Регулирование температурного режима двигателя с жидкостным и воздушным охлаждением

Дата публикации: 11 ноября 2017 г.

Регулирование охлаждения двигателя

Регулирование охлаждения двигателя необходимо для того, чтобы предотвратить переохлаждение двигателя при эксплуатации в зимнее время. Наиболее распространенный способ регулирования теплового режима двигателя с жидкостным охлаждением — это ограничение потока жидкости из рубашки двигателя в радиатор с помощью термостата. Чаще всего термостат — это металлический сильфон, наполненный легко испаряющейся жидкостью, например, спиртом. При достижении определенной температуры жидкость начинает кипеть, давление в сильфоне возрастает, и он начинает расширяться. Расширение сильфона используется для управления клапанами или заслонками, регулирующими поток воды через радиатор.

Однако более надежны в работе парафиновые термостаты, которые развивают большее усилие. В таких термостатах используется изменение объема парафина при изменении агрегатного состояния. При расплавлении объем парафина увеличивается, что используется для управления регулировочным устройством. Парафин заключен в замкнутом объеме, и регулировочный поршенек перемещает посредством гидравлического привода упругую диафрагму. Устройство такого термостата показано на рис. 1.

Рис. 1. Парафиновый термостат

1 — емкость с парафином; 2 — резиновая трубка; 3 — палец, входящий в резиновую трубку; 4 — тарель предохранительного клапана 5; при разогревании и расширении парафина резиновая трубка 6 сжимается и выталкивает палец 3.

Для того чтобы двигатель прогревался равномерно и его температурный режим был постоянным, охлаждающая жидкость должна постоянно циркулировать по замкнутому контуру. В этом случае термостат имеет два клапана. Один ограничивает поступление воды в радиатор, а другой одновременно открывает обходной канал. Система охлаждения с сильфонным термостатом показана на рис. 2. При использовании воды в зимнее время в качестве охлаждающей жидкости иногда приходится радиатор спереди дополнительно закрывать жалюзи или утеплительным кожухом.

Рис. 2. При регулировании охлаждения двигателя с помощью перепуска вместо перепускного клапана может быть установлен обратный клапан, поджатый несильной пружиной

1 — поступление воды из радиатора; 2 — отвод воды в радиатор.

В двигателях с воздушным охлаждением регулирование температурного режима осуществляется методом дросселирования потока набегающего воздуха с помощью жалюзи, установленного перед вентилятором или за ним (Фольксваген). Более выгодно использовать системы рециркуляции охлаждающего воздуха вокруг двигателя. Этим достигается более равномерный прогрев двигателя и подогрев впускного трубопровода. При этом поток воздуха от вентилятора не дросселирован. Дросселирование потока воздуха, нагнетаемого вентилятором, может привести к нарушению устойчивой работы вентилятора; при этом резко снижается его эффективность. Эксплуатация вентилятора на таких режимах крайне нежелательна, потому что при той же частоте вращения вентилятора и той же степени дросселирования вентилятор может иметь различную производительность в зависимости от того, уменьшается или увеличивается дросселированием расход воздуха. Принцип регулирования интенсивности охлаждения перепуском части воздуха использован на автомобиле Татра 603.

Производительность вентилятора прямо пропорциональна частоте вращения вентилятора. Однако при этом напор воздуха, создаваемый вентилятором, возрастает в квадратичной зависимости, а мощность, расходуемая на привод вентилятора, — в кубической. Если двигатель работает на максимальной частоте вращения или на частичной, например, в половину мощности, то для его охлаждения достаточно вдвое меньшего количества воздуха. Уменьшение производительности вентилятора дросселированием потока воздуха практически не скажется на потерях мощности двигателя на привод вентилятора. Если же вдвое снизить частоту вращения вентилятора, то мощность снизится на 7/8, что весьма существенно. Поэтому регулирование температурного режима двигателя изменением частоты вращения вентилятора является резервом увеличения экономичности двигателя. Однако для этого в процессе эксплуатации двигателя необходимо изменять передаточное отношение между валом двигателя и вентилятором, что трудно осуществить. В больших двигателях изменение передаточного отношения осуществляется с помощью клиноременных вариаторов или более дорогих гидростатических устройств.

Более дешевый способ изменения передаточного отношения — это использование гидродинамической муфты (рис. 3).

Рис. 3. Гидродинамическая муфта для изменения частоты вращения вентилятора в зависимости от теплового режима двигателя

В этом случае в привод вентилятора включена гидродинамическая муфта, которая полностью заполнена маслом и имеет проскальзывание 3%, а эффективность около 97%. Если температура двигателя снижается, то часть масла вытекает из муфты и ее проскальзывание увеличивается, частота вращения вентилятора соответственно снижается. В качестве рабочей жидкости в таких гидродинамических муфтах используется масло системы смазки двигателя, количество которого в муфте изменяется с помощью дроссельного клапана термостата. В периферийном участке кожуха муфты просверлено отверстие, через которое часть масла под действием центробежных сил вытекает из муфты и стекает в картер двигателя, где охлаждается. По мере охлаждения двигателя термостат дросселирует поток масла, поступающего в муфту, а поскольку сечение выходного отверстия остается постоянно большим, муфта, начинает освобождаться от части масла и ее проскальзывание увеличивается.

Еще более простой является система регулирования температуры двигателя включением и выключением вентилятора. Чаще всего это делается с помощью фрикционной муфты с электромагнитным управлением. Парафиновый термостат развивает достаточное усилие для срабатывания этой муфты. В некоторых случаях с помощью парафинового термостата осуществляют поворот лопаток вентилятора, изменяя угол атаки, от которого зависит производительность.

Для дросселирования потока масла можно использовать термостат с биметаллической пластиной. Он представляет собой две скрепленные пластины из металлов с различными коэффициентами теплового расширения. При увеличении температуры одна пластина расширяется и изгибается больше, чем другая, и этот изгиб используется для управления клапанами. При необходимости обеспечить большой ход дроссельного клапана устанавливают несколько пластин, что сделано, например, в термостате Дейц (рис. 4) для регулирования поступления масла в гидродинамическую муфту.

Рис. 4. Биметаллический термостат для регулирования расхода масла через гидромуфту вентилятора (Дейц)

1 — картер; 2 — биметаллическая вставка; 3 — регулировочный золотник.

При поперечной установке двигателя в автомобиле механический привод вентилятора осуществить значительно труднее, особенно если он расположен за радиатором. Поэтому в настоящее время часто применяют охлаждение двигателя скоростным напором воздуха; такая система охлаждения рассчитана на среднегодовые погодные условия в данной местности. При более жестких требованиях к системе охлаждения на двигатель устанавливают вспомогательный вентилятор, приводимый от электродвигателя, включаемого от термостата. Обычно это бывает при длинных подъемах или при большой жаре.

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

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

Другие материалы 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