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浅析发动机的热平衡
来源:农机使用与维修  作者:佚名  2015-04-29 09:12:15

    摘要:从广义上说,发动机是一种热交换和能源转换装置。根据内燃机的工作原理,燃料(燃油及氧气)进入气缸内,只有达到一定的温度才能燃烧和对外做功。但是,发动机的温度并不是越高越好。如果发动机过热,机件容易变形,配合间隙会增大,机油压力将降低,最终导致发动机无法正常运转;如果发动机偏冷,则会增加燃油的消耗量。

    发动机在运转中,其温度是有一定范围规定的。因此,需要控制到一个适当的“度”。从表面上看,这个“度”是指冷却液的温度维持在70~95℃,但是实际情况远不是这么简单。关键问题是,无论发动机的负载大还是小,无论在严冬还是酷暑,发动机产生的热量除了用于有效做功以外,散失到空气中的热量必须及时和适量,使冷却液温度始终维持在70~95℃,这就是所谓的“热平衡”,只有这样才能达到高效、节能和环保的目的。
    人们已经熟知,中医对待病人,“虚”则补之,“火”则泻之。这种“阴阳平衡”的理论也适合于发动机及其冷却系统。
    一、盛夏注意给发动机降温
    盛夏高温季节是农业机械从事收获、耕耙和灌溉作业最繁忙的时节,为了防止发生发动机过热现象,需要对农机采取降温措施。
    (1)进行一次换季保养,清除发动机冷却系统内的水垢。冷却系统内表面的水垢不仅占据了冷却液的容积,而且影响冷却液的循环流动。水垢是一种热阻性物质,其导热率只是钢铁的1/8。当水垢的厚度超过1 mm时,将明显降低冷却系统的散热能力。清除冷却系统水垢的方法:可以使用农村容易得到的硝酸按,配制成0.3%~0.4%的水溶液,然后注入冷却系统,使之与水垢中的碳酸钙、碳酸镁等发生化学反应,生成溶解于水的物质。对于铸铁气缸盖发动机,可以采用以下方法清除水垢:按照10 L水、750 g苛性钠、150 g煤油的比例配制成碱性溶液,注入冷却系统中,停留10~ 12h,然后启动发动机,怠速运转10~15 min,
再放出清洗液,如此重复2~3次,最后用清水冲洗水套几次。
    (2)检查冷却水量是否充足,水泵传动带的张紧度是否过松和打滑,风扇是否变形或者装反,必要时进行补充和调整,以维持冷却系统正常的工作状态。如果散热器经常“开锅”,应当查明原因和排除故障后再作业。
    (3)发动机散热器、油底壳以及发电机上都设置了散热片,散热片的作用是增加机件与空气的接触面积,有利于散热。因此,应当经常冲洗机身上的泥土和油污,清除散热器缝隙中的秸秆或者其他杂物,以免妨碍气缸体散热。

    二、冬季要给发动机保温
    由于冬季气温低,发动机热量的散失比较多,所以需要采取一定的保温措施。
    (1)对发动机进行必要的调整。如果发动机的进排气歧管上设置了预热阀,应当将其调整到“冬”字位置。
    (2)启动时采取预热措施。当大气温度低于5℃时,必须进行预热。低温情况下启动和预热发动机的方法正确与否,对于发动机的油耗和使用寿命都具有重大影响。①如果发动机没有设置启动预热装置,可以向散热器内加注40~50℃的温水;如果设置了预热装置,可以按下预热器按钮,利用电热丝对进入进气管的空气进行加热。由于预热器是利用电热丝发出的热量加热,所以每次通电的时间不应超过20s,再次预热时应停歇1 min以上,以防烧毁电热丝。②发动机启动后,应当低速运转一会儿,使机体逐渐升温,让润滑油进入摩擦表面。③在预热升温的过程中,要观察仪表板上的仪表显示,特别是水温表和机油压力表。只有冷却液温度达到60℃、机油压力达到100 kPa,空气压缩机贮气罐的压力达到400 kPa以上,发动机才能投入负荷作业。

    三、发展方向是“可控式冷却”
    为了达到发动机热平衡要求,夏季采用人工方法对农机降温、冬季对农机保温何其难!根本出路在于从设计上找到突破口。传统发动机上的冷却系统都属于被动式冷却,结构简单,成本低廉。这种冷却系统的设计标准是针对满负荷时的散热要求,而且为了防止特殊情况下发生过热现象,冷却系统的容积普遍较大,因而在部分负荷时,过大的散热潜力导致了发动机燃油和功率的浪费。这种情况对于小型发动机来说尤其明显,有的车辆大多数时间在市区或部分负荷下行驶,造成了发动机热量的较高损耗。
    现如今,新型发动机的冷却系统采用了可控式冷却系统。可控式冷却系统由以下几部分组成,一是传感器(主要是温度传感器),能够把发动机的热状况信息快速传递给控制模块;二是执行器,包括电动水泵和节温器;三是控制模块,它能够根据发动机的工作状况自动调节冷却量,将冷却液的温度设定在90~110℃,这样能够降低发动机的功率消耗,同时节省燃油2%~5%。

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