Наддувочного воздуха

Теплообменники и системы охлаждения

В системах охлаждения наддувочного воздуха (ОНВ) современных дизелей применяются исключительно рекуперативные теплообменники различных конструкций. Классическими стали следующие схемы.

ВВ-Р – система ОНВ типа “воздух – воздух”, в которой воздухоохладитель расположен перед радиатором системы охлаждения двигателя.

ВВ-А – система ОНВ типа “воздух – воздух” с автономным устройством для подачи охлаждающего воздуха. В качестве агрегата прокачки охлаждающего воздуха могут применяться электровентиляторы (ВВ-Э), турбовентиляторы (ВВ-Т) и эжекторы от отработавших газов (ВВ-ЭЖ).

ВВ-В – системы ОНВ для двигателей воздушного охлаждения.

ВЖВ-Д – системы ОНВ типа “воздух – жидкость - воздух”, в которых наддувочный воздух охлаждается жидкостью, отводимой от системы охлаждения двигателя, а циркуляция жидкости осуществляется единым насосом.

ВЖВ-А – система ОНВ “воздух – жидкость – воздух” с автономным контуром циркуляции охлаждаемой жидкости, включающим отдельный жидкостный насос, расширительный бачёк и т. д.

Известно также успешное применение гибридной системы ОНВ, содержащей схему ВЖВ-Д в первой ступени охлаждения и ВВ-А – во второй.

Системы ОНВ ВВ-Р (рис. 6.21) отличаются высокой тепловой эффективностью, а также простотой конструкции, так как для прокачки охлаждающего воздуха используется вентилятор системы охлаждения двигателя.

В системах ОНВ ВВ-А воздухоохладители расположены вблизи компрессоров наддува, что способствует упрощению трассы подачи наддувочного воздуха. Фирма “GARRET” (США) разработала для дизеля “Маск V-8” такую системы ОНВ, где вентилятор (рис. 6.22) приводится в действие от воздушной микротурбины (турбовентилятора), для работы которой используется часть наддувочного воздуха.

Рис.6.21. Схема системы охлаждения наддувочного воздуха ВВ-Р. 1 – турбокомпрессор, 2 – теплообменник, 3 – радиатор системы охлаждения двигателя, 4 – вентилятор, 5 – двигатель.

Рис. 6.22. Схема системы охлаждения наддувочного воздуха ВВ-А. 1 – турбокомпрессор, 2 – теплообменник, 3 – радиатор системы охлаждения двигателя, 4 – вентилятор, 5 – двигатель, ТВ – турбовентилятор.

Кроме основной роли охлаждения наддувочного воздуха такая система служит и целям регулирования наддува выпуском части воздуха после компрессора. В качестве автономного агрегата прокачки воздуха могут использоваться электровентиляторы. Применяется также эжектирование охлаждающего воздуха с помощью потока отработавших газов.

На рис. 6.23 показана конструктивная схема компоновки дизеля типа RENAULT с фильтром воздуха и охладителем наддувочного воздуха.

Рис. 6.23. Конструктивная схема компоновки дизеля Renault с фильтром воздуха и охладителм наддувочного воздуха. 1 – воздушный фильтр, 2 – компрессор, 3 – турбина, 4 – воздухп – воздушный холодильник, 5 – впускной коллектор, 6 – топливный насос высокого давления с корректором по наддуву, 7 – корпус маслоотстойника.

Атмосферный воздух проходит через воздушный фильтр 1 и входит в компрессор 2, который приводится во вращение турбиной 3. Сжатый в компрессоре воздух проходит через теплообменник 4 перед входом во впускной коллектор 5 двигателя. В теплообменнике воздух теряет часть теплоты, отдавая её потоку воздуха, просасываемого через теплообменник, благодаря работе вентилятора двигателя, а также благодаря встречному потоку воздуха при движении автомобиля. В системе охлаждения имеется клапан регулирования температуры наддувочного воздуха, который перекрывает подачу воздуха через холодильник (т. е. осуществляется перепуск наддувочного воздуха), если температура его становится ниже 40 – 45⁰ С.

Вообще, установлено, что переохлаждение наддувочного воздуха приводит к увеличению выброса вредных веществ в атмосферу. В холодное время года предпочтительно нагревание наддувочного воздуха.

На рис. 6.24 показана схема размещения воздухо - воздушного холодильника в подкапотном пространстве автомобиля с бензиновым двигателем.

Рис. 6.24. Схема размещения воздухо – воздушного холодильника в подкапотном пространстве автомобиля с бензиновым двигателем. 1 – воздухо – воздушный холодильник, 2 – подвод воздуха к холодильнику после компрессора, 3 – отвод воздуха от холодильника и подвод к двигателю, 4 – турбокомпрессор, 5 – воздушный фильтр.

