Система охлаждения двигателя

Система
охлаждения двигателя служит для
поддержания нормального теплового
режима работы двигателей путем
интенсивного отвода тепла от горячих
деталей двигателя и передачи этого
тепла окружающей среде.

Отводимое
тепло состоит из части выделяющегося
в цилиндрах двигателя тепла, не
превращающейся в работу и не уносимой
с выхлопными газами, и из тепла работы
трения, возникающего при движении
деталей двигателя.

Большая
часть тепла отводится в окружающую
среду системой охлаждения, меньшая
часть – системой смазки и непосредственно
от наружных поверхностей двигателя.

Принудительный
отвод тепла необходим потому, что при
высоких температурах газов в цилиндрах
двигателя (во время процесса горения
1800–2400 °С, средняя температура газов за
рабочий цикл при полной нагрузке 600–1000
°С) естественная отдача тепла в окружающую
среду оказывается недостаточной.

Нарушение
правильного отвода тепла вызывает
ухудшение смазки трущихся поверхностей,
выгорание масла и перегрев деталей
двигателя. Последнее приводит к резкому
падению прочности материала деталей и
даже их обгоранию (например, выпускных
клапанов). При сильном перегреве двигателя
нормальные зазоры между его деталями
нарушаются, что обычно приводит к
повышенному износу, заеданию и даже
поломке. Перегрев двигателя вреден и
потому, что вызывает уменьшение
коэффициента наполнения, а в бензиновых
двигателях, кроме того, – детонационное
сгорание и самовоспламенение рабочей
смеси.

Чрезмерное
охлаждение двигателя также нежелательно,
так как оно влечет за собой конденсацию
частиц топлива на стенках цилиндров,
ухудшение смесеобразования и
воспламеняемости рабочей смеси,
уменьшение скорости ее сгорания и, как
следствие, уменьшение мощности и
экономичности двигателя.

Классификация
систем охлаждения

В
автомобильных и тракторных двигателях,
в зависимости от рабочего тела, применяют
системы жидкостного и воздушного охлаждения.
Наибольшее распространение получило
жидкостное охлаждение.

При
жидкостном охлаждении циркулирующая
в системе охлаждения двигателя жидкость
воспринимает тепло от стенок цилиндров
и камер сгорания и передает затем это
тепло при помощи радиатора окружающей
среде.

По
принципу отвода тепла в окружающую
среду системы охлаждения могут
быть замкнутыми и незамкнутыми
(проточными).

Жидкостные
системы охлаждения автотракторных
двигателей имеют замкнутую систему
охлаждения, т. е. постоянное количество
жидкости циркулирует в системе. В
проточной системе охлаждения нагретая
жидкость после прохождения через нее
выбрасывается в окружающую среду, а
новая забирается для подачи в двигатель.
Применение таких систем ограничивается
судовыми и стационарными двигателями.

Воздушные
системы охлаждения являются незамкнутыми.
Охлаждающий воздух после прохождения
через систему охлаждения выводится в
окружающую среду.

Классификация
систем охлаждения приведена на рис.
3.1.

По
способу осуществления циркуляции
жидкости системы охлаждения могут быть:

• принудительными, в
  которых циркуляция обеспечивается
  специальным насосом, расположенным на
  двигателе (или в силовой установке),
  или давлением, под которым жидкость
  подводится в силовую установку из
  внешней среды;

• термосифонными, в
  которых циркуляция жидкости происходит
  за счет разницы гравитационных сил,
  возникающих в результате различной
  плотности жидкости, нагретой около
  поверхностей деталей двигателя и
  охлаждаемой в охладителе;

• комбинированными,
  в которых наиболее нагретые детали
  (головки блоков цилиндров, поршни)
  охлаждаются принудительно, а блоки
  цилиндров – по термосифонному принципу.

Рис.
3.1. Классификация систем охлаждения

Системы
жидкостного охлаждения могут быть
открытыми и закрытыми.

Открытые
системы –
системы, сообщающиеся с окружающей
средой при помощи пароотводной трубки.

В
большинстве автомобильных и тракторных
двигателей в настоящее время
применяют закрытые
системы охлаждения,
т. е. системы, разобщенные от окружающей
среды установленным в пробке радиатора
паровоздушным клапаном.

Давление
и соответственно допустимая температура
охлаждающей жидкости (100–105 °С) в этих
системах выше, чем в открытых системах
(90–95 °С), вследствие чего разность между
температурами жидкости и просасываемого
через радиатор воздуха и теплоотдача
радиатора увеличиваются. Это позволяет
уменьшить размеры радиатора и затрату
мощности на привод вентилятора и водяного
насоса. В закрытых системах почти
отсутствует испарение воды через
пароотводный патрубок и закипание ее
при работе двигателя в высокогорных
условиях.

Жидкостная
система охлаждения

На
рис. 3.2 показана схема жидкостной системы
охлаждения с принудительной циркуляцией
охлаждающей жидкости.

Рубашка
охлаждения блока цилиндров 2 и
головки блока 3, радиатор
и патрубки через заливную горловину
заполнены охлаждающей жидкостью.
Жидкость омывает стенки цилиндров и
камер сгорания работающего двигателя
и, нагреваясь, охлаждает их. Центробежный
насос 1 нагнетает
жидкость в рубашку блока цилиндров, из
которой нагретая жидкость поступает в
рубашку головки блока и затем по верхнему
патрубку вытесняется в радиатор.
Охлажденная в радиаторе жидкость по
нижнему патрубку возвращается к насосу.

