Автомобили с воздушным охлаждением двигателя

Двигатель воздушного охлаждения

Чтобы уберечь двигатель от перегрева, тем самым увеличивая срок безотказной эксплуатации автомобиля, необходима действенная система охлаждения. Предстоящее исследование посвящено «воздушникам», их устройству, а также достоинствам и недостаткам. Изучив предлагаемую информацию, можно сравнить принудительное охлаждение воздухом с жидкостным, чтобы сделать правильный выбор системы.

Чем привлекателен двигатель воздушного охлаждения

В функционирующем моторе температура цилиндров способна достигать 2000 градусов, тогда как оптимально допустимым считается режим 80-90 градусов. Разумеется, в таких экстремальных условиях ни одна деталь не прослужит долго. Для сохранности рабочих фрагментов автомашины двигатель нуждается в достаточно надежной системе охлаждения. Подобные конструкции имеют две разновидности:

  1. система, использующая воздушное охлаждение. Здесь в качестве защиты работающего агрегата от перегрева выступает воздух;
  2. жидкостное охлаждение ранее, в былые времена осуществлялось обычной водой. Технический прогресс отразился на создании специального вещества, названного антифризом. Также для снижения температуры мотора применяется тосол.

В настоящей публикации подробно рассматривается первая разновидность систем, оберегающих функционирующий двигатель от чрезмерного перегрева. Это позволит несведущему автолюбителю ознакомиться с устройством и принципом работы сложного технологического механизма.

Функции охлаждающих систем

Следует отметить, что поддержание оптимального температурного режима в двигателе автомобиля требует защиты не только от непомерного перегревания, но также от промерзания. Переохлаждение агрегата способно вызвать конденсацию топливно-воздушной смеси, вызванную соприкосновением горючего с прохладной поверхностью цилиндров.

Попадая в картер силовой установки, она приводит к разжижению смазочного вещества, что отражается потерей большинства его полезных характеристик.

Смешивание топлива с маслом вызывает досадное падение мощности мотора. Функционально важные детали двигателя быстрее изнашиваются. Также отрицательным моментом является загустевание масла в переохлажденном агрегате. Ухудшение своевременной подачи смазочного вещества в цилиндры приводит к непомерной растрате горючего, функциональная способность двигателя существенно понижается.

Помимо выполнения основной функции, системы охлаждения дополнительно обеспечивают:

  • понижение температуры отработанных газов в системе рециркуляции;
  • вентиляцию и кондиционирование воздуха в салоне автомобиля. Также они отвечают за отопление;
  • своевременное охлаждение моторного масла;
  • поддержание оптимального температурного баланса в турбокомпрессорных агрегатах;
  • охлаждение рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат.

Назначение и принцип действия системы воздушного охлаждения

Установлено, что перегревающийся двигатель вызывает непомерный расход топлива, также тратится большое количество машинного масла. Важные для нормального функционирования автомобиля детали быстро выходят из строя вследствие скорого износа. К тому же, нарушение температурного режима может привести к необоснованной потере мотором необходимой мощности.

С помощью воздушной системы охлаждения в двигателе поддерживается оптимальная температура. Также ее предназначением является контроль подогрева воздуха в салоне автомобиля. Она следит за своевременным охлаждением смазочных материалов, снижает температуру рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат, а порой поддерживает оптимальный режим в дроссельном узле и приемном коллекторе.

Принцип действия системы заключается в отведении тепла потоком воздуха от чрезмерно нагревающихся деталей работающего двигателя. Таким путем охлаждаются цилиндры, головки блока и масляного радиатора.

Воздушный поток к двигателю нагнетается принудительно алюминиевыми лопастями вентилятора, защищенного специальной сеткой от нежелательного попадания случайных предметов, способных повредить агрегат. Дефлекторы равномерно распределяют воздух, поступающий через ребра охлаждения, между всеми деталями функционирующего мотора.

Конструкция вентилятора

Следует отметить, что принудительное воздушное охлаждение невозможно без специального устройства. Вентилятор, являющийся необходимым звеном рассматриваемой системы, состоит из следующих деталей:

  • направляющего диффузора, оснащенного по окружности стационарными, радиально расположенными лопастями переменного сечения, влияющими на равномерное распределение воздушного потока;
  • ротора, имеющего восемь особых лопаток, размещенных по радиусу;
  • алюминиевых лопастей, нагнетающих поток воздуха в требуемом направлении;
  • кожуха, предотвращающего попадание тепла из внешнего пространства;
  • защитной сетки, предохраняющей механизм от случайного проникновения посторонних предметов внутрь устройства.

Лопастями диффузора изменяется направление воздушного потока, и он устремляется в сторону, противоположную вращению ротора. Это способствует увеличению атмосферного давления, вызывая лучшее охлаждение двигателя.

Преимущества и недостатки системы охлаждения двигателя воздухом

Отдельно следует заметить, что иногда для обеспечения нормального температурного режима вполне достаточно естественной циркуляции атмосферных потоков. Внешняя поверхность цилиндров мопедов, мотоциклов, поршневых и прочих простейших двигателей оснащается специальными ребрами, способствующими отдаче тепла во внешнюю среду.

Сложная конструкция автомобильного мотора требует принудительного охлаждения. Воздушному потоку необходимо придать определенное направление. Для этой цели используются вентиляторы.

