Для чего нужен теплообменник в автомобиле?

Охлаждение смазочного масла посредством масляных теплообменников является более прогрессивным направлением. Применяются они как на дизельных, так и на бензиновых двигателях (примером может служить двигатели ЗМЗ 409 и ЗМЗ 514). В жидкостно-масляных теплообменниках (ЖМТ) охлаждение масла осуществляется промежуточным теплоносителем — жидкостью, непосредственно из системы охлаждения двигателя. Такие системы охлаждения масла двигателя обладают рядом преимуществ по сравнению с системой охлаждения воздушным радиатором, что и объясняет их широкое применение на зарубежной технике.

Преимущества ЖМТ по сравнению с радиатором

1

. Как правило, снижаются габариты и масса смазочной системы;
2
. Обеспечивается интенсивный прогрев масла после запуска двигателя;
3
. Ввиду малого гидравлического сопротивления теплообменника не требуется клапан для перепуска масла;
4
. Благодаря незначительному изменению теплового состояния системы охлаждения обеспечивается стабильная температура масла в двигателе и оно предохраняется от переохлаждения при зимней эксплуатации;
5
. В результате быстрого прогрева масла после запуска двигателя, поддержания его стабильной температуры в смазочной системе уменьшается количество низкотемпературных осадков (отложений) в масле, что способствует уменьшению износа деталей двигателя;
6
. Исключается применение длинных трубопроводов, поскольку теплообменники расположены на блоке двигателя или встроены в рубашку охлаждения;
7
. Не требуется отключать теплообменник при эксплуатации в зимний период, так как исключается воздействие низких температур окружающей среды;
8
. Исключается отрицательное воздействие смазочного масла на радиатор охлаждения двигателя, что имеет место при аварийном истечении масла из масляного радиатора при установке его в воздушном тракте;
9
. Упрощается обслуживание системы охлаждения при эксплуатации из-за более свободного доступа для очистки внешних поверхностей радиатора охлаждения двигателя.
10
. Не снижается давление в масляной магистрали, как при использовании масляного радиатора.
11
. При предпусковом прогреве двигателя зимой с помощью тена встроенного в систему охлаждения, прогревается и масло в масляном фильтре, что хорошо сказывается на первых секундах пуска.

Все это увеличит ресурс мотора и масла, т.к. оно будет работать в более стабильном температурном режиме. Ведь известно, что под нагрузкой масло горячее ОЖ на 20-30 и более градусов, т.к. оно непосредственно разбрызгивается на горячие детали двигателя (поршни, цилиндры) и охлаждает их. А сверх нормы горячее масло становится более жидким и хуже смазывает детали, что грозит их повышенным износом и даже прихватом, и быстро теряет свои свойства (стареет).

Зачем нужно менять прокладки теплообменника на некоторых двигателях автомобилей Opel

Что такое интеркулер в автомобиле для чего он нужен?

Автоликбез17 января 2020

Содержание

• 1 Разновидности элемента
• 2 Функции интеркулера в автомобиле
• 3 Схема и принцип работы детали
• 4 Расположение в двигателе и влияние на его мощность
• 5 Особенности эксплуатации
• 6 Возможность замены
• 7 Можно ли сделать интеркулер самому?

Одним из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является установка компрессора с механическим или газодинамическим приводом. Нагнетатели устанавливаются в заводских условиях или в тюнинговых ателье. Владельцу, решившему улучшить динамические характеристики своей машины, необходимо знать, что такое интеркулер в автомобиле.

Разновидности элемента

Существующие модификации оборудования:

1. Воздушный теплообменник состоит из рядов трубок, соединенных между собой каналами. Сжатый компрессором газ проходит через трубопроводы, которые охлаждаются набегающим потоком воздуха. Конструкция обеспечивает снижение температуры на 40-50°С, что позволяет повысить отдачу двигателя на 12-15%. Радиатор начинает работать после разгона автомобиля до скорости 40-50 км/ч. Элементы теплообменника устанавливают над силовым агрегатом, под пластиковым бампером или в полостях внутри передних крыльев.
2. Для снижения веса и повышения эффективности работы используется жидкостно-воздушный интеркулер. Антифриз подается отдельной помпой, обеспечивая снижение температуры газа на 65-70°С. Встречаются конструкции с охлаждением сжиженным газом, который при расширении обеспечивает охлаждение воздушного потока на 90-100°С. Жидкостный теплообменник устанавливается в заводских условиях, при самостоятельном монтаже требуется предусмотреть помпу и электронику, регулирующую работу интеркулера.

