ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Общее устройство и принцип действия воздушная система охлаждения

Лабораторная работа

Тема: "Система охлаждения"

Цель работы: изучить назначение и устройство основных элементов и приборов систем охлаждения поршневых двигателей внутреннего сгорания

Назначение и основные требования. Мощностные, ресурсные и экономические показатели поршневых ДВС, при прочих равных условиях, зависят от температурного режима, имеется оптимальный диапазон темлератур 90…105° С, при котором двигатель развивает максимальную мощность, а расход топлива минимален.

В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах выделяется большое количество тепла, вызывающее интенсивный нагрев деталей двигателя. Перегрев стенок цилиндров и камер сгорания, поршней и клапанов, т.е. работа двигателя при повышенном тепловом режиме, приводит к следующим основным отрицательным явлениям:

· вязкость смазочного масла уменьшается, в связи с чем оно плохо удерживается в зазорах трущихся пар, что приводит к увеличению износов и снижению срока службы;

· коэффициент наполнения цилиндра уменьшается, что приводит к снижению мощности;

· возрастает опасность детонации из-за преждевременного воспламенения рабочей смеси;

· возможно заклинивание поршня в гильзе.

Переохлаждение двигателя, т.е. работа при пониженном тепловом режиме, также приводит к ряду отрицательных явлений:

· смазка загустевает, силы трения возрастают, износы повышаются, мощность снижается;

· условия смесеобразования ухудшаются, поэтому расход топлива увеличивается;

· происходит конденсация паров топлива в камере сгорания и разжижение масла в картере;

· в дизелях переохлаждение двигателя приводит к засмолению поршневых колец.

Для обеспечения работы двигателя в наиболее благоприятном, оптимальном, тепловом диапазоне необходимо 25…30% тепла, выделяющегося при сгорании топлива, принудительно отводить в окружающую среду. Для этой цели служит система охлаждения.

Поскольку тепловое состояние двигателя существенно влияет на его показатели (мощность, экономичность, надежность, долговечность) к системе охлаждения предъявляются высокие требования, главные из них:

· поддерживать оптимальный тепловой режим двигателя при работе в разнообразных климатических зонах и при различных нагрузках;

· расходовать для своей работы минимум мощности двигателя;

· иметь простую конструкцию;

· не требовать больших трудозатрат при техническом обслуживании и ремонте.

Типы систем охлаждения

В автотракторных двигателях внутреннего сгорания применяются два типа систем охлаждения – жидкостная и воздушная.

При воздушной системе охлаждения оребренные наружные поверхности блока цилиндров и головки омываются мощным потоком воздуха, создаваемым вентилятором, т.е. отводимое тепло передается непосредственно окружающей среде.

В двигателях с жидкостной системой охлаждения тепло от нагретых деталей передается промежуточному теплоносителю – охлаждающей жидкости.

В автотракторных двигателях преимущественное распространение получила жидкостная система охлаждения, однако в последнее время прослеживается тенденция к более широкому применению воздушной системы, которая имеет ряд существенных достоинств:

· простота конструкции;

· проще обслуживание – отпадает потребность в охлаждающей жидкости, очистке от накипи и устранении течи;

· исключается опасность размораживания двигателя. Вместе с тем воздушная система охлаждения имеет и недостатки:

· неравномерное охлаждение цилиндров в многоцилиндровых двигателях;

· трудно обеспечить оптимальное охлаждение при переменной нагрузке;

· повышенная тепловая напряженность стенок цилиндров, что приводит к понижению коэффициента наполнения;

· повышенный шум двигателя.

Современные системы воздушного охлаждения не могут полностью обеспечить нормальное, тепловое состояние всех деталей двигателя главным образом из-за неравномерности их охлаждения, в связи с чем, несмотря на эксплуатационные преимущества, на лесотранспортных машинах применяются исключительно двигатели жидкостного охлаждения.

Благодаря тому, что жидкий теплоноситель обладает в 20…25 раз большей, чем воздух, теплопроводностью, жидкостные системы охлаждения обеспечивают необходимую интенсивность отвода тепла и достаточно равномерное температурное поле охлаждаемых деталей. Жидкостные системы охлаждения отработаны достаточно хорошо и обеспечивают работу двигателей в оптимальном тепловом диапазоне на большинстве режимов.

