КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Большинство двигателей имеет жидкостные системы охлаждения (открытые или закрытые). У открытой системы охлаждения внутреннее пространство непосредственно сообщается с окружающей атмосферой. Распространение получили закрытые системы охлаждения, у которых внутреннее пространство только периодически сообщается с окружающей средой при помощи специальных клапанов. В этих системах охлаждения повышается температура кипения охлаждающей жидкости и уменьшается ее выкипание.

Удельное количество теплоты, отводимой в охлаждающую среду, зависит от размеров цилиндров и отношения хода поршня к диаметру цилиндра, влияющих на относительные площади воспринимающих теплоту и охлаждаемых поверхностей.

С увеличением мощности двигателей на 25 – 68 % в результате применения наддува Удельное количество теплоты уменьшается на 3 – 15 %.

Эффективность теплоотвода в охлаждающую среду от стенок тем больше, чем меньше вязкость среды и чем выше ее плотность, теплопроводность и теплоемкость.

При воздушном охлаждении интенсивность отвода теплоты от стенок снижается еще больше.

Так, при неподвижных относительно стенок воды и воздуха и при одинаковых разностях температур коэффициенты теплоотдачи различаются в 30 раз, при движении со скоростью 1-3 м/с воды и 50 м/с воздуха они отличаются в 13-15 раз.

При кипении воды интенсивность теплоотдачи превышает интенсивность теплоотдачи в воздух примерно в 40 раз. Поэтому для обеспечения допустимых температур деталей двигателей воздушного охлаждения отношение площадей поверхностей, воспринимающих теплоту от газов и отдающих ее охлаждающему воздуху, увеличивают до 14 раз путем оребрения наружных поверхностей.

Раздельное охлаждение головок и цилиндров позволяет повысить экономичность двигателя до 4% и мощность до 5 %.

Основным контролируемым параметром работы системы охлаждения является температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя, измеряемая с помощью датчиков температуры и дистанционных термометров. Датчики температур устанавливают обычно на выходе охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя или агрегатов, например, турбокомпрессоров.

Регулированием работы систем охлаждения можно значительно сократить изменение температур деталей, их стыков, уплотнений в зависимости от режимов работы двигателей. Для этого наиболее целесообразно регулировать работу систем охлаждения так, чтобы температура охлаждающего тела на выходе из зарубашечных или подкапотных пространств (или входе в них) оставалась постоянной.

Это обеспечивается следующим:

1. 
   регулированием количества тела, подаваемого в систему охлаждения (в системах воздушного охлаждения);
2. изменением количества нагретой охлаждающей жидкости, направляемой с помощью термостатов в охладители;
3. изменением интенсивности охлаждения жидкости в охладителях;
4. сочетанием нескольких способов регулирования, например, изменением количества жидкости, охлаждаемой в охладителях, и интенсивности охлаждения в них.

Вторым контролируемым параметром является давление охлаждающего тела в системе охлаждения.

Давление воздуха вместе с его расходом определяют затраты мощности на привод вентиляторов,оно не контролируется, так как непосредственно влияет на конструкцию и работоспособность решеток охладителей, дефлекторов и кожухов.

В замкнутых системах жидкостного охлаждения вследствие парообразования при перегреве двигателя возможно увеличение давления; при водяном высокотемпературном охлаждении избыточное давление создается для повышения температуры кипения. Поэтому закрытые системы всегда оборудуют так называемыми паровыми клапанами, ограничивающими давление для предотвращения возможных разрушений рубашек цилиндров и блоков, трубопроводов, охладителей, расширительных баков, а также нарушения плотности соединений, в частности, уплотнений гильз и втулок цилиндров.

При выключении или уменьшении нагрузки двигателя, наоборот, вследствие конденсации паров в системе может создаться разрежение и возникнуть опасность разрушений элементов систем охлаждения давлением окружающей среды. Для устранения этого закрытые системы оборудуют воздушными клапанами, обеспечивающими вход воздуха в систему. Обычно паровые и воздушные клапаны объединяют в паровоздушный клапан, выполняемый в одном корпусе. Этот корпус часто является устройством, закрывающим заливное отверстие, располагаемое в верхней точке системы - патрубке, соединяющим двигатель с охладителем, охладителе, расширительном или смесительном бачке.

При способе регулирования путем изменения количества рабочего тела, подаваемого к охлаждающимся поверхностям или охладителям, наибольшее распостранение получили осевые вентиляторы.

Подачу осевых вентиляторов изменяют периодическим отключением вентиляторов с помощью фрикционных или электромагнитных муфт или непрерывным изменением частоты вращения ротора вентилятора с помощью электродвигателей, вмонтированных в вентилятор, электромагнитных муфт и наиболее часто - с помощью гидравлических муфт, встроенных в механизм привода вентилятора.

