图7-2 管带式散热器芯

1—散热带 2—冷却扁管 3—缝槽

1.散热器

散热器作为柴油机冷却系中的重要部件，它的散热能力在很大程度上决定了冷却系统的工作温度。康明斯柴油机水散热器通常是封闭直流强制循环铜质管带式。散热器芯部结构为管带式，芯管（即冷却水管）呈扁平形，以减少空气阻力，增加散热面积。散热带为波浪形，其上开有按规则排列的许多小窗口，如图7-2所示，增加了空气紊流，提高了散热效率。

在高速柴油机水冷系统的循环水中，往往含有少量的空气和蒸汽。这些空气和蒸汽来源的主要原因包括：由于结构设计的限制，柴油机水套中和某些零件内部有“死区”存在，积滞了一部分空气；在加注过程中，总有部分空气吸附在冷却液中加注进系统；柴油机在高负荷工作时，冷却水在高温区产生沸腾而出现蒸汽泡，当蒸汽泡增多连成一片时就形成气囊；水管接头或水泵本身密封不良时，空气渗入到冷却系统的内部形成空气泡；柴油机燃烧时燃烧压力很高，气缸垫稍有密封不良，或缸盖螺栓稍有松动，高压燃气就很容易从气缸内窜入冷却系统中而形成气囊；在冷却系统中，若冷却液面太低，在冷却系统的空间也会存在大量的空气。这些气体如果不能排出就会在冷却液循环时产生气阻。气阻对柴油机危害是相当大的：①水泵在工作时，气体和冷却液一起循环而减少了水的流量，引起柴油机内部温度升高，甚至会造成柴油机过热，导致柴油机水套内局部沸腾，致使局部的热应力猛增。②在冷却液中残留的空气会造成局部冷却不均匀，以及燃烧的废气溶解在冷却液中易形成酸，引起零件生锈和腐蚀，使零件的寿命缩短。③渗入的气体会使缸套、水泵产生穴蚀而加速损坏。

为了解决水泵产生穴蚀，散热器上水室低、去除冷却系统中的空气和水蒸气等问题，康明斯柴油机采用了高位后置式强制除气装置——膨胀水箱，膨胀水箱的主要功能是：

1）在冷却回路中提供冷却液的膨胀空间（即作为膨胀室），使冷却液和空气分离，驱除水路中的气体，消除冷却液的气阻。

2）容纳从散热器溢流出来的冷却液，并使之流回到冷却系统中去，防止冷却系统中冷却液的减少。这对于加注防冻液、防锈剂的冷却系统更为重要，因为一般柴油机的冷却系统中如果没有膨胀水箱，水受热膨胀后，水蒸气将通过散热器的蒸汽阀排出；且随着时间的推移，冷却液逐渐减小，而膨胀水箱可减少冷却液的损耗。膨胀水箱也可用于贮存因柴油机熄火之后发生的后沸腾而失去的冷却水。柴油机在长时间热运转或高速大负荷运转后，立即停止运转或怠速运转时就会发生后沸腾现象。这是因为此时冷却液停止或大大减慢了循环速度，使冷却液的热量散发不出而产生了后沸腾。总之，膨胀水箱能避免冷却液的损失。

图7-3 膨胀水箱

1—呼吸阀 2—膨胀水箱 3—平衡管 4—水泵 5—上水室 6—除气管

膨胀水箱在冷却系中的布置如图7-3所示，膨胀水箱与散热器并联在水路中，并高于散热器，其位置越高，对抑制气囊形成的作用越有利，但对系统的耐压性要求也越高，一般膨胀水箱的底部至少高于出水总管600mm。

