Библиографическое описание:

Фадеев Д. Ю., Иванов В. В. К вопросу влияния расхода охлаждающего воздуха на тепловое состояние деталей, тепловой баланс и экономичность двигателя воздушного охлаждения // Молодой ученый. — 2014. — №12. — С. 115-116.

Уровень показателей двигателей воздушного охлаждения (ДВО) в первую очередь зависит от согласованности тепловых потоков в системы охлаждения и смазочную с возможностями теплоотвода от оребренных поверхностей головки, цилиндра двигателя и масляного радиатора при обязательном ограничении затрат мощности на функционирование системы охлаждения (ФСО). В противном случае либо не обеспечивается приемлемый уровень тепловой напряженности деталей, либо резко ухудшаются экономические показатели двигателя [1,2,3,4].

Особые сложности возникают в случае применения ДВО в моторных отсеках с ограниченным воздухообменом, что связанно, прежде всего, с ростом сопротивления воздушного тракта и соответствующим увеличением затрат мощности на ФСО [2]. Это приводит к нарушению согласованности между потребностями теплосъема и возможностями его реализации, существенно зависящими от расхода охлаждающего воздуха, в связи с чем возникает необходимость проведения экспериментального исследования.

На рисунке 1 представлены данные, полученные экспериментально и дополненные расчетными значениями суммарного количества охлаждающего воздуха, затрат мощности и удельного эксплуатационного расхода топлива, показывают влияние увеличения расхода охлаждающего воздуха на тепловое состояние деталей, тепловой баланс, параметры системы охлаждения и экономичность двигателя. Как видно из рисунка, увеличение расхода воздуха, охлаждающего головку и цилиндр двигателя (), с 700 до 1300 м3/ч приводит к снижению температур всех деталей по закону, близкому к гиперболическому, наиболее выраженному для деталей, непосредственно охлаждаемых воздухом. Так, температура цилиндра в верхнем поясе () снижается на 28°С, межклапанной перемычки головки на 32°С, поршня в зоне горловины () и в зоне верхнего поршневого кольца () — соответственно на 34 и 24 °С. Полученные результаты хорошо согласуются с данными других исследований [1,3].Это отмечено в ряде исследований [1,2,3], свидетельствующих о снижении эффективности использования охлаждающего воздуха по мере увеличения его расхода вследствие замедления темпа увеличения теплоотдачи согласно зависимости 0,37 [1,2]. Данные теплового баланса, представленные на рисунке 1, также в целом подтверждают эту закономерность. Так увеличение  в 1,86 раза приводят к росту теплоотдачи в охлаждающий воздух от головки цилиндра только в 1,53 раза. При этом отмечается некоторое снижение теплоотдачи в масло с с 4,6 до 3 кВт, очевидно, вызванное снижением температурного перепада между деталями и маслом по мере уменьшения их температуры и поддержания в эксперименте постоянной температуры масла на входе в двигатель. Общая теплоотдача в систему охлаждения при этом возрастает на 4,4 кВт, или в 1,37 раза. Полученные расчетом значения общего расхода охлаждающего воздуха и мощности свидетельствуют об их значительном увеличении по мере роста теплоотдачи и нецелесообразности подобного способа обеспечения приемлемого теплового состояния деталей, так как даже при максимальных значениях удельного расхода охлаждающего воздуха, достигающих 55 кг/кВт, температуры деталей, особенно поршня, не достигают рабочих значений.

Отдельный интерес представляет анализ расчетной зависимости  от величины  и от , представленный на рисунке 2:

,                                                                                               (1)

где  — полный КПД вентилятора;

 — КПД привода.

При проведении расчетов взаимосвязь между величиной и расходом воздуха учитывалась по соотношению  [2]. Величина для расчетного расхода воздуха была получена экспериментально и составила 1800 Па. Полученные данные свидетельствуют о том, что, несмотря на снижение эффекта охлаждения при росте  и неизменном оребрении

Рис. 1. Влияние расхода охлаждающего воздуха на тепловое состояние деталей, тепловой баланс, параметры системы охлаждения и экономичность двигателя

Рис. 2. Влияние удельного расхода охлаждающего воздуха на тепловой баланс, параметры системы охлаждения и экономичность двигателя

и резко возрастают прежде всего из-за роста , вызванного увеличением скорости воздуха. Так уже при , равном 50 кг/(кВт ч),  достигает 7 %, т. е. величины, близкой к предельно допустимой с точки зрения экономической целесообразности, что так же подтверждается зависимостью  от  и .

Проведенный анализ можно дополнить рядом фактических выводов и закономерностей.

1.        В ДВО имеет место рассогласование между необходимыми расходами охлаждающего воздуха для обеспечения приемлемого уровня теплонапряженности различных деталей.

2.        Выбор необходимых расходов воздуха на охлаждение двигателя целесообразно выполнять, ориентируясь на наиболее теплонапряженной детали. В то же время увеличение расхода охлаждающего воздуха не является эффективным способом снижения теплонапряженности. В конкретном случае наиболее теплонапряженной деталью является поршень, однако уровень его теплонапряженности настолько высок, что обеспечить его охлаждение увеличением расхода охлаждающего воздуха не возможно ни конструктивно, ни с точки зрения экономической целесообразности. Поэтому можно сформулировать еще одну закономерность.

3.        При наличии деталей, уровень теплонапряженности которых значительно превышает теплонапряженность других деталей и достигает предельно допустимых значении, целесообразно изменить их конструкцию или ограничить тепловые потоки в эту деталь путем ее теплоизоляции.

Литература:

1.      Поспелов Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. М.: машиностроение, 1971. 536 с.

2.      Марцкелье Ю. Автомобильные двигатели с воздушным охлаждением. М.: Машгиз, 1959. 392 с.

3.      Марков М. В., Попов В. Н. Особенности теплового баланса дизеля с воздушным охлаждением и газотурбинным наддувом.

4.      Труды ЧИМЭСХ.-Вып.119.-Челябинск: ЧИМЭСХ, 1976. 37.с

5.      Исследование цилиндропоршневой группы двигателя 8ДТВ-330 с целью снижения расхода масла на угар: Отчет о НИР. Челябинск: ЧТЗ, 1973. 113 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle