Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое промежуточное охлаждение двигателя

4.8 Система охлаждения двигателя

Внимание
Система охлаждения двигателя выполняет одну из самых важных функций в ДВС, поэтому выход из строя всей системы или какого-либо элемента может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Движение и эксплуатация транспортного средства с неисправной системой охлаждения нежелательна или запрещена.

Назначение и действие системы охлаждения


Рисунок 4.31 Принципиальная схема системы охлаждения двигателя.

Система охлаждения служит для принудительного отвода тепла от цилиндров двигателя и передачи его окружающему воздуху. Необходимость в системе охлаждения вызвана тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскаленными газами, при работе сильно нагреваются. Если не охлаждать внутренние детали двигателя, то вследствие перегрева может произойти выгорание слоя смазки между деталями и заедание движущихся деталей вследствие чрезмерного их расширения.

Системы охлаждения практически всех современных автомобилей не отличаются друг от друга. Принципиальная, обобщенная схема работы системы охлаждения приведена на рисунке 4.31, где красным цветом отмечена жидкость нагретая от деталей двигателя и синим – охлажденная в радиаторе системы.

В систему водяного охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости входят водяные рубашки соответственно головки и блока цилиндров (о рубашках мы писали выше, изучая одноцилиндровый двигатель), радиатор, нижний и верхний соединительные патрубки со шлангами и водяной насос с водораспределительной трубой, вентилятор и термостат.

При работе двигателя, приводимый от него в действие водяной насос (он же —помпа) создает круговую циркуляцию воды через водяную рубашку, патрубки и радиатор. По водораспределительной трубе вода в первую очередь направляется к наиболее нагреваемым местам блока. Проходя по водяной рубашке блока и головки, вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания, охлаждая двигатель. Нагретая вода по верхнему патрубку поступает в радиатор, где, разветвляясь по трубкам на тонкие струйки, охлаждается воздухом, который просачивается мимо трубок под действием тяги, создаваемой вращающимися лопастями вентилятора. Охлажденная вода вновь поступает в водяную рубашку двигателя.


Рисунок 4.32 Схема системы охлаждения.

Основные элементы системы охлаждения

Радиатор


Рисунок 4.33 Радиатор.

Представляет собой набор тонких трубок, на которые нанизаны тонкие пластины для увеличения площади поверхности, предназначенной для отвода тепла. Вся работа радиатора заключается в том, чтобы охлаждать жидкость, которая циркулирует в его трубках.

На рисунке 4.34 приведен пример участка радиатора с различными вариантами исполнения.


Рисунок 4.34 Варианты исполнения радиатора системы охлаждения.

На верхней и нижней частях радиатора могут быть бачки, к которым подсоединены верхний и нижний патрубки системы охлаждения соответственно. Если есть бачки, то в верхнем, обычно расположена горловина для заливания охлаждающей жидкости. Если бачков нет, то горловина располагается прямо на радиаторе.

Для лучшего охлаждения жидкости трубки делают плоскими и располагают рядами в шахматном порядке. Поперек трубок установлены в большом количестве тонкие латунные пластины, называемые охлаждающими ребрами, которые увеличивают поверхность охлаждения сердцевины и способствуют более интенсивной отдаче тепла от воды воздуху, проходящему через сердцевину.

В системе охлаждения закрытого типа горловину радиатора плотно закрывают специальной пробкой с двойным паровоздушным клапаном (смотрите рисунок 4.35). Воздушный клапан пробки нагружен слабой пружиной и пропускает внутрь радиатора атмосферный воздух, устраняя возможность возникновения в бачке радиатора разрежения, появляющегося при конденсации паров воды. Паровой клапан нагружен более сильной пружиной и открывается для выпуска пара только тогда, когда давление в радиаторе превышает атмосферное и доходит до 1,28—1,38 кг/см2.


Рисунок 4.35 Крышка радиатора.

Водяной насос

Водяной насос (он же помпа) заставляет охлаждающую жидкость циркулировать по системе. Тип насоса – центробежный. Вращается насос при помощи приводного ремня, установленного на шкив коленчатого вала.

Насос представляет собой довольно простую конструкцию: вал, на одном конце которого установлена крыльчатка (показана на рисунке 4.36), а на втором – шкив для приводного ремня. Вал опирается на подшипник, установленный в крышке помпы. Зачастую корпусом для насоса служит полость или прилив в блоке цилиндров. Вода по подводящему патрубку поступает внутрь корпуса и подводится к центру вращающейся крыльчатки. При этом вода увлекается крыльчаткой, приобретает вращательное движение, под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса и через выходной канал под напором поступает в водяную рубашку двигателя.


Рисунок 4.36 Водяной насос. Крыльчатка.

Вентилятор

В былые времена вентилятор устанавливался на одной оси с валом водяного насоса, жестко крепился к приводному шкиву и гнал воздух для дополнительного охлаждения радиатора постоянно, пока работал двигатель, так как привод был от коленчатого вала. Летом это, может, и хорошо, а вот зимой, когда температуры окружающего воздуха и так достаточно для охлаждения, дополнительное охлаждение не на пользу. Так же при движении на автомобиле летом, когда часто приходится стоять в пробках, а двигателю работать на низких оборотах, охлаждение будет недостаточное ввиду отсутствия нормального потока воздуха от вентилятора.

Примечание
Здесь стоит отметить важность определенного (довольно узкого) диапазона рабочей температуры двигателя вне зависимости от времени года или нагрузки при работе. Как вывод: перегрев плохо, но и переохлаждение далеко не на пользу.

Читать еще:  Что такое дитонация двигателя

Но прогресс не стоял и не стоит на месте, потому, поняв, что в постоянно «включенном» вентиляторе пользы ни зимой, ни летом нет, решили установить вентилятор с электромотором, который включается по команде датчика температуры. Удобно – автомобиль быстро прогревается, а при достижении определенной температуры, начинает работать электровентилятор. В современных автомобилях у электровентилятора еще и два режима работы: быстрый и медленный. Управляет этим электроника.

Но есть и еще один способ заставить без электроники работать вентилятор в заданных режимах работы – установить вяскостную муфту. Эта муфта приводится во вращения ремнем от шкива коленчатого вала. Вентилятор «сидит» на оси и при отсутствии надобности в нем не вращается. Как только возникает необходимость в охлаждении, муфта срабатывает и вентилятор начинает вращаться, как бы соединяясь через приводной ремень с коленчатым валом.

Термостат

Термостат — это клапан, установленный в корпус, который открывается при прогреве охлаждающей жидкости до нормальной рабочей температуры. Пример устройства и работы термостата приведен на рисунке 4.37. Система охлаждения двигателя устроена так, что имеет два круга обращения – малый и большой. Когда клапан термостата закрыт, охлаждающая жидкость при помощи водяного насоса циркулирует только в пределах головки и блока цилиндров, таким образом она быстро прогревается (малый круг). По мере прогрева охлаждающей жидкости, в частности, и двигателя в целом, начинает открываться клапан термостата, пуская охлаждающую жидкость циркулировать через радиатор – большой круг.

Примечание
При чрезмерном перегреве охлаждающей жидкости мощность двигателя и его экономичность снижаются. Если же охлаждающая жидкость, а следовательно, и двигатель, не прогреваются, то увеличивается конденсация топлива, вызывающая смывание смазки со стенок цилиндров и разжижение ее в картере, а также возрастают тепловые потери, что ведет к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива.


Рисунок 4.37 Работа термостата.

Независимое охлаждение электродвигателя

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Практически все электродвигатели общепромышленного назначения выпускаются со встроенной крыльчаткой, которая напрессовывается на свободный конец вала и располагается под защитным кожухом. Если электрическая машина эксплуатируется в обычном режиме, охлаждение электродвигателя обеспечивается в должной степени, необходимой для длительной безаварийной работы. Однако довольно часто возникают ситуации, когда потока воздуха, создаваемого штатным вентилятором, будет недостаточно для эффективного обдува двигателя.

Это может произойти в случае, если эксплуатация двигателя осуществляется:

  • в условиях постоянных нагрузок;
  • с частыми пусками и остановами;
  • под управлением частотных преобразователей с пониженной или увеличенной частотой вращения вала;
  • при повышенной температуре окружающей среды.

Кроме того, независимая вентиляция электродвигателя необходима при установке на его вал вместо крыльчатки специальных датчиков скорости и положения.

Эксплуатация электрических машин без дополнительного охлаждения в перечисленных выше условиях неизбежно приведет к возникновению аварийных ситуаций.

