Vidaus degimo variklis (3 dalis)

8 gegužės 2014, 0:32

Vidaus degimo variklis (VDV) — šiluminis variklis, kuriame kuras sudega tiesiogiai degimo kameroje, esančioje variklio viduje. Kaip ir kiekviena šiluminė mašina, VDV paverčia sudeginamo kuro šiluminę energiją mechaniniu darbu.

VDV variklius papildančios sistemos

Pagrindinis vidaus degimo variklių trūkumas yra tas, kad jie pasiekia didžiausią galią tik siaurame apsukų diapazone. Dėl to transmisija tapo neatsiejamu kiekvienos vidaus degimo variklio varomos transporto priemonės atributu. Tik tam tikrais atvejais (pavyzdžiui, lėktuvuose) galima apsieiti be sudėtingos transmisijos. Palaipsniui pasaulį užvaldo hibridinio automobilio, kuriame variklis nuolat dirba optimaliu režimu, idėja.

Be to, vidaus degimo varikliui reikalingos maitinimo sistema (kurui ir orui tiekti — kuro ir oro mišiniui paruošti ir įpurkšti), išmetimo sistema (išmetamosioms dujoms pašalinti), taip pat neapsieinama be tepimo sistemos (skirtos trinties jėgoms variklio mechanizmuose mažinti bei jų apsaugai nuo korozijos ir dilimo), taip pat aušinimo sistemos (variklio optimaliam šiluminiam režimui palaikyti), paleidimo sistemos (naudojami paleidimo būdai: elektrinis starteris, papildomas paleidimo variklis, pneumatinis, žmogaus raumenų jėga), degimo sistemos (kuro ir oro mišiniui uždegti, naudojama varikliuose, turinčiuose priverstinį uždegimą).

Sistemos, bendros daugumai variklių tipų

  • Aušinimo sistema.
  • Išmetamųjų dujų šalinimo sistema. Ją sudaro išmetimo kolektorius, katalizatorius (šiuolaikiniuose automobiliuose) ir duslintuvas.
  • Tepimo sistema – būna su atskiru alyvos baku (aviacija) ir be jo (beveik visi šiuolaikiniai automobiliai).
  • Variklio paleidimo sistema. Varikliui paleisti būtina atlikti bent vieną alkūninio veleno apsisukimą tam, kad viename iš cilindrų įvyktų įsiurbimo ir suslėgimo taktai. Keturių taktų varikliams paleisti paprastai naudojami specialūs elektros varikliai – starteriai, veikiantys nuo akumuliatoriaus. Dviejų taktų mažos galios benzininiams varikliams paleisti galima naudoti žmogaus raumenų jėgą, pavyzdžiui, taip veikia motociklo kojinis starteris.
  • Turboįpūtimo sistema.
  • Išmetamųjų dujų recirkuliacijos sistema.

Vidaus degimo variklio aušinimo sistema

Vidaus degimo variklio aušinimo sistema — tai įrenginių visuma, užtikrinanti įkaitusių variklio dalių aušinimo aplinką ir perteklinės šilumos šalinimą į atmosferą, kuri privalo užtikrinti palankiausias aušinimo sąlygas bei jas palaikyti esant įvairiems darbo režimams ir sąlygoms. Degant kuro mišiniui, temperatūra cilindro viduje gali siekti 2000 °C ir daugiau. Aušinimo sistema skirta optimaliai variklio šiluminei būsenai palaikyti 80–90 ° C ribose. Stiprus įkaitimas gali sumažinti normalius, darbinius tarpus mechanizmuose, dėl to didėja dilimas, detalės užsikerta ir lūžta, taip pat dėl nevisiško cilindrų pripildymo kuro mišinio, savaiminio mišinio užsiliepsnojimo ir detonacijos mažėja variklio galia. Normaliam variklio darbui užtikrinti būtina aušinti detales, turinčias kontaktą su karštomis dujomis, šalinant jų šilumą tiesiogiai į atmosferą arba naudojant tarpinę aplinką (pvz., vandenį, aušinimo skystį). Esant žemoms temperatūroms, kuro mišinys, patekdamas ant šaltų cilindro sienelių, kondensuojasi ir nuteka į alyvos karterį, praskiesdamas variklinę alyvą. Dėl to mažėja variklio galia, o dilimas didėja. Esant žemoms temperatūroms, variklinė alyva tirštėja. Todėl ji sunkiau patenka į cilindrus, didėja kuro sąnaudos, mažėja variklio galia. Del šių priežasčių aušinimo sistema privalo riboti temperatūrų diapazoną, užtikrindama geriausias variklio darbo sąlygas.

Aušinimo sistemų tipai

Yra trys vidaus degimo variklių aušinimo sistemų tipai: aušinimas oru, aušinimas skysčiu ir hibridinis aušinimas.

Automobilių vidaus degimo varikliuose reikia aušinti cilindrus. Tik mažos galios motorolerių benzininiams varikliams pakanka aušinimo oru, vykdomo naudojant specialiai šiam tikslui prie cilindro išlietas briaunas; galingesniems varikliams būtina užtikrinti vandens cirkuliaciją tarp dvigubų cilindro sienelių ir jo išleidimą į specialų iš vamzdelių sudarytą įrenginį, montuojamą automobilio priekyje ir apipučiamą priešpriešiniu oro srautu.

Aušinimas oru

Cilindro korpusas laisvai apipučiamas oru, kuris pašalina didžiąją dalį variklio šilumos. Tai pats paprasčiausias aušinimo būdas, kuriam nereikia sudėtingų detalių ir valdymo sistemų. Pagrindinis šios sistemos trūkumas – mažas oro šilumos imlumas, neleidžiantis tolygiai pašalinti iš variklio didelio šilumos kiekio ir atitinkamai kurti kompaktiškų galingų variklių.

Automobilio, kurio variklis aušinamas oru, pavyzdys gali buti automobilis ZAZ-968. Be senojo, juokingojo „kupriaus“, toks pavyzdys kelis dešimtmečius (iki pat 1997 metų) buvo visai nejuokingas „Porsche 911“, turėjęs oru aušinamą variklį. Tačiau galingumui didėjant ir rinkai reikalaujant vis greitesnių modelių, ir „Porsche 911“, pradedant serija „996“, tapo automobiliais, kurių varikliai aušinami skysčiu.

Aušinimas skysčiu

Aušinimo skysčių sistemas paprastai sudaro tokie elementai:

  • dvigubos cilindrų sienelės, tarpas tarp kurių užpildytas aušinimo skysčių (pavyzdžiui, vandeniu arba aušinimo skysčiu);
  • šilumos keitiklis arba radiatorius, sudarytas iš vamzdelių, tarpų ir briaunų;
  • ventiliatorius, sudarytas iš stebulės ir mentelių, kurioms besisukant užtikrinama priverstinė oro cirkuliacija tarp radiatoriaus vamzdelių;
  • išcentrinio tipo siurblys, užtikrinantis aušinimo skysčio cirkuliaciją sistemoje;
  • vamzdžiai ir žarnos, jungiančios variklį su radiatoriumi.

Hibridinis aušinimo tipas

Dabar hibridine aušinimo sistema vadinama aušinimo skysčiu sistema, nors faktiškai ji yra hibridinė, nes joje dalyvauja ir oras.

Hibridinis tipas sujungia šias sistemas: šiluma iš cilindrų šalinama skysčiu, kuris paskui, būdamas už tam tikro atstumo nuo įkaitusios variklio dalies, radiatoriuje aušinamas oru. Sistema sudaryta iš cilindrų bloko, bloko galvutės, vieno arba kelių radiatorių, priverstinio radiatoriaus aušinimo ventiliatoriaus, aušinimo skysčio siurblio, termostato, išsiplėtimo bakelio, jungiamųjų vamzdžių ir žarnų bei temperatūros daviklio. Šio tipo aušinimas naudojamas visuose šiuolaikiniuose automobiliuose. Aušinimo skysčio siurblio varomas aušinimo skystis pereina per cilindro bloko kanalus, paimdamas šilumą iš cilindrų, o paskui pats aušinamas radiatoriuje. Ši sistema turi du skysčio cirkuliacijos kontūrus — didįjį ir mažąjį. Didįjį kontūrą sudaro variklio cilindrų blokas, aušinimo skysčio siurblys, radiatorius (taip pat salono šildytuvas), termostatas. Mažąjį kontūrą sudaro cilindrų blokas, aušinimo skysčio siurblys, termostatas (kartais salono šildytuvas jungiamas būtent į mažąjį kontūrą). Aušinimo skysčio kiekis kontūruose reguliuojamas naudojant termostatą. Mažasis aušinimo kontūras yra skirtas varikliui greitai įvesti į optimalų temperatūrinį režimą. Šiuo atveju aušinimo skystis praktiškai neaušinamas, nes nepatenka į radiatorių. Kai tik jis įkaista iki optimalios temperatūros, atsidaro termostatas ir aušinimo skystis pradeda cirkuliuoti ir radiatoriuje, kur yra aušinamas priešpriešiniu oro srautu (arba priverstinai ventiliatoriumi, ilgai stovint spustyse). Be to, kuo stipriau įkaista aušinimo skystis, tuo plačiau atsidaro termostatas ir tuo stipriau skystis aušinamas radiatoriuje. Tai ir yra optimalios variklio temperatūros (85–90 °C) palaikymo principas.

Labai pavojingas reiškinys – variklio perkaitimas (užvirimas). Šiuo atveju aušinimo skystis tiesiogine prasme pradeda virti cilindrų bloko kanaluose, o tai gali turėti rimtų pasekmių ir gali būti reikalingas brangus remontas. Variklio perkaitimo prevencijai logiška naudoti aušinimo skystį, turintį aukštą virimo temperatūrą, bet dar paprasčiau – palaikyti aušinimo sistemoje tam tikrą slėgį (apie 1,1 atm.), dėl kurio padidėja aušinimo skysčio virimo temperatūra (apie 110 °C vandens ir 120 °C aušinimo skysčio). Be to, aušinimo skysčio temperatūrai pakilus daugiau kaip 105 °C, įsijungia priverstinis radiatoriaus apipūtimas ventiliatoriumi.

Hibridinio aušinimo sistemas paprastai sudaro tokie elementai:

  • dvigubos cilindrų sienelės, tarpas tarp kurių užpildytas aušinimo skysčiu (pavyzdžiui, vandeniu arba aušinimo skysčiu);
  • šilumos keitiklis arba radiatorius, sudarytas iš vamzdelių, tarpų ir briaunų;
  • termostatas, palaikantis optimalią variklio temperatūrą;
  • ventiliatorius, sudarytas iš stebulės ir mentelių, kurioms besisukant užtikrinama priverstinė oro cirkuliacija tarp radiatoriaus vamzdelių;
  • išcentrinio tipo siurblys, užtikrinantis aušinimo skysčio cirkuliacija sistemoje;
  • vamzdžiai ir žarnos, sujungiančios aušinimo sistemos elementus.

Komentarai

Komentarų nėra. Būkite pirmas!