Порівняння різних схем систем охолодження автомобільних двигунів внутрішнього згоряння

Abstract

Метою дослідження є розробка ефективної схеми системи охолодження для автомобільного двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ), яка забезпечує раціональні параметри теплоносіїв та мінімальні масогабаритні показники, а також здійснення порівняльного аналізу цієї схеми з типовою системи охолодження, що використовується на практиці. У роботі застосовано метод математичного моделювання теплових процесів, які протікають у теплообмінниках системи охолодження, зокрема в радіаторах, охолоджувачах наддувного повітря, рециркуляційних газів та масла. Проведено розрахунки режимів тепловідведення на основі рівнянь теплообміну з урахуванням змінних параметрів температури та витрати теплоносіїв. Для двох схем систем охолодження побудовано моделі, що дозволяють встановити залежності ключових характеристик систем (сумарної маси, площ фронтів радіаторів, повітряного опору тощо) від керованих змінних. У процесі дослідження визначено, що оптимальна витрата теплоносія та вибір температурного режиму дозволяють знизити сумарну масу серцевин теплообмінників до 30...40 % у порівнянні з традиційною схемою. Зокрема, спроєктована в НУК система демонструє значно нижчі значення маси охолоджувача масла (1,0...1,6 кг проти 36...45 кг у базовій схемі) та спрощену конструкцію за рахунок використання одного охолоджувача наддувного повітря замість двох. Усі компоненти узгоджено за витратою теплоносія та температурою, що дозволяє досягти ефективного тепловідведення при збереженні прийнятного аеродинамічного опору. В роботі запропоновано системний підхід до проєктування системи охолодження ДВЗ, що включає послідовну оптимізацію параметрів теплообмінників і використання керованих циркуляційних контурів з регульованими витратами теплоносіїв. Встановлено кількісні залежності між температурними параметрами та критичними показниками ефективності системи охолодження, що дозволяє обґрунтовано визначати раціональні конструктивні рішення. Запропонована схема системи охолодження може бути використана при проєктуванні нових або модернізації існуючих автомобільних ДВЗ для досягнення високої ефективності охолодження, зниження масогабаритних характеристик та забезпечення стабільного температурного режиму двигуна. Результати дослідження можуть бути безпосередньо впроваджені у проєктно-конструкторську діяльність в галузі двигунобудування.