Авторы: Попов Константин Сергеевич, Никишин Вячеслав Николаевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №9 (113) май-1 2016 г.

Дата публикации: 30.04.2016

Статья просмотрена: 48 раз

Библиографическое описание:

Попов К. С., Никишин В. Н. Формирование теплового режима охладителя наддувочного воздуха в подкапотном пространстве грузового автомобиля // Молодой ученый. — 2016. — №9. — С. 267-270.



Совершенствование методов проектирования сложных изделий машиностроения предполагает, в том числе, сокращение времени и трудозатрат на разработку и выпуск конструкторской документации. Это в полной мере относится к дизелям, разработка которых требует значительных предпроектных исследований. Среди их систем важная роль сохраняется за системой охлаждения, определяющей технический уровень не только самого дизеля, но и объекта, в состав которого он включен.

В статье рассмотрено изучение вопросов проблемы охлаждения мотоотсека в подкапотном пространстве, внедрение конструкции блока охлаждения двигателя с разнесенными поодаль друг от друга радиатором ОЖ и охладителем надувочного воздуха.

Ключевые слова: охлаждение, радиатор, блок охлаждения, расход.

Целью работы является:

‒ Проведение теоретических и экспериментальных исследований и разработка на их основе улучшенной конструкции системы охлаждения в части монолитного блока охлаждения грузового авто в подкапотном пространстве.

Поставлены следующие задачи:

‒ Теоретически и экспериментально исследовать влияние рабочих параметров агрегатов системы охлаждения (жидкостно-масляного теплообменника, вентилятора, охладителя) на показатели охлаждения грузового дизеля. Обосновать выбор наиболее эффективных схем и типов агрегатов, входящих в систему охлаждения.

‒ Экспериментально исследовать влияние параметров температуры охладителя наддувочного воздуха и радиатора охлаждающей жидкости на показатели системы охлаждения.

‒ Реализовать пути совершенствования системы охлаждения автомобиля.

Подкапотное пространство автомобиля — сложная система, в которой располагаются и работают системы автомобиля и их составляющие: двигатель, тормозная система, коробка перемены передач, и т. д. Эти системы автомобиля располагаются в подкапотном объеме и работают в условиях при определенной температуре. В этом пространстве источником тепла является двигатель. Тепло выделяется как самим двигателем, так и его системами. Особенно этому способствует система охлаждения. Теплота выделяется «источниками», которые неравномерно распределены по всему объему пространства. В областях подкапотного объема температура будет разной. У двигателей грузовых автомобилей диапазон установившегося температурного режима достаточно велик и составляет от 40 до 70 0С. В окружающую среду выделяется много тепла, часть из этого тепла тратится на нагрев узлов подкапотного пространства, а часть переносится в подкапотном объеме потоками воздуха. Потоки создают аэродинамическое сопротивление и снижают температурный режим работы двигателя а/м, что негативно сказывается на его характеристиках эксплуатации. Часть элементов подкапотного объема должна работать в определенном температурном диапазоне. При таких температурах достигаются оптимальные топливно- экономические и тягово-скоростные характеристики двигателя. Для поддержания определенной температуры двигателя в нужных пределах в системах охлаждения предусматривается термостат. При условиях эксплуатации его недостаточно: при движении авто при низких температурах внешней среды с маленькой нагрузкой, температура двигателя выходит за пределы режима. Чтобы выяснить реальные температурные условия работы подкапотного пространства было проведено ряд экспериментов. Для этого объем подкапотного пространства оснастили датчиками температуры — термопары ХА (хромель-алюмель) и многоканальная измерительная система Almemo 5690–2, точность измерения

1,0 0С. Термопары имеют достаточно низкие значения показателя тепловой инерции — до 3 секунд. Датчики подключали к устройству контроля температуры (измерительная система тягово-динамического стенда фирмы «Froude Hofmann» тип 01950), которое позволяло снимать результаты с 8 каналов. Предел погрешности измерения входного параметра (без учета погрешности датчика) составляет ±0,5 %.

Устройство контроля температуры подключали к компьютеру, который принимал сигналы датчиков. Сигналы датчиков фиксировались с интервалом в 5 секунд, так как это обусловлено показателем тепловой инерции датчиков. Изначальная температура двигателя составляла около 20 0С. Результаты регистрировались в течение 33 минут. За это время двигатель успевал нагреться, и несколько раз был включен вентилятор системы охлаждения.

Форма зависимости формируется в основном наличием разного рода препятствий на пути движения воздушных потоков. Проведя анализ, можно сделать вывод: чем выше скорость движения автомобиля, тем температура в областях подкапотного объема становится близкой к температуре окружающей среды. Если учесть теплый период, когда температура окружающей среды высока и элементы подкапотного пространства прогреваются до большой температуры, то «продувание» подкапотного объема, в результате которого понижается температура, будет полезным, но в холодных условиях, отрицательная температура скажется негативно на работе отдельных узлов и элементов. Сравнивая зависимости в режимах исследования можно предположить, что ни одна точка подкапотного пространства не сохраняет свою температуру постоянной. В реальных условиях наблюдается все описанные выше зависимости. Большое число элементов подкапотного пространства изготовлены из резинотехнических материалов, для которых решающую роль на ресурс оказывают процессы старения. Главными факторами старения являются температура и время. Перепады температуры могут привести к снижению ресурса изделий. Воздух оказывает негативное влияние и на двигатель: воздух, подогретый радиатором, обдувает двигатель и его узлы, при этом температура поверхности двигателя, которая находится рядом с радиатором, понижается, а с противоположной стороны двигатель нагревается от выпускного коллектора, температура которого выходит за пределы рабочей температуры двигателя. В результате разницы температур в материале узлов двигателя могут возникать напряжения, которые негативно сказываются на их работе.

Испытания проводились на тягово-динамическом стенде фирмы «Froude Hofmann» тип 01950. Автомобиль нагружался тормозным устройством стенда до режима максимальной мощности двигателя. Передняя часть автомобиля обдувалась воздушным потоком, имитирующим движение автомобиля со скоростью 30 км/ч. Термостаты системы охлаждения принудительно не блокировались, система охлаждения двигателя заполнялась жидкостью марки ОЖ-40 «Лена».

Был рассмотрен блок охлаждения, включающий в себя радиатор и охладитель наддувочного воздуха, выполненный в монолитной конструкции. Была построена 3D модель данного блока и были произведены расчеты в программе NX [1]. При данной схеме с помощью термопар на определенном режиме были получены следующие значения распределения температур воздуха:

Нагревающая мощность подводимая к охладителю наддувочного воздуха — 50 кВт,

Нагревающая мощность подводимая к радиатору — 150 кВт,

Температура воздуха на входе +50 °С,

Усредненная температура после первого радиатора +58,5 °С,

Усредненная температура после второго радиатора +80,4°С.

Значимость элементов системы по сопротивлению потоку воздуха распределяются следующим образом:

  1. Радиатор и охладитель наддувочного воздуха.
  2. Решетка заборная.
  3. Двигатель затрудняющий свободный выход воздуха за вентилятором.

Выводы по результатам расчета исходной конструкции.

При внесении в модель данных по характеристикам компонентов, без учета потерь, были выявлены признаки недостаточности эффективности системы охлаждения.

Причинами этого может быть:

  1. Более низкая производительность вентилятора, установленного на автомобиле, по причине не соответствия каких- либо параметров при работе.
  2. Более высокая теплоотдача от двигателя.
  3. Недостаточно корректный расчет.

Определены направления для увеличения количества охлаждающего воздуха:

‒ Снижение сопротивления охладителя наддувочного воздуха за счет организации дополнительных окон для прохода воздуха к основному радиатору;

‒ Увеличение площади проходного сечения заборной решетки;

‒ Более эффективное продувание всей площади радиатора за счет уменьшения «затененных» мест;

‒ Снижение противодавления от поверхностей двигателя за вентилятором. Расчет теплового баланса со снижением расхода воздуха с 6,3 до 4,1 м3/с при сохранении данных по теплоотдаче двигателя 200 кВт. оказался близок к полученным экспериментальным данным.

Теплота, подводимая к ОНВ — 83 кВт;

Теплота, подводимая к основному радиатору — 250 кВт;

Температура окружающего воздуха +25°С.

Рис. 1. Зависимость температуры охлаждающей жидкости от температуры

Рис. 2. Зависимость температуры охлаждающей жидкости по времени

Вывод:

Конструкция, полученная из расчетов, блока охлаждения согласно расчетам снижает температуру основного радиатора на 8,8°С.

Повысилась температура охладителя надувочного воздуха на 13,8°С. При необходимости расход через него может быть увеличен за счет перекрытия каналов обхода воздухом. Общий расход воздуха увеличился на 9,5 %.

Литература:

  1. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. / Р. И. Галлагер, — М.: Мир, 1984. -428 с.
Основные термины (генерируются автоматически): системы охлаждения, подкапотного пространства, охлаждения двигателя, подкапотного объема, наддувочного воздуха, температура двигателя, система охлаждения, блока охлаждения двигателя, температуры двигателя, блок охлаждения, охлаждения грузового, охладителя наддувочного воздуха, системы охлаждения автомобиля, система охлаждения двигателя, областях подкапотного объема, подкапотном пространстве, блока охлаждения грузового, конструкции системы охлаждения, охлаждения грузового дизеля, агрегатов системы охлаждения.

Ключевые слова

охлаждение, радиатор, расход., блок охлаждения

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос