3 Конструктивні особливості повітряної системи охолодження

Повітряна система охолодження двигунів включає ребристу поверхню циліндрів, дефлектори, повітропроводи, повітроводи і вентилятор.

При розгляді повітряної системи охолодження двигуна необхідно враховувати, що теплоємність повітря в 4 рази менше, ніж теплоємність води, теплопровідність повітря менше теплопровідності води в 24 рази, а густина повітря в 800 разів менше щільності води. Тому тепловіддача від стінок до повітря в 10-20 разів менше, ніж до охолоджувальної рідини. Відвід від двигуна розрахункової кількості теплоти обумовлює розвиток поверхонь охолодження. Найбільш розвинену поверхню з ребрами мають головки циліндрів, від яких відводиться 50-70% загальної кількості розсіюванної теплоти. Ребра поверхні в 15-20 разів збільшує зовнішню поверхню охолоджуваних деталей і дозволяє забезпечити підтримання нормального теплового стану двигуна.

Ребра на поверхні циліндра і головки утворюються при їх відливанні або можуть бути отримані шляхом механічної обробки. Форма, кількість і розташування ребер визначаються розподілом та інтенсивністю теплових потоків деталі і роблять значний вплив на їх тепловий стан.

Для найбільш ефективного використання охолоджуючого повітря, напрям руху його через двигун має бути суворо погоджено з розташуванням тепло-передаючих поверхонь. Це досягається установкою на двигун системи направляючих щитків і кожухів - дефлекторів (рис. 18.5). Дефлектори перешкоджають вільному виходу повітря з міжреберних каналів і дозволяють знизити кількість повітря, необхідного для охолодження. У результаті знижуються витрати потужності на привід вентилятора. Застосування дефлекторів покращує також рівномірність охолодження циліндрів, особливо їх тильній частині, де при прямолінійному русі повітряного потоку виникають відривні («мертві») зони.

Для забезпечення надійного охолодження необхідно, щоб швидкість руху повітря в міжреберному каналі становила 25-40 м/с. З цією метою звичайно застосовують середньо напірні осьові вентилятори з великим числом лопатей і високою частотою обертання. Повний тиск, який створюється такими вентиляторами, може досягати 2500 Па.

Осьові вентилятори, володіючи простотою конструкції і більш високим ККД, забезпечують велику подачу повітря при рівних розмірах.

Рисунок 18.5. Схема циркуляції повітря в двигуні з повітряним охолодженням

1. - вентилятор; 2 - циліндр; 3 - ребра; 4 - дефлектор.

4. Регулювання температурного режиму системи охолодження

Система охолодження, як правило, розраховується на максимальну тепловіддачу при повному навантаженні і найбільшою температурі навколишнього середовища.

При експлуатації машин переважаючими режимами роботи двигунів автомобілів є часткові навантаження при середніх або навіть знижених температурах атмосферного повітря. Для того щоб у цих умовах не відбувалося переохолодження двигуна, необхідно застосовувати автоматичне або ручне регулювання температурного режиму системи охолодження.

У рідинних системах охолодження сучасних ДВЗ таке регулювання здійснюють шляхом зміни циркуляційної витрати рідини та витрати повітря, що проходить через радіатор. У системах повітряного охолодження, регулюють витрату охолоджуючого повітря.

Циркуляційний витрата рідини через радіатор змінюється за допомогою термостатів, що представляють собою клапани, автоматично регулюють прохідний перетин трубопроводів залежно від температури охолоджуючої рідини. Термостати можуть бути одно-і двох-клапанними. Термостати, як правило, встановлюються на виході з сорочки охолодження двигуна.

Значною перевагою термостатів з твердим наповнювачем є малі розміри і меншу гідравлічний опір. Для виготовлення таких термостатів потрібно менше кольорових металів.

Термостат регулює потік рідини охолодження до радіатора, щоб створити та підтримувати робочу температуру двигуна, визначену виробником. При цьому двигун працює без надмірного зносу та бездоганно функціонує обігрів.

Принцип дії термостата:

1. При холодному старті двигуна клапан термостату залишається закритим і немає доступу рідині охолодження до радіатору.

2. Як тільки двигун досягає своєї робочої температури, спрацьовує клапан термостату, рідина охолодження подається в радіатор і поглинає частину тепла, що забезпечує роботу двигуна при оптимальній температурі.

3. Якщо робоча температура стає нижче заданої, термостат зупиняє подачу рідини охолодження до радіатору.

Види термостатів

• термостат, що монтується в трубопровід;

• вставний термостат;

• корпусний термостат с входом і виходом;

• корпусний термостат с входом/виходом і байпасом (обводом);

• шиберний термостат;

• інтегрований термостат – (модульні рішення);

• термостат, що електрично регулюється.

Рисунок 18.6 - Конструкція традиціного термостату

Нижче розглянемо способи монтажу термостатів:

1. Дросельний термостат - на "виході" з двигуна

2. Обвідний термостат (By-Pass) – на "виході" з двигуна

3. Обвідний термостат (By-Pass) – на "вході" водяного охолодження

 

корпусний термостат з датчиком	модульне рішення	термостат з електричним керуванням

Регулювання витрати охолоджуючого повітря через радіатор можна здійснити кількома способами, в тому числі і установкою в повітряному тракті регульованих заслінок, відключенням вентилятора, зміною кута установки лопатей вентилятора і т. п.

Установка поворотних пластин (заслінок) з ручним керуванням представляє собою найбільш просте конструктивне рішення. Однак прикриття заслінок приводить до збільшення аеродинамічного опору повітряного тракту і зростанням витрат потужності на привід вентилятора.

Поворот пластин з метою зміни кількості повітря, що проходить через серцевину радіатора в автомобілях КамАЗ, «Москвич», отже, регулювання температури охолоджуючої рідини здійснюється рукояткою. При всунутій рукоятці жалюзі відкриті, і повітря безперешкодно проходить через серцевину радіатора. При витягуванні рукоятки жалюзі прикриваються. Це необхідно для прискорення прогрівання двигуна після пуску і для підтримки нормального режиму під час руху при низьких температурах навколишнього середовища. На двигунах ВАЗ замість жалюзі встановлений знімний утеплювач радіатора.

Найбільш раціонально регулювати тепловий стан двигуна шляхом зміни подачі вентилятора залежно від температури охолоджуючої рідини. Періодичне відключення вентилятора, здійснюване автоматично, дозволяє включати його тільки у разі необхідності. Відключення вентилятора значно зменшує час прогріву двигуна.

Термовмикач запускає в дію двигун вентилятора та "слідкує", щоб передбачена виробником температура експлуатації двигуна не перевищувалась. Занадто сильний перегрів двигуна призводить до пошкодженнь та посилює зношення деталей двигуна.

Термовмикач загалом монтується на виході рідини охолодження з радіатору. Він включає вентилятор радиатора, чим забезпечує збільшення повітряного потоку через радіатор та зниження температури в системі охолодження. Таке часто трапляється при русі "stop and go", в пробках, при різкому зниженні швидкості, чи при русі в гірській місцевості.

Рисунок 18.7 - Конструкція термовмикача

На автомобілях КамАЗ відключення вентилятора здійснюється автоматично гідравлічної муфтою приводу вентилятора. Вентилятор може працювати в одному з трьох режимів: «Автоматичний», «Вентилятор відключений», «Вентилятор включений постійно». Витрата повітря через радіатор регулюють шляхом зміни кута установки лопатей вентилятора. У цьому випадку лопаті встановлюють на поворотних осях, пов'язаних з термочутливим елементом, яким може бути термостат з твердим наповнювачем.

Контрольні питання

1. Призначення систем охолодження.

2. Вимоги до систем охолодження

3. Вимоги до вузлів і деталей системи охолодження.

4. Конструктивні особливості систем охолодження.

5. Методи регулювання температурного режиму системи охолодження