Устройство и принцип работы двигателя воздушного охлаждения

Устройство автомобилей

Особенности устройства КШМ
двигателей с воздушным охлаждением

Двигатели с воздушным охлаждением имеют некоторые особенности конструктивного исполнения деталей кривошипно-шатунного механизма. Поскольку в блок-картере таких двигателей нет каналов и полостей для подвода охлаждающей жидкости, прокладки между головкой блока и блоком служат, преимущественно, для предотвращения прорыва газов из камеры сгорания.
Эффективность охлаждения блока и головки блока достигается благодаря оребрению внешних поверхностей, увеличивающих площадь теплообмена с охладителем — атмосферным воздухом.

Ребра для увеличения теплоотвода выполняют треугольного или прямоугольного сечения.
Размер ребер и промежутков между ними выбирают из условий, чтобы оребрение оказывало как можно меньшее сопротивление потоку охлаждающего воздуха и в то же время было достаточным для необходимого теплоотвода.
Обычно площадь поверхности оребрения цилиндра примерно в десять раз превышает площадь его зеркала в зоне оребрения, высота ребер не превышает 18 мм.

Цилиндры отливают из чугуна реже выполняют из стали, а иногда используют алюминиевые сплавы с хромированной поверхностью зеркала. В некоторых случаях делают оребренную основу, в которую запрессовывается чугунная гильза.
Таким образом обеспечивается высокая износостойкость в сочетании с хорошим теплоотводом, так как теплопроводность алюминия в три-четыре раза выше теплопроводности чугуна.

В большинстве автомобильных двигателей с воздушным охлаждением цилиндры вместе с их головками крепят общими несущими силовыми шпильками.
Другой способ крепления осуществляется с помощью присоединительного фланца, отливаемого вместе с гильзой. Тогда цилиндр крепится к картеру через фланец короткими болтами.
Головка крепится к цилиндру таким же образом.
Фланцевое крепление менее надежно и менее технологично.

Головка цилиндра, являясь в двигателе с воздушным охлаждением самым теплонагруженным элементом, изготовляется из алюминиевого сплава. Она не должна деформироваться в результате нагрева. Поэтому ребра на поверхности головки делают более развитыми, чем у цилиндра, и высота может доходить до 60 мм.

На головке блока ДВС воздушного охлаждения кроме вставных чугунных или стальных седел клапанов применяют вставки для крепления свечи зажигания. Такая вставка представляет собой простую резьбовую переходную втулку и ввертывается в предварительно нагретую головку.

При установке алюминиевой головки на чугунный цилиндр уплотняющая прокладка газового стыка не применяется. Уплотнение достигается путем деформации поверхности стыка при затяжке силовых шпилек.

Большое значение имеет организация направления воздушных потоков, которое обеспечивается путем соответствующего расположения вентилятора, системы дефлекторов и формы капота.

Устройство чиллера с воздушным охлаждением конденсатора

Для охлаждения потоков воздуха применяют чиллер. Принцип работы охладительной системы похож на тот, что используется в бытовых сплит системах, и представляет собою парокомпрессионное охлаждение.

Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора

Основными частями охладительной системы чиллер являются: компрессорный блок, конденсаторы, блок испарителей и регулятора потока.

В зависимости от способа работы и теплоотвода конденсатора чиллерные системы можно поделить на чиллеры воздушного охлаждения конденсатора и чиллеры водяного охлаждения. Наиболее популярными являются установки с воздушным способом охлаждения.

Теплоотвод

Чиллерные системы выполняют функции, связанные с транспортировкой тепла от охладительного контура наружу здания. Схема и принцип работы выглядят следующим образом: теплые потоки воздуха проходят через блок испарителя, а за процесс вывода теплых потоков отвечает конденсатор. Вывод теплого воздуха производится путем его смешивания с наружными потоками. Эту роль и выполняет воздухоохладительный конденсатор.

Устройство конденсатора

Воздухоохладительный конденсатор выполнен в виде теплообменника с множеством ребристых трубок.

