На первый взгляд – взгляд потребителя, владельца семейной легковушки или целого коммерческого автопредприятия – преимущества двигателей с воздушным охлаждением лежат на поверхности:
О минусах воздушного охлаждения все тоже как будто наслышаны, и напомнить о них здесь стоило бы лишь для соблюдения баланса аргументов. Но на самом деле есть только один значимый для потребителя недостаток мотора с воздушным охлаждением:
Все остальные минусы или давно потеряли актуальность, или всегда были досужими сказками. Так что есть повод поговорить об этих незаслуженно подзабытых агрегатах подробнее.
Двигатель Porsche 911 Carrera 4
Да, было время, когда автомобильные моторы с воздушным охлаждением проигрывали собратьям с охлаждением жидкостным (тогда говорили – водяным, поскольку антифризы были понятием чисто теоретическим). Двигатели-«воздушники» получались менее мощными, перегревались летом и не прогревались зимой. Из-за температурных проблем ресурс такого двигателя был меньше, часто случались отказы. Но все эти вопросы были решены к 1950-м годам, когда воспрянувшая после Второй мировой Европа начала пересаживаться с велосипедов на компактные автомобильчики. Дешевые и неприхотливые «воздушники» начали массово применять не только на VW Beetle, но и на Citroen 2CV, Fiat 500, NSU Prinz и прочих автомобилях. И это мы еще не говорим о целой плеяде серийных заднемоторных спорткаров Porsche, 4-, 6- и 8-цилиндровые моторы которых вплоть до 1998 года охлаждались воздухом!
Двигатель ЗАЗ-968А «Запорожец»
В то время как немецкий «Жук» с его обдуваемым воздухом оппозитником во всем мире мигом стал образцом простоты и безотказности, в нашей стране сложилось устойчивое и по сей день не искорененное предубеждение против моторов воздушного охлаждения. Дескать, они и греются безбожно, и ломаются через день, да и силенок у них маловато. Виноват во всем бедолага «Запорожец», которому пришлось отдуваться за честь всех «воздушников» перед лицом целого СССР. Вместе с сомнительным качеством сборки ЗАЗикам досталась мизерная по масштабам СССР сервисная сеть. Сам по себе мелитопольский силовой агрегат МеМЗ был неплох, но обслуживаемый в кустарных условиях, заправляемый «автолом» и ремонтируемый «на коленке», он в самом деле не был примером надежности. Поэтому прежде чем продолжить повествование, хочу попросить читателя ассоциировать понятие «воздушник» не с «Запором», а с «Жуком» или хотя бы с «Ситроен де шво». Так будет честнее.
Двигатель «Запорожец» МеМЗ-968
На самом деле, температурные особенности моторов-«воздушников» можно отнести не к минусам, а к плюсам. Да, из-за меньшей теплоемкости и теплопроводности воздух не может так быстро отобрать тепло, как вода или антифриз. Но с другой стороны разница температур между стенками цилиндров и забортным воздухом больше, чем между теми же стенками и циркулирующей в системе охлаждающей жидкостью. Поэтому тепловой режим «воздушника» меньше зависит от погоды – то есть вероятность перегрева двигателя-«водянки» даже с самым большим радиатором в жару намного выше.
Схемы систем воздушного охлаждения
Еще одно очень важное преимущество «воздушника» – в три-четыре раза более быстрый прогрев после холодного пуска. Отсюда – и экономия топлива, и продление ресурса, и лучшая экология, и, наконец, удобство для водителя. Только у самых сложных «жидкостных» моторов образца 2010-х годов, имеющих три контура системы охлаждения, получается достигнуть подобных показателей прогрева.
Внешне «воздушник» может казаться более массивным, поскольку его цилиндры и головки со всех сторон окружены кожухами-воздуховодами, да и вентилятор обдува с дефлектором обычно выглядит более чем внушительно. Но предметное сравнение габаритов двух моторов с одинаковыми диаметром цилиндров и ходом поршня, но разными системами охлаждения, говорит о том, что габариты если и отличаются, то как раз в пользу «воздушника» – зачастую он оказывается чуть компактнее. Но главное даже не это.