Рис.
3.2. Схема жидкостной системы охлаждения

Циркуляция
жидкости в зависимости от теплового
состояния двигателя изменяется с помощью
термостата 4. При
температуре охлаждающей жидкости ниже
70–75 °С основной клапан термостата
закрыт. В этом случае жидкость не
поступает в радиатор 5,
а циркулирует по малому контуру через
патрубок 6, что
способствует быстрому прогреву двигателя
до оптимального теплового режима. При
нагревании термочувствительного
элемента термостата до 70–75 °С основной
клапан термостата начинает открываться
и пропускать воду в радиатор, где она
охлаждается. Полностью термостат
открывается при 83–90 °С. С этого момента
вода циркулирует по радиаторному, т. е.
большому, контуру. Температурный режим
двигателя регулируется также с помощью
поворотныхжалюзей, путем изменения
воздушного потока, создаваемого
вентилятором 7 и
проходящего через радиатор.

В
последние годы наиболее эффективным и
рациональным способом автоматического
регулирования температурного режима
двигателя является изменение
производительности самого вентилятора.

Элементы
жидкостной системы

Термостат предназначен
для обеспечения автоматического
регулирования температуры охлаждающей
жидкости во время работы двигателя.

Для
быстрого прогрева двигателя при его
пуске устанавливают термостат в выходном
патрубке рубашки головки блока цилиндров.
Он поддерживает желательную температуру
охлажда-ющей жидкости путем изменения
интенсивности ее циркуляции через
радиатор.

На
рис. 3.3 представлен термостат сильфонного
типа. Он состоит из корпуса 2, гофрированного
цилиндра (сильфона), клапана 1 и
штока, соединяющего сильфон с
клапаном. Сильфон
изготовлен из тонкой латуни и заполнен
легкоиспаряющейся жидкостью (например,
эфиром или смесью этилового спирта и
воды). Расположенные в корпусе термостата
окна 3 в
зависимости от температуры охлаждающей
жидкости могут или оставаться открытыми,
или быть закрытыми клапанами.

При
температуре охлаждающей жидкости,
омывающей сильфон, ниже 70 °С клапан 1 закрыт,
а окна 3 открыты.
Вследствие этого охлаждающая жидкость
в радиатор не поступает, а циркулирует
внутри рубашки двигателя. При повышении
температуры охлаждающей жидкости выше
70 °С сильфон под давлением паров
испаряющейся в нем жидкости удлиняется
и начинает открывать клапан 1 и
постепенно прикрывать окна клапанами 3. При
температуре охлаждающей жидкости выше
80–85 °С клапан 1 полностью
открывается, окна же полностью закрываются,
вследствие чего вся охлаждающая жидкость
циркулирует через радиатор. В настоящее
время данный тип термостатов применяется
очень редко.

Рис.
3.3. Термостат сильфонного типа

Сейчас
в двигателях устанавливают термостаты,
в которых заслонка 1 открывается
при расширении твердого наполнителя –
церезина (рис. 3.4). Это вещество расширяется
при повышении температуры и открывает
заслонку 1,
обеспечивая поступление охлаждающей
жидкости в радиатор.

Рис.
3.4. Термостат с твердым наполнителем

Радиатор является
теплорассеивающим устройством,
предназначенным для передачи тепла
охлаждающей жидкости окружающему
воздуху.

Радиаторы
автомобильных и тракторных двигателей
состоят из верхнего и нижнего резервуаров,
соединенных между собой большим
количеством тонких трубок.

Для
усиления передачи тепла от охлаждающей
жидкости воздуху поток жидкости в
радиаторе направляют через ряд обдуваемых
воздухом узких трубок или каналов.
Радиаторы изготовляют из материалов,
хорошо проводящих и отдающих тепло
(латуни и алюминия).

В
зависимости от конструкции охлаждающей
решетки радиаторы делят на трубчатые,
пластинчатые и сотовые.

В
настоящее время наибольшее распространение
получили трубчатые
радиаторы.
Охлаждающая решетка таких радиаторов
(рис. 3.5а) состоит из вертикальных трубок
овального или круглого сечения, проходящих
через ряд тонких горизонтальных пластин
и припаянных к верхнему и нижнему
резервуарам радиатора. Наличие пластин
улучшает теплопередачу и повышает
жесткость радиатора. Трубки овального
(плоского) сечения предпочтительнее,
так как при одинаковом сечении струи
поверхность охлаждения их больше, чем
поверхность охлаждения круглых трубок;
кроме того, при замерзании воды в
радиаторе плоские трубки не разрываются,
а лишь изменяют форму поперечного
сечения.

а
б в

Рис.
3.5. Радиаторы

В пластинчатых
радиаторах охлаждающая
решетка (рис. 3.5б) устроена так, что
охлаждающая жидкость циркулирует в
пространстве, образованном
каждой парой спаянных между собой по
краям пластин. Верхние и нижние концы
пластин, кроме того, впаяны в отверстия
верхнего и нижнего резервуаров радиатора.
Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается
вентилятором через проходы между
спаянными пластинами. Для увеличения
поверхности охлаждения пластины обычно
выполняют волнистыми. Пластинчатые
радиаторы имеют большую охлаждающую
поверхность, чем трубчатые, но вследствие
ряда недостатков (быстрое загрязнение,
большое количество паяных швов,
необходимость более тщательного ухода)
применяются сравнительно редко.

Сотовый радиатор относится
к радиаторам с воздушными трубками
(рис. 3.5в). В решетке сотового радиатора
воздух проходит по горизонтальным,
круглого сечения трубкам, омываемым
снаружи водой или охлаждающей жидкостью.
Чтобы сделать возможной спайку концов
трубок, края их развальцовывают так,
что в сечении они имеют форму правильного
шестиугольника.

Достоинством
сотовых радиаторов является большая,
чем в радиаторах других типов, поверхность
охлаждения. Из-за ряда недостатков,
большинство из которых те же, что и у
пластинчатых радиаторов, сотовые
радиаторы в настоящее время встречаются
крайне редко.

В
пробке заливной горловины радиатора
установлен паровой клапан 2 и
воздушный клапан 1,
которые служат для поддержания давления
в заданных пределах (рис. 3.6).

Рис.
3.6. Пробка радиатора

Водяной
насос обеспечивает
циркуляцию охлаждающей жидкости в
системе. Как правило, в системах охлаждения
устанавливают малогабаритные
одноступенчатые центробежные насосы
низкого давления производительностью
до 13 м³/ч,
создающие давление 0.05–0.2 МПа. Такие
насосы конструктивно просты, надежны
и обеспечивают высокую производительность
(рис. 3.7).

Корпус
и крыльчатку насосов отливают из
магниевых, алюминиевых сплавов,
крыльчатку, кроме того, – из пластмасс.
В водяных насосах автомобильных
двигателей обыкновенно применяют
полузакрытые крыльчатки, т. е. крыльчатки
с одним диском.

Крыльчатки
центробежных водяных насосов часто
монтируют на одном валике с вентилятором.
В этом случае насос устанавливают в
верхней передней части двигателя,
приводится он в движение от коленчатого
вала при помощи клиноременной передачи.

Рис.
3.7. Водяной насос

Ременную
передачу можно применять и при установке
центробежного насоса отдельно от
вентилятора. В некоторых двигателях
грузовых автомобилей и тракторов привод
водяного насоса осуществляется от
коленчатого вала шестеренчатой передачей.
Вал центробежного водяного насоса
устанавливают обычно на подшипниках
качения и снабжают для уплотнения
рабочей поверхности простыми
или саморегулирующимися сальниками.

Вентилятор в
жидкостных системах охлаждения
устанавливают для создания искусственного
потока воздуха, проходящего через
радиатор. Вентиляторы автомобильных и
тракторных двигателей делят на два
типа: а) со штампованными из листовой
стали лопастями, прикрепленными к
ступице; б) с лопастями, которые отлиты
за одно целое со ступицей.

Число
лопастей вентилятора изменяется в
пределах четырех – шести. Увеличение
числа лопастей выше шести нецелесообразно,
так как производительность вентилятора
при этом увеличивается крайне
незначительно. Лопасти вентилятора
можно выполнять плоскими и выпуклыми.

Система охлаждения двигателя.

  Система охлаждения двигателя предназначена как все понимают для защиты двигателя от перегревов, которые пагубно влияют на его здоровье, а также для поддержания постоянной оптимальной рабочей температуры охлаждающей жидкости. Оптимальной
рабочей температурой принято считать диапазон 75-90 градусов по цельсию, так как именно в пределах этих температурных значений достигаются оптимальные тепловые зазоры между основными трущимися деталями двигателя.

Начнем с того, что упомянем о том, что системы охлаждения двигателей тоже бывают разными, я имею ввиду различия по принципу работы и устройству, а так же целесообразности применения каждой из этих систем в той или иной отрасли автомобилестроения. Речь идет о воздушном и жидкостном способах охлаждения моторов.
  Самым простым типом охлаждения двигателя является конечно же воздушный. Возьмем в качестве примера двигатель трактора Т-40. Что мы там увидим, да ничего сверхъестественного, все до безобразия просто: отдельный блок с мощным вентилятором, приводимым в движение ременной передачей от шкива коленвала с помощью специально выстроенного пути, во время работы направляет мощный поток воздуха на ребристые гильзы двигателя, ребристыми они сделаны как раз для лучшей теплоотдачи. Так же на пути того же воздушного потока установлен масляный радиатор для охлаждения масла. Такой способ называется принудительным воздушным, но как и везде тут есть свои недостатки: охлаждение лишь направленным потоком воздуха не может обеспечить постоянную температуру и она будет скакать то вверх то вниз, что не очень хорошо. Поэтому чтобы избежать клина двигателя при кратковременных перегревах на двигателях с принудительным воздушным охлаждением при конструировании были предусмотрены увеличенные тепловые зазоры между поршнем и гильзой, а также увеличенные тепловые зазоры поршневых колец.

  Еще в качестве примера двигатели с воздушным охлаждением в большом количестве применяются на мотоциклах, думаю многие смотря на мотоциклетный мотор вряд ли задумывались о системе его охлаждения. Там также применяется как принудительное воздушное охлаждение так и свободное. То есть двигатель ничем не охлаждается а тупо отдает свое тепло в атмосферу, а при движении охлаждается лишь встречным потоком воздуха. Представьте себе попасть на моторе с таким двиглом в пробку, его придется постоянно глушить чтобы он остыл, потом завести проехать пять метров и снова глушить чтоб не грелся во время ожидания. Большинство мотоциклетных моторов, как оппозитных так и простых, выполнены во многом из алюминия, во первых потому что он легкий, а во вторых обладает хорошей теплоотдачей. Сейчас же на современные мото-моторы инженеры стараются устанавливать именно жидкостную систему охлаждения, так как она более стабильна и менее подвержена риску перегрева. К слову, то что сейчас устанавливают на гоночные мотоциклы в качестве двигателя, вполне можно было бы установить в какой нибудь жигулятор, вместо родного мотора.

  Теперь рассмотрим жидкостную систему охлаждения двигателя на самом простом примере. Итак, основные составляющие жидкостной системы охлаждения:

• Радиатор — основной резервуар ОЖ системы охлаждения.
• Рубашка системы охлаждения двигателя — полости в блоке и ГБЦ двигателя, которые заполнены охлаждающей жидкостью.
• Термостат — небольшая деталька, необходимая для регулирования постоянной рабочей температуры двигателя.
• Помпа — или насос системы водяного охлаждения, необходима для обеспечения циркуляции ОЖ между радиатором и водяной рубашкой.
• Датчик температуры ОЖ — и так понятно.
• Система патрубков и шлангов — необходима для соединения радиатора и водяной рубашки блока двигателя.
• Расширительный бачок — нужен для устранения потерь ОЖ при её расширении или закипании.

  А сейчас попробуем понять как это всё работает. Основная часть охлаждающей жидкости находится в радиаторе, водяной рубашке и системе патрубков. Вся система охлаждения выстроена как замкнутый круг с помощью каналов в блоке и ГБЦ и соединено это все с радиатором. Водяная помпа, установленная на определенном отрезке круга охлаждения обеспечивает циркуляцию жидкости при работе двигателя. Помпа приводится в движение от коленвала, ременным или шестеренчатым приводом, и скорость вращения вала помпы напрямую зависит от оборотов коленвала двигателя. То есть, чем больше обороты двигателя, тем больше он нуждается в охлаждении, следовательно и помпа вращается быстрее, прогоняя и остужая большие объёмы охлаждающей жидкости нежели при спокойной работе двигателя.

  Жидкостная система охлаждения разделена на малый круг охлаждения и полный цикл. Нужно это для обеспечения более быстрого прогрева двигателя и поддержания рабочей температуры двигателя в холодные времена года. Малый круг обеспечивает охлаждение двигателя минуя радиатор. Достигается это благодаря использованию термостата, помогает быстрее прогреть двигатель. После того как двигатель прогрет, термостат открывается и охлаждение происходит уже по полному циклу, то есть охлаждающая жидкость уже проходит через радиатор.

  Профилактика и ремонт системы охлаждения двигателя. Здесь в принципе ничего сложного нет, нужно следить чтобы нигде ни чего не протекало и не мокрело, также следите за уровнем ОЖ в радиаторе и за её цветом. Допустим у вас залит красный антифриз, если вы вдруг заметили что он уже не красный а допустим оранжевый, это верный признак того, что он нуждается в замене. Помните что тосол и антифриз тоже не вечные, и нуждаются в замене хотя бы раз в два года. Но будьте внимательны, последнее время на ремонт попадают моторы, система охлаждения которых как будто работала на кислоте, алюминиевые детали сожраны изнутри, на чугуне огромные раковины, было несколько случаев когда в негодность приходил блок, я уверен что все это благодаря самопальному тосолу и антифризу, раньше, когда двигатели охлаждались обычной водой такого не было.

Как работает система охлаждения автомобиля?

Чтобы объяснить, как работает система охлаждения, необходимо сначала объяснить, что она делает. Все очень просто — система охлаждения автомобиля охлаждает двигатель. Но охлаждение этого двигателя может показаться гигантской задачей, особенно если учесть, сколько тепла вырабатывает автомобильный двигатель.

Подумай об этом. Двигатель небольшого автомобиля, движущегося по шоссе со скоростью 50 миль в час, будет производить примерно 4000 взрывов в минуту. Наряду со всем трением движущихся частей, нужно сконцентрировать много тепла в одном месте. Без эффективной системы охлаждения двигатель нагревался и переставал работать в течение нескольких минут.

Современная система охлаждения должна охлаждать автомобиль при температуре окружающего воздуха 115 градусов, а также сохранять тепло зимой в -25 градусов.

Два типа охлаждения

В автомобилях существует два типа систем охлаждения: одна охлаждается жидкостью, а другая охлаждается воздухом. Двигатели с воздушным охлаждением почти ушли в прошлое и были торговой маркой старых Volkswagen Beetle, а также Chevy Corvair.

В новых мотоциклах используется воздушное охлаждение, но в автомобилях охлаждение двигателя воздухом применяется очень редко. Следовательно, в оставшейся части статьи мы будем иметь дело исключительно с системами жидкостного охлаждения.

Что происходит внутри…

Система жидкостного охлаждения работает за счет непрерывного пропускания жидкости через каналы в блоке цилиндров. При помощи водяного насоса охлаждающая жидкость проталкивается через блок цилиндров. Проходя через эти каналы, раствор поглощает тепло двигателя.

После выхода из двигателя эта нагретая жидкость направляется к радиатору, где охлаждается потоком воздуха, поступающим через решетку радиатора автомобиля. Жидкость будет охлаждаться при прохождении через радиатор, снова возвращаясь к двигателю, чтобы забрать больше тепла двигателя и унести его

Между двигателем и радиатором находится термостат. Термостат регулирует то, что происходит с жидкостью в зависимости от температуры. Если температура жидкости падает ниже определенного уровня, раствор минует радиатор и вместо этого направляется обратно в блок двигателя.

Охлаждающая жидкость будет продолжать циркулировать до тех пор, пока не достигнет определенной температуры и не откроет клапан на термостате, позволяя ей снова пройти через радиатор для охлаждения.

Из-за сильного перегрева двигателя кажется, что охлаждающая жидкость может легко достичь точки кипения. Тем не менее, система находится под давлением, чтобы предотвратить подобное происшествие. Когда система находится под давлением, охлаждающей жидкости намного труднее достичь точки кипения.

Однако иногда давление возрастает, и его необходимо сбросить, прежде чем оно разрушит шланг или прокладку. Крышка радиатора сбрасывает избыточное давление и жидкость, сохраняя ее в резервном бачке. После того, как жидкость в резервном баке остынет до приемлемой температуры, она возвращается в систему охлаждения для повторной циркуляции.

Убийственный охлаждающий агент: антифриз

Антифриз является неотъемлемой частью системы охлаждения. Состоящий из этиленгликоля антифриз выдерживает температуру в десятки градусов ниже нуля, при этом без закипания выдерживает температуру двигателя, превышающую 250 градусов.

Для большинства климатических условий смесь 50 % антифриза и 50 % воды является лучшей охлаждающей жидкостью. Если температура намного ниже нуля, лучше всего подойдет смесь из 75% антифриза и 25% воды, но такой процент концентрации является исключением, а не нормой.

Также важно отметить, что антифриз очень ядовит как для животных, так и для людей. Очень важно держать его подальше от животных, потому что их привлекает сладкий вкус жидкости, и они охотно ее пьют. При попадании в организм этиленгликоль образует кристаллы оксалата кальция, которые могут вызвать почечную недостаточность с последующей смертью.

Итак, не пытаясь звучать как голос мрака и обреченности, пожалуйста, будьте осторожны с антифризом и немедленно вытирайте любые капли или капли.

Систему охлаждения можно обслуживать, полностью слив старую охлаждающую жидкость и заменив ее свежим раствором. Промывка под давлением, которую должны выполнять профессионалы, удалит водную накипь вместе с остатками старой охлаждающей жидкости или осадка.

Когда система полностью промывается в одном направлении, механик часто дает ей обратную промывку, идущую в направлении, противоположном нормальному потоку жидкости. После того, как обратная промывка отработала, устанавливается новый термостат, и система снова заполняется свежим охлаждающим раствором.

Заправленная, очищенная от накипи и очищенная система снова готова к работе по охлаждению двигателя.

Системы охлаждения и техническое обслуживание поршневых авиационных двигателей

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловую машину, преобразующую химическую энергию топлива в механическую энергию на коленчатом валу. Однако это не происходит без некоторой потери энергии, и даже самые эффективные авиационные двигатели могут терять от 60 до 70 процентов исходной энергии топлива. Если большая часть этого отработанного тепла не будет быстро удалена, цилиндры могут стать достаточно горячими, чтобы вызвать полный отказ двигателя. Избыточное тепло нежелательно в любом двигателе внутреннего сгорания по трем основным причинам:

1. Влияет на процесс сгорания топлива/воздушного заряда.
2. Ослабляет и сокращает срок службы деталей двигателя.
3. Ухудшает смазку.

Если температура внутри цилиндра двигателя слишком высока, топливно-воздушная смесь предварительно нагревается, и сгорание происходит раньше желаемого времени. Поскольку преждевременное сгорание вызывает детонацию, детонацию и другие нежелательные явления, должен быть способ устранить тепло до того, как оно вызовет повреждение.

Один галлон авиационного бензина имеет достаточную теплотворную способность, чтобы вскипятить 75 галлонов воды; таким образом, легко увидеть, что двигатель, сжигающий 4 галлона топлива в минуту, выделяет огромное количество тепла. Около четверти выделяемого тепла превращается в полезную мощность. Остальное тепло должно рассеиваться, чтобы оно не разрушало двигатель. В типичной силовой установке самолета половина тепла уходит с выхлопом, а другая часть поглощается двигателем. Циркуляционное масло забирает часть этого впитавшегося тепла и передает его воздушному потоку через масляный радиатор. Об остальном позаботится система охлаждения двигателя. Охлаждение — это передача избыточного тепла от цилиндров воздуху, но это нечто большее, чем просто размещение цилиндров в воздушном потоке. Цилиндр на большом двигателе размером примерно с галлоновый кувшин. Однако его внешняя поверхность увеличена за счет использования охлаждающих ребер, так что для охлаждающего воздуха он представляет собой внешнюю поверхность размером с бочку. Такое расположение увеличивает теплопередачу излучением. Если слишком большая часть охлаждающего ребра сломана, цилиндр не может охлаждаться должным образом, и образуется точка перегрева. Поэтому цилиндры обычно заменяют, если отсутствует определенное количество квадратных дюймов ребер.

Кожух и перегородки предназначены для подачи воздуха через ребра охлаждения цилиндра. [Рисунок 2] Дефлекторы направляют воздух вокруг цилиндров и предотвращают образование горячих луж застоявшегося воздуха, в то время как основные потоки проходят мимо неиспользованными. В перегородки встроены нагнетательные трубки для направления струй охлаждающего воздуха на колена задних свечей зажигания каждого цилиндра для предотвращения перегрева проводов зажигания.

Двигатель может иметь слишком низкую рабочую температуру. По тем же причинам, по которым двигатель прогревается перед взлетом, он остается теплым во время полета. Испарение и распределение топлива, а также циркуляция масла зависят от оптимальной рабочей температуры двигателя. Двигатель самолета имеет регуляторы температуры, которые регулируют циркуляцию воздуха над двигателем. Если не будут предусмотрены некоторые элементы управления, двигатель может перегреться на взлете и переохладиться на большой высоте, на высокой скорости и при снижении мощности.

Наиболее распространенным средством управления охлаждением является использование заслонок капота. [Рисунок 3] Эти закрылки открываются и закрываются с помощью домкратов с электродвигателем, гидравлических приводов или вручную на некоторых легких самолетах. При выдвижении для улучшения охлаждения створки капота создают сопротивление и жертвуют обтекаемостью ради дополнительного охлаждения. При взлете створки капота открываются ровно настолько, чтобы температура двигателя оставалась ниже красной отметки. Допускается нагрев выше нормального диапазона, чтобы сопротивление было как можно меньше. Во время наземных операций створки капота должны быть широко открыты, так как лобовое сопротивление не имеет значения, а охлаждение необходимо установить на максимум. Створки капота используются в основном на старых самолетах и ​​радиальных двигателях.

В некоторых самолетах используются усилители для обеспечения дополнительного потока охлаждающего воздуха. [Рис. 4] Каждая гондола имеет две пары труб, идущих от моторного отсека к задней части гондолы. Выхлопные коллекторы подают выхлопные газы во внутренние аугменторные трубки. Выхлопной газ смешивается с воздухом, прошедшим над двигателем, и нагревает его, образуя струйный выхлоп с высокой температурой и низким давлением. Эта область низкого давления в аугменторах привлекает дополнительный охлаждающий воздух к двигателю. Воздух, поступающий во внешние оболочки аугменторов, нагревается за счет контакта с трубками аугменторов, но не загрязняется выхлопными газами. Нагретый воздух из корпуса поступает в систему обогрева, оттаивания и защиты от обледенения салона.

Augmentor использует скорость выхлопных газов, чтобы создать поток воздуха над двигателем, поэтому охлаждение не полностью зависит от промывки винта. Лопасти, установленные в аугменторах, контролируют объем воздуха. Эти лопасти обычно оставляют в заднем положении, чтобы обеспечить максимальный поток. Их можно закрыть, чтобы увеличить обогрев кабины или использовать для защиты от обледенения, или для предотвращения слишком сильного охлаждения двигателя во время спуска с высоты. В дополнение к усилителям некоторые самолеты имеют двери остаточного тепла или створки гондолы, которые используются в основном для отвода оставшегося тепла после выключения двигателя. Створки гондолы можно открыть для большего охлаждения, чем обеспечивают аугментаторы. Модифицированная форма ранее описанной системы охлаждения аугментора используется на некоторых легких самолетах. [Рисунок 5] Системы Augmentor мало используются на современных самолетах.

Как показано на рис. вертушка пропеллера. Напорная камера герметизирована в верхней части двигателя перегородками, правильно направляющими поток охлаждающего воздуха ко всем частям моторного отсека. Теплый воздух всасывается из нижней части моторного отсека за счет нагнетания выхлопных газов через выхлопные эжекторы. Этот тип системы охлаждения исключает использование управляемых створок капота и обеспечивает адекватное охлаждение двигателя на всех рабочих скоростях.

Техническое обслуживание системы охлаждения поршневого двигателя

Система охлаждения двигателя большинства поршневых двигателей обычно состоит из капота двигателя, дефлекторов цилиндров, ребер цилиндра, а в некоторых из них используются створки капота. В дополнение к этим основным единицам существуют также некоторые системы индикации температуры, такие как температура головки блока цилиндров, температура масла и температура выхлопных газов.

Капот выполняет две функции:

1. Обтекает громоздкий двигатель, уменьшая лобовое сопротивление.
2. Образует оболочку вокруг двигателя, которая заставляет воздух проходить вокруг и между цилиндрами, поглощая тепло, рассеиваемое ребрами цилиндра.

