Kylsystemet för en förbränningsmotor är en uppsättning enheter som tillhandahåller tillförsel av ett kylmedium till de uppvärmda delarna av motorn och avlägsnande av överskottsvärme från dem till atmosfären, vilket bör ge den högsta graden av kylning och förmåga att upprätthålla motorns termiska tillstånd inom de erforderliga gränserna under olika lägen och driftsförhållanden.
Under förbränningen av arbetsblandningen når temperaturen i cylindern 2000 ° C eller mer. Kylsystemet är utformat för att bibehålla det optimala termiska tillståndet för motorn inom 80-90°C. Stark uppvärmning kan orsaka brott mot normala driftsavstånd och som ett resultat ökat slitage, fastklämning och brott på delar, såväl som en minskning av motoreffekten , på grund av försämring av fyllningen av cylindrarna med en brännbar blandning, självantändning och detonation . För att säkerställa motorns normala funktion är det nödvändigt att kyla delarna i kontakt med heta gaser, ta bort värme från dem till atmosfären direkt eller med hjälp av en mellankropp (vatten, lågfrysande vätska ). Med alltför stark kylning kondenserar arbetsblandningen , som faller på cylinderns kalla väggar , och flyter in i motorns vevhus , där den späder ut motoroljan. Som en konsekvens reduceras motoreffekten och slitaget ökar. När temperaturen sjunker tjocknar oljan. Detta är anledningen till att oljan tillförs cylindrarna sämre och bränsleförbrukningen ökar, effekten minskar . Därför måste kylsystemet begränsa temperaturgränserna, vilket ger de bästa driftsförhållandena för motorn.
Kylsystemet, förutom huvudfunktionen för motorkylning, utför ett antal andra funktioner, som inkluderar:
Det finns tre typer av kylsystem för förbränningsmotorer: luft , vätska och hybrid .
Luftkylning kan vara naturlig eller forcerad. Naturlig luftkylning är den enklaste formen av kylning. Värme från en motor med ett sådant kylsystem överförs till miljön genom de utvecklade fenorna på cylindrarnas yttre yta. Nackdelen med systemet är att det, på grund av luftens låga värmekapacitet, inte tillåter att en stor mängd värme likformigt avlägsnas från motorn och följaktligen att skapa kompakta kraftfulla kraftverk. Ojämn blåsning kräver ytterligare åtgärder för att eliminera lokal överhettning - mer utvecklade fenor i den aerodynamiska skuggan, cirkulationen av mer uppvärmda avgaskanaler framåt längs flödet och kalla inloppskanaler - bakåt, etc. Naturlig luftkylning är vanlig på motorer av lätt mycket mobil utrustning: motorcyklar , mopeder , flygplan och bilmodeller . Med en systematisk ökning av forceringen av motorcykelmotorer på de mest avancerade modellerna ger luftkylning plats för vätskekylning. På grund av den lilla massan användes naturlig luftkylning i stor utsträckning även på kolvflygplansmotorer, där propellerbladens kolv, som var nära cylindriska och hade låg periferihastighet, praktiskt taget inte fungerade som fläkt, men hastigheten på flödet på flygplanet var i sig mycket högt.
Stationära eller täta motorer är utrustade med ett forcerat luftkylningssystem . I dem skapas med hjälp av en fläkt ett luftflöde som blåser över kylflänsarna. Fläkten och lamellytorna är vanligtvis täckta med ett styrhölje. Fördelarna med en sådan motor liknar naturligt kylda motorer: enkel design, låg vikt, ingen kylvätska. Men sådana motorer kännetecknas av ökat buller under drift, stora dimensioner. Dessutom, vid konstruktion av sådana motorer, uppstår problem med kylningen av enskilda element i motorstrukturen på grund av ojämnt luftflöde. På personbilar tillverkade i Europa användes luftkylning flitigt på 1950- och 1970-talen. Det är mestadels småbilar som Volkswagen Kafer , Fiat 500 , Citroën 2CV ; representanten Tatra 613 skiljer sig åt . I Sovjetunionen var den mest kända luftkylda bilen Zaporozhets . Lastbilar med luftkylda dieselmotorer tillverkades (till exempel var lastbilar under varumärket Tatra från det ögonblick de lanserades till början av 2010 utrustade uteslutande med sådana motorer). Luftkylda motorer har många traktorer (ibland tunga, till exempel T-330 ; oftare små, från vanliga traktorer med jordbearbetning till minitraktorer på små privata gårdar), som kännetecknas av motordrift i stadigt tillstånd och specifika krav för enkel underhåll. För närvarande (2015-talet) används forcerad luftkylning på de flesta skotrar , motoriserade verktyg ( motorsågar , gräsklippare , etc.), motorer av små generatorset , motoblock och andra självgående och stationära små jordbruks- och nyttofordon. För de senare är enhetliga rader av enkla en-tvåcylindriga luftkylda motorer mycket vanliga, samma för olika tillverkare ( Briggs & Stratton , Honda , Subaru , kinesiska), i form av ett kompakt färdigt block monterat på ett horisontellt plan.
Kylsystem klassificeras efter hur kylvätskan används i systemet.
Stängt - i sådana system cirkulerar kylvätskan genom en tätad krets, värms upp från en värmekälla (värmare) och kyler i en kylkrets (kylare). Beroende på systemets design kan kylvätskan koka eller avdunsta helt och kondensera igen i kylaren. Öppet - i öppna (flöde) system tillförs kylvätskan utifrån, värms upp vid värmekällan och skickas till den yttre miljön. I det här fallet spelar den rollen som en kylare, ger den nödvändiga volymen kylvätska vid den erforderliga temperaturen vid inloppet och tar emot den uppvärmda vätskan vid utloppet. Öppna - system där värmaren placeras i en viss volym kylvätska, och som är innesluten i en kylare, om detta medges av konstruktionen. Till exempel används ett öppet system med olja som värmebärare för att kyla kraftfulla elektriska transformatorer.
"Rent flytande" kylsystem omfattar endast öppna kylsystem för flod- och havsfartyg, där havsvatten används för kylning. I vissa stationära motorer från tidigt 1900-tal kunde det inte finnas någon kylare, istället fanns det en stor expansionstank - dels försvann värmen på grund av avdunstning av vatten, dels genom tankens väggar, dels på grund av den stora volym vatten som inte hann värmas upp tillräckligt under motorns gång.
Slutet system (hybridtyp)Typen kombinerar ovanstående system: värme avlägsnas från cylindrarna med vätska, varefter den, på ett avstånd från den värmebelastade delen av motorn, kyls i radiatorer med luft. Cylindrarnas inre och yttre delar upplever olika uppvärmning och är vanligtvis gjorda av separata delar:
Utrymmet mellan dem kallas krage, i en vattenkyld motor cirkulerar kylvätska här.
Kylsystemet består av en cylinderblockskylmantel , ett cylinderhuvud , en eller flera radiatorer , en radiatordriven kylfläkt , en vätskepump , en termostat, en expansionstank, anslutningsrör och en temperaturgivare. Denna typ används på alla moderna bilar. Kylvätskan pumpas av en pump genom motorns kylmantel, tar värme från den och kyler sedan av sig själv i kylaren . I detta system finns det två cirklar av vätskecirkulation - stor och liten. En stor cirkel består av en motorkylmantel, en vattenpump, radiatorer (inklusive en kupévärmare) och en termostat. Den lilla cirkeln innehåller en motorkylmantel, en vattenpump, en termostat (ibland ingår kupévärmarens radiator i den lilla cirkeln). Justering av mängden vätska mellan cirkulationen av vätskecirkulationen utförs av en termostat . Den lilla kylcirkeln är utformad för att snabbt introducera motorn i en effektiv termisk regim. I det här fallet kyls kylvätskan faktiskt inte, eftersom den inte passerar genom kylaren. Så snart den värms upp till den optimala temperaturen öppnas termostaten och kylvätskan börjar också cirkulera genom kylaren, där den kyls direkt av det mötande luftflödet (och vid ett långt stopp, tvingad av en fläkt ). Samtidigt, ju mer kylvätskan värms upp, desto mer öppnar termostaten och desto mer kyler vätskan i kylaren. Detta är principen för att bibehålla den optimala motortemperaturen på 85-90 °C.
Ett mycket farligt fenomen är motoröverhettning ( motorkokning ) . I det här fallet kokar kylvätskan bokstavligen i kylmanteln, vilket mycket ofta leder till allvarliga konsekvenser och kostsamma reparationer. För att förhindra överhettning av motorn är det logiskt att använda vätskor med hög kokpunkt, men det visade sig vara enklast att hålla hela systemet under ett visst övertryck (ca 1,1 atm), vid vilket kylvätskans kokpunkt stiger (cirka 110 ° C och 120 ° C för vatten respektive frostskyddsmedel). Dessutom, när kylvätsketemperaturen överstiger 105 °C, tvingas kylaren att blåsa av fläkten.
Huvuddelarna av ett vätskekylsystemI vätskekylsystem för kolvmotorer i land- och luftfordon, såväl som stationära installationer, cirkulerar kylvätskan i ett slutet kretslopp och värmen avleds till miljön med hjälp av en luftblåst kylare.
Huvuddelarna av vätskekylsystemet:
Kolvflygplan använder också motorer där cylindrarna kyls direkt av den inkommande luften, och cylinderhuvudena kyls med hjälp av ett vätskekylningssystem. Denna lösning gör det möjligt att minska vikten på motorn och samtidigt mer effektivt kyla cylinderhuvudena, som är de mest värmebelastade delarna av motorn.
Förutom huvudkylsystemet använder motorer med stor kapacitet (på lastbilar och diesellokomotiv ), såväl som luftkylda motorer, oljekylning. Oljekylning är också nödvändig eftersom den går till friktionspar - de känsligaste för överhettade platser i motorn. Oljan kan kylas med kylvätska eller med omgivande luft från en separat kylare.
Det finns också en underart av kylsystemet som kallas ett evaporativt kylsystem . Dess huvudsakliga skillnad från konventionella vatten eller etylenglykol är att bringa temperaturen på kylvätskan (vatten) över kokpunkten, vilket resulterar i att en stor mängd värme avlägsnas från värmebelastade delar under avdunstning . Ångan kondenserar till vätska i kylaren och cykeln upprepas. Liknande system användes inom flygindustrin på 1930-talet. [1] Dessutom, i Kina , från och med 2014, fortsätter att tillverkas dieselmotorer med effekt från 8 till 24 hk. med evaporativ kylning, designad för gå-bakom traktorer och minitraktorer.