Двигатель VW Beetle
Что касается размеров, справедливо будет принимать во внимание габариты не одного только двигателя, но и тех его неотъемлемых компонентов, которые крепятся отдельно, на кузове. Вот тут и проявляется неопровержимое преимущество «воздушника»: говоря современным языком, он выполнен в форм-факторе «моноблок», в то время как «водянка» имеет вынесенный на кузов громоздкий радиатор с вентилятором и системой шлангов. Которые, естественно, компактности силовому агрегату не добавляют.
На самом деле надежность двигателя с воздушным охлаждением существенно выше, ведь по статистике система жидкостного охлаждения служит причиной 20% всех отказов двигателя. А у «воздушника» как раз отсутствуют компоненты, обладающие низкой отказоустойчивостью: радиатор, термостат, помпа, трубопроводы, сальники и прочие уплотнения. Вентилятор и дефлекторы для обдува цилиндров воздухом устроены существенно проще, поэтому вероятность их отказа мизерна. Кстати, по этой же причине затраты на обслуживание «воздушников» также ниже.
Двигатель Porsche 911
Что есть, то есть – шумит. И поделать с этим ничего нельзя. Точнее, идеи есть, но воплотить все их очень сложно. Беда в том, что у «воздушника» нет такой эффективной шумоизоляции, как двойные стенки рубашки охлаждения, заполненной водой или антифризом. И более того, все шумы мотора (механические, газообмена, горения) порой усиливаются ребрами цилиндров и головок. Поэтому конструкторы борются в первую очередь с источниками шумов, повышая жесткость деталей и применяя подпружиненные разрезные шестерни приводов, гидрокомпенсаторы клапанов, материалы с точно подобранным коэффициентом температурного расширения. Аэродинамические шумы вентилятора можно значительно уменьшить, но это дело нелегкое – нужны серьезные усилия конструкторов и технологов.
Двигатель Fiat 500
В первые 50 лет автомобильной эры к воздушному охлаждению конструкторы относились легкомысленно – дует мощный вентилятор на оребренные цилиндры, да и ладно. Но такое охлаждение часто было неравномерным, с застойными зонами и местными перегревами. Цилиндры деформировались, нарушались установленные зазоры цилиндропоршневой группы, масло коксовалось и выгорало. В результате детали изнашивались более интенсивно, чем у моторов с водяной «рубашкой», которая более равномерно распределяла выделяемое через стенки цилиндров тепло и отбирала его. Но организовать ровный обдув воздухом всех горячих зон двигателя оказалось не так уж сложно, и со временем двигатели-«воздушники» получили рациональное распределение тепла.
Еще один нюанс, уже из области высоких материй: при воздушном охлаждении проще организовать более высокую температуру стенок цилиндров (независимо от их головок). «Лишние» 15-20 °C снижают потери на трение колец о цилиндры (масло-то на стенках более жидкое!), а также уменьшают их износ (в том числе и коррозионный) и замедляют старение масла за счет его меньшего окисления. Выше уже было сказано о том, что мотор с воздушным охлаждением работает в холодном состоянии в несколько раз меньшее время, чем мотор с водяным – а значит, и время интенсивного износа трущихся пар намного меньше.
Двигатель Porsche 911 GT2
Причина для подобного обвинения есть, но суть проблемы такова, что ею можно пренебречь. Дело в том, что при увеличении нагрузки температура охлаждаемых воздухом цилиндров и их головок быстро повышается, а значит, повышается температура воздуха, поступающего в цилиндры. Отсюда – худшее весовое наполнение цилиндров рабочей смесью и кратковременное падение отдачи двигателя. Но исследования ученых-моторостроителей показывают, что разница коэффициента наполнения цилиндров у «воздушников» и «водянок» не превышает 3,5%. И это при 2 000 об/мин, а с ростом оборотов разница вообще стремится к нулю. Таким образом, теоретически существующую особенность эффективного наполнения цилиндров конструкторы решают за счет повышения рабочих оборотов двигателя. И, разумеется, данный вопрос вообще не касается наддувных двигателей воздушного охлаждения.
Каждый, кто дочитал эту не самую простую статью до конца, вслух или мысленно уже задался вопросом: и по какой же причине от такого замечательного типа охлаждения отказались даже спецы из Porsche, которые одних только 911-х с «воздушниками» выпустили более 400 000 экземпляров? Причин много, и мы их рассмотрим в следующей статье. Но сразу скажем: мотор не виноват. Не все ведь в этом мире зависит от технарей и техники…
www.kolesa.ru
Комплекса подобных трудностей можно избежать, если… обратиться к жидкостному охлаждению. Вода, как теплоноситель с высокой теплопроводностью и хорошей теплоемкостью, легко сглаживает температурные неравномерности блока цилиндров и их общей головки – поэтому нет потребности в столь сложных конструкторских изысканиях, расчетах и испытаниях.
В отличие от 1950-60-х годов, времен расцвета «воздушников», нынешние конструкторы (а точнее – маркетологи) любят создавать несколько версий одного двигателя – с разным рабочим объемом и степенью форсировки. В случае с воздушным охлаждением это означает не только перерасчет параметров системы обдува, но и каждый раз полную переделку самих цилиндров и головок, которым при изменении объема и степени форсировки требуется новое оребрение – соответственно, с полным циклом новых расчетов и испытаний.
Между тем при изменении мощности мотора с жидкостным охлаждением бывает достаточно вдобавок к расточному блоку просто доработать систему питания, помпу и радиатор.
Излишков тепла, которые можно направить на отопление салона, у моторов с воздушным охлаждением в принципе достаточно. Но рационально использовать их оказалось сложнее, чем в случае с «тосольным» радиатором. Приходилось делать оребренными выхлопные патрубки, «обнимать» их кожухами-рубашками для теплообмена с потоком воздуха, направляемым в салон – да еще принимать меры, чтобы в этот воздух не попали выхлопные газы. Но для серьезных зим подобный вариант был недостаточно эффективен. Поэтому, чтобы наладить в машине с мотором-«воздушником» действительно комфортный микроклимат, в иных случаях оказалось проще использовать автономный бензиновый отопитель – как у наших «Запорожцев». Такая печка получалась сложной и трудно контролируемой. Сегодня, в эпоху компьютеризированного климат-контроля, этот нюанс «воздушников» оказался весьма весомым аргументом «против».
По своей сути двигатель с оребренными цилиндрами и большим вентилятором более шумный, чем тот, который закрыт «экраном» водяной рубашки системы охлаждения. В особенности – в диапазоне высоких частот, которые наиболее заметны для уха человека. Но еще в прошлом веке инженеры нашли несколько путей решения: малошумные центробежные вентиляторы, слой виброгасящего материала на направляющем кожухе, уменьшенные (за счет тщательно подобранных материалов) зазоры в клапанном механизме и паре поршень-цилиндр. А если совсем по-честному, то при теперешних материалах автохимии и технологиях электронного шумоподавления «заглушить» любой двигатель не было бы проблемой. Но зачем городить огород, если можно просто занести излишнюю шумность «воздушника» в его пассив и засчитать еще одно очко в пользу «водянок»?
Один из самых существенных факторов, повлиявших на отставку моторов с воздушным охлаждением – их низкая технологичность, то есть неважная по сравнению с «водянками» приспособленность к массовому конвейерному производству. Причина в том, что каждый цилиндр охлаждаемого воздухом мотора обычно выполнен отдельно, а не в привычном нам едином блоке. (Исключения конечно были – например, четырехцилиндровые моторы Honda 1300.) Во-первых, очень непросто поштучно отливать цилиндры и головки с их длинными тонкими ребрами, у каждого из которых – строго определенное сечение и зачастую замысловатая форма. В некоторых случаях цилиндры делали из двух металлов – чугунная гильза и алюминиевая ребристая рубашка, заливаемая на чугун после соответствующей подготовки.
www.kolesa.ru
На сегодняшний день в мире существует небольшое число компаний, выпускающих автомобили с двигателем воздушного охлаждения. Сделаем пояснение: в подобных моторах – система жидкостного охлаждения не предусмотрена, а поверхность цилиндров должна принудительно обдуваться холодным воздухом.
Раньше двигатели с воздушным охлаждением для авто – производились большим количеством компаний. К известным сегодня Subaruи Tatra(последняя – перестала делать моторы для легковых авто) надо прибавить концерн VW и малоизвестную фирму «Феномен» из Германии. Ну а для бюджетного «Citroen 2CV» мотор с воздушным охлаждением – был единственно приемлемым решением из всех возможных.
Причиной отказа от двигателей с «полностью воздушным» охлаждением является невозможность их эксплуатации без вентилятора для обдува, который отнимает значительную мощность. Двухцилиндровые малолитражные двигатели – и то нередко наделены «традиционным» охлаждением, хотя по параметрам они близки к моторам мотоциклов.
Современный двигатель воздушного охлаждения Tatra или Subaru – наделен теплоотводящей поверхностью большой площади. Ее значение более чем в 5 раз превосходит площадь, которая характерна для моторов старых конструкций.
Подобное решение – позволяет свести недостатки к минимуму. Но, несмотря на кажущуюся перспективность, двигатели с воздушным охлаждением – являются скорее эксклюзивными, чем массовыми решениями. Надо учесть значительный вес ребер охлаждения, а также, сложность изготовления подобных двигателей в «массовых» объемах. Но основной причиной отсутствия распространенности двигателей с воздушным охлаждением является то, что у большинства компаний нет опыта их производства.
Известно, что КПД тепловой машины будет тем выше, чем ниже температура охлаждения. Здесь воздушное охлаждение – проигрывает, но не намного. Значительной в большинстве случаев остается мощность, расходуемая охлаждающим вентилятором, что связано с необходимостью продувать воздух через межреберные каналы. Это является главной проблемой мотора, охлаждаемого только воздухом.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!autozam.ru
Сегодня мы поговорим о воздушном охлаждении двигателей авто, разберем его принцип действия, а также ознакомимся с его достоинствами и недостатками.
Во время работы, мотор автомобиля разогревается до высоких температур, которые оказывают негативное влияние на его функциональное состояние. Чтобы не возникало перегрева, в конструкции автомобиля применяется система охлаждения, которая, как мы сказали чуть выше, бывает жидкостной и воздушной. Охлаждение посредством антифриза затрагивать не будем, а вот про устройство системы воздушного охлаждения поговорим более подробно.
Как не трудно догадаться, основным носителем «прохлады» выступает поток воздуха, нагнетаемый мощным кулером (вентилятором). Помимо вентилятора, состав данной схемы предусматривает наличие охладительных ребер камер сгорания цилиндров и головки блока цилиндров, искусственно увеличивающих площадь охлаждения. Для изоляции элементов применяются специальные кожухи. Дефлекторы служат устройствами, регулирующими направление воздушного потока. Разумеется, за всей системой неусыпно наблюдают всевозможные контрольные датчики.
Ввиду наибольшего нагрева «головы» и цилиндропоршневой зоны основной поток воздуха направляется именно на них. Чтобы он доходил наиболее полно, предусматривается его распределение по каналам, образованным ребрами охлаждения. Дальнейшее продвижение потока за счет нескольких дефлекторов перенаправляется по остальным частям силового агрегата. Дефлекторы представляют собой тонкие, но достаточно твердые металлические пластины. Поступающее количество воздуха поистине огромное. Вентилятор ежеминутно способен поставлять почти 30 кубических метров аэросмеси, что позволяет обеспечивать полноценное функционирование движка небольшого объема и умеренной мощности без каких-либо температурных ограничений эксплуатационной среды. Уровень интенсивности охлаждения изменяется автоматически, посредством термостата и заслонок.
Преимуществами системы воздушного охлаждения можно назвать несомненную простоту устройства, не требующую вмешательства во внутреннюю конструкцию мотора и подразумевающую элементарные обслуживающие мероприятия. Помимо этого, аэроохлаждение делает возможным значительное снижение веса силового агрегата. Отметим и превосходные показатели холодного пуска, характерные для автомобилей с данными системами.
Недостатки подобного охлаждения тоже имеются. Например, двигатели, в случае использования воздушного теплоотведения, становятся намного более требовательными к качеству топлива и смазывающих материалов, так как их функционирование связано с осложненными условиями. Отметим и повышенный уровень шума, который неминуемо возникает во время работы. Не оставим без внимания и увеличенные размеры (не путать с массой) двигателя. К сожалению, и равномерность охладительных процессов оставляет желать лучшего.
Характерным признаком сбоев в системе воздушного охлаждение является повышение температурных показателей двигателя выше предельно допустимой границы. Как только водитель замечает, что начался перегрев, ему необходимо заглушить авто, чтобы выяснить причину аномального роста температуры.
Наиболее частой причиной сбоев является обрыв приводящего ремня основного кулера. В случае если это произошло, приборная панель проинформирует автолюбителя включением соответствующей сигнализирующей лампой. Помимо этого, порой случаются проблемы в работе термостата, однако они не являются слишком распространенным явлением.
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.
Источник: http://avtopulsar.ru/
avtopulsar.ru
Поскольку коэффициент теплоотдачи от нагретых деталей двигателя в воздух примерно в 10-20 раз меньше, чем при жидкостном охлаждении, то для обеспечения требуемого теплорассеивания при воздушном охлаждении приходится применять оребрение цилиндров и их головок. Наличие ребер в 15-20 раз увеличивает наружную поверхность охлаждаемых деталей и позволяет обеспечить поддержание нормального теплового состояния двигателя.
Ребра на поверхности цилиндра и головки образуются при их отливке или могут быть получены путем механической обработки. Форма, число и расположение ребер обусловлены распределением и интенсивностью тепловых потоков через детали и оказывают весьма существенное влияние на их тепловое состояние.
Наибольшую площадь оребрения обычно имеют головки цилиндров, через которые отводится до 50-70% теплоты.
На современных двигателях воздушного охлаждения чаще всего используются трапециевидные ребра (рис. 6 б), которые более удобны в производстве и в то же время имеют высокую тепловую эффективность. Толщина ребер обычно составляет 2—4 мм, а длина колеблется от 50—70 мм в головке до 20—30 мм на поверхности цилиндра. Дальнейшее увеличение длины ребер не дает существенного повышения их теплорассеивающей способности, так как вследствие роста термического сопротивления теплоотдача от наиболее удаленных участков уменьшается.
 |
Рис. 6 Конструкция охлаждающих ребер:
а - прямоугольное; б - трапециевидное; в - треугольное.
Тепловая эффективность оребрения зависит от шага ребер. При уменьшении шага увеличивается гидравлическое сопротивление движению воздуха и в случае недостаточного напора уменьшается его циркуляция в межреберном канале. Увеличение шага ребер уменьшает гидравлические сопротивления, но зато сокращает их число и общую теплорассеивающую поверхность. Оптимальным можно считать расстояние между ребрами 4-8 мм
Для обеспечения надежного охлаждения необходимо, чтобы скорость движения воздуха в межреберном канале составляла 25- 40 м/сек. В этом случае обеспечивается необходимая турбулизация воздуха, уменьшается ламинарный пограничный слой на поверхности ребер и увеличивается коэффициент теплоотдачи.
Для снижения затрат мощности на привод вентилятора конструкция оребрения должна обеспечить наилучшее использование охлаждающего воздуха, т. е. его максимальный нагрев в межреберном канале. Последнее помимо целесообразной конструкции оребрения достигается рациональной организацией циркуляции воздуха в системе, что обеспечивается применением экранов, отражателей, направляющих ребер и рефлекторов. Кроме выполнения этой функции указанные элементы играют большую роль в обеспечении требуемой равномерности охлаждения различных участков оребрения.
На рис. 7 показаны схемы организации циркуляции воздуха в двигателях воздушного охлаждения.
Как можно видеть из рисунка наличие дефлекторов вокруг каждого цилиндра уменьшает сечение для входа воздуха в систему оребрения. За счет этого ограничивается количество воздуха, входящее в межреберные каналы каждого цилиндра, и предотвращается его повышенный расход. Кроме того, дефлекторы не позволяют воздуху свободно выходить из межреберного канала и увеличивают путь, на котором совершается теплоотдача.
Наличие дефлекторов улучшает также охлаждение тыльной стороны цилиндра, которая находится в наиболее неблагоприятных условиях.
Поскольку нормальное воздушное охлаждение требует высоких скоростей воздуха, то для обеспечения его циркуляции применяются только высокоэффективные осевые вентиляторы с большим числом профилированных лопаток. Полный напор таких вентиляторов составляет 100-240 мм вод. ст. и обеспечивается за счёт относительно высоких окружных скоростей вращения крыльчаток.
Вентиляторы двигателей с воздушным охлаждением, как правило, имеют неподвижный кожух и иногда выполняются с направляющим и спрямляющим аппаратами. В некоторых конструкциях применяются центробежные вентиляторы.
В зависимости от компоновочных условий вентиляторы могут устанавливаться для работы на нагнетание или отсасывание воздуха. В последнем случае объёмная производительность вентилятора, через который проходит горячий воздух, должна быть увеличена, что при разных аэродинамических сопротивлениях воздушного тракта приводит к повышенной затрате мощности.
 |
 |
| Рис. 7. Схемы организации циркуляции воздуха в двигателях воздушного охлаждения: а - однорядного; б - двухрядного; 1 - дефлектор; 2 - масляный радиатор. |
4. Расчёт системы охлаждения.
Система охлаждения обычно рассчитывается для номинального режима работы двигателя, причём температура окружающей среды 
принимается равной 40. Системы охлаждения машин, специально предназначены для эксплуатации в тропическом климате, рассчитываются при 
. Температура жидкости на выходе из двигателя принимается 90-95 °С.
Расчётное количество теплоты 
которое должно отводится системой охлаждения, определяется по формуле:
где 
- относительное количество теплоты, отводимое системой охлаждения;
- удельный расход топлива на номинальном режиме, 
;
- номинальная мощность двигателя;
- низшая теплота сгорания топлива.
Относительное количество теплоты , отводимое системой охлаждения, можно найти по данным теплового баланса для подобного двигателя или принять по ориентировочным статистическим данным в пределах: 0.20-0.30 – для карбюраторных двигателей, 0.18-0.25 – для дизелей.
где 
- коэффициент теплопередачи радиатора 
- площадь теплорассеивающей поверхности радиатора, 
, 
- средняя температура жидкости и воздуха соответственно, 
Требуемая поверхность охлаждения радиатора определяется из уравнения теплопередачи:
Величину коэффициента теплопередачи находят по данным тепловых исследований решеток радиатора.
Перепад средних температур при первоначальном определении 
можно принимать в пределах
Площадь лобовой поверхности радиатора может быть найдена по формуле:
где 
- коэффициент компактности сердцевины радиатора, равный 600-950 1/м;
- глубина радиатора, м.
Глубину радиатора определяют с учетом указанных выше рекомендаций относительно числа рядов трубок и выбранного их типоразмера. Обычно глубина радиаторов автомобильного типа составляет 40-80 мм, а глубина решеток сердцевины тяжелых колесных и гусеничных машин — 80- 130 мм.
Учитывая требования компоновки радиатора в моторном отсеке, принимают относительную высоту радиатора 
и определяют размеры его сердцевины:
Высоту:
Ширину:
По найденным размерам сердцевины вычисляется общее число трубок радиатора:
где 
- шаг трубок по фронту, м
- число рядов трубок.
Расход воздуха через радиатор:
Температура воздуха на выходе из радиатора:
где 
- температура на входе в радиаторе, 
; 
;
- средняя теплоемкость воздуха при постоянном давление.
Требуемый расход охлаждающей жидкости находят по уравнению:
где 
- площадь поперечного сечения трубки радиатора, ;
- скорость жидкости в трубках радиатора, равная 0.7-1 м/с;
- удельный вес жидкости, 
Температура жидкости на выходе из радиатора определяется по формуле:
где 
- температура жидкости на входе в радиаторе, равная 90-95 
;
- 
;
Зная температуру воздуха и жидкости, можно определить действительный средний температурный перепад:
В заключение расчета целесообразно проверить действительную теплорассеивающую способность радиатора:
Если 
, найденного по формуле (4.17), необходимо скорректировать ранее принятое значение температурного перепада и повторить расчет поверхности радиатора.
Вместимость системы охлаждения можно найти исходя из условий 4-12-кратной циркуляции в жидкостном контуре, а также по эмпирической удельной емкости:
-для легковых автомобилей:
-для грузовых автомобилей:
Расчет жидкостного насоса при учебном проектировании может быть ограничен выбором его размеров, определением скорости вращения и потребляемой мощности.
Окружная скорость на внешнем диаметре крыльчатки насоса определяется по формуле:
где 
, 
- углы между направлениями скоростей жидкости на выходе из колеса и окружной скорости;
- расчетный напор насоса, равный 5-15 м вод.ст;
- гидравлический к.п.д. насоса; 
Приняв на основании статистических данных наружный диаметр крыльчатки 
, число ее оборотов можно найти из соотношения:
Мощность, потребляемая насосом:
где 
- коэффициент подачи насоса; 
- общий к.п.д. насоса, обычно равный 0.45-0.6.
Исходными данными для расчета вентилятора являются его производительность 
и полный набор напор:
(4.32)
где 
- аэродинамическое сопротивление радиатора(205…600 Н/м2)
- аэродинамическое сопротивление моторного отсека, которое можно принимать равным .
Секундная производительность вентилятора:
где 
- расход воздуха, кг/ч;
- удельный вес воздуха, кг/м3 ;
Потребная окружная скорость на периферии лопаток рабочего колеса может быть найдена из уравнения:
где 
- безразмерная коэффициент напора вентилятора. Коэффициент напора автомобильных вентиляторов составляет:
-для штампованных лопастей 
-для литых профилированных лопастей 
Наружный диаметр вентилятора 
лучше всего принимать равным наименьшему размеру лобовой поверхности радиатора 
или 
или близким к нему.
Необходимое число оборотов вентилятора:
Диаметр втулки вентилятора 
можно найти из соотношения:
где 
- относительная осевая скорость воздуха в вентиляторе, обычно равная 0.2-0.3 для штампованных и 0.30-0.45 для литых профилированных лопастей.
Угол наклона лопастей обычно принимается равным 30-400 , а ширина лопасти – 50-80 мм.
Мощность, потребная вентилятором на расчетном режиме:
где 
- к.п.д. вентилятора, равный для штампованных лопастей 0.2-0.4 и для литых профилированных лопастей – 0.55-0.65.
Потери на привод вентилятора не должны превышать 5-8% номинальной мощности двигателя.
poznayka.org
Поскольку происходит нагрев определенных областей двигателя, для предотвращения деформации рассматриваемых узлов и возможного заклинивания необходимо обеспечить отвод и рассеивание тепла. Тепло естественным образом перераспределяется от горячих к холодным областям; таким образом, тепло, полученное поршнем и клапанами, естественным образом отводится к внешним поверхностям цилиндра и головки цилиндра. Лишнее тепло от этих поверхностей необходимо отвести в воздух (помня, что не всё тепло является лишним, поскольку рабочая температура двигателя должна поддерживаться в оптимальных пределах).
Наилучшим способом организации теплоотвода является оптимизация площади наружной поверхности деталей, так чтобы в воздух отводилось необходимое количество тепла. Этого добиваются путем введения ребер охлаждения на нагретых областях. Если посмотреть на любой двигатель с воздушным охлаждением, то можно сразу заметить, что основная, сильно оребренная область находится в районе головки цилиндра. Поверхность картера не находится в непосредственном контакте с теплом, выделяющимся при сгорании, а следовательно, ей достаточно небольшого оребрения или вообще оно не требуется. В этом случае исключением являются четырехтактные двигатели с "мокрым картером", в которых ребра используются для охлаждения масла, находящегося в поддоне. Принципы воздушного охлаждения были заложены одновременно с первыми мотоциклами, и не сильно изменились за прошедшие годы. Конструктор должен вычислить площадь оребрения для соответствия ее величине отводимого тепла, поэтому оребрение одного двигателя может сильно отличаться от другого. Например, охлаждению двигателя дорожной машины способствует ее движение по отношению к окружающему воздуху. Для спортивных внедорожных мотоциклов это справедливо в меньшей степени, потому что они часто работают в тяжелых условиях и при этом очень медленно двигаются; именно по этому у многих двигателей внедорожных машин сильное оребрение. Вот почему дорожные машины перегреваются, попадая в "пробку". Кроме того, имеется существенное различие в степени оребрения между двухтактными и четырехтактными двигателями: число рабочих ходов в двухтактных двигателях в два раза больше, следовательно, им необходимо более развитое охлаждение. Другой способ реализации воздушного охлаждения - тот, что применяется на двигателях, расположенных вне набегающего потока воздуха, то есть на скутерах Он состоит в том, что над оребренной поверхностью устанавливается кожух, в который по каналу от вентилятора подается воз дух, охлаждающий ребра. Несмотря на то, что часть мощности затрачивается на привод вентилятора, этот способ связывает эффективность охлаждения с частотой вращения двигателя, а не со скоростью движения; следовательно, он более соответствует требованиям охлаждения двигателя. Главный недостаток воздушного охлаждения - широкий диапазон температур воздуха, при которых должна обеспечиваться работа двигателя. При изменении температуры изменяется эффективность охлаждения (коэффициент теплопередачи меняется с изменением перепада температур: чем больше перепад, тем он выше). Проблема изменения степени линейного расширения различных узлов двигателя означает, что допуски при изготовлении должны быть чрезмерно большими. Кроме того, величина тепловыделения больших или форсированных двигателей может иногда оказаться такой, что воздушному охлаждению будет трудно с ней справляться. Принудительное воздушное охлаждение, в котором используется приводной вентилятор, в данном случае подходит несколько лучше, но использование вентилятора для охлаждения большого двигателя приводит к излишнему увеличению его веса.