Функции интеркулера в автомобиле

Владельцу автомобиля с промежуточным охладителем воздуха необходимо знать, для чего он нужен и как эксплуатировать узел. При работе рабочего колеса турбины происходит сжатие воздушного потока, сопровождаемое ростом температуры и снижением плотности. Подача перегретого газа в рабочие камеры цилиндров приводит к некорректному смесеобразованию, падению мощности и крутящего момента. Возникают детонационные процессы, разрушающие стенки головки и блока цилиндров, а также детали газораспределительного механизма.

Описанные негативные эффекты не зависят от способа воспламенения рабочей смеси. Но дизельные двигатели отличаются повышенной степенью сжатия, это позволяет поднять температуру газа в цилиндре в конце такта сжатия до 550°С. Это значит, что дизель с наддувом требует использования теплообменника в случае установки 2-ступенчатого компрессора, обеспечивающего повышенное давление.

Установленный промежуточный охладитель позволяет снизить температуру потока газов перед подачей в камеры сгорания. Из описания функции теплообменника сжатого воздуха становится понятно, почему узел не используется на моторах атмосферного типа.

Подобные силовые агрегаты забирают воздушный поток в цилиндры без промежуточного сжатия, температура газа увеличивается за счет прогрева стенками впускного коллектора.

Схема и принцип работы детали

Интеркулер состоит из радиатора, собранного из трубок с внешними ребрами, и патрубков. Каналы соединяют теплообменник с турбокомпрессором и впускным коллектором двигателя. Забранный из атмосферы воздух проходит через фильтр и попадает в компрессор. Поток сжатого газа нагнетается рабочим колесом в радиатор, где происходит снижение температуры за счет обдува воздушным потоком или подачи антифриза. Затем охлажденные газы поступают к дроссельной заслонке, в канале предусмотрен датчик температуры, который отвечает за корректировку подачи топлива.

Для изготовления соединительных шлангов используется эластичный пластик с гладкой внутренней поверхностью. Соединительные элементы не имеют выступов, вызывающих завихрения воздушного потока. За счет оптимизации каналов снижается расход топлива и уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу.

Расположение в двигателе и влияние на его мощность

Поскольку интеркулер служит для снижения температуры воздушной массы, то его устанавливают перпендикулярно продольной оси автомобиля в зоне, продуваемой встречным потоком. Если фронтальная часть машины имеет плотную компоновку, то теплообменник выносят в полость переднего крыла. Подобная схема используется на автомобилях Mitsubishi Lancer Evolution и продукции концерна VAG, оснащенных бензиновыми или дизельными моторами с турбокомпрессорами.

Из-за плотной компоновки моторного отсека на Subaru Impresa WRX место для установки теплообменника располагается поверх головки блока. На капоте прорезано специальное окно с дефлекторами, направляющими встречный поток на радиатор.

Подобная методика используется владельцами при установке нагнетателей с системой промежуточного охлаждения воздуха на автомобили с моторами атмосферного типа.

Особенности эксплуатации

Охладитель воздушного потока не требует обслуживания в процессе эксплуатации. Но под воздействием напора газов возможны разрывы патрубков или трубок в радиаторе. В нагнетателе устанавливается регулятор давления, который сбрасывает излишки воздушной массы в атмосферу. При самостоятельной установке необходимо настроить клапан на давление, безопасное для теплообменника и магистралей. Восстанавливать поврежденные элементы не рекомендуется, поскольку детали не выдержат нормальных условий эксплуатации.

На автомобилях с интеркулером, расположенным в нижней части переднего бампера, возможно повреждение узла о неровности дороги. Владельцу необходимо установить штатную защиту или сделать экран своими руками из стального листа. Рекомендуется предусмотреть сетку, предохраняющую соты радиатора от засорения или повреждения потоком песка зимой или насекомыми в летнее время. Замятые соты ухудшают теплоотвод, ремонт интеркулера с пробитыми или деформированными трубками производится редко.

При работе турбины в воздушный поток попадает масло, которое подается под давлением к опорам ротора. Частицы смазки попадают в теплообменник или скапливаются в точках перегиба шлангов.

Производители допускают расход масла в пределах от 0,5 до 1,0 л на 1000 км пробега. При повышенном выбросе смазки требуется демонтировать систему наддува для ремонта или замены турбокомпрессора.

Возможность замены

При повреждении радиатора потребуется выполнить следующие действия:

1. Отсоединить воздушные шланги, а затем снять теплообменник для оценки возможности восстановления. Рекомендуется помечать снятые элементы или записывать на видео процесс разборки. При последующих монтажных работах владельцу не потребуется выяснять, зачем нужна та или иная деталь.
2. Удалить следы масла и грязи с внутренней и внешней поверхности теплообменника. От качества очистки зависит дальнейшая работоспособность радиатора. Загрязнения удаляются органическими растворителями (например, бензином или дизельным топливом) и водой с химическими реагентами. Использовать мойку под давлением запрещено, поскольку струя воды деформирует соты и трубки.
3. Запаять обнаруженные трещины в металлических элементах. При выборе материалов для пайки учитывается тип металла, использованного заводом при изготовлении теплообменника.
4. Проверить отремонтированный радиатор путем подачи воздуха под рабочим давлением, деталь опускается в резервуар с водой. Если на поверхности жидкости появляются пузырьки газа, то требуется дополнительный ремонт теплообменника.
5. Установить детали на автомобиль и совершить пробный запуск двигателя. При работе силового агрегата не допускается свист сжатого воздуха, выходящего через отверстия в шлангах или радиаторе.

Можно ли сделать интеркулер самому?

Владелец автомобиля может сделать самодельный охладитель на основе теплообменников, снятых с промышленных холодильных установок. Трубопроводы узлов изготовлены из меди, ребра выполнены из алюминиевого сплава. Преимуществом деталей является повышенная прочность, при монтаже потребуется подобрать соединительные шланги, которые крепятся винтовыми хомутами.

Для изготовления интеркулера своими руками могут использоваться фабричные детали, снятые с магистральных грузовиков. Встречаются самодельные жидкостные охладители, которые собраны на базе штатных воздушных радиаторов. Теплообменник устанавливается в сварной герметичный кожух из нержавеющей стали, который подключается к системе охлаждения двигателя.

Радиатор — теплообменник — привод

Alborz Fallah

10:0302 июнь 2006 г.

«Теплообменник» — это устройство, которое использует тепло выхлопных газов для облегчения испарения топлива. Обычно он встроен во впускной коллектор как область, где горячие выхлопные газы и топливно-воздушная смесь подходят друг к другу. Одним из распространенных примеров теплообменника является радиатор автомобиля, в котором горячая жидкость радиатора охлаждается потоком воздуха над поверхностью радиатора.

Радиатор используется для отвода тепла, полученного от двигателя охлаждающей жидкостью. Он сконструирован так, чтобы удерживать большое количество воды в трубах или проходах, которые обеспечивают большую площадь контакта с атмосферой. Как правило, он состоит из сердцевины радиатора с водонесущими трубками и большой площадью охлаждения, которые соединены с приемным резервуаром (торцевой крышкой) вверху и с раздаточным резервуаром внизу. Радиаторы с боковым потоком имеют «торцевые заглушки» по бокам, что позволяет снизить линию капота. Во время работы вода перекачивается от двигателя в верхний (приемный) бак, где растекается по верхушкам труб. Когда вода проходит вниз по трубам, она отдает свое тепло воздушному потоку, который проходит снаружи труб. Чтобы помочь распределить нагретую воду поверх всех труб, в верхнем баке часто помещают перегородку, прямо под впускным шлангом от двигателя. Рано или поздно практически каждому приходится сталкиваться с перегревом автомобиля. Поскольку вода легкодоступна, большинство людей могут добавить немного воды в радиатор, если она на исходе.