Наряду с этим решающим достоинством и широким применением, жидкостная система охлаждения имеет и значительные недостатки:

· сложность конструкции: большое количество различных патрубков, шлангов и уплотнений, которые могут давать течь и требуют постоянного наблюдения;

· сложность обслуживания, особенно в зимнее время;

· потребность в жидком теплоносителе.

В качестве теплоносителя в жидкостных системах охлаждения чаще всего используется вода. Основным недостатком воды как теплоносителя является высокая температура замерзания, что вызывает опасность размораживания двигателя (объем воды при замерзании увеличивается значительно – на 9%).

В связи с этим в зимнее время в северных и восточных районах применяют вместо воды специальные жидкости, замерзающие при низких температурах (антифризы и тосолы). Лучшие антифризы – водные растворы этиленгликоля, к которым для предотвращения коррозии добавляют антикоррозийные присадки:

· декстрин (растворимый крахмал), защищающий от разрушения свинцовооловянистые припои, алюминий и медь;

· динатрийфосфат для защиты черных металлов и латуни;

· молибденовый натрий против коррозии цинковых и хромовых покрытий деталей системы охлаждения.

Отечественная промышленность изготовляет этиленгликолевые антифризы марок 40 и 65 и тосолы (Тосол А, Тосол-40, Тосол-65) с температурой замерзания двух последних -40 и -65°С. Ценным свойством антифриза, предохраняющим двигатель от размораживания, является то, что при полном замерзании его объем увеличивается всего лишь на 0,25%.

В зависимости от факторов, вызывающих циркуляцию охлаждающей жидкости, различают три вида жидкостного охлаждения: термосифонную, смешанную и принудительную. В термосифонной системе циркуляция теплоносителя основана на разности удельных масс жидкости, нагретой в водяной рубашке и охлажденной в радиаторе. В смешанной системе термосифонная циркуляция усиливается центробежным насосом. В принудительной системе циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется исключительно за счет работы центробежного насоса, приводимого от коленчатого вала двигателя.

Наибольшее применение в автотракторных двигателях получила принудительная система, т.к. благодаря интенсивной циркуляции охлаждающей жидкости емкость системы в этом случае невелика.

Жидкостные системы охлаждения могут быть открытые и закрытые. В открытой системе охлаждающая жидкость постоянно соединяется через пароотводящую трубку с атмосферой. Недостатки открытой системы:

· большое испарение и расход воды;

· увеличенное отложение накипи и ухудшенный отвод тепла от нагретых деталей.

Общее устройство и принцип действия жидкостной системы охлаждения

На рис. 1. показана схема жидкостной системы охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (воды).

Рис. 1. Схема жидкостной принудительной закрытой системы охлаждения: 1 – жалюзи; 2 – сердцевина радиатора; 3 – водяной насос; 4 – вентилятор; 5 – верхний бачок радиатора; 6 – пробка радиатора с паровоздушным клапаном;. 7 – верхний патрубок; 8 – перепускной патрубок; 9 – термостат; 10 – водяная рубашка головки; 11 – водяная рубашка блока цилиндров; 12 – термометр; 13 –датчик термометра; 14 –сливной краник; 15 – нижний патрубок; 16 – нижний бачок радиатора

Водяная рубашка блока цилиндров 11 и головки блока 10, радиатор и патрубки через заливную горловину заполнены водой. Вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания работающего двигателя и, нагреваясь, охлаждает их. Центробежный водяной насос 3 нагнетает воду в рубашку блока цилиндров, из которой нагретая вода поступает в рубашку головки блока и затем по верхнему патрубку 7 вытесняется в радиатор. Охлажденная в радиаторе вода по нижнему патрубку 15 возвращается к насосу 30

Циркуляция жидкости в зависимости от теплового состояния двигателя изменяется с помощью термостата 9. При температуре охлаждающей жидкости ниже 70…75°С основной клапан термостата закрыт. В этом случае жидкость не поступает в радиатор (циркулирует по малому контуру через патрубок 8), что способствует быстрому прогреву двигателя до оптимального теплового режима. При нагревании термочувствительного элемента термостата до 70…75°С основной клапан термостата начинает открываться и пропускает воду в радиатор, где она охлаждается. Полностью термостат открывается при 83…90°С. С этого момента вода циркулирует по радиаторному (большому) контуру. Температурный режим двигателя регулируется также с помощью поворотных заслонок жалюзи 1, путем изменения воздушного потока, создаваемого вентилятором 4 и проходящего через радиатор.

