Какими способами можно регулировать тепловое состояние двигателя

Регулирование температурного режима двигателя с жидкостным и воздушным охлаждением

Дата публикации: 11 ноября 2017 г.

Регулирование охлаждения двигателя

Регулирование охлаждения двигателя необходимо для того, чтобы предотвратить переохлаждение двигателя при эксплуатации в зимнее время. Наиболее распространенный способ регулирования теплового режима двигателя с жидкостным охлаждением — это ограничение потока жидкости из рубашки двигателя в радиатор с помощью термостата. Чаще всего термостат — это металлический сильфон, наполненный легко испаряющейся жидкостью, например, спиртом. При достижении определенной температуры жидкость начинает кипеть, давление в сильфоне возрастает, и он начинает расширяться. Расширение сильфона используется для управления клапанами или заслонками, регулирующими поток воды через радиатор.

Однако более надежны в работе парафиновые термостаты , которые развивают большее усилие. В таких термостатах используется изменение объема парафина при изменении агрегатного состояния. При расплавлении объем парафина увеличивается, что используется для управления регулировочным устройством. Парафин заключен в замкнутом объеме, и регулировочный поршенек перемещает посредством гидравлического привода упругую диафрагму. Устройство такого термостата показано на рис. 1.

Рис. 1. Парафиновый термостат

1 — емкость с парафином; 2 — резиновая трубка; 3 — палец, входящий в резиновую трубку; 4 — тарель предохранительного клапана 5; при разогревании и расширении парафина резиновая трубка 6 сжимается и выталкивает палец 3.

Для того чтобы двигатель прогревался равномерно и его температурный режим был постоянным, охлаждающая жидкость должна постоянно циркулировать по замкнутому контуру. В этом случае термостат имеет два клапана. Один ограничивает поступление воды в радиатор, а другой одновременно открывает обходной канал. Система охлаждения с сильфонным термостатом показана на рис. 2. При использовании воды в зимнее время в качестве охлаждающей жидкости иногда приходится радиатор спереди дополнительно закрывать жалюзи или утеплительным кожухом.

Рис. 2. При регулировании охлаждения двигателя с помощью перепуска вместо перепускного клапана может быть установлен обратный клапан, поджатый несильной пружиной

1 — поступление воды из радиатора; 2 — отвод воды в радиатор.

В двигателях с воздушным охлаждением регулирование температурного режима осуществляется методом дросселирования потока набегающего воздуха с помощью жалюзи, установленного перед вентилятором или за ним (Фольксваген). Более выгодно использовать системы рециркуляции охлаждающего воздуха вокруг двигателя. Этим достигается более равномерный прогрев двигателя и подогрев впускного трубопровода. При этом поток воздуха от вентилятора не дросселирован. Дросселирование потока воздуха, нагнетаемого вентилятором, может привести к нарушению устойчивой работы вентилятора; при этом резко снижается его эффективность. Эксплуатация вентилятора на таких режимах крайне нежелательна, потому что при той же частоте вращения вентилятора и той же степени дросселирования вентилятор может иметь различную производительность в зависимости от того, уменьшается или увеличивается дросселированием расход воздуха. Принцип регулирования интенсивности охлаждения перепуском части воздуха использован на автомобиле Татра 603.

Производительность вентилятора прямо пропорциональна частоте вращения вентилятора. Однако при этом напор воздуха, создаваемый вентилятором, возрастает в квадратичной зависимости, а мощность, расходуемая на привод вентилятора, — в кубической. Если двигатель работает на максимальной частоте вращения или на частичной, например, в половину мощности, то для его охлаждения достаточно вдвое меньшего количества воздуха. Уменьшение производительности вентилятора дросселированием потока воздуха практически не скажется на потерях мощности двигателя на привод вентилятора. Если же вдвое снизить частоту вращения вентилятора, то мощность снизится на 7/8, что весьма существенно. Поэтому регулирование температурного режима двигателя изменением частоты вращения вентилятора является резервом увеличения экономичности двигателя. Однако для этого в процессе эксплуатации двигателя необходимо изменять передаточное отношение между валом двигателя и вентилятором, что трудно осуществить. В больших двигателях изменение передаточного отношения осуществляется с помощью клиноременных вариаторов или более дорогих гидростатических устройств.

