Способы охлаждения поршневых двс

Система охлаждения поршней двигателя внутреннего сгорания

Использование: в двигателях внутреннего сгорания, в частности в их системах охлаждения. Сущность изобретения: система содержит сточную цистерну, циркуляционный насос, терморегулирующий клапан, водоохладитель и соединительные трубопроводы, и она снабжена напорной цистерной с переливным трубопроводом, установленной на высоте 10 — 12 м от линии коленчатого вала двигателя, объемом из расчета 1 м 3 на один рабочий цилиндр и связан соединительным трубопроводом с проводящим трубопроводом охлаждающей воды, а переливной трубопровод соединяет напорную цистерну со сточной цистерной, кроме того, система снабжена невозвратным клапаном, вход которого соединен с выходом водоохладителя, а его выход связан соединительным трубопроводом с подводящим трубопроводом охлаждающей воды. Изобретение обеспечивает повышение надежности двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению и судостроению.

В качестве ближайшего аналога представляется устройство системы охлаждения поршней двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [1] В настоящее время теплота от поршня отводится за счет циркуляции через внутреннюю полость головки пресной охлаждающей воды с помощью циркуляционного насоса и телескопического устройства. При вынужденной остановке ДВС (например, при обесточивании судовой энергетической установки, так называемых «блэк-аутах») циркуляционный насос останавливается и циркуляция воды через головку поршня прекращается, при этом охлаждающая вода остается в полости поршня только за счет более высокого расположения отводящей трубы в головке поршня.

Над этой трубой в верхней полости поршня при остановке немедленно образуется паровой мешок, так как температура огневого днища поршня в рабочем режиме удерживается на уровне 350 400 o C. Перегретый пар хорошо изолирует днище, обеспечивая длительное удержание высокой температуры головки поршня и образование при последующем запуске дизеля и циркуляционного насоса охлаждения тепловых микротрещин, снижающих ресурс поршней, что отмечается на главных дизелях морских судов.

В качестве прототипа выбрана система охлаждения поршней двигателя внутреннего сгорания [2] Основной недостаток прототипа повышение температуры головок поршней при аварийной остановке судна за счет образования паровых полостей что приводит к микротрещинам и отказу деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), снижению надежности и безопасности мореплавания судов.

Задачей изобретения является повышение эффективности системы охлаждения ДВС за счет создания постоянной циркуляции охлаждающей воды через головки поршней при аварийной остановке циркуляционного насоса. Для решения этой задачи систему охлаждения поршней ДВС добавляются расширительная цистерна (или гравитационная цистерна), располагаемая в верхней части машинного отделения на высоте 8 10 м от линии коленчатого вала, автоматического невозвратного клапана, переливного трубопровода и соединительных трубопроводов. Введение этих элементов обеспечивает достаточно длительное движение охлаждающей воды через головки поршней при аварийном прекращении работы циркуляционного насоса охлаждения поршней и остановке ДВС.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена предлагаемая схема системы охлаждения ДВС.

Система состоит из следующих элементов: 1 сточная цистерна, 2 — циркуляционный насос, 3 терморегулирующий клапан, 4 водоохладитель, 5 — невозвратный клапан, 6 напорная цистерна, 7 переливной трубопровод, 8 — полость охлаждения поршня, 9, 10, 12 и 13, соединительные трубопроводы, 11 — телескопическое устройство, причем напорная цистерна связана соединительным трубопроводом с подводящим трубопроводом охлаждающей воды 12, а переливной трубопровод 7 соединяет напорную цистерну 6 со сточной цистерной 1, вход невозвратного клапана 5 соединен с выходом водоохладителя 4, а выход невозвратного клапана 5 связан соединительным трубопроводом с подводящим трубопроводом охлаждающей воды 12.

Наличие указанных элементов создает подпор охлаждающей воды и ее естественное движение при падении давления в циркуляционном насосе из напорной цистерны 6, установленной на высоте 10 12 м от линии коленчатого вала ДВС, объемом из расчета 1 м 3 на один рабочий цилиндр, связанной соединительным трубопроводом с подводящим трубопроводом охлаждающей воды 12 через телескопическое устройство 11, полость охлаждения поршня 8, соединительный трубопровод 12 в сточную цистерну 1.

