Высокотемпературное охлаждение двигателей внутреннего сгорания на режимах частичных нагрузок
2018. — Т 10. — №2 — перейти к содержанию номера…
Постоянный адрес этой страницы — https://esj.today/79savn218.html
Полный текст статьи в формате PDF (объем файла: 318.7 Кбайт)
Ссылка для цитирования этой статьи:
Дискин, М. Е. Высокотемпературное охлаждение двигателей внутреннего сгорания на режимах частичных нагрузок / М. Е. Дискин // Вестник Евразийской науки. — 2018. — Т 10. — №2. — URL: https://esj.today/PDF/79SAVN218.pdf (дата обращения: 28.04.2023).
Дискин Марк Евгеньевич
Кандидат технических наук
E-mail: [email protected]
Аннотация. В системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания большое значение имеет температура охлаждающей жидкости. Она влияет на количество теплоты, передаваемой от стенки к охлаждающей жидкости.
По данным литературных источников рассмотрены плюсы и минусы перевода двигателей внутреннего сгорания на высокотемпературное охлаждение. Накопленный опыт эксплуатации дизелей с системами высокотемпературного охлаждения показывает, что их применение способствует повышению эффективного КПД ηе и снижению нагрузок наиболее теплонапряженных деталей за счет уменьшения колебаний их температур.
Но применение высокотемпературного охлаждения двигателей внутреннего сгорания на режиме номинальной мощности ограничено температурным уровнем деталей, обеспечивающих их работоспособность.
Предварительные расчеты на основе опубликованных экспериментальных данных показывают, что применение ВТО, обеспечивающей поддержание на всех режимах работы ДВС температуры наиболее нагретых деталей, ограждающих камеру сгорания на уровне температуры на режиме номинальной мощности, приводит к повышению эффективного КПД на режимах частичных нагрузок и значительному повышению требуемого давления в системе охлаждения.
Предложено, что система ВТО должна обеспечивать поддержание на всех режимах работы ДВС температуры наиболее нагретых деталей, ограждающих камеру сгорания на оптимальном уровне, обеспечивающем повышение эффективного КПД при допустимом уровне повышения давления в системе охлаждения, за счет ограничения допустимой температуры охлаждающей жидкости на режимах малых нагрузок.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания; высокотемпературное охлаждение; режим номинальной мощности; режим частичной нагрузки; эффективный КПД; давление в системе охлаждения
Уважаемые читатели! Комментарии к статьям принимаются на русском и английском языках.
Комментарии проходят премодерацию, и появляются на сайте после проверки редактором.
Комментарии, не имеющие отношения к тематике статьи, не публикуются.
Особенности систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания
Современные двигатели внутреннего сгорания требуют к себе больше внимания, наряду с совершенствованием систем впрыска, тормозной, электронной, выхлопной, газораспределительной, впускной систем двигателей.
Качество материалов изготовления деталей, из которых в последующем собирают узлы, а в дальнейшем агрегаты, достигло определенного уровня и пришло время для оптимизации системы охлаждения.
Требования экологии
Особого внимания требуют к себе системы охлаждения двигателей с турбокомпрессором, на них также требуется дополнительное охлаждение системы смазки. Не стоит забывать про автоматическую трансмиссию и вариатор, в некоторых случаях радиатор охлаждения гидравлической жидкости интегрирован в основной радиатор охлаждения. Некоторые производители объединили основной радиатор охлаждения в единый корпус с радиатором кондиционера.
С развитием технологий строения двигателей для поддержания оптимального температурного режима
Электронный термостат может быть оборудован датчиком температуры, с которого берет сигнал блок управления и регулирует состав горючей смеси в зависимости от показателей. Датчик имеет свойство выходить из строя и длительное время подавать неверные данные. В связи с этим может не вовремя включаться вентилятор охлаждения радиатора, неверно работать ДМРВ, и даже не вовремя срабатывать топливные форсунки. Выявить неисправность на ранних стадиях можно путем наблюдения за моментом срабатывания/отключения вентилятора охлаждения, температурным режимом двигателя при срабатывании вентилятора, нестабильной работой двигателя.
В компании с такими соседями как масляный охладитель, выход из строя датчика температуры влечет за собой перегрев системы охлаждения масла, что меняет не только его свойства. Также от повышенных температур изменяется структура и свойства уплотнений маслоохладителя, в нередких случаях его деформацию. Электронный термостат коварен. Может обманывать как в одну, так и в другую сторону. При заниженных показаниях характеризует себя плохим запуском двигателя на холодную, с 3-4 раза. При завышенных — проявляется детонацией на прогретом двигателе, повышенным расходом топлива. Хотелось бы заострить внимание на крышке расширительного бачка или крышке радиатора. Регламент по замене или проверке данной детали не встречается ни в одной сервисной книжке. Внимание владельцам BMW. Меняем один раз в год. Насос охлаждающей жидкости — здесь проще. Если привод насос от ремня ГРМ – лучше менять совместно с заменой комплекта ГРМ. Если насос системы охлаждения установлен отдельно от ремня ГРМ и приводится в движение сервисным ремнем то его замена необходима при появлении течи или люфта шкива.
Важно помнить, что неисправности в системе охлаждения двигателя ведут к перегреву головки блока цилиндров и блока цилиндров, что влечет за собой дорогостоящий ремонт, а иногда и замену двигателя целиком.
Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания | Блог Turbomachinery
Важность и моделирование систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания
Опубликовано от Abdul Nassar
Обновление — 1 марта 2023 г.
: AxSTREAM NET — это наше устаревшее программное обеспечение, устаревшее с помощью системного моделирования AxSTREAM. Системное моделирование возникло в результате объединения устаревших программных пакетов AxCYCLE и AxSTREAM NET.
В двигателе внутреннего сгорания сгорание воздуха и топлива происходит внутри цилиндра двигателя с образованием горячих газов с температурой газов около 2300-2500°С, что может привести не только к выгоранию масляной пленки между движущимися частями, но и при захвате или сварке канцелярских принадлежностей и движущихся компонентов. Эта температура должна быть снижена таким образом, чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью, способствуя высокому объемному КПД и обеспечивая лучшее сгорание без ущерба для теплового КПД из-за переохлаждения. Самое главное, чтобы двигатель работал как в смысле механической работы, так и в плане надежности. Короче говоря, охлаждение — это вопрос выравнивания внутренней температуры для предотвращения локального перегрева, а также для отвода достаточной тепловой энергии для поддержания практической общей рабочей температуры.
Также важно отметить, что около 20-25% всего вырабатываемого тепла используется для производства тормозной мощности (полезной работы). Система охлаждения должна быть рассчитана на отвод 30-35% всего тепла, а оставшееся тепло теряется на трение и уносится выхлопными газами.
Конструкция систем охлаждения зависит от того, имеет ли двигатель воздушное или жидкостное охлаждение. Воздушное охлаждение обычно используется в небольших двигателях, в которых ребра или расширенные поверхности предусмотрены на стенках цилиндров, головке цилиндров и т. д. Тепло, выделяемое при сгорании в цилиндре двигателя, передается на ребра, и когда воздух проходит над ребрами, тепло рассеивается в воздухе. Количество тепла, рассеиваемого в воздухе, зависит от: количества воздуха, проходящего через ребра, площади поверхности ребер и теплопроводности металла, используемого для ребер.
В методах водяного охлаждения вокруг цилиндра, головки цилиндра, седел клапанов и т.д. предусмотрены водяные рубашки охлаждения.
Когда вода циркулирует по рубашкам, она поглощает теплоту сгорания. Затем эта горячая вода будет охлаждаться в радиаторе частично вентилятором и частично потоком, создаваемым поступательным движением транспортного средства. Охлажденная вода снова рециркулируется через водяные рубашки либо насосом, либо термосифоном, принцип работы которого основан на разности плотностей рабочей жидкости.
На рисунке 1 показана рубашка охлаждающей воды для блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Рубашка охлаждения двигателя имеет сложную форму и зависит от многих факторов, включая форму блока цилиндров и оптимальную температуру, при которой работает двигатель. Большая рубашка охлаждения могла бы эффективно отводить тепло от цилиндров, но делает двигатель громоздким и тяжелым. Водяная рубашка охлаждения должна быть оптимизирована с учетом как эффективности охлаждения, так и веса двигателя. Следовательно, необходимо оптимизировать поток через рубашку охлаждения от входа к выходу, охватывающий как продольную геометрию, так и поперечную от блока цилиндров к головке.
Оптимизация выполняется с целью минимизации потерь давления жидкости между впуском и выпуском и получения равномерного распределения потока по каждому цилиндру в блоке цилиндров и одинаковых скоростей вдоль его потока.
Рубашка охлаждения двигателя имеет сложную геометрию, и выполнение 3D-моделирования над ней представляет собой довольно сложную задачу, включающую создание 3D-геометрии со всеми сложными деталями и подготовку модели для проведения анализа сопряженного теплообмена. В качестве начального шага рекомендуется выполнить простой одномерный анализ тепловой и потоковой сети, чтобы получить распределение теплопередачи и данные для создания трехмерной модели с использованием коммерческих инструментов, таких как AxSTREAM NET™.
