Тепловой баланс двигателя. Назначение и классификация систем охлаждения. Устройство и работа. Основы расчета системы охлаждения.

Тепловой баланс двигателя

Общее количество тепловой энергии, которое вводится в двигатель с топливом и определяется по низшей теплотворной способности последнего, не используется в двигателе полностью. В лучшем случае только 20—40°/₀ от всей располагаемой теплоты превращается в полезную эффективную работу; остальная же часть в количестве 60—80°/₀ от располагаемой теплоты не используется, уходя в охлаждающую среду, с отработавшими газами и пр.

Распределение количества затрачиваемой теплоты на полезную работу и отдельные составляющие, соответственно различным потерям в двигателе, представляется тепловым балансом. Давая картину распределения этой теплоты, тепловой баланс одновременно характеризует двигатель с точки зрения экономичности его работы, позволяет установить причины ухудшения теплоиспользования в двигателе и затем наметить наиболее рациональные средства для устранения этих причин.

Помимо того, определяя количественно потери теплоты в охлаждающую среду, тепловой баланс дает основание для более правильного выбора элементов охлаждающей системы (назначение температурного режима охлаждающей среды, размеров охлаждающей поверхности, скорости обдува и пр.).

Количества теплоты, распределяющейся по различным статьям теплового баланса, обычно выражаются или непосредственно в калориях за единицу времени работы двигателя (например, за 1 час, за 1 сек., за время совершения одного цикла, на 1 л. с.-чза время и расходования единицы количества топлива и т. п.), или же в процентах по отношению ко всему количеству затраченной теплоты. Наиболее распространено исчисление теплового баланса в процентах и в калориях за 1 час работы (в предположении, что за это время двигатель имеет постоянными все параметры, могущие влиять на изменение показателей его работы).

В зависимости от того, какая величина выбрана за переменную и какие сохраняются неизменными при переходе от одной точки диаграммы баланса к другой, тепловой баланс можно получить при самых разнообразных условиях испытания, например: по внешней характеристике, по нагрузочной характеристике, по характеристике по составу смеси карбюраторного двигателя (постоянны положение дросселя и число оборотов, переменно соотношение между количествами топлива и воздуха) и т. п.

Назначение и классификация систем охлаждения

Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя.

Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси.

Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии.

Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов).

По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:

принудительными, в которых циркуляция обеспечивается насосом, расположенным на двигателе;

термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы плотности жидкости, нагретой деталями двигателя и охлажденной в радиаторе. Во время работы двигателя жидкость в рубашке охлаждения нагревается и поднимается в верхнюю ее часть, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, она опускается вниз и через нижний бачок вновь возвращается в систему охлаждения.

комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.