Auto jahutussüsteem (2)

Jahutussüsteemi ülesandeks on mootori detailide jahutamine ja nende töötemperatuuride hoidmine 85-95 kraadi juures ning kokpiti soojendamine.
Mootorid omavad põhiliselt kahte tüüpi jahutussüsteeme:
a) õhkjahutusega,
b) vedelikjahutusega.
Õhkjahutusega mootorite silindrite ribisid jahutab suurendatud õhuvoo kiirus. See saadakse summaarse õhuvoona propelleri või siis maapealsetel sõidukitel mootori ventilaatori poolt. Õhkjahutusega mootorite konstruktsioonis on oluline osa eri liiki õhusuunurite olemasolul .
Vedelikjahutussüsteemi osadeks on veepump , mootori jahutussärk, radiaator , termostaat ja ventilaator.
Jahutussüsteemi käivitamine tarbib 3…4 % mootori võimsusest.
Vedelikjahutussüsteemi ehitus ja kasutamine
Mõlemat tüüpi jahutussüsteemil oluline osa mootori soojusest eemaldatakse konvektiivse soojusvahetuse teel, st keskkonna ja mootoriploki omavahelisel soojuse edasikandumisel.
Teise maailmasõja ajal oli kasutusel lennukid, mis kasutasid vedelikjahutussüsteeme. Esimeseks jahutusvedelikuks oli vesi. Vee puuduseks on, aga tema madal keemis- ja külmumistemperatuur ning korrusiooni intensiivsus. Seda enam, et lennukimootorid peavad töötama erineva õhutihedusega lennukõrgustes.
Järgnevalt võeti kasutusele jahutusvedelikuks etüleenglükool, mille kaubanduslik nimetus on Prestone.
Etüleenglükooli andmed:
a) keemiline valem ;
b) tihedus 1,11 g/cm3;
c) sulamistemperatuur (meltin point at 1,013 bar) – 12o C;
d) keemistemperatuur 198oC;
e) soojusjuhtivus (thermal coductivity at 20oC) – 0,25 W/(m×K);
f) erisoojus (specific heat ) – 2,40 kJ/(kg×K).
Vedelikjahutussüsteemi puudusteks on:
a) süsteemi tihendamise vajadus,
b) tühjaks jooksmise risk,
c) süsteemi kui terviku suur mass,
d) kallis tehnohoole,
e) palju abiseadmeid.
Need on ka põhipuudused, miks tänapäeval lennukimootoritel kasutatakse õhkjahutussüsteeme.
Õhkjahutussüsteemi ehitus
Kaasaja õhkjahutusega mootori silinder on varustatud alumiiniumvalu silindripeaga ning nii pea kui silinder on kaetud väga tiheda jahutusribistikuga. Jahutusribistik on pikem silindri väljalaskeklappi poolel.
Mootori jahutamisel kasutatakse peale ja ärasuunatava õhu rõhudiferentsiaali suurendamist mootoriruumis olevate jahutusžalusiidega.
Väljalaskegaaside temperatuur
Väljalaske- ehk heitgaaside temperatuuri ( exhaust gas temperature – EGT) anduri paigatus mootorite juures on erinev. Üldlevinud paigutuskoht on ca 4” silindripeast heitgaaside kollektori suunas.
EGT muutus võib olla üks mootori vealeidmise meetoditest , kuid eelkõige on see parameeter siiski küttesegu moodustamise kvaliteedi hindamiseks. Samas tuleb võtta teadmiseks ka asjaolu, et ülelaadimisega mootorite silindripea töötemperatuur on kõrgem (ca 50oC), kui imimootoritel . See on põhjustatud sissesuunatava õhu temperatuuri tõusust turbokompressori/õhulaaduri poolt.
Turbokompressormootoritel mõõdetakse ka laadimisrõhku .
Laadimisrõhu suurust üldjuhul ei limiteerita. EGT seadmete komplekti kuulub näitur, signaalijuhe ja andur. Nimetatud seadmete komplekt genereerib ise elektripinge .
Nagu CHT nii ka EGT mõõtmist saab vajadusel tellida silindrite kaupa. Sellisel juhul omab anduri jaoturpea selekteerimislüliti üksikute silindrite heitgaaside temperatuuride mõõtmiseks. EGT näituri skaala on tareeritud tööpiirkonnaga 1200 … 17000F, see vastab 650 …950oC.
EGT maksimum väärtus sõltub alati võimsusrežiimist, õhurõhu muutusest ja välisõhu temperatuurist. EGT maksimum väärtust saab alati vähendada kas kütuse hulga vähendamisega või suurendamisega.
Rikka küttesegu korral lisakütus ja lahja küttesegu korral lisaõhk vähendab EGT.
Karburaatormootoritel on EGT temperatuuri maks. väärtus sagedamini ebaselgem kui sissepritsemootoritel, seda eelkõige ebaühtlase küttesegu koostise ja jaotuse tõttu silindrites. Seetõttu on karburaatormootoril tendents töötada ühtlasemalt temperatuuril, mis on 25 … 50oF kõrgem EGT tippväärtusest. Samas GDI mootoritel 250 hj ja rohkem on EGT tippväärtuse moment küllalt täpselt määratav.
EGT tippväärtuse defineering
Keemiliselt korrektne küttesegu põleb 100%-liselt. Samas me teame, et erinevatel lennurežiimidel muutub suurtes piirides.