Двигатели с воздушным охлаждением обладают следующими достоинствами:

  1. чрезвычайной простотой конструкции, значительно упрощающей процесс ремонта или замены пришедших в непригодность деталей;
  2. сравнительно небольшим весом;
  3. основательной надежностью;
  4. приемлемой стоимостью;
  5. хорошими характеристиками холодного запуска мотора.

Однако, прежде чем выбрать автомобиль, имеющий двигатель воздушного охлаждения, следует ознакомиться и с недостатками рассматриваемых систем. Они характеризуются:

  1. непомерным шумом, который создается работающим вентилятором;
  2. увеличением размера двигателя в связи с необходимостью дополнительного пространства для размещения обдувающего устройства;
  3. неравномерностью направленности воздушных потоков, что определяет возможность локального перегрева;
  4. чрезмерной чувствительностью к качеству горючего, смазочных материалов, а также повышенными требованиями к состоянию запчастей.

Тем не менее, воздушное охлаждение приобрело свою нишу в автомобилестроении. Такими моторами оснащают грузовики, сельскохозяйственную технику и машины с дизельными ДВС.

Распространенные мифы о «воздушниках», истина или вымысел

К сожалению, недостатки «Запорожца» окончательно подорвали доверие отечественных автолюбителей к воздушной системе охлаждения двигателя. Ее обвиняли в сильном нагревании, недостаточной мощности и быстром выходе из строя. В то время, как немецкий «Жук», оснащенный подобной системой, пользуется неизменной популярностью у потребителей, радуя производителя постоянным повышенным спросом.

Равняясь на характеристики германского автомобиля, подробно исследуем некоторые довольно распространенные легенды, преследующие двигатели, охлаждаемые воздухом.

Утверждение 1. «Воздушник» проигрывает жидкостной системе за счет сильного нагревания

Отнюдь не является непреложной истиной. В действительности температурные особенности, наоборот, можно считать достоинством двигателя, охлаждаемого воздушным потоком. Разумеется, пониженная теплопроводность не позволяет воздуху отбирать тепло с достаточной скоростью, обеспечиваемой водой или антифризом.

Однако, отличие температур на поверхности цилиндров и во внешней среде значительно больше разницы между стенками и жидкостью, перемещающейся внутри системы. Поэтому, погодные условия в меньшей степени влияют на тепловой режим «воздушника». Возможность перегрева мотора с жидкостным охлаждением в жару намного выше.

Утверждение 2. Большие габариты

Также весьма спорно. При сравнении размеров двух двигателей, имеющих равные диаметры цилиндров и одинаковый ход поршня, но оснащенные разными системами охлаждения, преимущество зачастую оказывается на стороне «воздушника».

Несмотря на довольно внушительный вид вентилятора с дефлектором и достаточно громоздкие кожухи, окружающие цилиндры с головками, его параметры оказываются несколько компактнее, чем у жидкостного агрегата.

К тому же, «водянка» занимает значительно большее пространство за счет дополнительного оборудования, выносимого за пределы двигателя. На кузове находится весьма громоздкий радиатор, оснащенный вентилятором. Также большое количество всевозможных шлангов отнюдь не добавляют компактности.

Утверждение 3. Воздушные системы проигрывают жидкостным в надежности

Не соответствует действительности. Статистические исследования утверждают, что в одном из пяти случаев отказа двигателя вина ложится на жидкостное охлаждение. Причиной являются отказоопасные детали наподобие термостата, радиатора, помпы и пр.

Простота конструкции обеспечивает надежность вентилятора с дефлектором, объясняемую низкой вероятностью поломки. Кроме того, привлекательным моментом, свидетельствующим в пользу «воздушника», считается снижение расходов на обслуживание системы.

Утверждение 4. Воздушное охлаждение слишком громкое

К сожалению, является истинным. Конструктивными особенностями воздушной системы не предусмотрены эффективные звукопоглощающие устройства, которыми располагает жидкостной двигатель. Кроме того, ребра цилиндров и головок «воздушника» иногда, наоборот, усиливают шумы, производимые функционирующим мотором.

Конструкторы предусмотрели звукоизоляцию жидкостной системы, осуществляемую благодаря удвоенным стенкам рубашки охлаждения, внутри которой циркулирует антифриз или вода. Поэтому на этой позиции «воздушник» действительно оказался в проигрыше.

Утверждение 5. Воздушные двигатели быстрее изнашиваются

Является правильным применительно к устаревшим системам. Вентилятор просто нагнетал потоки воздуха на ребра цилиндров, не обеспечивая достаточной равномерности обдува. Современные двигатели характеризуются рациональным распределением тепла.

К тому же, более высокая температура на стенках цилиндров «воздушников» способствует сокращению потерь, вызываемых трением колец о цилиндры благодаря лучшему разжижению смазочных материалов. Это объясняет меньший износ деталей. Масло меньше подвергается окислению, что замедляет его старение, позволяя экономить на частой замене.

Утверждение 6. Недостаточная мощность

Не совсем верно. Причиной подобного обвинения является ухудшение весового наполнения цилиндров рабочей жидкостью, вызывающее непродолжительное падение мощности двигателя. Это происходит благодаря повышению температуры цилиндров и головок с увеличением нагрузки, что ведет к нежелательному нагреванию воздуха внутри системы.

Однако, при большем количестве оборотов разница в коэффициенте наполнения у воздушных двигателей и жидкостных моторов становится меньше 3,5%, установленных исследованиями, практически устремляясь к нулю. Поэтому, бороться с потерей отдачи можно, увеличивая обороты.

Заключение

Итак, проведенное исследование доказало, что охлаждение воздухом ничуть не хуже жидкостного, а по некоторым параметрам и вовсе превосходит его. Не пора ли производителям задуматься о возобновлении выпуска автомобилей с воздушными системами? Спрос потребителей будет расти, несмотря на печальный опыт злосчастного «Запорожца».

krassawa › Блог › Миф о «воздушниках»: чем воздушное охлаждение круче жидкостного

Моторы-«воздушники» получили отставку совершенно зря. Достоинств у них столько, что любой новомодный турболитр с даунсайзингом в придачу позавидуют. И о многих плюсах воздушного охлаждения некоторые сегодня даже не догадываются.

На первый взгляд – взгляд потребителя, владельца семейной легковушки или целого коммерческого автопредприятия – преимущества двигателей с воздушным охлаждением лежат на поверхности:

«воздушник» конструктивно проще мотора с жидкостным охлаждением
он надежнее;
он дешевле в эксплуатации.
О минусах воздушного охлаждения все тоже как будто наслышаны, и напомнить о них здесь стоило бы лишь для соблюдения баланса аргументов. Но на самом деле есть только один значимый для потребителя недостаток мотора с воздушным охлаждением:

Читайте также  Парогенератор для мойки двигателя

«воздушник» более шумный.
Все остальные минусы или давно потеряли актуальность, или всегда были досужими сказками. Так что есть повод поговорить об этих незаслуженно подзабытых агрегатах подробнее.

Из истории «воздуха»

Да, было время, когда автомобильные моторы с воздушным охлаждением проигрывали собратьям с охлаждением жидкостным (тогда говорили – водяным, поскольку антифризы были понятием чисто теоретическим). Двигатели-«воздушники» получались менее мощными, перегревались летом и не прогревались зимой. Из-за температурных проблем ресурс такого двигателя был меньше, часто случались отказы. Но все эти вопросы были решены к 1950-м годам, когда воспрянувшая после Второй мировой Европа начала пересаживаться с велосипедов на компактные автомобильчики. Дешевые и неприхотливые «воздушники» начали массово применять не только на VW Beetle, но и на Citroen 2CV, Fiat 500, NSU Prinz и прочих автомобилях. И это мы еще не говорим о целой плеяде серийных заднемоторных спорткаров Porsche, 4-, 6- и 8-цилиндровые моторы которых вплоть до 1998 года охлаждались воздухом!

В то время как немецкий «Жук» с его обдуваемым воздухом оппозитником во всем мире мигом стал образцом простоты и безотказности, в нашей стране сложилось устойчивое и по сей день не искорененное предубеждение против моторов воздушного охлаждения. Дескать, они и греются безбожно, и ломаются через день, да и силенок у них маловато. Виноват во всем бедолага «Запорожец», которому пришлось отдуваться за честь всех «воздушников» перед лицом целого СССР. Вместе с сомнительным качеством сборки ЗАЗикам досталась мизерная по масштабам СССР сервисная сеть. Сам по себе мелитопольский силовой агрегат МеМЗ был неплох, но обслуживаемый в кустарных условиях, заправляемый «автолом» и ремонтируемый «на коленке», он в самом деле не был примером надежности. Поэтому прежде чем продолжить повествование, хочу попросить читателя ассоциировать понятие «воздушник» не с «Запором», а с «Жуком» или хотя бы с «Ситроен де шво». Так будет честнее.

1. Он греется – неправда

На самом деле, температурные особенности моторов-«воздушников» можно отнести не к минусам, а к плюсам. Да, из-за меньшей теплоемкости и теплопроводности воздух не может так быстро отобрать тепло, как вода или антифриз. Но с другой стороны разница температур между стенками цилиндров и забортным воздухом больше, чем между теми же стенками и циркулирующей в системе охлаждающей жидкостью. Поэтому тепловой режим «воздушника» меньше зависит от погоды – то есть вероятность перегрева двигателя-«водянки» даже с самым большим радиатором в жару намного выше.

Еще одно очень важное преимущество «воздушника» – в три-четыре раза более быстрый прогрев после холодного пуска. Отсюда – и экономия топлива, и продление ресурса, и лучшая экология, и, наконец, удобство для водителя. Только у самых сложных «жидкостных» моторов образца 2010-х годов, имеющих три контура системы охлаждения, получается достигнуть подобных показателей прогрева.

2. Он громоздкий – неправда

Внешне «воздушник» может казаться более массивным, поскольку его цилиндры и головки со всех сторон окружены кожухами-воздуховодами, да и вентилятор обдува с дефлектором обычно выглядит более чем внушительно. Но предметное сравнение габаритов двух моторов с одинаковыми диаметром цилиндров и ходом поршня, но разными системами охлаждения, говорит о том, что габариты если и отличаются, то как раз в пользу «воздушника» – зачастую он оказывается чуть компактнее. Но главное даже не это.

Что касается размеров, справедливо будет принимать во внимание габариты не одного только двигателя, но и тех его неотъемлемых компонентов, которые крепятся отдельно, на кузове. Вот тут и проявляется неопровержимое преимущество «воздушника»: говоря современным языком, он выполнен в форм-факторе «моноблок», в то время как «водянка» имеет вынесенный на кузов громоздкий радиатор с вентилятором и системой шлангов. Которые, естественно, компактности силовому агрегату не добавляют.

