Sistema de refrigeración del motor (refrigeración por agua)
Con el diseño más compacto y la mayor potencia específica de los motores, la densidad del calor residual generado por los motores también ha aumentado significativamente. Es necesario priorizar algunas áreas críticas, como la refrigeración alrededor de las válvulas de escape, e incluso fallos menores en el sistema de refrigeración pueden tener consecuencias catastróficas en estas áreas. La capacidad de refrigeración del sistema de refrigeración del motor generalmente debería poder satisfacer las necesidades de refrigeración del motor a plena carga, porque el motor genera la mayor cantidad de calor en este momento. Sin embargo, con carga parcial, el sistema de refrigeración pierde potencia y la bomba de agua suministra más flujo de refrigerante del requerido. Queremos que el tiempo de arranque en frío del motor sea lo más corto posible. Como el motor emite más contaminantes al ralentí, el consumo de combustible también es elevado. La estructura del sistema de refrigeración tiene un gran impacto en el tiempo de arranque en frío del motor.
2 Características de los sistemas de refrigeración de motores modernos
La función de un sistema de refrigeración tradicional es proteger de forma fiable el motor, pero también debe tener la función de mejorar el ahorro de combustible y reducir las emisiones. Por lo tanto, los sistemas de enfriamiento modernos deben considerar integralmente los siguientes factores: (1) pérdida por fricción dentro del motor; potencia de la bomba de agua del sistema de enfriamiento, condiciones límite de combustión, como la temperatura de la cámara de combustión, la densidad de carga y la temperatura de carga.
El sistema de refrigeración avanzado adopta un método de diseño modular y sistemático y considera varios factores que influyen en su conjunto, de modo que el sistema de refrigeración no solo puede garantizar el funcionamiento normal del motor, sino también mejorar la eficiencia del motor y reducir las emisiones.
2.1 Punto de ajuste de temperatura
El valor límite de la temperatura de funcionamiento del motor depende de la temperatura máxima de la zona alrededor de la válvula de escape. La situación ideal sería proteger mejor el motor controlando el sistema de refrigeración en función de la temperatura del metal en lugar de la temperatura del refrigerante. Dado que la temperatura de enfriamiento establecida por el sistema de enfriamiento se basa en la tasa máxima de disipación de calor a plena carga, el motor y el sistema de enfriamiento están en un estado no ideal a carga parcial, como al conducir en áreas urbanas o a bajas velocidades, lo que producirá mayor consumo de combustible y emisiones.
El rendimiento del motor y del sistema de refrigeración a carga parcial se puede mejorar cambiando el punto de ajuste de la temperatura del refrigerante. Dependiendo de los límites de temperatura del área alrededor de la válvula de escape, el punto de ajuste de temperatura del refrigerante o del metal se puede aumentar o disminuir. El punto en el que se sube o baja la temperatura tiene sus propias características, dependiendo del uso previsto.
2.2 Elevar el punto de ajuste de temperatura
Elevar el punto de ajuste de temperatura de funcionamiento es un método popular. El aumento de la temperatura tiene muchos beneficios y afecta directamente a las pérdidas del motor, a la eficacia del sistema de refrigeración y a la formación de emisiones del motor. El aumento de la temperatura de funcionamiento aumentará la temperatura del aceite del motor, reducirá la fricción y el desgaste del motor y reducirá el consumo de combustible del motor.
Las investigaciones muestran que la temperatura de funcionamiento del motor tiene un gran impacto en la pérdida de fricción. La temperatura de descarga del refrigerante aumenta a 150 °C, la temperatura del cilindro aumenta a 195 °C y el consumo de combustible se reduce en 4-6. Si la temperatura del refrigerante se mantiene en el rango de 90-115°C y la temperatura máxima del aceite es de 140°C, el consumo de combustible se reducirá en un 10% bajo carga parcial.
El aumento de la temperatura de funcionamiento también afecta significativamente a la eficiencia del sistema de refrigeración. Aumentar la temperatura del refrigerante o del metal mejorará el efecto de transferencia de calor entre el motor y el gas refrigerante, reducirá el caudal del refrigerante y la potencia nominal de la bomba de agua, reduciendo así el consumo de energía del motor. Además, se pueden utilizar diferentes formas de reducir aún más el caudal de refrigerante.
2.3 Reducir el punto de ajuste de temperatura
Reducir la temperatura de funcionamiento del sistema de refrigeración puede mejorar la eficiencia de carga del motor y reducir la temperatura del aire de admisión. Esto beneficia el proceso de combustión, la eficiencia del combustible y las emisiones. Reducir el punto de ajuste de temperatura ahorra costos operativos del motor y aumenta la vida útil de los componentes.
Las investigaciones muestran que si la temperatura de la culata se reduce a 50 °C, el ángulo de avance del encendido se puede avanzar 3 °C sin detonación, la eficiencia de carga se puede aumentar en 2 y las características de funcionamiento del motor se puede mejorar, ayudando a optimizar la relación de compresión y la selección de parámetros para obtener una mejor eficiencia de combustible y rendimiento de emisiones.
2.4 Sistema de refrigeración de precisión
El sistema de refrigeración de precisión se refleja principalmente en el diseño estructural de la camisa de agua de refrigeración y el diseño del caudal de refrigerante. En los sistemas de refrigeración de precisión, en áreas térmicamente críticas, como alrededor de la válvula de escape, el refrigerante tiene grandes caudales, alta eficiencia de transferencia de calor y pequeños cambios en el gradiente de temperatura del refrigerante.
Este efecto proviene de reducir la sección transversal de los canales de refrigerante en estos lugares, aumentando el caudal y disminuyendo el caudal.
La clave para un diseño preciso del sistema de refrigeración es determinar el tamaño de la camisa de agua de refrigeración y seleccionar una bomba de agua de refrigeración adecuada para garantizar que la capacidad de refrigeración del sistema pueda cumplir con los requisitos de temperatura de funcionamiento de las áreas críticas en baja velocidad y carga pesada.
El rango de caudal de refrigerante del motor es bastante amplio, desde 1 m/s al ralentí hasta 5 m/s a máxima potencia. Por lo tanto, la camisa de agua de refrigeración y el sistema de refrigeración deben considerarse como un todo y complementarse entre sí para aprovechar plenamente su potencial.
Las investigaciones muestran que utilizando un sistema de refrigeración de precisión, el flujo de refrigerante se puede reducir en un 40% en todo el rango de velocidad de funcionamiento del motor. El diseño preciso de la camisa de agua de refrigeración en la culata puede aumentar el caudal del canal de enfriamiento ordinario de 1,4 m/s a 4 m/s, mejorando en gran medida la transferencia de calor de la culata y reduciendo la temperatura del metal de la culata. a 60°C.
2.5 Sistema de enfriamiento dividido
El sistema de enfriamiento dividido es otro tipo de sistema de enfriamiento. En este sistema de refrigeración, la culata y el bloque de cilindros se enfrían mediante sus propios circuitos de flujo de líquido y tienen diferentes temperaturas. Los sistemas de enfriamiento dividido tienen la ventaja única de permitir que cada parte del motor funcione a puntos de temperatura óptimos. Se maximiza la eficiencia general del sistema de refrigeración. Cada circuito de refrigeración funcionará a un punto de ajuste de temperatura de refrigeración o caudal diferente para crear el perfil de temperatura ideal del motor.
Las condiciones ideales de funcionamiento térmico del motor son que la temperatura de la culata sea baja y la temperatura del bloque de cilindros sea relativamente alta. Las temperaturas más bajas de la culata mejoran la eficiencia de carga y aumentan la entrada de aire. La baja temperatura y una gran entrada de aire pueden promover una combustión completa, reducir la generación de CO, HC y óxidos de nitrógeno y también aumentar la potencia de salida. Las temperaturas más altas del bloque de cilindros reducirán las pérdidas por fricción, mejorarán directamente la eficiencia del combustible y reducirán indirectamente la presión y la temperatura máximas dentro del cilindro. El sistema de refrigeración dividido puede alcanzar una diferencia de temperatura de 100°C entre la culata y el bloque de cilindros. La temperatura del cilindro puede alcanzar los 150 °C, mientras que la temperatura de la culata se puede reducir en 50 °C, lo que reduce la pérdida por fricción en el bloque de cilindros y reduce el consumo de combustible. Una temperatura más alta del cilindro reduce el consumo de combustible entre un 4% y un 6% y los HC disminuyen entre un 20% y un 35% bajo carga parcial. Cuando el acelerador está completamente abierto, las temperaturas establecidas de la culata y el bloque de cilindros se pueden ajustar a 50 °C y 90 °C, lo que mejora el consumo general de combustible, la potencia y las emisiones.
2.6 Sistema de refrigeración del motor controlable
El sistema de refrigeración del motor tradicional es pasivo, de estructura sencilla o de bajo coste. Los sistemas de refrigeración controlados pueden compensar las deficiencias de los sistemas de refrigeración existentes. El estándar de diseño actual del sistema de refrigeración es resolver el problema de disipación de calor a plena carga, por lo que una capacidad excesiva de disipación de calor a carga parcial provocará un desperdicio de potencia del motor. Esto es especialmente evidente en el caso de los vehículos ligeros, que en su mayoría funcionan con carga parcial en zonas urbanas y sólo utilizan una parte de la potencia del motor, lo que provoca elevadas pérdidas en el sistema de refrigeración. Para resolver el problema del sobrecalentamiento del motor en circunstancias especiales, el sistema de enfriamiento existente es voluminoso, lo que reduce la eficiencia de enfriamiento, aumenta la demanda de energía del sistema de enfriamiento y prolonga el tiempo de calentamiento del motor. Los sistemas de enfriamiento de motor controlables generalmente incluyen sensores, actuadores y módulos de control electrónico. El sistema de enfriamiento controlable puede ajustar la cantidad de enfriamiento de acuerdo con las condiciones de operación del motor para reducir la pérdida de potencia del motor. En el sistema de enfriamiento controlable, los actuadores son bombas de agua de enfriamiento y termostatos, que generalmente se componen de bombas de agua eléctricas y válvulas de control de flujo de líquido. La capacidad de enfriamiento se puede ajustar según sea necesario. Como parte del sistema, los sensores de temperatura comunican rápidamente el estado térmico del motor al controlador.