Во время работы ДВС циркуляционный насос 2 перекачивает воду из сточной цистерны 1 через терморегулирующий клапан 3, водоохладитель 4, невозвратный клапан 5 в полость охлаждения поршня 8 и одновременно в напорную цистерну 6, из которой сохраняется постоянный перелив по переливному трубопроводу 7 обратно в сточную цистерну 1, чем достигается постоянное заполнение напорной цистерны 6 горячей охлаждающей водой. Поэтому в случае аварийной остановки циркуляционного насоса невозвратный клапан 5 закрывается и начинается движение охлаждающей воды из напорной цистерны 6 под напором, обеспечиваемым ее высоким расположением, по трубопроводу 12 через охлаждающую полость поршня 8, телескопическое устройство 11, соединительный трубопровод 13 в сточную цистерну 1.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении надежности ДВС за счет исключения опасных последствий в результате аварийной остановки насоса охлаждения поршней и повышение надежности поршней, сохранения запасных частей и увеличения долговечности деталей цилиндро-поршневой группы.

В настоящее время невозможно оценить денежное выражение экономического эффекта, однако скажем, что стоимость только одной головки поршня с поршневыми кольцами составляет около 120 тыс.руб. по ценам 1991 для ДВС типа 5К 70/125В/5 ДКРН 70/125 на суднах типа «т/х «Астрахань».

Система охлаждения поршней двигателя внутреннего сгорания, содержащая сточную цистерну, циркуляционный насос, терморегулирующий клапан, водоохладитель и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что она снабжена напорной цистерной с переливным трубопроводом, установленной на высоте 10 12 м от линии коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, объемом из расчета 1 м 3 на один рабочий цилиндр и связан соединительным трубопроводом с подводящим трубопроводом охлаждающей воды, а переливной трубопровод соединяет напорную цистерну со сточной цистерной, кроме того, система снабжена невозвратным клапаном, вход которого соединен с выходом водоохладителя, а выход невозвратного клапана связан соединительным трубопроводом с подводящим трубопроводом охлаждающей воды.

Источник

Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Помимо главной функции отвода тепла от основных узлов двигателя автомобиля, система охлаждения решает ряд дополнительных задач. Фактически она участвует в работе системы смазки, отопления салона, выхлопа и рециркуляции отработавших газов, турбонаддува и коробки передач. О том, как она устроена, а также в чем заключается принцип работы охлаждающей системы и пойдет речь далее.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:

• Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
• Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
• Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.

Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).

Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС

Наиболее популярной в современных автомобилях является комбинированная система охлаждения двигателя с принудительной циркуляцией воздуха и жидкости. Она состоит из следующих элементов:

• Радиатор системы охлаждения.
• Вентилятор радиатора.
• Малый и большой охлаждающие контуры.
• Рубашка системы охлаждения (система каналов в блоке цилиндров).
• Датчик температуры.
• Термостат.
• Расширительный бачок.
• Насос (помпа).
• Радиатор печки.
• Масляный радиатор (опционально).
• Радиатор системы рециркуляции отработавших газов (опционально).

В момент запуска двигателя насос начинает перекачку жидкости по малому контуру. Когда двигатель нагревается до рабочей температуры, срабатывает термостат и открывает второй (большой) контур охлаждения. Проходя через узлы мотора, охлаждающая жидкость нагревается и расширяется. При увеличении температуры часть жидкости поступает в расширительный бачок. Это позволяет компенсировать излишний объем, независимо от того, какое давление установилось в системе.

Большой и малый круги циркуляции ОЖ

Проходя через участок радиатора системы охлаждения, антифриз вновь остывает и возвращается на новый цикл. Если этот режим снижения температуры оказывается недостаточным, срабатывает температурный датчик, передающий сигнал блоку управления двигателя и запускающий вентилятор воздушного охлаждения. Если и его оказывается недостаточно, на приборную панель (индикатор) поступает сигнал о перегреве двигателя.

Масляный радиатор и радиатор рециркуляции отработавших газов может присутствовать не во всех системах охлаждения. Они необходимы для синхронного снижения температуры смазки и выхлопа, что делает эксплуатацию автомобиля более безопасной и экономичной. В автомобилях с турбонаддувом также может присутствовать еще один охлаждающий контур для снижения температуры воздуха наддува.