3. Он ненадежный – неправда

На самом деле надежность двигателя с воздушным охлаждением существенно выше, ведь по статистике система жидкостного охлаждения служит причиной 20% всех отказов двигателя. А у «воздушника» как раз отсутствуют компоненты, обладающие низкой отказоустойчивостью: радиатор, термостат, помпа, трубопроводы, сальники и прочие уплотнения. Вентилятор и дефлекторы для обдува цилиндров воздухом устроены существенно проще, поэтому вероятность их отказа мизерна. Кстати, по этой же причине затраты на обслуживание «воздушников» также ниже.

4. Он шумный – правда

Что есть, то есть – шумит. И поделать с этим ничего нельзя. Точнее, идеи есть, но воплотить все их очень сложно. Беда в том, что у «воздушника» нет такой эффективной шумоизоляции, как двойные стенки рубашки охлаждения, заполненной водой или антифризом. И более того, все шумы мотора (механические, газообмена, горения) порой усиливаются ребрами цилиндров и головок. Поэтому конструкторы борются в первую очередь с источниками шумов, повышая жесткость деталей и применяя подпружиненные разрезные шестерни приводов, гидрокомпенсаторы клапанов, материалы с точно подобранным коэффициентом температурного расширения. Аэродинамические шумы вентилятора можно значительно уменьшить, но это дело нелегкое – нужны серьезные усилия конструкторов и технологов.

Двигатель Fiat 500

5. Малый ресурс – неправда

В первые 50 лет автомобильной эры к воздушному охлаждению конструкторы относились легкомысленно – дует мощный вентилятор на оребренные цилиндры, да и ладно. Но такое охлаждение часто было неравномерным, с застойными зонами и местными перегревами. Цилиндры деформировались, нарушались установленные зазоры цилиндропоршневой группы, масло коксовалось и выгорало. В результате детали изнашивались более интенсивно, чем у моторов с водяной «рубашкой», которая более равномерно распределяла выделяемое через стенки цилиндров тепло и отбирала его. Но организовать ровный обдув воздухом всех горячих зон двигателя оказалось не так уж сложно, и со временем двигатели-«воздушники» получили рациональное распределение тепла.

Еще один нюанс, уже из области высоких материй: при воздушном охлаждении проще организовать более высокую температуру стенок цилиндров (независимо от их головок). «Лишние» 15-20 °C снижают потери на трение колец о цилиндры (масло-то на стенках более жидкое!), а также уменьшают их износ (в том числе и коррозионный) и замедляют старение масла за счет его меньшего окисления. Выше уже было сказано о том, что мотор с воздушным охлаждением работает в холодном состоянии в несколько раз меньшее время, чем мотор с водяным – а значит, и время интенсивного износа трущихся пар намного меньше.

6. Он хилый – неправда

Причина для подобного обвинения есть, но суть проблемы такова, что ею можно пренебречь. Дело в том, что при увеличении нагрузки температура охлаждаемых воздухом цилиндров и их головок быстро повышается, а значит, повышается температура воздуха, поступающего в цилиндры. Отсюда – худшее весовое наполнение цилиндров рабочей смесью и кратковременное падение отдачи двигателя. Но исследования ученых-моторостроителей показывают, что разница коэффициента наполнения цилиндров у «воздушников» и «водянок» не превышает 3,5%. И это при 2 000 об/мин, а с ростом оборотов разница вообще стремится к нулю. Таким образом, теоретически существующую особенность эффективного наполнения цилиндров конструкторы решают за счет повышения рабочих оборотов двигателя. И, разумеется, данный вопрос вообще не касается наддувных двигателей воздушного охлаждения.

toxa210484 › Blog › Система воздушного охлаждения двигателя

Система воздушного охлаждения позволила Volkswagen и Citroen создать недорогие и простые автомобили, пользовавшиеся оглушительным успехом
Система воздушного охлаждения двигателя
Воздушная система охлаждения двигателя пользовалась огромной популярностью после Второй мировой войны, когда у людей не было денег на покупку дорогих автомобилей. Простая и надежная система, построенная на принудительном обдуве разогретого блока цилиндров потоком воздуха, отлично зарекомендовала себя на маломощных микролитражках европейского производства.

Назначение воздушного охлаждения двигателя
При работе двигателя внутреннего сгорания, температура отдельных деталей может повышаться до 800-900 градусов, а цилиндры разогреваются до 2000 градусов Цельсия и выше. Если не охлаждать двигатель, его мощность заметно снизится, а расход топлива и масла увеличится. Перегрев деталей мотора, к тому же, приводит к их быстрому износу и поломке.

 До 2001 года двигатели воздушного охлаждения от Volkswagen Beetle использовались в качестве двигателей подъемников на австралийском горнолыжном курорте Тредбо

Чрезмерное охлаждение действует на двигатель не менее негативно. При переохлаждении наблюдаются практически те же признаки: снижение мощности, ускоренный износ деталей, повышенный расход топлива.

В современных автомобилях система охлаждения помимо основной задачи выполняет еще и ряд второстепенных. Прежде всего, это нагрев воздуха в системе отопления салона. Помимо этого, средствами системы охлаждения зачастую охлаждают моторное масло, рабочую жидкость автоматической коробки передач, а в некоторых случаях, приемный коллектор или даже дроссельный узел.

Для выполнения всех этих задач в современной системе охлаждения, воздушной или жидкостной, рассеивается около 35% тепла, полученного в результате сгорания топлива.

Устройство воздушной системы охлаждения
Теплоносителем в воздушной системе охлаждения служит поток воздуха.

Он отводит тепло от цилиндров, головки блока и масляного радиатора. Система включает в себя: вентилятор, охладительные ребра цилиндров и головки (или головок), съемный кожух, дефлекторы и контрольные приборы.

Возможно, самый мощный автомобильный двигатель воздушного охлаждения был установлен на Porsche 911 (933) Turbo S в 1997 году. Этот двигатель с двумя турбинами развивал 400 лошадиных сил

Блок и головку блока цилиндров двигателей с воздушным охлаждением оснащают дополнительными ребрами, увеличивающими площадь поверхности, контактирующей с воздухом. Воздушный поток подается к корпусу двигателя принудительно, при помощи вентилятора с лопастями из прочного, но легкого алюминиевого сплава.

 Конструкция вентилятора системы воздушного охлаждения
Вентилятор — главный узел системы, а ротор вентилятора — его основная деталь. Для оптимизации потока воздуха форму и конструкцию деталей вентилятора тщательно просчитали инженеры. Он состоит из направляющего диффузора и ротора, как правило, состоящего из 8 лопаток, расположенных радиально.

Читайте также  Домкрат для двигателя своими руками

В направляющем аппарате — диффузоре — есть свои лопасти переменного сечения, служащие для направления потока. Они неподвижны и равномерно располагаются по окружности.

Двигатели с воздушным охлаждением ставились на полноприводные военные грузовики чешской компании Tatra

Лопасти направляющего аппарата меняют направление воздушного потока, заставляя его двигаться в сторону противоположную вращению ротора. Это позволяет увеличить воздушное давление, а следовательно, охлаждение двигателя.

Вентилятор приводится в движение от шкива коленчатого вала при помощи ремня. Направляющий аппарат неподвижно закреплен на двигателе.

Вентилятор оснащен защитной сеткой, позволяющей избежать попадания посторонних предметов в направляющий аппарат.

Как работает воздушное охлаждение двигателя
Поскольку цилиндры и их головки нагреваются больше других деталей, мощный воздушный поток направляется, в первую очередь на них, вдоль каналов между ребрами охлаждения. Затем воздух равномерно распределяется на все детали двигателя с помощью направляющих поток дефлекторов – тонких металлических пластин.

Объем воздуха, подаваемого вентилятором в систему охлаждения, составляет примерно 30 куб.м в минуту. Это обеспечивает нормальную работу двигателя невысокой мощности и небольшого объема в температурных пределах от -40 до +40 градусов.

Интенсивность охлаждения двигателя с воздушной системой регулируется автоматически при помощи термостатов и заслонок.

Преимущества и недостатки воздушной системы охлаждения
Преимуществом воздушной системы охлаждения двигателей является простота эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Воздушное охлаждение позволяет значительно снизить массу мотора и упростить холодный запуск.

К недостаткам воздушной системы охлаждения принято относить увеличение габаритов двигателя и повышенный уровень шума. К тому же, в подобных системах некоторые элементы испытывают большую тепловую нагрузку за счет неравномерности обдува.

Двигатели с воздушным охлаждением чувствительнее к качеству топлива, смазочных материалов и запасных частей, так как работают, в целом, в более экстремальном режиме эксплуатации. Кроме того, необходимо тщательно следить за чистотой в моторном отсеке, так как даже тонкий налет грязи на корпусе двигателя существенно снижает характеристики охлаждения.

Характерные поломки системы воздушного охлаждения двигателя
Признаком плохой работы охлаждающей системы служит повышение температуры масла в картере двигателя, регистрируемое специальным датчиком.

Самая распространенная поломка воздушной системы охлаждения — это обрыв ремня вентилятора. На приборной панели автомобилей, в которых применена система воздушного охлаждения, имеется лампа, которая сигнализирует об этой неисправности.

Автомобили с воздушным охлаждением двигателя
Пик применения двигателей воздушного охлаждения в автомобилестроении пришелся на шестидесятые годы двадцатого века. В тот период в мире выпускалось максимальное количество автомобилей с воздушным охлаждением двигателя. Наиболее известны модели концерна Volkswagen – такие как знаменитый «Жук», Transporter T1 и T2 и другие. Модели, построенные на основе такого двигателя, строили американские инженеры из GM (Chevrolet Corvair), французские (Citroën 2CV, GS и GSA) и японские (Honda 1300). Отдельного упоминания достойны автомобили с двигателями воздушного охлаждения другого германского концерна – Porsche. Одна из наиболее известных моделей, выпускающаяся и в наше время Porsche 911, в течение долгого времени оснащалась двигателем с воздушным охлаждением. Благодаря гению Фердинанда Порше, мощными двигателями воздушного охлаждения оснащались только автомобили этой компании.

Большая часть излишков тепла, то есть около 44% отводится от двигателя через выхлопную трубу, вне зависимости от типа системы охлаждения

Свобода воздушного охлаждения: Запорожец, Fiat 500 или Volkswagen?

Они кажутся игрушечными и вызывают улыбку. Но в сторону высокомерие: микроавтомобильчики оставили макрослед в истории и во многом определили тот мир, в котором мы живем. Это для них строились дороги, это они стали приметой возвращения к мирной послевоенной жизни и символом свободы. Как минимум — свободы передвижения.

Необходимы как воздух: итальянский Fiat 500, немецкий Volkswagen 1200 и советский ЗАЗ-965АЭ. Мал мала меньше!

