1.СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

1.1.Особенности систем жидкостного и воздушного охлаждения

При сгорании топливовоздушной смеси в ДВС выделяется очень СибАДИбольшое количество тепла. Температура в конце сгорания Tz достигает по оценке разных авторов [1, 2, 3] 2 000…2 300 К у дизелей и 2 600…2 900 К у бенз новых дв гателей. Выделяющееся тепло идёт на нагревание де-

талей, сопр касающ хся с рабочим телом (горячим газом).

Рассе ван е этого тепла с поверхности ДВС естественным способом и отвод части тепла в масло не могут обеспечить поддержания в допустимых пределах температуру наиболее нагретых деталей. Поэтому возникает необход мость в системе охлаждения, предусматривающей принуд тельный отвод тепла от нагретых деталей, предотвращая их перегрев разрушен е от теплового напряжения.

Кроме этого с стема охлаждения должна обеспечивать нормальное протекан е рабочего процесса. Высокая температура деталей поршневой группы (поршень, поршневые кольца, поршневой палец), гильз цилиндров, клапанов может привести к снижению коэффициента наполнения, детонации, калильному зажиганию, повышенному трению, пригоранию масла. Однако переохлаждение деталей может вызвать снижение экономичности из-за отдачи тепла в охлаждающую жидкость и повышение потерь на трение, повышение жёсткости работы ВС, смолообразование, разжижение масла топливом в бензиновых двигателях, повышенный износ цилиндров и поршневых колец.

В ДВС применяют два типа систем охлаждения: жидкостное и воздушное. При воздушном охлаждении тепло от нагретых деталей переда-

ётся непосредственно окружающему воздуху, при жидкостном − вначале тепло передаётся жидкости, а затем через трубки радиатора окружающему воздуху.

Достоинства недостатки систем воздушного и жидкостного охлаждения подробно изложены в работах [4, 5, 6, 7]. У жидкостной системы охлаждения следующие преимущества перед воздушной:

1) Лёгкий запуск ДВС при низкой температуре окружающего воздуха благодаря возможности быстрого прогрева и меньших зазоров между поршнем и цилиндром.

5

2)Равномерное охлаждение двигателя.

3)Применение блочных конструкций цилиндров.

4)Упрощение компоновки ДВС и возможность изоляции воздушного тракта.

кой температуры стенок цилиндра.

Ц ркуляц я ж дкости в системе охлаждения осуществляется насосом благодаря конвекц онному процессу, то есть из-за различной плотности холодной горячей жидкости. При конвекционной циркуляции система охлаждения называетсятермосифонной (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема термосифонной СО[9]:

1 – радиатор;2 – вентилятор; 3 – блок цилиндров;4, 5 – шланги

6

Система охлаждения, в которой циркуляция осуществляется насосом,

носит названиепринудительной.

В свою очередь принудительная система охлаждения может быть открытой и закрытой. Открытая система охлаждения непосредственно

СибАДИсообщается с атмосферой, закрытая – через паровоздушный клапан. Термосифонная и принудительная системы охлаждения имеют как

достоинства, так недостатки. Термосифонная система отличается : −простотой;

−саморегул руемостью – при увеличении нагрузки увеличивается интенс вность ц ркуляц и охлаждающей жидкости;

−чувств тельностью:

• к зменен ю температуры окружающей среды;

• рельефу поверхности;

• загрязнен ю с стемы. Пр нуд тельная с стема:

 меет более сложную конструкцию;  компактнее;  надёжнее в ра оте.

Большинство автотракторных ДВС имеют принудительную, закрытую, жидкостную СО, пример которой представлен на рис. 1.2.

Внутренний объём закрытых СО соединяется с атмосферой через паровоздушный клапан, установленный в пробке заливной горловины радиатора. При перегревании и давлении выше атмосферного открывается паровой клапан, выпускающий пары охлаждающей жидкости в атмосферу. После остановки двигатель остывает в СО образуется разряжение, устраняемое открытием воздушного клапана, находящегося также в пробке заливной горловины.

