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柴油機的冷卻方式分為水冷和風(fēng)冷兩大類。

1.風(fēng)冷柴油機

風(fēng)冷柴油機的工作原理

風(fēng)冷方式又稱為空氣冷卻方式，它是以空氣作為介質(zhì)，將柴油機受熱零件的熱量傳送出去的。這種冷卻方式的發(fā)動機通常由風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)罩組成，為了增加散熱面積，氣缸體和氣缸蓋外部做成皺折片，工作時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動將空氣吸入，沿導(dǎo)風(fēng)罩流向氣缸體和氣缸蓋的表面。空氣流經(jīng)氣缸體和氣缸蓋時，將它們傳出的熱量帶走。

風(fēng)冷柴油機的優(yōu)缺點：風(fēng)冷柴油機具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、維修方便的優(yōu)點，但是，其冷卻效果差、噪音大，多適用于小型柴油機上。

2.水冷柴油機

水冷柴油機的工作原理：柴油機的水冷卻方式是以水作為冷卻介質(zhì)，柴油機產(chǎn)生的熱量通過水被傳送出去。這種冷卻方式的柴油機結(jié)構(gòu)相對簡單，組成部分通常為：水泵、散熱水箱、風(fēng)扇、節(jié)溫器。冷卻水在水泵的作用下，進(jìn)入到柴油機內(nèi)部，按照相應(yīng)路線流動，吸收帶走機件產(chǎn)生的熱量，并通過風(fēng)扇和水箱的作用將熱量散發(fā)到空氣中。從而，柴油機的工作溫度保持在一定范圍之內(nèi)。

水冷柴油機的優(yōu)缺點：水冷柴油機冷卻效果較好，適用于大功率柴油機，當(dāng)溫度或工作負(fù)載發(fā)生變化時便于調(diào)節(jié)冷卻強度，使柴油機始終在規(guī)定溫度(65℃～95℃)范圍內(nèi)進(jìn)行工作。此外，在冬季還可以利用灌熱水的方法來進(jìn)行預(yù)熱，啟動方便。但是，由于水冷卻方式的限制，它也具有易結(jié)水垢、對缸套產(chǎn)生穴蝕現(xiàn)象等缺點。

應(yīng)用領(lǐng)域：水冷柴油機主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械、工程機械、汽車工業(yè)、船舶機械、電力工業(yè)等領(lǐng)域。

大功率柴油機的工況比較復(fù)雜，影響其冷卻系統(tǒng)的因素也較多，其中主要有循環(huán)水量、散熱效率和空氣流量 三個方面。

循環(huán)水量不僅與水泵結(jié)構(gòu)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且與冷卻水量及水流組織是否合理有關(guān)，根據(jù)試驗，冷卻水量應(yīng)與發(fā)動機所發(fā)出的功率成正比，即發(fā)動機每發(fā)出1kW 的功率，應(yīng)有0．3～0．4L冷卻液配合冷卻。此外，水流方向的合理組織，也可以在一定程度上緩解冷卻系統(tǒng)內(nèi)部阻力，并使冷卻效果均勻，避免發(fā)動機部分零部件過熱的現(xiàn)象。

發(fā)動機的散熱效率主要與與之相匹配的水箱有關(guān)，現(xiàn)代的礦用汽車所匹配的水箱基本上都是帶有壓力蓋的水箱，由于內(nèi)部有較高的壓力，提高了冷卻液的沸點，使之在達(dá)到100℃時，不會立即出現(xiàn)開鍋現(xiàn)象。另外，也與冷卻水箱管道內(nèi)部的水垢有關(guān)，水冷柴油機若長期使用不合格的冷卻液或硬水，冷卻水箱的管道內(nèi)將不可避免地結(jié)出水垢，必然影響到水箱的散熱效率。

空氣流量主要與風(fēng)扇葉片直徑、葉片安裝角度、葉片形狀、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，其中，影響程度的應(yīng)該是風(fēng)扇葉片直徑和葉片安裝角度。^[1]

柴油機在工作時，發(fā)動機內(nèi)部溫度可達(dá)2 000℃以上，此時，若發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對發(fā)動機的安全使用將是一個重大的威脅。