ru.motorcycle.wikia.com
14.02.2017, Просмотров: 619
Основная масса современных водителей понятия не имеет что такое воздушное охлаждение. Некоторая часть населения, сопоставляет такой вид вывода лишней температуры с мотоциклами, которые, в большинстве своем, тоже уже охлаждаются различными тосолами и антифризами. Некоторые еще помнят «Запорожцы», Фольксвагены Жуки, середины прошлого века, и некоторые модели Порше. И только малая доля водителей понимает, что значит ездить на машине с мотором охлаждаемым воздухом, какие это дает преимущества перед жидкостным и какие имеет недостатки.
Описывать систему жидкостного охлаждения двигателя я не буду, итак, все сталкиваются с ней каждый день. А вот что такое воздушное охлаждение и с чем его едят, попробуем разобрать по подробнее.
Случилось так, что подобные двигатели стали ни кому не нужны. Почему? Вселенский заговор, конструктивная особенность, спрос среди населения или что-либо другое, в общем, ни кто из простых смертных не знает. Однако, сделали это напрасно, ведь с точки зрения практичности, надежности и экономической целесообразности для семейного бюджета, такие моторы вполне могут дать фору жидкостным.
В тот период жидкостные системы охлаждения называю водяными, так как антифризы не были распространены и все заливали в радиатор воду. В воздушный контур заливать ни чего не надо было и это являлось одним огромным плюсом таких двигателей. Рассмотрим ближе преимущества и недостатки таких ДВС.
Из-за малого количества деталей, он был проще в эксплуатации и дешевле в ремонте. Легче починить одну деталь, чем десяток. Как гласит статистика авторемонтов, то 20% поломок, связанных с автомобилем приходится на систему охлаждения.
Далее пойдут недостатки, которые не могут быть объективными, так как были выявлены владельцами «Запорожцев».
Мотор перегревается — неправда. Температура охлаждающей жидкости намного выше, чем температура воздуха за бортом и поэтому двигатель остывает быстрее.
Мотор плохо нагревался зимой и машина долго была холодной — тоже фантазия. Ввиду того, что мотор не опоясывался контуром холодной жидкости, то после первого пуска мотор разогревался быстрее, так как не было дополнительных охлаждающих элементов.
Двигатель «запорожца» был неплохим, сгубило его недостаточное сервисное обслуживание. Как его ремонтировать никто толком не знал, заправляли его некачественным топливом, специализированных сервисов не было и это не мудрено, так как машина не задействовалась в структурах скорой помощи, милиции или такси. Поэтому и дела до нее не было.
А вот и объективные недостатки:
Неравномерность обдува и частичный перегрев связан с загрязненностью мотора. Хороший слой пыли или грязи препятствуют эффективному отбору тепла с мотора, поэтому необходимо тщательнее следить за чистотой ДВС.
Вот и выходит, что сам по себе двигатель с воздушным охлаждение не так уж и плох и прикрыли его развитие по непонятным причинам. Ибо инженеры Порше, практически справились со многими недостатками подобных моторов, так как они производили свои знаменитые спортивные купе с моторами на воздушном охлаждении аж до 1998 года. А ребята из Porsche знают толк в моторах.
autoburum.com
