淺談發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)

監(jiān)利縣尺八鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)管理站 李建陽(yáng) 舒大鳳 李煥彩

0 引言

冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)是維持發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期正常工作不可缺少的部分，其工作好壞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性以及零件的磨損影響很大。本文介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)，針對(duì)目前常用的幾種不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的具體工作模式做了詳細(xì)的分析。

1 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的功用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在正常的溫度下工作，把發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)它散發(fā)出去，加以冷卻，經(jīng)常檢查冷卻系統(tǒng)的工作狀況，不能有缺水、漏水、風(fēng)向、風(fēng)流、風(fēng)量不對(duì)等現(xiàn)象，以免破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，損壞機(jī)件，造成事故。

冷卻系統(tǒng)按發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻方式可分為風(fēng)冷卻和水冷卻兩種。

1.1 風(fēng)冷卻系統(tǒng)

風(fēng)冷卻一般用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)上，靠飛輪上的風(fēng)扇葉旋轉(zhuǎn)時(shí)空氣在葉片的作用下產(chǎn)生離心力，拋向葉輪四周形成一股氣流通過(guò)導(dǎo)風(fēng)裝置的導(dǎo)向作用，流到需要散熱的部位，由于葉輪中部空氣不斷減少，壓力降低，在壓力差的作用下，外界空氣又不斷進(jìn)入進(jìn)行補(bǔ)充，這樣冷空氣直接吹向汽缸蓋和汽缸體的外表，外表分布了很多散熱片，它的功用是加大與空氣的接觸面積，提高散熱能力，冷空氣在風(fēng)扇的作用下，經(jīng)導(dǎo)風(fēng)罩、引風(fēng)圈、導(dǎo)風(fēng)板到汽缸蓋與汽缸體的散熱片間，將熱量帶走。導(dǎo)風(fēng)罩和引風(fēng)圈、導(dǎo)風(fēng)板的作用是將冷空氣引導(dǎo)到需要冷卻的部位，使各部位冷卻均勻，達(dá)到維護(hù)其適宜工作溫度的目的，若不用導(dǎo)風(fēng)罩、引風(fēng)圈和導(dǎo)風(fēng)板則在汽缸蓋、汽缸體等零件的背面就不能得到足夠的冷卻，使之溫度過(guò)高，造成很大溫差，引起汽缸和其他零件變形，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生活塞拉缸和卡死等故障。

1.2 水冷卻系統(tǒng)

按冷卻水循環(huán)方式的不同，小型柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)可分為3種:

(1)蒸發(fā)式冷卻。

(2)熱對(duì)流循環(huán)式冷卻。

(3)壓流循環(huán)式冷卻。

下面針對(duì)農(nóng)村普遍使用的 R175、R180、R185、R190、S195、立式195T、ZH100、德力1105盤拖柴油機(jī)等型號(hào)的柴油機(jī)，對(duì)他們的冷卻方式做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

它們的冷卻方式有蒸發(fā)水冷卻、凝汽冷卻、熱對(duì)流冷卻、壓流循環(huán)冷卻。(注意:在使用柴油機(jī)時(shí)必須用清潔的軟水，如河水、雨水、坑塘水，切不能使用硬水、污水，如井水、海水、泉水，否則容易產(chǎn)生水垢，附著在機(jī)體、水箱、缸蓋缸套表面上，導(dǎo)致傳熱差，影響冷卻效果，降低發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。維持柴油機(jī)在最適宜的溫度75～95℃以下工作，風(fēng)冷機(jī)缸體溫度在150℃以下可正常工作。)

(1)蒸發(fā)式冷卻:發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，汽缸體水套和汽缸蓋水套中的水因接觸高溫零件而溫度升高，這部分水受熱膨脹，密度減小，便上升到頂部的水箱，水箱表層的水受到外界空氣的冷卻，密度加大而下沉，分別進(jìn)入缸體水套和缸蓋水套，形成上下對(duì)流，連續(xù)不斷地循環(huán)，從而將汽缸體和汽缸蓋周圍的熱量帶到水箱散發(fā)掉。當(dāng)水箱內(nèi)的水溫升高到沸點(diǎn)時(shí)，缸體水套和缸蓋水套內(nèi)水逐漸變成水蒸氣，沖擊水箱水面散發(fā)到空氣中去，蒸發(fā)式水冷卻系統(tǒng)靠水沸騰吸收大量的熱并散發(fā)到空氣中去，加強(qiáng)散熱冷卻作用。因此，水箱常常出現(xiàn)“開(kāi)鍋”現(xiàn)象，這是正常的，應(yīng)注意經(jīng)常補(bǔ)充冷卻水，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作溫度。

尤其是蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)如R175、R180、S195柴油機(jī)應(yīng)經(jīng)常注意補(bǔ)充冷卻水。目前生產(chǎn)的鑄鐵水箱散熱慢、容積小、冷卻水非常容易蒸發(fā)，根據(jù)實(shí)踐證實(shí)，水箱內(nèi)的冷卻水少于水箱容積的1/2后，發(fā)動(dòng)機(jī)在重負(fù)荷高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，因溫度過(guò)高，活塞膨脹過(guò)大，定會(huì)出現(xiàn)活塞拉毛，活塞環(huán)卡死。嚴(yán)重時(shí)活塞和缸套拉毛，發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙，直至熄火，此種現(xiàn)象俗稱拉缸。

(2)熱對(duì)流循環(huán)冷卻:立式195T和德力1105型柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)屬于此種冷卻方式，冷卻水利用水的溫度差所引起的密度變化形成水的熱對(duì)流自然循環(huán)，當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，汽缸體水套與汽缸蓋水套的冷卻水由于接觸高溫零件而溫度升高，密度變小，沿上水管進(jìn)入水箱的上水室，而水箱內(nèi)的冷卻水因密度較大靠自重而進(jìn)入下水室，經(jīng)下水管進(jìn)入汽缸體水套和汽缸蓋水套，缸體水套和缸蓋水套的低溫水受熱后密度變小又上升進(jìn)入上水室，水箱內(nèi)的冷卻水下沉到下水室進(jìn)入缸體水套和缸蓋水套，如此往復(fù)，使冷卻水連續(xù)不斷地循環(huán)，達(dá)到傳熱和散熱的目的。

廣東順德德力1105柴油機(jī)采用離心式風(fēng)扇，風(fēng)扇與飛輪鑄造一體，水箱下部裝有導(dǎo)風(fēng)罩，當(dāng)?shù)蜏乜諝饨?jīng)過(guò)水箱散熱芯片的空隙被吸進(jìn)時(shí)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣罩，從風(fēng)扇的徑向出風(fēng)口帶走部分熱量，排到大氣中去，熱對(duì)流循環(huán)式冷卻系統(tǒng)就是通過(guò)循環(huán)水通道和風(fēng)通道兩部分冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，使其在最適宜的溫度下工作。

在水箱蓋上即散熱器加水口處裝有一個(gè)蒸氣空氣閥其作用是當(dāng)蒸氣使水箱內(nèi)的氣壓達(dá)到117．6～127．4 kPa(1．2～1．3千克力/cm2)時(shí)，蒸氣閥便打開(kāi)，使冷卻系統(tǒng)與大氣相通，避免高壓氣體脹裂散熱器芯的焊縫，當(dāng)柴油機(jī)的溫度下降，蒸氣凝結(jié)成水，水箱內(nèi)的氣壓低于0．98～3．92 kPa(0．01 ～0．04 千克力/cm2)時(shí)，則外界大氣頂開(kāi)空氣閥，讓空氣進(jìn)入散熱器中，使冷卻水與大氣有條件間斷地相通，蒸氣空氣閥上與大氣相通的通氣管也能使冷卻系統(tǒng)中多余的水從此管溢出。

(3)壓流循環(huán)式冷卻:多缸發(fā)動(dòng)機(jī)和泰山12型拖拉機(jī)配置的195T型柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)，它利用離心式水泵將水加壓進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，主要由水泵、散熱器、軸流式風(fēng)扇及進(jìn)水橡膠管等組成，散熱器及其蒸氣空氣閥的結(jié)構(gòu)同熱對(duì)流循環(huán)式相同。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸通過(guò)三角皮帶，帶動(dòng)冷卻水泵的葉輪旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，冷卻水被甩向葉輪邊緣，以一定的壓力進(jìn)入氣缸體水套和氣缸蓋水套和散熱器上水室，受熱的冷卻水經(jīng)散熱器芯向下流動(dòng)，被風(fēng)扇吹來(lái)的大量冷空氣冷卻，流到散熱器下水室。此時(shí)，葉輪的中心部分形成低壓，散熱器下水室的冷卻水被吸入水泵，再壓入汽缸體水套，實(shí)現(xiàn)冷卻水的強(qiáng)制循環(huán)。

2 潤(rùn)滑系統(tǒng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)的功用是將清潔的潤(rùn)滑油不間斷地充分供給各運(yùn)動(dòng)件的摩擦表面，使發(fā)動(dòng)機(jī)各零件能正常工作。

潤(rùn)滑油有五大作用:

(1)潤(rùn)滑作用:潤(rùn)滑油在摩擦表面形成油膜、減少零件表面之間的磨損。

(2)冷卻作用:潤(rùn)滑油不停地流動(dòng)，將摩擦表面所產(chǎn)生的部分熱量帶走，使零件溫度不致過(guò)高。

(3)密封作用:利用潤(rùn)滑油的粘性，增加活塞環(huán)、活塞及汽缸間的密封性，減少漏氣損失。

(4)清洗作用:潤(rùn)滑油流過(guò)摩擦表面時(shí)，帶走磨下來(lái)的微小金屬屑和其他雜質(zhì)。

(5)防銹作用:由于零件表面覆有潤(rùn)滑油，防止零件表面與空氣、水分及燃?xì)饨佑|而發(fā)生氧化銹蝕。

發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑方式有兩種:

(1)壓力潤(rùn)滑:靠機(jī)油泵將一定壓力的流量的潤(rùn)滑油壓送到需要潤(rùn)滑的零件表面，實(shí)行強(qiáng)制供油潤(rùn)滑。