Обычно на производстве стараются свести к минимуму риск выхода оборудования из строя и внедряют независимые системы охлаждения электродвигателей. Но здесь потенциального покупателя подстерегает неприятная неожиданность! Двигатели с дополнительной вентиляцией в массовом производстве отсутствуют, поэтому просто позвонить менеджеру завода-изготовителя и заказать необходимый типоразмер не получится, так как его может не оказаться на складе.

Ситуация немного проще в том случае, когда требуется несколько двигателей с полностью идентичными размерами и характеристиками. Предприятие по индивидуальному заказу изготовит небольшую партию. Однако ее производство может растянуться на несколько месяцев, да и стоимость будет несоразмерно велика. Но ведь для решения производственных задач могут понадобиться двигатели разных типоразмеров, причем в единичных экземплярах и разных марок. Вероятность того, что удастся собрать комплект оборудования у разных производителей, практически равна нулю.

Но не стоит паниковать и предаваться унынию. Из кажущейся тупиковой ситуации есть довольно простой выход. Вам нужно только связаться с менеджерами компании Кабель.РФ ® , выбрать необходимые марки электродвигателей и заказать их модернизацию. Наши технические специалисты в течение двух недель установят дополнительные однофазные или трехфазные вентиляторы, подключаемые к обмоткам электрической машины или к независимой сети, а также предоставят все сопроводительные документы к такой электрической машине с независимым охлаждением.

Области применения и виды различных способов охлаждения

Способы охлаждения в зависимости от вида охлаждающей среды делятся на непосредственное охлаждение и на охлаждение жидким теплоносителем (косвенное охлаждение).

При непосредственном охлаждении теплота, воспринимаемая охлаждающими приборами, передается непосредственно кипящему в них хладагенту.

При охлаждении теплоносителем теплота в охлаждающих приборах передается промежуточной среде — теплоносителю, с помощью которого она переносится к хладагенту, находящемуся в испарителе холодильной установки, обычно расположенном на некотором удалении от охлаждаемого объекта.

При этом способе охлаждения отвод теплоты от охлаждаемого объекта вызывает повышение температуры теплоносителя (хладоносителя) в охлаждающих приборах без изменения его агрегатного состояния.

Читать еще:  В слове двигатель какой суффикс

Области применения того или иного способа определяются их особенностями, оказывающими влияние на технологический процесс, а также экономическими показателями.

Холодильная установка при непосредственном охлаждении проще, т.к. в ней отсутствуют испаритель для охлаждения хладоносителя и насос для его циркуляции. Вследствие чего эта установка требует меньших первоначальных затрат по сравнению с установкой косвенного охлаждения, а также меньших затрат электроэнергии.

В то же время способу непосредственного охлаждения присущи и серьезные недостатки, а именно:

  • имеется опасность попадания хладагента в помещения (аппараты) при нарушениях плотности системы. Опасность для людей значительно увеличивается при применении токсичных хладагентов, например аммиака.

Даже при использовании более безопасных хладагентов, таких как хладоны, применять непосредственное охлаждение помещений, в которых может находиться большое количество людей, нежелательно.

Такое соотношение достоинств и недостатков обеих систем долгое время не давало преобладающих преимуществ ни одной из них.

Однако, в связи с появлением и широким применением автоматического регулирования подачи хладагента в приборы охлаждения, преимущество получили холодильные установки с непосредственным охлаждением как более экономичные по капитальным и эксплуатационным затратам и более долговечные.

В зависимости от вида охлаждающих приборов и способа организации циркуляции воздуха в охлаждаемом помещении бесконтактное охлаждение с передачей теплоты через воздух подразделяют на системы батарейного охлаждения ( при использовании батарей — охлаждающих приборов со свободным движением воздуха), воздушного охлаждения (при использовании воздухоохладителей — охлаждающих приборов в вынужденным движением воздуха) и смешанного охлаждения (при использовании батарей и воздухоохладителей).

Система воздушного охлаждения характеризуется вынужденным движением воздуха в помещении и значительно большими его скоростями, доходящими в отдельных устройствах до 10 м/с.

При воздушном охлаждении воздух лучше перемешивается, вследствие чего резкой разницы температуры и влажности воздуха по объему не наблюдается. Более высокие скорости воздуха, свойственные системам воздушного охлаждения, интенсифицируют процесс теплообмена как между охлаждаемым телом и воздухом, так и между воздухом и охлаждающими приборами (коэффициент теплоотдачи при воздушном охлаждении возрастает в среднем в три — четыре раза). Благодаря этому сокращается время охлаждения и тем самым уменьшается время технологической обработки.

При охлаждении теплоносителем изменение тепловой нагрузки вызывает только уменьшение или увеличение его нагревания в охлаждающих приборах, что не влечет за собой опасных последствий. Регулирование же подачи хладагента в этом случае ведется только на один объект — испаритель, в котором колебания нагрузки от отдельных объектов в значительной степени компенсируют друг друга и часто мало отражаются на режиме работы испарителя и компрессора. В связи с этим обслуживание холодильных установок при косвенном охлаждении оказывается значительно проще, что в ряде случаев заставляло отказаться от непосредственного охлаждения, несмотря на ряд его преимуществ.

Принципиальные схемы хладоснабжения

Так охлаждаются суперкары: особенности систем охлаждения спортивных авто

Система охлаждения — непременный атрибут любого автомобиля. Слишком много энергии при движении машины вынужденно преобразуется в тепло. Двигатель и трансмиссия требуют обязательного активного охлаждения, как и тормозная система, мощные электрические компоненты и система кондиционирования. А чем отличаются от «обычных» системы охлаждения суперкаров? Ведь эти автомобили одновременно мощные, компактные и предельно облегченные. Какие интересные технические решения встречаются в их конструкциях?

Поддерживать температуру мотора мощностью свыше 300 л. с. совсем не простая задача, особенно когда он работает на полной мощности, а скорости невысоки. И динамические возможности современных суперкаров очень сильно зависят от температуры наружного воздуха.

Зачастую повысить мощность двигателя не позволяет так называемый «тепловой пакет» — показатель мощности рассеивания систем охлаждения двигателя и трансмиссии, а не возможности силовых агрегатов. Казалось бы, на высокой скорости проблема охлаждения не должна стоять так уж остро: радиаторы продуваются воздухом. Но и тут особенности конструкции скоростного автомобиля вносят свои нюансы. Аэродинамические свойства машины во многом зависят от возможности создания граунд-эффекта, а безопасное движение — еще и от работы тормозных механизмов. Не на последнем месте и банальное аэродинамическое сопротивление, а также общая обтекаемость, их тоже приходится учитывать. Как в таких условиях обеспечивается стабильная работа всех систем?

Для суперкара аэродинамическая проработка кузова — это основа всего. В том числе и качества работы системы охлаждения. И «классические» решения с расположением радиаторов под капотом, в передней части машины, не в чести. Даже у моделей с передним расположением двигателя дизайн радиаторов и аэродинамическая проработка существенно отличаются от стандартных.

Так, передняя часть Mercedes SLR McLaren W199 стандартна только на первый взгляд. Тут расположен основной радиатор, жидкостный радиатор интеркулера с двумя электропомпами, большой радиатор трансмиссии и маслобак двигателя — применена система с сухим картером, и масло сначала охлаждается в секции основного радиатора, а затем еще снижает температуру в корпусе бака, который выполнен с большой оребренной поверхностью.

Для лучшей работы днища кузова часть воздуха с радиаторов отводится вверх через капот, и пакет радиаторов скомпонован таким образом, чтобы «правильно» распределить потоки. Двигатель находится в пределах колесной базы, и объем, занимаемый системой охлаждения, в несколько раз больше, чем у типичных легковых машин. Конструкция радиаторов принципиально от обычной не отличается. Алюминиевое «ядро» и пластиковые бачки можно увидеть на большинстве серийных суперкаров. Цельноалюминиевые детали широко предлагаются только в качестве тюнинга и на машинах практически единичной сборки. Электровентиляторы системы также вполне стандартны, разве что заметно мощнее обычных, имеют лучшую аэродинамику и меньшую массу.

Читать еще:  Что такое электрореактивные двигатели

У машин с задним и центральным расположением силового агрегата в большинстве случаев используется достаточно компактная система охлаждения с боковым и задним расположением радиаторов охлаждения двигателя и наддувочного воздуха. Так поступают, например, Audi на модели R8, McLaren на модели P12, и так устроены почти все модели Ferrari с центральным расположением двигателя.