Более дешевый способ изменения передаточного отношения — это использование гидродинамической муфты (рис. 3).

Рис. 3. Гидродинамическая муфта для изменения частоты вращения вентилятора в зависимости от теплового режима двигателя

В этом случае в привод вентилятора включена гидродинамическая муфта, которая полностью заполнена маслом и имеет проскальзывание 3%, а эффективность около 97%. Если температура двигателя снижается, то часть масла вытекает из муфты и ее проскальзывание увеличивается, частота вращения вентилятора соответственно снижается. В качестве рабочей жидкости в таких гидродинамических муфтах используется масло системы смазки двигателя, количество которого в муфте изменяется с помощью дроссельного клапана термостата. В периферийном участке кожуха муфты просверлено отверстие, через которое часть масла под действием центробежных сил вытекает из муфты и стекает в картер двигателя, где охлаждается. По мере охлаждения двигателя термостат дросселирует поток масла, поступающего в муфту, а поскольку сечение выходного отверстия остается постоянно большим, муфта, начинает освобождаться от части масла и ее проскальзывание увеличивается.

Еще более простой является система регулирования температуры двигателя включением и выключением вентилятора. Чаще всего это делается с помощью фрикционной муфты с электромагнитным управлением. Парафиновый термостат развивает достаточное усилие для срабатывания этой муфты. В некоторых случаях с помощью парафинового термостата осуществляют поворот лопаток вентилятора, изменяя угол атаки, от которого зависит производительность.

Для дросселирования потока масла можно использовать термостат с биметаллической пластиной. Он представляет собой две скрепленные пластины из металлов с различными коэффициентами теплового расширения. При увеличении температуры одна пластина расширяется и изгибается больше, чем другая, и этот изгиб используется для управления клапанами. При необходимости обеспечить большой ход дроссельного клапана устанавливают несколько пластин, что сделано, например, в термостате Дейц (рис. 4) для регулирования поступления масла в гидродинамическую муфту.

Рис. 4. Биметаллический термостат для регулирования расхода масла через гидромуфту вентилятора (Дейц)

1 — картер; 2 — биметаллическая вставка; 3 — регулировочный золотник.

При поперечной установке двигателя в автомобиле механический привод вентилятора осуществить значительно труднее, особенно если он расположен за радиатором. Поэтому в настоящее время часто применяют охлаждение двигателя скоростным напором воздуха; такая система охлаждения рассчитана на среднегодовые погодные условия в данной местности. При более жестких требованиях к системе охлаждения на двигатель устанавливают вспомогательный вентилятор, приводимый от электродвигателя, включаемого от термостата. Обычно это бывает при длинных подъемах или при большой жаре.

—>

—>

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

Другие материалы на сайте об автомобильных двигателях:
Двухтактный двигатель — принцип действия и устройство, преимущества и недостатки	Уход за двигателем автомобиля: главные моменты
Ремонт и диагностика дизельного двигателя	Причины перегрева двигателя автомобиля

Главная
Новые материалы на сайте.

Автосамоделки
Самодельные автомобили, прицепы, дачи, вездеходы, тюнинг авто.

Мотосамоделки
Самодельные мотоциклы, мопеды, скутеры, снегоходы.

Автосервис
Ремонт и обслуживание автомототехники. Советы по ремонту автомобиля.

Гараж
Гаражное оборудование, обустройство гаража.

Разное, советы автомобилистам
Советы бывалых и опытных автолюбителей.

Источник

Контроль и регулировка охлаждения двигателя

В условиях эксплуатации необходимо систематически следить за тем, чтобы тепловое состояние двигателя не выходило за пределы, обеспечивающие его надежную работу.

В двигателях воздушного охлаждения тепловое состояние двигателя контролируется по температуре головок цилиндров, измеряемой под задней свечой посредством термопары, а также по температуре масла на выходе из двигателя и по давлению масла в системе.

