Система охлаждения ДВС с электроприводным насосом и его мощность

Размещено на http://www.allbest.ru/

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС С ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫМ НАСОСОМ И ЕГО МОЩНОСТЬ

С.А. АЛИЕВ, аспирант

Н.Г. ФАТАЛИЕВ, д-р техн. наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Дагестанский ГАУ имени М.М. Джамбулатова», г. Махачкала

Аннотация

В статье отмечаются недостатки системы охлаждения современных ДВС, в которых жидкостной насос приводится от коленчатого вала двигателя. Предлагается усовершенствованная конструкция системы охлаждения с индивидуальным электроприводным жидкостным насосом, обеспечивающая повышение КПД двигателя. Рассчитана мощность, затрачиваемая для привода жидкостного насоса от отдельного электромотора и разница при механическом приводе от коленчатого вала.

Ключевые слова: система охлаждения, жидкостный насос, привод, коленчатый вал, электропривод, мощность, КПД.

Annotation

In the article there are deficiencies in the system of cooling of modern internal combustion engines, in which the liquid pump is of a crankshaft of the engine. Offers advanced design of the cooling system with the individual электроприводным liquid pump, providing increase of efficiency of the engine.

Keywords: cooling system, liquid pump, drive, crank shaft, part-turn actuator.

На современных автомобильных двигателях электроника всё шире выполняет функции отдельных механизмов - электронные системы управления: топливоподачей; системой зажигания; антитоксичными устройствами; настройкой впускного трубопровода; фазами газораспределения и др.

Функции электроники постоянно расширяются и усложняются, что подтверждается рядом примеров из практики.

Первым из таких механизмов двигателя, получивший отдельный электромотор является вентилятор системы охлаждения двигателя. Проводится исследовательская и практическая работа по совмещению генератора со стартёром.

Активно ведутся экспериментальные исследования по переводу привода насоса системы охлаждения двигателя, с механического от коленчатого вала на отдельный, от электромотора. Электрический привод насоса системы охлаждения обладает рядом преимуществ перед механическим:

1. снижается мощность, забираемая от коленчатого вала двигателя;

2. уменьшается расход топлива;

3. создаются условия для регулирования частоты вращения вала насоса, следовательно, и напора жидкости в системе охлаждения в соответствии с режимами работы двигателя.

Известно, что двигатели внутреннего сгорания на автомобилях, работают на различных режимах (запуска, холостого хода, минимальных и средних нагрузках, максимальных нагрузках, а также резких изменениях нагрузок от минимальных до максимальных).

Во время пуска двигателя и на малых оборотах коленчатого вала при его прогревании до достижения температуры жидкости в системе охлаждения оптимальных значений нет необходимости в циркуляции охлаждающей жидкости в системе. Значит, на этом режиме отпадает необходимость в работе самого жидкостного насоса. Электродвигатель для привода жидкостного насоса позволяет включать и отключать его в зависимости от температурного режима системы охлаждения.

На автомобильных двигателях включение или отключение насоса системы охлаждения невозможно, так как его вал приводится во вращение от коленчатого вала с момента запуска двигателя. Следовательно, охлаждающая жидкость циркулирует в холостую по внешнему контуру системы охлаждения с помощью насоса, который забирает некоторую часть мощности с коленчатого вала двигателя.

На минимально устойчивых холостых оборотах, на остановках автомобиля и «пробках» для поддержания температурного режима необходима более интенсивная циркуляция охлаждающей жидкости в системе, т.е. ротор с крыльчаткой насоса должен работать на более высоких оборотах, чем на холостых. Это можно осуществить с помощью электроприводного насоса системы охлаждения и температурного датчика.

На средних и максимальных нагрузках двигателя, ротор с крыльчаткой жидкостного насоса должна постепенно увеличивать обороты для повышения напора охлаждающей жидкости в системе и обеспечения температурного режима. Однако на современных автомобильных двигателях происходит обратное. С увеличением нагрузки на двигатель (при движении на подъём, бездорожье и т. д.) обороты коленчатого вала уменьшаются, следовательно, будут уменьшаться и обороты ротора насоса системы охлаждения. В результате уменьшается напор и ухудшается циркуляция охлаждающей жидкости в системе.

То же происходит и при резких изменениях нагрузок от минимальных до максимальных. Эти недостатки тоже устраняются путём установки отдельного электродвигателя на насос системы охлаждения и температурного датчика.

На рис. 1 показана система жидкостного охлаждения ДВС с электроприводным насосом.