Наличие паров охлаждающей жидкости в СО и пузырьков воздуха, попавших в СО при заправке, может нарушить циркуляцию жидкости, что вызовет неравномерное охлаждение.

Однако наличие в пробке горловины паровоздушного клапана не даёт необходимого эффекта, так как повышение давления в СО наступает после значительного парообразования после уменьшения количества охлаждающей жидкости.

7

2 3 4 5 6 7

Рис. 1.2. Схема принудительной жидкостной СО однорядного ВС [8, 10]: 1 – радиатор; 2 – термостат; 3 – обводной трубопровод; 4 – датчик температуры; 5 – отводящий трубопровод; 6 – трубка отвода воздуха и паров охлаждающей жидкости;

7 – насос; 8 – распределительный трубопровод; 9 – сливной кран; 10 – масляный радиатор; 11 – подводящий патрубок насоса

Для поддержания хорошей циркуляции охлаждающей жидкости применяют следующие конструктивные мероприятия [8]:

1) проектируют радиатор с повышенной высотой, устанавливая в нём перегородки, что образует свободный объём, составляющий 4…5% от общего объёма СО;

2) устанавливают в СО паровоздухоотводные трубки (рис. 1.3, а);

4) создают герметизированные СО с высоким внутренним давлением.

В СО, представленной на рис. 1.3, а, для удаления воздуха и паров из системы при полном закрытии клапана термостата 2 полость перед

8

ним соединяется трубкой 1 с отводящим трубопроводом 3 и верхней частью 5 радиатора 6. Трубка 1 предназначена также для удаления воздуха из О при заполнении системы жидкостью и закрытом клапане термостата. Однако наличие этой трубки 1 увеличивает время прогрева двига-

Рис. 1.3. Схемы систем охлаждения [8, 10]:

а – без расширительного бачка с отводной трубкой; б – с расширительным бачком; 1 – отводная трубка; 2 – термостат; 3 – отводящий трубопровод; 4 – обводной трубопровод; 5 – верхний бачок радиатора; 6– радиатор; 7 – насос; 8 – расширительный бачок; 9, 10 – трубки

При наличии в СО расширительного бачка 8 (см. рис. 1.3, б) через последний производится заливка охлаждающей жидкости. По трубке 1 в расширительный бачок 8 отводятся пары жидкости и воздух. Бачоксвязан трубкой 9 с верхней частью5 радиатора 6 трубкой 10 с насосом 7.

Объём расширительного бачка составляет 25…30% от объёма СО. Объём воздушного пространства в расширительном бачке – 5…6% ёмкости СО, чем выше допустимая температура охлаждающей жидкости, тем он больше. При этом дополнительные объёмы в радиаторы не предусматриваются.

При нагревании жидкость расширяется и перетекает в бачок 8, исключённый автоматически из циркуляции. Охлаждающаяся после остановки двигателя жидкость возвращается из расширительного бачка в СО.

9

Возможность возникновения кавитации жидкости в насосе 7 предотвращается соединением радиатора 6 и всасывающей полости насоса 7 через трубки 3 и 10, что обеспечивает постоянство статического давления перед насосом.

СибАДИРис. 1.4. Схема системы охлаждения при заднем расположении ДВС [8, 10]: 1 – радиатор; 2 − вентилятор; 3 – трубопровод отвода охлаждающей жидкости от

Таким образом, такая схема СО включает в жидкостный тракт основной и дренажно-компенсационный контуры. Основным назначением дренажно-компенсац онного контура является отвод пара из СО и под-

держан е достаточного давления на входе в насос.

уществуют схемы с последовательным включением расширительного бачка в СО. В этих схемах радиатор устанавливают по услови-

ям его работы − давлен е перед радиатором − и кавитационному запасу. При большом г дравл ческом сопротивлении радиатора его включают в нагнетающую л н ю между насосом СО и расширительным бачком, при малом г дравл ческом сопротивлении – в линию всасывания между

ДВС к радиатору; 4 − термостат регулирования оборотов вентилятора;5 – масляный бачок гидрообъёмной передачи; 6 – масляный насос гидрообъёмной передачи; 7 – насос СО; 8 – трубопровод подвода жидкости от радиатора к ДВС;9 – масляный двигатель гидрообъёмной передачи

10

Эффективность СО оценивают следующими параметрами [4]:

1. Зависимость температуры охлаждающей жидкости (масла при воздушном охлаждении) на разных режимах работы ДВС от атмосферных

условий – атмосферных температуры и давления, т. е. перегрев или переохлаждение охлаждающей жидкости (масла при воздушном охлаждении) на разных режимах работы ДВС достигаются при определённых критических услов ях окружающего воздуха. Для любых режимов работы ДВС предельной является температура + 45 ºС и– 45 ºС соответственно.

СибА(1,2…1,4) D у ДВС с жидкостным охлаждениемД. И ДВС с жидкостным охлаждением приблизительно на 10% легче

2. Компактность − отношение объёма системы охлаждения к объе-

му, зан маемому дв гателем со всеми обслуживающими системами.

6. Масса системы.

ДВС с воздушным охлаждением на 25% длиннее ВС с жидкост-

ным охлаждением из-за большего межосевого расстояния между сосед-

ними цилиндрами : (1,36…2,1) D у ДВС с в оздушным охлаждением,

ДВС с воздушным охлаждением.

Объём ДВС с жидкостным охлаждением на 13…17% меньше ДВС с воздушным охлаждением, так как 8…12% их длины занимают радиаторы.

Затраты мощности в ДВС с воздушным охлаждением составляют 3,5…13%, у ДВС с жидкостным охлаждением – 2…9%.

целью увеличения срока эксплуатации ВС с воздушным охлаждением у них при проектировании уменьшают по сравнению с ДВС с жидкостным охлаждением среднее эффективное давление pe, среднюю скорость поршня Cm, литровую мощность Nл.

При проектировании ДВС параметры СО выбирают из условия обеспечения требуемой теплоотдачи при движении автомобиля на повышенной передаче со скоростью 12…15 км/ч и температуре окружающего воздуха

11

40 °С. При всех других условиях − режимы движения автомобиля, температура окружающего воздуха – теплорассеивающая площадь и производительность вентилятора будут излишни, то есть ДВС будет переохлаждаться.

Для устранения этого недостатка в СО предусматривают устройство автоматического поддержания необходимой температуры охлаждающей жидкости (при жидкостном охлаждении) или стенок головки цилиндра (при воздушном охлаждении). В системах с жидкостным ох-

автомат ческ м включением/выключением в зависимости от температуры охлаждающей ж дкости в радиаторе.

В с стемах с воздушным охлаждением регулирование теплового состоян я ДВС осуществляется двумя методами [5]:

1) Изменен ем теплорассеивающей поверхности – количества, размеров, т па формы контура рё ер охлаждения(табл. 1.1, 1.2) [4, 5, 6, 7].

2) Изменен ем количества охлаждающего воздуха, протекающего через межрёберное пространство.

Таблица 1.1

Типы рёбер

12

Таблица 1.2

Второй метод осуществляется изменением производительности вентилятора, дросселированием воздушного потока или отводом его части до поступления в межрё ерное пространство (рис. 1.5, 1.6) [4, 5, 6, 7].

Схему системы воздушного охлаждения определяет число цилиндров ДВС и их расположение относительно друг друга, число, тип вентиляторов и их установка относительно цилиндров ВС, способ подвода воздуха – нагнетание или всасывание (рис. 1.7).

Подробно схемы ДВС с воздушным охлаждением представлены в работах [5, 6, 7].

Рис. 1.5. Дефлектирование цилиндров [4]

13