Влияние теплового режима двигателя на его работу

Влияние температурных параметров на работу мотора

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и их составные части подвергаются сильному нагреву во время эксплуатации различных транспортных средств. При этом, как перегрев, так и переохлаждение мотора способны спровоцировать выход его из строя. В связи с этим одной из важнейших задач разработчиков силовых агрегатов является обеспечение оптимального теплового режима их работы. Грамотно организованная система охлаждения двигателя способствует получению наилучших эксплуатационных параметров ДВС, к которым относятся:

  1. Максимальная мощность.
  2. Минимальный расход горючего.
  3. Увеличенный срок эксплуатации.

Влияние температурных параметров на работу мотора

За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.

Принято считать, что двигатель нормально функционирует, если интервал изменения температуры в районе блока цилиндров находится в пределах 90 – 110 градусов Цельсия.

Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.

Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.

Для исключения негативных последствий, связанных с нарушением теплового режима, системы охлаждения проектируются так, чтобы исключить перегрев и переохлаждение мотора в процессе эксплуатации.

В результате химические свойства последнего ухудшаются, что способствует:

  • увеличенному расходу моторного масла;
  • интенсивному износу трущихся поверхностей;
  • падению мощности силового агрегата;
  • увеличению расхода горючего.

Классификация

При работе мотора необходимо обеспечить отвод от 25 до 35% выделяемого тепла. Для его эффективного поглощения (отвода) чаще всего используют воду, воздух или специальную жидкость (тосол, антифриз). Материал теплоносителя определяет способ охлаждения силового агрегата.

  1. Принудительного воздушного охлаждения.
  2. Жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

Жидкостная система охлаждения

В настоящее время для эффективного охлаждения автомобильных двигателей используют закрытую систему жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

Конструкция

В обязательном порядке система содержит расширительный бачок, который служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Кроме того, через него заливают теплоноситель.

Также в состав системы входят:

  • водяная рубашка силового агрегата (пространство между двойными стенками блока цилиндров и его головки в местах отвода чрезмерного количества тепла);
  • датчик температуры;
  • биметаллический или электронный термостат, обеспечивающий оптимальную температуру в системе;
  • помпа-насос центробежного типа, обеспечивающий принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;
  • вентилятор, с помощью которого усиливается поток встречного воздуха на основной радиатор системы;
  • радиатор, осуществляющий передачу тепла окружающей среде;
  • радиатор отопителя, предназначенный для передачи тепла непосредственно в салон автомобиля;
  • контрольный прибор, встроенный в панель приборов автомобиля.
Читайте также:  Сколько масла в двигателе азлк 2141

Принцип действия

Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Постоянно циркулируя внутри системы, она отводит тепло от составных частей мотора, нагревающихся в процессе работы, нагревается, попадает в радиатор, охлаждается в радиаторе встречным потоком воздуха и возвращается обратно.

При необходимости включается вентилятор, усиливая эффективность охлаждения. Для замкнутых систем охлаждения температура теплоносителя не должна превышать 126 градусов Цельсия. Таким образом, обеспечивается оптимальный тепловой режим работы силового агрегата.

Дополнительные функции

Кроме своей главной задачи – отвода тепла от нагревающихся элементов, жидкостная система охлаждения двигателя обеспечивает также:

  • Прогрев силового агрегата в холодное время года

В современных системах жидкостного охлаждения предусмотрено два контура, по которым может циркулировать охлаждающая жидкость. Это сделано для того, чтобы в момент пуска холодного двигателя, когда его детали и сама жидкость имеют низкую температуру, циркуляция теплоносителя осуществлялась по малому кругу (мимо радиатора).

Обеспечивается это термостатом, который в момент, когда температура поднимется до определенного уровня (70-80 градусов Цельсия), открывается, давая возможность теплоносителю циркулировать по большому кругу (через радиатор). Таким образом, осуществляется ускоренный процесс прогрева двигателя.

  • Нагревание воздуха в салоне автомобиля

В холодное время года с помощью горячего теплоносителя происходит нагревание воздуха в салоне автомобиля. Для этого служит дополнительный радиатор, установленный в салоне и оснащенный собственным вентилятором. С их помощью тепло, отобранное от горячей жидкости, распространяется по всему объему салона.

  • Снижение температуры нагнетаемого в цилиндры воздуха

Специально для двигателей, оснащенных турбонагнетателями, предусмотрены двухконтурные системы, в которых один контур обеспечивает охлаждение жидкости, а второй – охлаждение воздуха.

Кроме того, контур охлаждения теплоносителя также представляет собой двухконтурную систему, один контур которой охлаждает головку блока цилиндров, а другой – сам блок.

Это вызвано тем, что в турбированном моторе температура головки блока цилиндров должна быть ниже температуры самого блока на 15…20 градусов Цельсия. Особенностью такой системы охлаждения является то, что каждый контур контролируется собственным термостатом.

Достоинства и недостатки

Жидкостная система охлаждения двигателя присутствует практически у всех современных автомобилей. Принципиально отличаясь от систем воздушного охлаждения, она гарантирует:

  • равномерное и быстрое прогревание силового агрегата;
  • эффективный отвод тепла в любых условиях эксплуатации двигателя;
  • снижение затрат мощности;
  • стабильный тепловой режим работы мотора;
  • возможность использования выделяемого тепла для нагревания воздуха в салоне и пр.
Читайте также:  406 двигатель инжектор падают обороты до 500

Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно отметить:

  • необходимость регулярного обслуживания и сложность ремонта;
  • повышенную чувствительность к изменениям температуры.

Неисправности и способы их устранения

Всем системам жидкостного охлаждения свойственны характерные неисправности. Чаще всего встречаются:

  1. заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);
  2. поломка помпы;
  3. повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;
  4. утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).
  5. Кроме того, достаточно часто термостат заклинивает в положении «Открыто» (теплоноситель циркулирует по большому кругу), что увеличивает время прогрева холодного мотора и способствует нестабильности теплового режима при его дальнейшей работе.

Все эти неисправности характеризуются значительным повышением рабочей температуры силового агрегата, что может привести к закипанию теплоносителя и перегреву мотора.

Устраняются все дефекты путем замены неисправных и/или поврежденных деталей или комплектующих.

Воздушная система охлаждения

Моторами воздушного охлаждения оснащались транспортные средства в 50-70 годах прошлого века. Типичными представителями таких автомобилей являются «Запорожец» или FIAT 500. Сейчас моторы с воздушным охлаждением в автомобилестроении практически не встречаются.

Конструкция и принцип действия

Конструктивно система принудительного воздушного охлаждения монтируется в подкапотном пространстве транспортного средства и состоит из:

  • отсасывающего или нагнетающего вентилятора;
  • направляющих ребер рубашки охлаждения двигателя;
  • органов управления (дроссельные заслонки, управляющие подачей воздуха или муфта, регулирующая частоту вращения вентилятора в автоматическом режиме);
  • температурного датчика, установленного в силовом агрегате;
  • контрольного прибора, выведенного на приборную панель в салоне автомобиля.

Охлаждение мотора осуществляется встречным холодным воздухом. Для усиления его потока чаще всего используют вентилятор нагнетающего типа. Он усиливает поток холодного плотного воздуха и обеспечивает его подачу в больших количествах при малых энергетических затратах.

Отсасывающий вентилятор требует больших затрат мощности, однако обеспечивает более равномерный отвод тепла от деталей силового агрегата.

Достоинства и недостатки

Моторы с принудительным воздушным охлаждением отличаются:

  • простотой конструкции;
  • низкими требованиями к изменению температуры окружающей среды;
  • небольшим весом;
  • несложным техническим обслуживанием.

К недостаткам системы воздушного охлаждения относят:

  • большую потерю мощности мотора, которая расходуется на обеспечение работы вентилятора;
  • высокий уровень шума во время работы вентилятора;
  • недостаточное охлаждение отдельных элементов двигателя из-за неравномерного обдува;
  • невозможность использования излишков тепла для обогрева салона.