(2)飛濺潤(rùn)滑:也叫非壓力潤(rùn)滑，靠曲軸旋轉(zhuǎn)，使連桿大端激濺起的潤(rùn)滑油與壓力潤(rùn)滑各零件泄漏的油滴一起形成細(xì)小油滴和油霧，降落并附著在需要潤(rùn)滑的摩擦表面，加以潤(rùn)滑。另外，還有一種無(wú)泵強(qiáng)制飛濺式的潤(rùn)滑系統(tǒng)，如:湖南濱湖柴油機(jī)廠生產(chǎn)的老式165F、175F－1、175F－2、BH175F等柴油機(jī)，該機(jī)當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，浸在機(jī)油中的凸輪軸上的正時(shí)齒輪和曲軸上的正時(shí)齒輪相吻合，將機(jī)油帶上來(lái)，而帶上來(lái)的機(jī)油一部分又流回到油底殼，另一部分被擠壓，流入滾動(dòng)軸承，然后到甩油圈，在離心力的作用下，從甩油圈的小孔流入曲軸連桿軸頸的中間部分，再通過(guò)連桿軸頸上的油孔進(jìn)入連桿軸瓦與連桿軸頸之間進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑后的機(jī)油又從連桿大頭的兩側(cè)甩到汽缸壁、活塞、活塞銷、凸輪軸等零件上。氣門室內(nèi)的搖臂氣門、氣門導(dǎo)管等零件是通過(guò)油霧粘附形式進(jìn)行潤(rùn)滑的，被飛賤起來(lái)的潤(rùn)滑油霧，在壓力差的作用下，在機(jī)體內(nèi)流入氣門挺柱孔兩側(cè)的斜小孔，經(jīng)推桿護(hù)管到氣門室潤(rùn)滑氣門室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)零件。

潤(rùn)滑系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要系統(tǒng)，潤(rùn)滑油的優(yōu)劣是發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命的關(guān)鍵，內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑油一般為汽機(jī)油和柴機(jī)油兩大類，汽機(jī)油用于各種汽油機(jī)和中、低速柴油機(jī)的潤(rùn)滑，高速柴油機(jī)都要求使用柴機(jī)油潤(rùn)滑，在100℃時(shí)柴機(jī)油按粘度的大小分為HCA－8、HCA－11、HCA－14三種，粘度是指在規(guī)定溫度下油品的稠稀程度。牌號(hào)越高就越稠，粘度越大，適用于溫暖季節(jié)，牌號(hào)越小，就越稀，粘度越小，適用于寒冷季節(jié)，一般來(lái)說(shuō)，粘度大的潤(rùn)滑油更能保證運(yùn)動(dòng)件的潤(rùn)滑，提高汽缸密封性，防止汽缸產(chǎn)生竄機(jī)油及漏氣的現(xiàn)象，但是如果在冬季使用粘度過(guò)大的潤(rùn)滑油，一方面將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難，阻力增大，消耗在磨擦上的功率增多，實(shí)際發(fā)出的功率下降;另一方面，由于粘度過(guò)大，其流動(dòng)性能差，對(duì)于靠飛濺潤(rùn)滑的發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)使機(jī)油輸送量減少，每分鐘在發(fā)動(dòng)機(jī)油路中循環(huán)次數(shù)減少，從而冷卻作用差，使被潤(rùn)滑零件溫度升高。

潤(rùn)滑油粘度小，流動(dòng)性好，但在零件運(yùn)動(dòng)時(shí)容易流掉，使運(yùn)動(dòng)件摩擦面形成油膜困難，潤(rùn)滑不可靠。而且，易竄入燃燒室燃燒，引起潤(rùn)滑油消耗量增大，可是粘度小的潤(rùn)滑油每分鐘在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)次數(shù)多，冷卻散熱作用好，并使發(fā)動(dòng)機(jī)易于起動(dòng)。

根據(jù)機(jī)型和轉(zhuǎn)速不同，季節(jié)的不同，應(yīng)該選用合適合格的潤(rùn)滑油，冬季一般用HCA－11號(hào)柴機(jī)油，氣溫在0℃以下時(shí)，宜用HCA—8號(hào)柴機(jī)油，夏季用HCA－14號(hào)柴機(jī)油，氣溫低于30℃時(shí)，也可用HCA—11號(hào)柴機(jī)油，決不可使用變壓器油、機(jī)械油或各種植物油。

潤(rùn)滑油使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，未按規(guī)定例行保養(yǎng)，更換品牌潤(rùn)滑油，在各零件的摩擦表面不能形成很好的油膜，加速各零件的磨損，嚴(yán)重的將活塞環(huán)卡死，活塞拉毛，缸套拉缸，軸瓦拉瓦，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用。

3 結(jié)論

冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)是維持發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期正常工作的重要組成部分，其工作好壞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性以及零件的磨損影響很大。文章論述了發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)，針對(duì)目前常用的幾種不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的具體工作模式做了詳細(xì)的分析，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。