В автомобильных двигателях в качестве теплоносителя в жидкостных системах применяют воду или низкозамерзающие жидкости -- этиленгликолевые антифризы. Применяемые антифризы имеют высокий коэффициент объемного расширения, в связи с этим системы охлаждения оборудуют расширительными бачками. Кроме того, антифризы имеют меньшую теплопроводность, что снижает теплоотдачу и повышает температуру таких деталей, как поршни и гильзы цилиндров примерно на 15...20°С, при этом температура масла в поддоне картера повышается на 2О...25°С, а температура охлаждающей жидкости при выходе из двигателя на 5...7^оС выше, чем при охлаждении водой.

Чтобы увеличить отдачу теплоты, применяют, как правило, жидкостные системы охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости и одним или двумя способами регулирования теплового состояния двигателя. Одним из способов является распределение теплового потока жидкости в рубашке охлаждения блока цилиндров, другим -- изменение количества воздуха, проходящего через радиатор.

Максимальная температура теплоносителя в жидкостных системах охлаждения закрытого типа составляет 105...108°С, в системах охлаждения открытого типа -- 95...98°С. Емкость систем охлаждения (л) ориентировочно составляет: для легковых автомобилей -- (0,10...0,20)N_e, для грузовых -- (0,25...0,40) N_e.

Систему охлаждения рассчитывают, как правило, для работы двигателя при N_emax.

Проведём расчёт системы охлаждения с индивидуальным приводным насосом для двигателя автомобиля ВАЗ-2110 с N_emax = 57 кВт при п_е = 5600 об/мин.

Мощность, необходимая для привода жидкостного насоса определяется по формуле:

N_е = (1)

где G_ж - количество охлаждающей жидкости (воды), циркулирующей в системе охлаждения, определяется по формуле:

G_ж = ,(2)

где Q_охл - количество теплоты, отводимой от двигателя, определяется на основании его теплового баланса или из выражения

Q_охл = q·N_e = 1000·57 = 45 600 Дж/с,

где q -- количество отводимой теплоты, Дж/кВт·с, по опытным данным значения q для карбюраторных двигателей примерно 800...1 250 (принимаем q = 1000 Дж/кВт·с).

с_ж -- плотность жидкости (для воды принимаем с_ж = 1000кг/см³);

С_ж -- теплоемкость жидкости (для воды принимаем С_вод = 4187 Дж/кг·^оС);

Разность температуры жидкости на входе и выходе из радиатора

t _ж.вых - t_ж.вх = 5... 10 °С для радиаторов двигателей легковых автомобилей (принимаем равной 8 °С).

Тогда, подставляя соответствующие значения в формулу (2), получим:

G_ж = ,

Р_ж -- напор, создаваемый насосом (для расчетов можно принять Р_ж = 40...90 Н; принимаем Р_ж = 80 Н;

з_h = 0,6...0,7 -- гидравлический КПД насоса;

з_м = 0,7...0,9 -- механический КПД насоса;

з_н = 0,8...0,9 -- КПД подачи насоса.

Принимая средние значения коэффициентов, получим

з_h·з_м· з_н = 0,65·0,8·0,85 = 0,44.

Подставляя расчётные значения и справочные данные в формулу (1), получим:

электроприводной насос двигатель электромотор

N_е =

Следовательно, для привода жидкостного насоса предлагаемой системы охлаждения достаточно выбрать электродвигатель мощностью 0,3кВт.

Как известно для привода жидкостного насоса от коленчатого вала требуется около 0,5 … 0,6 кВт.

Отсюда видно, что для привода жидкостного насоса от отдельного электродвигателя более чем на 0,2 кВт сокращается энергия, забираемая от коленчатого вала.

Выводы. Из вышеизложенного следует, что для снижения потерь мощности на коленчатом валу и поддержания температурного режима в системе охлаждения на различных режимах работы двигателя, насос системы охлаждения необходимо приводить с помощью отдельного электродвигателя, как показано на рисунке. Это будет способствовать уменьшению энергия, забираемая от коленчатого вала. Кроме этого в системе охлаждения следует предусмотреть термостат с электронным управлением.

Список литературы

1. Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В.Н. Луканина, 2-еизд. М.: «Машиностроение», 2004.

2. Автотракторные двигатели / Под ред. М.С. Ховаха, 2-е изд. М.: Машиностроение», 1997.

3. Колчин А.И. «Расчёт автомобильных и тракторных двигателей» /Колчин А.И., Демидов В.П. 3-е изд. перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 2002.

4. Фаталиев Н.Г. и Алиев А.Я. Особенности системы охлаждения с электроприводным насосом // Материалы ІХ международной научно-практической конференции. 27.01-05.02. 2013г. Прага.

Размещено на Allbest.ru