В последние годы наиболее эффективным и рациональным способом автоматического регулирования температурного режима охлаждения является изменение производительности самого вентилятора. Опытные данные показывают, что при работе грузового автомобиля с полной нагрузкой при температуре окружающего воздуха в диапазоне от - 1 до + 27°С фактический расход воздуха, необходимый для поддержания оптимального теплового режима двигателя, составляет в среднем около 40% производительности вентилятора. Поэтому применение автоматического управления вентилятором (как, например, у двигателей автомобилей КамАЗ) позволяет повысить эксплуатационную экономичность двигателя на 5…7%.

В пробке 6 заливной горловины радиатора установлен паровоздушный клапан, который соединяет систему охлаждения с атмосферой при повышении избыточного давления до 0,1 МПа или возникновения разрежения свыше 0,013 МПа.

Вода из системы охлаждения сливается через сливные краники 14, установленные на нижнем патрубке 15 и в нижней части рубашки блока цилиндров.

Элементы и приборы системы водяного охлаждения

Водяная рубашка двигателя образована двойными стенками головки и блока цилиндра. У большинства двигателей вода подводится в верхнюю часть водяной рубашки, где размещена водораспределительная труба, что позволяет более интенсивно охлаждать наиболее нагреваемые участки двигателей и обеспечивать сравнительно одинаковые температурные условия по всей высоте цилиндров.

Радиатор. По устройству сердцевины радиаторы разделяются на две группы: с водяными трубками (трубчатые) и с воздушными трубками (сотовые). Преобладающее применение получили трубчатые радиаторы с медными или латунными оребренными трубками.

Поверхность охлаждения радиатора должна находиться в следующих пределах:

- для двигателей грузовых автомобилей F»(0,30…0,40)×N_е, м²;

- для тракторных двигателей F»(0,30…0,40)×N_е, м².

Перепад температур воды при входе и выходе из радиатора при принудительной циркуляции составляет 5…10°С.

Паровоздушный клапан служит для сообщения закрытой системы охлаждения с атмосферой. Представляет собой сочетание двух клапанов – парового (выпускного) и воздушного (впускного). Паровой клапан открывается при давлении более 0,120…0,135 МПа (на некоторых моделях при 0,2 Мпа) и перепускает пар в атмосферу. Повышенное давление в системе позволяет повысить температуру кипения воды до 105…108°С и, следовательно, уменьшить парообразование. Если давление в системе находится в пределах от 0,120…0,135 МПа до 0,095…0,098 МПа, оба клапана закрыты. Воздушный клапан открывается при давлении ниже 0,095…0,098 МПа и соединяет систему с атмосферой. Этим трубки радиатора предохраняются от деформации при охлаждении двигателя, когда в системе охлаждения создается вакуум.

Вентилятор. Служит для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора. Большое распространение получили четырех- и шести лопастные вентиляторы со штампованными лопастями. Привод выполняется обычно клиноременной передачей, и реже – шестеренчатой.

Мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, (кВт)

N_в=(0,03…0,10)×N_е.

Интенсивность охлаждения значительно увеличивается при установке за радиатором направляющего кожуха-диффузора.

Водяной насос. В водяной системе охлаждения применяются одноступенчатые центробежные насосы низкого давления. Они конструктивно просты, имеют небольшие габаритные размеры, обеспечивают высокую производительность.

Конструктивное исполнение и привод насоса зависят от его расположения. При нижнем расположении насос выполняется в самостоятельном агрегате, а привод его осуществляется шестеренчатой передачей. При верхнем расположении насос конструктивно объединяется с вентилятором, имеет общий с вентилятором вал, а привод осуществляется клиноременной передачей.

Верхнее расположение насоса имеет ряд преимуществ: меньшее число сальниковых уплотнений, меньшие масса и потери мощности на привод.

Затраты мощности на привод насоса (кВт)

N_п=(0,005…0,01)×N_е.

Термостат. Этот прибор предназначается для автоматического регулирования температуры охлаждающей воды и ускорения прогрева двигателя в период пуска. Регулирование осуществляется изменением сечения для прохода воды, поступающей из водяной рубашки в радиатор.

Термостаты бывают с жидким наполнителем (сильфонные) и твердым наполнителем (термоклапаны). Последние применяются в закрытых жидкостных системах охлаждения, когда избыточное давление сопоставляет 0,1 МПа и более.

Шторки радиатора. Регулирование интенсивности воздушного потока, проходящего через радиатор, осуществляется поворачивающимися шторками (жалюзи), установленными перед радиатором. Шторки поворачивают вручную системой тяг и рычагов, выведенных в кабину водителя. Такой способ применяется одновременно с регулированием циркуляции воды термостатом.

Некоторые двигатели имеют устройство для автоматического поворачивания шторок радиатора. В этом случае термостат связан системой рычагов с поворачивающимися, шторками. По мере изменения температуры охлаждающей воды термостат или приоткрывает шторки или закрывает их полностью.

Некоторые двигатели имеют автоматическое устройство для изменения угла наклона лопастей вентилятора при помощи термостата или устройство для отключения вентилятора при пониженных температурах. Однако эти способы вследствие конструктивной сложности широкого распространения еще не получили.

Общее устройство и принцип действия воздушная система охлаждения

В последние годы прослеживается тенденция к более широкому применению воздушной системы охлаждения, которая имеет ряд существенных достоинств: простота конструкции, процесс обслуживания проще (отпадает потребность в охлаждающей жидкости, очистке от накипи и устранении течи, исключается опасность размораживания двигателя).

При воздушной системе охлаждения теплота от стенок камер сгорания и цилиндров отводится непосредственно потоком воздуха. Цилиндры и головки блока двигателей с воздушным охлаждением делают оребренными, что значительно увеличивает площадь поверхности их охлаждения. Если двигатель многоцилиндровый, то цилиндры как правило выполняют отдельно, а затем устанавливают в общий блок.

Схема системы воздушного охлаждения приведена на рис. 2. При работе двигателя воздух поступает к вентилятору через направляющий аппарат, а затем нагнетается под кожух. От кожуха воздушный поток с большой скоростью подается к цилиндрам и головкам, проходит между ребрами и охлаждает нагретые узлы и детали. Эффективное и равномерное охлаждение достигается применением дефлекторов, представляющих собой направляющие устройства для подачи потока воздуха к оребренным поверхностям с определенной скоростью и направлением. Воздух в первую очередь подается к наиболее горячим местам головки цилиндров – к перемычкам между седлами клапанов, к свечам зажигания (карбюраторные и газовые двигатели) или к форсункам в дизелях.

Привод вентилятора осуществляется от коленчатого вала с помощью ременной передачи через гидромуфту, встроенную в вентилятор. Регулирование температурного режима в этом случае обеспечивается автоматически за счет изменения расхода масла через гидромуфту.

Рис. 2. Схемы воздушного охлаждения двигателей: а – V-образного; б – рядного; 1 – вентилятор с встроенной гидромуфтой; 2 – масляный радиатор; 3 – кожух; 4 – дефлектор

Наряду с указанными достоинствами воздушная система охлаждения имеет и недостатки: неравномерно охлаждаются цилиндры в многоцилиндровых двигателях, трудно обеспечивается оптимальное охлаждение при переменной нагрузке, повышенный шум двигателя, большой расход мощности на привод вентилятора.

Рекомендуемая литература:

1. В.А. Родичев. Тракторы и автомобили – М.: Агропроимиздат, 1986. – 251с.

2. Г.М. Анисимов. Лесные машины – М.: Лесная промышленность, 1989 – 512 с.

3. А.Ф. Тихонов, А.В. Жуков. Лесные машины – Мн.: вышэйшая школа, 1984. – 278 с.

4. С.Г. Жендаев, В.А. Галямичев. Особенности конструкций двигателей лесных машин – Л.: 1986. – 48 с.