發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)汽缸內(nèi)的燃?xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)2200~2800K，工作循環(huán)的均勻溫度也有 970~1300K。與高溫氣體接觸的零部件(如汽缸蓋、缸套、活塞、氣門等)將劇烈受熱。冷卻系內(nèi)添加冷 卻水的作用就是將零件所吸收的熱量及時(shí)散出，以使它們的溫度保持在正常工作范圍內(nèi)，保證發(fā)動(dòng)機(jī) 的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性、延長(zhǎng)其使用壽命。對(duì)多數(shù)水冷發(fā)動(dòng)機(jī)而言，穩(wěn)定工作狀態(tài)下最適宜的冷卻水溫度 應(yīng)保持在80~90℃。
工程機(jī)械在使用過程中，由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制，冷卻水的補(bǔ)充經(jīng)常不及時(shí)或者添加的水一般是 含有鈣、鎂離子等的硬水，致使發(fā)動(dòng)機(jī)工作一段時(shí)間后冷卻系產(chǎn)生大量的水垢。
判定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系循環(huán)水道是否積垢，只要打開散熱器加水口蓋即可知道，若發(fā)現(xiàn)其上水室較臟 或加水口處有水垢粘結(jié)，以及機(jī)械行駛中遇上坡時(shí)輕易開鍋、下坡或停車后降溫較慢，即可診斷為冷卻系中沉積有相當(dāng)多的水垢。
水垢引起的后果分析
冷卻系中的水垢一般為積聚在金屬表面呈灰白色的碳酸鈣、硫酸鈣等物質(zhì)。水垢使冷卻系金屬內(nèi) 表面涂上一層隔熱材料，導(dǎo)致散熱條件惡化，降低了零部件的傳熱效率(水垢的導(dǎo)熱能力比同樣厚度 的黃銅幾乎相差100倍，比鑄鐵相差30倍左右)，從而在冷卻系部件正常的情況下往往引起水溫過高， 造成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不足，可引發(fā)如下的故障：充氣系數(shù)下降，混合氣燃燒不正常，敲缸、自燃或爆燃， 造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。據(jù)資料先容，當(dāng)冷卻水溫從90℃升到120℃時(shí)，功率降低5%。當(dāng)水套壁水垢厚 度達(dá)2mm(占冷卻系總?cè)萘康?%)時(shí)，充氣系數(shù)降低0.05，功率降低2kw左右；缸蓋、氣門、缸套、活 塞和活塞環(huán)等受熱零件的熱應(yīng)力增大，氣門座變形、氣門燒損，使缸蓋鼻梁處產(chǎn)生熱裂。我單位三 輛裝載機(jī)半年就有一缸蓋產(chǎn)生裂紋，就是此原因造成的；各部機(jī)件潤(rùn)滑條件惡化，破壞了零件間的配合間隙，加劇磨損或因受熱膨脹卡滯，損壞機(jī)件(如常見的活塞環(huán)拉缸、活塞裙部燒結(jié)咬死等)；燒壞缸蓋上的水道與油道的膠圈、缸套的防水膠圈；使機(jī) 油受高溫而加速氧化，過早地劣化變質(zhì)，造成潤(rùn)滑不良，輕易燒瓦；水道變窄以至通道堵塞，使局部溫 度升高；散熱器芯子損壞，冷卻強(qiáng)度降低，發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件惡化。
水垢形成的原因分析
冷卻系水垢的形成原因有兩種：物理變化和化學(xué)變化。物理變化主要是指隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度升 高，硬水中的大量礦物質(zhì)諸如硫酸鈣之類呈過飽和狀態(tài)析出，粘附在冷卻系內(nèi)壁上而形成水垢；化學(xué) 變化主要是指硬水中某些礦物鹽和雜質(zhì)隨溫度的升高而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶解物質(zhì)而沉積于冷卻 系內(nèi)壁上。形成水垢的化學(xué)反應(yīng)為
Ca(HCO3)2=CaCO3 ↓+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)2=MgCO3 ↓+CO2↑+H2O
碳酸鎂微溶于水后可繼續(xù)與水反應(yīng)，天生更難溶的氫氧化鎂：
MgCO3+H2O=Mg(OH)2 ↓+CO2↑(此反應(yīng)很少)
