Радиаторы бмв

Типичный радиатор охлаждающей жидкости двигателя используемый в автомобиле

Радиаторы-это теплообменники, используемые для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, главным образом в автомобилях , но также и в поршневых самолетах, железнодорожных локомотивах, мотоциклах, стационарных генераторных установках или любом подобном использовании такого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания часто охлаждаются путем циркуляции жидкости. Называемой охлаждающей жидкостью двигателя, через блок двигателя, где она нагревается. Затем через радиатор. Где она теряет тепло в атмосферу. А затем возвращается в двигатель.

Охлаждающая жидкость двигателя обычно на водной основе, но может быть и масляной. Обычно используется водяной насос для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости двигателя. А также осевой вентилятор для подачи воздуха через радиатор.

Автомобили и мотоциклы

Охлаждающая жидкость заливается в радиатор автомобиля

В автомобилях и мотоциклах с двигателем внутреннего сгорания с жидкостным охлаждениемрадиатор соединен с каналами. Проходящими через двигатель и головку блока цилиндров, через которые перекачивается жидкость (охлаждающая жидкость). Эта жидкость может быть водой (в климате, где вода вряд ли замерзнет). Но чаще всего представляет собой смесь воды и антифриза в пропорциях. Соответствующих климату. Сам антифриз обычно представляет собой этиленгликоль или пропиленгликоль (с небольшим количеством ингибитора коррозии).

Типичная автомобильная система охлаждения включает в себя:

  • серия галерей, заброшенных в блок двигателя и головку блока цилиндров. Окружает камеры сгорания циркулирующей жидкостью для отвода тепла;
  • радиатор, состоящий из множества маленьких трубок, снабженных сотовыми ребрами для быстрого рассеивания тепла. Который принимает и охлаждает горячую жидкость из двигателя;
  • водяной насос, обычно центробежного типа, для циркуляции охлаждающей жидкости по системе;
  • термостат для регулирования температуры путем изменения количества охлаждающей жидкости поступающей в радиатор;
  • вентилятор для подачи холодного воздуха через радиатор.

Радиатор передает тепло от жидкости внутри к воздуху снаружи, тем самым охлаждая жидкость. Которая в свою очередь охлаждает двигатель. Радиаторы также часто используются для охлаждения жидкостей автоматической коробки передач, хладагента кондиционера, впускного воздуха, а иногда и для охлаждения моторного масла или жидкости гидроусилителя рулевого управления. Радиаторы обычно устанавливаются в таком положении. Где они получают воздушный поток от движения автомобиля вперед, например. За передней решеткой. Там, где двигатели установлены в середине или сзади, обычно радиатор устанавливают за передней решеткой. Чтобы обеспечить достаточный поток воздуха. Даже если для этого требуются длинные трубы охлаждающей жидкости. В качестве альтернативы радиатор может втягивать воздух из потока над верхней частью автомобиля или из боковой решетки. Для длинномерных транспортных средств, таких как автобусы. Боковой поток воздуха наиболее распространен для охлаждения двигателя и трансмиссии. А верхний поток воздуха наиболее распространен для охлаждения кондиционера.

Конструкция радиатора

Автомобильные радиаторы состоят из пары металлических или пластиковых коллекторных резервуаров. Соединенных сердечником со множеством узких проходов. Дающих высокую площадь поверхности относительно объема. Этот сердечник обычно изготавливается из сложенных слоев металлического листа. Спрессованных для образования каналов и спаянных или спаянных вместе. В течение многих лет радиаторы изготавливались из латунных или медных сердечников. Припаянных к латунным коллекторам. Современные радиаторы имеют алюминиевые сердечники, и часто экономят деньги и вес. Используя пластиковые коллекторы с прокладками. Эта конструкция более подвержена разрушению и менее легко ремонтируется, чем традиционные материалы.

