Жидкостное (водяное) и воздушное охлаждение двигателей

Дата публикации: 2 мая 2017 г.

Большая часть вырабатываемого в процессе работы двигателя внутреннего сгорания отводится при помощи системы охлаждения. Без охлаждения двигателя не обойтись никак, в противном случае температура стенок цилиндра превысит допустимый температурный предел работоспособности смазки. Этот предел колеблется в районе 180-200°С. Если температура превышает значение в 220 °С, появляется опасность разрушения масляной пленки на стенке цилиндра — возникает режим полусухого трения, что приводит в конечном итоге к износу поверхностей и появлению задиров цилиндра.

Допустимая температура головни цилиндра ограничивается прочностью используемого материала, его максимально допустимыми тепловыми деформациями. К примеру, прочностные свойства алюминиевых сплавов при температурах свыше 220 °С быстро сходят на нет, максимально допустимая температура не должна превышать 260-280 °С.

В тоже время двигатель не должен быть подвергнут и чрезмерному переохлаждению. При понижении температуры ниже 60 °С на стенке цилиндра может появиться конденсат из некоторых продуктов горения, что приводит к возникновению химической коррозии. Чем больше температура стенок цилиндров, тем меньше тепловой поток, проходящий через них, тем меньше отдача тепловой энергии в систему охлаждения.

Необходимо учесть, что для того, чтобы отвести тепло во внешнюю среду также потребуется часть полезной мощности двигателя для привода водяного насоса и вентилятора. Кроме того, у холодного двигателя вязкость смазки на стенках цилиндров сильно увеличивается, что приводит к снижению эффективной мощности. Поэтому конструкторы стремятся увеличить допустимую температуру стенок цилиндров двигателя с жидкостным охлаждением применением системы охлаждения с повышенным давлением жидкости.

Тепло, отводимое системой охлаждения, в каждом случае должно быть рассеяно в окружающей среде. В двигателях с жидкостным охлаждением вода служит только для отвода тепла от цилиндров двигателя, от воды же это тепло отводится воздухом. И, тем не менее, двигатели с водяным охлаждением имеют конструктивные преимущества, в частности, упрощен отвод тепла от головки блока, особенно из зоны перемычек между впускным и выпускным клапанами. Кроме того, слой воды эффективно снижает уровень шума двигателя. Систему прямого охлаждения непосредственно воздухом часто применяют на имеющих большой спрос малых легковых автомобилях, где требуется малый вес двигателя и простота обслуживания. Двигатели с жидкостным охлаждением чаще устанавливают на автомобили среднего и высшего класса.

Анализ температурных режимов обоих видов систем охлаждения приведен в табл. 1.

Таблица 10. Влияние наружной температуры на работу системы охлаждения двигателя

Параметры	Вид охлаждения
	водяное	воздушное
Температура окружающего воздуха, °С	0	0
Температура охлаждаемых поверхностей, °С	80	180
Перепад температур, °С	80	180
Температура окружающего воздуха, °С	40	40
Перепад температур при той же температуре, °С	40	140
Снижение перепада температур, %	50	22
Требуемое увеличение перепада температур, %	100	28,5
Необходимое увеличение расхода воздуха, %	147	32,8
Соответствующее увеличение давления воздуха	5,3 раза	1,7 раз
Увеличение мощности, потребляемой вентилятором	13,2 раза	2,3 раза
Примечание. Приведенные данные относятся к случаю, когда тепловой режим регулируется только изменением количества воздуха.

Давайте сравним условия охлаждения двигателя при температурах окружающего воздуха 0 до 40 °С. В этом случае видно, что в двигателе водяного охлаждения условия для отвода тепла ухудшаются на 50%, тогда как в двигателях воздушного охлаждения — всего лишь на 22%. Связано это с тем, что у двигателей с воздушным охлаждением температура стенок цилиндров равняется 180 °С, то есть выше, чем температура охлаждающей жидкости в радиаторе, равная 80°, поэтому у двигателей с воздушным охлаждением даже при температуре окружающего воздуха +40 °С остается еще значительный перепад температур, достаточный для эффективного теплоотвода.

Количество тепла, отводимого от некоторого объекта в воздух, зависит от величины поверхности теплоотвода, перепада температур между этой поверхностью и окружающим воздухом и, наконец, коэффициента теплопередачи, который зависит от скорости воздушного потока, омывающего охлаждаемую поверхность. Если перепад температур снижается, то это можно компенсировать увеличением поверхности радиатора или увеличением скорости набегающего воздушного потока на радиатор. Второй способ менее выгоден, поскольку двукратное увеличение скорости воздушного потока приводит приблизительно лишь к 75% увеличения теплоотвода.

Поэтому двигатели с воздушным охлаждением более выгодны в эксплуатации в местностях с более высокой средней температурой воздуха. Наличие водяного радиатора создает риск замерзания воды, поэтому в местностях с холодным климатом также предпочтительны двигатели с воздушным охлаждением, так как они менее требовательны к обслуживанию и к окружающей температуре. Поломка ребра охлаждения не оказывает серьезного влияния на эффективность охлаждения двигателя, тогда как неплотность радиатора или водяной рубашки выводит двигатель с водяным охлаждением из строя. Кроме того, двигатель с воздушным охлаждением меньше и легче.

В раздел «Автосервис — устройство, ремонт, обслуживание и эксплуатация автомототехники»

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

Другие публикации на сайте об автомобильных двигателях:
Двухтактный двигатель — принцип действия и устройство, преимущества и недостатки	Уход за двигателем автомобиля: главные моменты
Ремонт и диагностика дизельного двигателя	Причины перегрева двигателя автомобиля