柴油機(jī)工作時，高溫燃?xì)饧澳Σ辽傻臒釙箽飧祝ㄉw）、活塞和氣門等零部件的溫度升高。如不采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施，將會使這些零件的溫度過高。受熱零件的機(jī)械強(qiáng)度和剛度會顯著降低，相互間的正常配合間隙會被破壞。潤滑油也會因溫度升高而變稀，失去應(yīng)有的潤滑作用，加劇零件的磨損和變形，嚴(yán)重時配合件可能會卡死或損壞。柴油機(jī)過熱，會導(dǎo)致充氣系數(shù)降低，燃燒不正常，功率下降，耗油量增加等。如柴油機(jī)溫度過低，則混合氣形成不良，造成工作粗暴、散熱損失大、功率下降、油耗增加、機(jī)油黏度大、零件磨損加劇等，導(dǎo)致柴油機(jī)使用壽命縮短。

      水冷卻方式是用水作為冷卻介質(zhì)，將柴油機(jī)受熱零件的熱量傳遞出去。這種冷卻方式具有冷卻比較均勻、可使柴油機(jī)穩(wěn)定在最有利的水溫下工作、運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，所以目前絕大多數(shù)柴油機(jī)采用的是水冷式冷卻系統(tǒng)。根據(jù)冷卻水在柴油機(jī)中進(jìn)行循環(huán)的方法不同，可分為自然循環(huán)冷卻和強(qiáng)制循環(huán)冷卻兩類。

1、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)

      自然循環(huán)冷卻是利用水的密度隨溫度變化的特性，以產(chǎn)生自然對流，使冷卻水在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便；缺點(diǎn)是水循環(huán)緩慢，冷卻不均勻，柴油機(jī)下部水溫低，上部水溫高，局部地方由于冷卻水循環(huán)強(qiáng)度不夠而可能產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。并且自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)要求水箱容量較大，故只在小型柴油機(jī)上采用。自然循環(huán)冷卻可分為蒸發(fā)式、冷凝器式和熱流式三種。

2、 強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)

      強(qiáng)制循環(huán)冷卻是利用水泵使水在柴油機(jī)中循環(huán)流動。強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)可分為開式和閉式兩種。在開式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)直接與大氣相通，冷卻系統(tǒng)內(nèi)的蒸汽壓力總保持為外界大氣壓，其消耗水量比較多。而在閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，水箱蓋上安裝了一個空氣-蒸汽閥，冷卻介質(zhì)與外界大氣不直接相通，水在密閉系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，冷卻系統(tǒng)的蒸汽壓力稍高于大氣壓力，水的沸點(diǎn)可以提高到100℃以上。其優(yōu)點(diǎn)是可提高柴油機(jī)的進(jìn)、出水口水溫，使冷卻水溫差小，能穩(wěn)定柴油機(jī)工作溫度和提高其經(jīng)濟(jì)性；與此同時，還能提高散熱器的平均溫度，從而縮小散熱面積，減少水的消耗量，并可縮短機(jī)油預(yù)熱時間。其缺點(diǎn)是冷卻系統(tǒng)零部件的耐壓要求較高。這種冷卻方式目前應(yīng)用最為廣泛。

      如圖1所示為康明斯系列柴油發(fā)動機(jī)閉式強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)示意圖。柴油發(fā)動機(jī)的氣缸體和氣缸蓋中都鑄造有水套。冷卻液經(jīng)水泵加壓后，經(jīng)分水管進(jìn)入機(jī)體水套內(nèi)，冷卻液在流動的同時吸收氣缸壁的熱量并使自身的溫度升高，然后流入氣缸蓋水套，在此吸熱升溫后經(jīng)節(jié)溫器及散熱器進(jìn)水管進(jìn)入散熱器中。與此同時，由于風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)抽吸，空氣從散熱器芯吹過，流經(jīng)散熱器芯的冷卻液熱量不斷地散發(fā)到大氣中去，使水溫降低。冷卻后的水流到散熱器底部后，又經(jīng)水泵加壓后再一次流入缸體水套中，如此不斷地循環(huán)，柴油機(jī)就不斷地得到冷卻。當(dāng)水溫高于節(jié)溫器的開啟溫度時，回水進(jìn)入散熱水箱進(jìn)行冷卻，完成水循環(huán)，這種循環(huán)通常稱為大循環(huán)；當(dāng)水溫低于節(jié)溫器開啟溫度時，回水便直接流入水泵進(jìn)行循環(huán)，這種循環(huán)通常稱為小循環(huán)。循環(huán)演示如圖2所示。

       柴油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，水泵和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也隨之升高，則冷卻液的循環(huán)加快，扇風(fēng)量加大，散熱能力就增強(qiáng)。為了使多缸機(jī)前后各缸冷卻均勻，一般柴油機(jī)在缸體水套中設(shè)置有分水管或鑄出配水室。分水管是一根金屬管，沿縱向開有若干個出水孔，離水泵愈遠(yuǎn)處，出水孔愈大，這樣就可以使前后各缸的冷卻強(qiáng)度相近，整機(jī)冷卻均勻。

