Принцип работы охлаждения двигателя: Принцип работы жидкостной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Принцип работы жидкостной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания

В процессе работы двигателя происходит нагрев охлаждающей жидкости, а водяной насос подаёт её в радиатор (1) [рис. 1], где она охлаждается, а потом снова направляется в рубашку (16) блока цилиндров.

Рис. 1. Схема жидкостной системы охлаждения.

1) – Радиатор;

2) – Верхний бачок;

3) – Пробка радиатора;

4) – Контрольная трубка;

5) – Верхний патрубок радиатора;

6) – Резиновый шланг;

7) – Перепускной канал;

8) – Отводящий патрубок;

9) – Термостат;

10) – Отверстие;

11) – Головка блока;

12) – Водораспределительная трубка;

13) – Датчик указателя температуры жидкости;

14) – Блок цилиндров;

15) – Сливной краник;

16) – Водяная рубашка;

17) – Крыльчатка водяного центробежного насоса;

18) – Подводящий патрубок;

19) – Резиновый шланг;

20) – Нижний патрубок радиатора;

21) – Сливной краник;

22) – Нижний бачок радиатора;

23) – Ремень привода вентилятора;

24) – Вентилятор.

В состав водяной рубашки (16) двигателя входит рубашка блока (14) цилиндров и рубашка головки (11) блока, которые соединены между собой посредством предусмотренных отверстий в прокладке, расположенной между блоком и головкой. Привод крыльчатки (17) водяного центробежного насоса и вентилятора осуществляется посредством клиновидного ремня (23). В процессе вращения крыльчатки насоса охлаждающая жидкость нагнетается в водораспределительную трубу (12). Через расположенные в трубе отверстия (10) жидкость направляется в первую очередь на охлаждение наиболее нагретых частей головки блока, а также к цилиндрам. Через верхний патрубок (8) нагретая охлаждающая жидкость проходит к бачку радиатора. Если клапан термостата (9) закрыт, то жидкость поступает по перепускному каналу (7) к водяному насосу и затем в рубашку охлаждения, то есть проходит малый круг циркуляции. Если клапан термостата открыт, то охлаждающая жидкость направляется в верхний бачок (2) радиатора, затем протекает по трубкам радиатора, где охлаждается, и потом собирается в нижнем бачке (22), откуда подводится к насосу по нижнему патрубку (18).

17*

Похожие материалы:

Система охлаждения двигателя — устройство, принцип работы, конструкция

Назначение и характеристика

Системой охлаждения называется совокупность устройств, осуществляющих принудительный регулируемый отвод и передачу теплоты от деталей двигателя в окружающую среду.

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального температурного режима, обеспечивающего получение максимальной мощности, высокой экономичности и длительного срока службы двигателя.

При сгорании рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2500 °С и в среднем при работе двигателя составляет 800…900°С. Поэтому детали двигателя сильно нагреваются, и если их не охлаждать, то будут снижаться мощность двигателя, его экономичность, увеличиваться изнашивание деталей и может произойти поломка двигателя.

При чрезмерном охлаждении двигатель также теряет мощность, ухудшается его экономичность и возрастает изнашивание.

Для принудительного и регулируемого отвода теплоты в двигателях автомобилей применяют два типа системы охлаждения (рисунок 1). Тип системы охлаждения определяется теплоносителем (рабочим веществом), используемым для охлаждения двигателя.

Рисунок 1 – Типы систем охлаждения

Применение в двигателях различных систем охлаждения зависит от типа и назначения двигателя, его мощности и класса автомобиля.

Жидкостная система охлаждения

В жидкостной системе охлаждения

используются специальные охлаждающие жидкости — антифризы различных марок, имеющие температуру загустевания — 40 °С и ниже. Антифризы содержат антикоррозионные и антивспенивающие присадки, исключающие образование накипи. Они очень ядовиты и требуют осторожного обращения. По сравнению с водой антифризы имеют меньшую теплоемкость и поэтому отводят теплоту от стенок цилиндров двигателя менее интенсивно.

Так, при охлаждении антифризом температура стенок цилиндров на 15…20°С выше, чем при охлаждении водой. Это ускоряет прогрев двигателя и уменьшает изнашивание цилиндров, но в летнее время может привести к перегреву двигателя.

Оптимальным температурным режимом двигателя при жидкостной системе охлаждения считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в двигателе составляет 80 …100 °С на всех режимах работы двигателя.

Это возможно при условии, что с охлаждающей жидкостью уносится в окружающую среду 25…35 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. При этом в бензиновых двигателях величина отводимой теплоты больше, чем в дизелях.

На рисунке 2 приведена диаграмма распределения теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателей автомобилей при жидкостной системе охлаждения.

Рисунок 2 – Диаграмма распределения теплоты

Из диаграммы следует, что в механическую работу преобразуется 20. ..35% теплоты, уносится с отработавшими газами 35…40%, теряется на трение 5 % и уносится с охлаждающей жидкостью 25…35 % теплоты.

По сравнению с воздушной жидкостная система охлаждения более эффективная, менее шумная, обеспечивает меньшую среднюю температуру деталей двигателя, улучшение наполнения цилиндров горючей смесью и более легкий пуск двигателя при низких температурах, а также использование жидкости для подогрева горючей смеси и отопления салона кузова автомобиля. Однако в системе возможно подтекание охлаждающей жидкости и имеется вероятность переохлаждения двигателя в зимнее время.

В двигателях автомобилей жидкостная система охлаждения получила наиболее широкое распространение.

Воздушная система охлаждения

В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя осуществляется принудительно потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Для более интенсивного отвода теплоты от цилиндров и головок цилиндров они выполнены с оребрением. Вентилятор у V-образного двигателя установлен в развале между цилиндрами и приводится клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Двигатель сверху, с передней и задней сторон закрыт кожухами, направляющими потоки воздуха к наиболее нагреваемым частям двигателя. Вентилятор отсасывает воздух из внутреннего пространства, ограниченного развалом цилиндров. Поток воздуха, входящий снаружи в пространство между развалом цилиндров, проходит между ребрами цилиндров и головок и охлаждает их. На режиме максимальной мощности вентилятор потребляет 8 % мощности, развиваемой двигателем.

Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

В рядных двигателях вентиляторы располагают спереди, сбоку или объединяют с маховиком, а в V- образных — обычно в развале между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются воздухом, который нагнетается или просасывается через систему охлаждения.

Оптимальным температурным режимом двигателя с воздушным охлаждением считается такой, при котором температура масла в смазочной системе двигателя составляет 70… 110°С на всех режимах работы двигателя. Это возможно при условии, что с охлаждающим воздухом рассеивается в окружающую среду до 35 % теплоты, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.

Воздушная система охлаждения уменьшает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем расположении двигателя, переохлаждение двигателя маловероятно. Однако воздушная система охлаждения увеличивает габаритные размеры двигателя, создает повышенный шум при работе двигателя, сложнее в производстве и требует применения более качественных горюче-смазочных материалов.

Воздушная система охлаждения имеет ограниченное применение в двигателях.

Конструкция и работа жидкостной системы охлаждения

В двигателях автомобилей применяется

закрытая (герметичная) жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Внутренняя полость закрытой системы охлаждения не имеет постоянной связи с окружающей средой, а связь осуществляется через специальные клапаны (при определенном давлении или вакууме), находящиеся в пробках радиатора или расширительного бачка системы. Охлаждающая жидкость в такой системе закипает при 110… 120 °С. Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается жидкостным насосом.

Система охлаждения двигателя состоит из рубашки охлаждения головки и блока цилиндров, радиатора, насоса, термостата, вентилятора, расширительного бачка, соединительных трубопроводов и сливных краников. Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.

Работа системы

Рисунок 3 — Система охлаждения двигателя

1, 2, 3, 5, 15, 18 — шланги; 4 — патрубок; 6 — бачок; 7, 9 — пробки; 8 — рубашка охлаждения; 10 — радиатор; 11 — кожух; 12 — вентилятор; 13, 14 — шкивы; 16 — ремень; 17- насос; 19 – термостат

При непрогретом двигателе основной клапан термостата 19 (рисунок 3) закрыт, и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор 10. В этом случае жидкость нагнетается насосом 17 в рубашку охлаждения 8 блока и головки цилиндров двигателя. Из головки блока цилиндров через шланг 3 жидкость поступает к дополнительному клапану термостата и попадает вновь в насос. Вследствие циркуляции этой части жидкости двигатель быстро прогревается. Одновременно меньшая часть жидкости поступает из головки блока цилиндров в обогреватель (рубашку) впускного трубопровода двигателя, а при открытом кране — в отопитель салона кузова автомобиля.

При прогретом двигателе дополнительный клапан термостата закрыт, а основной клапан открыт. В этом случае большая часть жидкости из головки блока цилиндров попадает в радиатор, охлаждается в нем и через открытый основной клапан термостата поступает в насос. Меньшая часть жидкости, как и при непрогретом двигателе, циркулирует через обогреватель впускного трубопровода двигателя и отопитель салона кузова. В некотором интервале температур основной и дополнительный клапаны термостата открыты одновременно, и охлаждающая жидкость циркулирует в этом случае по двум направлениям (кругам циркуляции).

Количество циркулирующей жидкости в каждом круге зависит от степени открытия клапанов термостата, чем обеспечивается автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя. Расширительный бачок 6, заполненный охлаждающей жидкостью, сообщается с атмосферой через резиновый клапан, установленный в пробке 7 бачка. Бачок соединен шлангом с наливной горловиной радиатора, которая имеет пробку 9 с клапанами. Бачок компенсирует изменения объема охлаждающей жидкости, и в системе поддерживается постоянный объем циркулирующей жидкости.

Для слива охлаждающей жидкости из системы охлаждения имеются два сливных отверстия с резьбовыми пробками, одно из которых находится в нижнем бачке радиатора, а другое в блоке цилиндров двигателя. Температура жидкости в системе контролируется указателем, датчик которого установлен в головке блока цилиндров двигателя.

Жидкостный насос

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа (рисунок 4).

Рисунок 4 – Жидкостный насос (а) и вентилятор (б) двигателя

1 — крыльчатка; 2 — корпус; 3 — окно; 4 — крышка; 5 — подшипник; 6 — вал; 7 — ступица; 8 — винт; 9 — уплотнительное устройство; 10 — патрубок; 11, 13,14 — шкивы; 12 — ремень; 15 — вентилятор; 16 — накладка; 17 – болт

Вал 6 насоса установлен в отлитой из алюминиевого сплава крышке 4 в двухрядном неразборном подшипнике 5. Подшипник размещен и зафиксирован в крышке стопорным винтом 8. На одном конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1, а на другом конце — ступица 7 и шкив 11 вентилятора 15. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 10 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. Уплотнительное устройство 9, состоящее из самоподжимной манжеты и графитокомпозитного кольца, установленное на валу насоса, исключает попадание жидкости в подшипник вала.

Привод насоса и вентилятора осуществляется клиновым ремнем 12 от шкива 13, который установлен на переднем конце коленчатого вала двигателя. С помощью этого ремня также вращается шкив 14 генератора. Нормальную работу насоса и вентилятора обеспечивает правильное натяжение ремня.

Натяжение ремня регулируют путем перемещения генератора в сторону от двигателя (показано на рисунке 4 (а) стрелкой). Насос корпусом 2, отлитым из алюминиевого сплава, крепится к фланцу блока цилиндров в передней части двигателя.

Жидкостный насос с приводом от зубчатого ремня

Рассмотрим устройство насоса, привод которого осуществляется зубчатым ремнем (рисунок 5).

Рисунок 5 – Жидкостный насос двигателя

1 — шкив; 2 — винт; 3 — подшипник; 4 — вал; 5 — корпус; 6 — уплотнительное устройство; 7 — отверстие; 8 — крыльчатка

Вал 4 насоса установлен в корпусе 5 из алюминиевого сплава в неразборном двухрядном шариковом подшипнике 3. Подшипник стопорится в корпусе винтом 2 и уплотняется специальным устройством 6, включающим в себя графитокомпозитное кольцо и манжету. На переднем конце вала напрессован зубчатый шкив 1 из спеченного материала, а на заднем конце — крыльчатка 8. В крыльчатке сделаны два сквозных отверстия 7, которые соединяют между собой полости с охлаждающей жидкостью, расположенные по обе стороны крыльчатки. Благодаря этим отверстиям выравнивается давление охлаждающей жидкости на крыльчатку с обеих сторон, что исключает осевые нагрузки на вал насоса при его работе.

Вал насоса приводится во вращение через шкив 1 зубчатым ремнем привода распределительного вала от коленчатого вала. При вращении вала жидкость поступает к центру крыльчатки и под действием центробежной силы направляется в рубашку охлаждения двигателя. Насос крепится корпусом к блоку цилиндров двигателя через уплотнительную прокладку.

Термостат

Термостат способствует ускорению прогрева двигателя и регулирует в определенных пределах количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор. Термостат представляет собой автоматический клапан. В двигателях автомобилей применяют неразборные двухклапанные термостаты с твердым наполнителем.

Рисунок 6 – Термостат

1, 6, 11 – патрубки; 2, 8 – клапаны; 3, 7 – пружины; 4 – баллон; 5 – диафрагма; 9 – шток; 10 – наполнитель

Термостат (рисунок 6) имеет два входных патрубка 1 и 11, выходной патрубок 6, два клапана (основной 8, дополнительный 2) и чувствительный элемент. Термостат установлен перед входом в насос охлаждающей жидкости и соединяется с ним через патрубок 6. Через патрубок 1 термостат соединяется с головкой блока цилиндров двигателя, а через патрубок 11 — с нижним бачком радиатора.

Чувствительный элемент термостата состоит из баллона 4, резиновой диафрагмы 5 и штока 9. Внутри баллона между его стенкой и резиновой диафрагмой находится твердый наполнитель 10 (мелкокристаллический воск), обладающий высоким коэффициентом объемного расширения.

Основной клапан 8 термостата с пружиной 7 начинает открываться при температуре охлаждающей жидкости более 80 °С. При температуре менее 80 °С основной клапан закрывает выход жидкости из радиатора, и она поступает из двигателя в насос, проходя через открытый дополнительный клапан 2 термостата с пружиной 3.

При возрастании температуры охлаждающей жидкости более 80 °С в чувствительном элементе плавится твердый наполнитель, и объем его увеличивается. Вследствие этого шток 9 выходит из баллона 4, и баллон перемещается вверх. Дополнительный клапан 2 при этом начинает закрываться и при температуре более 94 °С перекрывает проход охлаждающей жидкости от двигателя к насосу. Основной клапан 8 в этом случае открывается полностью, и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации изменений объема охлаждающей жидкости при колебаниях ее температуры и для контроля количества жидкости в системе охлаждения. Он также содержит некоторый запас охлаждающей жидкости на ее естественную убыль и возможные потери.

На автомобилях применяют полупрозрачные пластмассовые бачки с заливной горловиной, закрываемой пластмассовой пробкой. Через горловину система заполняется охлаждающей жидкостью, а через клапаны, размещенные в пробке, осуществляется связь внутренней полости бачка и системы охлаждения с атмосферой. В пробке расширительных бачков часто имеется один резиновый клапан, срабатывающий при давлении, близком к атмосферному. При сливе охлаждающей жидкости из системы пробку снимают с расширительного бачка. Расширительный бачок размещается в подкапотном пространстве отделения двигателя, где крепится к кузову автомобиля.

Радиаторы автомобилей

Радиатор обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. На легковых автомобилях применяются трубчато-пластинчатые радиаторы.

Рисунок 7 – Неразборный радиатор (а) и кожух (б) вентилятора двигателя

1 – пробка; 2 – горловина; 3, 4 – бачки; 5 – сердцевина; 6 – патрубок; 7, 8 – клапаны; 9 – кожух; 10 – уплотнитель

Радиатор автомобиля (рисунок 7, а) — неразборный, имеет вертикальное расположение трубок и горизонтальное расположение охлаждающих пластин. Бачки радиатора и трубки латунные, а охлаждающие пластины стальные, луженые. Трубки и пластины образуют сердцевину 5 радиатора. В верхнем бачке 3 радиатора имеется горловина 2, через которую систему охлаждения заполняют жидкостью. Горловина герметично закрывается пробкой 1, имеющей два клапана — впускной 7 и выпускной 8. Выпускной клапан открывается при избыточном давлении в системе 0,05 МПа, и закипевшая охлаждающая жидкость через патрубок 6 и соединительный шланг выбрасывается в расширительный бачок. Впускной клапан не имеет пружины и обеспечивает связь внутренней полости системы охлаждения с окружающей средой через расширительный бачок и резиновый клапан в его пробке, который срабатывает при давлении, близком к атмосферному. Впускной клапан перепускает жидкость из расширительного бачка при уменьшении ее объема в системе (при охлаждении) и пропускает в расширительный бачок при увеличении объема (при нагревании жидкости).