Los dispositivos controlables, como las bombas de agua eléctricas, pueden aumentar el punto de ajuste de temperatura del sistema de refrigeración de 90 °C a 110 °C, ahorrando entre un 2 % y un 5 % de combustible, reduciendo el CO20 % y el HC10 %. En estado estable, la temperatura del metal es 10°C más alta que la del sistema de enfriamiento tradicional. El sistema de enfriamiento controlable tiene capacidades de respuesta rápida y puede mantener la temperatura de enfriamiento dentro de ±2°C del valor establecido. Solo se necesitan 2 segundos para bajar de 110 ℃ a 100 ℃. El tiempo de calentamiento del motor se reduce a 200 segundos y el rango de trabajo del sistema de enfriamiento está más cerca del área límite de trabajo, lo que puede reducir el rango de fluctuación de la temperatura de enfriamiento del motor y la temperatura del metal, reduce la fatiga del metal causada por la carga térmica cíclica. y prolongar la vida útil de los componentes.
3 Conclusión
Varios sistemas de refrigeración avanzados introducidos anteriormente tienen el potencial de mejorar el rendimiento del sistema de refrigeración, mejorando así la economía de combustible y el rendimiento de las emisiones. La controlabilidad del sistema de refrigeración es la clave para mejorar el sistema de refrigeración. La controlabilidad se refiere a los parámetros clave para la protección estructural del motor, como la temperatura del metal, la temperatura del refrigerante, la temperatura del aceite, etc., que pueden controlarse para garantizar que el motor funcione dentro de límites seguros. El sistema de refrigeración puede responder rápidamente a diferentes condiciones de trabajo y maximizar el ahorro de combustible y las emisiones sin afectar el rendimiento general del motor.
Desde una perspectiva de diseño y rendimiento, la combinación de refrigeración dividida y refrigeración de precisión tiene grandes perspectivas, ya que proporciona una protección ideal al motor y mejora la economía de combustible y las emisiones. Esta estructura favorece la distribución ideal de la temperatura del motor. El refrigerante se suministra directamente alrededor de la válvula de escape de la culata, lo que reduce el cambio de temperatura de la culata y hace que la distribución de temperatura de la culata sea más uniforme. También mantiene la temperatura del aceite del motor y del bloque de cilindros dentro del rango diseñado. Rango de trabajo, reduciendo la pérdida por fricción y las emisiones contaminantes. ■
Las funciones y métodos de mantenimiento del sistema de refrigeración son los siguientes:
1. La función del sistema de refrigeración es eliminar parte del calor absorbido por las piezas del motor y Asegúrese de que las piezas del motor diésel se mantengan dentro del rango de temperatura normal.
2. El agua de refrigeración debe ser agua blanda sin sal disuelta, como agua limpia de río y agua de lluvia. No utilice agua dura como agua de pozo, agua de manantial, agua de mar, etc. para evitar la formación de incrustaciones, lo que provocaría una mala disipación de calor del motor y un sobrecalentamiento del cilindro.
3. Cuando utilice un embudo para agregar agua de refrigeración al tanque de agua, evite que el agua salpique el motor y el radiador, y evite que el polvo y la suciedad en el radiador y la carrocería afecten el efecto de enfriamiento.
4. Si la temperatura del motor es demasiado alta debido a la falta de agua en el motor, no se puede agregar agua inmediatamente. Deje que el motor funcione lentamente durante 10 a 15 minutos. Después de que la temperatura baje ligeramente, agregue lentamente agua de refrigeración mientras el motor está en llamas.
5. En invierno, se debe calentar el agua en el depósito de agua. Después de comenzar, debe funcionar lentamente hasta que la temperatura del agua supere los 40 grados antes de que pueda funcionar. Una vez finalizado el trabajo, se debe drenar el agua de refrigeración.
6. Retire periódicamente las incrustaciones del depósito de agua y frote periódicamente el lodo y la suciedad del radiador del motor refrigerado por aire. El radiador no debe sufrir daños. Si está dañado, debe reemplazarse a tiempo para evitar afectar el efecto de disipación de calor.