冷却系统水温对车用柴油机性能的影响

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
图 5 表示了机械损失功率 Pm 与机油温度之间 的关系。 从图中可知,油温在某一特定值 tm 时机械 损失功率有最小值 Pm 最小,高于 tm 时,由于机油粘 度减小,油膜易破,机油损失,导致润滑不良,摩擦损 失增加,严重时会损伤柴油机零件。这种情况易在冷 却不足、柴油机过热时产生;如果油温过低,则机油 粘度增大,Pm 也增大,使柴油机的动力性下降。
由以上分析可以看出,较高的冷却水温使燃油 的经济性提高,但冷却水温度过高,由于燃烧室和燃 气温度升高,使柴油机充气效率下降,各缸进气量减 少,因而使燃烧过程延长或恶化,反而会使柴油机功 率下降,油耗增加,所以冷却水要维持适宜的温度以 保证发动机的正常工作。 1.2 适宜的冷却水温有利于柴油机动力性能的提高
适宜而稳定的冷却水温度能保证柴油机正常使 用的可靠性,并能延长其使用寿命。 相反,柴油机受 热不均匀,局部温度异常升高,则会造成各种问题。 柴油机内燃烧产生的热对围绕发动机燃烧室的各种 零部件加热,在冷却状态差时,燃烧室的气缸盖、分 开式燃烧室、活塞、排气门等处过分地受热,如图 6 所示,会使材料强度下降,磨损加大,影响该部分零 件及周围结构的可靠性及使用寿命,严重时甚至发 生故障,造成柴油机报废。
t
tf1 燃气 tw1
q δ
冷却水
tw2 tf2
x
图 1 燃气将热量传给冷却水
大,则柴油机的热能损失较大。在保证柴油机正常工 作的前提下,为了减少该项损失提高燃油经济性,应 尽量提高冷却液的温度。
其次,由于冷却水温度提高,在同样负荷下,燃 烧室内壁温度将有所提高, 从而使压缩终了温度有 所提高。温度提高将改善燃油的汽化条件,能明显缩 短滞燃期,改善燃烧过程。 图 2 为某车试验结果,示 出了发动机冷却水温度对经济性的影响。 冷却水温 度从 50℃增加到 85℃,可提高经济性约 3%。
文章编号: 1673-3142(2009)10-0034-04
Influence of the Water Temperature of Cooling System to Diesel Engine Performance
SUN Yun-zhu (Road Construction Section, Shandong Dongying Road Bureau, Dongying 257041, China) Abstract: The influence of abnormal water temperature of cooling system to the diesel engine of vehicles is described, the causes to abnormal water temperature are briefly analyzed, corresponding resolve plan is presented. Keywords: cooling system; water temperature; diesel engine
替循环中的定容放热过程。
由此可以得到在吸热和放热过程中, 从高温热
源吸收和传给低温热源的热量分别为
q1=hptp (TH-Tcp)
(3)
q2=hctc (Tc-TL)
(4)
式中 hp、hc— ——吸热和放热 过 程 中 的 传 热 系 数 ,在
内燃机循环分析中,常数 hp=hc,分析中用 h 表示;tp、
μ=μ0ebp(
t0 t
)k
(11)
·36·
式中 μ、μ0— ——分别为润滑油在压力 P 与标准大气 压(101325Pa)下温度 t 与某标准温度 t0 时的动力粘 度(Pa·S);
k、b— ——某种润滑油所对应的常数。 一般取 b= 0.014~0.003,k≈2
p— ——润滑油所承受的表压力(或称相对压力), Pa;
概述
冷却系统在维持车用柴油机正常工作方面起着 重要的作用。 现代车用柴油机的冷却系统绝大部分 采用水作为冷却介质,通过水的循环运动和散热器 的对流换热作用带走柴油机工作中的热量,散热状 况的好坏直接影响水温的高低,从而对柴油机的工 作有重要的影响。
1 冷却水温对柴油机经济性和动力性的影响
1.1 适当提高冷却水温度有利于提高发动机的经
(6)
q2
可以导出发动机理论循环输出功率 P和热效率
η 为:
! " P=ah(TH-TCP)
1- bTL (a+b)Tcp-aTH
(7)
·35·
2009 年第 10 期
农业装备与车辆工程
抗 位 强 度 (测 定 例 ) / kgf/mmg
轴承磨损 / mg
η=1- bTL
(8)
(a+b)Tcp-aTH
5
燃油经济性提高 /%
4
3 48km/h
2
1
102km/h
50 55 60 65 70 75 80 85 出 水 温 度 (℃)
图 2 发动机冷却水温度对经济性的影响
孙运柱 : 冷却系统水温对车用柴油机性能的影响
2009 年 10 月
冷却水的温度对气缸壁面的温度 Tw 有很大影 响,冷却液温度的变化将会导致气缸壁面温度成比 例 改 变 ,钱 兰[1]的 研 究 表 明 壁 面 温 度 水 平 对 缸 内 换 热特性具有影响,进一步影响到混合气的燃烧,因而 提高冷却介质温度能减少工质传给气缸壁的热量, 而且可以降低水泵消耗的功率, 使机械效率增加。 前苏联实验表明, 冷却水和润滑油温度每提高 10℃,发动机有效效率可以提高 3.5%-4.0%。 对于发 动机性能的影响,从节约燃油消耗来讲,显然冷却水 温度越高越经济。 图 3 示出在 L207E 型单缸机上的 试验结果, 该发动机采用机油冷却活塞。 在 65℃、 75℃、85℃时试验了冷却水温 度 改 变 时 对 其 所 带 走 的总散热量的影响。 由图可以明显看出,随机油和 冷却水温的提高,带走的总热量 Qw 逐渐减少。 当水 温和机油温度同时由 70℃提高到 85℃和 95℃时,燃 油消耗量分别降低 4.9 和 10.2g/KW·h。 10t 载重汽 车用水冷柴油机的冷却水温度与燃油消耗率的关系 实例见图 4,可以看出,随着冷却水温的提高,消耗 单位体积的燃油汽车所行驶的距离也随着增加,即 提高了燃油的经济性。
t0、t— ——润 滑 油 的 某 一 标 准 温 度 及 在 压 力 p 时 的温度,℃。
从该式中可以看出,润滑油的动力粘度 μ 与温 度 t 的二次方成反比, 即随着温度的升高润滑油的 动力粘度急剧下降。 润滑油动力粘度降低会使润滑 作用降低,并且由于机油变质,发生异常磨损,粘结 等故障。
随着温度升高,腐蚀磨损也呈增大趋势。冷却系 统水温正常时,柴油机工作状态良好,气缸壁与活塞 环之间总存在一层润滑油膜。 而当柴油机处于异常 工况时,气缸与活塞环之间的润滑油膜遭到破坏,两 者有微小部分金属面直接接触,摩擦造成局部高温, 使之熔融粘着、撕脱,并逐步扩展造成粘着磨损。 如 果这时油膜得以及时恢复, 且能起到充分的清洗和 冷却作用,使温度下降,微小熔着部分脱落而不会扩 展;如果油膜恢复迟缓,熔着扩展将导致大范围异常 磨损,缸壁、活塞及活塞环急速遭到严重损伤,在缸 壁表面上会呈现熔融流动状况,显出不均匀、不规则 边缘的沟痕和皱褶,严重影响柴油机的使用寿命。如 图 7 所示为润滑油温度与轴承磨损[2]关系的实例。
冷却系统水温对车用柴油机性能的影响
孙运柱
(山东省东营市公路局公路工程处,山东 东营 257041)
摘要:阐述了冷却系统水温异常对车用柴油机造成的影响,对冷却系统水温异常的原因作了简要分析,提出了相
应的解决方案。
关键词:冷却系统;水温;柴油机
中 图 分 类 号 :U464.138
文 献 标 识 码 :B
200 SAE20 SAE30
SAE40 100
SAE50
图7
02
4
6
8
动力粘度 150℃ / 106s-1cP
高温轴承磨损例[2] (1cP=10-3Pa·s)
不但过高的温度有损柴油机的使用寿命, 温度 过低也影响柴油机的使用寿命。 当气缸壁温度低于 露点时,气缸壁发生化学腐蚀。柴油机的燃烧产物中 含有 CO2、CO、SO2、SO3、NOx 和水蒸气等, 酸性物和 水蒸气极易凝结在气缸表面上, 在缸壁发生化学反 应,生成化学腐蚀;在冷却水温低和低温起动时,缸
孙运柱 : 冷却系统水温对车用柴油机性能的影响
2009 年 10 月