Чтобы узнать больше о том, как AxSTREAM NET™ может упростить проектирование и анализ системы охлаждения двигателя, напишите по адресу [email protected].
Система водоснабжения. не
перегреть а заедать .
Некоторые двигатели имеют воздушное охлаждение , а другие водяное охлаждение .Как правило, небольшие двигатели (мотоциклы, газонокосилки и т. д.) могут охлаждаться воздухом, тогда как все другие типы двигателей должны охлаждаться водой. Большие двигатели имеют водяное охлаждение по нескольким причинам:
- Воды много, и ее легко достать в большинстве мест.
- Вода может отводить больше тепла, чем воздух, поэтому обладает большей охлаждающей способностью.
- Вода может охлаждаться дистанционно, т.е. в месте, удаленном от двигателя. Это делает конструкцию системы охлаждающей воды более гибкой.
Температура охлаждающей воды приблизительно 80°C (176°F) и давление охлаждающей воды 3 бар ( 44 psi ) являются стандартными для большинства двигателей, работающих под нагрузкой.
Охлаждающая вода иногда упоминается как « вода рубашки охлаждения » из-за «водяной рубашки», окружающей камеру сгорания.
Компоненты системы водяного охлаждения
Система водяного охлаждения двигателя состоит из термостата , гильзы цилиндра , насоса охлаждающей воды и теплообменника ( радиатор ).
Система водяного охлаждения двигателя
Для циркуляции охлаждающей воды по всему двигателю требуется насос охлаждающей воды . Насос напрямую соединен с двигателем и коленчатым валом , поэтому его частота вращения и выходное давление прямо пропорциональны частоте вращения двигателя. Большинство насосов соединены с двигателем с помощью ремня , шестерни или цепи , но это зависит от размера двигателя; в очень больших двигателях используются центробежные насосы , которые приводятся в действие электродвигателями .
Центробежный насос
Термостат регулирует температуру охлаждающей жидкости и, следовательно, температуру двигателя. Термостат может быстро прогревать двигатель, минуя радиатор , или охлаждать двигатель, распределяя охлаждающую воду по радиатору. Его основная цель – не допустить перегрева двигателя.
Термостат двигателя
Радиатор рассеивает тепло и предотвращает перегрев двигателя. В автомобиле охлаждающей средой является воздух, но в более крупных двигателях в качестве охлаждающей среды часто используется жидкость. судовые двигатели используют морскую воду.
Радиатор двигателя
Гильза цилиндра обеспечивает равномерное распределение охлаждающей воды по гильзе цилиндра . Сгорание происходит внутри гильзы цилиндра ( пространство сгорания ), следовательно, это пространство является самой горячей частью двигателя и должно правильно охлаждаться.
Охлаждающая вода поступает в основание рукава и выводится вверху.
Гильза цилиндра
Нравится эта статья? Тогда обязательно ознакомьтесь с нашим видеокурсом «Двигатели внутреннего сгорания» ! Курс включает викторину , справочник , и по окончании курса вы получите сертификат . Наслаждаться!
Когда охлаждающая вода (вода рубашки охлаждения) холодная, термостат шунтирует радиатор, и температура охлаждающей воды постепенно повышается, пока не достигнет оптимальной температуры.
Когда охлаждающая вода слишком горячая, термостат направляет ее к радиатору, где тепло рассеивается, чтобы двигатель не перегревался.
Щелкните здесь, чтобы узнать, как работает термостат.
Антифриз и тепловое расширение
В систему охлаждающей воды дозируется антифриз для предотвращения замерзания воды при отрицательных температурах ( ). Если охлаждающая вода замерзнет, двигатель, скорее всего, будет серьезно поврежден, поскольку вода расширится и создаст большие механические нагрузки на компоненты двигателя. Блок цилиндров нередко трескается при замерзании охлаждающей воды.
Напорный бак устанавливается для учета теплового расширения охлаждающей воды , если в системе охлаждающей воды присутствует слишком много охлаждающей воды. Расширяющаяся жидкость обычно открывает клапан в верхней части радиатора и выходит в удаленное место хранения, т. е. в расширительный бак или расширительный бак и т. д. система для защиты внутренних компонентов двигателя. Ингибиторы поддерживают чистоту теплообменных поверхностей двигателя и предотвращают образование накипи или ржавчины.