冷却系统的最低压力出现在水泵叶轮进口处，所以膨胀水箱通过平衡管3和水泵4的进口处相连，以防止该处压力下降。膨胀水箱由于设置的位置比柴油机水路中任何一点都高，利用它的水位压力就可以部分甚至全部平衡水泵吸水处可能产生的真空度，这有利于减少水泵叶轮和壳体上的穴蚀，延长水泵的使用寿命。在散热器的上水室5容易发生气滞的地方利用除气管6与膨胀水箱相连，这有利于把空气引至膨胀水箱，使气水分离。一般在缸盖出水管的一端也接有除气管，该位置是缸盖水套的最高点。冷却系统大循环开始后，汽水混合物流经除气管进入膨胀水箱，气（汽）水混合物进入膨胀水箱后发生分离，并使气（汽）体排除，维持系统压力在一定的范围。不含气（汽）体的冷却液从水箱底部流经回水管回到水泵进水口，重新参加循环。

工作时，被柴油机加热的冷却液具有膨胀空间，很少从溢流管滴漏出去，从而避免冷却液的损失。膨胀水箱提供一定量的冷却液储备，可保证长期不需加水，也便于添加冷却液。在这个闭式冷却系统中，冷却液在散热器和膨胀水箱之间来回流动，虽然膨胀水箱中冷却液液面有时升高或降低，但散热器中总是充满冷却液。同时，在强制除气循环中，除气管口径与回水管口径的匹配很重要，除气管口径过大，则除气循环流量增加，回水流量加大，气（或蒸汽）水混合物在膨胀水箱中的除气时间减少，部分气泡未来得及排入膨胀空间又被带回柴油机水套中，除气不净；除气管口径过小，则除气循环流量减小，部分气体或蒸汽无法进入除气循环中，而被大循环或小循环带走，同样产生除气不净。因此柴油机除气管与回水管是经过多次试验选定的，不能随意用其他口径的管子代替。

带有膨胀水箱的冷却系统中，散热器盖基本上是永久安装而不拆卸的，只有在大修时，彻底清洗冷却系统才可拆开。当仅仅是为了检查冷却液液面高度或添加冷却液时，不应拆下散热器盖。液面高度可在膨胀水箱上检查（一般在膨胀水箱上都作有标记，以指出正常的、热的和冷的冷却液的液面位置），冷却液可从膨胀水箱加入。

2.水泵

水泵的作用是对冷却液加压，使冷却液在冷却系统中加速循环流动，增强冷却效果。

康明斯B、C系列柴油机冷却系统所采用的水泵总成结构如图7-4所示，水泵由传动带驱动，为半开单级蜗壳离心式，安装在柴油机缸体的前端面上。水泵蜗壳坐落在缸体前端，与缸体铸成一体。其进水口与旁通管路作为气缸体的一部分均在气缸体内部。它由水泵壳体1、水泵带轮2、滚针轴承3、水泵水封4、水泵叶轮5、矩形密封圈6组成。

水泵叶轮装配在轴上，与轴的连接是压入配合，必须经3.46kgf·m的转矩试验而不松动，以防止冷却液的泄漏。水泵叶轮5和水泵壳体1之间靠水泵水封起密封作用。水泵水封4是由紧压在水泵壳体座圈上的烧结石墨静环和紧压在联轴滚针轴承轴上的陶瓷动环组成，静环和动环的摩擦面都经过仔细的研磨，具有良好的密封性能。水封的外径涂用密封胶，保证水泵静环与壳体相对静止不运动，并提高密封效果，烧结石墨静环具有较好的技术性能，使用寿命较高。矩形密封圈6实现水泵壳体与缸体间的密封。水泵壳体下部有一个7mm的泄水孔，由水封处渗漏的水可以从泄水孔流出，不能将此孔堵住来防止漏水，以免水积聚在水泵腔内浸泡轴承，破坏轴承润滑。如果水泵运转时或柴油机停机时从孔中漏水不止，必须将水泵总成拆下仔细检查，确定是水泵故障必须更换水泵总成，水泵总成不能分解检修。

