0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Воздушное охлаждение двигателя как работает

Двигатель воздушного охлаждения

Чтобы уберечь двигатель от перегрева, тем самым увеличивая срок безотказной эксплуатации автомобиля, необходима действенная система охлаждения. Предстоящее исследование посвящено «воздушникам», их устройству, а также достоинствам и недостаткам. Изучив предлагаемую информацию, можно сравнить принудительное охлаждение воздухом с жидкостным, чтобы сделать правильный выбор системы.

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение [ править ]

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным.

Жидкостное охлаждение [ править ]

К «чисто жидкостным» системам охлаждения можно отнести лишь открытые системы охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей наземного и воздушного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора. В некоторых стационарных двигателях начала XX века мог отсутствовать радиатор, вместо этого имелся расширительный бак большого объёма — отчасти тепло рассеивалось за счёт испарения воды, отчасти — через стенки бака, а отчасти за счёт большого объёма воды, который не успевал достаточно прогреться за время работы двигателя.

Основные части жидкостной системы охлаждения:

  • Рубашка охлаждения (1) представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
  • Насос охлаждающей жидкости, или помпа (5) — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
  • Термостат (2) — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
  • Радиатор (3) имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
  • Вентилятор (4) создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
  • Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Автомобили начала-середины XX века часто не имели расширительных бачков. В них запас охлаждающей жидкости находился в верхнем бачке радиатора. Это было вполне допустимо, так как в основном в системе охлаждения использовалась вода, и её расширение при нагреве было небольшим. С распространением антифризов на основе этиленгликоля использование расширительного бака стало обязательным. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.

В поршневой авиации также применяются двигатели, в которых цилиндры охлаждаются непосредственно набегающим воздухом, а головки цилиндров — с использованием жидкостной системы охлаждения. Такое решение позволяет снизить массу двигателя и одновременно более эффективно охлаждать головки цилиндров, которые являются наиболее теплонагруженными частями двигателя.

Охлаждение масла [ править ]

В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках и тепловозах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения [ править ]

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века. [1] Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л.с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

Авиационный двигатель: воздушного или водяного охлаждения?

Рассматривать станем на примерах истребителей, просто потому, что бомбардировщику с его задачами, в принципе, без разницы, на каком двигателе лететь. Летим и летим, долетели, высыпали бомбы, летим назад. У истребителей все было несколько сложнее в плане задач.

Итак, кто был лучше: двигатель воздушного охлаждения или водяного?

Да, будем называть двигатель жидкостного охлаждения по привычке водяным, поскольку ну какие там антифризы были в 30-40 годах прошлого века? В лучшем случае – вода с этиленгликолем. В худшем – вода с солью или просто вода.

Читать еще:  Шумит двигатель после того как заглушил

Противостояние «жидких» и «воздушных» двигателей началось тогда, когда появились эти моторы. Точнее, когда инженеры додумались до того, что стоит прекратить вращать цилиндры роторного мотора вокруг коленвала. И так появилась «воздушная звезда». Вполне нормальный двигатель, без закидонов и проблем. Но к концу Первой мировой инженеры вполне смогли уже адаптировать автомобильный двигатель водяного охлаждения, так что соревнование началось уже тогда.

И на протяжении всего существования конкурировали друг с другом V-образные двигатели жидкостного охлаждения и звездообразные двигатели воздушного охлаждения.

Каждый из этих типов двигателей имеет свои достоинства и недостатки. Для того чтобы сравнить, возьмем несколько моторов из обеих категорий. Скажем так, лучшие из лучших.

За «воздушников» сыграют АШ-82 и Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, за «водяных» — «Роллс-Ройс» «Мерлин Х», «Даймлер-Бенц» DB 605, Климов ВК-105.

В таблице есть одна несправедливость. Знатоки сразу поймут, о чем речь: конечно, это вес. У «водяных» в ТТХ всегда дается так называемый «сухой» вес, то есть без воды/антифриза. Соответственно, они будут за кадром, то есть на ВПП, тяжелее. Где-то на 10-12%, а это немало.