故障現(xiàn)象

冷卻水溫度過高，即水表指針常指在100℃以上，并且伴有“開鍋”現(xiàn)象‘幻。

故障原因分析

（1）冷卻系統(tǒng)中冷卻液不足。柴油機在啟動前未對冷卻水箱的水位進(jìn)行檢查，冷卻系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重導(dǎo)致冷卻液缺失，不能夠及時帶走發(fā)動機機件產(chǎn)生的熱量，進(jìn)而造成水溫過高。

（2）散熱面積不足。柴油機均根據(jù)功率和負(fù)載對冷卻水的散熱面積進(jìn)行了匹配。但由于水冷柴油機的冷卻液均大部份為水配以乙二醇而來，夏季還有加入自來水的現(xiàn)象發(fā)生。長期使用過程中，因冷卻液質(zhì)量不合格，在散熱管內(nèi)產(chǎn)生大量水垢，堵塞散熱管，降低散熱效率。

（3）水泵失效。水泵固定葉輪的銷釘折斷或松脫致使水泵轉(zhuǎn)而葉輪不轉(zhuǎn)，水泵將會停止工作，冷卻水不循環(huán)，也將導(dǎo)致水溫升高。

（4）節(jié)溫器失效。在水溫高于規(guī)定溫度時不能及時打開進(jìn)行大循環(huán)，導(dǎo)致機體內(nèi)的水溫越來越高。

（5）風(fēng)扇故障。風(fēng)扇皮帶打滑或脫落、葉片損壞、葉片安裝角度不正確，都將影響水箱的散熱，從而導(dǎo)致整個冷卻系統(tǒng)溫度過高。

（6）發(fā)動機噴油時間過晚。未燃燒的柴油將會造成柴油機溫度過高，缸蓋溫度升高也會造成發(fā)動機水溫過熱。

檢查處理方法

(1)檢查冷卻水。檢查冷卻水箱水位，查看冷卻水管、散熱器管有無泄漏現(xiàn)象。如有，及時處理。

(2)檢查散熱管及冷卻液。查看散熱管內(nèi)是否有水垢堵塞現(xiàn)象，如常有水垢堵塞現(xiàn)象，可在冷卻系統(tǒng)中加入DCA過濾器，它是加有DCA化學(xué)藥品的容器，可使水軟化，避免水垢的形成，并且具有保護(hù)缸體、缸套、防止穴蝕現(xiàn)象發(fā)生的作用，同時，過濾器中還裝有紙濾芯，可起到機械過濾的作用。也可以在使用中直接加入適量的DCA藥劑，在日常保養(yǎng)中經(jīng)常檢查冷卻液質(zhì)量，使用正規(guī)冷卻液。

(3)檢查水泵。用手握緊發(fā)動機連接水泵的水管，踩踏油門加大發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，若能明顯感覺到水流量加大，則證明水泵工作正常。若無感覺，則水泵不工作，此時，可檢查水泵的葉輪銷釘是否折斷或松脫。

(4)檢查節(jié)溫器。可檢查水箱上水室進(jìn)水管，若發(fā)動機溫度高于節(jié)溫器打開溫度時，進(jìn)水管處沒有或只有很少水流出，則證明無法正常打開，無法形成大循環(huán)，造成水溫過高。

(5)檢查風(fēng)扇皮帶。如果皮帶過松應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，若皮帶有磨損過大或折斷的跡象應(yīng)及時進(jìn)行更換。^[1]

故障現(xiàn)象

在冬季，柴油機的水溫經(jīng)常出現(xiàn)過低的情況，這樣會使發(fā)動機缸內(nèi)溫度大大降低，對發(fā)動機的潤滑及功率輸出都有較大影響。

故障原因分析

(1)節(jié)溫器失效。節(jié)溫器閥關(guān)閉不嚴(yán)或不能關(guān)閉，都將使發(fā)動機時刻處于大循環(huán)中，使得發(fā)動機不能快速有效地提高到正常工作溫度。

(2)發(fā)動機冷卻水道內(nèi)水垢過多。水冷柴油機在長期使用后，機體內(nèi)冷卻水道中不可避免地會產(chǎn)生水垢，水垢的厚度主要取決于發(fā)動機大修周期的長短及冷卻液的質(zhì)量，若機體內(nèi)水垢過厚，則冷卻液不能夠順利帶走發(fā)動機產(chǎn)生的熱量，容易造成冷卻液溫度過低而機體部件過熱的現(xiàn)象。

