謝觀如

摘要：柴油機(jī)廣泛裝備于工程機(jī)械設(shè)備，其動力匹配主要由散熱系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)等部分組成。正確的匹配選型和合理的布置對柴油機(jī)乃至整個(gè)設(shè)備的高效運(yùn)行都至關(guān)重要。當(dāng)然，設(shè)備使用的過程中，及時(shí)規(guī)范的保養(yǎng)也非常重要。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械;柴油機(jī);動力匹配

Abstract： Diesel engine is widely used in construction machinery and equipment， and its Application technology is mainly composed of cooling system， intake and exhaust system and fuel system. The correct matching and reasonable layout are very important for the efficient operation of diesel engine and even the whole equipment. Of course， in the use of equipment， timely and standardized maintenance is also very important.

Key words： construction machinery;diesel engine;application technology

0? 引言

隨著社會的進(jìn)步，人們對生活和工作環(huán)境的宜人性要求越來越高。近年來，伴隨電力驅(qū)動的參與，柴油機(jī)由于其與生俱來的排放、噪聲及燃油經(jīng)濟(jì)性等不利因素，似乎略顯頹勢。但柴油機(jī)相關(guān)行業(yè)整合產(chǎn)業(yè)資源進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，在燃油噴射系統(tǒng)、增壓器、后處理器等多方面均取得有效的技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的進(jìn)一步節(jié)能減排，降本增效。產(chǎn)品本身也更加成熟可靠、持久耐用。另因工程機(jī)械設(shè)備應(yīng)用場景特殊，作業(yè)場地大多地處偏野，且要求動力源燃料自給、便攜，而電力驅(qū)動在電池等方面技術(shù)尚未真正實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性突破，這些因素使得柴油機(jī)裝備工程機(jī)械優(yōu)勢明顯。故而，我們相信在未來較長的一段時(shí)間內(nèi)，柴油機(jī)依然會是工程機(jī)械行業(yè)裝備的主要?jiǎng)恿υ础?/p>

柴油機(jī)的動力匹配主要由散熱系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)等組成。

1? 散熱系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)的散熱主要包括循環(huán)水散熱、中冷器以及燃油散熱等部分。而散熱器往往會將多個(gè)模塊集成到一起，形成一個(gè)散熱集成模塊。一般風(fēng)扇由發(fā)動機(jī)直驅(qū)較多，發(fā)動機(jī)散熱量需求及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速都與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速有一定相關(guān)性，所以一般計(jì)算時(shí)都以發(fā)動機(jī)的最大需求散熱量及此時(shí)的風(fēng)扇風(fēng)量、循環(huán)水流量為條件，來計(jì)算散熱器能否滿足散熱需求。

1.1 循環(huán)水散熱? 循環(huán)水散熱的作用是將發(fā)動機(jī)水套內(nèi)的冷卻液所攜帶的多余熱量經(jīng)過二次熱交換，在外界強(qiáng)制氣流的作用下將多余的熱量散發(fā)到空氣中[1]。有效保證發(fā)動機(jī)的工作效率和運(yùn)行可靠性。實(shí)際操作過程發(fā)動機(jī)散熱不足，可能出現(xiàn)燃燒不正常、機(jī)油變質(zhì)，零件磨損，性能下降等多重不利后果。

1.2 中冷器? 帶增壓器柴油機(jī)目前幾乎已成為工程機(jī)械用柴油機(jī)的標(biāo)配，而中冷器通常都是為配套增壓器而存在。進(jìn)氣增壓后溫度將升高，溫度升高后將會降低氣體密度，影響其進(jìn)入腔體的有效充氣效率。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3～5%。同時(shí)，未經(jīng)中冷的高溫充氣將使發(fā)動機(jī)燃燒溫度過高，氮氧化物排放增加，造成空氣污染，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)爆震等故障。中冷器通常根據(jù)介質(zhì)不同分為風(fēng)冷和水冷，風(fēng)冷使用最為普遍。