Но вот создатели Porsche 911 сделали систему охлаждения куда более протяженной и расположили радиаторы мотора в передней части кузова. Характерно, что в системе обычно используется не один большой, а несколько малоразмерных радиаторов. Их три у 911, три и у R8, у McLaren радиаторов заметно больше, поскольку используется гибридный привод и в системе охлаждения есть еще контур охлаждения батарей и инверторов.

Интересное техническое решение использует Porsche. На модели 911 GT3 у мотора вентилятора радиатора свой индивидуальный блок контроля и управления, что обеспечивает плавное регулирование его производительности и более широкие возможности подстройки и диагностики. А еще боковые радиаторы с электровентиляторами выполнены едиными быстросъемными моделями, и забота об аэродинамике проявляется даже в такой мелочи, как колпачок электродвигателя.

При большой протяженности трасс охлаждения и большом количестве радиаторов помпы двигателей являются важной составляющей. Mercedes и Porsche довольствуются стандартной усиленной конструкцией, но с профилем лопастей, оптимизированным для предотвращения кавитации. При оборотах мотора более 7 тыс. падение производительности может стать фатальным.

Весьма интересная конструкция у Audi R8 с мотором V10: маслонасос с помпой и термостатом объединены в единый модуль с пониженной частотой вращения, который приводится в движение цепью. И в любом случае не обходится без дополнительных электронасосов — они позволяют обеспечить стабильную циркуляцию жидкости в больших блоках цилиндров и прокачивать охлаждающую жидкость через радиаторы при малых оборотах коленчатого вала.

Также важной их функцией является предотвращение закипания большого, сложного и очень теплоемкого мотора после выключения, а при наличии турбин насосы занимаются и их охлаждением. В системах жидкостного охлаждения наддувочного воздуха на моторах Mercedes SLR и McLaren P12 используют многоконтурные системы охлаждения с выделенным низкотемпературным контуром. Причем система охлаждения Mercedes двухконтурная, а на McLaren контуров уже три — еще один нужен для охлаждения и подогрева электронных систем и батареи гибрида.

Маслорадиаторы двигателя и трансмиссии — непременный атрибут суперкара. Эти детали присутствуют и на двигателях обычных машин, но разница в масштабе. Маслорадиатор АКПП серии 722.6 Mercedes SLR по размеру сравним с основным радиатором малолитражки, а в системе охлаждения масла Audi R8 радиаторов несколько, включая водомасляный теплообменник и обычные воздушные. Охлаждения требует не только АКПП, но и обычная «механика», и даже у редукторов зачастую есть собственные радиаторы для масла или встроенные жидкостные теплообменники.

Важная составляющая системы охлаждения — ее рабочее тело, иными словами, антифриз. На экстремальных машинах зачастую применяются весьма нестандартные составы. Цель одна — заставить систему охлаждения работать максимально эффективно при наименьших затратах мощности, но помимо этого есть еще несколько факторов. Во-первых, в самых продвинутых моторах часто используются сложные сплавы на основе магния и других активных металлов. В этом случае предотвращение коррозии является очень важной задачей и типовые составы антифризов могут не справиться. А еще «суперкаровскому» антифризу полагается быть чуть более текучим и обеспечивать лучший теплообмен. Улучшение этих параметров на доли процента уже обещает серьезный выигрыш в работе, но обойдется оно очень недешево. Впрочем, Mercedes, Audi и Porsche устраивают вполне стандартные, пусть и не самые дешевые антифризы. А вот если у вас Ferrari или McLaren, то рекомендации, как и полагается эксклюзивным машинам, будут экзотическими.

Среди характерных примет систем охлаждения суперкаров еще и предельно малая масса, широкое использование легких сплавов и пластмасс, а также нестандартных технологий и практически штучный выпуск. Так, Porsche использует вклеиваемые патрубки систем охлаждения на двигателях для снижения массы блока цилиндров. А такая экзотика, как магний, титан и керамика в конструкциях, встречается едва ли не чаще вполне традиционных чугуна и стали. Высокая плотность и малая толщина трубок радиаторов — тоже деталь характерная, не зря на многих машинах защитные сетки радиаторов установлены на заводе.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector