82. Воздушное охлаждение двигателя

Поскольку коэффициент теплоотдачи от нагретых деталей двигателя в воздух примерно в 10-20 раз меньше, чем при жидкостном охлаждении, то для обеспечения требуемого теплорассеивания при воздушном охлаждении приходится применять оребрение цилиндров и их головок. Наличие ребер в 15-20 раз увеличивает наружную поверхность охлаждаемых деталей и позволяет обеспечить поддержание нормального теплового состояния двигателя.

Ребра на поверхности цилиндра и головки образуются при их отливке или могут быть получены путем механической обработки. Форма, число и расположение ребер обусловлены распределением и интенсивностью тепловых потоков через детали и оказывают весьма существенное влияние на их тепловое состояние.

Наибольшую площадь оребрения обычно имеют головки цилиндров, через которые отводится до 50-70% теплоты.

На современных двигателях воздушного охлаждения чаще всего используются трапециевидные ребра (рис. 6 б), которые более удобны в производстве и в то же время имеют высокую тепловую эффективность. Толщина ребер обычно составляет 2—4 мм, а длина колеблется от 50—70 мм в головке до 20—30 мм на поверхности цилиндра. Дальнейшее увеличение длины ребер не дает существенного повышения их теплорассеивающей способности, так как вследствие роста термического сопротивления теплоотдача от наиболее удаленных участков уменьшается.

Р ис. 6 Конструкция охлаждающих ребер: а - прямоугольное; б - трапециевидное; в - треугольное.

Тепловая эффективность оребрения зависит от шага ребер. При уменьшении шага увеличивается гидравлическое сопротивление движению воздуха и в случае недостаточного напора уменьшается его циркуляция в межреберном канале. Увеличение шага ребер уменьшает гидравлические сопротивления, но зато сокращает их число и общую теплорассеивающую поверхность. Оптимальное расстояние между ребрами 4-8 мм

Для обеспечения надежного охлаждения необходимо, чтобы скорость движения воздуха в межреберном канале составляла 25- 40 м/сек. В этом случае обеспечивается необходимая турбулизация воздуха, уменьшается ламинарный пограничный слой на поверхности ребер и увеличивается коэффициент теплоотдачи.

Для снижения затрат мощности на привод вентилятора конструкция оребрения должна обеспечить наилучшее использование охлаждающего воздуха, т. е. его максимальный нагрев в межреберном канале. Последнее помимо целесообразной конструкции оребрения достигается рациональной организацией циркуляции воздуха в системе, что обеспечивается применением экранов, отражателей, направляющих ребер и рефлекторов. Кроме выполнения этой функции указанные элементы играют большую роль в обеспечении требуемой равномерности охлаждения различных участков оребрения.

На рис. 7 показаны схемы организации циркуляции воздуха в двигателях воздушного охлаждения.

Как можно видеть из рисунка наличие дефлекторов вокруг каждого цилиндра уменьшает сечение для входа воздуха в систему оребрения. За счет этого ограничивается количество воздуха, входящее в межреберные каналы каждого цилиндра, и предотвращается его повышенный расход. Кроме того, дефлекторы не позволяют воздуху свободно выходить из межреберного канала и увеличивают путь, на котором совершается теплоотдача.

Наличие дефлекторов улучшает также охлаждение тыльной стороны цилиндра, которая находится в наиболее неблагоприятных условиях.

Поскольку нормальное воздушное охлаждение требует высоких скоростей воздуха, то для обеспечения его циркуляции применяются только высокоэффективные осевые вентиляторы с большим числом профилированных лопаток. Полный напор таких вентиляторов составляет 100-240 мм вод. ст. и обеспечивается за счёт относительно высоких окружных скоростей вращения крыльчаток.

Вентиляторы двигателей с воздушным охлаждением, как правило, имеют неподвижный кожух и иногда выполняются с направляющим и спрямляющим аппаратами. В некоторых конструкциях применяются центробежные вентиляторы.

В зависимости от компоновочных условий вентиляторы могут устанавливаться для работы на нагнетание или отсасывание воздуха. В последнем случае объёмная производительность вентилятора, через который проходит горячий воздух, должна быть увеличена, что при разных аэродинамических сопротивлениях воздушного тракта приводит к повышенной затрате мощности.

Рис. 7. Схемы организации циркуляции воздуха в двигателях воздушного охлаждения: а - однорядного; б - двухрядного; 1 - дефлектор; 2 - масляный радиатор.