梁備戰(zhàn)，查正維

（洛陽拖拉機(jī)研究所有限公司，河南洛陽471000）

0 引言

隨著國家對非道路移動機(jī)械用柴油機(jī)排放政策的實(shí)施，拖拉機(jī)所應(yīng)用的柴油發(fā)動機(jī)也由機(jī)械控制泵換代為電控單體泵、電控共軌及渦輪增壓技術(shù)。發(fā)動機(jī)配渦輪增壓技術(shù)在拖拉機(jī)整機(jī)冷卻系統(tǒng)中需要配置中冷器，中冷器的型式與安裝會影響發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)熱平衡整機(jī)性能。

1 增壓柴油發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)

拖拉機(jī)在作業(yè)過程中，發(fā)動機(jī)需要正常運(yùn)行，那么發(fā)動機(jī)冷卻水溫、潤滑機(jī)油的溫度必須保持在一定的區(qū)間內(nèi)，溫度過低，會影響拖拉機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性，影響功率的正常輸出；溫度過高，可能引起發(fā)動機(jī)“開鍋”，造成缸體“氣蝕”，潤滑機(jī)油過早老化失效，甚至造成“拉缸”、“抱瓦”等嚴(yán)重后果。評價(jià)拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，可用拖拉機(jī)冷卻系熱平衡試驗(yàn)方法進(jìn)行不同工況下發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)熱平衡計(jì)算值，即A.T.B計(jì)算值和A.C.O計(jì)算值，溫帶地區(qū)一般要求A.T.B值≥60℃和A.C.O值≥50℃。A.T.B值以冷卻液極限使用溫度考核，拖拉機(jī)最高可以正常工作的臨界環(huán)境溫度（發(fā)動機(jī)冷卻液沸騰時(shí)周圍空氣的溫度（℃）），A.C.O值以潤滑機(jī)油極限使用溫度考核，拖拉機(jī)最高可以正常工作的臨界環(huán)境溫度（潤滑機(jī)油達(dá)到臨界工作溫度時(shí)周圍空氣的溫度（℃））。

增壓中冷發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)由風(fēng)扇、散熱水箱、中冷器、缸體水道、循環(huán)水泵、節(jié)溫器等部件組成，曲軸皮帶輪驅(qū)動風(fēng)扇及水泵，推動缸體內(nèi)部熱水流經(jīng)散熱水箱進(jìn)行熱交換，熱量被空氣帶走并釋放到大氣中。冷卻液循環(huán)量及通過散熱水箱空氣流量都與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，冷卻系統(tǒng)散熱能力越強(qiáng)。渦輪增壓的發(fā)動機(jī)會比普通發(fā)動機(jī)擁有更大的動力，其中原因之一就是其換氣的效率比一般發(fā)動機(jī)的自然進(jìn)氣更高。當(dāng)空氣進(jìn)入渦輪增壓后其溫度會大幅升高，密度也相應(yīng)變小，而中冷器正是起到冷卻空氣的作用，高溫空氣經(jīng)過中冷器的冷卻，再進(jìn)入發(fā)動機(jī)中。中冷器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是其內(nèi)部氣流通道造型以及散熱鰭片，有數(shù)據(jù)表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降10℃，發(fā)動機(jī)功率就能提高1%～3%。

發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)熱平衡整機(jī)試驗(yàn)是對發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速、最大輸出功率、最大輸出轉(zhuǎn)矩三種工況進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速依次降低，散熱系統(tǒng)散熱能力依次減弱，其A.T.B值和A.C.O值一般會依次減小。

2 發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)熱平衡整機(jī)試驗(yàn)

發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)熱平衡試驗(yàn)是指在特定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，利用加載試驗(yàn)臺架持續(xù)加載，使發(fā)動機(jī)分別保持在標(biāo)定工況、最大輸出功率工況以及最大輸出轉(zhuǎn)矩工況等狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行下，同時(shí)測試記錄發(fā)動機(jī)冷卻出水溫度、運(yùn)行環(huán)境溫度等，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的手段來考核發(fā)動機(jī)配置的冷卻系統(tǒng)的散熱能力，并評判其是否滿足能拖拉機(jī)作業(yè)。測試發(fā)動機(jī)冷卻液出水口溫度穩(wěn)定時(shí)長、平衡點(diǎn)溫度值，并參照實(shí)時(shí)環(huán)境溫度，以及相應(yīng)散熱器工作壓力條件下的冷卻液沸點(diǎn)，推算出發(fā)動機(jī)冷卻液沸騰時(shí)周圍空氣的溫度，即拖拉機(jī)最高可以正常作業(yè)的臨界環(huán)境溫度（A.T.B值），具體計(jì)算方法是：

式中：A.T.B—試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)發(fā)動機(jī)冷卻液沸騰時(shí)周圍空氣的溫度（℃）。

Tv—散熱器蓋上的蒸汽閥在額定開啟壓力下，冷卻液的沸騰溫度（℃）。本次試驗(yàn)樣機(jī)散熱器蓋上的蒸汽閥工作壓力調(diào)定為70 kPa，Tv=115℃。

T1—發(fā)動機(jī)出水口處穩(wěn)定水溫（℃）。

T1a—水溫達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，散熱器前方的空氣溫度（環(huán)境溫度）（℃）。

另外還可從潤滑機(jī)油的極限使用溫度來考核發(fā)動機(jī)的臨界工作溫度，即A.C.O值，具體計(jì)算方法是A.C.O=Tc-（T0-T1a）。

式中：A.C.O—發(fā)動機(jī)油達(dá)到臨界溫度時(shí)，周圍空氣的溫度（℃）。

Tc—正常工作壓力下，發(fā)動機(jī)機(jī)油的最高允許使用溫度（℃）（Tc=135℃）。

T0—發(fā)動機(jī)機(jī)油的穩(wěn)定溫度（℃）。

這里135℃是指潤滑機(jī)油的臨界使用溫度，與使用機(jī)油等級有關(guān)。

試驗(yàn)以某型1604拖拉機(jī)為例，對分別配水箱，中冷器與水箱、中冷器集成“一體式”散熱器進(jìn)行發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)熱平衡整機(jī)對比試驗(yàn)。主要參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表1、2。

表1 主要參數(shù)

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

使用“一體式”散熱器，在同一發(fā)動機(jī)標(biāo)定MAP下，“一體式”散熱器功耗較?。皇褂谩耙惑w式”散熱器時(shí)，“一體式”散熱器前遮擋物減少（原水箱散熱器前為中冷散熱器），風(fēng)扇的吸入流量風(fēng)速增加1 m/s，提高散熱器的散熱效果；使用水箱、中冷散熱器時(shí)，風(fēng)扇的吸入流量風(fēng)速通過水箱時(shí)的溫度≥57℃；而使用“一體式”散熱器，風(fēng)扇的吸入流量風(fēng)速通過水箱時(shí)的溫度則略高于試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度（≤40℃），由于“一體式”散熱器風(fēng)扇的吸入流量風(fēng)速通時(shí)的溫度較低。使得“一體式”散熱器散熱熱平衡A.T.B值提高2℃；減少機(jī)罩內(nèi)前端空間的占用，降低拖拉機(jī)散熱系統(tǒng)成本。