關于除雪車發(fā)動機水溫異常的原因分析及整改措施

陸 地，邱翰健

(中國重汽集團柳州運力科迪亞克機械有限責任公司，廣西柳州545112)

0 前言

柴油機在工作過程中會產生大量的熱能，氣缸內的溫度甚至能達到1 800 ～2 000 ℃。而這些熱能僅僅只有 30% ～40%能夠被轉化為機械能，剩余的大部分熱能都淤積在氣缸內，通過發(fā)動機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)動機，發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)需要專用設計的散熱系統(tǒng)，發(fā)動機需要根據(jù)使用工況設計散熱器的散熱溫度。發(fā)動機溫度高時密封件、氣缸、活塞環(huán)磨損大。發(fā)動機溫度低時機油粘度大，潤滑效果不佳，還有燃燒不充分導致排放不合格，發(fā)動功率輸出也受到影響。試驗表明，當冷卻水溫為50 ℃時，發(fā)動機磨損量為90 ℃的3 倍，溫度40 ℃時，為90 ℃的5倍。也就是說，如果發(fā)動機經常在90 ℃狀態(tài)下工作，工壽命可達10 萬公里，那么在40 ℃狀發(fā)動機，壽命只為 2 萬公里，甚至更短［2］。冷卻系統(tǒng)的水溫對發(fā)動機有重要影響，在各種工況下應保持冷卻水溫維持在正常范圍內［3］。發(fā)動機溫度低影響駕駛室供暖，對于在寒冷環(huán)境下作業(yè)的操作人員來說不夠人性化的。本文從發(fā)動機冷卻系統(tǒng)各總成開始逐一排查出發(fā)動機水溫異常的原因。通過整改后讓發(fā)動機在合理的溫度運行，可以減少發(fā)動機冷機磨損，有利于延長發(fā)動機壽命。同時發(fā)動機水溫正常也有利于取暖系統(tǒng)的運行。

1 發(fā)動機水溫要求

一般情況下發(fā)動機的水溫控制在80 ℃ ～90 ℃是最佳溫度范圍［4］，卡特發(fā)動機使用要求是：正常情況下發(fā)動機水溫在83 ～90 ℃之間，110 ℃報警，111℃停機。溫度太低或是太高都不利于發(fā)動機運行。

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 除雪車安裝動力包管路。氣路有預濾器、空氣濾芯器，中冷器。水路包括水箱、上下進出水管、補水管、透氣管等。

圖1 動力包接管

2.2 問題

在黑河實驗中出現(xiàn)450S 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)有異常。冷卻系統(tǒng)在散熱時熱量損失過快，導致發(fā)動機冷卻液溫度無法升致合理值。一般情況下發(fā)動機冷卻液穩(wěn)定溫度是83 ℃左右，而實驗時系統(tǒng)溫度穩(wěn)定在49 ℃(表1)，影響駕駛室供暖，同時溫度過低也會導致發(fā)動機功率輸出減弱。當發(fā)動機提速時，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)動機設計要求。

表1 發(fā)動機管路未整改前水溫數(shù)據(jù)

3 原因分析和措施

在原因分析之前要熟悉發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的工作流程。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)有兩個小系統(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)動機快速升溫，大循環(huán)是給發(fā)動快速冷卻，大小系統(tǒng)協(xié)同合作把發(fā)動機溫度控制在合適的范圍內。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。

3.1 節(jié)溫器

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

圖2 發(fā)動機冷卻液小循環(huán)示意圖

當冷卻水溫升致節(jié)溫器的主閥門開啟溫度時，節(jié)溫器的主閥門開啟，冷卻液經主閥門流入散熱器散熱后，流至水泵進水口，被水泵壓入水套，此時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)動機冷卻液大循環(huán)示意圖

節(jié)溫器是散熱系統(tǒng)的一個開關，在節(jié)溫器沒有故障時，當溫度到83 ℃時節(jié)溫器打開，冷卻液流經散熱水箱，冷卻液把從發(fā)動機帶出的熱量在水箱熱交換控制發(fā)動機溫度在83 ℃ ～90 ℃范圍跳動。假設發(fā)動機水溫至節(jié)溫器開啟溫度，節(jié)溫器無法開啟，發(fā)動機水溫會走小循環(huán)，發(fā)動機水溫會一直上升，直到沸騰［5］。其現(xiàn)象與現(xiàn)在現(xiàn)狀相反，排除節(jié)溫器無法開啟猜想。

假設加溫器沒有裝好或是漏裝，發(fā)動機冷卻液開始就運行大循環(huán)，發(fā)動機水溫會低，這個假設有可能成立。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導致顯示的溫度不準確。經電工測量傳感器電阻發(fā)現(xiàn)電阻是1 355 Ω 和廠家給的數(shù)據(jù)一樣。把該發(fā)動溫度傳感器換到正常的發(fā)動機上去試驗，傳感器沒有問題。

3.3 水泵、風扇

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

3.4 管路、水箱

該車管路設計是硅膠軟管加不銹鋼管，硅膠管用于過渡連接，方便發(fā)動機和硬管連接。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，水箱散熱的能力關系到發(fā)動機散熱效果。水箱設計要考慮發(fā)動機的散熱量，車輛的使用環(huán)境等，一般發(fā)動機水箱的設計溫度為40 ℃。但是除雪車的設計溫度是0 ℃，因為除雪車工作溫度一般都是在0℃以下，本次經過專用軟件計算，發(fā)動機的水箱設計合理。

3.5 補水管和透氣管

水箱上面接有發(fā)動機透氣口，透氣口是為了給發(fā)動機排氣，透氣口位置在發(fā)動機上水口頂部，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)動機補水管的作用是當水泵高速運轉時，上水室的水因為水箱散熱芯片有阻力未能快速流到下水室，如果下水室缺水，水泵吸空會燒壞水泵葉片。補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)在補水管接到節(jié)溫器的前端，發(fā)動機冷卻液溫度還未達到節(jié)溫器開啟溫度，冷卻液即通過這根補水管繞過節(jié)溫器進入到散熱器中散熱。最后散熱處理后的冷液從下水管進被水泵加壓后回到發(fā)動機內，由于發(fā)動機還沒有升溫，散熱處理后的冷液又進入發(fā)動機內。發(fā)動機產生的熱量不夠提高冷卻液的溫度，最后水溫平衡在49 ℃。經過以上分析發(fā)動機的補水管接錯，導致發(fā)動機水溫異常。

3.6 措施

把補水管接到發(fā)動機進水口(如圖4)，其他部件都不變，進過實驗發(fā)動機水溫升溫正常，駕駛室供暖正常。表2 是改前和改后數(shù)據(jù)對比數(shù)據(jù)。

圖4 發(fā)動機補水管整改后示意圖

表2 補水管整改前后溫度對比表

4 結論

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)動機水泵、 水箱補水管等主要部件進行逐一分析排除，最終發(fā)現(xiàn)發(fā)動機的補水管接錯位置。經過整改發(fā)動水溫升溫正常，溫度在83 ～90 ℃之間浮動符合發(fā)動機廠家要求。