Температура головок измеряется обычно только в одном цилиндре, имеющем при работе более высокую температуру, чем остальные.

В двигателях жидкостного охлаждения контроль за тепловым состоянием производится по давлению масла в системе и его температуре на выходе из двигателя и по температуре охлаждающей жидкости на выходе из -двигателя.

Для каждого типа двигателя установлены на основании опыта нормы для температуры головок, температуры охлаждающей жидкости, температуры масла и его давления, в пределах которых гарантируется надежная работа двигателя. Так, например, для двигателя АШ-82ФН температура головки должна лежать в пределах 140 ÷ 215° С, а температура выходящего масла — в пределах 85 ÷ 115° С. Для двигателя М-11ФР-1 соответствующие значения температур головки и выходящего масла составляют 100 ÷ 220º С и 80 ÷ 100° С.

Тепловое состояние двигателя можно регулировать изменением количества тепла, выделяющегося в двигателе, или изменением количества тепла, отводимого от двигателя системой охлаждения.

Количество тепла, выделяющегося в двигателе, регулируют изменением режима его работы. Так, например, уменьшая наддув и число оборотов двигателя и обогащая смесь, мы тем самым уменьшаем количество тепла, выделяющегося в двигателе в единицу времени, а увеличивая наддув и число оборотов двигателя и обедняя смесь, наоборот, увеличиваем количество’ тепла.

Отвод тепла от системы охлаждения регулируется изменением количества воздуха, охлаждающего двигатель или радиаторы (масляные и водяные). Количество охлаждающего воздуха регулируется изменением положения заслонок в системах с регулируемым охлаждением или изменением режима (скорости) полета.

В условиях эксплуатации обычно приходится применять оба метода регулировки температурного состояния двигателя. Так, например, при наборе высоты даже при наличии регулируемого охлаждения двигатель может перегреться. В этом случае необходимо, сбавив газ и перейдя на горизонтальный полет, дать двигателю возможность охладиться. Наоборот, при длительном планировании для предотвращения переохлаждения двигателя бывает необходимо периодически переходить на горизонтальный полет, прогревая двигатель.

Источник

Какими способами можно регулировать тепловое состояние двигателя

Опыт эксплуатации двигателей внутреннего сгорания и специ­ально поставленные исследования показали, что температура в системе охлаждения двигателя существенно влияет как на ос­новные эффективные показатели его работы (мощность, экономич­ность), так и на интенсивность износа трущихся поверхностей.

В формуле, определяющей эффективную мощность двигателя:

постоянный коэффициент D _N практически не зависит от темпера­туры Т охлаждающей воды. Поэтому наибольшее значение эф­фективной мощности при прочих равных условиях соответствует наибольшим значениям произведения ? _V ? _M * ? _i / ? для выбранного скоростного режима ?.

По мере увеличения температуры Т в системе охлаждения уменьшается количество теплоты, отдаваемой рабочими газами в систему охлаждения. Однако основная часть оставшейся теп­лоты в цилиндре (85—90%) расходуется на подогрев его стенок и лишь 10—15% идет на увеличение полезной работы. Поэтому с ростом температуры охлаждающей воды происходит весьма незначительное повышение индикаторного КПД двигателя ? _i . Одновременно с этим возрастание температуры стенок цилиндра приводит к увеличению подогрева свежего заряда, уменьшению его плотности, а следовательно, и к уменьшению коэффициента наполнения ? _? и к незначительному снижению коэффициента избытка воздуха ?.

Одновременно с этим увеличение Т вызывает уменьшение вязкости смазывающего масла, что способствует уменьшению потерь на трение и увеличение механического КПД двигателя ? _м .

Суммарное влияние всех названных факторов по мере роста Т дает некоторое снижение индикаторной мощности N _i и увеличе­ние эффективной мощности N _е , так как интенсивность увеличе­ния ? _м выше интенсивности падения N _i .