(3)保溫不良。柴油機在冬季，特別是低負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的工況下經(jīng)常出現(xiàn)保溫不良的現(xiàn)象，使得冷卻液溫度過低。

檢查處理方法

(1)檢查節(jié)溫器。可檢查水箱上水室進(jìn)水管，若冷卻液溫度低于節(jié)溫器打開溫度時，進(jìn)水管處有大量水流出，則證明不能正常關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)，始終進(jìn)行大循環(huán)，造成水溫過低。

(2)定期檢查水道。定期檢查水道，若水道中水垢過厚，則應(yīng)用清洗液加以清洗，同時，在日常使用過程中應(yīng)注意使用合格的冷卻液，不可加入硬水。若無條件，可加入DCA藥劑或DCA過濾器，使其軟化。

(3)檢查柴油機保溫狀況。除以上兩種情況外，若水溫仍然過低，則應(yīng)是保溫不良造成的原因，此時，應(yīng)在冷卻水箱外套上一層保溫罩。

試驗結(jié)果證明,柴油機工作存在一個宜的工作溫度,即柴油機工況冷卻液溫度。柴油機在冷卻液溫度下工作時,柴油機的運轉(zhuǎn)狀況包括燃油燃燒、尾氣排放、潤滑油的粘度、機件的剛度及其間隙、柴油機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)等均處于良好狀態(tài)。這樣,不僅可以改善柴油機經(jīng)濟性、動力性和降低噪聲,同時也會大大延長柴油機的使用壽命。

水冷柴油機冷卻液工作溫度可以根據(jù)以下模型通過優(yōu)化設(shè)計方法確定。

根據(jù)柴油機使用性能的要求,取以下函數(shù)作為確定柴油機在一定工況

下冷卻液工作溫度

的目標(biāo)函數(shù)：

.

式中:

為油門的開度;

為柴油機曲軸的輸出轉(zhuǎn)速; i = 1, 2,… , k 1; j = 1, 2,… , k2; k 1為油門開度T的試驗工況數(shù); k2 為柴油機轉(zhuǎn)速為ne 時的試驗工況數(shù); l = 1,2,… , n; n 為分目標(biāo)函數(shù)數(shù);

為對應(yīng)

工況的綜合目標(biāo)函數(shù); Q為柴油機性能重要度加權(quán)系數(shù);

為柴油機冷卻液溫度.詳細(xì)計算過程請查閱參考資料[2].

水冷柴油機對冷卻液的使用有著比較嚴(yán)格的要求，因為一旦冷卻液不達(dá)標(biāo)，將會對柴油機整個冷卻系統(tǒng)造成損害。在使用過程中應(yīng)注意即使在夏季不需要使用防凍液時也盡量不要直接使用硬水，避免冷卻系統(tǒng)結(jié)出水垢。若無條件加入軟水，則可加入一定量的DCA藥劑等軟化水的藥劑，可以防腐、防垢，對冷卻系統(tǒng)起到一定的保護(hù)作用。

定期對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行檢查，主要檢查其是否有泄漏現(xiàn)象、冷卻液水位、節(jié)溫器工作是否正常，冷卻系統(tǒng)的管道是否有水垢產(chǎn)生，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時處理。

水冷柴油機主要有循環(huán)水冷柴油機和蒸發(fā)式水冷柴油機兩大類，主要區(qū)別在于冷卻方式的不同：循環(huán)水冷柴油機主要靠水箱里的強制冷卻系統(tǒng)冷卻水，工作時熱水往上進(jìn)入水箱，被風(fēng)扇強制冷卻成冷水，再重新泵回柴油機重新使用。而蒸發(fā)式水冷柴油機則是靠水的自然蒸發(fā)制冷，水蒸發(fā)的過程中也帶走了柴油機的熱量，達(dá)到了冷卻的目的。但此種冷卻方式需要經(jīng)常加水，耗油也相對較多，可價格便宜，適合在中原地區(qū)使用。

蒸發(fā)式水冷柴油機的特點是：因其耗水量大，使用中應(yīng)隨時注意水位，及時加注冷卻水。工作出現(xiàn)冷卻水沸騰是正常現(xiàn)象，因為柴油機工作中必須保持一定的溫度。

蒸發(fā)式水冷柴油機過熱的表現(xiàn)