А теперь пойдем сравнивать.

Конструкция

Конструктивно, конечно, проще воздушные. Не нужна рубашка охлаждения, не нужен радиатор, не нужна броня, защищающая радиатор, трубопроводы, жалюзи радиатора.

Воздушный двигатель проще, а значит, дешевле в производстве и обслуживании. И надежнее в бою. Известно, что двигатели воздушного охлаждения выдерживали несколько попаданий и продолжали работать, лишившись двух и даже трех цилиндров. А вот водяной двигатель запросто выходил из строя в случае одного попадания в радиатор.

1:0 в пользу воздушных двигателей.

Охлаждение

Эффективнее, в общем, воздушные. Главной проблемой двойных звезд был отвод тепла от второго ряда цилиндров. Если конструкторы с этим справлялись, все было просто прекрасно.

В полете самолет спокойно предоставлял необходимый объем воздуха для охлаждения головок цилиндров. А у водяного двигателя существовало ограничение в виде температуры жидкости, которую ограничивала точка кипения воды/антифриза. Температура головок цилиндров воздушного двигателя в любом случае выше, чем температура охлаждающей жидкости, так что при одном объеме воздуха, проходящем через головки цилиндров воздушного и радиатор водяного двигателей, эффективнее был воздушный, поскольку площадь радиатора явно уступала площади звезды. И на отвод одной единицы тепла требовался больший объем воздуха, чем от головок цилиндров.

Тем более тогда, когда со временем радиаторы упрятали в тоннели.

2:0 в пользу воздушных.

Аэродинамика

Да, здесь однозначно водяные двигатели имели преимущество. Более тонкий и острый нос, более узкий фюзеляж – самолеты с водяными двигателями были заметно быстрее своих конкурентов с воздушными двигателями.

Толстый лоб самолета с воздушным двигателем – это серьезный удар по аэродинамике самолета. А в начале пути и вообще кольцо Тауненда считалось верхом аэродинамических изобретений.

И в начале 40-х получилось некое такое разделение: самолеты с водяными двигателями были более скоростными, самолеты с воздушными – более маневренными.

Тут стоит отметить, что более легкие И-16, А6М, «Рок» действительно были весьма маневренными машинами. Но уступавшими в скорости своим водяным конкурентам.

Тут лучший пример — наш И-16.

Фактически с «Циклоном» от фирмы «Райт» И-16 запросто лупил в Испании Bf-109B. Однако, как только у немцев появился DB-600, давший «Эмилю» преимущество в скорости и вертикали, роли поменялись тут же, и вчерашний охотник стал дичью.

Реально дело было не только в более мощном поколении моторов, дело было и в аэродинамике. Самолеты стали более тонкими и гладкими, радиаторы стали утапливать в крылья и фюзеляжи, а применение антифризов позволило улучшить теплоотдачу и уменьшить размер и – немаловажно – вес радиаторов и охлаждающей жидкости, которую надо было заливать в систему.

Так что 2:1 в пользу воздушных.

Вооружение

А тут нюансов очень много.

Водяной двигатель был просто создан для настоящих авиаснайперов, поскольку позволял использовать такую замечательную вещь, как мотор-пушку. Наводилась пушка точно по носу самолета, никаких проблем. Плюс вокруг блока цилиндров можно было разместить пару пулеметов.

Все это давало очень неплохой секундный залп с минимальным рассеиванием. Очень важный момент.

Здесь сразу нужно давать балл водяным. 2:2.

Однако кто сказал, что у истребителей с воздушным охлаждением все обстояло печально? Совершенно нет!

Начнем с того, что были два уникальных истребителя, Ла-5 и Ла-7, которым мотор АШ-82 позволил разместить две и три синхронных пушки ШВАК. Да, боекомплект был вполне приличный, около 120 снарядов на пушку, этого выше крыши хватало, чтобы провести бой и разнести любой бомбардировщик противника.

Но истребители Лавочкина – это очень интересное исключение из правил.

А вот все остальные, немцы, японцы, американцы, предпочли воспользоваться тем, что в крыле и около него не стоят громоздкие радиаторы охлаждения, и разместили в крыльях целые батареи.