В автомобилях с двигателем внутреннего сгорания радиатор соединен с каналами, проходящими через двигатель и головку блока цилиндров, по которым прокачивается жидкость. Эта жидкость обычно представляет собой смесь воды с этиленгликолем (он же антифриз). Жидкость движется по замкнутой системе от радиатора к двигателю, где отводит тепло от деталей двигателя и переносит тепло в основном к радиатору. Радиатор обычно устанавливается за решеткой автомобиля, при этом холодный воздух проходит через радиатор для охлаждения радиатора, жидкости внутри и, следовательно, двигателя. Система клапанов и / или перегородок обычно включается для одновременной работы небольшого радиатора внутри автомобиля; этот небольшой радиатор называется сердцевиной отопителя и служит для обогрева салона. (Отмечая, что обогрев салона автомобиля также способствует охлаждению двигателя, это является причиной указания механику включить систему обогрева, если автомобиль перегревается.)

Между двигателем и радиатором находится термостат, температурный клапан. Он остается закрытым, ограничивая поток охлаждающей жидкости, пока двигатель не достигнет температуры срабатывания термостата. Такое расположение позволяет поддерживать температуру двигателя в идеальном рабочем диапазоне. Когда двигатель слишком холодный, термостат закрывается и позволяет двигателю накапливаться тепло. Когда двигатель слишком горячий, термостат открывается и позволяет радиатору отводить тепло. Учтите, что размер радиатора обычно выбирают таким, чтобы при работе двигателя с нормальной нагрузкой термостат был постоянно открыт. Также обратите внимание, что трубопровод радиатора отопителя обычно обходит трубы, управляемые термостатом, так что пассажирский салон может нагреваться независимо от положения термостата.

1 Изображения

1/1

Подробнее о Alborz Fallah

Автомобильные теплообменники – тепловые системы

Основные понятия теплообменников

Теплообменник – это устройство, предназначенное для передачи тепла от одной среды в другую при разных температурах. Чаще всего эти среды состоят из двух жидкостей, которые текут близко друг к другу и разделены материалом, часто металлом, с хорошими свойствами теплопередачи. Жидкости в первую очередь характеризуются своей температурой на входе в теплообменник. Горячая (теплая, на рисунке ниже) жидкость, жидкость с самой высокой начальной температурой, передает тепло холодной жидкости, когда они обе проходят через теплообменник, тем самым понижая температуру горячей жидкости и повышая температуру холодной жидкости. .

Теплообменники обычно классифицируются по расходу двух жидкостей по отношению друг к другу. Три категории состоят из параллельных , противоточных , перекрестных . В теплообменнике с параллельным потоком жидкости проходят параллельно друг другу, и изменение температуры обеих жидкостей характеризуется приведенной ниже кривой.

Противоточный теплообменник — это теплообменник, в котором две жидкости проходят через теплообменник в противоположных направлениях. Пример этой конструкции и кривая изменения температуры можно увидеть ниже.

A перекрестный поток жидкости теплообменников проходят перпендикулярно друг другу. Наиболее распространенная конфигурация конструкции с поперечным потоком состоит из ребер, которые равномерно распределяют свободно текущую жидкость по трубчатым каналам, содержащим вторую жидкость. Часто в этой конструкции используется окружающий воздух в качестве свободно текущей жидкости для отвода тепла от жидкости, содержащейся в закрытых трубах. Эта конфигурация показана на следующем рисунке.

Физика основных теплообменников

Два метода легко используются для физического и математического объяснения назначения теплообменников. Эти два метода известны как метод логарифмической средней разности температур (LTMD) и метод Effectiveness-NTU . Однако для того, чтобы эти методы можно было использовать, необходимо сделать несколько допущений.

• Равномерный поток
• Постоянный поток
• Все тепло, передаваемое от горячего потока, передается холодному потоку
• Без изменения фазы
• Постоянная удельная теплоемкость
• Незначительная кинетическая и потенциальная энергия
• U (коэффициент избыточной теплопередачи) постоянен

Среднелогарифмическая разность температур относится к температуре на входе, температуре на выходе, общему коэффициенту теплопередачи U и площади, разделяющей две среды. Однако, если известны только температуры на входе, метод LMTD довольно сложен в использовании. Это когда метод эффективности-NTU является предпочтительным. Краткое описание обоих методов представлено по следующей ссылке.
Получение LMTD и эффективность-NTU

Принципы работы теплообменников в автомобилях

Большинство автомобильных теплообменников имеют поперечную конструкцию с кожухотрубными теплообменниками, с несколькими трубными проходами. Но вместо того, чтобы иметь определенную оболочку вокруг труб, с другой контролируемой жидкостью, нагнетаемой через трубы с помощью насоса, для оболочки нет ограниченного контрольного объема. Трубки открыты для воздуха и зависят от внешних условий.

Q = ч А ΔT
Q = U A LMTD

Температура «входа» холодного потока резко меняется, а массовый расход ограничивается скоростью автомобиля. В предыдущих двух уравнениях, используемых для расчета теплопередачи, это означает, что значения «h» и «ΔT» зависят от внешних условий. Однако, чтобы обеспечить более постоянную скорость теплопередачи, во многих автомобильных теплообменниках используются вентиляторы, обеспечивающие постоянную подачу холодной жидкости (двигатели с продольной установкой) или включающиеся, когда температура рабочей жидкости достигает максимального рабочего диапазона (двигатели с поперечной установкой). Трубы этих теплообменников также снабжены ребрами, что еще больше увеличивает площадь поверхности «А» в уравнениях.

Хотя целью автомобильных теплообменников является отвод тепла от механических систем, целью является не просто максимальная передача тепла от системы. Есть и другие второстепенные цели. Если бы целью была только максимальная теплопередача, то усилия были бы сосредоточены только на разработке системы охлаждения / теплообменников вокруг рабочей жидкости с самой высокой теплопроводностью, которой была бы вода (смесь воды и этиленгликоля), которая имеет значение k около 0,6 Вт/мК вместо моторного масла или трансмиссионного масла, значение k которого составляет около 0,2 Вт/мК. Причина, по которой в автомобилях большой грузоподъемности и гоночных автомобилях используются масляные или трансмиссионные охладители, заключается не только в локальном рассеивании тепла и более равномерной температуре в нескольких системах, но и в предотвращении теплового разрушения самой рабочей жидкости. Если температура масла слишком высока, это приводит к химическому разложению и деградации масла и присадок в масле. Это изменяет его вязкость и другие физические свойства.

После многолетнего опыта и многолетних испытаний автомобили превратились в очень сложные и функциональные машины. Материалы каждой детали и рабочие жидкости выбираются по очень конкретным причинам. Большинство теплообменников в современных автомобилях изготавливаются из алюминия из-за его легкого веса, относительно высокой доступности и очень высокой теплопроводности. Радиаторы заполнены водой из-за ее высокой теплоемкости и теплопроводности. Хотя этиленгликоль добавляется для улучшения системы охлаждения, на самом деле он снижает значение k водной смеси. Его цель — повысить температуру кипения и понизить температуру замерзания воды.

Типы автомобильных теплообменников

Некоторые типы автомобильных теплообменников включают, помимо прочего, радиаторы, маслоохладители и промежуточные охладители. Теплообменники можно использовать практически для любой жидкости в автомобиле. Кондиционеры и обогреватели также являются примерами, однако они не ограничиваются транспортными средствами.

Радиатор представляет собой охлаждающее устройство, используемое в двигателе, в котором горячая жидкость течет по открытым трубам и передает тепло воздуху с помощью вентиляторов. Ребра используются для отвода тепла от трубок и передачи его в воздух. Используемая жидкость обычно представляет собой смесь этиленгликоля, воды и небольшого количества понизителя коррозии.

Масляные радиаторы используются в основном в трансмиссиях для поддержания температуры масла в безопасных пределах.

Наконец, промежуточные охладители представляют собой теплообменники воздух-воздух или воздух-жидкость. Они используются в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом для охлаждения горячего сжатого воздуха, поступающего от турбонагнетателя.

Источники:

• http://www.hukseflux.