Видны гофрированные трубопроводы подвода 2 и отвода 3 воздуха к холодильнику 1. Общий вентилятор осуществляет продувку радиаторов охлаждения двигателя и наддувочного воздуха. Т. е. система охлажджения наддувочного воздуха определённым образом взаимодействует с системой охлаждения двигателя. Это позволяет реализовать выгодную программу регулирования глубины охлаждения наддувочного воздуха. Для этого используются трёхпоточные охладители наддувочного воздуха, где имеются каналы для прохода наддувочного и охлаждающего воздуха и каналы для жидкости, например, моторного масла или масла для коробки передач. На малых нагрузках при пониженных температурах окружающего воздуха происходит автоматический подогрев наддувочного воздуха. Управление тепловыми потоками происходит за счёт регулирования расходов охлаждающих жидкостей.

Достоинством системы охлаждения типа воздух - воздух является её простота и надёжность, возможность глубокого охлаждения воздуха, то, что нарушение герметичности воздушных трактов не приводит к поломке двигателя. Однако, системы ОНВ с жидкотекучим промежуточным теплоносителем имеют определённые преимущества. Так, на холостых ходах и низких окружающих температурах охладитель автоматически превращается в воздухоподогреватель. Такие теплообменники могут быть очень компактными, так, что их нередко располагают внутри впускных коллекторов. При этом отвод тепла, полученного жидкостью при охлаждении наддувочного воздуха, происходит в радиаторе, а циркуляция охлаждающей жидкости как через двигатель, так и через воздухоохладитель обеспечивается одним насосом. Теоретически предельной температурой, ниже которой нельзя охладить наддувочный воздух, в такой системе ОНВ, является температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора. Практически температура наддувочного воздуха не опускается ниже 100 ⁰С при приемлемых габаритах воздухоохладителя. При больших нагрузках наддувочный воздух охлаждается, а при малых – может чрезмерно подогреваться, что приводит к уменьшению массового наполнения цилиндров. Поэтому необходимо регулировать расход жидкости через охладитель: на малых нагрузках уменьшать или прекращать подачу жидкости, чтобы наддувочный воздух подогревался в меньшей степени.

Существуют системы с отдельным жидкостным циркуляционным контуром, температура в котором ниже, чем в зарубашечном пространстве двигателя, что позволяет увеличить температурный перепад в охладителе. При такой схеме для охлаждения наддувочного воздуха до 60 ⁰С необходимая суммарная теплорассеивающая поверхность двух радиаторов в 1,5 раза больше, чем в обычной системе охлаждения. Более проста конструкция двухконтурной системы с двумя радиаторами и одним водяным насосом. Т. е. контур охлаждения наддувочного воздуха подключён параллельно к контуру охлаждения двигателя.

Фирма “Cummins” разработала новый двигатель “Big Cam – IV” с оригинальной системой ОНВ, основным элементом которой является низкорасходный (“low flaw”) радиатор (рис. 6.25).

Рис. 6.25. Схема охлаждения наддувочного воздуха ВЖВ-П. 1 – раздающий коллектор, 2 – радиатор, 3 – блок цилиндров дизеля, 4 – сборный коллектор радиатора, 5 – перегородка, 6 – водяной насос, 7 – воздухоохладитель, 8 – турбокомпрессор.

Раздающий коллектор 1 радиатора 2 соединён трубопроводом с рубашкой охлаждения блока двигателя 3. В сборном коллекторе 4 радиатора установлена перегородка 5, разделяющая его на две полости, одна из которых соединена со всасывающим патрубком насоса 6, а другая – со впускным патрубком воздухоохладителя 7. Выпускной патрубок воздухоохладителя подключён к всасывающему патрубку насоса. Установка перегородки в сборном коллекторе радиатора позволяет отделить поток охлаждающей жидкости, поступающей непосредственно в зарубашечное пространство блока цилиндров, от потока жидкости, направляемого в воздухоохладитель. Таким образом, воздухоохладитель оказывается включённым в параллельный контур циркуляции жидкости. Обособленная секция радиатора, включённая в параллельный контур, выполняет роль радиатора системы ОНВ. Площади проходных сечений трубопроводов подбираются так, чтобы скорость охлаждающей жидкости в трубках обособленной секции была бы меньше, чем в основной части радиатора. Этим достигается более глубокое охлаждение жидкости, поступающей в воздухоохладитель, а следовательно, и более глубокое охлаждение наддувочного воздуха. Одним из преимуществ такой системы ОНВ (ВЖВ-П) является возможность улучшения системы смазки двигателей с жидкостно- масляным теплообменником за счёт включения их в параллельный циркуляционный контур с глубоко охлаждённой жидкостью.

Дата добавления: 2014-12-26