節(jié)溫器在某型柴油機的優(yōu)化與應用

代文惠

摘要：本文針對某型號柴油機采用石蠟式節(jié)溫器后的使用效果及產(chǎn)品可靠性進行闡述;通過對節(jié)溫器的優(yōu)化和設(shè)計，并對其進行流量匹配、性能對比試驗;通過在某型柴油機冷卻系統(tǒng)中增加節(jié)溫器裝置，來提高車輛的加溫速度，大大改善柴油機的工作狀況，提高產(chǎn)品的可靠性。

關(guān)鍵詞：低溫起動;冷卻系統(tǒng);節(jié)溫器

中圖分類號：U664.121.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0005-02

0? 引言

冷卻系統(tǒng)是發(fā)動機的重要組成部分，對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和可靠性有較大影響。而在冷卻系統(tǒng)中，節(jié)溫器起到了至關(guān)重要的作用。它是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中受冷卻液溫度控制的閥門，是一種自動調(diào)溫裝置，一般布置在與散熱器串聯(lián)的管路中，調(diào)整流經(jīng)散熱器的冷卻液流量。目前在民品市場車用柴油機上使用已經(jīng)很頻繁，但在某型柴油機上一直未使用。節(jié)溫器主要為石蠟式節(jié)溫器，利用感應體內(nèi)石蠟的熱脹冷縮現(xiàn)象來控制主閥門的開啟和關(guān)閉。

當冷卻溫度低于規(guī)定值時，節(jié)溫器感溫度體內(nèi)的精致石蠟呈固態(tài)，節(jié)溫器閥在彈簧的作用下關(guān)閉柴油機與散熱器之間的通道，冷卻液經(jīng)水泵返回柴油機，進行柴油機內(nèi)小循環(huán)。當冷卻液溫度達到規(guī)定值后，石蠟開始融化逐漸變?yōu)橐后w，體積隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時對推桿作用以向上的推力，推桿對閥門有向下的反推力使閥門開啟。這時冷卻液經(jīng)由散熱器和節(jié)溫器閥，再經(jīng)水泵流回柴油機，進行大循環(huán)。

節(jié)溫器是根據(jù)冷卻水溫度的高低自動調(diào)節(jié)進入散熱器的水量，改變水的循環(huán)范圍，以調(diào)節(jié)冷卻系的散熱能力，在較短的時間內(nèi)保證發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的溫度快速提升，滿足柴油機的使用要求。節(jié)溫器必須保持良好的技術(shù)狀態(tài)，否則會嚴重影響柴油機的正常工作。如節(jié)溫器主閥門開啟過遲，就會引起柴油機過熱;主閥門開啟過早，則使柴油機預熱時間延長，使柴油機系統(tǒng)溫度過低，影響柴油機的使用性能。

1? 某型柴油機安裝節(jié)溫器的目的和意義

隨某型柴油機在全領(lǐng)域使用及提高環(huán)境適應性，某型柴油機需要適應高原地區(qū)及高寒地區(qū)的使用。高原地區(qū)溫度較低，尤其在秋冬時節(jié)，發(fā)動機在加溫過程漫長，長時間處于低速低負荷狀態(tài)，極易造成過冷，易產(chǎn)生不規(guī)則噴射與后噴滴油，使得燃油霧化變差，燃燒惡化，會造成后燃嚴重等問題，對燃燒室零件的可靠性也極其不利;低速運動和低壓、低流量、高阻力的潤滑油供應，不能維持運動件潤滑的正常油膜且機油容易被燃油稀釋，加劇磨損;在過冷環(huán)境下工作，燃燒形成的氧化硫等產(chǎn)物會與過冷缸壁上凝結(jié)的水結(jié)合，形成酸性介質(zhì)，進而產(chǎn)生酸性介質(zhì)腐蝕磨損;同時燃燒變差，容易產(chǎn)生不完全燃燒及提前熄燃、未燃等現(xiàn)象。

在客戶使用中當及時發(fā)現(xiàn)車輛排煙口的排煙有一個不正常或有明顯差異，如果及時停止使用，對其進行分解、檢查，會發(fā)現(xiàn)有個別缸活塞損壞，活塞頂部掉塊。更換活塞復裝后，柴油機可正常工作，損失相對較小。如不能及時發(fā)現(xiàn)或不加以重視仍繼續(xù)使用，就將會造成車輛排煙口噴鋁沫，活塞發(fā)生頂缸等嚴重故障。為了保證產(chǎn)品的可靠性，選用節(jié)溫器裝置對柴油機的冷卻系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計有著重要的意義，也顯得非常必要。

2? 某型柴油機節(jié)溫器裝置的優(yōu)化設(shè)計

由于某型柴油機在環(huán)境溫度較低時使用，加溫非常困難，一般加溫需要較長時間才能達到規(guī)定的起動要求，柴油機起動后也需要較長時間油溫、水溫才能達到使用要求，柴油機不能在最佳的熱狀態(tài)下工作，客戶甚至未達到使用要求就進行了非正常使用，造成了柴油機的損壞。因此，必須在車體冷卻系統(tǒng)中增加一節(jié)溫器裝置，來提高車輛的加溫速度，改善柴油機的工作狀況。

柴油機在低負荷工作時，冷卻液也一直要通過散熱器進行散熱，機體溫度難以上升和維持。在進氣溫度低的情況下，造成壓縮行程壓縮終了時的溫度低，使缸內(nèi)不易形成有效的燃燒并使燃燒惡化，最終導致燃燒室部件燒損。

