韓曉鋼 張飛飛 王利斌 侯召峰 梁東輝

摘要：針對柴油機風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)進(jìn)行分析對比，綜述應(yīng)用領(lǐng)域和未來發(fā)展前景。目前，柴油機技術(shù)的發(fā)展日新月異，品牌也是日漸增多，各式各樣型號的柴油機不斷的出現(xiàn)，極大地提高了我們裝備的保障能力，確保了柴油機供電系統(tǒng)工作的可靠性，增強了我們完成各種高難度任務(wù)的實效性，同時由于柴油機種類繁多，維護(hù)和修理的標(biāo)準(zhǔn)不同，在給我們工作帶來便利的同時，也增加了一定的難度。

關(guān)鍵詞：風(fēng)冷系統(tǒng);水冷系統(tǒng);應(yīng)用前景

0? 引言

冷卻系統(tǒng)作為柴油機的重要組成部分之一，有著不可取代重要的地位。發(fā)動機工作時，氣缸內(nèi)部工作溫度可以達(dá)到2000℃左右，即使是廢氣也有400℃-700℃左右的高溫。如果不及時將這些熱量散去，發(fā)動機中的機油就會焦化變質(zhì)，將會破壞機件表面形成的油膜，進(jìn)而造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)卡死，機器損壞，此時冷卻系統(tǒng)作用的發(fā)揮就顯得尤為重要。

1? 柴油機冷卻系統(tǒng)分類

冷卻系統(tǒng)，顧名思義，主要是對柴油機進(jìn)行冷卻，保證柴油機在一定的溫度范圍內(nèi)可靠地工作，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，分為風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。

1.1 柴油機風(fēng)冷系統(tǒng)

風(fēng)冷柴油機的冷卻介質(zhì)采用的是風(fēng)，需要風(fēng)扇吸引空氣形成的氣流來進(jìn)行冷卻，氣流依次流經(jīng)氣缸體、氣缸蓋、機油散熱器等部件，將熱量及時帶走，從而達(dá)到冷卻效果。

在氣缸蓋和氣缸體的背風(fēng)面通常都會設(shè)有擋風(fēng)板，用來調(diào)節(jié)風(fēng)量的分配[1]。冷空氣在冷卻風(fēng)扇的吸引下進(jìn)入風(fēng)壓室，然后根據(jù)需要流過各個冷卻零部件。冷卻風(fēng)扇有軸流式和徑流式兩種類型。冷卻風(fēng)扇主要包括靜葉輪和動葉輪兩部分。靜葉輪常采用鋁合金精密壓鑄件的方式，液力耦合器位于靜葉輪轂內(nèi)部。動葉輪與風(fēng)扇外殼之間的有一定的間隙。柴油機風(fēng)冷系統(tǒng)的一大特點就是機體上的各個部件上布滿了大大小小形狀各異的散熱片從而增強它的冷卻效果。

1.2 柴油機水冷系統(tǒng)

水冷柴油機的冷卻介質(zhì)一般為水或防凍液，通過水和防凍液的流動及時帶走柴油機的熱量，保證其時刻處于正常的溫度范圍內(nèi)[3]。水冷系統(tǒng)一般由散熱器、水泵、風(fēng)扇、水箱、水管、節(jié)溫器、缸體和缸蓋中的水套等部分組成，冷卻液在水泵的帶動下不斷的流動，及時吸收高溫機件熱量，然后在散熱器中通過風(fēng)扇和氣流來對其進(jìn)行冷卻，隨后再次循環(huán)進(jìn)入水套內(nèi)，進(jìn)行循環(huán)冷卻。

水冷系統(tǒng)中，水泵的作用非常重要，通過其不斷的工作使水冷系統(tǒng)保持一定的壓力，節(jié)溫器的功用是根據(jù)發(fā)動機冷卻液的溫度，自動來調(diào)整冷卻系中大循環(huán)的開啟程度，風(fēng)扇的工作受其溫控開關(guān)控制，當(dāng)冷卻液的溫度變化時，溫控開關(guān)自動改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速從而改變了流經(jīng)散熱器片間的空氣流量，以此來調(diào)節(jié)發(fā)動機冷卻系的冷卻溫度。工作原理有大循環(huán)和小循環(huán)兩種[2]。

2? 風(fēng)冷系統(tǒng)與水冷系統(tǒng)性能對比

結(jié)合風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造、振動噪聲、冷卻效果、低溫性能、使用壽命，進(jìn)行分析比較。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)造

水冷柴油機的氣缸套分為干式氣缸套（不直接與水接觸）和濕式氣缸套（直接與水接觸），活塞在缸套內(nèi)往復(fù)運動時，將熱量傳給缸套，缸套又將熱量傳遞給冷卻液來實施冷卻，需要有水泵、水管、節(jié)溫器等專用零部件，構(gòu)造復(fù)雜;風(fēng)冷柴油機則省去許多部件和環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)相對簡單，但風(fēng)冷系統(tǒng)對材料的耐熱，耐磨，膨脹系數(shù)要求更高，制造起來技術(shù)工藝要求也比水冷要高。