1. Эти трубки транспортируют охлаждающую жидкость и охлаждаются при помощи уличного воздуха.
2. Для наиболее эффективной работы системы трубки должны охлаждаться как можно лучше. Для этого на трубки, по которым протекает хладагент, наносятся специальные ребра из алюминия.

Особенности конструкции

Для более качественного охлаждения конденсатора этот вид чиллера имеет ряд конструктивных особенностей: имеют прямоугольную форму и установлены сбоку холодильной установки.

Чиллер с воздушным охлаждением имеет более усовершенствованные конденсаторы, которые выполнены в форме английской буквы W. Эта помогло улучшить процесс охлаждения и тем самым снизить потребление электроэнергии.

Использование вентилятора

Вентилятор используется для ускорения наружного потока воздуха через конденсаторы чиллера. Его установка производится на верхнюю часть кондиционера. Принцип работы — забор наружного воздуха через боковые панели холодильной установки, воздушный поток попадает на конденсаторы, тем самым охлаждая их, и затем происходит вывод воздуха обратно наружу.

1. Вентилятор потребляет большое количество электроэнергии поэтому нуждается в своевременном уходе и диагностике. Малейшая неисправность может увеличить энергопотребление.
2. Вентиляторы в новых моделях чиллеров имеют всего две лопасти, что значительно снизило шумность системы.
3. Двухлопастные вентиляторы увеличивают скорость потокового воздуха. Для этого был разработан специальный мотор, приводящий в действие вентиляторы.

Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора, имеющий электрический двигатель постоянного тока привода вентилятора, обладает очень высоким КПД, нежели двигатели с переменным током. Благодаря регулировке скорости вращения лопастей уменьшается вибрация конструкции.

Вентиляторы потребляют много электроэнергии

Выбор оборудования

Использование в холодильных установках воды в качестве холодоносителя экономично. Это также обеспечивает простоту в процессе проектирования и установки.

Но этот вид чиллерной системы имеет и некоторые недостатки, главным из которых является возможность работать только в теплое время (при плюсовой температуре).

Также большим минусом является высокий уровень выделения шума по сравнению с кондиционерами других типов. Существует и риск разморозки установки при сливе воды не в указанные сроки.

Решить проблемы удалось благодаря использованию различных дополнительных установок.

Комбинирование воздушного охлаждения и незамерзающей жидкости

В этом виде установки осуществляется сочетание воздушного охлаждения и использование незамерзающей жидкости (смесь гликоля и воды), выполняющей роль теплообменника.

Если сравнивать с чиллером, который имеет просто воздушное охлаждение, этот вариант лучше. Не нужно бояться, что может разморозиться испарительная часть кондиционера. Все оборудование может работать при минусовой температуре.

Из минусов можно выделить: относительно высокая цена и увеличение потребления электроэнергии. Также для установки этого вида охлаждения обязательным является монтаж специальных датчиков, которые следят за состоянием теплообменника и препятствуют его размораживанию во время работы системы в зимний период.

Встроенная градирня

Для работы чиллера в режиме свободного охлаждения используется градирня. В этом случае компьютер сам настраивает систему. Потребление электричества системой чиллера сводится к минимуму. Также возможна работа оборудования без дополнительной теплообменной установки с использованием гликоля и воды.

Выносные конденсаторы

При использовании выносных конденсаторов система внутреннего чиллера способна работать при очень низких температурных показателях без риска размораживания. Снижается уровень шума при работе. Уменьшается вес оборудования, что значительно облегчает нагрузку на крышу здания. Это дает возможность установки системы на большее количество зданий.

Минус — высокая стоимость. Также эта система не может работать постоянно (за исключением южных регионов). Огромным минусом является сложная схема установки.

Чиллер и конденсатор должна монтироваться близко друг к другу. Это расстояние не должно превышать 25 метров. Система нуждается и в большом количестве охладительной жидкости (фреона), а сложность конструкции и отдельных частей оборудования требует проведения работ по установке высококвалифицированными специалистами.

Выносные конденсаторы позволяют чиллеру работать при очень низких температурах

Заключение

Чиллерная система кондиционирования с воздушным охлаждением конденсатора имеет множество вариаций исполнения. Благодаря ряду преимуществ того или иного типа установки появляется возможность выбора наиболее подходящего оборудования.

Выбирая тип установки, стоит учитывать множество различных факторов. Это размеры помещения, в котором будет произведена установка, тип конструкции крыши здания. Важной деталью является и допустимая мощность электросети. При покупке чиллера нужно брать во внимание и температурные характеристики региона. Не все кондиционеры способны работать при минусовой температуре. Только правильно составленная схема установки и расположения оборудования поможет определиться с типом.

Воздушное охлаждение двигателя: принцип работы, преимущества и недостатки

Большинство автолюбителей знакомо лишь с традиционными типами двигателей с жидкостной СОД. А ведь существуют и моторы, где используется воздушное охлаждение двигателя, и это не только ЗАЗ 968. Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия воздушной системы охлаждения, а также недостатки и преимущества такого решения. Эта информация будет полезна для каждого автолюбителя.

Назначение

В процессе работы ДВС температуры в камере сгорания могут достигать 2000 градусов. Если не будет надежной системы охлаждения, повысится расход масла и горючего. Перегрев приведет к быстрому износу и поломке двигателя.

You will be interested: How dangerous is the new coronavirus?

Если мотор не будет достаточно прогреваться, это также будет на нем негативно сказываться. Если наблюдается переохлаждение, это грозит снижением мощности, интенсивным износу, повышенным расходом горючего.

Более того, в большинстве современных автомобилей, кроме основных задач, данная система выполняет и второстепенные функции. Первым делом это обеспечение работы отопителя. Также система призвана охлаждать не только сам двигатель, но и масло, жидкость в автоматической коробке передач. Иногда она действует и на дроссельный узел вместе с впускным коллектором.

В современной системе (будь то жидкостное или воздушное охлаждение двигателя) рассеивается до 35 процентов тепла, произведенного в результате горения топливо-воздушной смеси.

Устройство и принцип действия

В воздушной системе самым главным является воздушный поток. При помощи воздуха тепло отводится от камер сгорания, ГБЦ, масляных радиаторов. Система представляет собой вентилятор, охладительные ребра в цилиндрах и на ГБЦ. Также в устройстве имеется съемный кожух, дефлекторы и решение для контроля за работой системы. Вентилятор системы охлаждения двигателя оснащен сеткой для защиты лопастей от попадания посторонних предметов.

Дополнительные ребра позволяют увеличить площадь поверхности, которая контактирует с воздухом. За счет этого воздушное охлаждение двигателя эффективно справляется со своей задачей.

Поток воздуха при работе двигателя в принудительном порядке подается к мотору при помощи лопастей вентилятора – они преимущественно изготовлены из алюминия. Не нужно объяснять, наверное, почему включается вентилятора охлаждения на холодном двигателе. Воздушный поток проходит между ребрами, а затем равномерно разделяется за счет дефлекторов и проходит через все горячие детали двигателя. Таким образом, мотор не нагревается чрезмерно.

Вентилятор подает в систему охлаждения поток воздуха объемом 30 кубических метров в минуту. Этого достаточно для обеспечения нормальной работы мотора с невысокой мощностью и небольшим объемом.

Как устроен вентилятор?

Данный узел является основным в воздушном охлаждении двигателя. Главная деталь – это ротор вентилятора. Чтобы оптимизировать воздушный поток, форму и конструкцию элементов тщательно просчитали инженеры.

Вентилятор представляет собой направляющий диффузор и ротор, оснащенный восемью лопатками, расположенными радиально. Диффузор обладает своими лопастями – они имеют переменное сечение. Главная их задача – создать направленный воздушный поток. Они сделаны неподвижными и равномерно распределены по окружности.

Лопасти на направляющем аппарате призваны менять направление потока воздуха – воздушный поток движется в сторону, которая противоположна вращению ротора. Это повышает давление воздуха и улучшает охлаждение двигателя.

Вентилятор на ранних конструкциях приводился в движение от шкива коленчатого вала с помощью приводного ремня. Направляющее устройство неподвижно и закреплено на блоке двигателя. В более современных четырехтактных двигателях воздушного охлаждения вентилятор приводится в действия за счет электродвигателя. Но таких моделей мало.