В случае перерыва подачи масла к гидромуфте она блокируется, и вентилятор вращается с частотой вращения вала. В зависимости от заполнения объемов между лопатками колес насоса и турбины через трубку подвода масла в гидромуфту изменяется частота вращения колеса турбины и вентилятора от 0 до 95 – 98 % частоты вращения вала. При этом температура воды поддерживается в пределах 80-95°С в зависимости от режима работы двигателя. Количество подаваемого в гидромуфту масла регулируется автоматически по температуре воды на выходе.

Рис. 5 Гидравлическая и электромагнитная муфта.
а) 1- ведомая часть, турбинное колесо; 2- крышка; 3-ведущая часть, насосное колесо; 4- лопасти; 5, 6- наружный и внутренний тор; 7- клапан заполнения; 8- радиатор; 9-предохранительный клапан; 10- насос; 11- бачок; 12- клапан опорожнения. б) А, Б, В- зазоры; 13- ведущая часть; 14-неподвижный корпус; 15- обмотка возбуждения; 16- ведомая часть.

При способе регулирования путем изменения интенсивности охлаждения жидкости в жидкостновоздушных охладителях интенсивность охлаждения жидкости регулируют изменением поверхности охлаждения различными жалюзи, шторками и фартуками-уплотнителями или подач вентиляторов, прокачивающих воздух через решетку охладителя.

При способе регулирования путем изменения количества нагретой охлаждающей жидкости применяются устройства, позволяющие изменять направление движения жидкости и его расход через пропускное сечение подводящих патрубков, термостаты.

Рис. 6 Схема термостата.

Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и жидкость из рубашки охлаждения не может попасть в охладитель (в большой круг циркуляции). При закрытом клапане термостата жидкость поступает к насосу через малый круг циркуляции. При нагревании жидкости клапан термостата начинает открываться и охлаждение двигателя осуществляется всей жидкостью,циркулирующей по большому кругу. Проходное сечение клапана термостата и количество жидкости, поступающей в охладитель, увеличиваются по мере повышения температуры, чем в определенных пределах автоматически регулируется температурный режим двигателя.

Термостаты изготавливают как с одним клапаном, так и с двумя клапанами и используют в различных системах охлаждения.

При комбинированном способе регулирования используют все вышеперечисленные способы в различных сочетаниях. Они получили наибольшее распостранение в современных двигателях, так как позволяют поддерживать наиболее оптимальный температурный режим.

В зависимости от способа циркуляции жидкости системы охлаждения подразделяют на термосифонные, с принудительной циркуляцией жидкости и смешанные.

В термосифонной системе охлаждения циркуляция осуществляется за счет разницы в плотности холодной и горячей жидкости. Во время работы двигателя жидкость в полости рубашки охлаждения нагревается и поступает в верхнюю ее зону, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, вследствие чего за счет естественной конвекции она опять поступает в рубашку охлаждения. Для интенсивной циркуляции жидкости в таких системах нужен значительный перепад температур (около 30˚) на входе в радиатор и на выходе из него.

В системах с принудительной циркуляцией жидкость прокачивается насосом из радиатора в нижнюю зону рубашки охлаждения, т. е. в зону не требующую интенсивного теплоотвода, а затем уже подается для охлаждения более горячей головки. Перепад температур на входе и на выходе из радиатора в таких системах может быть в пределах 8-12˚, что позволяет значительно уменьшить его габариты.

Смешанные системы охлаждения характеризуются тем, что холодная жидкость из радиатора подается насосом в верхнюю зону рубашки охлаждения цилиндров или непосредственно в полость головки блока. Цилиндры охлаждаются в этом случае путем естественной конвекции жидкости, что позволяет поддерживать температуру их стенок на желаемом уровне. Охлаждающая жидкость подается к наиболее горячим стенкам камеры сгорания и выпускных патрубков в таких системах часто с помощью специальных водораспределительных труб или каналов. Температуру жидкости на выходе из двигателя поддерживают в пределах 80-95˚ независимо от режима работы с помощью термостата, ограничивающего циркуляцию охлаждающей жидкости через радиатор, жалюзи, закрывающих решетку радиатора, или регулируя производительность вентилятора. К системе охлаждения подключают и отопитель салона, в котором циркулирует охлаждающая жидкость.

По периодам регулирования системы охлаждения различают:

Однопериодная система охлаждения двигателя.

В данной системе охлаждения отсутствуют термостаты и различные муфты привода вентилятора. Охлаждающая жидкость всегда циркулирует через охладитель и интенсивность охлаждения регулируется только изменением поверхности охлаждения различными жалюзи, шторками и фартуками-уплотнителями.

Рис. 7 Однопериодная система охлаждения.

Двухпериодная система охлаждения двигателя.

В данной системе охлаждения применяют одноклапанные термостаты, которые позволяют изменять направление потока и количество охлаждающей жидкости. В первый период регулирования, когда закрыт клапан термостата, вода циркулирует по малому кругу. Так как двигатель в данном случае охлаждается лишь частью жидкости, заполняющей систему, то эта жидкость быстро нагревается. Во второй период регулирования клапан термостата открывается, и охлаждение двигателя осуществляется всей жидкостью, циркулирующей по большому кругу.

Рис. 8 Двухпериодная система охлаждения.

Поиск по сайту: