Рисунок 2 - Влияние темперы охлаждения на показатели работы ДВС
Анализ полученных зависимостей позволяет установить условие, при котором перевод двигателя на ВТО будет обеспечивать увеличение его эффективного КПД. Таким условием является выполнение неравенства
где hм 0 - механический КПД двигателя в нормальном режиме охлаждения; t ст 0 - средняя температура стенок цилиндра при нормальном охлаждении; мt - динамическая вязкость масла, взятая по температуре стенки цилиндра при данном режиме ВТО; К2 - коэффициент, характеризующий изменение механических потерь при переходе на ВТО.
Анализ данного неравенства показывает, что эффект от применения ВТО будет тем большим, чем: выше средняя температура стенок цилиндра; меньше величина механического КПД двигателя; меньше величина коэффициента динамической вязкости масла.
Помимо повышения эффективного КПД последствием перехода на ВТО является перераспределение тепловых потоков: увеличиваются потери с отработавшими газами и уменьшается доля потерь с охлаждающей жидкостью. Например, для дизеля Д 70 увеличение температуры жидкости на выходе из двигателя с 80 до 120 єС приводит к уменьшению доли потерь через систему охлаждения почти в два раза. Сокращение теплоотвода позволяет резко (в 3…5 раз) уменьшить размеры водяных охладителей (радиаторов) [7].
В комбинированных двигателях, с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха в теплообменных аппаратах типа вода-воздух перход на ВТО приводит к уменьшению температурного напора между теплоносителями, снижению эффективности теплообменного аппарата и более заметному снижению коэффициента наполнения. Выполненные расчеты показали, что эффективность охладителей наддувочного воздуха типа вода-воздух будет удовлетворительной лишь при степенях повышения давления в компрессоре рк не менее двух. При более низких степенях наддува необходимо использовать охладители надувочного воздуха типа воздухвоздух, а для судовых двигателей целесообразно включать ОНВ во внешний контур водяного охлаждения.
Перевод двигателей на ВТО требует совершенствования регулирования теплового состояния. Наибольшее распространение в настоящее время получили следующие способы регулирования температурного состояния двигателя [5].
1. Установка термостатов, направляющих охлаждающую жидкость по малому контуру (в периоды пуска и прогрева) или по большому через водоводяные или водо-воздушные холодильники.
2. Установка термодатчиков, управляющих автоматическим включением и отключением вентилятора, имеющего привод от электродвигателя.
3. Установка гидромуфт в механизм привода вентилятора, позволяющих регулировать частоту вращения вентилятора.
Указанные способы и их комбинации не всегда позволяют достичь требуемого качества регулирования теплового состояния ДВС. Перспективным направлением совершенствования систем охлаждения и управления теплоотводом представляется повышение давления в системе.
Особенно эффективным этот метод представляется для высокофорсированных двигателей, в полостях охлаждения которых наблюдается поверхностное кипение.
Переход на высокотемпературное охлаждение с температурами жидкости на выходе из двигателя незначительно превышающими 100 єС можно осуществить за счет использования высококипящих жидкостей, например, серийно выпускаемых тосолов, температура кипения которых достигает 115 єС [8]. Для более значительного увеличения температурного уровня необходимо повышать давление в системе охлаждения. Зависимость температуры кипения воды от давления определяется выражением
где р - абсолютное давление в системе охлаждения. В системе охлаждения с герметичным замкнутым контуром может быть реализован принцип поддержания постоянства заданного статического давления путем воздействия на воду с помощью сжатого воздуха.
Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о возможности перевода на ВТО комбинированных двигателей различного назначения с целью получения максимального эффективного КПД.
Для совершенствования систем ВТО целесообразно проведение модернизации конструкции двигателя, с целью улучшения наполнения цилиндра и повышения надежности двигателя.
Основные направления модернизации:
– применение глубокого охлаждения надувочного воздуха и связанного управления режимами охлаждения цилиндра и надувочного воздуха;
– применение механизмов газораспределения, обеспечивающих за счет числа впускных клапанов, их конструкции и оптимальных фаз газораспределения максимальное наполнение цилиндра;
– совершенствование принудительного охлаждения поршней, использование новых конструкционных материалов для их изготовления;
– применение моторных масел с повышенной термостойкостью.
Таким образом, внедрение ВТО может обеспечить повышение эффективного КПД двигателя и как следствие снижение расхода топлива. В связи с этим высокотемпературное охлаждение можно рассматривать как одно из перспективных направлений совершенствования комбинированных двигателей.