Естественная система воздушного охлаждения

Это считается наиболее простым решением. На внешней поверхности блока двигателя установлены специальные ребра, через которые и отдается максимальное количество тепла. Данную систему можно встретить на мотоциклах, различных мопедах и скутерах, поршневых моторах самого разного назначения.

Преимущества

Главное среди всех прочих преимуществ воздушного охлаждения двигателя – это простота конструкции. В системе отсутствует помпа, радиатор, термостат, патрубки и хомуты, трубки подвода и оттока антифриза.

Второе важное преимущество – высокая ремонтопригодность. Например, в тракторных силовых агрегатах имеются индивидуальные цилиндры. Если случилась поломка, то при необходимости можно заменить цилиндр или устранить неисправность. В двигателях с жидкостным охлаждением в случае повреждения какого-либо из цилиндров придется менять блок полностью либо выпрессовывать гильзы.

Для примера не стоит далеко ходить. Возьмем двигатель Tatra T815. Это мотор с воздушным охлаждением. Головки блока здесь сделаны раздельными. В случае необходимости ремонта не нужно снимать ГБЦ полностью. Даже очень серьезные работы по ремонту можно производить без демонтажа блока двигателя.

Двигатели, оснащенные воздушным охлаждением, более ресурсные. Если в моторе с жидкостной системой повредятся патрубки или ослабятся хомуты, то агрегат эксплуатировать нельзя, так как охлаждающая жидкость уйдет. Также существует опасность выброса горячей жидкости из системы. Всех этих недостатков лишены воздушные системы.

Даже серьезные повреждения охлаждаемой поверхности на блоке двигателя или ГБЦ не смогут помешать дальнейшему использованию мотора. Это очень большой плюс. Кроме того, двигателю нужно значительно меньше времени для выхода в рабочий режим – нет необходимости в прогреве жидкости, что актуально зимой. Все это обуславливает значительно меньшие затраты на обслуживание и эксплуатацию подобных силовых агрегатов.

Недостатки

Не обошлось и без недостатков. Прежде чем приобрести авто, оснащенный подобной системой охлаждения, следует знать основные минусы данных решений.

Так, работа двигателя сопровождается непомерно громким шумом. Шум этот создает работающий вентилятор. Еще один минус – это размеры, так как мотор комплектуется обдувающими устройствами. Даже при современных темпах развития технологий, воздушные потоки неравномерно направлены, а значит, есть риск локальных перегревов. Двигатели такого типа очень чувствительны к качеству бензина, масла, предъявляются высокие требования к состоянию основных деталей в моторе.

Но автомобили с такой системой прочно заняли свое место в автомобилестроении. Этими силовыми агрегатами оснащают грузовые авто, есть несколько легковых моделей. На воздушном охлаждении работает сельскохозяйственная и военная техника, некоторые дизельные двигатели.

Популярные мифы

Первым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Он полностью подорвал доверие отечественного водителя к такой системе. Часто автовладельцы жаловались на сильные перегревы, недостаточную мощность и частые выходы из строя. При этом немецкий «Жук» с примерно такой же системой пользовался большой популярностью, спрос на него был очень хороший.

Давайте, основываясь на характеристиках немецкого автопрома, подробно рассмотрим и разрушим популярные мифы, которые преследуют двигатели такой конструкции.

ДВО проигрывает жидкостной системе за счет перегревов

Это не истина в последней инстанции. На самом деле температурные характеристики, наоборот, следует считать преимуществом. Естественно, за счет пониженной теплопроводности воздух просто не сможет так быстро отводить тепло, как в системах с антифризом.

Но разница между температурой на цилиндрах и температурой внешних сред значительно больше, чем между жидкостью и стенками блока и ГБЦ. Погода в меньшей степени способна влиять на температурный режим охлаждения. Двигатели с жидкостной системой имеют повышенный риск перегрева летом. Особенно это актуально в жаркий знойный день. Также владельцы могут столкнуться с проблемой, почему включается вентилятор охлаждения на холодном двигателе. В «воздушниках» такого нет.

Габариты

Выше среди недостатков мы выделили пункт о габаритах. Если сравнить между собой размеры моторов с разными типами охлаждения и прочими одинаковыми характеристиками, то преимущество все равно будет за «воздушником».

Даже несмотря на то, что вентилятор и дефлектор – это достаточно громоздкие устройства, параметры «воздушника» меньше, чем в варианте с жидкостным охлаждением.

Кроме того, для размещения традиционной водяной системы нужно больше пространства под капотом, чтобы разместить дополнительное оборудование. На кузове установлен немаленький радиатор с вентилятором. Немало места занимают шланги и патрубки.

«Воздушники» проигрывают в надежности

Статистика показывает, что в одном из пяти случаев отказа мотора виной является жидкостное охлаждение. Причина здесь в следующих деталях – термостат, радиатор, помпа. Даже самый современный двигатель воздушного охлаждения Tatra образца 89 года более надежен, чем мотор нового «Поло-Седан» или «Соляриса».

Что же касается «воздушников», то вероятность поломки значительно ниже, так как конструкция намного проще – только вентилятор и дефлектор.

«Воздушники» громкие

А вот это правда. Но даже огромный самосвал «Татра» не ревет, мотор просто более шумный. В особенностях конструкции не предусмотрено каких-либо эффективных звукопоглощающих систем. В жидкостных двигателях такие системы есть. Кроме того, шум усиливается за счет прохождения воздушных потоков через ребра цилиндров и головок.

Типичные неисправности

При всей надежности воздушных систем, поломки случаются и здесь. Одна из популярных неисправностей – это электроника. В системе имеется датчик температуры. Для тех, кто не знает, где находится датчик температуры двигателя: он расположен в масляном поддоне. В результате завышенных показаний данного датчика система может дать сбой.

Если на панели приборов загорелась лампа неисправности, то чаще всего причина заключается в обрыве ремня. Реже всего диагностируются проблемы, связанные с термостатом.

Особенности выбора масла

Есть мнение, что нужно использовать специальное масло для двигателей с воздушным охлаждением. И это так. Дело в том, что температура нагрузки на детали поршневой группы в двигателях с воздушным охлаждением значительно выше, чем у агрегатов с водяным.

В основе этих специальных масел чаще всего лежат полиальфаолефиновые масла грубой очистки на базе минеральной или синтетической природы. К этому комплексу применен комплект присадок, обеспечивающих надежную защиту двигателя, противостоящих залеганию колец, улучшающих энергосбережение. В любых маслах уже имеются добавки, которые эффективно защищают агрегат от заклинивания за счет устойчивой базовой формулы.

О ремонте и обслуживании

Для эксплуатации данных двигателей владелец должен немного понимать принцип работы системы и знать, где находится датчик температуры двигателя. В остальном, это надежная охлаждающая система, аналогов по простоте устройства которой нет. Не нужно раз в два года менять антифриз, не нужно использовать герметик для устранения течей, периодически менять помпу. И таких «не нужно» достаточно много.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет двигатель с воздушным охлаждением. Как видите, это весьма надежные агрегаты. Однако, как показывает статистика, серийных авто с такими ДВС очень мало. В большинстве автопроизводители практикуют классическое жидкостное охлаждение двигателя. Воздушное можно встретить разве что на некоторых грузовиках и на скутерах.

Охлаждение компрессора

Компания StarKraft представляет своим клиентам полный комплекс услуг. К примеру, продажа поршневых компрессоров сопровождается квалифицированной консультативной помощью, обеспечением полного комплекса мероприятий по монтажу и запуску оборудования. Также мы предлагаем услуги по сервисному гарантийному и послегарантийному обслуживанию. Компания работает со всеми моделями компрессорного оборудования. Мы обслуживаем оборудование любого типа и всех моделей – компрессоры винтовые и поршневые.

На нашем сайте вы также можете найти полезную информацию о правилах по выбору и эксплуатации компрессорных станций. В этом материале мы остановимся на таком важном вопросе, как охлаждение компрессора. Система охлаждения зависит от модели установки, и может быть воздушной или водяной.

