陸 地，邱翰健

(中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力科迪亞克機(jī)械有限責(zé)任公司，廣西柳州545112)

0 前言

柴油機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，氣缸內(nèi)的溫度甚至能達(dá)到1 800 ～2 000 ℃。而這些熱能僅僅只有 30% ～40%能夠被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，剩余的大部分熱能都淤積在氣缸內(nèi)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)自身配備的冷卻系統(tǒng)將20% ～30%的熱能帶走［1］。除雪車采用的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)需要專用設(shè)計(jì)的散熱系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要根據(jù)使用工況設(shè)計(jì)散熱器的散熱溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高時(shí)密封件、氣缸、活塞環(huán)磨損大。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)機(jī)油粘度大，潤(rùn)滑效果不佳，還有燃燒不充分導(dǎo)致排放不合格，發(fā)動(dòng)功率輸出也受到影響。試驗(yàn)表明，當(dāng)冷卻水溫為50 ℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)磨損量為90 ℃的3 倍，溫度40 ℃時(shí)，為90 ℃的5倍。也就是說，如果發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在90 ℃狀態(tài)下工作，工壽命可達(dá)10 萬(wàn)公里，那么在40 ℃狀發(fā)動(dòng)機(jī)，壽命只為 2 萬(wàn)公里，甚至更短［2］。冷卻系統(tǒng)的水溫對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有重要影響，在各種工況下應(yīng)保持冷卻水溫維持在正常范圍內(nèi)［3］。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低影響駕駛室供暖，對(duì)于在寒冷環(huán)境下作業(yè)的操作人員來(lái)說不夠人性化的。本文從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各總成開始逐一排查出發(fā)動(dòng)機(jī)水溫異常的原因。通過整改后讓發(fā)動(dòng)機(jī)在合理的溫度運(yùn)行，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)磨損，有利于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫正常也有利于取暖系統(tǒng)的運(yùn)行。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫要求

一般情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫控制在80 ℃ ～90 ℃是最佳溫度范圍［4］，卡特發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求是：正常情況下發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在83 ～90 ℃之間，110 ℃報(bào)警，111℃停機(jī)。溫度太低或是太高都不利于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

2 現(xiàn)狀和問題

2.1 現(xiàn)狀

裝配工人安裝下圖1 的接管方式給450S 除雪車安裝動(dòng)力包管路。氣路有預(yù)濾器、空氣濾芯器，中冷器。水路包括水箱、上下進(jìn)出水管、補(bǔ)水管、透氣管等。

圖1 動(dòng)力包接管

2.2 問題

在黑河實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)450S 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)有異常。冷卻系統(tǒng)在散熱時(shí)熱量損失過快，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度無(wú)法升致合理值。一般情況下發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液穩(wěn)定溫度是83 ℃左右，而實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)溫度穩(wěn)定在49 ℃(表1)，影響駕駛室供暖，同時(shí)溫度過低也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出減弱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提速時(shí)，本已穩(wěn)定在49 ℃的水溫，反下降至40 ℃，溫度變換走向不合發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)管路未整改前水溫?cái)?shù)據(jù)

3 原因分析和措施

在原因分析之前要熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的工作流程。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)有兩個(gè)小系統(tǒng)組成，小循環(huán)系統(tǒng)和大循環(huán)系統(tǒng)。小循環(huán)目的是給發(fā)動(dòng)機(jī)快速升溫，大循環(huán)是給發(fā)動(dòng)快速冷卻，大小系統(tǒng)協(xié)同合作把發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制在合適的范圍內(nèi)。要從散熱系統(tǒng)一一排除有可能出現(xiàn)問題的部件，找出問題點(diǎn)。

3.1 節(jié)溫器

當(dāng)冷卻液溫度低于節(jié)溫器的主閥門開啟溫度時(shí)，節(jié)溫器的主閥門關(guān)閉，冷卻液不流經(jīng)散熱器而流經(jīng)節(jié)溫器旁通閥后直接流回水泵進(jìn)水口，被水泵重新壓入水套。此時(shí)，冷卻水在冷卻系內(nèi)的循環(huán)稱為冷卻液小循環(huán)，如圖2。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液小循環(huán)示意圖

當(dāng)冷卻水溫升致節(jié)溫器的主閥門開啟溫度時(shí)，節(jié)溫器的主閥門開啟，冷卻液經(jīng)主閥門流入散熱器散熱后，流至水泵進(jìn)水口，被水泵壓入水套，此時(shí)冷卻水在冷卻系中的循環(huán)稱作大循環(huán)，如圖3。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液大循環(huán)示意圖

節(jié)溫器是散熱系統(tǒng)的一個(gè)開關(guān)，在節(jié)溫器沒有故障時(shí)，當(dāng)溫度到83 ℃時(shí)節(jié)溫器打開，冷卻液流經(jīng)散熱水箱，冷卻液把從發(fā)動(dòng)機(jī)帶出的熱量在水箱熱交換控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度在83 ℃ ～90 ℃范圍跳動(dòng)。假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫至節(jié)溫器開啟溫度，節(jié)溫器無(wú)法開啟，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫會(huì)走小循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫會(huì)一直上升，直到沸騰［5］。其現(xiàn)象與現(xiàn)在現(xiàn)狀相反，排除節(jié)溫器無(wú)法開啟猜想。

假設(shè)加溫器沒有裝好或是漏裝，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液開始就運(yùn)行大循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫會(huì)低，這個(gè)假設(shè)有可能成立。最后拆開安裝節(jié)溫器部件處，發(fā)現(xiàn)節(jié)溫器沒有漏裝且節(jié)溫器安裝正確。

3.2 溫度傳感器

溫度傳感器電路故障會(huì)導(dǎo)致顯示的溫度不準(zhǔn)確。經(jīng)電工測(cè)量傳感器電阻發(fā)現(xiàn)電阻是1 355 Ω 和廠家給的數(shù)據(jù)一樣。把該發(fā)動(dòng)溫度傳感器換到正常的發(fā)動(dòng)機(jī)上去試驗(yàn)，傳感器沒有問題。

3.3 水泵、風(fēng)扇

水泵是水冷循環(huán)的動(dòng)力源，水泵把發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液從缸體內(nèi)吸出來(lái)通過水箱冷卻后又壓回去，在發(fā)動(dòng)啟動(dòng)后用手觸摸下水管，發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)有冷卻液在流動(dòng)，說明水泵工作正常，水循環(huán)沒有問題。打開散熱器水箱蓋，然后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)也觀察到冷卻液在水箱內(nèi)流淌，說明水泵在泵水，確定了水泵沒有問題。散熱風(fēng)扇與發(fā)動(dòng)機(jī)直連，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，水箱散熱。通過觀察發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)正常，風(fēng)扇葉片沒有損壞。風(fēng)扇按廠家的要求安裝，把風(fēng)扇放置風(fēng)扇罩的1/2 的距離。

3.4 管路、水箱

該車管路設(shè)計(jì)是硅膠軟管加不銹鋼管，硅膠管用于過渡連接，方便發(fā)動(dòng)機(jī)和硬管連接。該車管路沒有漏液，沒有折彎，管路流通通暢。水箱是熱交換的區(qū)域，水箱散熱的能力關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)散熱效果。水箱設(shè)計(jì)要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱量，車輛的使用環(huán)境等，一般發(fā)動(dòng)機(jī)水箱的設(shè)計(jì)溫度為40 ℃。但是除雪車的設(shè)計(jì)溫度是0 ℃，因?yàn)槌┸嚬ぷ鳒囟纫话愣际窃?℃以下，本次經(jīng)過專用軟件計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)的水箱設(shè)計(jì)合理。

3.5 補(bǔ)水管和透氣管

水箱上面接有發(fā)動(dòng)機(jī)透氣口，透氣口是為了給發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，透氣口位置在發(fā)動(dòng)機(jī)上水口頂部，該位置方便空氣排除。用膠管把透氣口的氣接到水箱上水室，最后空氣從水箱排氣口排出。發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)水管的作用是當(dāng)水泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，上水室的水因?yàn)樗渖嵝酒凶枇ξ茨芸焖倭鞯较滤?，如果下水室缺水，水泵吸空?huì)燒壞水泵葉片。補(bǔ)水管的作用是旁通水箱的散熱芯，直接把水箱上水室的冷卻液通至下水室防止水泵吸空損壞。現(xiàn)在補(bǔ)水管接到節(jié)溫器的前端，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度還未達(dá)到節(jié)溫器開啟溫度，冷卻液即通過這根補(bǔ)水管繞過節(jié)溫器進(jìn)入到散熱器中散熱。最后散熱處理后的冷液從下水管進(jìn)被水泵加壓后回到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)還沒有升溫，散熱處理后的冷液又進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量不夠提高冷卻液的溫度，最后水溫平衡在49 ℃。經(jīng)過以上分析發(fā)動(dòng)機(jī)的補(bǔ)水管接錯(cuò)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)水溫異常。

3.6 措施

把補(bǔ)水管接到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水口(如圖4)，其他部件都不變，進(jìn)過實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升溫正常，駕駛室供暖正常。表2 是改前和改后數(shù)據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)水管整改后示意圖

表2 補(bǔ)水管整改前后溫度對(duì)比表

4 結(jié)論

根據(jù)各部件的工作原理及各部件在冷卻系統(tǒng)中的作用，再利用排除法從水路系統(tǒng)的節(jié)溫器、水箱、發(fā)動(dòng)機(jī)水泵、 水箱補(bǔ)水管等主要部件進(jìn)行逐一分析排除，最終發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的補(bǔ)水管接錯(cuò)位置。經(jīng)過整改發(fā)動(dòng)水溫升溫正常，溫度在83 ～90 ℃之間浮動(dòng)符合發(fā)動(dòng)機(jī)廠家要求。