Сотовые радиаторные трубки

Более ранним методом строительства был сотовый радиатор. Круглые трубки были скручены в шестиугольники на концах, затем сложены вместе и спаяны. Поскольку они соприкасались только своими концами, это образовало то. Что фактически стало твердым резервуаром для воды со множеством воздушных трубок через него.[1]

Некоторые старинные автомобили используют сердечники радиаторов, сделанные из спиральной трубы. Менее эффективной. Но более простой конструкции.

Насос охлаждающей

Секционный вид блока цилиндров, радиатора и соединительных шлангов. Шланги соединяют верхние и нижние части каждого, без какого-либо насоса, но с приводимым в действие двигателем охлаждающим вентилятором

Термосифонная система охлаждения 1937 года, без циркуляционного насоса

Радиаторы сначала использовали нисходящий вертикальный поток. Приводимый в движение исключительно термосифонным эффектом. Охлаждающая жидкость нагревается в двигателе, становится менее плотной и поэтому поднимается. Когда радиатор охлаждает жидкость, охлаждающая жидкость становится более плотной и падает. Этот эффект достаточен для маломощных стационарных двигателей, но недостаточен для всех автомобилей. Кроме самых ранних. Все автомобили в течение многих лет использовали центробежные насосы для циркуляции охлаждающей жидкости двигателя. Потому что естественная циркуляция имеет очень низкие скорости потока.

Нагреватель

Система клапанов или перегородок, или и то, и другое. Обычно включается для одновременного управления небольшим радиатором внутри автомобиля. Этот небольшой радиатор и связанный с ним вентилятор-воздуходувка называются сердечником обогревателяи служат для обогрева салона. Как и радиатор, сердечник нагревателя действует, отводя тепло от двигателя. По этой причине автотехники часто советуют операторам включить обогреватель и установить его на высокий уровень. Если двигатель перегревается, чтобы помочь главному радиатору.

Контроль температуры

Термостат двигателя автомобиля

Температура двигателя на современных автомобилях в основном контролируется термостатом типа восковых гранул. Клапан которого открывается. Как только двигатель достигает своей оптимальной рабочей температуры.

Когда двигатель холодный, термостат закрыт, за исключением небольшого байпасного потока. Так что термостат испытывает изменения температуры охлаждающей жидкости по мере прогрева двигателя. Охлаждающая жидкость двигателя направляется термостатом на вход циркуляционного насоса и возвращается непосредственно в двигатель. Минуя радиатор. Направление циркуляции воды только через двигатель позволяет двигателю как можно быстрее достичь оптимальной рабочей температуры. Избегая при этом локализованных

После достижения оптимальной температуры термостат управляет потоком охлаждающей жидкости двигателя к радиатору. Так что двигатель продолжает работать при оптимальной температуре. В условиях пиковой нагрузки. Таких как медленное движение вверх по крутому склону при большой нагрузке в жаркий день. Термостат будет приближаться к полному открытию. Потому что двигатель будет производить почти максимальную мощность. В то время как скорость воздушного потока через радиатор низкая. (Скорость воздушного потока через радиатор имеет большое влияние на его способность рассеивать тепло. И наоборот, при быстром спуске по автостраде в холодную ночь на легком дросселе термостат будет почти закрыт. Потому что двигатель производит мало энергии. А радиатор способен рассеивать гораздо больше тепла. Чем производит двигатель. Допуск слишком большого потока охлаждающей жидкости к радиатору приведет к тому. Что двигатель будет переохлажден и работать при более низкой. Чем оптимальная. Температуре. Что приведет к снижению топливная экономичность и повышенные выбросы выхлопных газов. Кроме того, долговечность, надежность и долговечность двигателя иногда ставятся под угрозу. Если какие-либо компоненты (например. Подшипники коленчатого вала) проектируются с учетом теплового расширения, чтобы соответствовать вместе с правильными зазорами. Еще одним побочным эффектом переохлаждения является снижение производительности отопителя кабины. Хотя в типичных случаях он все еще продувает воздух при значительно более высокой температуре. Чем окружающая среда.