Радиатор установлен нижним бачком 4 на кронштейны кузова на двух резиновых опорах, а вверху закреплен двумя болтами через стальные распорки и резиновые втулки. Для направления воздушного потока через радиатор и более эффективной работы вентилятора за радиатором установлен стальной кожух 9 вентилятора (рисунок 7, б), состоящий из двух половин. Обе половины кожуха имеют резиновые уплотнители 10, которые уменьшают проход воздуха к вентилятору помимо радиатора и предохраняют от поломок кожух и радиатор при колебаниях двигателя на резиновых опорах крепления. Радиатор не имеет жалюзи и утепляется в случае необходимости специальным съемным чехлом-утеплителем.

Разборный радиатор

Радиатор автомобиля, приведенный на рисунке 8, — разборный, с горизонтальным расположением трубок и вертикальным расположением охлаждающих пластин. Радиатор не имеет заливной горловины и выполнен двухходовым — охлаждающая жидкость входит в него и выходит через левый бачок, который разделен перегородкой.

Рисунок 8 – Разборный радиатор (а) и электровентилятор (б) двигателя.

1, 8 — бачки; 2 — сердцевина; 3 — датчик; 4 — прокладка; 5 — вентилятор; 6 — электродвигатель; 7 — кожух; 9 — опора; 10 – пробка

Бачки радиатора пластмассовые. Левый бачок 8 имеет три патрубка, через которые соединяется с расширительным бачком, термостатом и выпускным патрубком головки блока цилиндров. Правый бачок 1 имеет сливную пробку 10, в нем установлен датчик 3 включения вентилятора. К бачкам через резиновые уплотнительные прокладки 4 крепится сердцевина 2 радиатора. Она состоит из двух рядов алюминиевых круглых трубок и алюминиевых пластин с насечками. В части трубок вставлены пластмассовые турбулизаторы в виде штопоров. Двойной ход жидкости через радиатор, насечки на охлаждающих пластинах и турбулизаторы в трубках обеспечивают турбулентное движение жидкости и воздуха, что повышает эффективность охлаждения жидкости в радиаторе.

Алюминиевая сердцевина и пластмассовые бачки существенно уменьшают массу радиатора. Радиатор установлен на трех резиновых опорах 9. Две опоры находятся снизу под левым и правым бачками, а третья опора — сверху. Резиновые опоры и прокладки между сердцевиной и бачками делают радиатор нечувствительным к вибрациям.

Вентилятор

Вентилятор увеличивает скорость и количество воздуха, проходящего через радиатор. На двигателях автомобилей устанавливают четырех- и шестилопастные вентиляторы.

Вентилятор 15 двигателя (см. рисунок 4, б) — шестилопастный. Лопасти его имеют скругленные концы и расположены под утлом к плоскости вращения вентилятора. Вентилятор крепится накладкой 16 и болтами 17 к ступице и приводится во вращение от шкива коленчатого вала.

На некоторых двигателях (см. рисунок 8, б) применяется электровентилятор. Он состоит из электродвигателя 6 и вентилятора 5. Вентилятор — четырехлопастный, крепится на валу электродвигателя. Лопасти на ступице вентилятора расположены неравномерно и под углом к плоскости его вращения. Это увеличивает подачу вентилятора и уменьшает шумность его работы. Для более эффективной работы электровентилятор размещен в кожухе 7, который прикреплен к радиатору. Электровентилятор крепится к кожуху на трех резиновых втулках. Включается и выключается электровентилятор автоматически датчиком 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Другие статьи по системам двигателя

Система охлаждения двигателя

В процессе работы детали двигателя внутреннего сгорания интенсивно нагреваются. Если этот нагрев не контролировать, многие детали (в особенности те, что расположены в непосредственной близости от камеры сгорания) могут разогреться до критических температур. Для отвода тепла от этих деталей служит система охлаждения двигателя.

Практически на всех современных автомобилях применена жидкостная система охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Ужесточение экологических норм привело к отказу от двигателей с воздушным охлаждением, которые можно было встретить на автомобилях еще лет двадцать назад.

Система охлаждения работает следующим образом: жидкость циркулирует по специальным каналам, выполненным в блоке цилиндров и головке блока в зоне наибольшего нагрева.

Когда двигатель холодный (температура ниже рабочей, равной 90-100° С), жидкость циркулирует по малому кругу, фактически только внутри двигателя. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Затем двигатель достигает рабочей температуры, открывается специальный клапан, называемый термостатом (о нем чуть ниже) и жидкость начинает движение по большому кругу: приняв часть тепла от деталей двигателя, жидкость по шлангам направляется в радиатор системы охлаждения двигателя, где происходит теплоотвод за счет обдува набегающим потоком воздуха. Из следующей главы можно будет узнать назначение, устройство и принцип работы системы смазки современного двигателя внутреннего сгорания.

Когда воздушный поток через радиатор недостаточен или отсутствует (движение на малых скоростях или остановка), требуется дополнительный вентилятор. А в одной из следующих глав можно будет узнать системы питания двигателя: система питания бензинового двигателя или современного двигателя внутреннего сгорания.

Вентиляторы отличаются устройством привода, который зависит от расположения двигателя в моторном отсеке.

Если двигатель расположен продольно, вентилятор может быть установлен непосредственно на двигателе в его передней части. В этом случае привод крыльчатки вентилятора осуществляется ремнем от шкива коленчатого вала. В момент прогрева двигателя или при движении на большой скорости работа вентилятора не требуется. Для его отключения применяются вязкостные или электромагнитные муфты, которые включаются и выключаются в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Вязкостная муфта работает следующим образом: пока двигатель не прогрет, крыльчатка вентилятора будет проскальзывать относительно шкива. По мере нагрева охлаждающей жидкости, температура потока воздуха прошедшего через радиатор, повышается. Когда температура достигнет предельного уровня, муфта заблокируется, и вентилятор начнет вращаться.

Электромагнитная муфта блокируется при прохождении тока через ее обмотку. Протеканием тока в цепи управляет датчик температуры охлаждающей жидкости или электронный блок управления двигателем. Подобная электромагнитная муфта также используется в приводе компрессора системы кондиционирования.

На автомобилях с поперечным расположением двигателя применяется вентилятор с приводом от электродвигателя. Устанавливают электровентилятор непосредственно на радиатор перед ним или сразу за ним. Вентиляторов может быть два.

Циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя обеспечивает центробежный насос, установленный в передней части двигателя. На гаражном сленге эту деталь часто называют помпой. В старых книгах обычно называли водяным насосом. Времена применения обычной воды в системе охлаждения прошли, поэтому в современной автомобильной литературе чаще используется термин «насос охлаждающей жидкости». Привод насоса может осуществляться ремнем привода газораспределительного механизма либо ремнем привода вспомогательных агрегатов.

Охлаждающая жидкость при нагреве расширяется. Для компенсации теплового расширения жидкости в системе охлаждения установлен расширительный бачок. Кроме того, для повышения точки кипения жидкости в системе охлаждения двигателя поддерживается незначительное избыточное давление.

В крышке расширительного бачка могут быть установлены впускной и выпускной предохранительные клапаны, что позволяет поддерживать оптимальное давление в системе при нагреве жидкости, а также компенсировать разрежение при ее остывании.

На некоторых автомобилях эти клапаны расположены в крышке радиатора. Давление срабатывания клапанов для каждой модели двигателя выбирается индивидуально, поэтому крышки невзаимозаменяемы для разных моделей. Давление срабатывания обычно указано на самой крышке и заменять ее, при необходимости, можно только крышкой с таким же значением давления.

Теперь пара слов о термостате, который уже упоминался выше.

Термостат представляет собой клапан, установленный в канале системы охлаждения. Термостат автоматически открывается при достижении определенной температуры жидкости, и она начинает циркулировать через радиатор.

Чтобы информировать водителя о текущем тепловом режиме двигателя, в систему встроен датчик температуры, сигнал с которого поступает на указатель температуры охлаждающей жидкости, установленный в щитке приборов.

Система охлаждения двигателя: антифриз вместо воды

Раньше в системах охлаждения двигателя автомобиля использовалась обычная вода. При отрицательных температурах вода замерзает. При этом происходит увеличение ее объема, что приводит к повреждению деталей двигателя (головка блока и сам блок трескаются, резиновые шланги лопаются).

Поэтому после поездки воду сливали, а перед следующей поездкой заливали заново. Поверьте, это очень неприятная процедура. Кроме того, обычная вода в системе охлаждения приводит к образованию накипи и к коррозии, что значительно снижает ресурс двигателя.

В современных легковых автомобилях от применения воды отказались повсеместно. На смену ей пришли специальные охлаждающие жидкости (ОЖ) — антифризы.

Отечественным автомобилистам хорошо знакомо название «Тосол». Это торговая марка антифриза, который был разработан для автомобилей ВАЗ.

Чтобы не было никакой путаницы, замечу, что антифриз (от англ. antifreeze — «против замерзания») — это более общее понятие, применимое к любой незамерзающей жидкости, а тосол — это лишь частный случай антифриза.

Поэтому не стоит делить охлаждающие жидкости на антифризы и тосолы, это заблуждение.

Антифриз представляет собой смесь спирта и специальных присадок, благодаря чему обладает пониженной температурой замерзания и высокой температурой кипения.

В отличие от других эксплуатационных жидкостей (масла, тормозные жидкости), для антифризов до сих пор не существует единых международных классификаций, в то же время на рынке присутствует значительное количество марок антифризов разных производителей. В результате остро стоит вопрос о применимости тех или иных антифризов в конкретном автомобиле. Проще говоря, что заливать в расширительный бачок, если снизился уровень или если пришло время замены в соответствии с планом технического обслуживания?

Ответ прост — для доливки и замены можно использовать только тот тип антифриза, который рекомендован производителем автомобиля. Как его узнать? Тип применяемой охлаждающей жидкости практически всегда указан в инструкции (руководстве) по эксплуатации автомобиля. Это та книжка, которая входит в комплект поставки нового автомобиля и очень часто теряется при перепродаже авто.

Если она вам не досталась вместе с автомобилем, не беда! Эту полезную книжку обычно можно скачать с официального сайта автопроизводителя. Достаточно просто посетить раздел «Для владельцев». Например, на сайте «АвтоВАЗа» выложены для скачивания руководства по эксплуатации во всех возможных редакциях по мере внесения изменений и дополнений.

Информацию по антифризу ищите в разделе «Применяемые эксплуатационные материалы и заправочные объемы».

Импортные антифризы одной и той же марки часто поставляются двух видов — концентрат и готовый к употреблению, причем отличия упаковки могут быть едва уловимыми. Будьте внимательны! Следует тщательно изучить инструкцию на этикетке, прежде чем заливать в систему охлаждения двигателя. Если вы приобрели концентрат, его надо обязательно разбавить дистиллированной водой. Пропорции должны быть указаны на упаковке. Они выбираются в зависимости от климатических условий. Для большинства концентратов антифризов разбавление водой в соотношении 1:1 соответствует защите от замерзания при температуре до -38 °С.

Принцип работы радиатора охлаждения двигателя

В процессе работы двигателя детали нагреваются слишком сильно, что приводит к поломке не только их, но и соседних узлов. Для отвода тепла был создан радиатор, который через охлаждающую жидкость забирает температуру от двигателя и выпускает в окружающую среду. На сегодняшний день есть множество моделей и производителей, но выбирать стоит проверенные варианты.

Принцип работы радиаторов и их виды

К двигателю и соседним блокам подведены трубки с охлаждающей жидкостью, при помощи помпы происходит циркуляция. Горячая жидкость охлаждается и поступает обратно к стенкам мотора. Радиаторы различаются следующими показателями:

  • Используемая жидкость – чаще всего применяется тосол или антифриз.
  • Трубки – различаются по форме: пластинчатые, трубчатые и соты.
  • Сборка – бывает паянная (цельная) и разборная.
  • Материал – применяется в изготовлении медь или алюминий, последний наиболее популярен.
  • Тип охлаждения – активный и пассивный, при активном типе жидкость охлаждается вентилятор, он работает от сети или через привод коленчатого вала.

Наиболее надежными считаются алюминиевые модели, паяные с сотами и активным охлаждением, мастера Avtopro.ua рекомендуют их в первую очередь. Вентилятор включается при достижении заданных температур или работает постоянно от коленвала.

Пассивная система охлаждается за счет естественного обдува расширительного бака при езде. Это не самый надежный тип, но им активно пользуются, так как цена на него низкая, а возможности самостоятельного обслуживания широки. Для каждой модели подбирается свой тип охлаждения.

Востребованные производители радиаторов

От выбора производителя радиатора зависит его качество, долговечность, эффективность и режим эксплуатации. На авторынке представлено множество производителей, но лишь примерно треть их заслуживает внимания:

  • Оригинал – выпускаются мировыми брендами, отличаются высоким качеством, устанавливают в новые автомобили на заводах и рекомендуют первыми при необходимости замены. Самые популярные марки: Hans Pries, Delphi, Valeo S.A., JP Group A/S и Nissens A/S.
  • Средний сегмент – золотая середина, детали по не слишком высокой цене, но при этом отличающиеся отменным качеством исполнения. Большой модельный ряд, есть возможность ремонтировать, паять и заменять комплектующее. Известные модели выпускаются такими компаниями: AVA, Magneti marelli, Termal, CSF, Denso, Hella(BEHR), Van Wezel NV, Blue Print, Spectra Premium, Ard и Proliance. Эти торговое марки занимают более половины рынка по спросу.
  • Копии – это продукция, которая внешне может быть похожа на оригиналы, но качество материалов и исполнения ниже, что делает цену доступнее. Копию не нужно путать с подделками, не дорогая копия служит гораздо дольше и эффективнее. Известные марки: BodyParts, Mv-parts, TYC, Ossca, Sat, AKS, Xt-group, KINETIC, Acme-Trump и DIRECT PARTS.

Выбор хорошего радиатора от известной фирмы – это экономия средств на регулярном ремонте ли частой замене, эффективное охлаждение, уверенность в надежности и возможность обслуживать или ремонтировать.

Завантаження галереї …

где находится, а также принцип работы крышки

Автомобильный двигатель внутреннего сгорания в процессе эксплуатации выделяет огромные объемы тепловой энергии. Для эффективного функционирования мотора, данное тепло нужно отводить, в противном случае перегрев приведет к уменьшению ресурса, проблемам со сгоранием топливной смеси, увеличению токсичности выхлопных газов.

Поддержание оптимальной температуры обеспечивается корректной работой комбинированной системы охлаждения, которая использует для отвода избытков тепла воздух и технические жидкости.

Расширительный бачок системы охлаждения двигателя – один из основных ее элементов. Какие же функции он выполняет? Где его найти? Как он устроен? Разберемся в статье.

Конструктивные особенности

Чтобы увидеть бачок, достаточно просто поднять крышку капота транспортного средства. Конструкция его очень проста. Сам резервуар выполнен на основе пластика с толстыми стенками, прочного и эластичного, устойчивого к ударным нагрузкам, экстремальным холодам, температурным перепадам и контактам с агрессивной химией.

Для удобства заливки охлаждающей жидкости на баке предусмотрена широкая горловина, для соединения с другими элементами системы – специальные штуцеры.

Если говорить о конфигурации бачка, то каких-то строгих нормативов нет, форма зависит от конкретного производителя и оптимизируется для того, чтобы элемент занимал минимум места в подкапотном пространстве.

Аналогично, нет строгих требований и к вместительности. Емкость бачка вариативна, подбирается в соответствии с моделью автомобиля, объемами тепла, выделяемыми его мотором, и прочими техническими нюансами.

В некоторых случаях на бачках можно увидеть и дополнительную горловину, где установлен датчик уровня жидкости.

Если этот показатель отклоняется от нормы, водитель получает соответствующее предупреждение.

Различается по конструкции и пробка, закрывающая горловину. Иногда устройство крышки расширительного бачка подразумевает наличие клапана, сбрасывающего пар и воздух при критическом увеличении давления.

Если же клапана нет, данную функцию выполняет крышка, расположенная на радиаторе.

Особенности расположения бачка и принципы соединения с другими элементами системы охлаждения

Где находится расширительный бачок? Точное местоположение компенсационной емкости зависит от модели машины. Она фиксируется на кузовных элементах, лонжеронах и перегородках, отделяющих пространство капота от салона.

Для крепления используются кронштейны или хомуты. В большинстве случае, бачок находится на стороне, где располагается верхний патрубок радиатора.

В зависимости от типа, бак оснащен 2 или 3 штуцерами. Конструкция второго типа подразумевает соединение 3 шлангами со следующими деталями:

  1. Самый толстый патрубок, зафиксированный на штуцере, расположенном в нижней части, соединяет бачок с малым кругом циркуляции жидкости. Когда антифриз начинает нагреваться и расширяться, именно по этой магистрали он и поступает внутрь бачка.
  2. Трубка небольшого диаметра, проходящая между радиатором и штуцером, расположенным в верхней части, позволяет осуществлять сброс пара непосредственно из радиатора.
  3. Вторая трубка небольшого диаметра, закрепленная на другом верхнем штуцере, крепится на радиаторе печки салона. Основная задача аналогична предыдущей детали, по ней излишнее количества пара и тосола попадают в расширительный бачок.

Если на компенсационной емкости предусмотрено только 2 штуцера, то подключение к салонной печке не выполняется.

Вне зависимости от модели транспортного средства, расширительный бак является наивысшей точкой системы охлаждения двигателя. Только в таком случае полностью сохраняется принцип совмещающихся емкостей.

Чтобы гарантировать полное заполнение тосолом всех элементов системы, его уровень должен быть на несколько сантиметров выше минимальной отметки, указанной на баке.

Зачем он нужен?

Система охлаждения современного авто содержит несколько литров тосола. В процессе работы мотора происходит его нагрев и, как следствие, увеличение объема. Данное увеличение нужно компенсировать, чтобы исключить разрыв охлаждающего контура, повреждение патрубков и элементов радиатора.

Аналогично, компенсировать нужно и охлаждение, которое может иметь место в зимний период. Охлаждение и уменьшение объема провоцирует образование вакуума, сила которого столь же разрушительна, как у повышенного давления.

Все эти колебания и призван компенсировать расширительный бачок.

Если сформировать список его функций, то выглядят они следующим образом:

  • принятие увеличенных объемов антифриза, образующихся при его тепловом расширении;
  • сброс излишков давления при помощи специальной пробки, оборудованной предохранительным клапаном;
  • сброс жидкости в систему охлаждения, когда мотор начинает остывать, с целью исключения формирования опасных воздушных пробок.

Видео по теме, нужен ли ВАЗ расширительный бачок:

Рабочий принцип

Рассмотрим принцип работы данного устройства. Итак, в исходном состоянии половина объема бачка занята тосолом, вторая половина пуста. Вернее, в ней воздух, сжимающийся при повышении давления.

На горловине расположена крышка с клапаном экстренного сброса воздуха.

Устройство крышки

Функционирует система по следующей схеме:

  1. Запуск двигателя внутреннего сгорания приводит к постепенному увеличению температуры, жидкость расширяется, ее уровень повышается. Клапан сохраняет изначальную герметичность.
  2. Когда тосол нагревается примерно до 95 градусов, он достигает максимального объема, клапан срабатывает и начинает сбрасывать лишний воздух. Уровень давления в системе при этом составляет около 1.2 Бар. Если происходит дальнейшее повышение температуры, вплоть до кипения антифриза, то клапан осуществляет сброс воздуха вместе с паром.
  3. Когда силовая установка охлаждается, клапан работает в обратную сторону, то есть запускает воздух внутрь бачка, компенсируя сжатие антифриза. Такая схема не дает сформироваться в шлангах, патрубках и радиаторе воздушным пробкам.

Для корректной работы всей системы нужно точно знать, сколько антифриза должно быть в расширительном бачке. Точное значение зависит от конкретной модификации авто, но оптимальная отметка – это половина от полного объема.

Посмотрите полезное видео, где рассказывается про рубашку охлаждения, помпу, радиатор, расширительный бачок, термостат, радиатор отопителя, датчик температуры охлаждающей жидкости:

Коротко о поломках

Для расширительного бачка характерны некоторые неисправности, способные помешать его корректной работе. За ними необходимо тщательно следить, чтобы исключить опасность перегрева или попадания воздуха в систему. Как правило, дефекты касаются крышки, как наиболее сложной детали.

Непосредственно корпус бачка ломается крайне редко, лишь в некоторых случаях он трескается сам по себе, вследствие температурного перепада.

Посмотрите интересное видео, почему лопаются расширительные бачки системы охлаждения:

Самая частая поломка связана с клапаном, интегрированным в пробку. Он подвижен, а потому имеет определенный ресурс, после чего теряет работоспособность, не выполняет своих функций. Иногда потеря подвижности спровоцирована засорением, но чистка помогает не всегда.

Нередко деформируется уплотнительное кольцо на крышке. Следствие всех этих неисправностей – потеря герметичности, попадание в систему воздуха. Эксплуатировать машину со сломанным бачком опасно, существенно возрастает нагрузка на двигатель, радиатор и другие агрегаты, восстановление которых – процесс сложный и затратный.

Оптимальное решение в случае обнаружения дефекта – покупка нового изделия, благо, стоимость его невысока, а процесс замены не представляет никаких сложностей.

Если говорить о том, можно ли ездить без крышки расширительного бачка, если она сломалась, то ответ – нет.

Да, непродолжительная поездка никакой угрозы для работоспособности транспортного средства не представляет. Но постоянная эксплуатация приведет к тому, что внутрь бачка могут попасть посторонние включения. В тосоле сформируются пузырьки воздуха, давление в системе окажется нестабильным, а все это негативно скажется на состоянии деталей.

Поучительное видео, принцип работы крышки расширительного бачка:

Подведем итоги

Несмотря на свою конструктивную простоту, расширительный бачок – один из главных элементов всей системы охлаждения двигателя автомобиля.

Следите за его целостностью, работоспособностью клапана крышки, уровнем охлаждающей жидкости и ее качеством. Такой внимательный подход обеспечит, что детали системы проработают максимально долгий срок, эксплуатационный ресурс силовой установки увеличится.

Загрузка…

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Как известно, двигатель внутреннего сгорания работает по принципу строгой очередности микровзрывов в цилиндрах горючей смести. В этой связи температура двигателя постоянно повышается, что может вывести его со строя. Чтобы избежать подобных неприятностей в ДВС, в обязательном порядке применяется система охлаждения.

Принцип, по которому работает система охлаждения, одинаков для силовых агрегатов бензинового и дизельного типа. В основе лежит постоянная циркуляция специальной охлаждающей жидкости по системе, которая забирает излишнее тепло у двигателя и производит соответствующий теплообмен.

Однако бывают случаи, когда в летнее время автолюбителям приходится преодолевать большие расстояния на своем транспортном средстве. В таких случаях жидкость не всегда успевает справляться с повышенным температурным уровнем мотора.

В таких случаях на подмогу приходит электрический вентилятор, который срабатывает при определенных температурах нагрева охлаждающей жидкости.

Таким образом, если вы отправились в дорогу летом на автомобиле, то при первых же признаках перегрева мотора, лучше всего вызвать эвакуатор, а свой путь продолжить на такси Новосибирск Телецкое озеро (можно заказать на http://www.mezhgorod-taxi-novosibirsk.ru/). Однако не все водители знают, что является сигналом данной проблемы и из-за чего таковые могут возникать.

Перегрев силового агрегата вашего авто может быть спровоцирован следующими причинами:
— выход из строя или заклинивание термостата при положении «закрыто». Случиться это может в виде того, что клапан термостата, который постоянно контактирует с жидкостью, подлежит коррозии;
— засорение каналов системы, закоксованность шлангов или патрубков, которые в жаркое время года теряют свою эластичность;
— недостаточный уровень жидкости в системе, который может возникнуть в результате течи и разгерметизации. Такую неисправность может вызвать даже элементарная смена температурного режима на улице.

 

Радиатор охлаждения двигателя. Основы и принцип работы

При работе двигателя автомобиля каждый цилиндр постоянно повышает свою температуру за счет детонации подаваемого топлива. Если температуру не понижать, постоянные микровзрывы приведут к доведению мотора до критической температуры, превышение которой разрушит силовой агрегат.

Чтобы предотвратить это, устанавливается система охлаждения двигателя автомобиля. В представленной статье мы рассмотрим все базовые сведения о данном узле.

Система охлаждения: что такое

Многие автолюбители задаются вопросом – система охлаждения: что такое?

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

  • нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;
  • охлаждение масла в системе смазки;
  • охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
  • охлаждение воздуха в системе турбонаддува;
  • охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

Устройство и назначение радиатора системы охлаждения двигателя

Избыточное радиаторное тепло удаляется в окружающее пространство. Этому способствует его особая конструкция. Основными элементами изделия являются:

  • верхний бачок;
  • нижний бачок;
  • сердцевина;
  • элементы крепления.

Наиболее популярными материалами для изготовления радиаторов являются:

  • медь;
  • алюминий;
  • медные сплавы;
  • сплавы на основе алюминия.

Сердцевина изделия изготавливается в разном виде. Встречается трубчатый тип, бывает пластинчатый вариант, а также выпускается в сотовом виде. Чаще всего можно встретить трубчатую конструкцию. Внутри располагаются вертикальные трубки с сечением в виде овала либо круга. Они пропускаются сквозь ряды тонких пластин, установленных горизонтально. Они припаяны к обоим бачкам.

Важно знать! Присутствие пластинок способствует не только повышению жесткости конструкции, но и оказывает значительное позитивное влияние на теплоотдачу.

Предпочтительными являются трубки овального сечения. У них увеличена поверхность охлаждения, а это способствует быстрому теплообмену. Также, если случается нежелательное перемерзание жидкости, то овал лишь деформируется, а круг способен разорваться, разгерметизировав систему.

Реже встречаются пластинчатые варианты исполнения. В них ОЖ перемещается по объему, который сформирован двумя спаянными друг с другом фигурными пластинами. Нижняя торцевая часть и верхняя соединены с резервуарами. Охлаждающий воздух перемещается по внешней части пластин. Чтобы увеличить поверхность охлаждения, пластины изготовлены гофрированными. Таким образом удается скорей проводить остывание, чем у трубчатых аналогов.

Однако с пластинами больше встречаются недостатки. Они проявляются в быстром загрязнении, необходимости наличия большего числа спаянных участков, применении более тщательного ухода.

Сотовые конструкции сердцевин предполагают наличие горизонтальных круглых трубок для воздуха, которые снаружи омываются анитифризом. Для обеспечения комфортной спайки таких систем трубки развальцовываются на концах до шестиугольной формы. Такой формат обеспечивает большую, чем в аналогах охлаждающуюся поверхность.

Верхняя часть бочка, расположенного выше, оснащена припаянной горловиной. Снаружи она закрыта специальной пробкой с паровым клапаном. Также к бачку подходит небольшой патрубок, который нужно соединять с гибким шлангом. Через него подводится охлаждающая жидкость.

В нижнем бачке имеется отводящий патрубок с гибким шлангом. Для качественной фиксации использованы винтовые хомуты. Подобная конструкция позволяет иметь небольшое смещение блока относительно охладителя.

Пробка помогает изолировать систему от внешней среды. В ее конструкции присутствуют такие элементы:

  • металлический корпус;
  • паровой клапан;
  • воздушный клапан;
  • блокирующая пружина.

При возможном кипении системы охлаждения повышается уровень давления внутри всех резервуаров. По достижении определенного критического значения, которое установлено производителем, происходит открытие парового клапана, и избыточное давление стравливается в атмосферу. Это является нормальным событием.

В ином случае срабатывает воздушный клапан. После остановки автомобиля происходит охлаждение жидкости, во время которого пар конденсируется и в системе давление снижается ниже атмосферного. Избежать сдавливания трубок вовнутрь помогает впускной клапан с крышки радиатора. Он после открытия пропускает немного воздуха внутрь, обеспечивая баланс внутреннего и внешнего давления.

Компенсировать необходимый рабочий объем антифриза помогает наличие расширительного бачка. В нем должна сохраняться жидкость в установленном производителем количестве. Важно мониторить уровень жидкости в расширительной емкости.

В определенных моделях радиаторов отсутствует заливной патрубок. Добавлять антифриз до требуемого объема тогда следует через расширительный бак. Осуществляется контроль заполненности лишь на холодном моторе.

Предназначение и разновидности

Отвод тепла — далеко не единственное назначение системы охлаждения двигателя. Она дополнительно отвечает за выполнение ряда иных задач:

  • нагрев воздушной массы для отопления салона транспортного средства;
  • уменьшение времени ожидания, необходимого для доведения мотора до рабочей температуры;
  • уменьшение температуры смазочных материалов, используемых для ДВС;
  • если применяется рециркуляция —уменьшается температура выхлопных газов от двигателя внутреннего сгорания;
  • если присутствует автоматическая КПП — охлаждается смазка, расположенная внутри.

Схема системы охлаждения двигателя напрямую зависит от того, каким является ее способ функционирования и принцип работы. Соответственно, принято классифицировать узел на несколько категорий:

  • жидкостное — тепло отводится за счет постоянной циркуляции техжидкости;
  • воздушное— при применении рассматриваемойсхемы систем охлаждения двигателей тепло будет отводиться циркулируемым воздухом;
  • комбинированное — включает в себя применение 1-го и 2-го варианта одновременно.

Практика показывает, что комбинированный вариант является наиболее эффективным, обеспечивая стабильную работу мотора в целом.

История создания


С изобретение двигателей внутреннего сгорания, начали думать как этот двигатель охлаждать. Первым автомобилем, на котором установили радиатор охлаждения является авто Benz Velo. Бенз Вело начали продавать в 1886 году. Далее, Вильгельм Майбах начал усовершенствовать охлаждающее устройство и придумал конструкцию с сотами. Такой радиатор со сотами установили на машину Mercedes 35HP. Со времен первой модели Мерседеса 35НР с охлаждающим радиатором, конструкция радиаторов сильно не менялась, кроме геометрии и некоторых доработок.

Первые образцы водяных радиаторов охлаждения были без насоса (помпы). Жидкость циркулировала самостоятельно. Конструктивно охлаждающие устройства создавались таким образом, чтобы создавался эффект термосифона (труба с жидкостью в трубе с вакуумом.

За счет эффекта термосифона жидкость охлаждения попадала в радиатор. В термосифоне происходит следующие физические явления: если вода нагревается, значит плотность ее уменьшается. Вода с уменьшенной плотностью поднимается вверх. Нагретая жидкость, которая поднималась вверх, оказывалась в устройстве проходя через верхний патрубок.

А в самом радиаторе температура жидкости уменьшалась, а плотность увеличивалась. Прохладная утяжеленная жидкость опускалась вниз и через патрубок заходила в рубашку охлаждения ДВС.

Основной минус радиатора с термосифоном в том, что такое устройство плохо начало справляться с охлаждением моторов повышенной мощности. Далее, конструкторы изобрели помпу для поддержания циркуляции в двигателях любых мощностей.

Устройство

Рассматривая конструкцию, по которой создана система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, можно заметить, что здесь практически отсутствует бак, в котором происходит хранение жидкости. В данном случае такой элемент конструкции не нужен, потому что жидкость постоянно находится в каналах/полостях ДВС и радиаторе.

Хотя бачок все же присутствует — его называют расширительным. Главная задача этой детали — комфортный залив рабочей жидкости в систему, а также возможность залива дополнительного количества жидкости, если ее герметичность по тем или иным причинам нарушена.

На картинке ниже можно посмотреть на устройство системы охлаждения двигателя.

Начнем ознакомление с водяного насоса, именуемого в народе «помпой». Это своеобразная мельница, в которой жидкость циркулирует по каналам ДВС под давлением. Конечной целью данной конструкции является проход воды через полости, расположенные в блоке мотора. Последние, исходя из компоновки двигателя автомобиля, могут быть разными.

Именно в цилиндрах присутствует максимально высокая температура, которая передается на другие детали. При отводе тепловой энергии охлаждается блок цилиндров, но сам антифриз нагревается. Соответственно, работа системы охлаждения двигателя обеспечивает выполнение простых физпроцессов, позволяющих уравнять температуру. Далее рабочая жидкость протекает по другим узлам мотора и проникает в радиатор.

С конструктивной точки зрения, радиатор охлаждения двигателя являет собой решетку, образованную из большого количества небольших вертикальных каналов, на поверхности которых находятся поперечные пластины. Устройство радиатора охлаждения двигателя может быть разным, исходя из того, насколько большой объем двигателя и насколько часто ему приходится набирать обороты.

Естественно, в спортивных моторах радиатор двигателя имеет увеличенные размеры. Возрастает и площадь обдува.Из чего состоит радиатор охлаждения двигателя? Большого количества сот, монтажных креплений, а также бачка, в который заливается антифриз. Он постепенно стекает вниз, в результате чего происходит охлаждение. В конструкции предусматривается наличие емкости снизу, которая снова передает антифриз в водяной насос.

Радиатор системы охлаждения двигателя эффективно справляется со своей задачей благодаря большому количеству каналов. Обеспечение качественного результата его работы также гарантируется за счет постоянного обдува корпуса воздушным потоком. Именно поэтому деталь практически всегда монтируется на «морде» авто.

Но даже этого порой может оказаться недостаточно, особенно тогда, когда транспортное средство находится в неподвижном состоянии. Поэтому с целью охлаждения дизельного двигателя (как и бензинового, в целом) используется специальный вентилятор. Он закреплен между мотором и радиаторным узлом, помогая усилить циркуляцию воздушной массы.

Чтобы гарантировать надежную работу системы, надо убедиться в исправном состоянии радиатора. Многие задаются вопросом — как проверить радиатор охлаждения двигателя? Сделать это достаточно просто — нужно быть уверенным в отсутствии повреждений каналов, а на асфальте должны отсутствовать следы течи из-за разгерметизации.

Проверять радиатор охлаждения двигателя надо перед каждой поездкой. Невыполнение этого требования может привести к детонации мотора, приводящей к невозможности восстановить его работоспособность.

Выше мы разобрались с тем, из чего состоит система охлаждения двигателя большинства транспортных средств. Но есть также и другая функция, которую выполняет система — это прогрев силового агрегата. Несмотря на ее противоречивость названию, при эксплуатации авто в зимнее время низкая температура сильно затрудняет процесс запуска мотора.

Охлаждение двигателя происходит немного хуже из-за мороза и повышенной влажности, топливо распыляется более проблематично, а технические жидкости страдают от повышения вязкости. Чтобы гарантировать нормальный принцип работы системы охлаждения двигателя, придется быстрее ее разогреть. Достичь требуемого эффекта позволяет работающий термостат. Он блокирует попадание антифриза в радиаторные соты.

Минуя данный узел, она перетекает опять в водяной насос, нагревая цилиндры. Термостат самостоятельно совершает подачу антифриза при достижении температуры 70-80 градусов Цельсия (исходя из настроек блока управления и компоновки силового агрегата). Патрубок, открытый в процессе разогрева, сразу же закрывается.

Последним прибором, благодаря которому работает схема охлаждения двигателя, является температурный датчик. Его обычно устанавливают в салоне транспортного средства. Водитель постоянно получает актуальную информацию о температуре мотора в режиме реального времени. При отклонении показателей от нормы владелец авто сможет быстро принять меры по локализации и ремонту поломки.

Практика показывает, что система охлаждения дизельного двигателя наиболее часто выходит из строя в связи с нарушением герметичности. В такой ситуации температура сразу повышается, потому что антифриза в системе становится меньше, и имеющегося объема недостаточно для полноценной работы.

Разнообразие конструкций

В транспортных средствах с ДВС встречаются такие типы охлаждения, как:

  • воздушная;
  • на основе жидкости;
  • комбинированная.

Первый тип считается устаревшим. Он использовался на стареньких «Запорожцах», шум от которых был слышен за многие километры. Блок цилиндров изготавливался ребристым (увеличенная площадь отдачи), а на него направлялся поток воздуха от вентилятора.

Жидкостные системы применяются на всех современных моторах. В качестве циркулирующих жидкостей применяются специальные растворы, например, тосол с пониженной температурой замерзания.

В комбинированных системах разводки дополняется установленным вентилятором. Он запускается автоматически.

Жидкостные системы бывают открытыми, когда в циркуляции обеспечен доступ к внешней окружающей среде за счет применения пароотводной трубки. Закрытая схема не предполагает сообщение с окружающей средой, что позволяет внутри держать давление выше атмосферного. Второй тип за счет увеличения давления повышает температуру закипания. В результате жидкость может доходить до 110—120С.

Существует три наиболее популярных варианта перемещения ОЖ:

  1. Принудительный. Конструкция задействует насос, который насильно прогоняет антифриз по трубам.
  2. Термосифонный. Перемещение ОЖ осуществляется благодаря разнице в плотности тосола, располагающегося внутри радиатора и того, который имеется в каналах рубашки. В процессе работы теплая масса от мотора уходит в верхнюю область, перемещаясь в радиаторный бачок. Там все остывает, ее коэффициент плотности увеличивается, что позволяет ей перемещаться вниз к входящим патрубкам рубашки двигателя.
  3. Смешанный (комбинированный). У более перегретых элементов, например, ГБЦ снижают температуру принудительно с применением насоса, а рубашка мотора работает в термосифонном режиме.

Принцип работы

Принцип работы системы охлаждения двигателя постоянно контролируется штатнымблоком управления силовым агрегатом. В нынешних моделях транспортных средств детали охлаждения проверяются специальным математическим алгоритмом, позволяющим принимать во внимание самые разные параметры работы не только мотора, но и сопутствующих систем.

Отталкиваясь от того, как работает система охлаждения двигателя в нормальном режиме при исправных деталях, система стремится поддерживать их на нормальном уровне. Поэтому электроника включает или выключает на некоторое время те или иные элементы.

Чтобы более подробно узнать, как работает система охлаждения двигателя, рекомендуем посмотреть схему ниже.

Поскольку антифриз принудительно протекает по системе, за него отвечает центробежный насос. Благодаря ему техжидкость прокачивается посредством «рубашки». При выполнении данной работы применение систем охлаждения позволяет добиться охлаждения мотора и нагрева антифриза. Исходя из типа мотора и его схемы, жидкость протекает:

  • продольно;
  • поперечно.

Схема системы охлаждения двигателя предусматривает два циркуляционных круга — «малый» и «большой». Например, при включениизажигания, когда все детали не нагреты, термостат закрыт, жидкость протекает по малому кругу. Она не доходит до радиатора охлаждения двигателя.

Когда температурный режим доведется до требуемого уровня, происходит открывание термостата — антифриз проникает в радиатор, где и будет происходить уменьшение температуры за счет обдува. Это и есть большой цикл, повторяющийся многократно.

В этом и состоит общий принцип работы радиатора охлаждения двигателя вне зависимости от марки и модели транспортного средства.

В авто с турбиной охлаждение двигателя происходит по несколько иной схеме. Здесь присутствует два контура, где первый установлен с цельюснижения температуры анифриза, а второй охлаждает воздух. При этом первый контур также разделяется на 2 части — для обслуживания головки блока и блока цилиндров в целом.

Это сделано потому, что схема работы системы охлаждения двигателя предусматривает разницу температуры головки и блока на 15-20 градусов. Таким образом, степень вероятности детонации значительно уменьшается, да и камеры сгорания эффективнее наполняются горючим. В устройство системы охлаждениядобавлена одна особенность — в моторе с турбиной все рабочие контуры имеют собственный термостат.

Выводы

Система охлаждения двигателя присутствует на каждом транспортном средстве. Основноеназначение системы охлаждения — поддержаниеоптимальной температуры мотора автомобиля.

Базовые детали системы охлаждения двигателя следующие — радиатор, термостат, датчик температуры и вентилятор. Система состоит из нескольких контуров, отвечающих за правильность функционирования всей системы.

Устройство радиатора достаточно сложное, поскольку конструкция состоит из большого количества маленьких каналов, по которым протекает подогретая жидкость. Своевременная проверка позволяет гарантировать нормальную работу силовой установки в целом.

Двигатель с воздушным охлаждением | Как это работает

Все автомобильные двигатели выделяют большое количество тепла в процессе сгорания. Это тепло необходимо отводить от двигателя, чтобы предотвратить необратимые повреждения. Таким образом, двигатели не могут работать без какой-либо системы охлаждения. Водяное охлаждение является наиболее распространенным методом, хотя в течение многих лет несколько европейских производителей успешно выпускали двигатели с воздушным охлаждением. Двигатели с воздушным охлаждением приводили в действие Volkswagen «Beetle» и 411, некоторые автомобили линейки Citroen и Fiat 126 и 500.Несколько других европейских производителей — некоторые модели DAF, Panhards, NSU и чехословацкая Tatra использовали воздушное охлаждение, как и GM с Corvair. Единственным производителем высокопроизводительных автомобилей с воздушным охлаждением был Porsche с его моделями 911, 911SC и Turbo.

Плюсы и минусы воздушного охлаждения

Большим преимуществом воздушного охлаждения является его простота; именно поэтому он широко использовался в мотоциклах, стационарных насосах и дорожных инструментах с бензиновым двигателем. Воздушное охлаждение может применяться к маломощным двигателям малой мощности, где цена является наиболее важным фактором.Тот факт, что двигатель с воздушным охлаждением не нуждается в радиаторе, водяной рубашке, водяном насосе или многих других компонентах, связанных с водяным охлаждением, означает, что производственные затраты и, следовательно, цены на автомобили могут оставаться низкими. Например, Citroen 2CV изначально разрабатывался во время депрессии 1930-х годов с намерением производить самый дешевый и простой автомобиль. Подобные приоритеты стояли за Volkswagen Beetle, разработанным примерно в то же время, что и «народный автомобиль» Фердинанда Порше.

«Жук», запущенный в производство после Второй мировой войны, стал самым успешным серийным автомобилем эконом-класса из когда-либо созданных. Двигатели с воздушным охлаждением были не только простыми; они тоже были легкими. Широкое использование в их конструкции сплава, а не стали, и отсутствие многих компонентов водяного охлаждения позволило разработчику двигателя значительно снизить вес. Например, двигатель Citroen 2CV6 весил всего 35 кг (771 фунт), а средний вес двигателя с воздушным охлаждением на 13 кг (301 фунт) на литр меньше, чем у эквивалента с водяным охлаждением.


Система охлаждения, используемая в самом известном двигателе с воздушным охлаждением VW Beetle. Воздух втягивается в воздуховод вентилятором и проходит через масляный радиатор, прежде чем попасть на головки цилиндров и цилиндры.


Еще одна конструкция двигателя с воздушным охлаждением, от двигателей Fiat 126 и Fiat 500. Воздух всасывается в моторный отсек через туннель, который проходит под задней полкой. Затем он течет вокруг стволов и под картером.


Пара головок цилиндров от оппозитного четырехцилиндрового двигателя VW. Тепло камеры сгорания объясняет использование более глубоких ребер на головке блока цилиндров, чем на стволах.

Горизонтально-оппозитный двигатель с воздушным охлаждением

Двигатели с воздушным охлаждением обычно изготавливаются в горизонтально-оппозитной или широкой V-образной конфигурации. В небольших двигателях это не проблема; на самом деле конструкторы использовали это в своих интересах, сделав двигатель компактным и создав автомобили небольших габаритов со сравнительно просторным салоном.Во многих автомобилях Volkswagen с задним расположением двигателя, с воздушным охлаждением и легких коммерческих автомобилях двигатель был «спрятан» под полом, что давало дополнительные преимущества в случае загрузки и большой грузоподъемности. Простота обслуживания также часто упоминалась как аргумент в пользу двигателя с воздушным охлаждением. С самого начала разработки в большинстве этих двигателей использовалось расположение полностью отдельных цилиндров, чтобы воздух мог обтекать каждый цилиндр.

Это также означало, что отдельные цилиндры можно было быстро снять с двигателя, чтобы получить доступ к поршню и шатуну.Хотя воздушное охлаждение наиболее широко использовалось в небольших недорогих двигателях, это не означало, что воздушное охлаждение неэффективно. Не было никаких причин, по которым двигатель с воздушным охлаждением был менее эффективен, чем двигатель с водяным охлаждением, но у него были некоторые недостатки. Двумя большими недостатками двигателя с воздушным охлаждением были шум и проблемы с применением воздушного охлаждения в больших многоцилиндровых двигателях. Проблема шума была вызвана двумя факторами — отсутствием водяной рубашки и шумом вентилятора охлаждения. Поскольку вокруг блока двигателя было меньше материала, звуки сгорания были менее приглушенными.Работа охлаждающего вентилятора, нагнетающего воздух на двигатель, также создавала значительный уровень шума.

Компоненты двигателей с воздушным охлаждением

Компоненты большинства систем воздушного охлаждения довольно просты. Охлаждающий вентилятор расположен в полукруглом воздуховоде. Воздуховод также закрывает головку блока цилиндров, а его внутренняя часть оснащена перегородками, которые направляют поток воздуха через ребра охлаждения двигателя и через масляный радиатор. Под цилиндрами воздух направляется через термостат, который управляет клапаном с помощью рычага.Клапан регулирует количество воздуха, поступающего на вентилятор, поддерживая тем самым правильную температуру двигателя. После прохождения двигателя и термостата воздух вытесняется из задней части автомобиля или проходит через систему теплообмена, которая подает горячую воду к отопителю автомобиля.

Одной из проблем, связанных с использованием двигателей с воздушным охлаждением, является обеспечение автомобиля адекватной системой обогрева и удаления запотевания. Двигатели с водяным охлаждением всегда имеют постоянную подачу горячей воды, и ее достаточно легко преобразовать в горячий воздух.Двигатели с воздушным охлаждением обычно имеют независимый обогреватель или используют тепло выхлопной системы. Некоторые старые модели имеют системы обогрева, которые сочетают в себе оба этих метода. Электрический обогреватель, работающий на бензине, подает горячий воздух в салон автомобиля с помощью вентилятора. Этот же вентилятор подавал горячий воздух от теплообменников, которые представляли собой оребренные отливки из сплава на выхлопной системе. Горячий воздух подавался в смесительную камеру, где он смешивался со свежим воздухом для получения контролируемого количества тепла.

Принципы воздушного охлаждения двигателя

Головка блока цилиндров и цилиндры или «баррели», если использовать термин мотоциклов, двигателя с воздушным охлаждением отлиты с ребрами. Эти ребра распределяют тепло двигателя по большой площади. Если бочка сделана без ребер и имеет длину 15 см (6 дюймов), все ее тепло будет распределяться по этой длине. Если ствол изготовлен с 10 ребрами, глубиной 5 см (2 дюйма) каждое, такое же количество тепла будет рассеяно на 100 см (40 дюймов). Это снизит общую температуру ствола и обеспечит больший доступ воздуха к поверхностям, которые больше всего нуждаются в охлаждении.Вентилятор с приводом от двигателя направляет струю холодного воздуха на ребра. Вентилятор необходим, потому что двигателю с воздушным охлаждением требуется очень большой поток воздуха: для охлаждения двигателя требуется в 4000 раз больше воздуха, чем воды по объему, поэтому нельзя полагаться на поток воздуха, создаваемый автомобилем.

Требования к конструкции двигателя с воздушным охлаждением

Форма и размер ребер и вентилятора имеют решающее значение для эффективности двигателя; так же расстояние между плавниками. Большое расстояние между ребрами обеспечивает легкий поток воздуха и поэтому создает лишь небольшую нагрузку на вентилятор, которая, таким образом, может быть весьма небольшой.Более близкое расстояние между ребрами будет отводить больше тепла, но также потребует более мощного вентилятора для поддержания процесса охлаждения, который, в свою очередь, будет поглощать больше мощности двигателя.

Необходимо найти компромисс, который также будет учитывать шум, создаваемый большим вентилятором, и прохождение воздуха через ребра. Не следует думать, что проектирование плавников — это просто вопрос предотвращения перегрева двигателя. Если ребра слишком эффективны, двигатель будет работать при слишком низкой температуре.Это снизит его тепловой КПД, то есть долю мощности, которую двигатель извлекает из потенциала топлива, что снизит выходную мощность и повысит расход топлива.

Поэтому размер ребер тщательно рассчитан, чтобы обеспечить работу двигателя при эффективной рабочей температуре. Форма плавников так же важна, как и их размер. Теоретически идеальные охлаждающие ребра имеют слегка вогнутые стороны, заканчивающиеся острым концом. Такая конструкция обеспечивает максимальное рассеивание тепла, но на практике этот тип ребра слабый и легко ломается.Лучшая, более практичная форма имеет прямые стороны, сходящиеся в одной точке, но она все же сопряжена с риском повреждения и, в любом случае, довольно сложна и, следовательно, дорога в производстве.

Обычный компромисс заключается в разработке плавников с прямыми сторонами и закругленным внешним концом. Чтобы быть эффективными, плавники должны иметь некоторую степень конусности и достаточно острый кончик. Тупые ребра с параллельными сторонами имеют свойство удерживать тепло, поэтому их редко используют, несмотря на их простоту и прочность. Воздуховоды, направляющие воздух вокруг двигателя, также должны быть тщательно спроектированы.VW «Жук» имеет ряд тщательно расположенных дефлекторов, которые направляют воздух к самой горячей части двигателя.

Наиболее трудно охлаждаемой частью двигателя является головка блока цилиндров, поскольку камера сгорания, клапаны и днище поршня подвергаются воздействию полной температуры горящего заряда топлива. Проблема справиться с этими очень высокими температурами усугубляется тем фактом, что углерод, который накапливается на этих частях, является очень плохим проводником тепла. Поэтому оребрение головок цилиндров с воздушным охлаждением всегда очень глубокое, чтобы обеспечить максимальную площадь рассеивания тепла.Другая проблема заключается в том, что температура двигателя с воздушным охлаждением меняется гораздо быстрее, чем у двигателя с водяным охлаждением. Водяное охлаждение передает изменения температуры постепенно. Поэтому базовая конструкция двигателя с воздушным охлаждением должна быть рассчитана на быстрые изменения температуры.

Это означает, что необходимо учитывать разную скорость расширения алюминия, стали и чугуна, чтобы гарантировать соблюдение рабочих допусков. Крутящие нагрузки на жизненно важные болты и винты также имеют решающее значение: если они затянуты слишком сильно, быстрое расширение двигателя при прогреве может либо сорвать резьбу, либо сломать важный компонент.Момент затяжки гаек головки блока цилиндров на VW «Beetle», например, составляет всего 32 Нм (231b ft) — менее половины рекомендуемого значения для многих двигателей с водяным охлаждением аналогичной мощности.

Высокопроизводительные двигатели с воздушным охлаждением

Воздушное охлаждение создает проблему, когда двигатель с самого начала проектируется для достижения максимальной производительности. Четырехцилиндровые двигатели не могут использоваться с объемом двигателя более двух литров. Обычно используется шести- или восьмицилиндровый двигатель. Тем не менее, шести- или восьмицилиндровый двигатель с воздушным охлаждением имеет большую площадь охлаждаемых ребер, и трудно добиться равномерного распределения воздуха по всем цилиндрам и головкам цилиндров.Другие проблемы возникают с восьмицилиндровым двигателем с воздушным охлаждением. Поскольку важно правильно направлять воздух вокруг каждого ствола, цилиндры должны располагаться на большом расстоянии друг от друга. Расстояние между центрами цилиндров в 1,5 раза больше диаметра отверстия является обычным минимальным соотношением. Это намного шире, чем тот же размер аналога с водяным охлаждением, и, очевидно, увеличивает общую длину двигателя, обычно примерно на 20 см (8 дюймов) в случае трехлитрового двигателя.

Мощные двигатели с воздушным охлаждением также создают проблемы для дизайнеров шасси и стилистов.Двигатель очень мелкий и широкий, и это может быть трудно ассимилировать в автомобиле обычной компоновки и внешнего вида. Автомобили Porsche справились с проблемами больших двигателей с воздушным охлаждением. Все автомобили 911 имеют шестицилиндровый двигатель объемом три литра, установленный в задней части автомобиля. В 1969 году компания Porsche представила спортивный гоночный автомобиль 917 с 12-цилиндровым оппозитным двигателем объемом пять литров. Этот автомобиль с воздушным охлаждением был одним из самых быстрых гоночных спортивных автомобилей, разогнавшись до 370 км/ч. Honda Motors — еще одна компания, производившая мощный двигатель с воздушным охлаждением. Это ненадолго использовалось в автомобиле Формулы-1 в 1968 году. Мощные двигатели с воздушным охлаждением использовались в самолетах, где не было проблем с охлаждением, поскольку цилиндры можно было расположить радиально и установить в воздушном потоке.

Введение в системы охлаждения – Автомобильный инженер

Двигатель вырабатывает механическую энергию за счет воздушно-топливной смеси с КПД от 20 до 45%. Остальное перетекает в кинетическую и тепловую энергию в выхлопных газах и в тепловую энергию через металлические тела за счет трения.В этом контексте система охлаждения должна позволять двигателю работать с максимальной эффективностью, обеспечивать долговечность этой работы и обеспечивать надежность двигателя, гарантируя приемлемый уровень термомеханических напряжений в любой точке двигателя. Это происходит благодаря эвакуации избыточных калорий во внешнюю атмосферу.

Типы систем охлаждения

Существуют различные физические принципы отвода тепла:

  • Калории могут быть извлечены путем конвекции, проводимости или излучения
  • Можно использовать несколько промежуточных жидкостей для подачи калорий в поглощающую среду (эти жидкости называются охлаждающей жидкостью)
  • Хладагент может быть газообразным, жидким или с фазовым переходом

В автомобильной промышленности основными системами охлаждения являются воздушное охлаждение за счет естественной конвекции, воздушное охлаждение за счет принудительной конвекции и жидкостное водяное охлаждение. Естественная конвекция означает, что цилиндры и головки цилиндров имеют ребра для обеспечения эффективной конвекции и проводимости, тогда как принудительная конвекция означает, что вокруг двигателя установлены воздушная турбина и кожух охлаждающего воздуха. В обоих случаях охлаждающей жидкостью является воздух, который является единственной жидкостью, удаляющей калории. В жидкостном охлаждении используются две жидкости: воздух и вода. Вода отводит калории от двигателя и обменивает их с атмосферным воздухом в радиаторе, который сегодня является наиболее используемой системой в автомобильной промышленности.

Тепловой баланс

На следующих графиках показано распределение мощности, обеспечиваемой двигателем при полной нагрузке для различных типов двигателей:

Это показывает средний тепловой баланс, но современный дизельный двигатель может достигать эффективности до 40%, а бензиновый двигатель с непосредственным впрыском теперь может достигать эффективности 30% с потерями тепла от 18% до 20%.

Однако за счет уменьшения теплообмена снижается потребность в охлаждении, а в воде недостаточно калорий для обогрева салона в некоторых ситуациях, таких как прогрев, городской трафик и пробки.Производители принесли несколько ответов на этот вопрос комфорта:

Процедуры валидации

Процедуры валидации OEM (производителей оригинального оборудования) основаны на критических расчетных проблемах с точки зрения стресса, возникновения и риска, а также в зависимости от климата. Проверка направлена ​​на выполнение ограничивающих условий производителей или поставщиков, таких как максимальная температура воды (118°C), максимальная температура масла на склоне (150°C) или максимальная температура масла при максимальной скорости (135°C).Приведенные здесь значения одинаковы для всех производителей автомобилей и обычно являются следствием опыта и статистических исследований.

До 80-х годов испытания европейских производителей проводились в реальных условиях на дорогах Мон-Ванту (Франция) или Сьерра-Невада (Испания) с прицепом. Их сегодня в основном делают в аэроклиматической камере, на роликовом стенде.

Наиболее часто используемые условия тестирования:

  • Максимальная скорость автомобиля
  • Подъем в гору 1: уклон от 10 до 12 %, вторая передача, полная загрузка с прицепом, от 50 до 60 км/ч
  • Подъем в гору 2: уклон от 8 до 10 %, третья передача, полная нагрузка, с прицепом и без него
  • Уклон автомагистрали 4%, 130 км/ч, полная загрузка

Второстепенные роли систем охлаждения

Система жидкостного охлаждения также используется для обеспечения обогрева пассажирского автомобиля, регулирования температуры масла в двигателе, регулирования температуры масла в АКПП и охлаждения EGR.

В некоторых особых случаях его также можно использовать для ограничения температуры генератора, для нагрева дроссельной заслонки, для охлаждения гидроусилителя руля, для отвода калорий из выхлопной системы, для охлаждения подшипников турбокомпрессора…

Следовательно, увеличивается количество критических ситуаций, а также трудности контроля и мониторинга или помехи между различными требованиями.

Мнение Ромена:

Для двигателя становится все более важным быть максимально эффективным.Действительно, все потери должны быть сокращены, чтобы получить конкурентное преимущество перед конкурентами. Для этого система охлаждения в настоящее время является потенциальным решением для рекуперации энергии выхлопных газов, например. Следовательно, система охлаждения предъявляет все больше и больше требований, которые усложняют ее проектирование. Считаете ли вы, что система охлаждения в том виде, в каком она реализована сегодня, может удовлетворить будущие дополнительные требования или необходим технологический прорыв?

Система воздушного охлаждения в автомобиле

Система воздушного охлаждения в двигателе

В системе воздушного охлаждения тепло отводится непосредственно в воздух после прохождения через стенки цилиндра.Системы воздушного охлаждения имеют ребра и фланцы на наружных поверхностях цилиндров. Головки служат для увеличения площади, подвергаемой воздействию охлаждающего воздуха, и, таким образом, повышают скорость охлаждения. Основной принцип, используемый в этом методе, состоит в том, чтобы поток воздуха непрерывно обтекал нагретую поверхность двигателя, откуда должно отводиться тепло. Количество рассеиваемого тепла зависит от следующих факторов.

  1. Площадь поверхности металла, соприкасающаяся с воздухом.
  2. Скорость воздушного потока.
  3. Разница температур между нагреваемой поверхностью и воздухом.
  4. Электропроводность металла.

Для полноценного использования воздушного охлаждения площадь поверхности металла, которая соприкасается с воздухом, увеличена за счет наличия ребер над гильзами цилиндров. Чем больше площадь поверхности, контактирующей с воздухом, тем больше рассеивается тепла. Чем выше скорость воздушного потока, тем выше рассеивается тепло.

Аналогично, чем выше разница температур между нагреваемой поверхностью и воздухом, тем выше будет теплоотдача.Металл, имеющий проводимость, рассеивает больше тепла.

Компоненты двигателей с воздушным охлаждением

Компоненты большинства систем воздушного охлаждения очень просты.

Вентилятор охлаждения размещен в полукруглом воздуховоде. Воздуховод закрывает головку блока цилиндров. Его внутренняя часть оснащена перегородками, которые направляют поток воздуха через ребра охлаждения двигателя и через масляный радиатор. Под цилиндрами воздух подается через термостат, который управляет клапаном с помощью рычага.Клапан регулирует количество воздуха, поступающего на вентилятор, поддерживая тем самым правильную температуру двигателя. После прохождения двигателя и термостата воздух вытесняется из задней части автомобиля или проходит через систему теплообмена, которая подает горячую воду к отопителю автомобиля.

Одной из проблем, связанных с использованием двигателей с воздушным охлаждением, является потребность в достаточной системе обогрева и отпотевания автомобиля.

Двигатели с водяным охлаждением всегда имеют постоянную подачу горячей воды, и ее достаточно легко преобразовать в горячий воздух.Двигатели с воздушным охлаждением обычно имеют независимый обогреватель или используют тепло выхлопной системы.

Некоторые старые модели имеют системы обогрева, сочетающие оба этих метода. Электрический обогреватель, работающий на бензине, подает горячий воздух в салон автомобиля с помощью вентилятора. Этот же вентилятор подавал горячий воздух от теплообменников, которые представляли собой оребренные отливки из сплава на выхлопной системе. Горячий воздух подавался в смесительную камеру, где он смешивался со свежим воздухом для получения контролируемого количества тепла.

Преимущество системы воздушного охлаждения двигателя

  1. Меньший вес за счет отсутствия радиатора, рубашки охлаждения и охлаждающей жидкости.
  2. Не доливать систему охлаждения
  3. Не допускать утечек.
  4. Антифриз не требуется.
  5. Двигатель прогревается быстрее, чем в конструкции с водяным охлаждением.
  6. Эта система может работать в холодном климате, где вода может замерзнуть.
  7. Может использоваться в местах с недостатком охлаждающей воды.

Недостатки воздушной системы охлаждения двигателя

  1. Менее эффективная система охлаждения, т. к. коэффициент теплопередачи у воздуха меньше, чем у воды.
  2. Поддерживать даже прохладу вокруг цилиндра непросто, может произойти деформация цилиндра.
  3. Более шумная работа.
  4. Ограниченное использование в мотоциклах и скутерах, где цилиндры подвергаются воздействию воздушного потока.

Ребра охлаждения

Площадь поверхности над цилиндром увеличена за счет ребер. Эти ребра либо отлиты как неотъемлемая часть цилиндра, либо над цилиндром размещены различные ребристые цилиндры. Иногда, особенно в авиационных двигателях, ребра изготавливаются из кованых заготовок цилиндров.Как правило, ребра обычно имеют толщину стенки цилиндра в основании, сужающуюся примерно до половины толщины основания. Длина ребер варьируется от одной четверти до одной трети диаметра цилиндра. Расстояние между центрами двух плавников составляет от одной четверти до одной трети их длины. Общая длина оребренного цилиндра цилиндра составляет от 1 до 1½ диаметра цилиндра.

Еще одно правило, основанное на экспериментальных соображениях, заключается в том, что площадь ребер охлаждения должна составлять от 1400 до 2400 см² на одну лошадиную силу. Это дает правильную температуру цилиндра при скорости воздуха от 50 до 70 км/ч.

Вентилятор охлаждения

Вентилятор охлаждения используется в больших двигателях с воздушным охлаждением, особенно в автомобилях. Вентилятор с двумя или четырьмя лопастями приводится в движение либо с частотой вращения двигателя, либо с удвоенной частотой вращения двигателя, а поток воздуха направляется в головки цилиндров. Охлаждение зависит главным образом от частоты вращения двигателя, а не от скорости автомобиля. Вентилятор обычно поглощает около л.с. на каждые 15-20 л.с. выход.

В случае небольших одноцилиндровых двигателей оптимальным расположением вентилятора охлаждения является вентилятор с диаметром маховика.Вентилятор установлен на главном валу и заключен в металлический кожух. Устроен таким образом, что воздух всасывается в центре и выбрасывается по периферии через канал, установленный на ремне, направляя его на выпускную сторону цилиндра.

В небольших двигателях с воздушным охлаждением достаточно хорошо работает нагнетательный вентилятор, если для воздушных потоков предусмотрены подходящие направляющие и каналы. Система также используется для более крупного двигателя. Система охлаждения на стороне всасывания вентилятора обеспечивает более удовлетворительный охлаждающий эффект.Иногда сам маховик затягивается, чтобы он работал как охлаждающий вентилятор. И воздух выбрасывается через него назад, после того как он прошел мимо стволов цилиндров.

В двигателях Fiat и Corvair качество охлаждающего воздуха регулируется термостатом. Когда температура воздуха, выходящего из цилиндра, превышает нормальное значение, термостат приводит в действие более крупный клапан или диск в воздуховоде, чтобы обеспечить прохождение воздуха более высокого качества.

Пример системы воздушного охлаждения в двигателях

В настоящее время воздушное охлаждение используется на двигателях ex.такие как скутеры, мотоциклы, самолеты, боевые танки, небольшие стационарные установки. И во многих моделях американского автомобиля с задним расположением двигателя. В Германии воздушное охлаждение используется в некоторых бензиновых и дизельных двигателях. двигатели, включая модели с 2, 4 и 8 цилиндрами.

Хорошим примером современного двигателя с воздушным охлаждением является четырехцилиндровый двигатель Krupp с воспламенением от сжатия с оппозитным расположением цилиндров. Он имеет охлаждающий вентилятор, установленный в передней части, и приводится в действие двигателем. Он нагнетал охлаждающий воздух через кожух вокруг переднего конца картера и, следовательно, к горизонтальным гильзам цилиндров, ребристым и заключенным в прямоугольный кожух.

Другим более свежим примером является восьмицилиндровый V-образный бензиновый двигатель Krupp, который имеет очень похожую систему охлаждения.

Volkswagen, голландский D.A.F. Ситроен-двухцилиндровый оппозитный. Шестицилиндровый горизонтально-оппозитный Chevrolet Corvair, Fiat 500D, два цилиндра в ряд. И Н.С.У. два цилиндра являются примером современных двигателей с воздушным охлаждением.


Вот и все

Спасибо за внимание.

Если у вас есть сомнения или вопросы по системе воздушного охлаждения, пишите в комментариях. Если вам нужна помощь, свяжитесь с нами. Поделитесь этой статьей с друзьями, если она покажется вам полезной.

Узнайте больше о технических темах, таких как:

Системы охлаждения авиационных двигателей

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловую машину, которая преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию на уровне

. Однако это происходит не без некоторой потери энергии, и даже самые эффективные авиационные двигатели могут терять от 60 до 70 процентов исходной энергии топлива.Если большая часть этого отработанного тепла не будет быстро удалена,

может стать достаточно горячим, чтобы вызвать полный отказ двигателя. Чрезмерное тепло нежелательно в любом двигателе внутреннего сгорания по трем основным причинам:

  1. Это влияет на процесс сгорания топлива/воздушного заряда.
  2. Ослабляет и сокращает срок службы деталей двигателя.
  3. Ухудшает смазку.

Если температура внутри цилиндра двигателя слишком высока, топливно-воздушная смесь предварительно нагревается, и сгорание происходит раньше желаемого времени. Поскольку преждевременное сгорание вызывает детонацию, детонацию и другие нежелательные явления, должен быть способ устранить тепло до того, как оно вызовет повреждение.


Один галлон авиационного бензина имеет достаточную теплотворную способность, чтобы вскипятить 75 галлонов воды; таким образом, легко увидеть, что двигатель, сжигающий 4 галлона топлива в минуту, выделяет огромное количество тепла. Около четверти выделяемого тепла превращается в полезную мощность. Остальное тепло должно рассеиваться, чтобы оно не разрушало двигатель.В типичной силовой установке самолета половина тепла уходит с выхлопом, а другая часть поглощается двигателем. Циркуляционное масло забирает часть этого впитавшегося тепла и передает его воздушному потоку через масляный радиатор. Об остальном позаботится система охлаждения двигателя. Охлаждение — это передача избыточного тепла от цилиндров воздуху, но это нечто большее, чем просто размещение цилиндров в воздушном потоке. Цилиндр на большом двигателе размером примерно с галлоновый кувшин. Однако его внешняя поверхность увеличена за счет использования охлаждающих ребер, так что для охлаждающего воздуха он представляет собой внешнюю поверхность размером с бочку. Такое расположение увеличивает теплопередачу излучением. Если слишком большая часть охлаждающего ребра сломана, цилиндр не может охлаждаться должным образом, и образуется точка перегрева. Поэтому цилиндры обычно заменяют, если отсутствует определенное количество квадратных дюймов ребер.

Кожух и перегородки предназначены для подачи воздуха через ребра охлаждения цилиндра. [Рисунок 2] Дефлекторы направляют воздух вокруг цилиндров и предотвращают образование горячих луж застоявшегося воздуха, в то время как основные потоки проходят мимо неиспользованными.В перегородки встроены нагнетательные трубки для направления струй охлаждающего воздуха на колена задних свечей зажигания каждого цилиндра для предотвращения перегрева проводов зажигания.

Рис. 2. Дефлектор цилиндра и система дефлектора

Рабочая температура двигателя может быть слишком низкой. По тем же причинам, по которым двигатель прогревается перед взлетом, он остается теплым во время полета. Испарение и распределение топлива, а также циркуляция масла зависят от оптимальной рабочей температуры двигателя.Двигатель самолета имеет регуляторы температуры, которые регулируют циркуляцию воздуха над двигателем. Если не будут предусмотрены некоторые элементы управления, двигатель может перегреться на взлете и переохладиться на большой высоте, на высокой скорости и при снижении мощности.

Наиболее распространенным средством управления охлаждением является использование заслонок капота. [Рисунок 3] Эти закрылки открываются и закрываются с помощью домкратов с электродвигателем, гидравлических приводов или вручную на некоторых легких самолетах. При выдвижении для улучшения охлаждения створки капота создают сопротивление и жертвуют обтекаемостью ради дополнительного охлаждения. При взлете створки капота открываются ровно настолько, чтобы температура двигателя оставалась ниже красной отметки. Допускается нагрев выше нормального диапазона, чтобы сопротивление было как можно меньше. Во время наземных операций створки капота должны быть широко открыты, так как лобовое сопротивление не имеет значения, а охлаждение должно быть установлено на максимум. Створки капота используются в основном на старых самолетах и ​​радиальных двигателях.

Рис. 3. Регулирование потока охлаждающего воздуха

В некоторых самолетах для обеспечения дополнительного потока охлаждающего воздуха используются усилители.[Рис. 4] Каждая гондола имеет две пары труб, идущих от моторного отсека к задней части гондолы. Выхлопные коллекторы подают выхлопные газы во внутренние аугменторные трубки. Выхлопной газ смешивается с воздухом, прошедшим над двигателем, и нагревает его, образуя струйный выхлоп с высокой температурой и низким давлением. Эта область низкого давления в аугменторах привлекает дополнительный охлаждающий воздух к двигателю. Воздух, поступающий во внешние оболочки аугментаторов, нагревается за счет контакта с трубками аугменторов, но не загрязняется выхлопными газами.Нагретый воздух из корпуса поступает в систему обогрева, оттаивания и защиты от обледенения салона.

Рисунок 4. Augmentor

Augmentor использует скорость выхлопных газов, чтобы создать поток воздуха над двигателем, так что охлаждение не полностью зависит от промывки винта. Лопасти, установленные в аугменторах, контролируют объем воздуха. Эти лопасти обычно оставляют в заднем положении, чтобы обеспечить максимальный поток. Их можно закрыть, чтобы увеличить обогрев кабины или использовать для защиты от обледенения, или для предотвращения слишком сильного охлаждения двигателя во время спуска с высоты.В дополнение к усилителям некоторые самолеты имеют двери остаточного тепла или створки гондолы, которые используются в основном для отвода оставшегося тепла после выключения двигателя. Створки гондолы можно открыть для большего охлаждения, чем обеспечивают аугментаторы. Модифицированная форма ранее описанной системы охлаждения аугментора используется на некоторых легких самолетах. [Рисунок 5] Системы Augmentor мало используются на современных самолетах.

Рис. 5. Система охлаждения и выхлопа двигателя

Как показано на рис. вертушка пропеллера.Напорная камера герметизирована в верхней части двигателя перегородками, правильно направляющими поток охлаждающего воздуха ко всем частям моторного отсека. Теплый воздух всасывается из нижней части моторного отсека за счет нагнетания выхлопных газов через выхлопные эжекторы. Этот тип системы охлаждения исключает использование управляемых створок капота и обеспечивает адекватное охлаждение двигателя на всех рабочих скоростях.

Система охлаждения двигателя большинства поршневых двигателей обычно состоит из капота двигателя, дефлекторов цилиндров, ребер цилиндра, а в некоторых из них используются створки капота. В дополнение к этим основным единицам существуют также некоторые системы индикации температуры, такие как температура головки блока цилиндров, температура масла и температура выхлопных газов.

Капот выполняет две функции:

  1. Обтекает громоздкий двигатель, уменьшая лобовое сопротивление.
  2. Образует оболочку вокруг двигателя, которая заставляет воздух проходить вокруг и между цилиндрами, поглощая тепло, рассеиваемое ребрами цилиндра.

Основания цилиндров представляют собой металлические экраны, спроектированные и расположенные так, чтобы поток воздуха равномерно направлялся вокруг всех цилиндров.Такое равномерное распределение воздуха помогает предотвратить чрезмерное нагревание одного или нескольких цилиндров по сравнению с другими. Ребра цилиндра излучают тепло от стенок и головок цилиндров. Когда воздух проходит над ребрами, он поглощает это тепло, уносит его от цилиндра и выбрасывается за борт через нижнюю заднюю часть капота.

Управляемые створки капота позволяют уменьшить или увеличить выходную площадь в задней части капота двигателя. [Рис. 6] Закрытие створок капота уменьшает площадь выхода, что эффективно уменьшает количество воздуха, которое может циркулировать над ребрами цилиндра.Уменьшенный поток воздуха не может отводить столько тепла; следовательно, существует тенденция к повышению температуры двигателя. Открытие створок капота увеличивает площадь выхода. Поток охлаждающего воздуха на цилиндры увеличивается, поглощая больше тепла, и температура двигателя имеет тенденцию к снижению. Надлежащий осмотр и техническое обслуживание системы охлаждения двигателя способствует эффективной и экономичной работе двигателя в целом.

Остальной воздух проходит через кожух снаружи. Следовательно, внешняя форма кожуха должна быть сглажена таким образом, чтобы воздух мог беспрепятственно обтекать кожух с минимальной потерей энергии.

Капот двигателя, обсуждаемый в этом разделе, является типичным для многих радиальных или горизонтально оппозитных двигателей. Все системы охлаждения работают одинаково, с небольшими техническими изменениями, разработанными для конкретных установок.

Капот изготавливается в виде съемных секций, количество которых зависит от марки и модели самолета.Установка, показанная на рис. 7, состоит из двух секций, которые соединяются вместе при установке.

Рис. 7. Дифференциальное воздушное охлаждение. Внутренняя конструкция предназначена для придания прочности панели и, кроме того, для обеспечения мест для защелок, опоры капота и воздухозаборника двигателя.

Воздушное уплотнение изготовлено из резины и крепится болтами к металлическому ребру, приклепанному к панели капота. [Рис. 7] Это уплотнение, как следует из названия, герметизирует воздух в секции двигателя, предотвращая выход воздуха вдоль внутренней поверхности панели без циркуляции вокруг цилиндров. Воздушное уплотнение двигателя должно использоваться на двигателях, которые имеют полную систему дефлекторов цилиндров, которая закрывает головки цилиндров. Его цель состоит в том, чтобы заставить воздух циркулировать вокруг и через систему перегородок.Осматривайте панели капота во время каждой регулярной проверки двигателя и самолета. Снятие капота для технического обслуживания дает возможность более частого осмотра капота.

Осмотрите панели капота на наличие царапин, вмятин и разрывов на панелях. Этот тип повреждения вызывает ослабление конструкции панели, увеличивает аэродинамическое сопротивление за счет нарушения воздушного потока и способствует возникновению коррозии. Защелки панели капота следует осмотреть на наличие вытянутых заклепок и ослабленных или поврежденных ручек.Необходимо осмотреть внутреннюю конструкцию панели, чтобы убедиться, что ребра жесткости не треснуты, а воздушное уплотнение не повреждено. Петли люка капота, если они есть, и крепления петель люка капота должны быть проверены на надежность крепления, а также на наличие разрывов или трещин. Эти проверки являются визуальными проверками и должны выполняться часто, чтобы убедиться, что капот исправен и способствует эффективному охлаждению двигателя.


Ребра охлаждения имеют первостепенное значение для системы охлаждения, поскольку они обеспечивают передачу тепла от цилиндра воздуху.Их состояние может означать разницу между адекватным или неадекватным охлаждением цилиндра. Ребра проверяются при каждом регулярном осмотре. Площадь плавника — это общая площадь (обе стороны плавника), открытая для воздуха. При осмотре ребра должны быть осмотрены на наличие трещин и изломов. [Рис. 8] Небольшие трещины не являются основанием для снятия цилиндра. Эти трещины можно заполнить или даже иногда засверлить, чтобы предотвратить дальнейшее растрескивание. Неровные или острые углы на ребрах можно сгладить напильником, и это действие устраняет возможный источник новых трещин.Однако перед изменением профиля ребер охлаждения цилиндров ознакомьтесь с допустимыми пределами в руководстве по обслуживанию или капитальному ремонту производителя.

Рис. 8. Головка блока цилиндров и ребра

Определение площади ребер становится важным при проверке ребер на предмет поломок. Это является определяющим фактором для принятия или удаления баллона. Например, на определенном двигателе, если длина любого ребра, измеренного у его основания, превышает 12 дюймов в длину, или если общая площадь сломанных ребер на любой одной головке цилиндров превышает 83 квадратных дюйма, цилиндр снимается и заменяется.Причина удаления в этом случае заключается в том, что область такого размера может вызвать горячую точку на цилиндре; так как может происходить очень небольшая теплопередача.

Если соседние ребра сломаны в одном и том же месте, общая допустимая длина поломки составляет шесть дюймов на любых двух соседних ребрах, четыре дюйма на любых трех соседних ребрах, два дюйма на любых четырех соседних ребрах и один дюйм на любых пяти соседних ребрах. плавники Если длина разрыва в соседних ребрах превышает указанную величину, цилиндр следует снять и заменить. Эти характеристики поломки применимы только к двигателю, используемому в данном обсуждении в качестве типичного примера. В каждом конкретном случае следует обращаться к применимым инструкциям производителя.

В поршневых двигателях используются некоторые типы межцилиндровых перегородок и перегородок головок цилиндров, чтобы обеспечить тесный контакт охлаждающего воздуха со всеми частями цилиндров. На рис. 2 показана система перегородки и дефлектора вокруг цилиндра. Дефлектор блокирует поток воздуха и заставляет его циркулировать между цилиндром и дефлекторами.На рис. 9 показана перегородка и дефлектор, предназначенные для охлаждения головки блока цилиндров. Дефлектор препятствует выходу воздуха из головки блока цилиндров и заставляет его проходить между головкой и дефлектором. Хотя сопротивление, оказываемое перегородками прохождению охлаждающего воздуха, требует, чтобы на двигателе поддерживался значительный перепад давления для получения необходимого воздушного потока, требуемый объем охлаждающего воздуха значительно уменьшается за счет использования правильно спроектированных и расположенных дефлекторов цилиндров.

Рис. 9. Дефлектор головки блока цилиндров и дефлекторная система

верх цилиндров. Это скопление воздуха снижает скорость воздуха. Выходное отверстие в нижней задней части капота создает зону низкого давления. Когда воздух приближается к выходу из кожуха, он снова ускоряется и плавно сливается с воздушным потоком.Перепад давления между верхней и нижней частью двигателя заставляет воздух проходить через цилиндры через каналы, образованные дефлекторами. Перегородки и дефлекторы обычно проверяются во время регулярного осмотра двигателя, но их следует проверять каждый раз, когда капот снимается для какой-либо цели. Необходимо проверить на наличие трещин, вмятин или ослабленных прижимных шпилек. Трещины или вмятины, если они достаточно серьезные, потребуют ремонта или удаления и замены этих узлов. Однако только что начавшуюся трещину можно засверлить, а вмятины можно выправить, что позволит продолжить обслуживание этих перегородок и дефлекторов.

Эта система обычно состоит из индикатора, электропроводки и термопары. Проводка находится между прибором и брандмауэром гондолы. В брандмауэре один конец вывода термопары соединяется с электропроводкой, а другой конец вывода термопары соединяется с цилиндром. Термопара состоит из двух разнородных металлов, обычно из константана и железа, соединенных проводкой с системой индикации. Если температура соединения отличается от температуры соединения разнородных металлов с проводами, возникает напряжение.Это напряжение посылает ток по проводам к индикатору, прибору для измерения тока, отградуированному в градусах.

Конец термопары, который соединяется с цилиндром, имеет байонетное соединение или прокладку. Для установки байонетного типа гайку с накаткой нажимают вниз и поворачивают по часовой стрелке до упора. [Рис. 10] При снятии этого типа гайка нажимается и поворачивается против часовой стрелки, пока не будет снята. Тип прокладки подходит под свечу зажигания и заменяет обычную прокладку свечи зажигания. [Рисунок 11] При установке провода термопары не отрезайте провод, потому что он слишком длинный, а смотайте и завяжите лишнюю длину. Термопара предназначена для создания заданного сопротивления. При уменьшении длины провода показания температуры будут неправильными. Штык или прокладку термопары вставляют или устанавливают на самый горячий цилиндр двигателя, определяемый при испытании блока. Когда термопара установлена ​​и проводка подключена к прибору, отображаемое показание является температурой цилиндра.Перед эксплуатацией двигателя, при температуре окружающего воздуха, указатель температуры головки блока цилиндров показывает температуру наружного воздуха; это один из тестов для определения того, что прибор работает правильно. Защитное стекло указателя температуры головки блока цилиндров следует регулярно проверять, чтобы убедиться, что оно не соскользнуло и не треснуло. Защитное стекло следует проверить на наличие признаков отсутствия или повреждения наклеек, указывающих на температурные ограничения. Если выводы термопары были слишком длинными и их приходилось скручивать и связывать, следует проверить стяжку на предмет надежности или перетирания провода.Байонет или прокладку необходимо осмотреть на предмет чистоты и надежности крепления. При работе двигателя следует проверить все электрические соединения, если указатель температуры головки блока цилиндров колеблется.

9002
рис. расположен в потоке выхлопных газов сразу после порта цилиндра.[Рис. 12] Затем он подключается к прибору на приборной панели. Это позволяет регулировать состав смеси, что оказывает большое влияние на температуру двигателя. Используя этот прибор для настройки смеси, можно контролировать и контролировать температуру двигателя.

Охлаждение двигателя

Охлаждение двигателя охлаждает двигатель, обычно используя воздух или жидкость.

Обзор

Тепловые двигатели генерируют механическую энергию, извлекая энергию из тепловых потоков, так же как водяное колесо извлекает механическую энергию из потока массы, падающей с расстояния. Двигатели не идеально эффективны, поэтому в двигатель поступает больше тепловой энергии, чем выходит в виде механической энергии; разница является отработанным теплом и должна быть удалена. Двигатели внутреннего сгорания отводят отработанное тепло за счет холодного всасываемого воздуха, горячих выхлопных газов и явного охлаждения двигателя.

Двигатели с более высоким КПД выделяют больше энергии в виде механического движения и меньше в виде отработанного тепла. Некоторое количество отработанного тепла имеет важное значение: оно направляет тепло через двигатель, так же как водяное колесо работает только в том случае, если в отработанной воде есть некоторая выходная скорость (энергия), чтобы унести ее и освободить место для большего количества воды.Таким образом, все тепловые двигатели нуждаются в охлаждении для работы.

Охлаждение также необходимо, поскольку высокие температуры повреждают материалы двигателя и смазочные материалы. Двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо горячее, чем температура плавления материалов двигателя, и достаточно горячее, чтобы поджечь смазочные материалы. Охлаждение двигателя отводит энергию достаточно быстро, чтобы поддерживать низкую температуру, чтобы двигатель мог выжить.

Некоторые высокоэффективные двигатели работают без явного охлаждения и только с случайными потерями тепла, конструкция называется адиабатической.Например, «автомобили» с расходом топлива 10 000 миль на галлон для экономического вызова Shell [ цитировать в Интернете |последний= Эддисон |первый= Джон |дата= 28 августа 2007 г. |название= 10 000 миль на галлон |издатель= Clean Fleet Отчет (cleanfleetreport.com) |url= http://www.cleanfleetreport.com/vault/10000mpg.htm ] изолированы как для передачи максимально возможного количества энергии от горячих газов к механическому движению, так и для уменьшения потерь на повторный нагрев. при перезапуске. Такие двигатели могут достигать высокой эффективности, но снижают выходную мощность, рабочий цикл, вес двигателя, долговечность и выбросы.

Основные принципы

Большинство двигателей внутреннего сгорания имеют жидкостное охлаждение с использованием либо воздуха (газообразная жидкость), либо жидкого хладагента, проходящего через теплообменник (радиатор), охлаждаемый воздухом. Судовые двигатели и некоторые стационарные двигатели имеют свободный доступ к большому объему воды подходящей температуры. Вода может использоваться непосредственно для охлаждения двигателя, но часто содержит осадок, который может засорить каналы охлаждающей жидкости, или химические вещества, такие как соль, которые могут химически повредить двигатель.Таким образом, охлаждающая жидкость двигателя может проходить через теплообменник, который охлаждается водой.

В большинстве двигателей с жидкостным охлаждением используется смесь воды и химикатов, таких как антифриз и ингибиторы ржавчины. Некоторые вообще не используют воду, вместо этого используют жидкость с другими свойствами, например, пропиленгликоль или комбинацию пропиленгликоля и этиленгликоля. В большинстве двигателей с «воздушным охлаждением» используется некоторое жидкостное масляное охлаждение для поддержания приемлемой температуры как критических частей двигателя, так и самого масла. В большинстве двигателей с «жидкостным охлаждением» используется некоторое воздушное охлаждение с воздушным охлаждением камеры сгорания на такте впуска. Исключением являются двигатели Ванкеля, в которых некоторые части камеры сгорания никогда не охлаждаются впуском, что требует дополнительных усилий для успешной работы.

К системе охлаждения предъявляется множество требований. Один ключ — двигатель выходит из строя, если перегревается только одна часть. Поэтому очень важно, чтобы система охлаждения поддерживала все детали при достаточно низких температурах. Другие требования включают стоимость, вес, надежность и долговечность самой системы охлаждения.

Кондуктивная теплопередача пропорциональна разнице температур между материалами.Если металл двигателя имеет температуру 300 °C, а воздух — 0 °C, то разница температур для охлаждения составляет 300 °C. Двигатель с воздушным охлаждением использует всю эту разницу. Напротив, двигатель с жидкостным охлаждением может отдавать тепло от двигателя жидкости, нагревая жидкость до 150 ° C, которая затем охлаждается воздухом с температурой 0 ° C. На каждом этапе двигатель с жидкостным охлаждением имеет половину разницы температур, поэтому на первый взгляд кажется, что ему требуется вдвое больше площади охлаждения.

Однако свойства охлаждающей жидкости (вода, масло или воздух) также влияют на охлаждение.Например, сравнивая воду и масло в качестве хладагентов, один грамм масла может поглотить около 55% тепла при одинаковом повышении температуры (это называется удельной теплоемкостью). Нефть имеет плотность около 90 % плотности воды, поэтому данный объем нефти может поглотить только около 50 % энергии того же объема воды. Теплопроводность воды примерно в 4 раза выше, чем у масла, что может способствовать теплопередаче. Вязкость масла может быть в десять раз выше, чем у воды, что увеличивает энергию, необходимую для прокачки масла для охлаждения, и снижает полезную выходную мощность двигателя.

По сравнению с воздухом и водой воздух имеет значительно меньшую теплоемкость на грамм и объем (4000) и менее одной десятой электропроводности, но также гораздо меньшую вязкость (200: 17,4 × 10 −6 Па·с для воздуха против 8,94 х 10 −4 Па·с для воды). Таким образом, воздушное охлаждение основано на торнадо воздуха для отвода тепла. Перемещение тепла от цилиндра к большой площади поверхности для воздушного охлаждения может создать такие проблемы, как трудности с изготовлением форм, необходимых для хорошей теплопередачи, и пространство, необходимое для свободного потока большого объема воздуха.Вода кипит примерно при рабочей температуре. Преимущество этого заключается в том, что он поглощает большое количество энергии при очень небольшом повышении температуры (так называемая теплота парообразования), что хорошо для охлаждения, особенно для пропускания одного потока хладагента через несколько горячих объектов и достижения равномерной температуры. Напротив, последовательное пропускание воздуха через несколько горячих объектов нагревает воздух на каждом этапе, поэтому первый может быть переохлажден, а последний — недоохлажден. Однако, когда вода закипает, она становится изолятором, что приводит к внезапной потере охлаждения, когда образуются пузырьки пара (подробнее см. Теплопередача).К сожалению, пар может вернуться в воду при смешивании с другой охлаждающей жидкостью, поэтому датчик температуры двигателя может показывать приемлемую температуру, даже если локальные температуры достаточно высоки, чтобы нанести ущерб.

Двигателю нужны разные температуры. Впуск, включая компрессор турбокомпрессора, впускные патрубки и впускные клапаны должны быть максимально холодными. Противоточный теплообмен с принудительным охлаждением воздуха делает свое дело. Стенки цилиндра не должны нагревать воздух перед сжатием, но и не охлаждать газ при сгорании.Компромиссом является температура стенки 90°C. Вязкость масла оптимизирована именно для этой температуры. Воздушное охлаждение уменьшено за счет удаления ребер. Затем подается охлаждающая вода для регулирования температуры. Любое охлаждение выхлопа и турбины турбонаддува снижает мощность, доступную для турбины. Блок двигателя и материал теплообменника обладают некоторой теплоемкостью, что сглаживает повышение температуры на коротких дистанциях. Современная электроника регулирует водяной клапан также на основе дроссельной заслонки, чтобы предвидеть повышение температуры и компенсировать конечную теплопроводность.

Наконец, при проектировании системы охлаждения могут преобладать другие факторы. Например, воздух является относительно плохой охлаждающей жидкостью, но системы воздушного охлаждения просты, и частота отказов обычно возрастает пропорционально квадрату числа точек отказа. Кроме того, охлаждающая способность снижается незначительно из-за небольших утечек охлаждающей жидкости. Там, где надежность имеет первостепенное значение, например, в самолетах, может быть хорошим компромиссом отказаться от эффективности, долговечности (интервала между ремонтами двигателя) и бесшумности, чтобы добиться немного более высокой надежности — последствия поломки двигателя самолета. настолько суровее, что даже незначительное повышение надежности стоит того, чтобы ради этого пожертвовать другими хорошими свойствами.

Обычно используются двигатели с воздушным и жидкостным охлаждением. У каждого принципа есть преимущества и недостатки, и конкретные приложения могут отдавать предпочтение одному перед другим. Например, в большинстве легковых и грузовых автомобилей используются двигатели с жидкостным охлаждением, тогда как многие небольшие самолеты и недорогие двигатели имеют воздушное охлаждение.

Трудности обобщения

Трудно делать обобщения относительно двигателей с воздушным и жидкостным охлаждением. Комби Volkswagen с воздушным охлаждением известны быстрым износом при нормальном использовании и иногда внезапным отказом при движении в жаркую погоду.С другой стороны, дизельные двигатели Deutz с воздушным охлаждением известны своей надежностью даже в сильную жару и часто используются в ситуациях, когда двигатель работает без присмотра в течение нескольких месяцев.

Аналогичным образом обычно желательно свести к минимуму количество ступеней теплопередачи, чтобы максимизировать разницу температур на каждой ступени. Однако в двухтактных двигателях Detroit Diesel обычно используется масло, охлаждаемое водой, а вода, в свою очередь, охлаждается воздухом.

Охлаждающая жидкость, используемая во многих двигателях с жидкостным охлаждением, должна периодически обновляться, и при обычных температурах она может замерзнуть, что приведет к необратимому повреждению двигателя. Двигатели с воздушным охлаждением не требуют обслуживания охлаждающей жидкостью и не повреждают двигатель из-за замерзания — два часто упоминаемых преимущества двигателей с воздушным охлаждением. Однако охлаждающая жидкость на основе пропиленгликоля жидкая до -55 ° C, что ниже, чем у многих двигателей; немного сжимается при кристаллизации, что позволяет избежать повреждения двигателя; и имеет срок службы более 10 000 часов, по сути, срок службы многих двигателей.

Обычно труднее добиться низкого уровня выбросов или низкого уровня шума от двигателя с воздушным охлаждением. Это еще две причины, по которым большинство дорожных транспортных средств используют двигатели с жидкостным охлаждением.Также часто бывает трудно построить большие двигатели с воздушным охлаждением, поэтому почти все двигатели с воздушным охлаждением имеют мощность менее 500 кВт, тогда как большие двигатели с жидкостным охлаждением превышают 80 МВт (14-цилиндровый дизель Wärtsilä-Sulzer RTA96-C).

Почему автомобильные двигатели были с воздушным охлаждением

Легковые и грузовые автомобили с непосредственным воздушным охлаждением (без промежуточной жидкости) строились в течение длительного периода, начиная с появления серийных легковых автомобилей и заканчивая небольшим и в целом малопризнанным техническим изменять. До Второй мировой войны автомобили и грузовики с водяным охлаждением обычно перегревались при подъеме по горным дорогам, создавая гейзеры кипящей охлаждающей воды. Это считалось нормальным, и в то время на большинстве известных горных дорог были авторемонтные мастерские, которые могли помочь в случае перегрева двигателей.

ACS (Auto Club Suisse) поддерживает исторические памятники той эпохи на перевале Сустен, где сохранились две станции для заправки радиаторов (см. рисунок [ http://mly.smugmug.com/photos/88817761-L-1.jpgздесь ]).У них есть инструкции на литой металлической табличке и лейке со сферическим дном, висящей рядом с водопроводным краном. Сферическое дно предназначалось для того, чтобы он не упал и, следовательно, был бесполезен в доме, несмотря на то, что он был украден, как показано на рисунке.

В этот период европейские фирмы, такие как Magirus-Deutz, производили дизельные грузовики с воздушным охлаждением, Porsche производила сельскохозяйственные тракторы с воздушным охлаждением, [ » [ http://porschediesel. stereofx.org/ Porsche Diesel ] .» 20 марта 2008 г. ] и Volkswagen прославились легковыми автомобилями с воздушным охлаждением. В США Франклин строил двигатели с воздушным охлаждением.

Что изменилось и когда?

Изменение произошло в начале мировой войны II, когда вооруженным силам США понадобились надежные машины.Тема кипящих двигателей была рассмотрена, исследована и решение найдено.Предыдущие радиаторы и блоки двигателя были правильно спроектированы и выдержали испытания на долговечность, но использовались водяные насосы с негерметичным «тросом» с графитовой смазкой. уплотнение (сальник) на валу насоса.Уплотнение досталось в наследство от паровых машин, где допустимы потери воды, так как паровые машины уже расходуют большие объемы воды. Поскольку уплотнение насоса протекало в основном при работающем насосе и горячем двигателе, потери воды испарялись незаметно, оставляя в лучшем случае небольшой ржавый след при остановленном и остывшем двигателе, тем самым не обнаруживая значительных потерь воды. Автомобильные радиаторы (или теплообменники) имеют выпускное отверстие, по которому охлажденная вода подается к двигателю, а двигатель имеет выпускное отверстие, через которое нагретая вода подается к верхней части радиатора.Циркуляции воды способствует роторный насос, который имеет лишь небольшой эффект, поскольку ему приходится работать в таком широком диапазоне скоростей, что его рабочее колесо оказывает лишь минимальное влияние в качестве насоса. Во время работы протекающее уплотнение насоса сливало охлаждающую воду до уровня, при котором насос больше не мог возвращать воду в верхнюю часть радиатора, поэтому циркуляция воды прекратилась, и вода в двигателе закипела.

После устранения проблемы с насосом, автомобили и грузовики, построенные для военных нужд (в то время не производилось гражданских автомобилей), были оснащены водяными насосами с угольным уплотнением, которые не протекали и больше не вызывали гейзеров.Между тем, в память о кипящих двигателях появилось воздушное охлаждение. .. хотя кипение уже не было распространенной проблемой. Двигатели с воздушным охлаждением стали популярны во всей Европе. После войны Фольксваген рекламировался в США как не кипящий, хотя новые автомобили с водяным охлаждением уже не кипящие, но эти машины продавались хорошо, и без вопросов.

В настоящее время автомобильные двигатели с воздушным охлаждением практически не производятся, поскольку воздушное охлаждение сопряжено с большими затратами на производство и проблемами с техническим обслуживанием. У мотоциклов была дополнительная проблема, заключавшаяся в том, что утечка воды представляла большую угрозу для надежности, поскольку их двигатели имели небольшой объем охлаждающей воды, поэтому они не хотели меняться; сегодня почти все имеют водяное охлаждение.Однако многие мотоциклы полагаются на конвекционную циркуляцию без насоса.

Каталожные номера

ee Также

*Сердечник нагревателя
* [ http://www. engineeringtoolbox.com engineeringtoolbox.com ] для физических свойств воздуха, масла и воды

Фонд Викимедиа. 2010.

Системы охлаждения поршневых двигателей

Избыточное тепло всегда нежелательно как в поршневых, так и в газотурбинных авиационных двигателях.Если бы не было средств для его контроля или устранения, это могло бы привести к серьезному повреждению или полному отказу двигателя. Хотя подавляющее большинство поршневых двигателей имеют воздушное охлаждение, некоторые дизельные двигатели с жидкостным охлаждением доступны для легких самолетов. [Рис. 6-49] В двигателе с жидкостным охлаждением вокруг цилиндра расположены водяные рубашки, в которых циркулирует жидкий хладагент, который отводит избыточное тепло. Затем избыточное тепло отводится теплообменником или радиатором с помощью воздушного потока.Турбинные двигатели используют вторичный поток воздуха для охлаждения внутренних компонентов и многих внешних компонентов.

Рис. 6-49. Дизельный авиационный двигатель жидкостного охлаждения.

Системы охлаждения поршневых двигателей

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловую машину, преобразующую химическую энергию топлива в механическую энергию коленчатого вала. Однако это происходит не без некоторой потери энергии, и даже самые эффективные авиационные двигатели могут терять от 60 до 70 процентов исходной энергии топлива.Если большая часть этого отработанного тепла не будет быстро удалена, цилиндры могут стать достаточно горячими, чтобы вызвать полный отказ двигателя. Чрезмерное тепло нежелательно в любом двигателе внутреннего сгорания по трем основным причинам:

  1. Это влияет на процесс сгорания топлива/воздушного заряда.
  2. Ослабляет и сокращает срок службы деталей двигателя.
  3. Ухудшает смазку.

Если температура внутри цилиндра двигателя слишком высока, топливно-воздушная смесь предварительно нагревается, и сгорание происходит раньше желаемого времени. Поскольку преждевременное сгорание вызывает детонацию, детонацию и другие нежелательные явления, должен быть способ устранить тепло до того, как оно вызовет повреждение.

Один галлон авиационного бензина имеет достаточную теплотворную способность, чтобы вскипятить 75 галлонов воды; таким образом, легко увидеть, что двигатель, сжигающий 4 галлона топлива в минуту, выделяет огромное количество тепла. Около четверти выделяемого тепла превращается в полезную мощность. Остальное тепло должно рассеиваться, чтобы оно не разрушало двигатель.В типичной силовой установке самолета половина тепла уходит с выхлопом, а другая часть поглощается двигателем. Циркуляционное масло забирает часть этого впитавшегося тепла и передает его воздушному потоку через масляный радиатор. Об остальном позаботится система охлаждения двигателя. Охлаждение — это передача избыточного тепла от цилиндров воздуху, но это нечто большее, чем просто размещение цилиндров в воздушном потоке. Цилиндр на большом двигателе размером примерно с галлоновый кувшин. Однако его внешняя поверхность увеличена за счет использования охлаждающих ребер, так что для охлаждающего воздуха он представляет собой внешнюю поверхность размером с бочку. Такое расположение увеличивает теплопередачу излучением. Если слишком большая часть охлаждающего ребра сломана, цилиндр не может охлаждаться должным образом, и образуется точка перегрева. Поэтому цилиндры обычно заменяют, если отсутствует определенное количество квадратных дюймов ребер.

Кожух и перегородки предназначены для подачи воздуха через ребра охлаждения цилиндра. [Рис. 6-50] Дефлекторы направляют воздух вокруг цилиндров и предотвращают образование горячих луж застоявшегося воздуха, в то время как основные потоки проходят мимо неиспользованными.В перегородки встроены нагнетательные трубки для направления струй охлаждающего воздуха на колена задних свечей зажигания каждого цилиндра для предотвращения перегрева проводов зажигания.

Рисунок 6-50. Цилиндрическая перегородка и дефлекторная система.