При прочих равных условиях эффективная мощность дости­гает своего наибольшего значения при температуре в системе охлаждения около 348 К и почти не изменяется до 358 К. Дальнейшее увеличение температуры в системе охлаждения может вызвать некоторое снижение N _е из-за ухудшения условий смазки трущихся поверхностей.

Экономичность работы двигателя определяется значением удельного эффективного расхода топлива g _e Если учесть тенден­ции изменения ? _i и ? _м по мере увеличения температуры Т в си­стеме охлаждения, то нетрудно установить, что при увеличении Т удельный индикаторный расход топлива g _i постепенно увеличи­вается, в то время как удельный эффективный расход топлива g _е снижается и достигает своего минимального значения в интервале температур от 348 до 358 К.

Изменения эффективной мощности двигателя и удельного эф­фективного расхода топлива в зависимости от температуры в си­стеме охлаждения идентичны в двигателях различных типов, габаритных размеров и назначения.

Сказанное свидетельствует о том, что температуру в системе охлаждения двигателя целесообразно при всех режимах его работы поддерживать на одном и том же уровне в интервале тем­ператур от 348 до 358 К.

Однако температурный режим работы системы охлаждения двигателя необходимо выбирать не только на основе получения наивыгоднейших его эффективных показателей, но и на основе обеспечения заданного моторесурса, а это значит, что нужно установить такие условия работы, при которых износ трущихся поверхностей оказывался бы минимальным.

Для выяснения такого теплового режима работы двигателя были поставлены специальные экспериментальные исследования, которые показали,, что по мере роста температуры охлаждающей воды до 343 К степень износа резко снижается, затем интенсивность ее падения уменьшается, и после 348 К снижение степени износа становится несущественным.

С позиций получения минимальной степени износа трущихся поверхностей температуру в системе охлаждения необходимо поддерживать также в пределах 348—358 К вне зависимости от режима работы, типа и назначения двигателя (ГОСТ 12709—67). Следовательно, интервал температур 348—358 К в системе охлаждения двигателя является наивыгоднейшим, и необходимо стремиться к тому, чтобы поддерживать температуру в системе охлаждения двигателя в этом интервале при всех возможных ре­жимах работы двигателя.

Однако свойства двигателя как регулируемого объекта по температуре охлаждения таковы, что названный диапазон темпе­ратур поддерживаться в процессе эксплуатации практически не может без регулирующего воздействия на систему охлаждения. В связи с этим большинство двигателей внутреннего сгорания, работающих в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, снабжают однорежимными автоматическими регуля­торами температуры различной сложности по конструкции в за­висимости от требования точности поддержания заданного тепло­вого режима (348—358 К).

В некоторых случаях поддержание температуры охлажда­ющей воды двигателя в интервале 348—358 К оказывается либо недопустимым, либо нецелесообразным. Например, в проточных системах судовых двигателей поддержание температуры воды в зарубашечном объеме двигателя на уровне 348—358 К недо­пустимо из-за интенсивного отложения накипи и, следовательно, быстрого снижения теплоотводящих способностей поверхностей теплопередачи. Поэтому в таких двигателях создают системы ох­лаждения, обеспечивающие температуру воды на выходе не выше 328 К- В этом случае также устанавливают однорежимные авто­матические терморегуляторы, которые работают в интервале тем­ператур от 318 до 328 К (ГОСТ 12709—67).

В тепловозных теплосиловых установках с дизелями выбор температуры охлаждающей воды существенно влияет на размеры холодильных секций и, следовательно, на размеры всей установки в целом. Этим обусловливается использование в ряде случаев замкнутых систем высокотемпературного охлаждения. Система охлаждения в этом случае должна быть оборудована специальным паровоздушным клапаном, поддерживающим в системе охлажде­ния повышенное давление (0,12—0,13 МПа), при котором тем­пература охлаждающей воды увеличивается до 378 К. Это поз­воляет сократить размеры холодильной установки за счет уве­личения интенсивности теплоотдачи в окружающую среду. Сле­довательно, и в этих случаях система охлаждения двигателя дол­жна быть оборудована однорежимным автоматическим регуля­тором температуры с настройкой его на заданный уровень тем­пературы.

Источник