图7-4 水泵总成结构

1—水泵壳体 2—水泵带轮 3—滚针轴承 4—水泵水封 5—水泵叶轮 6—矩形密封圈 7—泄水孔 8—陶瓷动环 9—石墨静环

柴油机运转时，曲轴带轮通过传动带传动，带动水泵叶轮和冷却液旋转。在自身的离心力作用下，冷却液沿叶片向叶轮的边缘甩出，并被叶轮排出的冷却液沿着蜗壳上与叶轮成切线方向的缝隙通道，进入压出室。其大部分速度能转换成压力能，然后被压送进柴油机气缸体和缸盖的水套中去。此时，叶轮进口处因液体的排出而形成低压或真空，对水泵进水口产生一定的吸力，并使水箱中的冷却液经进水管被强制吸进水泵的叶轮进口。旋转着的叶轮连续不断地吸入和排出冷却液，形成冷却系统内的强制循环。

图7-5 康明斯K19柴油机水泵总成

某些康明斯柴油机使用的离心水泵，泵体不铸在机体上，如K19系列柴油机水泵装于柴油机的左侧。康明斯K19柴油机水泵总成如图7-5所示。水滤清器装在水泵上。水泵由花键轴带动的齿轮驱动，水泵有2个防摩擦的球轴承，由来自柴油机的压力润滑油进行润滑。水泵轴两端装有水封和油封。油封和水封之间的空腔通向通气口，这样可以防止在发生泄漏时润滑油或冷却液造成的污染。从通气口渗出的润滑油或冷却液不会影响柴油机运行。在推荐的保养间隔期应检查通气口是否堵塞。

3.节温器

康明斯B、C系列柴油机采用的是蜡式、底通型节温器，如图7-6所示。推杆3的一端固定在支架1的中心处，另一端插入胶管5的中心孔中。胶管与节温器外壳7之间形成的腔体内装有精制石蜡4。常温时，石蜡呈固态，弹簧8将主阀门2推向上方，使之压在阀座上，主阀门关闭；而副阀门随着主阀门上移，离开阀座打开。当柴油机水温升高时，固态蜡逐渐变成液态，其体积膨胀，迫使胶管收缩，从而对推杆锥状端头产生上举力。固定不动的推杆对胶管、节温器外壳产生向下的反推力。当柴油机水温达到规定的水温时，推杆对节温器外壳的反推力可以克服弹簧8的预压力，主阀门下移开始打开，副阀门下移逐渐关闭。当水温达到和超过主阀门全开温度时，主阀门全开，而副阀门正好完全关闭。(www.daowen.com)

以康明斯B系列柴油机节温器为例（见图7-7），说明其工作过程。当柴油机开始运行时，冷却液温度较低（低于83℃），节温器主阀门全闭，而副阀门全开，来自柴油机缸盖出水口的循环热水从节温器副阀门的通道流回水泵进行小循环。当冷却液温度达到节温器主阀门开启温度时（≥83℃），随着温度的逐渐升高，主阀门慢慢开启，副阀门慢慢关闭，节温器主阀门、副阀门均处于半开状态，冷却液的大、小循环同时进行。当温度达到和超过主阀门全开温度时（≥95℃），主阀门全开，达到最大升程，节温器副阀门正好全部关闭了小循环通道，这时全部冷却液沿出水管进入散热器进行冷却，进行大循环。

图7-6 蜡式节温器

1—支架 2—主阀门 3—推杆 4—石蜡 5—胶管 6—副阀门 7—节温器外壳 8—弹簧

图7-7 康明斯B系列柴油机节温器工作过程

4.水滤器

康明斯C系列、N系列柴油机都装有水滤器。水滤器滤芯装在壳体内，需定期更换。水滤器中装有由多种化学元素组成的DCA滤芯，这种滤芯可与清水或永久性防冻剂（防漏防冻剂除外）配合使用。冷却系统中一小部分冷却液流经DCA水滤器，对冷却液进行滤清并释放DCA成分，以保证冷却液中必要的DCA浓度。其作用是调节冷却液酸碱度；抑制和防止水垢及沉淀物的堆积；防止气缸套被穴蚀和腐蚀；消除和防止冷却系统产生气泡。DCA在冷却液中的浓度随柴油机工作时间的延长不断地被稀释，因此应定期更换滤芯（每250h或6个月进行B级保养时更换）。若使用中需要增加冷却液，则必须按照维修规程，对冷却液中的DCA含量用随机所带的“冷却液检查包”中的药品进行检查，以确定所应添加的DCA数量，DCA的含量应维持在0.32～0.79单位/L之间。需要说明的是，检测的整个过程需在75s内全部完成。