（1）測定排氣管排出的廢棄溫度。一般排出的廢棄溫度為400～500℃，若廢棄溫度高達(dá)700℃以上，可視為柴油機溫度過高。

（2）測定水箱里冷卻水的耗水量。正常情況下冷卻水每小時耗量為1.5kg，如每小時耗水量超過2kg，可視為柴油機溫度過高。

（3）測定機油溫度。機油正常溫度為70-90℃，如果經(jīng)常在95℃以上，可視為柴油機溫度過高。

（4）測定柴油箱內(nèi)的柴油溫度。根據(jù)實驗正常工作一小時后的溫度如果高于20℃時，可以視為柴油機溫度過高。

（5）測定水箱里冷卻水沸騰時間，一般情況下，若負(fù)荷額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，在室溫情況下，20分鐘左右開始沸騰，如10分鐘以內(nèi)沸騰，可視為柴油機溫度過高。

（6）柴油機工作中，排氣管嚴(yán)重冒黑煙、功率不足，可視為柴油機溫度過高。

蒸發(fā)式水冷柴油機過熱的危害

（1）柴油機溫度高可造成氣門關(guān)閉不嚴(yán)、氣門密封環(huán)帶燒蝕、活塞頂邊沿?zé)龘p、噴油器針閥卡死等。所以柴油機溫度不可過高。

（2）零件在高溫下機械強度顯著下降，容易損壞，使用壽命大大縮短，同時還會發(fā)生變形(如缸蓋翹曲變形)，卡滯(如活塞膨脹卡死在缸套中)，燒蝕(氣門墊燒損)等故障。

（3）.柴油機過熱可使充氣量不足，排氣帶煙，加速緩慢，功率下降，油耗增加。

（4）機油溫度過高而變稀，油膜變薄，甚至燒焦變質(zhì)，潤滑性能惡化，久而加劇了運動零件表面磨損(如燒缸等)。^[2]

過熱的原因及處理方法

（1）水箱及水套水垢太厚。水垢，一方面使冷卻系的容積變小，循環(huán)阻力增大，另一方面降低了冷卻系的散熱能力冰垢的導(dǎo)熱能力僅為鋼鐵的1/25)，久而使冷卻強度大大減弱，造成柴油機過熱。長期使用井水(硬水)，因含有各種鹽類礦物質(zhì)，水溫升高后會沉積出來，這些沉淀物將附著在冷卻系各金屬部件的水壁上而形成水垢。因此，冷卻系要使用軟水。如用井水時，可將其先軟化后再使用。軟化方法有二：一是煮沸法，將井水煮沸經(jīng)沉淀后再使用；二是添加軟化劑，每10kg水中加入苛性鈉(燒堿)79或碳酸鈉(純堿)5～10g，沉淀過濾后使用。

（2）.機體與缸蓋的水套里雜質(zhì)沉積太多，甚至堵塞水套，使水循環(huán)不暢通，引起散熱不良。此時應(yīng)清理沉積雜質(zhì)與泥沙，疏通水道，避免使用不清潔的冷卻水。

（3）積碳嚴(yán)重造成柴油機過熱。由于柴油機嚴(yán)重?zé)龣C油，噴油嘴嚴(yán)重厚底。噴油壓力低等，在柴油機燃燒室內(nèi)壁、活塞頂部和氣門表面積碳嚴(yán)重，會使散熱不良，造成柴油機過熱。

（4）供油時間過晚導(dǎo)致柴油機過熱。由于供油時間過晚，會延長燃燒期，特別使燃燒補燃過程延長，汽缸套及相關(guān)零件吸熱過多，引起柴油機機件過熱，應(yīng)及時校正柴油機的供油時間。

（5）柴油機經(jīng)維修后各部配合間隙較小(如氣缸間隙、軸向間隙等)，因此，維修后不能馬上投入正常作業(yè)，應(yīng)*行磨合試運轉(zhuǎn)一段時間，如馬上投入負(fù)荷作業(yè)，柴油機運轉(zhuǎn)阻力增大，強烈摩擦?xí)疬\動件過熱，或因配合間隙小而卡死。

（7）柴油機長時間超負(fù)荷工作，供油量大而轉(zhuǎn)速低，汽缸套及相關(guān)零件吸熱增多，造成散熱不良而過熱。^[2]