1.3 燃油散熱? 一般來講，燃油箱本身就有散熱功能。所以，我們通常建議使用體積較大的燃油箱，而且對進(jìn)、回油接口設(shè)置的位置、距離也都會有一定要求，以避免返回的熱油直接再進(jìn)入發(fā)動機(jī)。但對于一些長時(shí)間作業(yè)且負(fù)載高、工況惡劣的機(jī)械設(shè)備，還是建議增加燃油散熱。一般要求，燃油進(jìn)油溫度不超過70℃為宜。一些廠家，為節(jié)約空間，常將燃油、液壓油箱做成一體，中間設(shè)置隔板進(jìn)行分化的方式，是不可取的。原因有二，一是液壓油溫往往較高，存在間接加熱燃油的問題;二是由于有些設(shè)備作業(yè)工況惡劣，工作振動大，如果箱體焊接、密封不牢還存在串油的風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)動機(jī)燃油進(jìn)油溫度太高，不僅降低發(fā)動機(jī)的功率輸出，也將嚴(yán)重影響燃油系統(tǒng)的使用壽命。

1.4 風(fēng)扇? 散熱器的風(fēng)量主要來源于風(fēng)扇，風(fēng)扇通?？煞譃槲L(fēng)和吹風(fēng)式，一般吸風(fēng)式較為常見。因風(fēng)扇吹、吸風(fēng)形式不同，與散熱器芯體之間的安裝距離也不相同。吸風(fēng)式風(fēng)扇應(yīng)避免將空濾器進(jìn)氣口設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)，以避免熱風(fēng)進(jìn)入發(fā)動機(jī)。而吹風(fēng)式風(fēng)扇因機(jī)艙內(nèi)溫度偏高，在散熱器計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮提高進(jìn)氣環(huán)境溫度取值。風(fēng)扇驅(qū)動方式分為發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動、液壓馬達(dá)驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動等形式。風(fēng)扇的參數(shù)選擇與正確匹配安裝對整個(gè)散熱模塊的使用效果也有直接的影響，包括葉片數(shù)、風(fēng)量、葉尖速度、靜壓、擋風(fēng)罩的設(shè)計(jì)形式、風(fēng)扇與擋風(fēng)圈的間隙及離散熱芯體的距離等。

散熱器主要分為管帶式和管片式，目前普遍采用管帶式比較多。散熱器匹配效果對發(fā)動機(jī)能否正常發(fā)揮其性能至為重要。散熱器設(shè)計(jì)同時(shí)還要考慮空氣流向，在散熱器芯體周邊做好進(jìn)、出風(fēng)的隔離，防止高溫空氣再次進(jìn)氣的空氣回流情況，影響散熱效果。在空間足夠的情況下，散熱器可以適當(dāng)加大，以防惡劣氣候或惡劣工況下的持續(xù)作業(yè)造成冷卻水“開鍋”等情況。即使散熱量稍大，發(fā)動機(jī)普遍自帶節(jié)溫器，在其低溫啟動或運(yùn)行時(shí)，冷卻水不經(jīng)過散熱器的散熱循環(huán)，不致有低溫過度散熱的顧慮。

1.5 管路及固定? 匹配過程中，管路的設(shè)計(jì)也需考慮耐溫、阻力、負(fù)壓、爆破壓力、密封性等要求。管路的設(shè)計(jì)及可靠固定效果將影響整個(gè)散熱系統(tǒng)，最終影響柴油機(jī)及整機(jī)設(shè)備的可靠使用。

2? 進(jìn)排氣系統(tǒng)

2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)? 發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)主要由進(jìn)氣管總成、空氣濾清器總成、增壓器、中冷器、進(jìn)氣歧管和進(jìn)氣閥等所構(gòu)成[2]，如圖1所示。

發(fā)動機(jī)的高空燃比就要求其工作時(shí)需要吸入大量空氣，而空氣中細(xì)小粉塵、沙粒等污染物將成為氣缸套和活塞環(huán)之間的磨料。并落入機(jī)油，將其帶入發(fā)動機(jī)各部分，造成大面積磨損。這使得空濾器的存在顯得尤為必要?？諡V器的重要參數(shù)包括額定空氣流量、原始阻力、濾清效率。設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)注意進(jìn)氣膠管應(yīng)能承受一定的負(fù)壓，柴油機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)不至于被吸扁。

2.2 排氣系統(tǒng)? 噪聲影響著人們的生活和身體健康，從而影響生存質(zhì)量。消音器可以有效降低發(fā)動機(jī)排氣噪聲，但同時(shí)不影響氣流的順利通過，具有良好的空氣動力學(xué)性能。

在發(fā)動機(jī)的各種噪聲源中，排氣噪聲比其他各種噪聲源要高10-15dB（A），且比重較大，是發(fā)動機(jī)最主要的噪聲源[3]。排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，容易造成功率損失大，油耗高，且消音效果差。

3? 供油系統(tǒng)