Двигатель может иметь слишком низкую рабочую температуру. По тем же причинам, по которым двигатель прогревается перед взлетом, он остается теплым во время полета. Испарение и распределение топлива, а также циркуляция масла зависят от оптимальной рабочей температуры двигателя.Двигатель самолета имеет регуляторы температуры, которые регулируют циркуляцию воздуха над двигателем. Если не будут предусмотрены некоторые элементы управления, двигатель может перегреться на взлете и переохладиться на большой высоте, на высокой скорости и при снижении мощности.

Наиболее распространенным средством управления охлаждением является использование заслонок капота. [Рис. 6-51] Эти закрылки открываются и закрываются с помощью домкратов с электродвигателем, гидравлических приводов или вручную на некоторых легких самолетах. При выдвижении для улучшения охлаждения створки капота создают сопротивление и жертвуют обтекаемостью ради дополнительного охлаждения.При взлете створки капота открываются ровно настолько, чтобы температура двигателя оставалась ниже красной отметки. Допускается нагрев выше нормального диапазона, чтобы сопротивление было как можно меньше. Во время наземных операций створки капота должны быть широко открыты, так как лобовое сопротивление не имеет значения, а охлаждение должно быть установлено на максимум. Створки капота используются в основном на старых самолетах и ​​радиальных двигателях.

Рис. 6-51. Регулировка потока охлаждающего воздуха.

В некоторых самолетах используются усилители для обеспечения дополнительного потока охлаждающего воздуха.[Рис. 6-52] Каждая гондола имеет две пары труб, идущих от моторного отсека к задней части гондолы. Выхлопные коллекторы подают выхлопные газы во внутренние аугменторные трубки. Выхлопной газ смешивается с воздухом, прошедшим над двигателем, и нагревает его, образуя струйный выхлоп с высокой температурой и низким давлением. Эта область низкого давления в аугменторах привлекает дополнительный охлаждающий воздух к двигателю. Воздух, поступающий во внешние оболочки аугментаторов, нагревается за счет контакта с трубками аугменторов, но не загрязняется выхлопными газами. Нагретый воздух из корпуса поступает в систему обогрева, оттаивания и защиты от обледенения салона.

Рисунок 6-52. Аугментор.

Augmentors используют скорость выхлопных газов, чтобы создать поток воздуха над двигателем, так что охлаждение не полностью зависит от промывки винта. Лопасти, установленные в аугменторах, контролируют объем воздуха. Эти лопасти обычно оставляют в заднем положении, чтобы обеспечить максимальный поток. Их можно закрыть, чтобы увеличить обогрев кабины или использовать для защиты от обледенения, или для предотвращения слишком сильного охлаждения двигателя во время спуска с высоты.В дополнение к усилителям некоторые самолеты имеют двери остаточного тепла или створки гондолы, которые используются в основном для отвода оставшегося тепла после выключения двигателя. Створки гондолы можно открыть для большего охлаждения, чем обеспечивают аугментаторы. Модифицированная форма ранее описанной системы охлаждения аугментора используется на некоторых легких самолетах. [Рис. 6-53] Системы усиления мало используются на современных самолетах.

Рисунок 6-53. Охлаждение двигателя и выхлопная система.

Как показано на рис. 6-53, двигатель охлаждается под давлением воздухом, поступающим через два отверстия в носовом обтекателе, по одному с каждой стороны вертушки винта.Напорная камера герметизирована в верхней части двигателя перегородками, правильно направляющими поток охлаждающего воздуха ко всем частям моторного отсека. Теплый воздух всасывается из нижней части моторного отсека за счет нагнетания выхлопных газов через выхлопные эжекторы. Этот тип системы охлаждения исключает использование управляемых створок капота и обеспечивает адекватное охлаждение двигателя на всех рабочих скоростях.

Рекомендация бортмеханика

   

Системы охлаждения электромобилей

В этом руководстве вы узнаете, как охлаждать литий-ионные аккумуляторы, и оцените, какие системы охлаждения аккумуляторов являются наиболее эффективными на рынке.

Обсуждается:

  • Важность управления температурным режимом батареи
  • Четыре разные системы охлаждения:
    • Материал с фазовым переходом (PCM)
    • Ребристое охлаждение
    • Воздушное охлаждение
    • Жидкостное охлаждение (как прямое, так и непрямое)
  • Оценка наиболее эффективной системы охлаждения
  • Требования к жидким теплоносителям в различных системах

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

5 РАЗЛИЧИЙ МЕЖДУ ОХЛАЖДАЮЩИМИ ЖИДКОСТЯМИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

 

Система терморегулирования электромобилей

Важность системы охлаждения

Несмотря на то, что в батареях электромобилей были достигнуты успехи, которые позволяют им обеспечивать большую мощность и требуют менее частых подзарядок, одной из самых больших проблем, которые остаются для безопасности батарей, является способность разработать эффективную систему охлаждения.

В электромобилях при разрядке аккумулятора выделяется тепло; чем быстрее вы разряжаете батарею, тем больше тепла она выделяет.

Аккумуляторы работают по принципу перепада напряжения, и при высоких температурах электроны внутри возбуждаются, что уменьшает разницу в напряжении между двумя сторонами аккумулятора. Поскольку батареи предназначены для работы только между определенными экстремальными температурами, они перестанут работать, если нет системы охлаждения, поддерживающей их в рабочем диапазоне.Системы охлаждения должны поддерживать температуру аккумуляторной батареи в пределах 20-40 градусов Цельсия, а также сводить к минимуму перепад температур внутри аккумуляторной батареи (не более 5 градусов Цельсия).

Если имеется большая внутренняя разница температур, это может привести к разным скоростям заряда и разряда для каждой ячейки и ухудшению характеристик аккумуляторной батареи.

Потенциальные проблемы с температурной стабильностью, такие как снижение емкости, тепловой разгон и возгорание, могут возникнуть в случае перегрева батареи или неравномерного распределения температуры в аккумуляторной батарее. Перед лицом опасных для жизни проблем безопасности в индустрии электромобилей постоянно происходят инновации, направленные на улучшение системы охлаждения аккумуляторов.

Системы охлаждения электромобилей

Какая система охлаждения лучше всего работает в электромобилях?

Системы управления температурным режимом аккумуляторов по-прежнему являются предметом тщательного изучения, и то, что мы знаем о них, будет меняться и развиваться в ближайшие годы, поскольку инженеры продолжают переосмысливать принципы работы наших автомобильных двигателей.

Существует несколько вариантов охлаждения аккумулятора электромобиля — с помощью материала с фазовым переходом, ребер, воздуха или жидкого хладагента.
  1. Материал с фазовым переходом поглощает тепловую энергию, переходя из твердого состояния в жидкое. При изменении фазы материал может поглощать большое количество тепла при небольшом изменении температуры. Системы охлаждения материалов с фазовым переходом могут удовлетворить требования к охлаждению аккумуляторной батареи, однако изменение объема, происходящее во время фазового перехода, ограничивает их применение.Кроме того, материал с фазовым переходом может только поглощать выделяемое тепло, а не отводить его, а это означает, что он не сможет снизить общую температуру, как другие системы. Хотя материалы с фазовым переходом не подходят для использования в транспортных средствах, они могут быть полезны для улучшения тепловых характеристик зданий за счет снижения колебаний внутренней температуры и снижения пиковых нагрузок на охлаждение.

  2. Охлаждающие ребра увеличивают площадь поверхности для увеличения скорости теплопередачи. Тепло передается от аккумуляторной батареи к оребрению за счет теплопроводности, а от оребрения к воздуху за счет конвекции.Плавники обладают высокой теплопроводностью и могут использоваться для охлаждения, но они увеличивают вес рюкзака. Использование ребер нашло большой успех в электронике, и традиционно они использовались в качестве дополнительной системы охлаждения на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания. Использование ребер для охлаждения аккумулятора электромобиля потеряло популярность, поскольку дополнительный вес ребер перевешивает преимущества охлаждения.

  3. Воздушное охлаждение использует принцип конвекции для отвода тепла от аккумуляторной батареи.Когда воздух проходит по поверхности, он уносит тепло, выделяемое пакетом. Воздушное охлаждение простое и легкое, но не очень эффективное и относительно грубое по сравнению с жидкостным охлаждением. Воздушное охлаждение используется в более ранних версиях электромобилей, таких как Nissan Leaf. Поскольку электромобили в настоящее время используются все чаще, возникают проблемы с безопасностью аккумуляторных батарей с чисто воздушным охлаждением, особенно в жарком климате. Другие производители автомобилей, такие как Tesla, настаивают на том, что жидкостное охлаждение является самым безопасным методом.

  4. Жидкие теплоносители обладают более высокой теплопроводностью и теплоемкостью (способностью накапливать тепло в виде энергии в своих связях), чем воздух, и поэтому работают очень эффективно и имеют собственные преимущества, такие как компактная структура и простота компоновки. Из этих вариантов жидкие охлаждающие жидкости обеспечат наилучшие характеристики для поддержания аккумуляторной батареи в правильном температурном диапазоне и однородности. Системы жидкостного охлаждения имеют свою долю проблем безопасности, связанных с утечкой и утилизацией, поскольку гликоль может быть опасен для окружающей среды при неправильном обращении.Эти системы в настоящее время используются Tesla, Jaguar и BMW, и это лишь некоторые из них.

Исследовательская группа из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (США) и Национального исследовательского центра технологий активных распределительных сетей (Китай) сравнила четыре различных метода охлаждения литий-ионных аккумуляторов: воздушное, непрямое жидкостное, прямое жидкостное и ребристое охлаждение. . Результаты показывают, что система воздушного охлаждения требует в 2-3 раза больше энергии, чем другие методы, чтобы поддерживать ту же среднюю температуру; непрямая система жидкостного охлаждения имеет наименьшее максимальное повышение температуры; а система охлаждения с ребрами добавляет около 40% дополнительного веса элемента, который весит больше всего, когда четыре метода охлаждения имеют одинаковый объем. Непрямое жидкостное охлаждение является более практичной формой, чем прямое жидкостное охлаждение, хотя его эффективность охлаждения несколько ниже. ( Сравнение различных методов охлаждения для элементов литий-ионных аккумуляторов

 

Определяющими характеристиками системы охлаждения аккумулятора электромобиля являются температурный диапазон и однородность, энергоэффективность, размер, вес и простота использования (т. е. внедрения, обслуживания).

Каждая из предложенных систем может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить правильный температурный диапазон и однородность.Энергоэффективности достичь труднее, так как охлаждающий эффект должен быть больше, чем тепло, выделяемое при питании системы охлаждения. Кроме того, система со слишком большим дополнительным весом будет отнимать энергию у автомобиля, когда он выдает мощность.

Материал с фазовым переходом, вентиляторное охлаждение и воздушное охлаждение не соответствуют требованиям к энергоэффективности, размеру и весу, хотя они могут быть столь же просты в реализации и обслуживании, как и жидкостное охлаждение. Жидкостное охлаждение — единственный оставшийся вариант, который не потребляет слишком много паразитной энергии, удовлетворяет требованиям к охлаждению и компактно и легко помещается в аккумуляторную батарею.Литий-ионные батареи Tesla, BMW i-3 и i-8, Chevy Volt, Ford Focus, Jaguar i-Pace и LG Chem используют какую-либо систему жидкостного охлаждения. Поскольку электромобили все еще являются относительно новой технологией, возникают проблемы с поддержанием температурного диапазона и однородности при экстремальных температурах даже при использовании системы жидкостного охлаждения. Это, вероятно, связано с производственными проблемами, и по мере того, как компании приобретают опыт разработки этих систем, проблемы управления температурным режимом должны быть решены.

 

В системах жидкостного охлаждения существует еще одно разделение на прямое и непрямое охлаждение — независимо от того, погружены ли ячейки в жидкость или жидкость перекачивается по трубам.
  1. В системах прямого охлаждения элементы аккумуляторной батареи находятся в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью. Эти схемы управления температурным режимом в настоящее время находятся на стадии исследований и разработок, и на рынке нет автомобилей, использующих эту систему. Прямого охлаждения добиться труднее из-за того, что требуется новый тип охлаждающей жидкости. Поскольку аккумулятор находится в контакте с жидкостью, охлаждающая жидкость должна иметь проводимость от низкой до нулевой.

  2. Системы непрямого охлаждения аналогичны системам охлаждения ДВС тем, что в обеих системах жидкий хладагент циркулирует по ряду металлических труб.Однако в электромобилях конструкция системы охлаждения будет выглядеть совсем иначе. Структура системы охлаждения, обеспечивающая максимальную однородность температуры, зависит от формы аккумуляторной батареи и будет выглядеть по-разному для каждого производителя автомобилей.

Требования к жидким хладагентам

Обеспечение безопасности и эффективности охлаждающих жидкостей

Учитывая, что жидкостное охлаждение является наиболее эффективным и практичным методом охлаждения аккумуляторных блоков и в настоящее время наиболее широко используется, необходимо уделить внимание типу охлаждающей жидкости, используемой в этих системах.

Косвенное жидкостное охлаждение

Системы непрямого жидкостного охлаждения для электромобилей и обычные системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) очень похожи: в обеих системах охлаждающая жидкость циркулирует по ряду металлических труб для отвода тепла от аккумуляторной батареи или двигателя. Таким образом, требования к хладагенту для косвенных систем жидкостного охлаждения будут очень похожи на традиционные хладагенты ДВС.

99 % охлаждающей жидкости представляет собой товар, такой как гликоль или полигликоль, но 1 % пакет присадок — это то, что отличает хорошую защиту двигателя от отличной защиты и производительности.При циркуляции жидкого хладагента по металлическим трубопроводам важно защитить его от коррозии, чтобы обеспечить безопасность и производительность автомобиля.

Металл очень нестабилен, поэтому он, естественно, хочет реагировать с другими элементами, теряя электроны, чтобы перейти в более стабильное состояние. Коррозия возникает из-за того, что примеси в охлаждающей жидкости имеют положительный заряд, поэтому они взаимодействуют с металлическими трубами и сдирают часть поверхности. Пакеты присадок можно смешивать с антифризом для образования охлаждающей жидкости, защищающей от ржавчины, накипи и коррозии.Пакеты присадок, используемые в автомобилях с ДВС, содержат ингибиторы коррозии для защиты многих типов металлов, встречающихся в системах охлаждения, таких как трубы, прокладки, соединения, радиатор и т. д. Американское общество испытаний и материалов поддерживает стандарты, которым охлаждающие жидкости должны соответствовать для защиты от коррозии различных металлов. То, что в настоящее время известно о предотвращении коррозии в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, может быть легко применено к системе непрямого жидкостного охлаждения в электромобилях.

Прямое жидкостное охлаждение

Существуют различные требования к охлаждающей жидкости для систем прямого жидкостного охлаждения. В системах, где батарея будет подвергаться прямому воздействию охлаждающей жидкости, например, в автомобилях на топливных элементах или с прямым жидкостным охлаждением, охлаждающая жидкость должна быть жидкостью с низкой проводимостью или без нее. Это будет сильно отличаться от обычных охлаждающих жидкостей для ДВС с высокой проводимостью. Причина необходимости низкой / нулевой проводимости связана с безопасностью: электроны текут по всей батарее, и если они подвергаются воздействию жидкости с высокой проводимостью, это приведет к выходу из строя и взрыву.Некоторыми примерами способов поддержания низкой проводимости охлаждающей жидкости являются использование деионизированной воды в качестве среды для жидкости или использование жидкой среды на несолевой основе. Эти хладагенты с низкой и нулевой проводимостью находятся на ранних стадиях исследований и разработок.

Будущее охлаждения аккумуляторов электромобилей

Исследование и разработка будущего охлаждения

Поскольку электромобили стали настолько широко использоваться, существует высокий спрос на более длительный срок службы батареи и более высокую выходную мощность.Чтобы достичь этого, системы управления температурным режимом батареи должны иметь возможность отводить тепло от аккумуляторной батареи по мере того, как они заряжаются и разряжаются с более высокой скоростью. Тепло, выделяемое при использовании аккумулятора, может представлять угрозу безопасности пассажиров. Из-за высоких нагрузок и температур, создаваемых батареями, еще важнее иметь правильную охлаждающую жидкость и пакет присадок. Хотя такие компании, как Tesla, BMW и LG Chem, могут использовать традиционную жидкую охлаждающую жидкость для своих систем непрямого охлаждения, для повышения безопасности электромобилей необходимо будет проводить дальнейшие исследования и разработки аккумуляторных батарей и охлаждающих жидкостей.

ГОТОВЫ РАЗРАБОТАТЬ ОХЛАЖДАЮЩУЮ ЖИДКОСТЬ?

Если вы заинтересованы в разработке жидкой охлаждающей жидкости, обратитесь к ведущему поставщику антикоррозионных присадок, такому как Dober.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.