Система турбонаддува с промежуточным охлаждением воздуха. Охлаждение двигателя воздухом


Система охлаждения наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении, а именно в двигателестроении. Сущность изобретения: система содержит агрегат наддува и охладитель наддувочного воздуха. Охладитель наддувочного воздуха выполнен в виде форсунки для впрыска и распыления воды, установленной на воздухопроводе между агрегатом наддува и впускным коллектором двигателя. Изобретение обеспечивает устранение водовоздушного и воздуховодяного теплообменников, а также вентилятора с приводом. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с наддувом.

Известна система охлаждения наддувочного воздуха ДВС [1, c.294, рис. 257b] содержащая агрегат наддува, охладитель наддувочного воздуха в виде водовоздушного теплообменника, водяной насос, охладитель воды в виде воздуховодяного теплообменника, а также вентилятор с приводом. Недостатками этой системы охлаждения наддувочного воздуха ДВС являются большая металлоемкость и низкая надежность, обусловленные наличием водовоздушного теплообменника охлаждения наддувочного воздуха и воздуховодяного теплообменника охлаждения охлаждающей воды. Наиболее близким техническим решением является система охлаждения наддувочного воздуха тепловозного дизеля [2, с.190-191, рис.119 и с.194, рис.120] содержащая агрегат наддува с компрессором, охладитель наддувочного воздуха в виде водовоздушного теплообменника, воздухопровод, соединяющий агрегат наддува с выпускным коллектором двигателя, а также охладитель воды и вентилятор с приводом. Недостатками известной системы охлаждения наддувочного воздуха ДВС являются большая металлоемкость и низкая надежность, обусловленная наличием теплообменников охлаждения наддувочного воздуха и охлаждающей воды. Задачей изобретения является снижение металлоемкости и повышение надежности системы. Задача решается в системе охлаждения наддувочного воздуха, содержащей агрегат наддува с компрессором, охладитель наддувочного воздуха и воздухопровод, соединяющий агрегат наддува с впускным коллектором двигателя. Согласно изобретению охладитель наддувочного воздуха выполнен в виде форсунки для впрыска и распределения воды, установленной на воздухопроводе между агрегатом наддува и впускным коллектором двигателя, и в системе дополнительно установлены плунжерный водяной насос высокого давления, соединенный с валом двигателя с возможностью отключения от него, датчик температуры наддувочного воздуха, задатчик скорости вращения вала двигателя и автоматический орган управления подачей воды к форсунке. При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты. 1. Устранение водовоздушного теплообменника охлаждения наддувочного воздуха и холодильника охлаждения воды, охлаждающей наддувочный воздух. Этот результат является следствием того, что охладитель наддувочного воздуха выполнен в виде форсунки, установленной на воздухопроводе между агрегатом наддува и впускным коллектором двигателя и осуществляющей впрыск воды в наддувочный воздух, подаваемый агрегатом наддува. Вода, поступающая из форсунки в расплавленном виде, в наддувочном воздухе испаряется и снижает его температуру. Устранение водовоздушного теплообменника и холодильника воды снижает расход металла, в том числе цветного, на изготовление системы охлаждения наддувочного воздуха и повышает надежность системы. 2. Устранение вентилятора с приводом, подающего воздух для обдува холодильника воды. Этот результат является следствием устранения холодильника. На чертеже изображена принципиальная схема системы охлаждения наддувочного воздуха ДВС. Система охлаждения наддувочного воздуха двигателя 1 содержит агрегат наддува 2 с компрессором 3, воздухопровод 4, соединяющий компрессор 3 с впускным коллектором 5 двигателя 1, и охладитель наддувочного воздуха, выполненный в виде форсунки 6 для впрыска и распыления воды, установленной на воздухопроводе 4 между агрегатом наддува 2 и впускным коллектором 5 двигателя 1. В системе дополнительно установлены плунжерный водяной насос 7, датчик 8 температуры наддувочного воздуха, задатчик 9 скорости вращения вала двигателя 1 и автоматический орган управления (АОУ) 10 подачей воды к форсунке 6. Плунжерный водяной насос 7 соединен трубопроводом 11 с форсункой 6 и трубопроводом 12 с водяным баком 13 и с помощью управляемой муфты 14 связан с валом двигателя 1 (на чертеже связь не показана) с возможностью отключения от него. На трубопроводе 12 размещен запорный клапан 15. Датчик 8 температуры наддувочного воздуха установлен на воздухопроводе 4 между компрессором 3 и форсункой 6. Датчик 8 температуры наддувочного воздуха и задатчик 9 скорости вращения вала двигателя 1 подключены к АОУ 10. Система охлаждения наддувочного воздуха работает следующим образом. Атмосферный воздух компрессором 3 агрегата наддува 2 сжимается и по воздухопроводу 4 подается во впускной коллектор 5 двигателя 1. Температура наддувочного воздуха измеряется датчиком 8, сигнал от которого подается в АОУ 10. Для охлаждения наддувочного воздуха при его температуре выше допустимой по сигналу датчика 8 АОУ 10 включает управляемую муфту 14, соединяя вал плунжерного насоса 7 с валом двигателя 1, и открывает запорный клапан 15. Вода из бака 13 поступает в плунжерный насос 7 и по трубопроводу 11 под высоким давлением подается в форсунку 6. Вода форсункой 6 в распыленном виде впрыскивается в наддувочный воздух и в нем испаряется, отбирая от него теплоту, в результате чего температура наддувочного воздуха снижается. Цикловая подача воды к форсунке 6 регулируется положением рейки плунжерного насоса 7, которое изменяется АОУ 10 по сигналу задатчика 9 скорости вращения вала двигателя. При температуре наддувочного воздуха ниже допустимой его охлаждения прекращают. По сигналу датчика 8 АОУ 10 выключает управляемую муфту 14, отсоединения вал плунжерного насоса 7 от вала двигателя 1, и закрывает запорный клапан 15. При этом плунжерный насос 7 отключается и вода форсункой 6 в наддувочный воздух не подается. Источники информации 1. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Под общ.ред. А.С.Орлина и М.Г.Круглова. М. Машиностроение, 1985, с. 456. 2. Малинов М.С. Куликов Ю.А. и Черток Е.Б. Охлаждающие устройства тепловозов. М. Машгиз, 1962, с.260.

Формула изобретения

Система охлаждения наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания, содержащая агрегат наддува с компрессором, охладитель наддувочного воздуха и воздухопровод, соединяющий агрегат наддува с выпускным коллектором двигателя, отличающаяся тем, что охладитель наддувочного воздуха выполнен в виде форсунки для впрыска и распыления воды, установленной на воздухопроводе между агрегатом наддува и впускным коллектором двигателя, в системе дополнительно установлены плунжерный водяной насос высокого давления, соединенный с валом двигателя с возможностью отключения от него, датчик температуры наддувочного воздуха, задатчик скорости вращения вала двигателя и автоматический орган управления подачи воды к форсунке.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Система воздушного охлаждения двигателя — DRIVE2

Система воздушного охлаждения позволила Volkswagen и Citroen создать недорогие и простые автомобили, пользовавшиеся оглушительным успехомСистема воздушного охлаждения двигателяВоздушная система охлаждения двигателя пользовалась огромной популярностью после Второй мировой войны, когда у людей не было денег на покупку дорогих автомобилей. Простая и надежная система, построенная на принудительном обдуве разогретого блока цилиндров потоком воздуха, отлично зарекомендовала себя на маломощных микролитражках европейского производства.

Назначение воздушного охлаждения двигателяПри работе двигателя внутреннего сгорания, температура отдельных деталей может повышаться до 800-900 градусов, а цилиндры разогреваются до 2000 градусов Цельсия и выше. Если не охлаждать двигатель, его мощность заметно снизится, а расход топлива и масла увеличится. Перегрев деталей мотора, к тому же, приводит к их быстрому износу и поломке.

 До 2001 года двигатели воздушного охлаждения от Volkswagen Beetle использовались в качестве двигателей подъемников на австралийском горнолыжном курорте Тредбо

Чрезмерное охлаждение действует на двигатель не менее негативно. При переохлаждении наблюдаются практически те же признаки: снижение мощности, ускоренный износ деталей, повышенный расход топлива.

В современных автомобилях система охлаждения помимо основной задачи выполняет еще и ряд второстепенных. Прежде всего, это нагрев воздуха в системе отопления салона. Помимо этого, средствами системы охлаждения зачастую охлаждают моторное масло, рабочую жидкость автоматической коробки передач, а в некоторых случаях, приемный коллектор или даже дроссельный узел.

Для выполнения всех этих задач в современной системе охлаждения, воздушной или жидкостной, рассеивается около 35% тепла, полученного в результате сгорания топлива.

Устройство воздушной системы охлажденияТеплоносителем в воздушной системе охлаждения служит поток воздуха.

Он отводит тепло от цилиндров, головки блока и масляного радиатора. Система включает в себя: вентилятор, охладительные ребра цилиндров и головки (или головок), съемный кожух, дефлекторы и контрольные приборы.

Возможно, самый мощный автомобильный двигатель воздушного охлаждения был установлен на Porsche 911 (933) Turbo S в 1997 году. Этот двигатель с двумя турбинами развивал 400 лошадиных сил

Блок и головку блока цилиндров двигателей с воздушным охлаждением оснащают дополнительными ребрами, увеличивающими площадь поверхности, контактирующей с воздухом. Воздушный поток подается к корпусу двигателя принудительно, при помощи вентилятора с лопастями из прочного, но легкого алюминиевого сплава.

 Конструкция вентилятора системы воздушного охлажденияВентилятор — главный узел системы, а ротор вентилятора — его основная деталь. Для оптимизации потока воздуха форму и конструкцию деталей вентилятора тщательно просчитали инженеры. Он состоит из направляющего диффузора и ротора, как правило, состоящего из 8 лопаток, расположенных радиально.

В направляющем аппарате — диффузоре — есть свои лопасти переменного сечения, служащие для направления потока. Они неподвижны и равномерно располагаются по окружности.

Двигатели с воздушным охлаждением ставились на полноприводные военные грузовики чешской компании Tatra

Лопасти направляющего аппарата меняют направление воздушного потока, заставляя его двигаться в сторону противоположную вращению ротора. Это позволяет увеличить воздушное давление, а следовательно, охлаждение двигателя.

Вентилятор приводится в движение от шкива коленчатого вала при помощи ремня. Направляющий аппарат неподвижно закреплен на двигателе.

Вентилятор оснащен защитной сеткой, позволяющей избежать попадания посторонних предметов в направляющий аппарат.

Как работает воздушное охлаждение двигателяПоскольку цилиндры и их головки нагреваются больше других деталей, мощный воздушный поток направляется, в первую очередь на них, вдоль каналов между ребрами охлаждения. Затем воздух равномерно распределяется на все детали двигателя с помощью направляющих поток дефлекторов – тонких металлических пластин.

Объем воздуха, подаваемого вентилятором в систему охлаждения, составляет примерно 30 куб.м в минуту. Это обеспечивает нормальную работу двигателя невысокой мощности и небольшого объема в температурных пределах от -40 до +40 градусов.

Интенсивность охлаждения двигателя с воздушной системой регулируется автоматически при помощи термостатов и заслонок.

Преимущества и недостатки воздушной системы охлажденияПреимуществом воздушной системы охлаждения двигателей является простота эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Воздушное охлаждение позволяет значительно снизить массу мотора и упростить холодный запуск.

К недостаткам воздушной системы охлаждения принято относить увеличение габаритов двигателя и повышенный уровень шума. К тому же, в подобных системах некоторые элементы испытывают большую тепловую нагрузку за счет неравномерности обдува.

Двигатели с воздушным охлаждением чувствительнее к качеству топлива, смазочных материалов и запасных частей, так как работают, в целом, в более экстремальном режиме эксплуатации. Кроме того, необходимо тщательно следить за чистотой в моторном отсеке, так как даже тонкий налет грязи на корпусе двигателя существенно снижает характеристики охлаждения.

Характерные поломки системы воздушного охлаждения двигателяПризнаком плохой работы охлаждающей системы служит повышение температуры масла в картере двигателя, регистрируемое специальным датчиком.

Самая распространенная поломка воздушной системы охлаждения — это обрыв ремня вентилятора. На приборной панели автомобилей, в которых применена система воздушного охлаждения, имеется лампа, которая сигнализирует об этой неисправности.

Автомобили с воздушным охлаждением двигателяПик применения двигателей воздушного охлаждения в автомобилестроении пришелся на шестидесятые годы двадцатого века. В тот период в мире выпускалось максимальное количество автомобилей с воздушным охлаждением двигателя. Наиболее известны модели концерна Volkswagen – такие как знаменитый «Жук», Transporter T1 и T2 и другие. Модели, построенные на основе такого двигателя, строили американские инженеры из GM (Chevrolet Corvair), французские (Citroën 2CV, GS и GSA) и японские (Honda 1300). Отдельного упоминания достойны автомобили с двигателями воздушного охлаждения другого германского концерна – Porsche. Одна из наиболее известных моделей, выпускающаяся и в наше время Porsche 911, в течение долгого времени оснащалась двигателем с воздушным охлаждением. Благодаря гению Фердинанда Порше, мощными двигателями воздушного охлаждения оснащались только автомобили этой компании.

Большая часть излишков тепла, то есть около 44% отводится от двигателя через выхлопную трубу, вне зависимости от типа системы охлаждения

www.drive2.ru

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания Википедия

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

Функции системы охлаждения

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90°C. Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Система охлаждения, кроме основной функции охлаждения двигателя, выполняет ряд других функций, к которым относятся:

  • нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;
  • охлаждения масла в системе смазки;
  • охлаждения отработанных газов в системе рециркуляции отработавших газов;
  • охлаждения воздуха в системе турбонаддува ;
  • охлаждения рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

6-цилиндровый двигатель с естественным охлаждением на мотоцикле (Honda CBX1000, 105лс) Авиамодельный двигатель O.S. (1,7см3). Pratt and Whitney R-4360 - 28-цилиндровый авиационный двигатель с естественным воздушным охлаждением (3500лс).

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным. Естественное воздушное охлаждение является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов - более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных - назад и т.п. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. С систематическим ростом форсировки моторов мотоциклов на наиболее совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. По причине малой массы естественное воздушное охлаждение широко применялось и на поршневых авиационных двигателях, где близкие к цилиндрическим и имевшие малую окружную скорость комли лопастей винта практически не работали как вентилятор, но скорость набегающего на самолёт потока была сама по себе очень высока.

Универсальный "стационарный" двигатель воздушного охлаждения, установленный на газонокосилке.

Стационарные или плотно закапотированные двигатели оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе, большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува. На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. В основном это небольшие машины типа Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV; особняком стоит представительская Tatra 613. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда - тяжёлые, например Т-330; чаще - малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. В настоящее время (2015-е) принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (Briggs & Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение морских судов открытого типа

Системы охлаждения классифицируются в соответствии со способом использования теплоносителя в системе.

Замкнутые — в таких системах жидкость-теплоноситель циркулирует по герметичному контуру, нагреваясь от источника тепла (нагревателя) и остывая в охлаждающем контуре (охладителе). В зависимости от устройства системы, теплоноситель может закипать или полностью испаряться, вновь конденсируясь в охладителе. Незамкнутые — в незамкнутых (проточных) системах теплоноситель подается извне, нагревается у источника тепла и направляется во внешнюю среду. В этом случае она играет роль охладителя, предоставляя необходимые объем теплоносителя нужной температуры на входе и принимая нагретый на выходе. Открытые — системы, в которых нагреватель помещен в некоторый объем теплоносителя, а тот заключен в охладителе, если таковой предусмотрен конструкцией. Например, открытая система с маслом в качестве теплоносителя используются для охлаждения мощных электротрансформаторов.

К «чисто жидкостным» системам охлаждения можно отнести лишь открытые системы охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. В некоторых стационарных двигателях начала XX века мог отсутствовать радиатор, вместо этого имелся расширительный бак большого объёма — отчасти тепло рассеивалось за счёт испарения воды, отчасти — через стенки бака, а отчасти за счёт большого объёма воды, который не успевал достаточно прогреться за время работы двигателя.

Замкнутая система (Гибридный тип)

Тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего она, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

  • внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра;
  • наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла).

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

Система охлаждения состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от неё тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки - принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя)[источник не указан 301 день]. При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

Основные части жидкостной системы охлаждения

В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей наземного и воздушного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора.

Основные части жидкостной системы охлаждения:

  • Рубашка охлаждения (1) представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
  • Насос охлаждающей жидкости, или помпа (5) — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
  • Термостат (2) — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
  • Радиатор (3) имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
  • Вентилятор (4) создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
  • Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Автомобили начала-середины XX века часто не имели расширительных бачков. В них запас охлаждающей жидкости находился в верхнем бачке радиатора. Это было вполне допустимо, так как в основном в системе охлаждения использовалась вода, и её расширение при нагреве было небольшим. С распространением антифризов на основе этиленгликоля использование расширительного бака стало обязательным. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.

В поршневой авиации также применяются двигатели, в которых цилиндры охлаждаются непосредственно набегающим воздухом, а головки цилиндров — с использованием жидкостной системы охлаждения. Такое решение позволяет снизить массу двигателя и одновременно более эффективно охлаждать головки цилиндров, которые являются наиболее теплонагруженными частями двигателя.

Охлаждение масла

В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках и тепловозах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.[1] Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л.с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

См. также

Примечания

Ссылки

wikiredia.ru

Двигатели автомобилей, использующие воздушное охлаждение

На сегодняшний день в мире существует небольшое число компаний, выпускающих автомобили с двигателем воздушного охлаждения. Сделаем пояснение: в подобных моторах – система жидкостного охлаждения не предусмотрена, а поверхность цилиндров должна принудительно обдуваться холодным воздухом.

Раньше двигатели с воздушным охлаждением для авто – производились большим количеством компаний. К известным сегодня Subaruи Tatra(последняя – перестала делать моторы для легковых авто) надо прибавить концерн VW и малоизвестную фирму «Феномен» из Германии. Ну а для бюджетного «Citroen 2CV» мотор с воздушным охлаждением – был единственно приемлемым решением из всех возможных.

Причиной отказа от двигателей с «полностью воздушным» охлаждением является невозможность их эксплуатации без вентилятора для обдува, который отнимает значительную мощность. Двухцилиндровые малолитражные двигатели – и то нередко наделены «традиционным» охлаждением, хотя по параметрам они близки к моторам мотоциклов.

Проблемы и методы их решения

Современный двигатель воздушного охлаждения Tatra или Subaru – наделен теплоотводящей поверхностью большой площади. Ее значение более чем в 5 раз превосходит площадь, которая характерна для моторов старых конструкций.

Подобное решение – позволяет свести недостатки к минимуму. Но, несмотря на кажущуюся перспективность, двигатели с воздушным охлаждением – являются скорее эксклюзивными, чем массовыми решениями. Надо учесть значительный вес ребер охлаждения, а также, сложность изготовления подобных двигателей в «массовых» объемах. Но основной причиной отсутствия распространенности двигателей с воздушным охлаждением является то, что у большинства компаний нет опыта их производства.

Известно, что КПД тепловой машины будет тем выше, чем ниже температура охлаждения. Здесь воздушное охлаждение – проигрывает, но не намного. Значительной в большинстве случаев остается мощность, расходуемая охлаждающим вентилятором, что связано с необходимостью продувать воздух через межреберные каналы. Это является главной проблемой мотора, охлаждаемого только воздухом.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

autozam.ru

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — Википедия

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

Функции системы охлаждения

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90°C. Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Система охлаждения, кроме основной функции охлаждения двигателя, выполняет ряд других функций, к которым относятся:

  • нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;
  • охлаждения масла в системе смазки;
  • охлаждения отработанных газов в системе рециркуляции отработавших газов;
  • охлаждения воздуха в системе турбонаддува ;
  • охлаждения рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

Видео по теме

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

6-цилиндровый двигатель с естественным охлаждением на мотоцикле (Honda CBX1000, 105лс) Авиамодельный двигатель O.S. (1,7см3). Pratt and Whitney R-4360 - 28-цилиндровый авиационный двигатель с естественным воздушным охлаждением (3500лс).

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным. Естественное воздушное охлаждение является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов - более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных - назад и т.п. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. С систематическим ростом форсировки моторов мотоциклов на наиболее совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. По причине малой массы естественное воздушное охлаждение широко применялось и на поршневых авиационных двигателях, где близкие к цилиндрическим и имевшие малую окружную скорость комли лопастей винта практически не работали как вентилятор, но скорость набегающего на самолёт потока была сама по себе очень высока.

Универсальный "стационарный" двигатель воздушного охлаждения, установленный на газонокосилке.

Стационарные или плотно закапотированные двигатели оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе, большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува. На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. В основном это небольшие машины типа Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV; особняком стоит представительская Tatra 613. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда - тяжёлые, например Т-330; чаще - малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. В настоящее время (2015-е) принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (Briggs & Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение морских судов открытого типа

Системы охлаждения классифицируются в соответствии со способом использования теплоносителя в системе.

Замкнутые — в таких системах жидкость-теплоноситель циркулирует по герметичному контуру, нагреваясь от источника тепла (нагревателя) и остывая в охлаждающем контуре (охладителе). В зависимости от устройства системы, теплоноситель может закипать или полностью испаряться, вновь конденсируясь в охладителе. Незамкнутые — в незамкнутых (проточных) системах теплоноситель подается извне, нагревается у источника тепла и направляется во внешнюю среду. В этом случае она играет роль охладителя, предоставляя необходимые объем теплоносителя нужной температуры на входе и принимая нагретый на выходе. Открытые — системы, в которых нагреватель помещен в некоторый объем теплоносителя, а тот заключен в охладителе, если таковой предусмотрен конструкцией. Например, открытая система с маслом в качестве теплоносителя используются для охлаждения мощных электротрансформаторов.

К «чисто жидкостным» системам охлаждения можно отнести лишь открытые системы охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. В некоторых стационарных двигателях начала XX века мог отсутствовать радиатор, вместо этого имелся расширительный бак большого объёма — отчасти тепло рассеивалось за счёт испарения воды, отчасти — через стенки бака, а отчасти за счёт большого объёма воды, который не успевал достаточно прогреться за время работы двигателя.

Замкнутая система (Гибридный тип)

Тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего она, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

  • внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра;
  • наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла).

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

Система охлаждения состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от неё тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки - принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя)[источник не указан 273 дня]. При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

Основные части жидкостной системы охлаждения

В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей наземного и воздушного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора.

Основные части жидкостной системы охлаждения:

  • Рубашка охлаждения (1) представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
  • Насос охлаждающей жидкости, или помпа (5) — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
  • Термостат (2) — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
  • Радиатор (3) имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
  • Вентилятор (4) создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
  • Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Автомобили начала-середины XX века часто не имели расширительных бачков. В них запас охлаждающей жидкости находился в верхнем бачке радиатора. Это было вполне допустимо, так как в основном в системе охлаждения использовалась вода, и её расширение при нагреве было небольшим. С распространением антифризов на основе этиленгликоля использование расширительного бака стало обязательным. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.

В поршневой авиации также применяются двигатели, в которых цилиндры охлаждаются непосредственно набегающим воздухом, а головки цилиндров — с использованием жидкостной системы охлаждения. Такое решение позволяет снизить массу двигателя и одновременно более эффективно охлаждать головки цилиндров, которые являются наиболее теплонагруженными частями двигателя.

Охлаждение масла

В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках и тепловозах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.[1] Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л.с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

См. также

Примечания

Ссылки

wiki2.red

Охлаждение наддувочного воздуха | Турбонаддув

Возрастание температуры воздуха или заряда в компрессоре зависит от степени повышения давления, КПД компрессора и теплообмена со стенками, т. е. от конструкции компрессора. Повышение температуры на впуске в двигатель имеет следующие отрицательные стороны.

Для наполнения цилиндра определяющей является плотность заряда. Однако при определённых условиях степень повышения плотности заряда от р1 на входе в компрессор до р2 на его выходе при его сжатии от давления р1 до давления р2 может быть ниже, чем степень повышения давления. В случае изоэнтропийного сжатия при n=1 степень повышения плотности заряда (отношение плотностей) равна степени повышения давления (отношению давлений). Иначе говоря, увеличение температуры заряда при сжатии его в компрессоре ведёт к потере возможного повышения его плотности, а следовательно, массового наполнения цилиндра.

Кроме того, с повышением температуры заряда возрастает термическая напряжённость двигателя.

Приблизительно можно сказать, что применение наддува в 0,5 бар над уровнем окружающей среды приводит к росту температуры на впуске в двигатель на 30°. А при наддуве 0,7 — 1 бар (избыточных) — уже на 120°.

На двигателях с наддувом охлаждение наддувочного воздуха, предложенное ещё Рудольфом Дизелем, является важнейшим и простейшим средством повышения мощности, причём, оно тем эффективнее, чем выше степень повышения давления в компрессоре. Предварительное охлаждение заряда снижает суммарные потери теплоты в двигателе, повышает механический КПД благодаря более высокой мощности без повышения давлений, а также снижает удельный расход топлива.

Применение охлаждения заряда целесообразно уже от степени повышения давления порядка 1,5:1,0, а при степени повышения давления выше 2:1, учитывая термическую напряжённость двигателя и связанную с ней эксплуатационную надёжность, применение промежуточного охлаждения (промохлаждения) необходимо.

Охлаждение воздуха может осуществляться водой или воздухом. При применении воды температура воздуха после охладителя лишь на несколько градусов превышает температуру воды на входе. При применении в качестве охладителя воздуха температура заряда после охлаждения примерно на 15° превышает температуру окружающей среды. При использовании новых технологий обработки лёгких металлов автомобильные системы охлаждения типа «воздух/воздух» получают преимущества по сравнению с системами «вода/воздух».

Ориентировочно можно сказать, что при равном давлении наддува и понижении температуры наддувочного воздуха на 10° увеличение плотности воздуха составляет около 3%. Следовательно, при одинаковом коэффициенте избытка воздуха и одинаковом удельном расходе топлива повышение мощности составит 3%. Кроме того, при снижении температуры заряда на 10° примерно на 0,5% возрастает экономичность.

Следовательно, повышение мощности может составить 3,5%. Если же говорить об ограничении мощности по предельной температуре поршня, то на 10° снижения температуры наддувочного воздуха можно повысить мощность на 5% (при равной температуре поршня). Связано это с тем, что отвод теплоты через стенки цилиндра можно уменьшать на величину, примерно равную отводу теплоты от наддувочного воздуха. Следует добавить, что охлаждение наддувочного воздуха приводит также к снижению содержания вредных компонентов в отработавших газах.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Как работает турбонаддув с промежуточным охлаждением воздуха?

Когда речь идет о возможных вариантах увеличения мощностных характеристик двигателя, невозможно обойти стороной турбонаддув. На сегодняшний день это самый распространенный путь повышения КПД мотора при одновременном снижении потребления топлива. Благодаря увеличению количества подаваемого в цилиндры воздуха за единицу времени достигается желаемый эффект. В последнее время более 50% всех производимых автомобилей оснащаются разнообразными системами турбонаддува. Теория гласит: «мощность двигателя прямо пропорциональна количеству сжигаемого топлива за один рабочий цикл». Соответственно, чем больше топлива сжигается, тем более высокую мощность получаем! Если вспомнить картину приготовления рабочей смеси, то она варьируется от 1:13 до 1:16 частей (топливо к воздуху). Подать в цилиндры больше топлива гораздо проще, чем подать в них большее количество воздуха в атмосферный двигатель. Тут-то и приходит на помощь турбонаддув.

Система турбонаддува

Нагнетание воздуха в цилиндры может происходить несколькими способами: с помощью механического нагнетателя (компрессора) или посредством турбины, приводящейся в действие благодаря энергии отработавших газов. В турбокомпрессорах применяют центробежные насосы и в целом они получили большую популярность в отличие от механических нагнетателей. Благодаря вращению крыльчатки образуются центробежные силы, которые отбрасывают воздух к основанию колеса, а в центре происходит разрежение, что приводит к всасыванию воздуха. Следовательно, чем выше частота вращения крыльчатки турбины, тем большее количество воздуха она способна подать в цилиндры.

В противовес двигателям больших объемов с низкой эффективностью, конструкторы ломали головы не один десяток лет, чтобы придумать как увеличить объем подаваемого воздуха в двигатель. Инженеров не устраивали прожорливые, габаритные моторы, потребляющие слишком много топлива. Первым в этом вопросе преуспел Вильгельм Даймлер (да-да, это его фамилия упоминается в названии гиганта автоиндустрии «Даймлер»). Этот человек предложил элементарную конструкцию компрессора, закачивающего дополнительную массу воздуха вентилятором. Механизм приводился в действие коленвалом двигателя. Немного позже, в 1905 году, швейцарский изобретатель Альфред Бюхи смог запатентовать устройство нагнетания, которое приводилось в действие от выхлопных газов. Нынче механизм именуется турбонаддув.

По аналогии с ветром в поле, который вращает крылья ветряка, отработавшие газы вращают колесо с множеством лопастей. Это колесико очень маленькое, оно посажено на одну ось  с колесом компрессора и именуется ротором. С одной стороны находится часть механизма, приводящаяся в работу движением выхлопных газов, а с другой – компрессор, который нагнетает дополнительный воздух в ДВС. Через выпускной коллектор отработанные газы «встречает» корпус турбины (т.н. горячая улитка). Давление и энергия выхлопных газов вращают горячую крыльчатку турбины, которая преобразует вращение на колесо компрессора (холодная крыльчатка).

Охлаждение потока воздуха

Охлаждение системы турбонаддува

Благодаря вращению колеса компрессора воздух из атмосферы всасывается через воздушный фильтр. В холодной части турбокомпрессора воздушный поток сжимается и попадает во впускной коллектор. Из-за того, что на выходе из компрессора воздух дополнительно нагревается, теряя свою плотность, на большинстве двигателей применяют так называемое промежуточное охлаждение воздуха или интеркулер. Механизм турбонаддува, оснащенный интеркулером эффективно борется с извлечением тепла воздушного потока, нагревающегося в компрессоре при нагнетании. Нагретый компрессором воздух, проходя через интеркулер отдает тепло окружающей среде и охлаждаясь, воздух становится плотнее, соответственно большее количество попадает в цилиндры. Основные критерии, при разработке интеркулера – высокий отвод тепла при минимальных потерях давления наддува и увеличение инерционных свойств потока проходящего через него воздуха. Наиболее популярный тип интеркулера «воздух-воздух» состоит из патрубков интеркулера и его пластинчатого радиатора. Турбонаддув с таким радиатором встречается на всех  спортивных автомобилях, выпускаемых последние 10-15 лет. Промежуточный охладитель можно увидеть в разных местах, но чаще всего его устанавливают возле основного радиатора или горизонтально над двигателем (спортивные модели Subaru).

Далее работает схема «выше обороты мотора – больше выхлопных газов – больше воздуха»… Но здесь нужен разумный максимум: чем производительнее турбина, чем больше она способна «вдуть» воздуха в цилиндры, тем большее количество выхлопных газов нужно задействовать для входа её на рабочий режим оборотов (часто обороты крыльчатки превышают 250 – 300 тыс./мин). В отличие от механического компрессора, на свою работу турбокомпрессор затрачивает не более 2% энергии мотора. Потому что ротор турбины преобразует энергию выхлопных газов за счет их охлаждения на пути к цилиндрам, но не за счет их замедления.

Турбонаддув позволяет получать большую мощность с меньшего объема. Плюсы очевидны – меньше трения, меньший вес узлов и автомобиля, большая экономичность.

В зависимости от поставленных задач на автомобиле могут применяться разные варианты системы турбонаддува:

  • турбина с изменяемой геометрией
  • система параллельного или последовательного наддува
  • комбинированная система наддува

Похожие статьи:

autodont.ru