安裝節(jié)溫器后的柴油機，當水溫低于75℃，節(jié)溫器關(guān)閉，發(fā)動機的出水直接回到水泵，在發(fā)動機內(nèi)部進行小循環(huán);當水溫高于75℃，節(jié)溫器開啟，發(fā)動機的出水部分回水泵，部分回散熱器;當水溫高于90℃，節(jié)溫器全部打開，小循環(huán)關(guān)閉，發(fā)動機出水全部回散熱器進行大循環(huán)。節(jié)溫器裝置原理圖見圖1及水循環(huán)圖見圖2。

3? 某型柴油機節(jié)溫器的設(shè)計及流量匹配分析

節(jié)溫器與柴油機冷卻系統(tǒng)匹配必須保證其全開時流通面積大于柴油機現(xiàn)有水管的流通面積，使其對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)部阻力影響。

節(jié)溫器大循環(huán)全開流通面積：

節(jié)溫器小循環(huán)流通面積：

車體冷卻水管流通面積：

式中：D1為節(jié)溫器外徑;l為節(jié)溫器行程;D2為節(jié)溫器內(nèi)徑;D3為車體冷卻水管內(nèi)徑。

結(jié)論：節(jié)溫器的大、小循環(huán)流通面積均大于車體水管的流通面積，因此該節(jié)溫器滿足流量需求。

4? 節(jié)溫器安裝試驗情況

①鑒于節(jié)溫器在整車布置位置的要求，通過與客戶聯(lián)系直接在整車進行安裝和試驗。

②對在某型柴油機上加裝節(jié)溫器的實際效果進行了試驗，情況如下：

1）車體加裝節(jié)溫器加溫鍋加溫試驗情況：

水溫初始溫度：45°C;加溫到70°C所用時間：2′12″;加溫到75°C所用時間：3′30″。

通過起動發(fā)動機進行循環(huán)冷卻水，水溫下降3-5°C，不需進行二次加溫。

2）車體未裝節(jié)溫器加溫鍋加溫試驗情況：

水溫初始溫度：45°C;加溫到70°C所用時間：5′30″;加溫到75°C所用時間：7′30″。

通過起動發(fā)動機進行循環(huán)冷卻水，水溫下降15°C左右，還需進行二次加溫，二次加溫時間為第一次加溫時間1/3。

注：由于客戶按規(guī)范不允許冷車起動，只能用加溫鍋加溫進行試驗。

3）車體加節(jié)溫器跑車試驗情況：

水溫70°C時開始跑車，13分鐘后水溫平衡在85°C。（由于受場地限制，跑車只能根據(jù)現(xiàn)場道路情況增減檔位）具體實驗數(shù)據(jù)見表1。

③試驗結(jié)論：

從試驗情況看，某型號柴油機安裝節(jié)溫器后，加溫鍋加溫時間和發(fā)動機暖機時間大幅度縮短，發(fā)動機始終處于理想工作溫度范圍內(nèi)。同時加溫快，加溫時間縮短了1/2，既保護了發(fā)動機，也保護了加溫鍋，并大大縮短了起動準備時間，快速提升冷卻系統(tǒng)的升溫速度，避免柴油機長時間在低速、低負荷工況下工作，從而進一步提高了柴油機的熱效率，燃燒完全，從而保證柴油機工作的可靠性，很受使用人員歡迎。

5? 結(jié)論

某型柴油機上安裝節(jié)溫器裝置后，在低溫工作時，散熱器的冷卻水不參與系統(tǒng)循環(huán)，柴油機內(nèi)的冷卻水升溫很快，同時在工作過程中，冷卻水一直處于理想的工作溫度，柴油機的熱效率較高，燃燒完全，從而保證柴油機工作的可靠性。在冬季，當環(huán)境溫度低于5°C時，柴油機裝節(jié)溫器后，僅對柴油機冷卻腔內(nèi)的水冷卻水加溫，不需要對散熱器的冷卻介質(zhì)加溫，可大幅度縮短冷卻液加溫時間，可由目前的40分鐘縮短至15分鐘左右;大幅度縮短發(fā)動機啟動后的自行暖機時間;在柴油機使用過程中，可保持柴油機水溫和本體溫度不低于80℃，可以緩減進氣溫度低帶來的影響。

經(jīng)過某型柴油機安裝節(jié)溫器進行試驗表明，發(fā)動機在怠速時，10分鐘水溫及升至40℃，工作半小時后，柴油機無排油現(xiàn)象，冒濃白煙也變?yōu)槊扒灏谉?，且對柴油機性能沒有影響，水泵流量不變，對冷卻系統(tǒng)也沒有任何影響。

此次優(yōu)化應用是積極地、有效的，主要體現(xiàn)在解決了某型柴油機升溫困難，減少了低溫低負荷帶來的危害。同時也為今后裝備的改進方法提供了經(jīng)驗，即不改變現(xiàn)有裝備的情況下，增加新裝置使裝備具備新功能或解決裝備使用時無法避免的一些問題。為今后的設(shè)計、發(fā)展提供了新思路，可進行推廣，適用于所有現(xiàn)役的裝甲車輛，經(jīng)濟價值不可估量。

參考文獻：

[1]楊連生.內(nèi)燃機設(shè)計[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1981.

[2]吳兆漢，等.內(nèi)燃機設(shè)計[M].北京：北京理工大學出版社，1999.

[3]李勇.淺談發(fā)動機節(jié)溫器的發(fā)展現(xiàn)狀[J].汽車零部件，2020（07）.