Модернизация системы охлаждения двигателя Газели (стр. 16 из 19)
В качестве циркулирующей охлаждающей жидкости принимаем этиленгликолевую незамерзающую смесь (антифриз).
Таким образом, количество тепла отводимого от двигателя в единицу времени:
Qω=qωNeN=860∙85,0232∙1,36=99443,135 ккал/ч, (7.1)
где qω=860 ккал/(л.с.∙ч)— количество отводимого от двигателя тепла,
для карбюраторных ДВС обычно qω=830…860 ккал/(л.с.∙ч);
NeN=85,0232 кВт— наибольшая мощность двигателя.
Находим количество жидкости (кгс/ч), циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени,
кгс/ч (7.2)где сω=0,5 ккал/(кгс∙°С)— теплоемкость циркулирующей жидкости;
=5 °C— разность температур входящей в радиатор ивыходящей из него жидкости.
7.2 Расчет радиатора
Величину поверхности охлаждения радиатора в первом приближении (м2) с достаточной точностью определим по простейшей формуле и сравним с существующей (FД=20 м2):
Fp=fpNNeN=0,17∙85,0232∙1,36=19,66 м2 (7.3)
где fpN=0,17 м2/л.с.— удельная поверхность охлаждения радиатора, fpN=0,1…0,23 м2/л.с. для легковых автомобилей.
Как видно из расчетов Fp=19,66м2≈FД=20м2, относительная разность 2%.
Емкость системы охлаждения оставим прежней, т.е. Vω=12 л.
Примерное количество проходящего через радиатор воздуха:
GL=205∙NeN=205∙85,0232∙1,36=22868 кгс/ч. (7.4)
7.3 Водяной насос
Расчетная производительность водяного насоса:
Gв.н.=Gω/ηв.н.=
/0,85=46796,7694 кгс/ч, (7.5)где ηв.н.=0,85— коэффициент, учитывающий возможность прорыва жидкости между крыльчаткой и корпусом насоса.
Необходимая на привод водяного насоса мощность:
кВт (7.6)где Н=7 м вод. ст.— создаваемый насосом напор;
ηh=0,65 — гидравлический КПД;
ηмех=0,8 — механический КПД водяного насоса.
Учитывая, что параметры рассчитываемого и действительного радиаторов можно принять как равные и принимая существующую емкость системы охлаждения — размеры и форму водяного насоса не рассчитываем.
7.4 Вентилятор
Для выбора из существующей номенклатуры приближенно определим производительность вентилятора по формуле:
GL=LQQω=0,3∙99443,135=29832,9405 кгс/ч, (7.7)
где LQ=0,3 кгс/ккал — удельная производительность вентилятора.
7.5 Описание предлагаемых конструктивных изменений
Далее будет предложен и рассмотрен вариант усовершенствования системы охлаждения рассматриваемого в данной работе двигателя ЗМЗ-406 автомобилей ГАЗ 2705, 3221 «ГАЗЕЛЬ». Описание целей и элементов доработки системы охлаждения двигателя ЗМЗ-406 по пунктам приведены ниже. Основные элементы системы и режимы работы приведены на рис. 20…24.
1. Вместо вентилятора и гидронасоса с механическим приводом от клиноременной передачи принимаются к установке вентилятор и гидронасос с электроприводом и возможностью регулировки числа их оборотов в зависимости от температуры в системе охлаждения. Цель: возможность частичной регулировки скорости потока воздуха, возможность регулировки скорости потока охлаждающей жидкости, увеличение мощности брутто двигателя за счет отсутствия затрат мощности на привод вентилятора и водяного насоса. Остальные достоинства таких систем смотреть выше в патентном обзоре.
2. Термостат заменяется термоэлектроклапаном с предохранительной пружиной из никель - титанового или иного аналогичного сплава обладающего «памятью» (см. патентный обзор), которая срабатывает когда электроклапан, по каким либо причинам вышел из строя и настроена на срабатывание при наименьшей и наивысшей предельной температурах. Цель: предотвратить эффект «залипания» термостата. Т.к. при поломке обычный термостат имеет свойство, оставаться в каком либо постоянном (крайнем, либо промежуточном) положении (говорят «залипает»). Кроме того, термоэлектроклапан, вместо классического термостата, позволит более четко и скоординировано организовать работу всех механизмов и приборов системы охлаждения, как между собой, так и с остальными механизмами двигателя посредством ЭБУ, либо бортовой ЭВМ. Магнитное поле создаваемое электроклапаном можно использовать для смягчения воды в случае возникновения ситуации, когда в систему охлаждения приходиться заливать жесткую воду.
