為防止柴油發電機工作中零部件因溫度過高而損壞，必須對汽缸蓋、活塞、汽缸套、氣門等零件進行冷卻。柴油發電機的冷卻介質所帶走的熱量占燃料總熱量的15％～30％。根據冷卻介質的不同，柴油發電機的冷卻分為水冷和風冷兩種系統。
(1)水冷系統
①水冷系統的類型及冷卻水路按冷卻液的循環方式，水冷系統又可以分為強制循環水冷系統和自然循環水冷系統。
柴油發電機強制循環水冷系統柴油發電機汽缸蓋和汽缸體中都鑄有冷卻水套。冷卻液經水泵加壓以后，經分水管進人汽缸水套內，冷卻液在流動的同時吸收汽缸壁的熱量，溫度升高，然后流入汽缸蓋水套，經節溫器及散熱器進水管進入散熱器。與此同時，由于風扇的旋轉抽吸，空氣從散熱器芯吹過，使流經散熱器芯的冷卻液的熱量不斷散到大氣中去，溫度降低。最后又經水泵加壓后再一次流入缸體水套，如此不斷循環，柴油發電機得到不斷冷卻。柴油發電機轉速升高，水泵和風扇的轉速也隨之升高，冷卻液的循環加快，風扇流量加大，散熱能力加強。為了使多缸柴油發電機前后各缸冷卻均勻，一般柴油發電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，沿縱向開有若干出水孔，離水泵越遠，出水孔越大，這樣就可以使前后各缸的冷卻強度相近，整機冷卻均勻。
自然循環水冷系統主要由水套、散熱器，節溫器、風扇和連接水管組成，工作時冷卻液在機體水套中受熱后，密度減小而上浮，經節溫器流入散熱器中，在散熱器中冷卻后，冷卻液密度增大而下降，經進水管回到水套。在柴油發電機工作時，冷卻液在冷卻系統中靠自然溫差來循環。冷卻能力較低，只適用于小型柴油發電機。
大多數柴油發電機均采用強制循環水冷系統。即利用水泵提高冷卻介質的壓力。這種冷卻系統的體積比自然循環的小得多，而且汽缸上下的冷卻較均勻。
水冷系統還設置有水溫傳感器和水溫表，水溫傳感器安裝在汽缸蓋出水管處，將出水管的水溫傳給水溫表。操作人員可借助水溫表隨時了解冷卻系統的工作情況，正常工作水溫一般在80～90℃。
②冷卻液與防凍液柴油發電機使用的冷卻液應該是清潔的軟水。如果使用硬水，其中的礦物質在高溫時沉析出來，附著在管道、水套和散熱器芯中生成水垢，降低了散熱能力，易使柴油發電機過熱，還會使散熱器芯堵死，加速水泵葉輪和泵殼的磨損。
對含礦物質較多的硬水，則需經過軟化處理后，方可加人冷卻系統使用。硬水軟化常用的方法是：在il水中加入碳酸鈉0.5～1.5g，或加入氫氧化鈉0.5～0.5g，待生成的雜質沉淀后，取上面的清潔水注入冷卻系統中。
在寒冷地區，柴油發電機熄火后若長時間擱置，冷卻系統內的水會凍結，致使散熱器、汽缸體和汽缸蓋脹裂。因此，應放掉冷卻液。為了防止零件脹裂，減少放水和加水的工作，增加柴油發電機的機動性，可采用冰點低的防凍液作為冷卻介質。通常在冷卻水中加人適量的乙二醇或酒精，配成防凍液。
用工業乙二醇配成的防凍液與冰點的關系可以看出，隨著乙二醇含量的增加，防凍液的冰點降低，因此可根據不同地區的氣候條件來選擇乙二醇與水的比例。此外，還因為乙二醇本身的沸點較高（194.7℃），所以它又可以提高防凍液的沸點。例如在密閉的冷卻系統內，以防凍液作為冷卻液，其沸點可高于110℃。這對于負荷變化大，冷卻液容易沸騰的工程機械柴油發電機是有利的。
在使用乙二醇配制的防凍液時，應注意：乙二醇有毒，切勿用口吸；乙二醇對橡膠有腐蝕作用；乙二醇吸水性強，且表面張力小，易滲透，故要求冷卻系統密封性好；使用中切混入石油產品，否則會在防凍液中產生大量的泡沫。

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