Плюсов, кстати, тоже достаточно. Проще обслуживать… нет, не оружие. Как раз двигатель, вокруг которого не натыкано пушек, пулеметов и патронов/снарядов. В крыле места больше, соответственно, можно разметить больший боезапас и большее количество стволов.

«Фокке-Вульф» 190А-2, обладатель одно из самых впечатляющих секундных залпов, нес в крыльях четыре 20-мм пушки. Правда, был «секрет». Корневые (расположенные ближе к фюзеляжу) пушки имели боезапас 200 снарядов, а дальние – всего 55. Но все равно внушительно. Плюс два синхронных пулемета.

Читать еще:  Шкода суперб троит двигатель на холодную

Японцы на Ki-84 «Хаяте» обошлись меньшим боекомплектом для крыльевых пушек, всего 150 снарядов и 350 патронов для синхронных пулеметов.

Но наиболее весомых успехов в плане размещения оружия добились, на мой взгляд, американцы. Р-47 с восемью 12,7-мм «Браунингами» и F4U «Корсар» с шестью – это весьма. Плюс боекомплект из 400-440 патронов на ствол. У крайних от фюзеляжа крыла б/к мог быть уменьшен до 280 патронов, но это реально несущественно.

Можно долго говорить на тему, что лучше, две пушки или шесть крупнокалиберных пулеметов, но это тема отдельного исследования. Есть и плюсы, и минусы. В любом случае, 3 000 патронов против 300-400 снарядов – есть о чем говорить.

Так что в количественном плане размещения вооружения истребители с воздушными двигателями оказались ничуть не хуже коллег. Более того, так как воздушные двигатели были мощнее водяных, то, соответственно, позволяли брать на борт больше всего. Логично.

А если взять в качестве сравнения Як-9 с одной 20-мм пушкой и одним 12,7-мм пулеметом против американского истребителя с батареей из восьми 12,7-мм «Браунингов», то очень сложно сказать, кто станет победителем. Асу-снайперу, конечно, потребуется всего десяток-другой снарядов, а вот если речь пойдет о летчиках среднего плана… Там пулеметы будут поинтереснее, потому что хоть что-то да попадет.

Балл воздушным. 3:2.

Защита

Здесь все совершенно по-разному. Водяной двигатель надо было защищать. Защищать сам двигатель от прострела, защищать радиатор, защищать всю арматуру. Ибо одно-два попадания в рубашку двигателя или радиатор – и все, прилетели. Да, какое-то время до того момента, как двигатель заклинит от перегрева, имеется. И можно попробовать дотянуть до удобного места либо на свою территорию, либо – парашют. Не очень надежно, не очень удобно.

Воздушной звездой можно было просто защищаться, как бронеплитой. Прострелов эти двигатели, конечно, боялись, но отмечались случаи, когда «Фокке-Вульфы» без пары цилиндров дымили, но летели. А наши «Ла» вполне нормально доползали до аэродромов с тремя выбитыми цилиндрами. В истории зафиксировано множество таких случаев.

Потому и «Ла», и «Тандерболт», и «Фокке-Вульф» очень неплохо зарекомендовали себя именно как штурмовики. Воздушным двигателем можно было прикрыться от малокалиберных зениток и разносить все на своем пути. И бомбы более мощные двигатели запросто позволяли взять на борт. Ла-5 – 200 кг, «Фокке-Вульф» 190 серии F – до 700 кг, а «Тандерболт» серии Д – до 1135 кг.

Сейчас некоторые скажут, что лучший штурмовик Второй мировой войны летал на водяном моторе, и будут правы.

Однако Ил-2 – это штурмовик, который был рожден штурмовиком. А выше шла речь о истребителях, которые стали штурмовиками. Разница есть, и в первую очередь именно в плане защиты.

А в плане защиты однозначно впереди двигатели воздушного охлаждения. 4:2.

Вот такая картина получается. Виной тому, конечно, появившиеся в начале 1940-х двухрядные звёзды. И они затмили водяные двигатели, которые сделали большой шаг вперед с самого начала своего появления.

Главным шагом в развитии двигателей воздушного охлаждения стал момент, когда конструкторы справились с проблемой охлаждения второго ряда цилиндров. Для этого было сделано много: раздвигали ряды цилиндров, чтобы дать воздуху возможность лучше обтекать головки цилиндров, увеличивали площадь маслорадиаторов, так как большая часть тепла отводилась именно через масло, увеличивали оребрение цилиндров.

Именно решение проблемы охлаждения вывело звезды вперед в плане мощности и массы. Это было просто: двойная звезда имела больший литраж по сравнению с водяным двигателем. Отсюда и большая мощность.

Если сравнить удельную мощность наших моторов на уровне 1943 года, то АШ-82Ф имел показатель 1,95 л.с./кг, а ВК-105П – 2,21 л.с./кг массы двигателя. Вроде бы ВК-105П был лучше. И любой самолет с ним должен был иметь преимущество.

Однако если мы возьмем самолет, который летал и на ВК-105, и на АШ-82 и сравним, то без удивления увидим, что ЛаГГ-3 с ВК-105П в плане ЛТХ проигрывал Ла-5 с АШ-82 по всем параметрам. И это несмотря на то, что Ла-5, скажем так, не блистал аэродинамически.

Мощность двойной звезды АШ-82 решила все проблемы аэродинамики, просто вытащив самолет за счет «лишних» 500 л.с.

Конечно, конструкторы водяных двигателей не собирались сдаваться и попробовали догнать воздушников. Были попытки спарить двигатели, чтобы два двигателя работали через редуктор на один винт. В реальности не получилось ни у кого.

Более умным был проект Н- и Х-образных двигателей, когда несколько блоков цилиндров работали бы на один коленвал. Такой двигатель получился у британцев, Нэпир «Сейбр», 24-цилиндровый монстр. «Тайфун», конечно, с ним полетал, но как только британцы довели до ума свой воздушный Бристоль «Центавр», то и про «Сейбр» благополучно забыли.

В самом конце Второй мировой войны появились водяные двигатели нового поколения, с увеличенным литражом в основном за счет увеличения диаметра поршня и утончения стенок блоков. Это с одной стороны, сказалось на ресурсе, с другой – дало необходимую мощность. АМ-42, «Гриффон», DB-603, Юмо-213 – все они были хороши в этом плане, но опоздали на войну.

Для того чтобы поставить последнюю точку в соревновании поршневых двигателей, стоит посмотреть на окончание их карьеры.

Читать еще:  Ваз2114 датчик температуры двигателя

Когда появились турбореактивные двигатели, поршневым пришлось уйти на заслуженный покой.

Уделом двигателей внутреннего сгорания стала лёгкая и спортивная авиация, где были свои требования к двигателям.

Воздушные двигатели оккупировали спортивную авиацию, а вот водяным просто пришлось уйти совсем. Правда, в последние годы намечается тенденция по возвращению в авиацию дизелей, но в любом случае это не столько авиационные, сколько автомобильные двигатели.

Так что, подытоживая все сказанное, я бы взял на себя ответственность по утверждению того, что авиационные двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением были более эффективны, чем их коллеги с жидкостным охлаждением сразу по нескольким параметрам.

То, что чудо-двигатель АШ-82 работает до сих пор как в самолетах, так и в вертолетах, только подтверждает это утверждение.

  • Жидкостное охлаждение
  • Система охлаждения
  • Кондиционирование воздуха

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Воздушно-десантный корпус (СССР)
  • Воздушные мышцы

Смотреть что такое «Воздушное охлаждение» в других словарях:

ВОЗДУШНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ — (Air cooling) охлаждение цилиндров двигателя (самолета) посредством омывающего их наружную поверхность воздушного потока. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

воздушное охлаждение — Охлаждение элементов металлургических агрегатов и продуктов производства струями или потоками воздуха. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN air cooling … Справочник технического переводчика