Источник

Условия работы и тепловой режим двигателя

Температура пламени (в процессе горения топлива) при работе двигателя достигает 2000-2500 град. Цельсия. В течение рабочего цикла средняя температура газов составляет порядка 800-900 град. Цельсия. Однако не вся теплота, которая выделяется при сгорании топлива, в дальнейшем трансформируется в полезную работу. В [табл. 1] показан тепловой баланс двигателей.

Табл. 1. Распределение теплоты при сгорании топлива в двигателе (в %).

Распределение теплоты Карбюраторные двигатели Дизельные двигатели
На полезную работу 22-29 29-42
Потери на охлаждение 20-35 20-35
Количество теплоты, которая вынесена с отработавшими газами 30-55 25-40
На отведение смазочным материалом 3-8 2-7
Потери из-за неполноты сгорания и прочее 0-53 0-12
Читайте также:  От чего подходит двигатель на победу

Основная доля теплоты (до 22-47 %) идёт на нагрев деталей двигателя (цилиндры, поршни, блок-картер, коленчатый вал, клапаны и прочее). Поэтому при максимальной мощности двигателя температура блока и головки цилиндров достигает 150-250 град. Цельсия, головки поршней – 280-300 град. Цельсия, а выпускных клапанов – 660-900 град. Цельсия.

При чрезмерном нагреве двигателя происходит уменьшение зазоров в подвижных соединениях, из-за чего возможны следующие неисправности:

1) – заклинивание движущихся деталей;

2) – ухудшение смазывания деталей;

3) – ухудшение смазочных свойств масел, а также их пригорание;

4) – нарушение процессов смесеобразование и сгорания, которое выражается в снижении наполнения свежим зарядом воздуха цилиндров, преждевременным воспламенением рабочей смеси, детонацией и прочим. Также возрастают потери на трение, и снижается прочность металла.

Отрицательное влияние на экономичность работы двигателя и износ его деталей также оказывает и интенсивное охлаждение деталей, что может привести к конденсации водяных паров. Стекая со стенок цилиндра, часть конденсата попадает в масло, формируя соли органических кислот (в процессе взаимодействия с металлическими частицами). Данные соли не только плохо растворяются в масле, но и под воздействием высокой температуры выпадают в осадок, тем самым они загрязняют масло и нарушают работу смазочной системы. Вышеописанный процесс влечёт за собой снижение мощности двигателя, а также увеличение удельного расхода топлива. Из-за пониженного теплового режима двигателя тяжёлые фракции топлива и масла сгорают неполностью, а на деталях газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов (клапаны, поршни, камеры сгорания и прочие) происходит нагарообразование. Возможно зависание клапанов вследствие смолистых отложений, а также коксование поршневых колец в канавках поршня. Так, при температуре двигателя и охлаждающей жидкости в пределах 65-70 град. Цельсия вследствие ухудшения процесса сгорания происходит увеличение расхода топлива на 5-10%, а если тепловой режим более низкий, то перерасход может достигать 30-40%.

Следовательно, как чрезмерное понижение температуры, так и излишний нагрев деталей двигателя крайне нежелательны. Существует определённое оптимальное температурное состояние ДВС. Самый выгодный тепловой режим двигателя, при котором расход топлива и износ деталей минимальны, достигается при температуре охлаждающей жидкости порядка 85-90 град. Цельсия.

Искусственное охлаждение двигателя (то есть передача тепла от нагретых частей какой-либо жидкости (жидкостное охлаждение) либо непосредственно воздуху (воздушное охлаждение)) применяется с целью обеспечения и поддержания в заданных расчётных пределах вышеуказанного температурного состояния деталей двигателя, которые нагреваются вследствие сгорания топлива.

Система охлаждения представляет собой совокупность всех устройств, которые обеспечивают заданное температурное состояние двигателя.

Источник

Adblock
detector