二、冷卻系統(tǒng)的基本組成

1、散熱器

      散熱器的作用是將冷卻水所攜帶的熱量散入大氣以降低冷卻水的溫度。散熱器必須有足夠的散熱面積，并用導(dǎo)熱性好的材料制造，其構(gòu)造如圖3（a）所示，它由上水箱（有的帶有空氣-蒸汽閥）、芯部和下水箱三部分組成。上、下水箱用來存放冷卻水，上水箱頂部開有注入冷卻水的加水口，用水箱蓋封閉。柴油機(jī)水套中的熱水從氣缸蓋上的出水口流進(jìn)上水箱，經(jīng)散熱器芯子冷卻后流到下水箱，再經(jīng)下水箱的出水管被吸入水泵。

（1）散熱器芯

       散熱器芯部構(gòu)造形式有多種，常用的有管片式和管帶式兩種。管片式的芯部構(gòu)造如圖3（b）所示，它由許多扁形水管焊在多層散熱片上構(gòu)成。其芯部的散熱面積大，對氣流的阻力小，結(jié)構(gòu)剛度好，承壓能力強(qiáng)，不易破裂，所以目前被廣泛采用。其缺點(diǎn)是制造工藝比較復(fù)雜。管帶式芯部的構(gòu)造如圖3（c）所示，它由波紋狀散熱帶與冷卻扁管相間排列組合而成。帶上開有縫槽，可以破壞氣流附面層以增加傳熱效果。該型芯部的剛度不如管片式好，但制造工藝簡單，便于大量生產(chǎn)，其應(yīng)用有逐漸增多之勢。

      散熱器芯子多用黃銅制造。黃銅具有較好的導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，易于成形，有足夠的強(qiáng)度且便于焊修。為了節(jié)約銅，近年來，鋁合金散熱器也有一定發(fā)展。

（2）水箱蓋

      閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)是一個封閉的系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的蒸汽壓力后，可以提高冷卻水的沸點(diǎn)。由于冷卻水溫和外界氣溫溫差加大，因而也就提高了整個冷卻系統(tǒng)的散熱能力。但如果冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力過大，就可能使散熱器芯的焊縫或水管破裂。當(dāng)冷卻系統(tǒng)中的蒸汽凝結(jié)時，會使系統(tǒng)中的蒸汽壓力低于外界大氣壓力，如果這個壓力過低，散熱器芯部就可能被外界大氣壓壓壞。因此閉式冷卻系統(tǒng)的水箱蓋上裝有空氣-蒸汽閥，其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖4所示。當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力低于大氣壓力0.01～0.02MPa時，在壓差作用下，空氣閥3便克服彈簧的預(yù)緊力而開啟，如圖4（a）所示。空氣從蒸汽引出管5經(jīng)空氣閥進(jìn)入上水箱，使冷卻系統(tǒng)的壓力升高。當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力超過大氣壓0.02～0.03MPa時，蒸汽閥彈簧2被壓縮，蒸汽閥1便開啟，如圖4（b）所示，此時將從蒸汽引出管5中出一部分蒸汽，使冷卻系統(tǒng)的壓力下降。此時，冷卻水的沸點(diǎn)可提高到108℃左右，減少了冷卻水的消耗。

      空氣-蒸汽閥一般安裝在散熱器蓋上，有的柴油機(jī)則安裝在散熱器上儲水箱的側(cè)面。當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)過熱時，如需打開閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)的散熱器蓋，應(yīng)將其慢慢旋開，使冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力逐漸降低，以免蒸汽和熱水噴出傷人。如果要旋松放水開關(guān)放出冷卻水時，也需先打開散熱器蓋，才能將水放盡。

2、風(fēng)扇

      風(fēng)扇的功用是增大流經(jīng)散熱器芯部空氣的流速，提高散熱器的散熱能力。水冷系統(tǒng)的風(fēng)扇要求足夠的風(fēng)量，適度的風(fēng)壓，功率消耗少，效率高，噪聲低以及工藝簡單。在水冷系統(tǒng)中常用的是軸流式風(fēng)扇，這種形式的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)簡單，布置方便，低壓頭時風(fēng)量大，效率高。它一般裝在散熱器芯部后面，利用吸風(fēng)來冷卻芯部。

      風(fēng)扇的構(gòu)造如圖5所示。在固定于帶輪上的風(fēng)扇支架上，鉚著用薄鋼板沖制成的風(fēng)扇葉片。風(fēng)扇的扇風(fēng)量主要與風(fēng)扇直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)目有關(guān)。葉片大多用薄鋼板沖壓制成，斷面形狀多為弧形。但也可用塑料或鋁合金鑄成翼形斷面的整體式風(fēng)扇，雖然制造工藝較復(fù)雜，但效率高，功率消耗小。在有些發(fā)動機(jī)上，冷卻風(fēng)扇的沖壓葉片端部彎曲，以增加扇風(fēng)量。葉片應(yīng)安裝得與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)平面成30°～60°傾斜角。葉片數(shù)目通常為4片或6片。有的將葉片間夾角做成不等，以減小旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動和噪聲。風(fēng)扇外圍裝設(shè)護(hù)風(fēng)圈，可適當(dāng)提高風(fēng)扇的工作效率。