воздушное охлаждение — aušinimas oru statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air cooling vok. Luftkühlung, f rus. воздушное охлаждение, n; охлаждение воздухом, n pranc. refroidissement par l’air, m … Fizikos terminų žodynas

воздушное охлаждение — aušinimas oru statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. air cooling vok. Luftkühlung, f rus. воздушное охлаждение, n pranc. refroidissement par l air, m … Automatikos terminų žodynas

воздушное охлаждение — orinis aušinimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. air cooling vok. Luftkühlung, f rus. воздушное охлаждение, n pranc. refroidissement par l air, m … Radioelektronikos terminų žodynas

воздушное охлаждение — [air cooling] охлаждение элементов металлургических агрегатов и продуктов производства струями или потоками воздуха. Смотри также: Охлаждение испарительное охлаждение охлаждение в «кипящем слое» … Энциклопедический словарь по металлургии

воздушное охлаждение тушки птицы — Охлаждение тушки птицы в процессе переработки холодным воздухом. [ГОСТ Р 52469 2005] Тематики птицеперерабатывающая промышленность … Справочник технического переводчика

Воздушное охлаждение газа — (a. air gas cooling; н. Luftkuhlung von Gasen, Gasluftkuhlverfahren; ф. refroidissement de gaz par l air; и. enfriamiento de gas por aire) понижение темп ры природных и попутных нефт. газов на газовых сборных пунктах, компрессорных… … Геологическая энциклопедия

принудительное воздушное охлаждение — форсированное воздушное охлаждение — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы форсированное воздушное… … Справочник технического переводчика

естественное воздушное охлаждение — Охлаждение частей сухого трансформатора путем естественной конвекции воздуха и частично лучеиспускания в воздухе [ГОСТ 16110 82] естественное воздушное охлаждение [Лугинский Я. Н. и др. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике … Справочник технического переводчика

Поломки СО не относятся к неисправностям, с которыми движение запрещено, однако, каждый разумный автовладелец весьма заинтересован в продлении срока службы своего железного коня, и его сердца – двигателя. И в первую очередь, это касается необходимости интенсивного отвода тепла.

К самым распространённым причинам поломок в СО относится:

Это может произойти из-за резкой смены температуры окружающей среды. Ещё одна популярная поломка – закоксованность шлангов и патрубков системы. Они теряют эластичность под воздействием тех же высоких температур. ОЖ может протекать и ввиду повреждений радиатора от удара, или в результате химического воздействия составляющими тосола. Из строя может выйти и термостат. Он находится в контакте с жидкостью, и потому коррозирует, а потом может и заклинить. Серьёзная неприятность для системы – поломка помпы, или циркуляционного насоса из-за некачественной запчасти, или износа. Понять и уловить это можно по характерному свисту подшипника. Это означает, что пришло время замены циркуляционного насоса. Иногда СО банально засоряется из-за отложения солей в каналах. Циркуляция ОЖ нарушается, отвод тепла при этом ухудшается, что приводит к перегреву двигателя.

Альтернативные способы охлаждения электродвигателей

Повысить эффективность работы систем можно за счет применения хладагентов с большей теплопроводностью. Так, в электрических машинах большой мощности реализованы системы замкнутого цикла с применением водорода, теплоемкость которого по сравнению с воздухом больше в 7,1 раз. Благодаря такому решению эффективность отвода тепла поднимается практически на порядок. Но, к сожалению, для промышленных электродвигателей средней и малой мощности такой поход нецелесообразен из-за больших эксплуатационных расходов. Большего внимания может заслуживать схема с принудительным охлаждением отведенного воздуха в теплообменниках типа «воздух – вода».

Итоги

Система воздушного охлаждения применялась на таких моделях как Фольксваген Жук и Транспортер, Порше 911 и некоторых других.

В нынешние времена популярность такого решения сократилась до минимума. В основном это обусловлено чрезвычайным распространением автомобилей, имеющих поперечное расположение силового агрегата. Такая конструкция делает невозможным наличие должного воздушного охлаждения, да и установка жидкостных систем охлаждения в этом случае гораздо более удобна и продуктивна.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector