柴油发动机的冷却系统该如何布置，又该如何进行计算？

柴油机是挖掘机的动力源,其热能的30%~40%用来做功,其余的热量大部分被排气所带走,剩余的则被它的零部件所吸收。柴油机在工作时,汽缸内的温度可高达1730~2400℃,因此,那些与高温燃气直接接触的零部件(如汽缸体、汽缸盖、活塞、气门等)的温度都很高。为了保证柴油机正常工作,必须设有冷却系。水冷却系由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成,。

为了使风扇和散热器组发挥其预期的作用,应进行冷却能力计算,计算步骤如下：步骤1确定必须由散热器散掉的总热量，步骤2利用风扇和散热器性能曲线,确定散热器理论空气流量，步骤3根据冷却系统的效率,修正理论空气流量，步骤4确定散热器散掉所要求的热量的液气温差，步骤5计算通过散热器芯后冷却液的温差，步骤6确定设计环境的工作气温，步骤7计算在设计环境工作时的上水。热负荷散热器的热负荷由两部分组成,一部分是根据环境温度和进气温度修正过的柴油机向冷却液释放的热量,另一部分是柴油机冷却液作为冷却介质的所有冷却器热负荷。

柴油机散热量，柴油机数据表上一般会给出标定功率点和最大扭矩点的柴油机的散热量。柴油机额定功率下,通过冷却液散热量也可表示为：Q散热器散热量(kW)。A—传给冷却系统的热量占燃料热能的百分数;对于预燃烧式柴油机,A=0.28-0.33;对于直喷式柴油机,A=0.25~0.27g，发动机有效燃料消耗率(kg/kW·h),该值可以从柴油机外特性曲线上查得P,发动机额定功率(kW),该值可以从柴油机外特性曲线上查得。燃料低热值(kJ/kg),柴油的h=42579(kJ/kg)。环境温度的修正，当环境温度超过38℃时,每增加5.5℃时,柴油机数据表上给出的散热量应增加1%,当设备运行在温度非常高的环境时,对冷却液增加这一散热量尤为重要。

进气温度的修正，当进气温度超过38℃时,每升高5.5℃时,计算的柴油机向冷却液的散热量应增加1.5%(注:被认为可能影响进气温度的热源区域有水箱出风、排气部件和柴油机舱内)。液压系统冷却器的热负荷通常认为液压系统的效率是75%。如果用柴油机冷却液来维持液压油的温度,则附加的热量必须由散热器散掉,即热负荷=柴油机至泵的功率×0.25(kW)较通常的做法是使用一个安装在散热器芯前面或后面的油空气热交换器。采用这种方式布置散热器理论空气流量。散热器性能曲线，散热器性能曲线一般是指由散热器制造商提供的一组曲线。

风扇性能曲线，风扇性能曲线一般是由风扇制造商提供的。它们表示的是一定转速时的风扇性能和所需功率。该曲线必须根据风扇将来的工作转速进行调整。该转速等于发动机转速乘以风扇传动比。设定转速的风扇性能曲线可根据风扇定律推导。这些定律如下:(1)流量与转速成正比，(2)净压与转速的平方成正比。功率消耗与转速的立方成正比，风扇与散热器匹配，设定转速的风扇性能曲线推导完后,在此工作转速下的风扇性能曲线应叠加到散热器曲线上。风扇和散热能曲线的交点就是风扇散热器组的匹配点,表示理论空气流量。

冷却系统的效率，风扇曲线是基于一定空气密度(一般为1.2kg/m2,海平面,温度为20℃)和假设用紧密配合的导风罩。理论匹配点的净压值是假设在气流中除了散热器芯外没有其他阻力。散热器的散热率也是基于1.2kg/m2的空气密度,而实际上风扇肯定会工作在密度小于1.2kg/m2的空气中;风扇导风罩通常也不是配合得特别紧密,而且在风扇前和后总会存在其他空气阻力。当位于高于海平面,或气温高于20℃时,空气密度将不是1.2kg/m3,在这种情况下,散热器的散热量将小于散热器曲线上指示的值。所有这些因素合在一起就是“散热器系统效率”。考虑冷却系统前后布置情况和全程系统阻力,系统效率一般可取0.61~0.70。把该效率乘以理论空气流量,就可得出估算的实际空气流量。液气温差，液气温差是指冷却液温度与大气温度之间的差值。冷却液温度是指柴油机出水温度,大气温度是指进入散热器的空气温度。若液气温差越大,则散热速度越快。当热负荷和散热器的空气流量确定后,有必要参考散热器制造商提供的速度散热量曲线来进行下一步冷却系统计算。

把散热器的空气流量除以散热器芯正面面积就可得出空气平均流速。对于给定的空气流速,从散热器性能曲线(注:该曲线是在一定的液气温差下试验测得的,一般采用标准液气温差值64.5℃)上可以查出相应的散热量,该散热量以kW/m2表示。必须把该值乘上散热器芯面积(m2)才能得到在64.5℃液气温差时的散热器的散热量，计算完这一数值后,可用下面的公式计算出实际液气温差。散热器温度降，由于冷却系统的设计是基于散热器上水室的温度而不是平均温度,因此必须确定冷却液流过散热器芯时的温度降。柴油机数据表上一般会给出柴油机冷却液的流量,实际上可以把它看做是散热器的冷却液流量。