Опыт эксплуатации двигателей внутреннего сгорания и специально поставленные исследования показали, что температура в системе охлаждения двигателя существенно влияет как на основные эффективные показатели его работы (мощность, экономичность), так и на интенсивность износа трущихся поверхностей.
В формуле, определяющей эффективную мощность двигателя:
постоянный коэффициент DN практически не зависит от температуры Т охлаждающей воды. Поэтому наибольшее значение эффективной мощности при прочих равных условиях соответствует наибольшим значениям произведения ?V?M * ?i / ? для выбранного скоростного режима ?.
По мере увеличения температуры Т в системе охлаждения уменьшается количество теплоты, отдаваемой рабочими газами в систему охлаждения. Однако основная часть оставшейся теплоты в цилиндре (85—90%) расходуется на подогрев его стенок и лишь 10—15% идет на увеличение полезной работы. Поэтому с ростом температуры охлаждающей воды происходит весьма незначительное повышение индикаторного КПД двигателя ?i. Одновременно с этим возрастание температуры стенок цилиндра приводит к увеличению подогрева свежего заряда, уменьшению его плотности, а следовательно, и к уменьшению коэффициента наполнения ?? и к незначительному снижению коэффициента избытка воздуха ?.
Одновременно с этим увеличение Т вызывает уменьшение вязкости смазывающего масла, что способствует уменьшению потерь на трение и увеличение механического КПД двигателя ?м.
Суммарное влияние всех названных факторов по мере роста Т дает некоторое снижение индикаторной мощности Ni и увеличение эффективной мощности Nе, так как интенсивность увеличения ?м выше интенсивности падения Ni.
При прочих равных условиях эффективная мощность достигает своего наибольшего значения при температуре в системе охлаждения около 348 К и почти не изменяется до 358 К. Дальнейшее увеличение температуры в системе охлаждения может вызвать некоторое снижение Nе из-за ухудшения условий смазки трущихся поверхностей.
Экономичность работы двигателя определяется значением удельного эффективного расхода топлива ge Если учесть тенденции изменения ?i и ?м по мере увеличения температуры Т в системе охлаждения, то нетрудно установить, что при увеличении Т удельный индикаторный расход топлива gi постепенно увеличивается, в то время как удельный эффективный расход топлива gе снижается и достигает своего минимального значения в интервале температур от 348 до 358 К.
Изменения эффективной мощности двигателя и удельного эффективного расхода топлива в зависимости от температуры в системе охлаждения идентичны в двигателях различных типов, габаритных размеров и назначения.
Сказанное свидетельствует о том, что температуру в системе охлаждения двигателя целесообразно при всех режимах его работы поддерживать на одном и том же уровне в интервале температур от 348 до 358 К.
Однако температурный режим работы системы охлаждения двигателя необходимо выбирать не только на основе получения наивыгоднейших его эффективных показателей, но и на основе обеспечения заданного моторесурса, а это значит, что нужно установить такие условия работы, при которых износ трущихся поверхностей оказывался бы минимальным.
Для выяснения такого теплового режима работы двигателя были поставлены специальные экспериментальные исследования, которые показали,, что по мере роста температуры охлаждающей воды до 343 К степень износа резко снижается, затем интенсивность ее падения уменьшается, и после 348 К снижение степени износа становится несущественным.
С позиций получения минимальной степени износа трущихся поверхностей температуру в системе охлаждения необходимо поддерживать также в пределах 348—358 К вне зависимости от режима работы, типа и назначения двигателя (ГОСТ 12709—67). Следовательно, интервал температур 348—358 К в системе охлаждения двигателя является наивыгоднейшим, и необходимо стремиться к тому, чтобы поддерживать температуру в системе охлаждения двигателя в этом интервале при всех возможных режимах работы двигателя.
Однако свойства двигателя как регулируемого объекта по температуре охлаждения таковы, что названный диапазон температур поддерживаться в процессе эксплуатации практически не может без регулирующего воздействия на систему охлаждения. В связи с этим большинство двигателей внутреннего сгорания, работающих в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, снабжают однорежимными автоматическими регуляторами температуры различной сложности по конструкции в зависимости от требования точности поддержания заданного теплового режима (348—358 К).
В некоторых случаях поддержание температуры охлаждающей воды двигателя в интервале 348—358 К оказывается либо недопустимым, либо нецелесообразным. Например, в проточных системах судовых двигателей поддержание температуры воды в зарубашечном объеме двигателя на уровне 348—358 К недопустимо из-за интенсивного отложения накипи и, следовательно, быстрого снижения теплоотводящих способностей поверхностей теплопередачи. Поэтому в таких двигателях создают системы охлаждения, обеспечивающие температуру воды на выходе не выше 328 К- В этом случае также устанавливают однорежимные автоматические терморегуляторы, которые работают в интервале температур от 318 до 328 К (ГОСТ 12709—67).
В тепловозных теплосиловых установках с дизелями выбор температуры охлаждающей воды существенно влияет на размеры холодильных секций и, следовательно, на размеры всей установки в целом. Этим обусловливается использование в ряде случаев замкнутых систем высокотемпературного охлаждения. Система охлаждения в этом случае должна быть оборудована специальным паровоздушным клапаном, поддерживающим в системе охлаждения повышенное давление (0,12—0,13 МПа), при котором температура охлаждающей воды увеличивается до 378 К. Это позволяет сократить размеры холодильной установки за счет увеличения интенсивности теплоотдачи в окружающую среду. Следовательно, и в этих случаях система охлаждения двигателя должна быть оборудована однорежимным автоматическим регулятором температуры с настройкой его на заданный уровень температуры.
|