Küttesegu koostis mõjutab oluliselt ka küünla tööd. Külm välisõhk, aga muudab küttesegu kõikidel ottomootoritel lahjemaks, sest õhutihedus kasvab ja seega õhumass segus kasvab ning konstantse kütte hulga juures küttesegu koostis lahjeneb. Küttesegu lahjendamise oskust mootoritöö ühtluse suurendamise eesmärgil on otstarbekas määratleda marsruutlennurežiimil.
EGT väärtuse optimeerimise juures on tähtis meeles pidada, et küttesegu koostise lahjendamine peale EGT tippväärtust ei ole soovitav .
Jahutussüsteemi arvutus
Jahutussüsteemi arvutuse aluseks on soojushulk , mis on vajalik viia mootorilt keskkonda teatud ajaühikus.
Nimetatud soojushulka on võimalik määrata mootori soojusbilansist või järgmise empiirilise seaduspärasuse alusel:
kus – ärajuhitava soojuse erimaht , kJ/ (kW×h).
Ottomootoritel on kJ/(kW×h) ja diiselmootoritel kJ/(kW×h).
sõltub järgmistest sisepõlemismootori konstruktiivsetest parameetritest ja ekspluatatsioonitingimustest: surveaste , suhe, pöörlemissagedus ja mootori koormusrežiimid.
Orienteeritud arvustustes võib määrata järgmise empiirilise valemiga [1]:
kus – proportsionaalsustegur; – silindrite arv; – silindriläbimõõt, cm; – väntvõlli pöörlemissagedus, min-1; – liigõhutegur; – astmenäitaja.
Jahutussüsteem arvutatakse välja tavaliselt ja väärtustel.
Vedelikjahutusega süsteemi korral määratakse: veepumba tootlikus, radiaatori jahutuspinna suurus ja ventilaatori valik.
Õhkjahutusega mootori korral määratakse silindri ja silindripea jahutusribide pindala.
Vedelikjahutusega jahutussüsteemi arvutusalgoritm
Jahutusvedelikuks võetakse magevee ja antifriisi (valmistatud etüülglükoosist ning spirtoglütseriinist) segu.
Jahutussüsteemi maht (liitrit) määratakse järgmise suhtarvu alusel:
a) transportveokid ja
b) personaalsõidukid .
Radiaator arvutatakse järgmiste parameetrite alusel:
1) jahutuspinna pindala , mida läbib õhuvool m2;
2) radiaatori frontaalpinna pindala, , m2;
3) radiaatori sügavus liikuva õhuvoo suhtes, , st kaugus esimese ja viimase ribirea vahel, m ( m);
4) radiaatori kompaktsuskoefitsient, , mis väljendab jahutuspinna pindala ja mahu suhet ( m2/m3);
5) ribistuskoefitsient , mis määratakse jahutuspindade suhtena õhu ja vedeliku vahel ().
Jahutusvedeliku pumba arvutus
Jahutusvedeliku pump on traditsiooniliselt ühepoolse pealejooksuga tsentrifugaalpump.
Arvutuseks on järgmised algandmed :
a) pumba tootlus , (m3/sek);
b) pumba veesurve kõrgus , (MPa);
c) pumbavõlli pöörlemissagedus , (min-1).
Ventilaatori arvutus
Vedelikjahutussüsteemis kasutatakse tavaliselt propeller tüüpi ühe töörattaga telgventilaatorit.
Ventilaatori aerodünaamilisi omadusi hinnatakse:
a) tootlikkuse tegur,
b) staatilise rõhu tegur,
c) võimsustarbe tegur,
d) staatiline kasutegur.
Viimane määratakse kolme eelneva kasuteguri korrutisena.
Õhkjahutussüsteemi arvutusalgoritm
Õhkjahutussüsteemis eemaldatakse mootori silindritelt ja teistelt agregaatidelt üleliigne soojushulk uhuva õhuvoolu teel. Kõik jahutatavad pinnad peavad asetsema pumbatava õhuvoo liinis. Õhuvoo võrdseks jaotuseks jahutatavate agregaatide pindade vahel ja pumpekadude vähendamise eesmärgil kasutatakse deflektoreid.
Deflektor on seade, mis edastab õhuvoo antud kiiruse ja suunaga jahutatavale agregaadile.
Eelkõige suunatakse õhuvoog klappide sillusele, süüteküünaldele, pihustitele ja silindripeadele.
Õhkjahutusega süsteemi arvutus tugineb ribide jahutuspindala ja ventilaatori parameetrite määramisele.
Mootori töörežiimiks valitakse maksimaalse võimsuse režiim, mille juures on silindriseinte soojusülekanne maksimaalne. Soojushulk (J/s), mis on vajalik mootorilt eemaldada jahutusribide kaudu määratakse valemiga [1]:
kus – soojuse osa määramise tegur, mis on ülekantav ribide pindala kaudu (diislitel ja ottomootoritel ); = kütuse alumine kütteväärtus (J/kg).
Ribide pindala määratakse silindripeade ja silindrite kohta eraldi. Aluseks võetakse järgmised soojuseraldusmahud: silindripealt eemaldatakse soojust 45…75 % ja silindritelt 25…55 %.
Järgnevalt määratakse:
1) ventilaatorilt edastatav jahutatava õhumassi etteanne, kg/sek;
2) silindriribide jahutuspindala, m2;
3) silindripea ribide jahutuspindala, m2;
4) mootori soojusülekande tegur, W/(m2×K);
5) õhuliikumiskiirus ribide vahelises alas , m/s;
6) määratakse ribide struktuur, kuju ja mõõtmed;
7) määratakse silindrite vaheline kaugus, mm;
8) rõhu summaarsed kaod traktis;
9) ventilaatori mahu etteanne;
10) ventilaatori poolt tarvitatav võimsus.