Воздушная система охлаждения

По причине конструктивных особенностей и предназначения, воздушная система охлаждения традиционно встречается на поршневых компрессорах. Дело в том, что эти модели рассчитаны на краткосрочные включения, что не допускает значительного повышения температуры двигателя. Следовательно, нет смысла использовать сложные и дорогостоящие виды охлаждения компрессоров, к которым относятся жидкостные системы.

Воздушное охлаждение – это простейшая система, в состав которой входит вентилятор и защитная решетка. Задача вентилятора состоит в нагнетании потока воздуха на греющиеся агрегаты и механизмы установки (поршни и двигатель). Важнейшее преимущество, которым обладает воздушное охлаждение компрессора – его простота, надежность и безопасность. Также стоит отметить, что наличие данной системы существенно не отражается на стоимости оборудования. Ее практически не нужно обслуживать. В качестве хладагента выступает бесплатный и общедоступный ресурс – воздух. Однако воздушная система менее эффективна, чем водяные виды охлаждения компрессоров.

Водяная система охлаждения

Модели винтовых компрессоров чаще всего имеют водяную систему охлаждения. Поскольку винтовые станции имеют более сложную конструкцию и рассчитаны на продолжительный интервал беспрерывной работы, они нуждаются в более эффективном охлаждении. Его способны обеспечить водяные системы. Сегодня встречаются следующие виды охлаждения компрессоров этого типа:

• Закрытая система с циркуляцией воды;
• Открытая система без циркуляции воды;
• Открытая система с циркуляцией воды.

Закрытая система с циркуляцией воды

Системой охлаждения данного типа предусмотрено, что вода постоянно циркулирует внутри ее, между компрессором и охладителем. Вода может охлаждаться воздухом (для этого используется охлаждающая батарея). Кроме этого, дополнительное охлаждение может обеспечиваться вентилятором (или системой вентиляторов). Для наполнения закрытых систем используется предварительно очищенная и смягченная вода, возможно с добавлением антифриза.

Открытая система без циркуляции воды

Для заполнения такой системы используется обычная водопроводная вода, либо вода из природных водоемов. После того, как жидкость проходит через систему и охлаждает компрессор, она сливается в стоковую шахту. Такая система отличается простотой конструкции и невысокой стоимостью монтажа. В то же время стоит отметить, что эксплуатационные расходы на содержание компрессора с такой системой могут быть достаточно высоки – необходимо учитывать большой расход водопроводной воды. Если вода берется из природных водоемов, за нее платить не придется. Но в таком случае нужно будет обеспечить ее предварительную фильтрацию и очистку.

Открытая система с циркуляцией воды

Этот вид системы охлаждения построен так, что нагретая в процессе охлаждения компрессора жидкость возвращается для охлаждения в башенный охладитель. В этом устройстве вода разбрызгивается в верхней части камеры, сквозь которую в этот момент продувается поток воздуха. Такой способ охлаждения приводит к тому, что часть воды испаряется, а оставшаяся жидкость снижается до температуры, которая на 2 градуса ниже температуры окружающей среды.

Охлаждение компрессора с такой системой (открытой с циркуляцией воды) обычно используют на объектах, расположенных в местах, где имеются определенные сложности с подачей необходимого объема свежей воды. Недостаток использования такой системы охлаждения – загрязнение жидкости. Кроме того, чтобы компенсировать испарения при охлаждении жидкости, в систему необходимо обеспечить поступление свежей воды.

В общем можно сделать вывод, что водяные системы охлаждения более эффективны, но имеют ряд особенностей:

• Сложная конструкция;
• Необходимость подачи свежей воды;
• Загрязнения и образование накипи;
• Эксплуатация компрессоров с водяной системой охлаждения требует дополнительных затрат.

Подготовлено: Андрей Ивановский

Охлаждение необходимо для наиболее производительной и продолжительной работы агрегатов. И у воздушной, и у водяной системы есть свои преимущества. Водяной контур эффективнее воздуха, но требует дополнительных расходов на обслуживание.