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机油冷却器设计

  发动机的润滑统,不仅保证发动机各运动件及各轴承的可靠润滑,同时也对这些部位进行冷却,机油冷却器的作用就是把机油热量散掉,防止机油温度过高。

  在发动机整机中,机油冷却器是串接在机油滤清器和主油道之间的,但当冷却器堵塞或内部阻力大于196kPa时,设置在其盏板上的安全阀即被打开,使机油不经冷却器而直接进入主油道,以保证整个润滑系统能正常、可靠地工作。图8-20表示了柴油机典型的润滑系统。

  机油冷却器即按结构又分为管壳式、管翅式及板翅式三种结构型式,目前在多数车用柴油机上采用板翅式的机油冷却器。这种机油冷却器具有体积小、质量轻、结构紧凑、散热效率高等特点,每立方米传热面积可达350m2~500m2,传热系数可高达5000kJ/ m2.h.℃。仅就传热性能与管壳式相比,在相同的油、水流量下,传热系数比管壳式高70%-80%,而阻力高15%一30%。由于该种机油冷却器的这种特点,它可安装在发动机机体水套旁,使发动机整体布置方便,整机结构紧凑,整齐美观。

  以下,仅就板翅式机油冷却器的选型、设计、试验和生产等方面的一些问题进行阐述。

  翅式机油冷却器他是由上下板片及中间翅片的单元,并根据发动机功率大小,由若干层单元体钎焊而成的板翅式机油冷却器总成部件,以满足所需散热量的需求。

  (H式)两种结构型式。例如:CA6110A型柴抽机上用的38Z4型板翅式机油冷却器即是进出油口中心距为385mm,每个单元体内翅片放置为直流(2式)方式,由四个单元体组成的机油冷却器总成部件(见图8-21)。

  板翅式机油冷却器单元体内的翅片是该种机油冷却器的主要结构特征,也是决定这种机油冷却器热性能的关键,翅片是冲有类似百叶窗口的凸凹形结构,这不仅增加了油侧传热面积,也增强了机油流动时扰动,从而提高了散热效果(见图8-23)

  板翅式机油冷却器的缺点:由于是不可拆卸的整体结构,内部又有纵横交错的网状翅片,所以使用时很容易堵塞。且不易清洗,因此对发动机所用机油及润滑系统的维护和保养要求较高。

  选型设计要根据所设计的发动机的排量大小,给定的空间位置,并参考同类样机上用的机冷器结构型式来进行。例如CA6110柴油机上用的38ZA型机冷器是参照日本6D14柴油机上的”XC-14”型机冷器进行选型设计的。现将日本XG-14,”XE-24”机冷器与6110所用38Z4”,”38Z5型机冷器的基本结构参数及所配发动机的有关性能参数列于表8-8。

  由板翅式机油冷却器的结构特点可以看出:某一规格型号的机油冷却器(即袖口中心距一定,内部结构参数一定),可通过增减同一规格器单元体,片数组成不同散热容器的机油冷却器机冷器总成部件。因此,易于实现产品多品种系列化,以满足同一系列不同功率档次柴油机对机油冷却的要求。

  翅片在单元体内有两种基本放置位置。一是按直流方向放置的“Z”式,一是按横流方向放置的“H”式。

  通过试验表明,同一型号的机冷器在相同工况下,“H”式的传热效率要比“Z”式高25%一30%,但油侧压差也较“Z”式大30%一40%。因此,究竟选哪种结构为好,要根据柴油机的匹配需要而定。一般原则是:尺寸较长的机冷器采用直流型(Z)为宜,这样一方面可保证其传热效果,又不至于使阻力很大。尺寸短的机冷器一般选用横流结构(H)为好,这样虽然阻力大一些,但由于机冷器尺寸较短,阻力增加的也不太大,散热效果却明显地提高。

  尺寸长的机冷器由于芯片较长,易产生弯曲变形,使芯片间距离不匀,影响水的流动,故在长尺寸机冷器设计中,上、下板片表面上常冲有若干个小凸起,这样就可保证芯片同等距,又增加了板片刚度,保证了水的扰流程度,和冷却器芯子的工作可靠。

  目前制造机冷器所使用的材料一般为两种。一种是板片及翅片均用B19镍白铜,一种是板片和翅片使用不锈钢。此外,尚有使用H68黄铜来做板片和翅片材料的,虽然此种材料传热性能均比上二种材料为高,但由于采用价格昴贵的银焊料焊接,其强度和耐腐蚀程度又低,所以用的较少。目前用铝材做板片和翅片材料的设想正在形成,并着手研制。这样,价格会大幅度减少。只是耐腐蚀的寿命问题有待解决。从经济、焊接及实用上综合考虑以采用BI9镍白铜(铜镍合金)为最多,次之为不锈钢。采用镍白铜的理由是该种材料导热性能较好,钎焊比较容易,可省去价格昂贵的银焊料而采用铜基合金焊料(T2紫铜)焊接。而不锈钢的传热性能不及镍白铜,且钎焊较困难,但由于其强度高、耐脯蚀,这正是板翅式机冷器所要求的,所以目前采用这种材料的也不少。