内燃机冷却系统cooling system of internal combustion engine

保证内燃机受热零件在适宜的温度范围内和稳定的配合间隙下可靠运转的装置。在内燃机工作行程中，燃烧气体的瞬时温度可达1800℃以上，直接与高温燃气接触的零件(如活塞组、气缸套、气缸盖、喷油嘴、气门等)强烈受热，必须用循环水或强制空气流将受热零件的热量及时带走，散发到大气中去。冷却系统带走的热量约占燃料燃烧热量的1/3，为提高循环热效率希望冷却带走的热量尽可能少，但冷却不足会引起内燃机充气下降，燃烧不正常，磨损加剧；冷却过强则导致散热、摩擦的损失增加，功率下降，燃油消耗率上升。采用的冷却方式有水冷和风冷两种。农用内燃机用得最多的是水冷式，风冷式在小型单缸内燃机上使用较广，在缺水地区有较大优越性。
水冷系统 通过冷却水将多余热量散发到大气中去，分蒸发式和强制循环式两类。
蒸发式水冷系统 由水箱和水套组成。缸体和气缸盖内的水套与水箱直通。水箱敞口通大气。冷却水从水套表面吸收热量而沸腾，热量随蒸汽散入大气。这种方式结构简单，耗水量多，在小型卧式单缸柴油机上广为应用。
强制循环式水冷系统 由水泵、水套（气缸体和气缸盖内的冷却水流道）、节温器、散热器、风扇等组成(图1)。水泵迫使冷却水流经分水管进入水套，冷却受热零件，吸热升温后，经节温器进入散热器，在风扇的作用下将热量散入大气中，水温下降再进入水泵。风扇和水泵均由曲轴通过胶带驱动，使冷却水不断循环。多缸内燃机普遍采用这种型式。强制循环式在其改进和发展过程中，有的已采用：❶闭式加压的循环冷却系统。该系统提高冷却水的出水温度到120℃，使流经散热器时与冷却空气的热交换效率提高，同时改善部分负荷时的燃烧和降低机械损失。
❷膨胀补偿水箱。它串联在散热器上水室与水泵进水口处之间，位置高于散热器上水室，从而增加了水泵进水口处的压头，驱除气泡防止气蚀，并补充系统中冷却水的减少，提高了冷却系统的可靠性。

图1 强制循环水冷却系统

强制循环式水冷系统冷却强度的调节方法：❶利用节温器改变流经散热器的水流量。通常当冷却水温度低于70℃时，节温器顶阀关闭，侧孔开启，从水套来的冷却水经侧孔流回水泵，冷却水只在水套和水泵之间循环，不流经散热器，这样使冷态的内燃机很快热起来。冷却水温超过80～85℃后，顶阀开启，侧孔关闭，水套来的水全部经散热器冷却，再回到水泵，此时受热零件由冷却水带走的热量通过散热器散出，防止过热。
❷改变散热器前百叶窗的开度可调节流经散热器芯部的空气流量。
❸用变速风扇来调节流经散热器芯部空气量，利用散热器后面气流温度（冷却液温度）自动控制风扇转速，这样可大幅度地节省在低环境温度和部分负荷时风扇消耗的功率。
环境温度在0℃以下，内燃机不工作时，冷却系统中水可能结冰，致使气缸体或气缸盖冻裂。因此在严寒季节，内燃机停放时，应排空冷却水。也可采用凝点低的防冻液作冷却剂来防寒，最常用的防冻液是乙二醇的水溶液，其凝点可达—50～—40℃。
风冷系统 由曲轴直接或间接驱动风扇，产生强大空气流，通过导风罩按一定方向掠过带有散热片的气缸盖和气缸体(图2)，将内燃机的余热带走，散人大气。单缸、小型双缸内燃机多采用离心式风扇，风扇的叶片铸在或安装在内燃机飞轮上，风扇的涡壳常与机体铸为一体；多缸风冷柴油机则采用轴流式风扇。

图2 风冷系统

一般风冷内燃机常不采用调节装置。在功率较大、强化程度较高的车用风冷柴油机上采用液力偶合式风扇以调节风量，使内燃机在不同环境温度和工况下均能得到合理冷却并提高内燃机运行的经济性。