Способы автоматического поддержания теплового состояния 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

Устройство автомобилей

Система охлаждения двигателя

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался во время работы, поскольку и перегрев и переохлаждение вредны двигателю.

Сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается выделением значительного количества теплоты. Если двигатель не охлаждать, или охлаждать недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, а это уменьшает их прочность, вызывает значительные тепловые деформации и изменение размеров, ухудшает свойства и снижает вязкость масла смазочной системы, отрицательно сказывается на наполнении цилиндров горючей смесью, вызывает интенсивное отложение нагара на деталях.
Все это может привести к снижению эффективности работы двигателя и даже его отказу из-за потери работоспособности отдельных деталей, агрегатов и узлов.

Переохлаждение двигателя тоже крайне нежелательно. Оно сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания (особенно в дизелях), следствием чего являются повышенный расход топлива, снижение эффективности работы двигателя, интенсивный коррозийный износ деталей из-за отложения конденсата, и увеличение выброса в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива.

Оптимальным для работы двигателя внутреннего сгорания является узкий температурный диапазон, который, например, у двигателей с жидкостной системой охлаждения, характеризуется температурой охлаждающей жидкости 85. 95 ˚С.

Требования к системе охлаждения

В связи с основным назначением, к системе охлаждения двигателя предъявляются следующие требования:

• автоматическое поддержание оптимального теплового режима в двигателе, независимо от режима его работы и внешних условий;
• надежная работа в условиях повышенных вибраций;
• малые габариты, масса и металлоемкость;
• технологичность и удобство в техническом обслуживании;
• быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры;
• длительное сохранение теплоты после остановки двигателя;
• малые энергетические затраты на функционирование (затраты энергии двигателя, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения);
• экологическая безопасность и минимальное коррозийное воздействие применяемых теплообменных материалов на детали двигателя.

Способы охлаждения двигателя

Отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется при помощи различных способов – применением принудительной системы охлаждения, охлаждением маслом смазочной системы, теплообменом с более массивными сопрягаемыми деталями, работающими в благоприятном температурном режиме, рассеиванием теплоты с рабочих поверхностей перегретых деталей и т. п.

Очевидно, что естественного теплообмена с перегретыми деталями двигателя недостаточно, чтобы поддерживать их оптимальную температуру в рабочем режиме, поэтому в современных двигателях применяется принудительный отвод теплоты от деталей, несмотря на то, что это связано с увеличением энергетических затрат и тепловых потерь рабочего цикла двигателя.
Принудительное охлаждение осуществляется с помощью жидкости или воздуха, поэтому различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Преимущества и недостатки систем охлаждения

Каждый из способов принудительного охлаждения имеет свои преимущества и недостатки.
Воздушная система охлаждения проста в эксплуатации, однако не может полностью обеспечить нормального теплового состояния деталей двигателя из-за неравномерности их охлаждения. Возникает необходимость использования принудительного направления движения воздуха в сочетании с оребрением двигателей, что приводит к увеличению уровня шума при работе двигателя, снижению его мощности, а также удорожанию деталей.

Теплопроводность жидких теплоносителей в 20…25 раз выше, чем у воздуха, поэтому жидкостная система охлаждения обеспечивает более эффективный теплоотвод и создает равномерное температурное поле охлаждения. Такая система охлаждения более инерционна — двигатель медленно прогревается, но и медленнее охлаждается.
Однако жидкостная система сложнее устроена, содержит в своей конструкции дорогостоящие узлы и детали для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости и теплообмена с внешней средой (радиатор).
Кроме того жидкостная система включает различные трубопроводы (патрубки, трубки), каналы и полости в охлаждаемых деталях для подвода и циркуляции жидкости, которые могут давать течь, снижая надежность и повышая стоимость двигателя в целом.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур в жидкостной системе охлаждения приходится применять специальные низкозамерзающие жидкости, имеющие достаточно высокую стоимость, что тоже отрицательно сказывается на экономических показателях.
Кроме того, применяемые в современных двигателях низкозамерзающие жидкости имеют более низкую теплопроводность, по сравнению с обычной водой, уменьшая тем самым основное преимущество жидкостной системы охлаждения перед воздушной.

Тем не менее, несмотря на перечисленные недостатки, в двигателях современных автомобилей наибольшее распространение получило жидкостное охлаждение, как более полно удовлетворяющее требованиям, перечисленным выше. Несмотря на сложность конструкции и связанные с этим удорожание и снижение надежности, жидкостная система охлаждения обеспечивает надежное поддержание рабочей температуры двигателя в заданных интервалах, и способна автоматически поддерживать ее в широком диапазоне нагрузочных режимов.

Источник