Основания цилиндров представляют собой металлические экраны, спроектированные и расположенные так, чтобы поток воздуха равномерно направлялся вокруг всех цилиндров. Такое равномерное распределение воздуха помогает предотвратить чрезмерное нагревание одного или нескольких цилиндров по сравнению с другими. Ребра цилиндра излучают тепло от стенок и головок цилиндров. Когда воздух проходит над ребрами, он поглощает это тепло, уносит его от цилиндра и выбрасывается за борт через нижнюю заднюю часть капота.

Управляемые створки капота позволяют уменьшить или увеличить выходную площадь в задней части капота двигателя. [Рисунок 6] Закрытие створок капота уменьшает площадь выхода, что эффективно уменьшает количество воздуха, которое может циркулировать над ребрами цилиндра. Уменьшенный поток воздуха не может отводить столько тепла; следовательно, существует тенденция к повышению температуры двигателя. Открытие створок капота увеличивает площадь выхода. Поток охлаждающего воздуха на цилиндры увеличивается, поглощая больше тепла, и температура двигателя имеет тенденцию к снижению. Надлежащий осмотр и техническое обслуживание системы охлаждения двигателя способствует эффективной и экономичной работе двигателя в целом.

Рисунок 6. Створки капота малого самолета охлаждение. Остальной воздух проходит через кожух снаружи. Следовательно, внешняя форма кожуха должна быть сглажена таким образом, чтобы воздух мог беспрепятственно обтекать кожух с минимальной потерей энергии. Капот двигателя, обсуждаемый в этом разделе, является типичным для многих радиальных или горизонтально оппозитных двигателей. Все системы охлаждения работают одинаково, с небольшими техническими изменениями, разработанными для конкретных установок. Капот изготавливается съемными секциями, количество зависит от марки и модели самолета. Установка, показанная на рис. 7, состоит из двух секций, которые соединяются вместе при установке. Рис. 7. Дифференциальное воздушное охлаждение Панели кожуха, изготовленные из листового алюминия или композитного материала, имеют гладкую внешнюю поверхность, обеспечивающую беспрепятственный поток воздуха над кожухом. Внутренняя конструкция предназначена для придания прочности панели и, кроме того, для обеспечения гнезд для защелок, опоры капота и воздухозаборника двигателя. Воздушное уплотнение изготовлено из резины и крепится болтами к металлическому ребру, приклепанному к панели капота. [Рисунок 7] Это уплотнение, как следует из названия, герметизирует воздух в секции двигателя, предотвращая выход воздуха вдоль внутренней поверхности панели без циркуляции вокруг цилиндров. Воздушное уплотнение двигателя должно использоваться на двигателях, которые имеют полную систему дефлекторов цилиндров, которая закрывает головки цилиндров. Его цель состоит в том, чтобы заставить воздух циркулировать вокруг и через систему перегородок. Осматривайте панели капота во время каждой регулярной проверки двигателя и самолета. Снятие капота для технического обслуживания дает возможность более частого осмотра капота. Осмотрите панели капота на наличие царапин, вмятин и разрывов на панелях. Этот тип повреждения вызывает ослабление конструкции панели, увеличивает аэродинамическое сопротивление за счет нарушения воздушного потока и способствует возникновению коррозии. Защелки панели капота следует осмотреть на наличие вытянутых заклепок и ослабленных или поврежденных ручек. Необходимо осмотреть внутреннюю конструкцию панели, чтобы убедиться, что ребра жесткости не треснуты, а воздушное уплотнение не повреждено. Петли люка капота, если они есть, и крепления петель люка капота должны быть проверены на надежность крепления, а также на наличие разрывов или трещин. Эти осмотры являются визуальными проверками и должны выполняться часто, чтобы убедиться, что капот исправен и способствует эффективному охлаждению двигателя. Осмотр ребра охлаждения цилиндра двигателя Ребра охлаждения имеют первостепенное значение для системы охлаждения, поскольку они обеспечивают передачу тепла от цилиндра воздуху. Их состояние может означать разницу между адекватным или неадекватным охлаждением цилиндра. Ребра проверяются при каждом регулярном осмотре. Площадь плавника — это общая площадь (обе стороны плавника), открытая для воздуха. При осмотре ребра должны быть осмотрены на наличие трещин и изломов. [Рис. 8] Небольшие трещины не являются основанием для снятия цилиндра. Эти трещины можно заполнить или даже иногда засверлить, чтобы предотвратить дальнейшее растрескивание. Неровные или острые углы на ребрах можно сгладить напильником, и это действие устраняет возможный источник новых трещин. Однако перед изменением профиля ребер охлаждения цилиндров ознакомьтесь с допустимыми пределами в руководстве по обслуживанию или капитальному ремонту производителя. Рис. 8. Головка блока цилиндров и ребра Определение площади ребер становится важным при проверке ребер на предмет поломок. Это является определяющим фактором для принятия или удаления баллона. Например, на определенном двигателе, если длина любого ребра, измеренного у его основания, превышает 12 дюймов в длину, или если общая площадь сломанных ребер на любой одной головке цилиндров превышает 83 квадратных дюйма, цилиндр снимается и заменяется. Причина удаления в этом случае заключается в том, что область такого размера может вызвать горячую точку на цилиндре; так как может происходить очень небольшая теплопередача. Если соседние ребра сломаны в одном и том же месте, общая допустимая длина поломки составляет шесть дюймов на любых двух соседних ребрах, четыре дюйма на любых трех соседних ребрах, два дюйма на любых четырех соседних ребрах и один дюйм на любых пяти соседних ребрах. плавники Если длина разрыва в соседних ребрах превышает указанную величину, цилиндр следует снять и заменить. Эти характеристики поломки применимы только к двигателю, используемому в данном обсуждении в качестве типичного примера. В каждом конкретном случае следует обращаться к применимым инструкциям производителя. Осмотр дефлектора цилиндра и дефлекторной системы В поршневых двигателях используются некоторые типы межцилиндровых дефлекторов и дефлекторов головки цилиндров, чтобы обеспечить тесный контакт охлаждающего воздуха со всеми частями цилиндров. На рис. 2 показана система перегородки и дефлектора вокруг цилиндра. Дефлектор блокирует поток воздуха и заставляет его циркулировать между цилиндром и дефлекторами. На рис. 9 показана перегородка и дефлектор, предназначенные для охлаждения головки блока цилиндров. Дефлектор препятствует выходу воздуха из головки блока цилиндров и заставляет его проходить между головкой и дефлектором. Хотя сопротивление, оказываемое перегородками прохождению охлаждающего воздуха, требует, чтобы на двигателе поддерживался значительный перепад давления для получения необходимого воздушного потока, требуемый объем охлаждающего воздуха значительно уменьшается за счет использования правильно спроектированных и расположенных дефлекторов цилиндров. Рис. 9. Дефлектор головки блока цилиндров и дефлекторная система Как показано на рис. 7, воздушный поток приближается к гондоле и создает высокое давление в верхней части двигателя. верх цилиндров. Это скопление воздуха снижает скорость воздуха. Выходное отверстие в нижней задней части капота создает зону низкого давления. Когда воздух приближается к выходу из кожуха, он снова ускоряется и плавно сливается с воздушным потоком. Перепад давления между верхней и нижней частью двигателя заставляет воздух проходить через цилиндры через каналы, образованные дефлекторами. Перегородки и дефлекторы обычно проверяются во время регулярного осмотра двигателя, но их следует проверять каждый раз, когда капот снимается для какой-либо цели. Необходимо проверить на наличие трещин, вмятин или ослабленных прижимных шпилек. Трещины или вмятины, если они достаточно серьезные, потребуют ремонта или удаления и замены этих узлов. Однако только что начавшуюся трещину можно засверлить, а вмятины можно выправить, что позволит продолжить обслуживание этих перегородок и дефлекторов. Системы индикации температуры баллона Эта система обычно состоит из индикатора, электропроводки и термопары. Проводка находится между прибором и брандмауэром гондолы. В брандмауэре один конец вывода термопары соединяется с электропроводкой, а другой конец вывода термопары соединяется с цилиндром. Термопара состоит из двух разнородных металлов, обычно из константана и железа, соединенных проводкой с системой индикации. Если температура соединения отличается от температуры соединения разнородных металлов с проводами, возникает напряжение. Это напряжение посылает ток по проводам к индикатору, прибору для измерения тока, отградуированному в градусах. Конец термопары, который соединяется с цилиндром, имеет байонетное соединение или прокладку. Для установки байонетного типа гайку с накаткой нажимают вниз и поворачивают по часовой стрелке до упора. [Рис. 10] При снятии этого типа гайка нажимается и поворачивается против часовой стрелки, пока не будет снята. Тип прокладки подходит под свечу зажигания и заменяет обычную прокладку свечи зажигания. [Рисунок 11] При установке провода термопары не отрезайте провод, потому что он слишком длинный, а смотайте и завяжите лишнюю длину. Термопара предназначена для создания заданного сопротивления. При уменьшении длины провода показания температуры будут неправильными. Штык или прокладку термопары вставляют или устанавливают на самый горячий цилиндр двигателя, определяемый при испытании блока. Когда термопара установлена ​​и проводка подключена к прибору, отображаемое показание является температурой цилиндра. Перед эксплуатацией двигателя, при температуре окружающего воздуха, указатель температуры головки блока цилиндров показывает температуру наружного воздуха; это один из тестов для определения того, что прибор работает правильно. Защитное стекло указателя температуры головки блока цилиндров следует регулярно проверять, чтобы убедиться, что оно не соскользнуло и не треснуло. Защитное стекло следует проверить на наличие признаков отсутствия или повреждения наклеек, указывающих на температурные ограничения. Если выводы термопары были слишком длинными, и их приходилось сматывать и связывать, необходимо проверить стяжку на предмет надежности или перетирания провода. Байонет или прокладку следует осмотреть на предмет чистоты и надежности крепления. При работе двигателя следует проверить все электрические соединения, если указатель температуры головки блока цилиндров колеблется. Рисунок 10. ДОПОЛНЕНИЕ ТИПА ШАУНЕТА CHT Рисунок 11.KET TIP Индикатор температуры газа состоит из термопары, размещенной в потоке выхлопных газов сразу после отверстия цилиндра. [Рис. 12] Затем он подключается к прибору на приборной панели. Это позволяет регулировать состав смеси, что оказывает большое влияние на температуру двигателя.