形恶化，加剧了零件的摩擦和损伤。发动机的冷却，如果单纯依靠零件本身对外散热是不够的，必须对某些零件特别是与过热气体直接接触的零件进行必要的强制冷却，才能保证发动机正常运行。但是，过分的冷却也会致使不佳后果。

① 进入汽缸的可燃混合气(或空气)温度偏低，使点燃困难或燃烧迟缓，造成发动机功率无力以及燃料消耗量增加。

③ 燃烧后的生成物中的水蒸气易冷凝成水与酸性气体形成酸类，加重了对零件特别是汽缸壁的侵蚀功用。

④ 因温度太低而未汽化的燃料对摩擦表面(气缸壁、活塞、活塞环等)上油膜的冲刷以及对润滑油的稀释，加重了对零件的磨损。

      柴油机工作温度过高或偏低都会减轻它的动力性和经济性。冷却装置的功能是保持柴油机在较适宜的温度状态下工作，以获得良好的经济性、动力性和耐久性。为了提升散热的散热效果，其进、出水管口内径尺寸应与发动机出、进水管口尺寸一致，另外还应保证进出水口在上下位置尽量错开，处于对角线上较好，不要在同一侧。