2.2 振動噪聲

水冷系統(tǒng)由于在缸套外側(cè)配備水套，噪音經(jīng)過水后變小，從而大大降低了發(fā)動機內(nèi)部噪音，相對來說水冷柴油機機的噪聲更小、震動較小，擁有更高的壓縮比，爆發(fā)力更強，功率更高，風(fēng)冷系統(tǒng)需要風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)來進(jìn)行抽風(fēng)與排風(fēng)，風(fēng)燥比較大，震動較為明顯。

2.3 冷卻效果

水冷系統(tǒng)的缸體和缸蓋剛度好，冷卻強度高，發(fā)動機內(nèi)部和外部冷卻均勻，冷卻水路設(shè)計自由度大，工作可靠，循環(huán)性好，降溫迅速，不容易過熱，不受環(huán)境影響;風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)為空氣，空氣的比熱容大約為水的比熱容的1/4左右，空氣的傳熱系數(shù)大概為水的傳熱系數(shù)的1/20-1/30左右，空氣的降溫效果不如水明顯，尤其在夏季使用中，水冷系統(tǒng)的優(yōu)勢更為明顯。

2.4 低溫性能

風(fēng)冷系統(tǒng)啟動方便、運行經(jīng)濟(jì)，啟動后氣缸的溫度上升較快，在短時間內(nèi)即可進(jìn)入大負(fù)荷工作狀態(tài)，沒有凍裂和過熱沸騰的危險，其低溫性能優(yōu)良;水冷系統(tǒng)啟動后，溫升比較緩慢，而且冷卻液更換不及時容易凍壞發(fā)動機，需要定期檢查冷卻液的質(zhì)量，低溫環(huán)境下風(fēng)冷系統(tǒng)的優(yōu)勢更大。

2.5 使用壽命

風(fēng)冷系統(tǒng)由于氣缸壁溫度高，升溫速度快，酸性腐蝕和磨損在很大程度上降低了，柴油機在露點以下的工作時間也大大縮短了，因而風(fēng)冷系統(tǒng)機件腐蝕、銹蝕程度小，而且缸體、缸蓋、散熱器、冷卻部件上也不會像水冷系統(tǒng)一樣存有水垢;水冷系統(tǒng)時間久了，冷卻管道容易受到腐蝕和損壞，相關(guān)部件容易老化、開裂，水箱容易產(chǎn)生水垢反而影響冷卻效果，風(fēng)冷系統(tǒng)使用壽命更長。

3? 風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)應(yīng)用前景

兩種冷卻系統(tǒng)各有所長，在某些方面不能完全被對方所取代，只是在某些相對的領(lǐng)域某一類冷卻系統(tǒng)的優(yōu)勢會更加明顯，很長的一段時間內(nèi)仍然是共存的一種局面。

3.1 民用領(lǐng)域應(yīng)用

風(fēng)冷系統(tǒng)具有啟動迅速、運行經(jīng)濟(jì)，對環(huán)境適應(yīng)強等優(yōu)點，風(fēng)冷系統(tǒng)可以用在地址勘察，石油開采等特殊行業(yè);水冷系統(tǒng)冷卻效果理想，功率相對風(fēng)冷系統(tǒng)更加穩(wěn)定耐用，可以長時間不間斷運作，可應(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。

3.2 軍用領(lǐng)域應(yīng)用

風(fēng)冷柴油機的冷卻效果雖然比不上水冷，但其對環(huán)境整體的適應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水冷柴油機，鑒于任務(wù)單位的機動范圍大，野外執(zhí)行任務(wù)多，經(jīng)常在跨區(qū)域、跨氣候條件下使用，因而對柴油機的適應(yīng)性能要求較高，因此風(fēng)冷系統(tǒng)在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍將會越來越廣。風(fēng)冷柴油機因為沒有了水箱、水泵、水管等結(jié)構(gòu)而減少了維護(hù)部件，而且由于通用化、系列化的程度高，主要零部件通用性強，因此拆裝容易，結(jié)構(gòu)簡單、故障率低;相反，水冷系統(tǒng)的故障率較高，發(fā)生故障的可能性更大。對于經(jīng)常在野外機動作業(yè)的單位，對可靠性要求較高，在未來戰(zhàn)場環(huán)境中，風(fēng)冷系統(tǒng)應(yīng)用前景更為廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛必顯，蔣紅暉.道依茨風(fēng)冷柴油機的構(gòu)造和原理[M].西南交通大學(xué)出版社，2003.

[2]王建昕，帥石金.汽車發(fā)動機[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.

[3]張金柱，汽車原理與構(gòu)造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.