Как устроен радиатор охлаждения двигателя

Радиатор системы охлаждения ДВС состоит из следующих элементов:

• Сердцевина. Она может быть трубчатой (вертикальные трубки овального или круглого сечения, объединенные тонкими горизонтальными пластинами), пластинчатой (изогнутые пары пластин, спаянные по краям) и сотовой (спаянные трубки с сечением в виде правильного шестиугольника).
• Верхний бачок. Оснащен заливной горловиной с герметичной пробкой, а также патрубком для установки шланга, подводящего антифриз. В горловине выполнено отверстие для установки пароотводящей трубки. Последняя имеет паровой клапан, который открывается в случае закипания.
• Воздушный клапан. Он необходим для наполнения радиатора воздухом после остановки двигателя. Когда охлаждающая жидкость полностью остывает, без подачи дополнительного объема воздуха в системе может возникнуть сильное разрежение, провоцирующее сдавливание трубок.
• Нижний бачок. Оснащен патрубком для крепления шланга отвода жидкости.
• Крепления.

Принцип работы радиатора основан на многоуровневой циркуляции воздуха в его сердцевине, что делает снижение температуры охлаждающей жидкости, проходящей через него, более интенсивным.

Наиболее эффективными являются радиаторы пластинчатого типа, но они подвержены быстрому загрязнению, а потому самой популярной конструкцией стали трубчатые.

Особенности работы датчика температуры ОЖ

Температурный датчик позволяет контролировать состояние системы. Определить, где находится датчик температуры охлаждающей жидкости просто: как правило, он расположен в канале головки блока цилиндров. Он представляет собой терморезистор в герметичном корпусе, который может быть изготовлен из бронзы, пластика и латуни. На корпусе имеется резьба для установки в канал.

Принцип работы датчика основан на следующем эффекте: при повышении температуры сопротивление чувствительного элемента снижается, а при ее уменьшении увеличивается. Показатель сопротивления передается на электронный блок управления двигателем. Чтобы при этом данные состояния охлаждающей жидкости были точными, датчик должен быть полностью погружен в нее. При температуре 100°C сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости должно быть порядка 177 Ом. С учетом погрешностей измерения допускается показатель сопротивления 190 Ом. Если же отклонения больше допустимых, датчик необходимо заменить.

Проверить автомобиль на наличие неисправностей, в том числе и датчика температуры ОЖ, проще всего при помощи автомобильного диагностического сканера. К примеру, это можно сделать недорогим мультимарочным устройством Rokodil ScanX.

Мультибрендовый сканер Rokodil ScanX

После диагностики авто, сканер укажет на имеющиеся коды ошибок. В частности если появились ошибки P0115 — P0119, причина неисправности будет в самом датчике ОЖ, разъеме подключения или проводке. После чего необходимо более детально рассмотреть причину неисправности. Также с помощью Rokodil ScanX можно проверить показания датчика в режиме реального времени. На “холодном” двигателе его показания должны быть примерно равны температуре окружающей среды, а на горячем не превышать 150 ˚С.

В некоторых моделях автомобилей может быть предусмотрено два датчика температуры. Один отвечает исключительно за включение вентилятора радиатора, а второй представляет собой датчик указателя текущей температуры охлаждающей жидкости.

Что используют в качестве охлаждающих жидкостей

В роли рабочей жидкости в системах охлаждения изначально применялась дистиллированная или деионизированная вода. Однако для современных двигателей она не обеспечивает нужный диапазон рабочих температур. Помимо этого, она склонна к коррозионной активности в отношении металлов, что снижает срок эксплуатации системы охлаждения. Для устранения этих недостатков в качестве охлаждающей жидкости сегодня применяются составы со специальными присадками (этиленгликоль, ингибиторы коррозии), что повышает характеристики всей системы. Чаще всего используется антифриз, который имеет более низкий порог замерзания.

При возникновении ситуации, когда требуется экстренный долив охлаждающей жидкости, можно использовать обычную чистую воду. Однако для корректной работы системы при первой возможности такой раствор необходимо заменить на качественный антифриз.

Замена охлаждающей жидкости проводится каждые 60-100 тысяч километров пробега. В охлажденном состоянии (при выключенном двигателе) ее количество должно быть на уровне нижнего края патрубка расширительного бачка охлаждающей системы. Для удобства на нем выполнены отметки “Min” и “Max”. Когда количество жидкости ниже минимальной отметки – выполняют долив. Если после работы уровень вновь упал – это свидетельствует о разгерметизации системы.

Значимость системы охлаждения двигателя не вызывает сомнений. А потому стоит регулярно проводить профилактический осмотр ее основных узлов. Это позволит избежать перегрева двигателя и возникновения критических поломок.

Источник