Таким образом, термостат постоянно перемещается по всему своему диапазону. Реагируя на изменения рабочей нагрузки автомобиля. Скорости и внешней температуры. Чтобы поддерживать оптимальную рабочую температуру двигателя.

На старинных автомобилях вы можете найти термостат сильфонного типа, который имеет гофрированный сильфон. Содержащий летучую жидкость. Такую как спирт или ацетон. Эти типы термостатов плохо работают при давлении в системе охлаждения выше примерно 7 фунтов на квадратный дюйм. Современные автомобили обычно работают со скоростью около 15 фунтов на квадратный дюйм. Что исключает использование термостата сильфонного типа. На двигателях с прямым воздушным охлаждением это не относится к сильфонному термостату. Который управляет клапаном заслонки в воздушных каналах.

Управление воздушным

На температуру двигателя влияют и другие факторы. В том числе размер радиатора и тип вентилятора радиатора. Размер радиатора (и, следовательно. Его охлаждающая способность) выбирается таким образом. Чтобы он мог поддерживать двигатель при расчетной температуре в самых экстремальных условиях. С которыми может столкнуться транспортное средство (например. Восхождение на гору при полной загрузке в жаркий день).

Скорость воздушного потока через радиатор является основным фактором, влияющим на тепло. Которое он рассеивает. Скорость автомобиля влияет на это в грубой пропорции к усилию двигателя. Таким образом давая грубую саморегулирующуюся обратную связь. Там, где дополнительный вентилятор охлаждения приводится в действие двигателем. Он также отслеживает частоту вращения двигателя аналогичным образом.

Приводимые в действие двигателем вентиляторы часто регулируются муфтой вентилятора от приводного ремня. Которая проскальзывает и снижает скорость вращения вентилятора при низких температурах. Это повышает топливную экономичность, не тратя энергию на управление вентилятором без необходимости. На современных автомобилях дальнейшее регулирование скорости охлаждения обеспечивается либо переменными оборотами. Либо циклическими вентиляторами радиатора. Электрические вентиляторы управляются термостатическим выключателем или блоком управления двигателем. Электрические вентиляторы также имеют преимущество в том. Что они обеспечивают хороший поток воздуха и охлаждение при низких оборотах двигателя или в неподвижном состоянии. Например при медленном движении.

До развития вязкостных приводов и электрических вентиляторов двигатели оснащались простыми неподвижными вентиляторами. Которые постоянно втягивали воздух через радиатор. Транспортные средства. Конструкция которых требуется установка большого радиатора. Чтобы справиться с тяжелой работой в условиях высоких температур. Таких как коммерческие автомобили и тракторы часто запускаете холодную в холодную погоду при небольших нагрузках. Даже при наличии термостата, а большой радиатор и вентилятор закреплены причиной быстрого и значительного падения температуры охлаждающей жидкости. Как только термостат открылся. Эта проблема может быть решена путем установки шторки радиатора (или кожух радиатора) к радиатору. Который может быть отрегулирован таким образом. Чтобы частично или полностью блокировать поток воздуха через радиатор. В самом простом виде шторка представляет собой рулон материала. Такого как холст или резина, который развертывается по всей длине радиатора. Чтобы покрыть нужную часть. Некоторые старые машины, такие как эра Первой мировой войны S. E. 5 и SPA D S. XII I одномоторные истребители. Имеют ряд заслонок. Которые могут регулироваться с места водителя или пилота. Чтобы обеспечить определенную степень контроля. Некоторые современные автомобили имеют ряд жалюзи. Которые автоматически открываются и закрываются блоком управления двигателем. Чтобы обеспечить баланс охлаждения и аэродинамики по мере необходимости.[2]

Вентилятор охлаждения радиатора для первичного двигателя проходного рельсового Локомотива

Эти автобусы AEC Regent III R T оснащены жалюзи радиатора, которые здесь видны. Закрывая нижнюю половину радиаторов.

Давление Сож

Поскольку тепловой КПД двигателей внутреннего сгорания увеличивается с ростом внутренней температуры. Охлаждающая жидкость поддерживается при давлении выше атмосферного для повышения температуры ее кипения. Калиброванный клапан сброса давления обычно встроен в заливную крышку радиатора. Это давление варьируется в зависимости от модели. Но обычно колеблется от 4 до 30 фунтов на квадратный дюйм (от 30 до 200 кПа).[3]

Поскольку давление в системе охлаждения увеличивается с повышением температуры, оно достигнет точки. Где предохранительный клапан позволяет избыточному давлению выйти наружу. Это прекратится. Когда температура системы перестанет расти. В случае переполненного радиатора (или коллекторного бака) давление сбрасывается. Позволяя вытекать небольшому количеству жидкости. Это может просто стекать на землю или собираться в вентилируемом контейнере. Который остается при атмосферном давлении. Когда двигатель выключен. Система охлаждения охлаждается и уровень жидкости падает. В некоторых случаях, когда избыточная жидкость была собрана в бутылку. Она может быть В других случаях это не так.

Охлаждающая жидкость двигателя

До Второй мировой войны охлаждающая жидкость двигателя обычно была простой водой. Антифриз использовался исключительно для контроля замерзания, и часто это делалось только в холодную погоду.

Разработка высокоэффективных авиационных двигателей потребовала улучшения хладагентов с более высокими температурами кипения. Что привело к переходу на гликолевые или водогликолевые смеси. Это привело к принятию гликолей для их антифризовых свойств.

Со времени разработки алюминиевых или смешанных металлических двигателей ингибирование коррозии стало даже более важным. Чем антифриз. Причем во всех регионах и сезонах года.

Кипение или перегрев

Переполненный бак. Который пересыхает. Может привести к испарению охлаждающей жидкости. Что может привести к локальному или общему перегреву двигателя. Это может привести к серьезным повреждениям. Таким как перегоревшие головные прокладки. Деформированные или треснувшие головки цилиндров или блоки цилиндров. Иногда не будет никакого предупреждения. Потому что датчик температуры. Который предоставляет данные для датчика температуры (механического или электрического). Подвергается воздействию водяного пара. А не жидкого хладагента. Обеспечивая вредно ложные показания.

Открытие горячего радиатора снижает давление в системе. Что может привести к тому. Что он закипит и выбросит опасно горячую жидкость и пар. Поэтому крышки радиаторов часто содержат механизм. Который пытается сбросить внутреннее давление. Прежде чем крышка может быть полностью открыта.

История

Изобретение автомобильного водяного радиатора приписывают Карлу Бенцу. Вильгельм Майбах спроектировал первый сотовый радиатор для Mercedes 35hp.[4]

Дополнительные радиаторы

Иногда бывает необходимо. Чтобы автомобиль был оснащен вторым. Или вспомогательным. Радиатором для увеличения холодопроизводительности. Когда размер оригинального радиатора не может быть увеличен. Второй радиатор подключается последовательно с основным радиатором в цепи. Так было, когда Audi 100 впервые получила турбонаддув, создав модель 200. Их не следует путать с интеркулерами.

Некоторые двигатели имеют масляный радиатор, отдельный небольшой радиатор для охлаждения моторного масла. Автомобили с автоматической коробкой передач часто имеют дополнительные соединения с радиатором. Позволяющие трансмиссионной жидкости передавать свое тепло охлаждающей жидкости в радиаторе. Это могут быть как масляно-воздушные радиаторы. Так и уменьшенная версия основного радиатора. Проще говоря, это могут быть масляно-водяные охладители. В которых масляная труба вставлена внутрь водяного радиатора. Хотя вода горячее окружающего воздуха, ее теплопроводность выше предлагает сопоставимое охлаждение (в пределах допустимого) от менее сложного и. Следовательно. Более дешевого и надежного масляногорадиатора. Реже жидкость для гидроусилителя рулевого управления. Тормозная жидкость и другие гидравлические жидкости могут охлаждаться вспомогательным радиатором на транспортном средстве.

