节温器在某型柴油机的优化与应用

代文惠

摘要：本文针对某型号柴油机采用石蜡式节温器后的使用效果及产品可靠性进行阐述;通过对节温器的优化和设计，并对其进行流量匹配、性能对比试验;通过在某型柴油机冷却系统中增加节温器装置，来提高车辆的加温速度，大大改善柴油机的工作状况，提高产品的可靠性。

关键词：低温起动;冷却系统;节温器

中图分类号：U664.121.1                                文獻标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）15-0005-02

0  引言

冷却系统是发动机的重要组成部分，对发动机的动力性、经济性和可靠性有较大影响。而在冷却系统中，节温器起到了至关重要的作用。它是发动机冷却系统中受冷却液温度控制的阀门，是一种自动调温装置，一般布置在与散热器串联的管路中，调整流经散热器的冷却液流量。目前在民品市场车用柴油机上使用已经很频繁，但在某型柴油机上一直未使用。节温器主要为石蜡式节温器，利用感应体内石蜡的热胀冷缩现象来控制主阀门的开启和关闭。

当冷却温度低于规定值时，节温器感温度体内的精致石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭柴油机与散热器之间的通道，冷却液经水泵返回柴油机，进行柴油机内小循环。当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始融化逐渐变为液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力，推杆对阀门有向下的反推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水泵流回柴油机，进行大循环。

节温器是根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量，改变水的循环范围，以调节冷却系的散热能力，在较短的时间内保证发动机冷却系统和润滑系统的温度快速提升，满足柴油机的使用要求。节温器必须保持良好的技术状态，否则会严重影响柴油机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟，就会引起柴油机过热;主阀门开启过早，则使柴油机预热时间延长，使柴油机系统温度过低，影响柴油机的使用性能。

1  某型柴油机安装节温器的目的和意义

随某型柴油机在全领域使用及提高环境适应性，某型柴油机需要适应高原地区及高寒地区的使用。高原地区温度较低，尤其在秋冬时节，发动机在加温过程漫长，长时间处于低速低负荷状态，极易造成过冷，易产生不规则喷射与后喷滴油，使得燃油雾化变差，燃烧恶化，会造成后燃严重等问题，对燃烧室零件的可靠性也极其不利;低速运动和低压、低流量、高阻力的润滑油供应，不能维持运动件润滑的正常油膜且机油容易被燃油稀释，加剧磨损;在过冷环境下工作，燃烧形成的氧化硫等产物会与过冷缸壁上凝结的水结合，形成酸性介质，进而产生酸性介质腐蚀磨损;同时燃烧变差，容易产生不完全燃烧及提前熄燃、未燃等现象。

在客户使用中当及时发现车辆排烟口的排烟有一个不正常或有明显差异，如果及时停止使用，对其进行分解、检查，会发现有个别缸活塞损坏，活塞顶部掉块。更换活塞复装后，柴油机可正常工作，损失相对较小。如不能及时发现或不加以重视仍继续使用，就将会造成车辆排烟口喷铝沫，活塞发生顶缸等严重故障。为了保证产品的可靠性，选用节温器装置对柴油机的冷却系统进行优化设计有着重要的意义，也显得非常必要。

2  某型柴油机节温器装置的优化设计

由于某型柴油机在环境温度较低时使用，加温非常困难，一般加温需要较长时间才能达到规定的起动要求，柴油机起动后也需要较长时间油温、水温才能达到使用要求，柴油机不能在最佳的热状态下工作，客户甚至未达到使用要求就进行了非正常使用，造成了柴油机的损坏。因此，必须在车体冷却系统中增加一节温器装置，来提高车辆的加温速度，改善柴油机的工作状况。

柴油机在低负荷工作时，冷却液也一直要通过散热器进行散热，机体温度难以上升和维持。在进气温度低的情况下，造成压缩行程压缩终了时的温度低，使缸内不易形成有效的燃烧并使燃烧恶化，最终导致燃烧室部件烧损。

安装节温器后的柴油机，当水温低于75℃，节温器关闭，发动机的出水直接回到水泵，在发动机内部进行小循环;当水温高于75℃，节温器开启，发动机的出水部分回水泵，部分回散热器;当水温高于90℃，节温器全部打开，小循环关闭，发动机出水全部回散热器进行大循环。节温器装置原理图见图1及水循环图见图2。

3  某型柴油机节温器的设计及流量匹配分析

节温器与柴油机冷却系统匹配必须保证其全开时流通面积大于柴油机现有水管的流通面积，使其对发动机冷却系统内部阻力影响。

节温器大循环全开流通面积：

节温器小循环流通面积：

车体冷却水管流通面积：

式中：D1为节温器外径;l为节温器行程;D2为节温器内径;D3为车体冷却水管内径。

结论：节温器的大、小循环流通面积均大于车体水管的流通面积，因此该节温器满足流量需求。

4  节温器安装试验情况

①鉴于节温器在整车布置位置的要求，通过与客户联系直接在整车进行安装和试验。

②对在某型柴油机上加装节温器的实际效果进行了试验，情况如下：

1）车体加装节温器加温锅加温试验情况：

水温初始温度：45°C;加温到70°C所用时间：2′12″;加温到75°C所用时间：3′30″。

通过起动发动机进行循环冷却水，水温下降3-5°C，不需进行二次加温。

2）车体未装节温器加温锅加温试验情况：

水温初始温度：45°C;加温到70°C所用时间：5′30″;加温到75°C所用時间：7′30″。

通过起动发动机进行循环冷却水，水温下降15°C左右，还需进行二次加温，二次加温时间为第一次加温时间1/3。

注：由于客户按规范不允许冷车起动，只能用加温锅加温进行试验。

3）车体加节温器跑车试验情况：

水温70°C时开始跑车，13分钟后水温平衡在85°C。（由于受场地限制，跑车只能根据现场道路情况增减档位）具体实验数据见表1。

③试验结论：

从试验情况看，某型号柴油机安装节温器后，加温锅加温时间和发动机暖机时间大幅度缩短，发动机始终处于理想工作温度范围内。同时加温快，加温时间缩短了1/2，既保护了发动机，也保护了加温锅，并大大缩短了起动准备时间，快速提升冷却系统的升温速度，避免柴油机长时间在低速、低负荷工况下工作，从而进一步提高了柴油机的热效率，燃烧完全，从而保证柴油机工作的可靠性，很受使用人员欢迎。

5  结论

某型柴油机上安装节温器装置后，在低温工作时，散热器的冷却水不参与系统循环，柴油机内的冷却水升温很快，同时在工作过程中，冷却水一直处于理想的工作温度，柴油机的热效率较高，燃烧完全，从而保证柴油机工作的可靠性。在冬季，当环境温度低于5°C时，柴油机装节温器后，仅对柴油机冷却腔内的水冷却水加温，不需要对散热器的冷却介质加温，可大幅度缩短冷却液加温时间，可由目前的40分钟缩短至15分钟左右;大幅度缩短发动机启动后的自行暖机时间;在柴油机使用过程中，可保持柴油机水温和本体温度不低于80℃，可以缓减进气温度低带来的影响。

经过某型柴油机安装节温器进行试验表明，发动机在怠速时，10分钟水温及升至40℃，工作半小时后，柴油机无排油现象，冒浓白烟也变为冒清白烟，且对柴油机性能没有影响，水泵流量不变，对冷却系统也没有任何影响。

此次优化应用是积极地、有效的，主要体现在解决了某型柴油机升温困难，减少了低温低负荷带来的危害。同时也为今后装备的改进方法提供了经验，即不改变现有装备的情况下，增加新装置使装备具备新功能或解决装备使用时无法避免的一些问题。为今后的设计、发展提供了新思路，可进行推广，适用于所有现役的装甲车辆，经济价值不可估量。

参考文献：

[1]杨连生.内燃机设计[M].北京：中国农业出版社，1981.

[2]吴兆汉，等.内燃机设计[M].北京：北京理工大学出版社，1999.

[3]李勇.浅谈发动机节温器的发展现状[J].汽车零部件，2020（07）.