柴油機(jī)供油系統(tǒng)分為高壓供油系統(tǒng)和低壓供油系統(tǒng)。高壓供油系統(tǒng)為集成在柴油機(jī)上部分，主要由高壓油泵、高壓油軌、噴油器和管路等組成。低壓供油部分主要由柴油燃油箱引出，燃油粗濾、燃油精濾、管路及相關(guān)接頭組成。供油系統(tǒng)示意圖如圖2所示。低壓油路為柴油機(jī)工程應(yīng)用時(shí)需要主機(jī)廠家工程師進(jìn)行匹配的部分，也是這里要重點(diǎn)討論的部分。

供油系統(tǒng)匹配不好會造成發(fā)動機(jī)供油不暢，從而引起功率下降、冒黑煙、油耗增加，進(jìn)而引起發(fā)動機(jī)的主動限扭、限速，甚至無法啟動。一般來講，對于柴油機(jī)而言，輸油泵的供油壓力是一個(gè)定值，負(fù)壓系統(tǒng)匹配的關(guān)鍵在于如何在此值范圍內(nèi)，選擇合適的管徑、管長、油箱高度差、接頭等來降低壓阻，完成順暢供油，同時(shí)也有利于延長濾清器的保養(yǎng)周期。

4? 隔震措施

4.1 柴油機(jī)隔震

振動是造成設(shè)備結(jié)構(gòu)損壞和壽命降低的原因之一。而控制振動的重要方法就是隔震，一種是主動隔震，減少振動源對周圍環(huán)境的影響;另一種是被動隔震，減少周圍振動環(huán)境對設(shè)備的影響。目前使用主要的隔震方式就是安裝減震器。通常我們用振動傳遞比和隔振率來評價(jià)隔振效果。由于柴油機(jī)本身就是一個(gè)振動源，一般與主車架或安裝托架之間都要進(jìn)行有效的隔震處理。有時(shí)，可能整車除發(fā)動機(jī)外，還有多個(gè)振動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就需要我們不僅對柴油機(jī)進(jìn)行隔震保護(hù)，還要防止共振對整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行及使用壽命帶來危害。

4.2 消音器隔震

同樣是隔震，消音器的情況和柴油機(jī)有些不同。消音器一般都固定在主車架上，通過連接管與發(fā)動機(jī)排氣管相連。這樣，車架和柴油機(jī)雙頻振動更易造成排氣管出現(xiàn)裂紋等損傷，影響消音排氣及發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的溫度。這里，我們通常在連接管上設(shè)置波紋管，既能起到隔震效果，同時(shí)也能補(bǔ)償因排氣溫度造成零件熱脹冷縮尺寸變化進(jìn)而帶來的附加應(yīng)力。因排氣器件和管路通常溫度都較高（最高超過500℃），要考慮臨近膠管和其他附件元件的工作環(huán)境，根據(jù)需要可做隔熱處理。

5? 維修、保養(yǎng)的便利性

發(fā)動機(jī)匹配不僅要能達(dá)到相應(yīng)的使用要求，也要考慮保養(yǎng)、維護(hù)的便利性。例如，散熱器的注水口，發(fā)動機(jī)的機(jī)油加注口，更換機(jī)油的放油口，冷卻液的更換放水口，空濾器濾芯的更換空間等。

6? 總結(jié)

柴油機(jī)技術(shù)經(jīng)多年積淀已經(jīng)比較成熟，但柴油機(jī)的應(yīng)用技術(shù)不同整機(jī)廠家差異很大。甚至同一廠家，針對不同作業(yè)特點(diǎn)的工程機(jī)械產(chǎn)品，也會有所強(qiáng)調(diào)和側(cè)重。例如一些破碎篩分設(shè)備，因作業(yè)環(huán)境相對惡劣，粉塵較多，就要加大空濾進(jìn)氣量，同時(shí)加強(qiáng)外露件防護(hù)等。結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)，做能很好滿足柴油機(jī)使用條件的匹配，再結(jié)合及時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)，對提高工程機(jī)械設(shè)備可靠性和使用壽命都是大有裨益的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊萬福.發(fā)動機(jī)原理與汽車性能[M].北京高等教育出版社，2004.

[2]汪善玲.汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)方案分析[J].輕型汽車技術(shù)，2013（9）：33-36.

[3]馬志華.發(fā)動機(jī)排放與噪聲控制[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1999.

[4]尹燕升，朱宏志，李冠霖，等.柴油機(jī)低壓供油系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)[C].2014年APC聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文集，2014：336-339.