小型風(fēng)冷柴油機(jī)的特點(diǎn)
風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)采用空氣作為冷卻介質(zhì),故又稱空氣冷卻。由風(fēng)扇產(chǎn)生的高速運(yùn)動(dòng)的空氣直接將高溫零件的熱量帶走,使柴油機(jī)在最適宜的溫度下工作。在氣缸和氣缸蓋外壁都布置了散熱片,用以增加散熱面積,還布置了導(dǎo)風(fēng)罩、導(dǎo)流板,用以合理地分配冷卻空氣和提高空氣利用率,使冷卻效果更有效和均勻。風(fēng)冷系統(tǒng)主要由散熱片、風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)罩和導(dǎo)流板等組成。與水冷系統(tǒng)相比,風(fēng)冷系統(tǒng)具有零件少、結(jié)構(gòu)簡單、整機(jī)重量較輕、使用維修比較方便和對(duì)地區(qū)環(huán)境變化(如缺水、嚴(yán)寒和酷熱等)適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn),但風(fēng)冷系統(tǒng)也有噪聲較大、熱負(fù)荷較高、風(fēng)扇消耗功率較大和充氣系數(shù)較低等缺點(diǎn)。
1、風(fēng)冷系統(tǒng)的布置
根據(jù)柴油機(jī)氣缸的排列、風(fēng)扇類型和安裝位置,風(fēng)冷系統(tǒng)的布置常有以下幾種。
① 采用離心式風(fēng)扇的單缸柴油機(jī)
如圖1所示為其冷卻系統(tǒng)布置示意圖。單缸柴油機(jī)的離心式風(fēng)扇往往與飛輪鑄在一起,布置在柴油機(jī)后端,由曲軸直接驅(qū)動(dòng)。空氣由進(jìn)風(fēng)口軸向吸入,從風(fēng)扇蝸殼流出的氣流由導(dǎo)風(fēng)罩引向氣缸和氣缸蓋進(jìn)行冷卻。這種布置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,沒有專門的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),冷卻氣流轉(zhuǎn)彎少,流動(dòng)阻力較小。小型風(fēng)冷柴油機(jī)多采用這種布置形式。
圖1 采用離心式風(fēng)扇的風(fēng)冷單缸機(jī)冷卻系統(tǒng)示意圖
② 采用軸流式風(fēng)扇的直列式多缸柴油機(jī)
圖2所示為其冷卻系統(tǒng)布置示意圖。軸流式風(fēng)扇通過v帶由曲軸驅(qū)動(dòng),風(fēng)扇布置在內(nèi)燃機(jī)前端??諝廨S向流動(dòng),由風(fēng)扇吸入并壓進(jìn)由導(dǎo)流罩2組成的風(fēng)室中,分別冷卻各個(gè)氣缸后經(jīng)分流板流出。設(shè)置分流板是為了合理地組織空氣流動(dòng)的路線,以達(dá)到提高冷卻效果和使各缸冷卻較均勻的目的。
圖2 采用軸流式風(fēng)扇的直列四缸風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)
③ 采用軸流式風(fēng)扇的v型柴油機(jī)
如圖3所示為其冷卻系統(tǒng)布置示意圖。軸流式風(fēng)扇布置在發(fā)動(dòng)機(jī)前端的兩排氣缸夾角中間,通過v帶由曲軸驅(qū)動(dòng)。冷卻后的空氣分別由兩排氣缸的下側(cè)排出。
圖3 采用軸流式風(fēng)扇的v型柴油機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)
2、風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻強(qiáng)度的調(diào)節(jié)
風(fēng)冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻強(qiáng)度取決于流經(jīng)其散熱片的空氣流速。改變冷卻空氣的流速,便可改變冷卻強(qiáng)度。調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度常用的方法有以下兩種。
① 改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速
風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高,扇風(fēng)量增加,冷卻效果加強(qiáng);反之,冷卻效果減弱。在熱負(fù)荷低時(shí),減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,既能降低冷卻強(qiáng)度,又能降低風(fēng)扇噪聲,而且還降低了風(fēng)扇消耗的功率,是一種比較好的調(diào)節(jié)方法。一般采用液力偶合器傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的無級(jí)調(diào)速。通常是利用裝在排氣管或排風(fēng)口處的感溫元件,控制進(jìn)入液力偶合器的油量,實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
② 節(jié)流控制
通過在風(fēng)扇進(jìn)口處設(shè)置感溫元件,控制改變百葉窗或節(jié)流閥開度的大小,即可改變冷卻空氣進(jìn)口、流通通道或出口的面積,從而改變流經(jīng)散熱片空氣的流速和流量,以達(dá)到控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度的目的。這種方法比較簡單,但由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不變,不能減少風(fēng)扇消耗的功率,流動(dòng)阻力增大,從而影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。
3、道依茨(deutz)bf8l413f風(fēng)冷柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)
