7. Система охлаждения двигателя

7.1. Расчет радиатора

Система охлаждения двигателя рассчитывается для номинального режима . Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению площади поверхности радиатора, основных размеров водяного насоса и подбору вентилятора. При расчете системы охлаждения воздушного охлаждения определяют площади поверхностей охлаждения ребер цилиндров и головки цилиндра.

Исходными параметрами для расчета системы охлаждения является количество теплоты ,которое необходимо отвести от двигателя в охлаждающую среду в единицу времени.

Отводимая теплота включает часть выделяющейся в цилиндрах двигателя теплоты, не преобразующейся в индикаторную работу и не уносимой с отработавшими газами, и теплоту, эквивалентную работе трения, возникающего при движении деталей двигателя. Для проектируемого четырехтактного двигателя жидкостного охлаждения количество отводимой теплоты можно определить по империческим формулам (Дж/с):

для карбюраторного двигателя

= ;

для дизельного двигателя

,

где  низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;  количество теплоты, теряемой в связи с неполнотой сгорания из-за недостатка кислорода, кДж/кг; i  число цилиндров; D  диаметр цилиндра, см; C = 0,45...0,47-коеффициент пропорциональности; n  частота вращения коленчатого вала двигателя, мин ;  коэффициент избытка воздуха; m = 0,6...0.7 показатель степени.

При определении расчетного количества теплоты, рассеиваемой радиатором, иногда вводят эксплуатационный коэффициент запаса , связанный с загрязненностью радиатора. Тогда количество теплоты, отводимой от двигателя охлаждающей жидкостью

.

Вместимость системы жидкостного охлаждения (л) принимают на основе следующих соотношений:

для легковых автомобилей (0,18…0,33)P_е;

для грузовых автомобилей (0,24…0,34)P_е;

для тракторов (0,4…0,55)P_е.

Расчет сводится к определению площади поверхности охлаждения выбранного типа решетки радиатора, необходимой для передачи теплоты от охлаждающей жидкости к окружающему воздуху. При этом количество теплоты, отводимой от двигателя охлаждающей жидкостью (Q_ж.р), принимается равным количеству теплоты, передаваемой охлаждающему воздуху (Q_возд): Q_ж.р = Q_возд

Расчет жидкостного радиатора ведется в следующей последовательности.

1. Определение количества теплоты Q_ж.р, отводимой через систему охлаждения двигателя на режиме номинальной мощности (см. ранее).

2. Количество воздуха, проходящего через радиатор, м³/с

, (7.1)

где С_возд  средняя удельная теплоемкость воздуха; С_возд=1,005 Дж/(кг К);

_возд  плотность воздуха при температуре 40^о С (Т_возд = 313 К), = 1,13 кг/м³.

Для конкретного значения Т_ВОЗД при неизменном давлении может быть определено по зависимости =1,293^.273/Т_ВОЗД; Т_{возд.ВЫХ} , Т_{возд.ВХ} – температура воздуха за и перед радиатором, К. Т_{возд.ВХ} принимают равной 313 К.

= Т_{возд.ВЫХ} - Т_{возд.ВХ}  температурный перепад воздуха в решете радиатора, = (20…30)К.

Количество воздуха (м³/с), проходящего через радиаторы автотракторных двигателей находится в следующих пределах:

для бензиновых двигателей (0,03…0,055) P_е;

для дизелей (0,015…0,04) P_е,

3. Циркуляционный расход охлаждающей жидкости (м³/с), проходящий через радиатор (подача жидкости насосом).

(7.2)

где  плотность охлаждающей жидкости: для воды при t = 20 С, = 1000 кг/м , для тосола А-40, = 1075....1095 кг/м ;  удельная теплоемкость жидкости: для воды = 4,187 Дж/(кг К), для этиленгликоля = 3,84 Дж/(кг К); температура охлаждающей жидкости на входе и выходе радиатора,К. принимают 368...365 К;  перепад температур охлаждающей жидкости в радиаторе, К. При принудительной циркуляции воды в системе температурный перепад = 6...12 К.

Средняя температура жидкости в радиаторе

= + )/2= +  ))/2 =  /2 (7.3)

Для автотранспортных двигателей = 358 ... 365 K.

Средняя температура воздуха, проходящего через радиатор

= . (7.4)

Для автотракторных двигателей = (323...328) K

4. Необходимая площадь поверхности охлаждения радиатора, м

= , (7.5)

где  коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости в стенки радиатора, Вт/( м К)

Для автотракторных двигателей коэффициент теплопередачи принимается по опытным данным Вт/( м К)

Для радиаторов легковых автомобилей 140...180

Для радиаторов грузовых автомобилей и тракторов 80....100

Для воздушно-маслянных радиаторов 25....70

Для водомаслянных 115...350

Площадь поверхности охлаждения радиаторов автотракторных двигателей составляет 7....60 м и в зависимости от эффективной мощности автотракторных двигателей приблизительно находится в следующих пределах (м²):

для легковых автомобилей (0,13…0,31)P_е;

для грузовых автомобилей (0,2…0,41)P_е;

для тракторов (0,4…0,54)P_е.

5. Фронтовая (лобовая) поверхность радиатора, м

= HB = , (7.6)

где  скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения машины = 6...24 м/с; H, B  высота и ширина радиатора, м

Фронтовую поверхность радиатора выполняют в виде квадрата, обеспечивая при этом равенство площадей: ометаемой вентилятором и фронтовой площади радиатора

6. Глубина сердцевины радиатора (м).

/( ),

где = /  коэффициент компактности радиатора;  геометрический объем радиатора

Для современных радиаторов = 600....1800 м .

Глубина сердцевины радиаторов (мм):

автомобильных 60....150;

тракторных 80....135.

7. Выбор конструкции охлаждающей решетки радиатора и установление основных размеров охлаждающего элемента.