柴油機工作時(shí)，高溫燃氣及摩擦生成的熱會(huì )使氣缸（蓋）、活塞和氣門(mén)等零部件的溫度升高。如不采取適當的冷卻措施，將會(huì )使這些零件的溫度過(guò)高。受熱零件的機械強度和剛度會(huì )顯著(zhù)降低，相互間的正常配合間隙會(huì )被破壞。潤滑油也會(huì )因溫度升高而變稀，失去應有的潤滑作用，加劇零件的磨損和變形，嚴重時(shí)配合件可能會(huì )卡死或損壞。柴油機過(guò)熱，會(huì )導致充氣系數降低，燃燒不正常，功率下降，耗油量增加等。如柴油機溫度過(guò)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、機油黏度大、零件磨損加劇等，導致柴油機使用壽命縮短。

      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、可使柴油機穩定在最有利的水溫下工作、運轉時(shí)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，所以目前絕大多數柴油機采用的是水冷式冷卻系統。根據冷卻水在柴油機中進(jìn)行循環(huán)的方法不同，可分為自然循環(huán)冷卻和強制循環(huán)冷卻兩類(lèi)。

1、自然循環(huán)冷卻系統

      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中循環(huán)流動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，維護方便；缺點(diǎn)是水循環(huán)緩慢，冷卻不均勻，柴油機下部水溫低，上部水溫高，局部地方由于冷卻水循環(huán)強度不夠而可能產(chǎn)生過(guò)熱現象。并且自然循環(huán)冷卻系統要求水箱容量較大，故只在小型柴油機上采用。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、 強制循環(huán)冷卻系統

      強制循環(huán)冷卻是利用水泵使水在柴油機中循環(huán)流動(dòng)。強制循環(huán)冷卻系統可分為開(kāi)式和閉式兩種。在開(kāi)式強制循環(huán)冷卻系統中，冷卻介質(zhì)直接與大氣相通，冷卻系統內的蒸汽壓力總保持為外界大氣壓，其消耗水量比較多。而在閉式強制循環(huán)冷卻系統中，水箱蓋上安裝了一個(gè)空氣-蒸汽閥，冷卻介質(zhì)與外界大氣不直接相通，水在密閉系統內循環(huán)，冷卻系統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)是可提高柴油機的進(jìn)、出水口水溫，使冷卻水溫差小，能穩定柴油機工作溫度和提高其經(jīng)濟性；與此同時(shí)，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，并可縮短機油預熱時(shí)間。其缺點(diǎn)是冷卻系統零部件的耐壓要求較高。這種冷卻方式目前應用最為廣泛。

      如圖1所示為康明斯系列柴油發(fā)動(dòng)機閉式強制循環(huán)水冷卻系統示意圖。柴油發(fā)動(dòng)機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)入機體水套內，冷卻液在流動(dòng)的同時(shí)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)節溫器及散熱器進(jìn)水管進(jìn)入散熱器中。與此同時(shí)，由于風(fēng)扇的旋轉抽吸，空氣從散熱器芯吹過(guò)，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)，柴油機就不斷地得到冷卻。當水溫高于節溫器的開(kāi)啟溫度時(shí)，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(chēng)為大循環(huán)；當水溫低于節溫器開(kāi)啟溫度時(shí)，回水便直接流入水泵進(jìn)行循環(huán)，這種循環(huán)通常稱(chēng)為小循環(huán)。循環(huán)演示如圖2所示。

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

二、冷卻系統的基本組成

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，并用導熱性好的材料制造，其構造如圖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(lái)存放冷卻水，上水箱頂部開(kāi)有注入冷卻水的加水口，用水箱蓋封閉。柴油機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。管片式的芯部構造如圖3（b）所示，它由許多扁形水管焊在多層散熱片上構成。其芯部的散熱面積大，對氣流的阻力小，結構剛度好，承壓能力強，不易破裂，所以目前被廣泛采用。其缺點(diǎn)是制造工藝比較復雜。管帶式芯部的構造如圖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(kāi)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(jiǎn)單，便于大量生產(chǎn)，其應用有逐漸增多之勢。

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

（2）水箱蓋

      閉式強制循環(huán)冷卻系統是一個(gè)封閉的系統，提高系統的蒸汽壓力后，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(gè)冷卻系統的散熱能力。但如果冷卻系統內蒸汽壓力過(guò)大，就可能使散熱器芯的焊縫或水管破裂。當冷卻系統中的蒸汽凝結時(shí)，會(huì )使系統中的蒸汽壓力低于外界大氣壓力，如果這個(gè)壓力過(guò)低，散熱器芯部就可能被外界大氣壓壓壞。因此閉式冷卻系統的水箱蓋上裝有空氣-蒸汽閥，其結構及工作原理如圖4所示。當冷卻系統內蒸汽壓力低于大氣壓力0.01～0.02MPa時(shí)，在壓差作用下，空氣閥3便克服彈簧的預緊力而開(kāi)啟，如圖4（a）所示?？諝鈴恼羝龉?經(jīng)空氣閥進(jìn)入上水箱，使冷卻系統的壓力升高。當冷卻系統內蒸汽壓力超過(guò)大氣壓0.02～0.03MPa時(shí)，蒸汽閥彈簧2被壓縮，蒸汽閥1便開(kāi)啟，如圖4（b）所示，此時(shí)將從蒸汽引出管5中出一部分蒸汽，使冷卻系統的壓力下降。此時(shí)，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，有的柴油機則安裝在散熱器上儲水箱的側面。當柴油發(fā)動(dòng)機過(guò)熱時(shí)，如需打開(kāi)閉式強制循環(huán)冷卻系統的散熱器蓋，應將其慢慢旋開(kāi)，使冷卻系統內的壓力逐漸降低，以免蒸汽和熱水噴出傷人。如果要旋松放水開(kāi)關(guān)放出冷卻水時(shí)，也需先打開(kāi)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(jiǎn)單。在水冷系統中常用的是軸流式風(fēng)扇，這種形式的風(fēng)扇結構簡(jiǎn)單，布置方便，低壓頭時(shí)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(lái)冷卻芯部。

      風(fēng)扇的構造如圖5所示。在固定于帶輪上的風(fēng)扇支架上，鉚著(zhù)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、轉速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數目有關(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，雖然制造工藝較復雜，但效率高，功率消耗小。在有些發(fā)動(dòng)機上，冷卻風(fēng)扇的沖壓葉片端部彎曲，以增加扇風(fēng)量。葉片應安裝得與風(fēng)扇旋轉平面成30°～60°傾斜角。葉片數目通常為4片或6片。有的將葉片間夾角做成不等，以減小旋轉時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲。風(fēng)扇外圍裝設護風(fēng)圈，可適當提高風(fēng)扇的工作效率。