壁温度低, 这时水蒸气会在缸壁上凝聚成水,CO2 、 SO2 、SO3 及部分 NOx 极易与水分形成酸性物,酸性 物侵蚀油膜后,会与缸壁发生剧烈的电化学反应,造 成电化学腐蚀。 腐蚀沿着缸孔材料组织中的石墨发 生,在气缸上部形成疏松的细小洞穴,进而在摩擦作 用下造成缸壁金属脱落。 此外,温度低,燃油雾化不 良,燃油呈滴状,冲刷气缸壁,洗掉油膜,破坏了润 滑,加剧了磨损。 实践表明,冷却水温度愈低,磨损速 度愈大。 水冷柴油机的冷却水温度与活塞环磨损[3]、 气缸磨损[4]的实例图见图 8。
2009 年第 10 期 (2总00第9 年21第9 期10) 期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQ农UI业PM装E备NT与&车V辆EH工IC程LE ENGINEERING
No.10 2009 (Totally 219)
doi:10.3969 / j.issn.1673-3142.2009.10.009
tc— ——吸热和放热过程所经历的时间,若令一个循环
的时间为 t,则可认为 tp=at,tc=bt,其中 a,b 均为小于
1 的常数;TH、TL— ——高低温热源温度并且有 TH﹥Tcp
﹥Tc﹥TL。
由(3)、(4)及热力学公式,根据输出功率表达式:
P= q1-q2
(5)
t
和热效率 η 表达式:
η=1- q1
温度 /℃
常 温 200
400
600
800
100
80
60 FCD40
40 FC25
20 AC8A-T5
0
最高温度 (测定例)
活塞 气缸盖 排气 顶部 底部 门座
21-4N
SUH31B
预燃室 喷口部
图 6 零部件材料强度与温度的关系
冷却不充分还对柴油机各个滑动部分的润滑油
产生热影响。润滑油的粘度随温度变化的公式如下:
由分析可以看出,热效率增大能使柴油机输出
功率增加,使柴油机的动力性提高;冷却散热会使热
效率降低,所以适当提高冷却液温度可以增加发动
机有效功率的输出。
综上所述,冷却水应保持适宜的温度,避免偏低
的数值,既可减少散热损失,改善燃烧过程,又有利
于提高发动机的动力性和经济性。
2 冷却水温度对柴油机可靠性和使用寿命 的影响
由(7)、(8)消去 Tcp 后,得到输出功率 P 与热效
率 η 之间的函数关系式:
P=
abh a+b
(TH-
TL 1-η

(9)
由 式 (9)可 导 出 ,当 a、b、h、TH、TL 为 常 数 时 ,P
有极大百度文库:
姨 Pmax=
abh a+b
TH(1-
TL )2 TH
(10)
姨 此时 η=1-
TL TH
Pm / kw
Pm 最小
tm
t/℃
图 5 机械损失功率 Pm 随机油温度的变化
冷却损失的热是热效率降低的原因之一, 同时
热效率同柴油机输出功率之间有具有一定的关系。
应用加拿大学者 Curzon 的有限 时 间 热 力 学 理 论 分
析发动机的动力性:以工质的当量温度为 Tcp 的可逆
等温膨胀过程和工质与高温热源间的传热过程来代
由(1)可以看出,燃气通过壁面传给冷却水的热
量与燃气和冷却水两者的温差成正比,即当燃气和
冷却液的温度相差不大时,那么通过壁面损失的热
量就会减少;相反,如果冷却液的温度较燃气相差较
收 稿 日 期 :2009-08-20 作者简介:孙运柱,工程师,主要从事工程机械管理与维修、交通工程 施工管理。
·34·
冷却水温度直接影响机油的温度,而润滑油粘
度对摩擦损失影响较大, 将直接影响机械损失及机 械效率的大小, 从而对柴油机的动力性带来较大影 响。 粘度大则机油内摩擦力大,流动性差,使摩擦损 失增加,但其承载能力强,易保持液体润滑状态;反 之,机油粘度小,则流动性能好,消耗的摩擦功小,但 承载能力差,油膜易破裂而失去润滑。
济性
在柴油机工作过程中,燃气通过气缸盖壁、气缸
壁将热量传给冷却水(图 1),从传热学可知,其传热
计算公式为:
q=K(tf1-tf2)
(1)
q= λ δ
(tw1-tw2)
(2)
式 中 q— ——热 流 密 度 ,J/m2·h;K— ——传 热 系 数 (J/
m2·h·℃);tf1,tf2— ——燃气和冷却液温 度 ,℃;λ— ——材 料 导 热 系 数 ,J/m·h·℃ ;δ— ——壁 厚 ,m;tw1,tw2— ——内 外壁面的温度,℃。
相关文档
最新文档