К рошка сын к отцу пришел, и сказала кроха: «Быть похожим хорошо, двойником быть плохо». Это про Fiat и Запорожец. Кооперация итальянской и советской автопромышленности началась задолго до АвтоВАЗа, ведь прототипом 965-го Запорожца был выбран Fiat 600. Но они, как в старом анекдоте, «не родственники и даже не однофамильцы»: Fiat стал лишь образчиком компоновки, потому что в 50-е годы прошлого века инженеры буквально фонтанировали идеями в сверхкомпактном классе. Разные типы привода, расположения мотора, с десяток вариантов подвесок — кто во что горазд. Только представьте, какой интереснейший вызов — уместить на четырех квадратных метрах двух взрослых, пару детей, место для сумок, приделать двери, крышу и мотор и заставить сносно ехать со скоростью километров 80 в час. При этом конструкция должна быть предельно простой, надежной и дешевой. Теперь понимаете, почему эти автомобильчики — настоящие суперкары?

Самой передовой тогда была признана заднемоторная компоновка с задним же приводом. Двигатель можно вынести за пределы колесной базы, не нужно тянуть под днищем карданный вал, а загрузка ведущих колес получается отличной. Тут, правда, главное — не переборщить, чтобы машинка хоть ­как-то управлялась. У СССР не было опыта создания подобных автомобилей, поэтому в качестве образца и выбрали Fiat. Более того, перед тем как в 1960 году на заводе Коммунар в Запорожье начали выпуск малыша ЗАЗ-965, на дорогах СССР прошел невиданный по масштабам ресурсный тест иностранных микроавтомобилей. Десяток Фиатов, Фольксвагены, BMW 600, Citroen 2CV, экзотический Panhard Dyna и дюжина разнообразных мотоколясок — машины намотали по 50 тысяч километров, половину из которых вне асфальта.

Как же такое выдержал крошечный Fiat 500? От одного хромированного уса бампера до другого меньше трех ­метров, а между колесами едва проходит канализационный люк. Но сколько же в нем обаяния! Fiat согревает, словно кусочек маргариты, пропитанной кьянти: вы только посмотрите на этот цвет. А история его появления? Такое может быть только в Италии. Создать сначала более крупный Fiat 600 с четырехцилиндровым двигателем жидкостного охлаждения, а потом выпустить «пятисотый» с двухцилиндровым воздушником и матерчатой крышей. Не думаю, что все дело только в цене и затратах на производство. Он улыбчивый, эмоциональный, обаятельный и по-итальянски открытый. С 1957 по 1975 год его купили почти четыре миллиона человек! «Пятисотый» стал частью культуры страны, модной пряжкой на апеннинском сапоге: их до сих пор полно в каждом итальянском городке.

Без единой современной опции этот интерьер создает уют и настроение. Изящный руль, аккуратный горизонтальный спидометр. Между сиденьями рычажки стартера и воздушной заслонки карбюратора. Тумблеры на передней панели включают фары и дворники — ничего лишнего в Фиате просто нет. Кресла в салон словно принесли с детского утренника

В Fiat не садишься, а надеваешь его на себя. Отвел в сторону невесомую дверку, нырнул внутрь — и, черт возьми, поместился! Конечно, плечо подпирает боковое стекло, ноги согнуты, голова слегка меняет профиль матерчатой крыши, а уж если чихнешь… В общем, будьте здоровы.

«Пятисотка» удивляет вниманием к мелочам: разлинованная обивка двери, изящная дуга ручки, словно у старого комода, а «курок» замка точь-в-точь как у первых Жигулей

И как хорошо, что рядом нет зрителей. Замок зажигания — вот он, прямо по центру панели, но положения «стартер» у него нет. Щелкаю немногочисленные тумблеры, ищу напольную кнопку рядом с педалями — пусто. Да как же тебя завести? Минут через пять нашел-таки пару рычажков между передними сиденьями. Один включает стартер, а второй управляет воздушной заслонкой карбюратора.

Колесная арка по совместительству работает площадкой для отдыха левой ноги, хотя с такой «короткой» трансмиссией не до отдыха. Малюсенькие педали сильно сдвинуты вправо

Воздушные «пол-литра» затарахтели-заверещали и ворвались в уютный салон соседским перфоратором. Мне кажется, если долго ездить на «пятисотом», то треск уже не выгнать из головы. Но эти 18 л.с. имеют право быть громкими, потому что едут как все 20! Наш Fiat с перешитым кожаным салоном потянул на весах на 541 кг, хотя по паспорту должен быть на 21 кг легче. Но как бодро едет! Коротенькие передачки быстро выводят мотор на предельные 4500 об/мин, «пятисотый» лихо набирает 60 км/ч за 13,4 секунды — и стрелка спидометра гнется дальше! Похоже, в спину дул попутный ветер, потому что Fiat набрал 102 км/ч максималки, хотя по паспорту его предел — 95 км/ч.

В отличие от современных систем, складную крышу Фиата можно открыть за секунду на любой скорости: достаточно отщелкнуть фиксатор — и ветер моментально унесет ее назад

Какое охлаждение лучше: жидкостное или воздушное?

Основная масса современных водителей понятия не имеет что такое воздушное охлаждение. Некоторая часть населения, сопоставляет такой вид вывода лишней температуры с мотоциклами, которые, в большинстве своем, тоже уже охлаждаются различными тосолами и антифризами. Некоторые еще помнят «Запорожцы», Фольксвагены Жуки, середины прошлого века, и некоторые модели Порше. И только малая доля водителей понимает, что значит ездить на машине с мотором охлаждаемым воздухом, какие это дает преимущества перед жидкостным и какие имеет недостатки.

Описывать систему жидкостного охлаждения двигателя я не буду, итак, все сталкиваются с ней каждый день. А вот что такое воздушное охлаждение и с чем его едят, попробуем разобрать по подробнее.

Читайте также  Оборудование для производства электродвигателей

Воздушное охлаждение ДВС

Случилось так, что подобные двигатели стали ни кому не нужны. Почему? Вселенский заговор, конструктивная особенность, спрос среди населения или что-либо другое, в общем, ни кто из простых смертных не знает. Однако, сделали это напрасно, ведь с точки зрения практичности, надежности и экономической целесообразности для семейного бюджета, такие моторы вполне могут дать фору жидкостным.

В тот период жидкостные системы охлаждения называю водяными, так как антифризы не были распространены и все заливали в радиатор воду. В воздушный контур заливать ни чего не надо было и это являлось одним огромным плюсом таких двигателей. Рассмотрим ближе преимущества и недостатки таких ДВС.

Достоинства мотора с воздушным охлаждением

Из-за малого количества деталей, он был проще в эксплуатации и дешевле в ремонте. Легче починить одну деталь, чем десяток. Как гласит статистика авторемонтов, то 20% поломок, связанных с автомобилем приходится на систему охлаждения.

Недостатки

Далее пойдут недостатки, которые не могут быть объективными, так как были выявлены владельцами «Запорожцев».

Мотор перегревается — неправда. Температура охлаждающей жидкости намного выше, чем температура воздуха за бортом и поэтому двигатель остывает быстрее.

Мотор плохо нагревался зимой и машина долго была холодной — тоже фантазия. Ввиду того, что мотор не опоясывался контуром холодной жидкости, то после первого пуска мотор разогревался быстрее, так как не было дополнительных охлаждающих элементов.

Двигатель «запорожца» был неплохим, сгубило его недостаточное сервисное обслуживание. Как его ремонтировать никто толком не знал, заправляли его некачественным топливом, специализированных сервисов не было и это не мудрено, так как машина не задействовалась в структурах скорой помощи, милиции или такси. Поэтому и дела до нее не было.

А вот и объективные недостатки:

  • Малая мощность;
  • Большой размер агрегата;
  • Плохая звукоизоляция;
  • Неравномерность обдува и частичный перегрев;
  • Чувствительность к качеству ГСМ.

Данные факторы не позволяют судить об авто, как о комфортном, однако, смотря с какой стороны посмотреть. Двигатель с воздушным охлаждением больше по размеру, чем с водяным. Все так! Если сравнивать чисто двигатели между собой как отдельные агрегаты. Но стоит добавить сопутствующие элементы, то водяной выходит объемнее, из-за радиатора, проводящих трубок и патрубков, водяного насоса, термостата и расширительного бочка (которые еще и часто ломаются).

Неравномерность обдува и частичный перегрев связан с загрязненностью мотора. Хороший слой пыли или грязи препятствуют эффективному отбору тепла с мотора, поэтому необходимо тщательнее следить за чистотой ДВС.

Вот и выходит, что сам по себе двигатель с воздушным охлаждение не так уж и плох и прикрыли его развитие по непонятным причинам. Ибо инженеры Порше, практически справились со многими недостатками подобных моторов, так как они производили свои знаменитые спортивные купе с моторами на воздушном охлаждении аж до 1998 года. А ребята из Porsche знают толк в моторах.

Двигатели с воздушным охлаждением

Двигатели с воздушным охлаждением делают с раздельными цилиндрами, которые крепят к верхней половине картера. Цилиндры этих двигателей могут быть изготовлены по двум силовым схемам: с несущими шпильками (рис. 247, а) и сжатым цилиндром и с несущим цилиндром (рис. 247, б), растягиваемом в осевом направлении силами давления газов. В первом случае длинные силовые шпильки 1 подтягивают через головку отдельные цилиндры к опорной плоскости картера и одновременно обеспечивают плотность газового стыка, во втором цилиндры прикрепляют к картеру короткими шпильками 2 (четыре шесть шпилек) через опорный фланец, а головку навертывают на цилиндр или подтягивают к нему с помощью шпилек.

В двигателях с воздушным охлаждением целесообразно приме-

нять туннельные картеры с большой продольной и поперечной жесткостью (рис. 247, в).

Цилиндры двигателей с воздушным охлаждением изготовляют цельностальными с кругом обработанными ребрами; чугунными с литыми ребрами; в виде стальной или чугунной гильзы с напрессованной на нее алюминиевой оребренной муфтой и такой же гильзы, но залитой в алюминиевую отливку; цельноалюминиевыми с покрытием внутренней поверхности слоем твердого пористого хрома. В серийных двигателях применяют конструкции с несущими шпильками и с литыми цилиндрами без последующей обработки резанием ребер.

Охлаждающая поверхность непосредственно стенок цилиндров составляет 2540% всей потребной поверхности охлаждения (на головку приходится 6075%). Оребрение цилиндра начинается непосредственно от стыка его с головкой и доходит, как правило, до зоны расположения колец в н. м. т. Оребрепная часть составляет 45 55% всей длины цилиндра. Для карбюраторных двигателей удельная поверхность охлаждения равна 0,610,81 см3/Вт, а для дизелей 0,480,61 см2/Вт. Скорость воздуха между ребрами достигает 50 м/с.

Отношение наружной поверхности охлаждения головки и цилиндра к внутренней, омываемой горячими газами, зависит от цилиндровой мощности, а также от степени форсирования двигателя по энергетическим показателям и колеблется в пределах 1523.

на воздушное пространство менаду ребрами.

В литых конструкциях (рис. 249) расстояние между ребрами определяется прежде всего прочностью стержней. При высоте ребер 60 мм (в головках цилиндров) в отливке из алюминиевого сплава при литье в земляную форму удается выдержать шаг 5 мм . В случае обтачивания ребер шаг можно уменьшить до 3,5 мм (при толщине ребра 1 мм ).

Высота ребер цилиндров определяется теплопроводностью металла и обычно не превышает 1418 мм . Наилучшей конструкцией оребрния цилиндров считают короткие ребра с небольшим расстоянием между ними. В этом случае затраты мощности на охлаждение уменьшаются. Цилиндр с неодинаковой в различных направлениях жесткостью (несимметричные ребра) при высокой температуре деформируется неравномерно. Это может сопровождаться недопустимой ова-лизацией наиболее нагретой верхней части цилиндра и быть причиной повышенного износа. Для устранения овализации в ребрах делают вырезы, доходящие до стенок цилиндра (рис. 249, б). Вырезы в соседних рядах смещены один относительно другого. При нагревании ребра небольшой длины могут свободно деформироваться; при этом в стенках цилиндра не создается недопустимых термических напряжений и не оказывается заметного влияния на его форму.

Для увеличения отвода теплоты от стальных гильз на них напрессовывают алюминиевые оребренные цилиндры, предварительно нагретые до 250300° С. В этом случае температура стенок цилиндра из-за неполного контакта между соприкасающимися поверхностями (не превышающего 50%) понижается лишь на 3545° С. Лучший теплоотвод достигается при совместной отливке алюминиевого ореб-ренпого цилиндра со стальной или чугунной гильзой. В промежуточном слое вследствие диффузии создается прочное соединение металлов (альфин-процесс). Это позволяет также отливать головки со стальными клапанными седлами и втулками для свечей, а также со вставными камерами сгорания для дизелей (рис. 249, а).

Наиболее нагретой частью цилиндра с воздушным охлаждением является головка, которую всегда изготовляют из алюминиевых сплавов путем отливки в кокиль. Головки из легких сплавов имеют более низкие температуры вследствие лучшей теплопроводности металла. Температура наружных поверхностей головки, изготовленной из алюминиевого сплава, если исходить из условий прочности и надежности работы, пе должна превышать в наиболее нагретых точках в зоне между клапанами 215230° С, и только на форсированных режимах допускается кратковременное повышение температуры до 260° С. Температурное поле головки должно быть возможно более равномерным, чтобы не возникали термические деформации, в результате которых может нарушиться геометрическая форма верхней части цилиндра. Охлаждающая поверхность головки составляет 7560% поверхности оребрения цилиндра. Высота охлаждающих ребер литых головок доходит до 5060 мм (рис. 250). В кованых головках ребра фрезеруют. В этом случае толщина ребра может быть доведена до 1,5 мм при шаге 3,54,0 мм. Поверхность охлаждения при этом возрастает по сравнению с литыми конструкциями на 20%.

При использовании головок из алюминиевого сплава газовый стык обеспечивается непосредственным контактом головки и торцовой поверхности чугунной гильзы.

На рис. 250 изображены головки с V-образным расположением осей клапана. При перпендикулярном направлении потока охлаждающего воздуха к плоскости осей клапанов (рис. 250, а) между патрубками остается небольшое пространство для размещения охлаждающих ребер и прохода воздуха. Воздух для охлаждения целесообразно подводить со стороны более нагретого выпускного канала.

Наилучшей схемой расположения клапанов в отношении развития проходных площадей впускных и выпускных каналов и охлаждающей поверхности между ними является V-образная (рис. 250, б) с шатровой или полусферической камерой сгорания. Угол развала клапанов доходит до 80°.

Воздух для охлаждения двигателя нагнетается вентилятором, на привод которого затрачивается мощность, пропорциональная расходу воздуха в третьей степени. В случае свободного обдува цилиндров на охлаждение требуется примерно в 2 раза больше воздуха, чем при направленном организованном потоке.

В однорядном двигателе вентилятор устанавливают сбоку двигателя, в V-образном непосредственно перед цилиндрами (рис. 251).

Направление воздушного потока вдоль цилиндров однорядного двигателя, как и отвод горячего воздуха, обеспечивается каио

том 1 (рис. 251). Для распределения воздушного потока по отдельным цилиндрам служат дефлекторы, направляющие воздух, во избежание неравномерного нагревания, в первую очередь к наиболее

нагретым зонам (выпускному каналу, камере сгорания и т. п.). Дефлекторы способствуют выравниванию температур между отдельными цилиндрами и уменьшают неравномерность нагрева поверхностей цилиндра. Температура подогрева воздуха при малом расстоянии между тонкими высокими ребрами достигает 60-70° С.

Масса воздуха, отнесенная к 1 кВт мощности, изменяется в пределах 2935 кг/кВт. Отношение воздуха, потребного для охлаждения, к воздуху, засасываемому двигателем, составляет 1013 кг/кг.