此外，还应注意的是：

1）B级保养时所更换的DCA滤芯与新柴油机上所装的预装滤芯不同。因为B级保养时冷却液已有DCA含量，而新柴油机中是清水，两者的DCA含量不同。

2）在冬季，最好在冷却液中加用防冻液，以免冷却液冻结，而不需要采取每天放掉冷却液的办法，因为这样会浪费DCA。如光用清水则会使气缸套严重穴蚀。

3）在装有DCA水滤器的柴油机上不能使用防漏剂，因防漏剂会堵塞DCA水滤器，所以“防漏防冻液”不可用在康明斯柴油机上。

4）如果需补充加入冷却水，则应使用预先经处理的冷却水。

5）每次放空冷却系统中冷却水后，应装入预装滤芯。

6）为确保有效的防护作用，每换三次滤芯或间隔更短的时间内就应检查一次冷却液。

水滤器座可装到节温器壳上或远距离安装在水滤器歧管上。水滤器座有两种形式阀门，即阀式水滤器座（见图7-8）和柱塞式水滤器座。它们的作用都是在更换水滤芯时关闭柴油机的水路，这样在更换水滤芯时就不必放尽冷却液。

5.风扇

图7-8 阀式水滤器座

风扇安装在散热器的后面，其功用是当风扇旋转时，使冷空气以一定的速度和流量通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。风扇的位置应尽可能对准散热器芯的中心，以提高散热效果。为了提高冷却效率，在散热器上安装有导风罩，使通过散热器芯部的气流分布更均匀；同时集中穿过风扇，减少空气回流现象，由于散热器是安装在机架上，风扇安装在柴油机上，各自部位所承受的振动不同，因此风扇叶端与导风罩之间应保持15～20mm的间隙。风扇的扇风量主要与转速、直径、叶片形状、叶片数目及叶片安装角度有关。叶片数目通常为4～7片，安装时与风扇的旋转平面成30°～45°倾斜角。为了减少叶片扇风时的振动和噪声，叶片间往往相互成不等角安装，一些康明斯柴油机还在风扇与连接法兰之间安装橡胶减振块，用于吸收曲轴的扭振，以达到保护风扇叶片，并使它不致因扭振的影响而发生断裂。风扇传动带应保持一定的张力，若传动带过松，传动带与带轮之间就会打滑，使风扇和水泵的转速下降，影响散热效果，传动带也易磨损；若传动带过紧，则会使水泵轴承受的侧向力增加，加速水泵和传动带的磨损。康明斯柴油机多采用张紧轮来自动调节传动带张紧度。

在使用中不要用拉动或撬动风扇的方法来转动柴油机，否则会造成严重的人身伤害或使风扇损坏。不要试图修理断裂或弯曲的叶片或缺少平衡重的叶片，否则会破坏风扇的动平衡。不要用通过弯曲叶片的方法来增加送风能力。弯曲叶片会造成材料的应力增加，从而造成风扇故障。

6.冷却液

对于冬季温度在零度以下的地区，必须使用防冻液，否则可能会冻裂机体和机油冷却器等部件。康明斯系列柴油机冷却系统要求使用长效防冻防锈液，它含乙二醇50%（容积比），在标准大气条件下，沸点为109～110℃、冰点为-40℃。经试验证明，该冷却液对各种金属和橡胶都无腐蚀作用。

使用防冻防锈液主要优点是：

1）保证柴油机冷却系统水道内腔不会结垢，以免影响散热性能。

2）防冻防锈液的沸点比水高，提高了冷却系统性能，防止柴油机冷却系统产生“开锅”现象。

3）可调节乙二醇配比，满足极寒地区的使用要求，保证柴油机在所有地区均能安全过冬。

在密封良好的除气循环冷却系统内，只要整个系统无泄漏现象，无需经常添加冷却液，并可长时间使用，大大减少了维修保养工作量。