Способы поддержания теплового режима двигателя

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

Оптимальное тепловое состояние двигателя

Оптимальный температурный режим двигателя – условие для нормальной работы. Влияние поддержания температурного режима двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов. Системы и агрегаты поддержания оптимального температурного режима.

Рубрика	Транспорт
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	20.05.2013
Размер файла	18,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основная часть

1.1 Оптимальный температурный режим двигателя

1.2 Значение поддержания температурного режима двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов

1.3. Системы и агрегаты поддержания оптимального температурного режима двигателя

Список используемой литературы

температурный режим двигатель

Тепловой режим двигателя. Одним из необходимых условий нормальной работы двигателя является его оптимальный тепловое состояние. Средняя температура газов в течение рабочего цикла находится в пределах 800 ° С. Часть теплоты воспринимается деталями, непосредственно контактирующие с этими газами, отчего их температура может достичь уровня, когда прочность их уменьшится. Кроме этого повышения температуры двигателя вызывает снижение вязкости масла, ухудшение смазки рабочих поверхностей деталей и значительный рост их износа. Двигатели для автомобилей рассчитаны на качественную работу в рамках определенного температурного диапазона. Разные двигатели имеют свой температурный режим в пределах от 80 к 105°c. То есть, при заданном температурном режиме эксплуатации термостаты быстро доводят двигатели до нужной температуры и стабильно ее поддерживают. Двигатели, которые не укладываются в определенную рабочую температуру, продуцируют отработанные газы высокой токсичности. Вмонтированные (в соответствии с законодательными требованиями) датчики контроля токсичности отработанных газов функционально зависят от правильной (надлежащей) температуры двигателя и охлаждающей жидкости. Производители автомобилей четко указывают, что термостаты нужно применять во всех регионах, независимо от климата, чтобы предотвратить повреждение двигателя.

Тепловой режим двигателя. При избыточном нагреве мотора ухудшается его рабочий процесс. Горючая смесь в цилиндрах может преждевременно вспыхивать или сгорать с детонацией (в бензиновых двигателях). Помимо этого мощность перегретого двигателя существенно уменьшаются из- за ухудшения весового наполнения цилиндров (разогретая горючая смесь занимает больший объем и часть ее не умещается в цилиндрах двигателя). При чрезмерном охлаждении двигателя процесс приготовления горючей смеси значительно ухудшается. Топливо недостаточно испаряется, плохо вспыхивает и медленно горит, в результате чего мощность двигателя снижается, а его запуск затрудняется. Кроме этого холодное, густое масло плохо подается к рабочим поверхностям двигателя, а конденсация топлива на холодных стенках цилиндров приводит к смыву из них масла, в результате чего резко повышается износ двигателя.

1. Основная часть

1.1 Оптимальный температурный режим двигателя

На нагрев деталей двигателя затрачивается 20 — 35% теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах. Если эту теплоту не отводить, т. е. не охлаждать двигатель, то на многих движущихся деталях масло выгорит и вследствие чрезмерного расширения произойдет их заедание. Чтобы избежать перегрева деталей, от них принудительно отводится теплота с интенсивностью, зависящей от режима и условий работы двигателя. При недостаточном отводе теплоты двигатель перегревается — не развивает максимальной мощности, увеличивается расход топлива, а детали двигателя из-за недостаточной смазки быстро изнашиваются. В случае чрезмерного отвода тепла, т. е. при переохлаждении двигателя, также ухудшается его топливная экономичность и значительно снижается срок службы.

Поэтому двигатель следует охлаждать до оптимальной температуры, обеспечивающей получение максимальной мощности и высокой экономичности, а также длительного срока службы (моторесурса).Оптимальным тепловым режимом двигателя считают такой, когда температура основных деталей кривошипно-шатунного механизма составляет 90 … 110 ° С.

1.2 Значение поддержания температурного режима двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов

От оптимального теплового состояния двигателя, продолжительности его прогрева, стабильности температурного режима в процессе работы зависят не только надежность, но также топливная экономичность и токсичность отработавших газов. Надежный пуск холодного двигателя возможен при обогащении горючей смеси. Это объясняется тем, что ухудшается качество смеси из-за низких температур деталей двигателя, топлива и воздуха, низкой скорости воздуха проходящего через карбюратор. Для каждого типа двигателя при прочих равных условиях количество загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу, пропорционально расходу топлива. Поэтому экономия топлива одновременно по существу означает сокращение выброса токсичных веществ в атмосферу. Особенно значительные расходы топлива связаны с прогревом двигателя, а также агрегатов трансмиссии и шин после длительной стоянки на открытой площадке при низкой температуре воздуха в процессе движения. Увеличение расхода топлива двигателем объясняется ухудшением рабочих процессов, вызванным пониженным тепловым режимом. Холодный воздух имеет повышенную плотность, поэтому возрастает масса засасываемого воздуха. Плотность холодного топлива также выше, но выше его вязкость и ниже испаряемость, поэтому в целом горючая смесь оказывается обедненной. Холодная обедненная смесь горит недостаточно интенсивно, топливо сгорает неполно, и, как следствие этого, увеличивается расход топлива. В холодном коллекторе топливо плохо испаряется и около 40 % его (некоторые утверждают, что 90 %), поступая в камеру сгорания в виде пленки, практически не сгорает. При низких температурах воздуха возможно обледенение карбюратора (диффузора), что в свою очередь вызывает резкий перерасход топлива. Повышение теплового состояния двигателя в процессе прогрева приводит к уменьшению механических потерь, и, как результат этого, расход топлива постепенно снижается. При стабилизации теплового состояния двигателя стабилизируется и расход топлива. Поэтому процесс изменения расхода топлива при прогреве описывается также экспоненциальной зависимостью Начальное тепловое состояние двигателя и температура окружающего воздуха влияет на расход топлива при прогреве на холостом ходу. Тепловое состояние двигателя, в свою очередь, зависит от температуры воздуха, отсюда следует, что роль последнего довольно велика. Наиболее благоприятными условиями для приготовления горючей смеси являются температуры воздуха на входе в двигатель 35 … 40 С и топлива в карбюраторе 15 … 20 С. Кроме того, температура стенок впускного трубопровода должна быть 110 … 120 С, а температура горючей смеси на 25 … 30 С меньше температуры стенок. В этом случае при температуре в системе охлаждения 80 … 90 С и частичных открытиях дросселя (75 … 80 %) обеспечиваются наилучшие условия смесеобразования. При полном открытии дросселя температура горючей смеси может быть снижена на 20…25 С. Это обеспечивает лучшее наполнение цилиндров и увеличивает мощность двигателя.

1.3 Системы и агрегаты поддержания оптимального температурного режима двигателя

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального температурного режима двигателя. Регулирование теплового режима достигается путем регулирования отвода тепла от наиболее теплонагруженных деталей в результате соприкосновения их с горячими газами или трения.

Перегрев двигателя приводит к увеличению расхода топлива и уменьшению его мощности. Кроме этого сильный перегрев двигателя приводит к выгоранию смазки, при этом резко возрастает износ трущихся поверхностей деталей, а также происходит выплавление вкладышей подшипников, разрушение поверхности шеек коленчатого вала и заклинивание вала. При повышении температуры в карбюраторном двигателе могут происходить детонирующие удары. Все это выводит двигатель из строя.

С другой стороны при переохлаждении двигателя происходит потеря мощности, так как часть усилий двигатель вынужден расходовать на преодоление возросшего трения из-за повышения вязкости смазки. Кроме этого переохлаждение приводит к тому, что рабочая смесь конденсируется на стенках цилиндра и смывает пленку смазочного материала, увеличивая износ деталей. Увеличивается коррозионный износ стенок зеркал цилиндров из-за образования серных и сернистых соединений. Все это также приводит к увеличению расхода топлива и снижению срока службы двигателя.

В автомобилях применяется жидкостная и воздушная системы охлаждения. Воздушная система охлаждения применяется намного реже. При воздушной системе охлаждения передача тепла от двигателя происходит непосредственно в атмосферу. Необходимая интенсивность охлаждения обеспечивается работой охлаждающих ребер цилиндров и их головок, вентилятора и дефлектора. Воздушная система охлаждения имеет небольшую массу, а также обеспечивает быстрый прогрев двигателя после его пуска.

Однако система воздушного охлаждения имеет ряд существенных недостатков:

1) неравномерность отвода тепла по высоте цилиндра;

2) большие потери мощности двигателя на привод вентилятора;

3) высокий уровень шума при работе.

Наиболее часто применяют систему жидкостного охлаждения двигателя с принудительной циркуляцией жидкости. В качестве охлаждающей жидкости чаще всего применяют низкозамерзающие жидкости (антифризы, водный раствор этиленглюколя «Тосол»). Поток охлаждающей жидкости направляется в первую очередь к наиболее нагретым деталям двигателя: стенкам камеры сгорания, свечам зажигания, выпускным клапанам, цилиндрам двигателя. Тепло от нагретых деталей передается через стенки агрегатов охлаждающей жидкости, а от нее через стенки агрегатов системы охлаждения в атмосферу.

Конструкция жидкостной системы охлаждения включает в себя:

1) полость (рубашку) охлаждения блока головки цилиндров;

2) радиатор с жалюзи; 3)вентилятор;

4) водяной насос (помпа);

6) датчики температуры охлаждающей жидкости;

7) водораспределительная труба;

8) патрубки и шланги с деталями крепления;

9) расширительный (компенсационный) бачок;

10) сливные краники;

11) отопитель кабины водителя;

12) предпусковой нагреватель.

Радиатор предназначен для охлаждения жидкости, которая отводит тепло от деталей двигателя. Сердцевина радиатора, в которой происходит охлаждение жидкости, состоит из медных, латунных или алюминиевых трубок, на которых предусмотрены охлаждающие ребра, изготовленные из латуни или стали. Сердцевина соединяет верхние и нижние бачки радиатора. Воздушный поток, обдувающий сердцевину радиатора, регулируется положением створок жалюзи или вентилятором. На верхнем бачке радиатора находится заливная горловина, которая закрыта пробкой с паровоздушным клапаном. При перегреве охлаждающей жидкости и при повышении давления пара внутри радиатора выше допустимого значения клапан автоматически открывается.

Жалюзи состоят из отдельных пластин и предназначены для регулирования обдува сердцевины радиатора встречным потоком воздуха.

Водяной насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. Насос находится в передней части блока цилиндров. Он состоит из улиткообразного силуминового корпуса, вала с крыльчаткой и самоуплотняющегося сальника. Крыльчатка, вращаясь, создает центробежные силы, под действием которых происходит перемещение жидкости от центра корпуса насоса к его наружным стенкам.

Вентилятор обеспечивает обдув радиатора и двигателя за счет усиления движения потока воздуха через середину радиатора. Вентилятор включает в себя несколько лопастей из стали или пластмассы. Для улучшения обдува двигателя на радиаторе может быть установлен направляющий кожух.

Термостат предназначен для поддержания теплового режима двигателя. Он направляет движение жидкости по малому или большому кругу циркуляции. Термостат устанавливается в полости впускного патрубка или на выходе жидкости из рубашек охлаждения головок цилиндров.

Предпусковой подогреватель предназначен для пуска двигателя при низких температурах окружающей среды. Кроме этого он способствует значительному уменьшению износа деталей поршневой группы. В дизельных двигателях предпусковой подогреватель применяют только при температуре ниже -25 °С. При более высокой температуре применяют электро-факельное устройство, которое включает в себя факельные свечи накаливания. В свечах накаливания осуществляется испарение топлива, пары топлива смешиваются с воздухом и воспламеняются.

Отопитель кабины водителя грузового автомобиля, салона- автобуса или легкового автомобиля использует тепло охлаждающей жидкости двигателя. Системы жидкостного отопления выполняются по одинаковой схеме для всех видов автомобилей. Воздух, нагреваемый радиатором системы охлаждения, подается в воздухораспределительный канал и далее через специальные шланги попадает к патрубкам. Патрубки располагаются у ног водителя, лобового стекла, а также в других местах, требующих подогрева. Подача воздуха в радиатор отопления регулируется отопительной заслонкой. Отопительная заслонка имеет три положения. Первое положение направляет воздух в отопитель только из кабины водителя или салона автомобиля. Второе положение направляет воздух в отопитель из вентиляционного канала. Третье положение направляет воздух только в кабину водителя с забором снаружи.

Значительное повышение окружающей температуры связано с опасностью перегрева двигателя, а следовательно, с закипанием и выбросом воды, вынужденными остановками для охлаждения двигателя, с перерасходом горючего и частым возникновением детонации, ухудшением условий смазки трущихся поверхностей деталей двигателя и усиленным износом этих деталей. Поэтому при подготовке к эксплуатации в условиях высоких температур необходимо обратить особое внимание на состояние системы охлаждения для обеспечения нормального теплового режима двигателя. От температурного режима работы двигателя существенно зависят многие его характеристики, например, мощность, экономичность и токсичность отработавших газов. Отсюда следует, насколько важно при эксплуатации автомобиля следить за температурой охлаждающей двигатель жидкости.

Всегда существует жесткая зависимость между нагрузкой двигателя и оптимальной температурой. Хорошая работа двигателя определяется, среди прочего, оптимальной температурой охлаждающей жидкости. При системе охлаждения с электронным регулированием температура охлаждающей жидкости изменяется при частичной нагрузке двигателя в пределах от 95 до 110C и при полной нагрузке — от 85 до 95C.

Повышенная температура охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно влияет на расход топлива и токсичность отработавших газов.

Благодаря пониженной температуре охлаждающей жидкости при полной нагрузке увеличивается мощность двигателя. Всасываемый воздух несколько охлаждается, что ведет к росту мощности двигателя.

Источник