3. В магистраль отопителя салона встраивается электромагнитный клапан вместо краника отопителя салона. Цель: более удобный способ включения, выключения отопителя (управление отопителем можно вынести на панель приборов), возможность более качественного автоматического управления прогревом двигателя и салона в зимнее время.
| Рис. 20 Циркуляция ОЖ ДВС – Радиатор – Отопитель при Nmax (зимний период) 1- ДВС; 2- датчик числа оборотов коленвала; 3- датчик скорости; 4- отопитель салона; 5- электромагнитный клапан системы отопления салона; 6- включатель – регулятор отопителя; 7- электронасос системы отопления (устанавливается только при наличии второго отопителя в автомобилях с двумя рядами пассажирских сидений и автобусах); 8- головка ДВС; 9- электронный блок управления (ЭБУ) или бортовая ЭВМ; 10- датчик температурного состояния ДВС; 11- датчик температуры охлаждающей жидкости; 12- электромагнитный клапан-термостат; 13- радиатор; 14- электровентилятор; 15- датчик температуры охлаждающей жидкости; 16- электропомпа |
При работе двигателя 1 (Рис. 20) в ЭБУ 9 (бортовая ЭВМ) подаются сигналы о его температурном состоянии, датчик 10, а также о температуре охлаждающей жидкости (ОЖ), датчики 11, 15, скорости движения автомобиля, датчик 3 (или спидометр), частоте вращения коленвала, датчик 2, о состоянии отопителя сигнализирует включатель – регулятор температуры в салоне 6. В зависимости от полученных внешних данных, после обработки, из ЭБУ выходят сигналы управления на электровентилятор 14, электропомпу 16, электромагнитные клапаны 12 и 5, электронасос 7 системы отопления (устанавливается только при наличии второго отопителя 4 в фургонах с двумя рядами пассажирских сидений и автобусах). В зависимости от полученных ЭБУ 9 сигналов опишем основные режимы работы системы охлаждения, начиная от пуска двигателя до его работы при максимальных нагрузках.1. ОЖ циркулирует по кругу ДВС 1 – Радиатор 13 – Отопитель (ли) 4 Рис. 20, максимальная нагрузка, температура в системе охлаждения t°→max, т.е. ≈90°С., клапаны 5, 12 открыты, помпа 16, вентилятор 14, насос 7 (при наличии) включены на полные обороты.
| 2. ОЖ не циркулирует по ДВС (Рис. 21), например пуск холодного двигателя зимой. Вентилятор 14 (см. Рис. 20), помпа 16, насос 7 — отключены, клапаны 5, 12 — закрыты. |  Рис. 21 Работа ДВС без циркуляции ОЖ |
| 3. ОЖ циркулирует по ДВС, t°ОЖ≈65…70 °С, рис.22. Вентилятор 14 (см. Рис. 20), насос 7 — отключены, клапаны 5, 12 — закрыты. помпа 16 включена. |  Рис. 22 Циркуляция ОЖ по ДВС |
| 4. Циркуляция ОЖ по магистрали ДВС - отопитель (прогрев автомобиля при пуске двигателя в зимний период) рис. 23. Вентилятор 14 (см. Рис. 20),— отключен, клапан 12 — закрыт. Помпа 16, насос 7 (при наличии) — включены. Клапан 5 — открыт. |  Рис. 23 Циркуляция ОЖ по магистрали ДВС - отопитель |
| 5. Циркуляция ОЖ по магистрали ДВС - радиатор t°≈85…90°С («летний режим») рис. 24. Вентилятор 14 (см. Рис. 20) включается автоматически по потребности, помпа 16—включена, клапан 12 — открыт. Насос 7 (при наличии) — отключён. Клапан 5 — закрыт. |  Рис. 24 |
Электронасосы 16, 7 и электровентилятор 14 (Рис. 20) имеют возможность изменять частоту вращения. Функциональная схема регулирования частоты вращения вентилятора, насоса системы охлаждения и отопителя приведена на рис. 25. Температура ОЖ воспринимается терморезистором R1, имеющим отрицательный температурный коэффициент; терморезистор одновременно является одним из звеньев мостовой схемы, куда входят также резисторы R2, R3 и R4.
Вследствие этого напряжение на выходе моста обратно пропорционально температуре ОЖ. В противоположное плечо моста включен резистор R4, с помощью которого можно регулировать напряжение на выходе моста в некоторых пределах.
Рис. 25
Частота вращения двигателей постоянного тока 3, 8, вращающих, соответственно, вентилятор 2 и водяной насос 9, зависит от текущих значений температуры ОЖ.
К электродвигателям прикладываются прямоугольные импульсы напряжения. Частота их вращения зависит от силы тока поступающего в якорь. Среднее значение тока, поступающего в якорь, зависит от ширины прямоугольных импульсов и в конечном счете от напряжения на выходе моста. ЭБУ 5 непрерывно сравнивает усиленное напряжение моста с напряжением, вырабатываемым генератором пилообразного сигнала 6, и при их одинаковых значениях переключается, выдавая прямоугольные импульсы, приводящие в действие (посредством усилителя) двигатели постоянного тока.