Двигатели с турбонаддувом или наддувом могут иметь промежуточный охладитель, который представляет собой радиатор типа воздух-воздух или воздух-вода. Используемый для охлаждения входящего воздушного заряда. А не для охлаждения двигателя.

Самолеты с поршневыми двигателями жидкостного охлаждения (обычно рядными. А не радиальными) также нуждаются в радиаторах. Поскольку скорость полета выше. Чем у легковых автомобилей. Они эффективно охлаждаются в полете и поэтому не требуют больших площадей или вентиляторов охлаждения. Однако многие высокоэффективные самолеты испытывают крайние проблемы с перегревом на холостом ходу — всего 7 минут для Это похоже на современные автомобили Формулы-1, когда они останавливаются на сетке с работающими двигателями. Им требуется воздуховод. Нагнетаемый в их радиаторные отсеки. Чтобы предотвратить перегрев.

Поверхностные радиаторы

Снижение лобового сопротивления является одной из основных задач при проектировании самолетов. В том числе и при проектировании систем охлаждения. Одним из ранних методов было использование обильного воздушного потока самолета для замены сотового сердечника (много поверхностей. С высоким отношением поверхности к объему) радиатором. Установленным на поверхности. При этом используется одна поверхность. Смешанная с обшивкой фюзеляжа или крыла. А охлаждающая жидкость течет по трубам в задней части этой поверхности. Такие конструкции были замечены в основном на самолетах Первой мировой войны.

Поскольку они так сильно зависят от скорости полета. Поверхностные радиаторы еще более подвержены перегреву при наземном запуске. Гоночные самолеты . Такие как Supermarine S. 6B, гоночный гидросамолет с радиаторами. Встроенными в верхние поверхности его поплавков. Были описаны как [6]

Поверхностные радиаторы также использовались несколькими скоростными гоночными автомобилями. Такими как Синяя птица 1928 года выпуска.

Системы охлаждения под давлением

Крышки радиаторов для автомобильных систем охлаждения под давлением. Из двух клапанов один препятствует созданию вакуума. Другой ограничивает давление.

Как правило, ограничением большинства систем охлаждения является то, что охлаждающая жидкость не должна кипеть. Так как необходимость обработки газа в потоке значительно усложняет конструкцию. Для системы водяного охлаждения это означает. Что максимальный объем теплопередачи ограничен удельной теплоемкостью воды и разницей температур между окружающей средой и 100°C. Это обеспечивает более эффективное охлаждение зимой или на больших высотах. Где температура низкая.

Другой эффект. Который особенно важен при охлаждении самолета. Заключается в том. Что удельная теплоемкость изменяется с давлением. И это давление изменяется быстрее с высотой. Чем падение температуры. Таким образом, как правило, системы жидкостного охлаждения теряют мощность по мере набора высоты самолета. Это было основным ограничением производительности в 1930-е годы. Когда внедрение турбонагнетателей впервые позволило удобно передвигаться на высотах свыше 15 000 футов. А конструкция охлаждения стала основной областью исследований.

Наиболее очевидным и распространенным решением этой проблемы был запуск всей системы охлаждения под давлением. Это поддерживало удельную теплоемкость на постоянном уровне. В то время как температура наружного воздуха продолжала падать. Таким образом. Такие системы улучшали охлаждающую способность по мере подъема. Для большинства применений это решало проблему охлаждения высокоэффективных поршневых двигателей. И почти все авиационные двигатели с жидкостным охлаждением периода Второй мировой войны использовали это решение.

Однако системы под давлением были также более сложными и гораздо более подверженными повреждениям — поскольку охлаждающая жидкость находилась под давлением. Даже незначительные повреждения в системе охлаждения. Такие как одно пулевое отверстие винтовочного калибра. Заставили бы жидкость быстро брызнуть из отверстия. Отказы систем охлаждения были, безусловно. Основной причиной отказов двигателей.

Испарительное охлаждение

Хотя построить авиационный радиатор. Способный работать с паром, сложнее. Это отнюдь не невозможно. Главное требование состоит в том. Чтобы обеспечить систему. Которая конденсирует пар обратно в жидкость. Прежде чем передать его обратно в насосы и завершить цикл охлаждения. Такая система может использовать преимущества удельной теплоты испарения, которая в случае воды в пять раз превышает удельную теплоемкость в жидком виде. Дополнительные выгоды можно получить. Позволив пару перегреться. Такие системы, известные как испарительные охладители, были предметом значительных исследований в 1930-х годах.

Рассмотрим две системы охлаждения. Которые в остальном похожи. Работающие при температуре окружающего воздуха 20 ° C. Полностью жидкостная конструкция может работать между 30°C и 90°C. Предлагая 60°C разницы температур для отвода тепла. Испарительная система охлаждения может работать между 80°C и 110°C. Что на первый взгляд кажется гораздо меньшей разницей температур. Но этот анализ упускает из виду огромное количество тепловой энергии. Поглощаемой во время генерации пара. Эквивалентное 500°C. По сути, испарительная версия работает между 80°C и 560°C, а эффективная разница температур составляет 480°C. Такая система может быть эффективной даже при гораздо меньшем количестве воды.

Недостатком системы испарительного охлаждения является площадь конденсаторов. Необходимая для охлаждения пара ниже точки кипения. Поскольку пар гораздо менее плотен, чем вода. Соответственно большая площадь поверхности необходима для обеспечения достаточного воздушного потока. Чтобы охладить пар обратно вниз. В конструкции Rolls-Royce Goshawk 1933 года использовались обычные радиаторные конденсаторы. И эта конструкция оказалась серьезной проблемой для сопротивления. В Германии братья Гюнтер разработана альтернативная конструкция. Сочетающая испарительное охлаждение и поверхностные радиаторы. Распространяющиеся по всему крылу самолета. Фюзеляжу и даже рулю направления. Несколько самолетов были построены с использованием их конструкции и установили многочисленные рекорды производительности. В частности Heinkel He 119 и Heinkel He 100. Однако эти системы требовали многочисленных насосов для возврата жидкости из распределенных радиаторов и оказались чрезвычайно трудными для поддержания нормальной работы. А также были гораздо более восприимчивы к боевым повреждениям. К 1940 году усилия по развитию этой системы в целом были прекращены. Необходимость испарительного охлаждения вскоре была сведена на нет широким распространением хладагентов на основе этиленгликоля. Которые имели меньшую удельную теплоту, но гораздо более высокую температуру кипения, чем вода.

Тяга радиатора

Радиатор самолета. Находящийся в канале. Нагревает проходящий через него воздух. Заставляя его расширяться и набирать скорость. Это называется эффектом Мередита, и высокоэффективные поршневые самолеты с хорошо спроектированными радиаторами низкого сопротивления (в частности, P-51 Mustang) получают тягу от него. Тяга была достаточно значительной, чтобы компенсировать лобовое сопротивление воздуховода. В который был заключен радиатор. И позволяла самолету достичь нулевого лобового сопротивления охлаждения. В какой-то момент даже планировалось оснастить камерой. Впрыснув топливо в выхлопной канал после радиатора и поджигая его.]. Дожигание достигается путем впрыска дополнительного топлива в двигатель после основного цикла сгорания.

Стационарная установка

Двигатели для стационарных установок обычно охлаждаются радиаторами так же. Как и автомобильные двигатели. Однако в некоторых случаях испарительное охлаждение используется через градирню.[7]

Источники

  • Opel Omega & Senator руководство по техническому обслуживанию и ремонту. Хейнес. 1996. ISB N 978-1-85960-342-0.

Внешние ссылки

На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с радиаторами.