雖然現(xiàn)代柴油機(jī)以水冷式為主,但風(fēng)冷式在小功率柴油機(jī)上使用較廣泛,工程機(jī)械(如發(fā)電用)上應(yīng)用較大功率的風(fēng)冷柴油機(jī)也有應(yīng)用實(shí)例。比如我國引進(jìn)生產(chǎn)的道依茨bf8l413f風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)組就是一例。
該機(jī)為v型8缸渦輪增壓的四沖程柴油機(jī),2500r/min時(shí)最大輸出功率為235.4kw。增壓后的空氣經(jīng)過中間冷卻。由于熱負(fù)荷較高,潤滑油也由機(jī)油散熱器進(jìn)行冷卻。
軸流式風(fēng)扇布置在柴油機(jī)前端的v形夾角之間,由曲軸功率輸出端通過齒輪系統(tǒng)、彈性聯(lián)軸器及液力偶合器驅(qū)動(dòng),道依茨bf8l413f柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)如圖4、圖5所示。軸流式風(fēng)扇的動(dòng)葉輪8將空氣壓入導(dǎo)流罩組成的風(fēng)室4中,部分空氣流經(jīng)氣缸和氣缸蓋上的散熱片,冷卻左、右兩排氣缸,另一部分空氣流經(jīng)中冷器2、機(jī)油散熱器1和液力變矩器油散熱器3,以冷卻從增壓器出來的空氣以及柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)的潤滑油和傳動(dòng)系統(tǒng)中的液力變矩器油。
圖4 道依茨bf8l413f柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)側(cè)視圖
圖5 道依茨bf8l413f柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)正視圖
該機(jī)冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)如圖6所示。在動(dòng)葉輪前設(shè)置了導(dǎo)流用的靜葉輪,動(dòng)葉輪有8個(gè)葉片,靜葉輪有21個(gè)葉片,靜葉輪葉片與風(fēng)扇外圈壓配。靜葉輪的輪轂內(nèi)安裝有液力偶合器,液力偶合器的傳動(dòng)介質(zhì)是柴油機(jī)的潤滑油。在泵輪前端,安裝有離心式機(jī)油濾清器外殼,從主油道引出的潤滑油由進(jìn)油口進(jìn)入殼內(nèi),油在殼中被帶著旋轉(zhuǎn),其中的雜質(zhì)在離心力的作用下積附在外殼壁上,清潔的潤滑油從泵輪上的6個(gè)進(jìn)油孔進(jìn)入液力偶合器中。渦輪和風(fēng)扇動(dòng)葉輪安裝在從動(dòng)軸7上,泵輪由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)時(shí),風(fēng)扇葉輪便由渦輪帶動(dòng),使其同向旋轉(zhuǎn)。流到液力偶合器外面的油,經(jīng)回油孔返回油底殼中。
圖6 柴油機(jī)冷卻風(fēng)扇
柴油機(jī)在標(biāo)定工況2500r/min、235.4kw工作時(shí),風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為5000~5500r/min,壓風(fēng)量約為14500m3/min,每小時(shí)消耗的功率為15kw左右。
該機(jī)的冷卻強(qiáng)度是通過改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)的。改變從進(jìn)油口進(jìn)入的油量便可改變風(fēng)扇(渦輪)的轉(zhuǎn)速。利用裝在排氣管中的節(jié)溫器油閥來控制進(jìn)入液力偶合器的油量。節(jié)溫器油閥的構(gòu)造見圖7。在閥體中裝有膨脹系數(shù)較大的純銅芯桿,芯桿受熱后伸長,頂開上部的單向閥,使從主油道來的潤滑油進(jìn)入進(jìn)油口,從出油口流出進(jìn)入液力偶合器中。排氣溫度越高,球閥被芯桿頂開的開度越大,流入液力偶合器中的潤滑油也越多,風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也就越高,從而使柴油機(jī)的冷卻效果加強(qiáng)。芯桿中部開有冷卻用的縱向直槽,風(fēng)室中的空氣由進(jìn)氣孔引入,通過縱向槽冷卻芯桿,冷卻后的空氣從出氣孔流出。冷卻芯桿的目的是提高節(jié)溫器油閥的靈敏度,使其在排氣溫度下降后能夠很快地收縮,及時(shí)地降低柴油機(jī)的冷卻強(qiáng)度。在吹風(fēng)冷卻芯桿后,排氣溫度每上升100℃,芯桿伸長量增加0.07mm。
圖7 柴油機(jī)節(jié)溫器油閥的構(gòu)造
為了保證在啟動(dòng)和怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柴油機(jī)也可以得到適當(dāng)冷卻,在出油口和球閥上部的油腔間,開有旁通油路,以保證在排氣溫度不足以使球閥開啟時(shí),也有少量的潤滑油進(jìn)入液力偶合器,維持風(fēng)扇以較低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在固定工況下工作,不需要自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度時(shí),可以減薄或取消調(diào)整墊片,擰緊調(diào)整螺釘,使球閥固定在某一開度,風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可基本保持不變。
在氣缸蓋進(jìn)風(fēng)側(cè),裝有溫度報(bào)警傳感器,當(dāng)此處溫度超過210℃時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),表示柴油機(jī)過熱,此時(shí)應(yīng)降低柴油機(jī)負(fù)荷,以免發(fā)生故障。
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