預(yù)防水垢的對(duì)策
1 預(yù)防產(chǎn)生水垢的方法
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系水垢形成的根源在于水質(zhì)題目，因此減少水源中的礦物質(zhì)金屬離子，軟化水質(zhì)，是 防止和減輕水垢形成的關(guān)鍵所在。
(1)煮沸法。硬水燒開以后其中的礦物質(zhì)會(huì)沉積下來，取上面的清潔水用作冷卻水加注到冷卻系 中，就可以減少水垢的形成數(shù)目。此方法簡(jiǎn)單，但不能使水徹底軟化。
(2)磁化法。將一些小塊磁鐵放進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系內(nèi)，磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)冷卻水有磁化作用，磁 化水能減少水垢的形成，并且能使原有的水垢逐漸消失。中建團(tuán)體公司的工程機(jī)械使用此方法，效果 很好。
(3)加進(jìn)軟化劑法。龍巖市鍋爐檢驗(yàn)所軟化鍋爐用水的物質(zhì)為碳酸氫鈉(小蘇打)或氫氧化鈉(燒堿)，按每升硬水加0.5~1.5g碳酸氫鈉或每升水加 0.6~0.7g氫氧化鈉的比例添加軟化劑，其離子方程式為
碳酸氫鈉法
HCO3-+H2O=H 2CO3+OH-
Ca2++2OH-=Ca(OH)2
Mg+2OH-=Mg(OH)2↓
氫氧化鈉法
Ca2++2OH-=Ca(OH)2
Mg+2OH-=Mg(OH)2↓
(4)用防腐劑(重鉻酸鉀K2Cr2O 7)法。在冷卻液中經(jīng)常加注重鉻酸鉀，既能起到防止水的腐蝕，也 能減少水垢的產(chǎn)生。另外，如康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)定使用DCA冷卻液、卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)定使用加有防 銹劑及防凍液的冷卻液，都能起到防止穴蝕、銹蝕、水垢及防凍作用。
2 水垢的清洗方法
(1)對(duì)使用中的發(fā)動(dòng)機(jī)，清洗水垢前先拆往節(jié)溫器，將水從正常水循環(huán)相反的方向壓進(jìn)(即從出 水管壓進(jìn))冷卻系，直到放出的水清潔為止。此方法極為簡(jiǎn)單，但很難把水垢清洗干凈。
(2)鑒于發(fā)動(dòng)機(jī)水套的外形比較復(fù)雜，一般不宜用機(jī)械方法清除水垢，只能采用化學(xué)方法除垢。 水垢中的碳酸鈣和硫酸鈣等可用化學(xué)反應(yīng)來予以消除。
①蘇打(Na2CO3)和水玻璃(Na 2SiO3)混合清洗法。按每升水中加進(jìn)40g蘇打和10g水玻璃配好清 洗液，然后灌進(jìn)冷卻系，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到出水溫度60℃以上，兩小時(shí)后停車，放出清洗液。待發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻后用清潔水清洗兩次，排凈后再灌進(jìn)冷卻水，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使出水溫度達(dá)到75℃以上，停車放掉污 水，最后灌進(jìn)新的冷卻水使用即可。
②磷酸三鈉清洗法。先拆下節(jié)溫器，向水箱加進(jìn)事先配好的磷酸三鈉溶液(按每升冷卻水加10% 的磷酸三鈉溶液50~80ml比例)，然后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)十幾分鐘后停機(jī)不用；經(jīng)過一晚上后放掉冷卻 液；再加同樣用量的磷酸三鈉溶液(做法同前)，如此重復(fù)幾次，最后將冷卻系溶液放出，并用凈水沖洗 兩次，水垢即可消除。其化學(xué)反應(yīng)為
3CaCO3+2Na3PO4=Ca 3(PO4)2↓+3Na2CO3
3CaSO4+2Na3PO4=Ca 3(PO4)2↓+3Na2SO4
3Mg(OH)2+2Na3PO4 =Mg3(PO4)2↓+6NaOH
以上天生物中鈉鹽易溶于水，磷酸鈣疏松易沖洗掉，磷酸鎂則象泥渣一般極易沖擊。這種方法對(duì) 缸體不會(huì)有腐蝕，因此適用于一切發(fā)動(dòng)機(jī)，且清洗效果較理想。
(3) 磷酸清洗法。在每升水中加進(jìn)100g磷酸和50g鉻酐，攪拌后注進(jìn)水箱中，浸泡1h后啟動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)20min，放凈清洗液并用凈水沖洗幾次即可。
(4)硅酸鈉清洗法。按每升水加15g硅酸鈉(俗稱水玻璃)和洗衣粉2g的比例配好溶液，然后將它 加進(jìn)冷卻系，使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)1h左右，最后放凈清洗液并用凈水沖洗幾次即可。
(5)鹽酸清洗法。取下節(jié)溫器，將冷卻水配成5%-8%的鹽酸溶液，再加進(jìn)3g/L-4g/L的緩蝕劑(烏 洛托平)，加熱至60℃后加進(jìn)冷卻系，然后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)1h左右，放出清洗液后用凈水沖洗 3-4次即可。其化學(xué)反應(yīng)為
CaSO4+2HC1=CaCl2+H2 SO4
CaCO3+2HC1=CaC12+CO2 ↑+H2O
MgCO3+2HC1=MgC12+CO2 ↑+H2O(此反應(yīng)極少)
Mg(OH)2+2HC1=MgC12+2H 2O(此反應(yīng)極少)
鹽酸本身具有往油垢能力，可使冷卻系清洗很干凈。加進(jìn)一定量的緩蝕劑烏洛托平，是使其吸附 在金屬表面形成一層薄膜，保護(hù)金屬免受腐蝕，并可分解鐵銹，起到清除鐵銹的作用。
(6)氫氧化鈉清洗法。清除時(shí)間可按10L水加750g燒堿、150g煤油的比例配制清洗液，注進(jìn)水 箱并讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)8~10h后放凈，另加凈水運(yùn)轉(zhuǎn)20min，一般情況下水垢便可除往。其化學(xué)反應(yīng)為
CaCO3+2NaOH=Ca(OH)2+Na 2CO3
CaSO4+2NaOH=Ca(OH)2+Na 2SO4
以上天生物中，碳酸鈉、硫酸鈉易溶于水，氫氧化鈣渾濁而不沉淀，用凈水可沖洗掉。
(7)鹽酸和氫氧化鈉交替清洗法。先用8%的鹽酸與水?dāng)嚢杈鶆蚝蠹舆M(jìn)水箱，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、溫度保 持在70℃，運(yùn)轉(zhuǎn)40min后放出清洗物；封閉水閥，加進(jìn)8%的苛性鈉溶液，重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)40min 后放出全部清洗物；最后用凈水進(jìn)行沖洗，直至放出的水變清后再將汽缸水套擋板拆下，清除沉淀的污垢。
(8)碳酸鈉清洗法。按10L水中加進(jìn)純堿1kg、煤油0.5kg的比例配好溶液，加進(jìn)冷卻系中浸泡10h 左右，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)0.5h，直至溶液沸騰時(shí)放出，最后用凈水沖洗3-4次即可。
(9)用除垢劑清洗。根據(jù)不同車型加進(jìn)一定數(shù)目的除垢劑，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)8h后將溶液放出；再 用凈水反復(fù)沖洗，至冷卻水手感不滑為止，最后換上新水。
使用上述清洗方法需要留意的是：給發(fā)動(dòng)機(jī)除垢時(shí)應(yīng)留意所選的溶液一定要適合水垢的性質(zhì)，且 不會(huì)對(duì)缸體產(chǎn)生腐蝕。因此鋁合金缸體、缸蓋不能采用鹽酸、碳酸鈉、氫氧化鈉清洗法，以免其表面 遭受腐蝕。應(yīng)采取磷酸三鈉、磷酸、硅酸鈉清洗法才行；水套和散熱器水垢的清洗最好分開進(jìn)行，以 免缸體水套內(nèi)的鐵銹或水垢堵塞散熱器水管、芯子。因此在不解體發(fā)動(dòng)機(jī)清洗水垢時(shí)要時(shí)刻留意儀 表盤上的水溫表變化，若水溫超過95℃時(shí)應(yīng)停止清洗，檢查散熱器是否被堵塞，并采取一些補(bǔ)救措施； 裝載機(jī)大修時(shí)不可忽略清洗水垢，應(yīng)把解體后的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系零件放在蒸煮池內(nèi)高溫蒸煮或用清洗機(jī) 噴洗法除垢。也可用化學(xué)方法，即將散熱器置于較稀的氫氧化鈉溶液(2%~3%濃度)。鑄鐵缸體、缸蓋在較濃的氫氧化鈉溶液(15%濃度，溫度60~70℃)中浸泡一晚，以清除水垢。鋁合金缸體、缸蓋，應(yīng) 置于磷酸三鈉、硅酸鈉或磷酸清洗液中清洗；一般發(fā)動(dòng)機(jī)在使用三個(gè)月或累計(jì)工作500h以后，應(yīng)清 洗一次冷卻系內(nèi)的水垢。
