1 ≫
-
Нормальный тепловой режим - двигатель
Нормальный тепловой режим двигателей обеспечивается отводом тепла жидкостью или воздухом. Большинство двигателей имеет жидкостные системы охлаждения. Исходя из назначения и условий работы охлаждающие жидкости должны иметь высокую теплоемкость и теплопроводность, хорошо прокачиваться в широком диапазоне температур, не образовывать отложений на поверхностях систем охлаждения. Они не должны замерзать и кипеть при всех рабочих температурах двигателя, не должны воспламеняться, вызывать коррозию металлов и разрушать резину. Они должны обладать минимальной испаряемостью и вспениваемостью, быть безопасными в обращении, дешевыми и недефицитными. [1]
Нормальный тепловой режим двигателя поддерживается благодаря мерам, уменьшающим обдув двигателя во время работы машины. Так, на вентиляторе устанавливают электромагнитную муфту отключения, сокращающую время подогрева двигателя после пуска. Вместо жалюзи радиатор оборудуют шторкой, управление которой осуществляется из кабины. [2]
Нормальный тепловой режим двигателей этих серий при низких скоростях обеспечивается применением кремнийорганической изоляции обмоток и повышенной ребристой поверхностью охлаждения. [3]
Для создания нормального теплового режима двигателя температура выходящей воды должна быть 70 - 80 С. Система охлаждения снабжена специальным термостатом, который в зависимости от повышения и понижения температуры охлаждающей воды увеличивает или уменьшает количество воды, циркулирующей через радиатор. [4]
Техническое состояние системы охлаждения должно обеспечивать нормальный тепловой режим двигателя , при этом температура воды, выходящей из двигателя, должна быть равна 80 - 90J С. [5]
К перерасходу масла приводит также нарушение нормального теплового режима двигателя . При этом происходит преждевременное ухудшение качества масла. [6]
Система охлаждения, предназначенная для поддержания нормального теплового режима двигателя , предотвращающая его перегрев. [7]
При использовании системы регулируемого ти-ристорного электропривода переменного тока необходимо обеспечить нормальный тепловой режим двигателя , с тем чтобы потери в машине, определяющие ее нагревание, не превышали допустимых. Тиристорнбе регулирование скорости асинхронных двигателей представляет собой одну из разновидностей параметрического регулирования, связанную с изменением скольжения, а следовательно, с уменьшением скорости вращения двигателя увеличиваются и потери, что необходимо, учитывать при выборе мощности двигателя, проверочных расчетах двигателя по нагреванию, определении диапазона регулирования скорости. [8]
При эксплуатации автомобилей необходимо внимательно следить за работой системы охлаждения, своевременно обнаруживать и устранять все неисправности и поддерживать нормальный тепловой режим двигателя , не допуская его перегрева и переохлаждения. [9]
При техническом обслуживании трубоукладчиков в жарком климате и в пустынно-песчаной местности обращают особое внимание на состояние системы охлаждения, которая обеспечивает нормальный тепловой режим двигателя . Вследствие интенсивного испарения воды систему охлаждения периодически доливают. Частое пополнение системы охлаждения водой, особенно загрязненной механическими примесями, приводит к интенсивному образованию накипи. Для уменьшения испарения на машинах устанавливают конденсационные бачки, куда отводят пар из верхнего резервуара радиатора. В конденсационном бачке пар, охлаждаясь, превращается в воду, которая периодически возвращается обратно в систему охлаждения. [10]
Подготовка машин обычного исполнения к зиме включает ряд мероприятий по отдельным их системам и агрегатам. Обеспечение нормального теплового режима двигателя является одним из важнейших мероприятий. Такой режим может создаваться уменьшением воздушного потока и специальной защитой. Чтобы предотвратить поступление холодного воздуха и снега в моторное отделение, перед радиатором целесообразно установить подвижные шторки из плотной ткани или съемные щитки из жести, картона или фанеры. [11]
Фактические смолы и непредельные углеводороды в дизельных топливах являются причиной отложений и нагара в камерах сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях двигателя. Они нарушают нормальный тепловой режим двигателя , ухудшают его экономичность и снижают мощность. [12]
Значительное повышение окружающей температуры связано с опасностью перегрева двигателя, а следовательно, с закипанием и выбросом воды, вынужденными остановками для охлаждения двигателя, с перерасходом горючего и частым возникновением детонации, ухудшением условий смазки трущихся поверхностей деталей двигателя и усиленным износом этих деталей. Поэтому при подготовке к эксплуатации в условиях высоких температур необходимо обратить особое внимание на состояние системы охлаждения для обеспечения нормального теплового режима двигателя . Основными мероприятиями в этом направлении являются промывка системы и удаление накипи из системы, проверка исправности термостата. [13]
Материалы: http://www.ngpedia.ru/id392460p1.html
2 ≫
-
АВТОМОБИЛЕЙ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Наиболее чувствительным агрегатом к изменению условий движения автомобиля является двигатель, что приводит к изменению его режимов работы. Вместе с тем, режимы работы двигателя во многом определяют режимы работы прочих агрегатов и конструктивных элементов автомобиля.
5.3. Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей
Оптимальное значение температур охлаждающей жидкости и моторных масел большинства автомобильных двигателей лежит в интервале 85-95 0 С. При больших или меньших их значениях существенно возрастают износы деталей цилиндропоршневой группы двигателей (рис.5.5).
Оптимальным температурам охлаждающих жидкостей и масел соответствуют оптимальные значения температур поверхностей теплонагруженных деталей. При их превышении может произойти оплавление алюминиевых деталей, образующих камеру сгорания, интенсифицируются процессы коксования моторных масел, образования лаковых отложений на поверхностях и т.д. Из-за разжижения масел повышаются износы цилиндров. Кроме этого, растет токсичность отработавших газов по выбросам оксида азота NOx.
Рис.5.5. Зависимость относительной скорости изнашивания цилиндров карбюраторного и дизельного двигателей от температуры охлаждающей жидкости (по данным НАМИ): 1 – карбюраторный; 2 - дизельный
При пониженных температурах стенок деталей цилиндропоршневой группы интенсифицируются процессы их корозионно-механического изнашивания, так как на поверхностях конденсируются пары воды и кислот, образующихся в отработанных газах. Оксиды в дальнейшем очень быстро истираются, поскольку их износостойкость на порядок ниже износостойкости основных материалов деталей двигателя. Увеличение износов при этом объясняется также тем, что холодные моторные масла не образуют на трущихся поверхностях масленых пленок должного качества.
Одним из основных резервов повышенных показателей эксплуатационной надежности двигателей внутреннего сгорания является снижение нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей. В основе их образования лежат процессы старения моторных масел, а именно, процессы окисления углеводородов, входящих в состав масляной основы.
Определяющее влияние на процессы окисления масла в двигателях, на образование отложений и на эффективность работы ДВС в целом оказывает тепловой режим теплонагруженных деталей. Оптимизация теплового состояния является одним из важнейших условий длительной и бесперебойной работы ДВС.
Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида: нагары, лаки и осадки (шламы).
Нагар – твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время работы двигателя на поверхностях камеры сгорания. В состав нагара входят продукты окисления углеводородов (смолы, асфальтены, карбены, карбоиды), а также так называемая несгораемая часть – свинец, железо и другие механические примеси. При этом отложения нагаров в камерах сгорания главным образом зависят от температурных условий, даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей камеры сгорания двигателей. Нагар оказывает весьма существенное влияние на протекание рабочего процесса и на долговечность его работы. Почти все виды ненормального сгорания (детонация, калильное зажигание и прочие) сопровождаются тем или иным влиянием нагара на поверхностях камеры сгорания.
Лак – продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, растекающихся и покрывающих детали двигателя под действием высоких температур. Лаковые отложения – продукт концентрации оксикислот. В состав лака входит углерод (до 80%), а также кислород, водород и твердые несгораемые соединения (зола).
Наибольший вред наносит лакообразование в зоне поршневых колец, вызывая процессы их закоксовывания. Лаки, также откладываясь на поверхностях поршня, контактирующих с маслом, нарушают должную теплопередачу через поршень (теплоотвод от него) и далее в систему охлаждения.
Осадки (шламы) – низкотемпературные мазеобразные отложения, представляющие собой смесь продуктов окисления углеводородов с продуктами загрязнения моторного масла эмульсиями и водой. На количество осадков решающее влияние оказывают качество масла, температурный режим деталей, конструктивные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, а также при частых пусках и остановках двигателя.
При температурах масел от 150 ° С и выше процессы окисления происходят очень интенсивно. Когда температура превышает 300 ° С, одновременно с реакциями окисления происходит термическое разрушение углеводородов масел. В результате окисления и термического распада в маслах интенсивнее накапливаются органические кислоты, смолисто-асфальтовые вещества, углеродистые продукты (карбены, карбоиды и др.)
Таким образом, определяющее влияние на процесс образования различных отложений, а также на прочностные показатели деталей, эффективные показатели, процессы изнашивания деталей оказывает их тепловое состояние. В этой связи необходимо знать пороговые значения температур деталей ЦПГ, по крайней мере, в характерных точках.
Тепловое состояние деталей цилиндропоршневой группы принято анализировать по значениям температур в четырех характерных точках (см. рис.5.6).
Значения температур учитываются в них при производстве, испытаниях и доводке ДВС для оптимизации конструкций деталей, при выборе для двигателя моторного масла, в целом ряде решения других технических проблем.
Рис.5.6. Характерные точки цилиндра и поршня ДВС
при анализе их теплонапряжённости для дизельных (а) и бензиновых (б) двигателей
Итак, значения температур в характерных точках деталей цилиндропоршневой группы имеют некоторые критические уровни:
- Максимальное значение температур в точке 1 (в дизелях – на кромке камеры сгорания, в бензиновых двигателях – в центре донышка поршня) не должно превышать 350 0 С для всех серийно применяемых в двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок камер сгорания в дизелях или прогар поршня в бензиновых двигателях.
В практике автомобилестроения это критическое значение температуры удается повышать путем добавки в сплав кремния.
Недопущения превышения критических значений температур в этой точке, равно как и во всех объемах деталей двигателя внутреннего сгорания, обеспечивается также путем оптимизации их форм и грамотной организацией охлаждения.
Превышение температур деталей двигателя обычно является основным тормозом для форсирования их по мощности. По температурным уровням к тому же следует иметь определенный запас с учетом экстремальных условий эксплуатации.
- Критическое значение температур в точке 2 поршня (над верхним компрессионным кольцом) – 250-260 0 С (кратковременно до 290 0 С). При превышении этой величины все массовые моторные масла коксуются, что приводит к “залеганию” поршневых колец, потери их подвижности, в результате к существенному уменьшению компрессии, расходу масла со всеми вытекающими отсюда последствиями. Масляный кокс представляет собой некий симбиоз лака и нагара.
Если пропала компрессия, проверьте или герметичность клапанов газораспределительного механизма, или место прогара прокладки между головкой и блоком цилиндров, или цилиндропоршневую группу на предмет износа деталей или «залегания» колец. Последнее будет очевидным, если при заливке в цилиндры через отверстия для свечей или форсунок порции моторного масла (50-70г) компрессия увеличивается (масло загерметизирует зазоры). В настоящее время для «раскоксовывания» поршневых колец успешно применяют соответствующие автомобильные химические препараты, например из семейства «Аспект-модификатор».
- Предельное максимальное значение температуры точки 3 поршня (расположена симметрично по срезу головки поршня на внутренней его стороне) – 220 0 С. При больших температурах на внутренней поверхности поршня происходит интенсивное лакообразование. Лаковые отложения, в свою очередь, являются мощным тепловым барьером, препятствующим теплоотводу через масло. Это автоматически приводит к повышению температур во всем объеме поршня, а значит и на поверхности зеркала цилиндра.
- Максимально допустимое значение температур в точке 4 (на поверхности цилиндра, напротив места остановки верхнего компрессионного кольца (ВКК) в верхней мертвой точке) – 200 0 С. При его превышении масло разжижается, что приводит к потере стабильности образования масленой пленки на зеркале цилиндра, а значит будет происходить так называемое «сухое» трение колец по зеркалу. Это вызывает интенсификацию молекулярно-механического изнашивания деталей цилиндропоршневой группы.
На современных спортивных и ряде респектабельных автомобилей конструкцией предусмотрен постоянный анализ температуры в точке 4, расположенной в объеме цилиндра на глубине 1-1,2мм от зеркала. Это вполне оправдано, так как при начинающемся задире кольца значение температуры здесь резко поднимется, и практически мгновенно по показанию прибора на панели (или звуковому зуммеру) можно среагировать на эту неисправность, выключив двигатель, сохранив его от серьезного отказа. По показаниям датчика температуры охлаждающей жидкости у быстроходных двигателей сделать это невозможно.
В качестве датчиков температур обычно используются термопары или термосопротивления. Принцип измерения температур с использованием термопар основан на изменении силы тока в электрической цепи при нагревании спая различных металлов, например, хромель и копель, хромель и алюмель. У термосопротивлений при их нагревании изменяется сопротивление цепи. Эти сигналы преобразуются и регистрируются соответствующими приборами, в том числе на панели приборов, или координируют команды бортового микропроцессора.
Характер изнашивания цилиндров двигателя внутреннего сгорания весьма своеобразен. Внешний вид эпюры изнашивания показан на рис.5.7. В процессе эксплуатации на зеркале цилиндра, образуется характерный буртик в точке «А», напротив места остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке, который легко ощущается пальцем руки.
цилиндра объясняется, в частности, действием горячих
газов и нарушением стабильности масляной пленки при
пуске и прогреве двигателя, особенно в холодное время.
Именно на долю пусков и прогревов приходится до
60% от всего изнашивания деталей двигателей. Износ
во время пуска двигателя при температуре минус 18 0 С
приравнивается к износу за 210 км пробега автомобиля.
Другими словами, если правильно производить предпус-
ковую подготовку, пуск и прогрев двигателя, то можно
существенно повысить его ресурс (до 1,5 - 2 раз).
Вместе с тем в обстановке постоянного дефицита времени ждать не всегда удобно. Большинство автовладельцев сразу начинают движение в холодном режиме, лишь бы автомобиль ехал. Насколько это вредно? Ряд экспериментальных исследований, напротив, говорит о полезности такого метода прогрева: из-за более жесткого режима нагрузок двигатель прогревается существенно быстрее, и суммарный износ деталей в итоге меньше. Таким образом, сразу же после пуска двигателя надо начинать движение, но без максимальных нагрузок. Необходимо, как можно быстрее добиться, чтобы значение температуры охлаждающей жидкости достигло уровня 80 0 С. При этом двигатель прогревается существенно быстрее. Оказывается, что износ деталей двигателя при этом меньше, чем при предыдущем способе прогрева.
Для уменьшения времени прогрева используется ряд мероприятий. Это утеплительные чехлы решетки радиатора, жалюзи, отключающиеся вентиляторы системы охлаждения, уменьшение лопастей вентилятора охлаждения в зимнее время. Весьма полезен и предпусковой подогрев двигателей, но это тема других учебных курсов.
Для предотвращения перегрева охлаждающей жидкости, моторного масла и двигателя в целом в конструкции его предусмотрен термостат. Он обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через радиатор при высоких значениях ее температуры, т.е. циркуляцию по так называемому “большому кругу”. В этой связи не обосновано опасение, что при наличии термостата зимой есть вероятность размораживания радиатора. У термостата для обеспечения циркуляции необходимого количества жидкости через радиатор имеется специальное перепускное отверстие.
Вместе с тем удаление термостата из системы приводит к недопустимо завышенному времени прогрева двигателя, особенно зимой. Уже в начале работы открыт «большой круг» циркуляции жидкости, тогда как с термостатом «большой круг» до температуры жидкости 80 0 С лишь незначительно приоткрыт.
В настоящее время большинство транспортных средств России проектируются для условий эксплуатации в умеренной климатической зоне. Расчетное значение температур окружающего воздуха принимается в интервале от –45 0 С до +50 0 С. При завышенных или заниженных значениях температур окружающего воздуха условия работы агрегатов автомобилей жестче. В случае повышенных значений температур окружающего воздуха наблюдаются специфические отказы, вызванные ухудшением физико-механических свойств конструкционных автомобильных материалов. Однако эксплуатация автомобилей в жарком климате сопряжена с меньшими трудностями, чем в условиях пониженных температур. В этих зонах температурный режим деталей и прочих агрегатов двигателя значительно ниже оптимального. Например, при температуре окружающего воздуха ниже –30 0 С, температура масла в главной передаче не поднимается выше +20 0 С; при температуре окружающего воздуха ниже –40 0 С, температура масла там вообще не поднимается выше 0 0 С.
Таким образом, при обеспечении работы автомобильного двигателя в оптимальном тепловом режиме существенно продлевается срок его службы и экономится топливо. Весьма полезен предпусковой подогрев двигателя, утепление моторного отсека в зимнее время. При коротких остановках двигатель глушить не рекомендуется.
Материалы: http://www.nntu.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/posobie/s5_3.htm
- Максимальное значение температур в точке 1 (в дизелях – на кромке камеры сгорания, в бензиновых двигателях – в центре донышка поршня) не должно превышать 350 0 С для всех серийно применяемых в двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок камер сгорания в дизелях или прогар поршня в бензиновых двигателях.
3 ≫
-
Температура пламени (в процессе горения топлива) при работе двигателя достигает 2000-2500 град. Цельсия. В течение рабочего цикла средняя температура газов составляет порядка 800-900 град. Цельсия. Однако не вся теплота, которая выделяется при сгорании топлива, в дальнейшем трансформируется в полезную работу. В [табл. 1] показан тепловой баланс двигателей.
Табл. 1. Распределение теплоты при сгорании топлива в двигателе (в %).
Основная доля теплоты (до 22-47 %) идёт на нагрев деталей двигателя (цилиндры, поршни, блок-картер, коленчатый вал, клапаны и прочее). Поэтому при максимальной мощности двигателя температура блока и головки цилиндров достигает 150-250 град. Цельсия, головки поршней – 280-300 град. Цельсия, а выпускных клапанов – 660-900 град. Цельсия.
При чрезмерном нагреве двигателя происходит уменьшение зазоров в подвижных соединениях, из-за чего возможны следующие неисправности:
1) – заклинивание движущихся деталей;
2) – ухудшение смазывания деталей;
3) – ухудшение смазочных свойств масел, а также их пригорание;
4) – нарушение процессов смесеобразование и сгорания, которое выражается в снижении наполнения свежим зарядом воздуха цилиндров, преждевременным воспламенением рабочей смеси, детонацией и прочим. Также возрастают потери на трение, и снижается прочность металла.
Отрицательное влияние на экономичность работы двигателя и износ его деталей также оказывает и интенсивное охлаждение деталей, что может привести к конденсации водяных паров. Стекая со стенок цилиндра, часть конденсата попадает в масло, формируя соли органических кислот (в процессе взаимодействия с металлическими частицами). Данные соли не только плохо растворяются в масле, но и под воздействием высокой температуры выпадают в осадок, тем самым они загрязняют масло и нарушают работу смазочной системы. Вышеописанный процесс влечёт за собой снижение мощности двигателя, а также увеличение удельного расхода топлива. Из-за пониженного теплового режима двигателя тяжёлые фракции топлива и масла сгорают неполностью, а на деталях газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов (клапаны, поршни, камеры сгорания и прочие) происходит нагарообразование. Возможно зависание клапанов вследствие смолистых отложений, а также коксование поршневых колец в канавках поршня. Так, при температуре двигателя и охлаждающей жидкости в пределах 65-70 град. Цельсия вследствие ухудшения процесса сгорания происходит увеличение расхода топлива на 5-10%, а если тепловой режим более низкий, то перерасход может достигать 30-40%.
Следовательно, как чрезмерное понижение температуры, так и излишний нагрев деталей двигателя крайне нежелательны. Существует определённое оптимальное температурное состояние ДВС. Самый выгодный тепловой режим двигателя, при котором расход топлива и износ деталей минимальны, достигается при температуре охлаждающей жидкости порядка 85-90 град. Цельсия.
Искусственное охлаждение двигателя (то есть передача тепла от нагретых частей какой-либо жидкости (жидкостное охлаждение) либо непосредственно воздуху (воздушное охлаждение)) применяется с целью обеспечения и поддержания в заданных расчётных пределах вышеуказанного температурного состояния деталей двигателя, которые нагреваются вследствие сгорания топлива.
Система охлаждения представляет собой совокупность всех устройств, которые обеспечивают заданное температурное состояние двигателя.
Последние записи
В процессе мойки и заправки ДВС маслом в обязательном порядке следует исключить прямое попадание на генераторную установку струи масла и воды. Очистка реле-регулятора и генератора от грязи и пыли [. ]
Запрещено проверять исправность генераторной установки переменного тока посредством замыкания клемм «+», (В), (Д), (Ш), (О) перемычками на «массу» и между собой. При замыкании клеммы (Ш) на [. ]
Натяжение приводного ремня генератора проверяется по прогибу между шкивами генератора и вентилятора, который от усилия 40 Н для автомобилей ЗИЛ-130 и тракторов «Беларусь» должен составлять 10-14 [. ]
Портал о сельскохозяйственной технике, машинах и агрегатах
Материалы: http://xn----itbachmidudk6msa.xn--p1ai/usloviya-raboty-i-teplovoj-rezhim-dvigatelya.html