Система охлаждения двс с электроприводным насосом и его мощность

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 », г. Махачкала

THE SYSTEM COOLING OF INTERNAL COMBUSTION WITH THE ELECTRODRIVING

PUMP AND ITS POWER

S. A. ALIYEV, graduate student

N. G. FATALIYEV, doctor of engineering, professor

Dagestan State Agrarian University named after Dzhambulatov M. M., Makhachkala

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.

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.

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

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...7оС 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)Ne, для грузовых — (0,25...0,40) Ne.

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

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

Мощность, необходимая для привода жидкостного насоса определяется по формуле:

Nе =        (1)

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

Gж = ,        (2)

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

Qохл = q·Ne = 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).

?ж — плотность жидкости (для воды принимаем ?ж = 1000кг/см3);

Сж — теплоемкость жидкости (для воды принимаем Свод = 4187 Дж/кг·оС);

Разность температуры жидкости на входе и выходе из радиатора

t ж. вых – tж. вх = 5... 10 °С для радиаторов двигателей легковых авто­мобилей (принимаем равной 8 °С).

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

Gж = ,

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

?h = 0,6...0,7 — гидравли­ческий КПД насоса;

?м = 0,7...0,9 — механический КПД насоса;

?н = 0,8...0,9 — КПД подачи насоса.

Принимая средние значения коэффициентов, получим

?h·?м· ?н = 0,65·0,8·0,85 = 0,44.

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

Nе =

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. , 2-еизд. М.: «Машиностроение», 2004.

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

3. «Расчёт автомобильных и тракторных двигателей» /, 3-е изд. перераб. и доп. –М.: Высшая школа, 2002.

4. и Особенности системы охлаждения с электроприводным насосом  // Материалы ІХ международной научно-практической конференции. 27.01-05.02. 2013г. Прага.