Дослідження високоефективного охолоджувача наддувного повітря

Abstract

На теперішній час двигуни внутрішнього згоряння набули поширення в якості джерел механічної енергії в багатьох сферах людської діяльності. Саме двигуни внутрішнього згоряння були та залишаються найбільш розповсюдженими на транспорті, де, зазвичай, висуваються жорсткі вимоги до масогабаритних характеристик двигунів та енергетичної установки в цілому. З метою задовільнення цих вимог відбувається постійне підвищення рівня форсування двигунів. Для дизелів найбільш поширеним технічним заходом, який забезпечує підвищення рівня форсування двигуна при майже незмінних масогабаритних характеристиках є збільшення тиску наддуву. Проте, в результаті стискання повітря відбувається підвищення його температури, яке пропорційне ступеню підвищення тиску повітря в компресорі. Підвищення температури повітря обумовлює зменшення масового заряду циліндрів, а отже, суттєве погіршення умов перебігу процесу згоряння палива. Також це викликає збільшення рівня максимальних температур циклу, що в свою чергу спричиняє підвищення термічних навантажень та швидкості утворення оксидів азоту в циліндрах дизеля. Наведене вище обумовлює актуальність задач з впровадження ефективних охолоджувачів наддувного повітря в сучасних високофорсованих транспортних дизелях. Ця технічна задача може бути вирішена з використанням повітряних чи рідинних охолоджувачів. В рамках статті розглядається рідинний охолоджувач, оскільки в порівнянні з повітряним він може бути виконаним більш компактним, дозволяє досягти значно меншої довжини та об’єму впускного тракту, а також спростити компонування впускного тракту в складі енергетичної установки в цілому, що є пріоритетним для дизелів, які розглядаються. В статті розглядається вплив конструктивних параметрів рідинного охолоджувача наддувного повітря на його габаритні характеристики та гідравлічний опір потоку наддувного повітря, що протікає крізь охолоджувач. Таким чином, в статті наведено дані, що свідчать про можливість виконання компактного високоефективного охолоджувача наддувного повітря при збереженні його гідравлічного опору на прийнятному рівні шляхом вибору раціональних параметрів.

Currently, internal combustion engines have become widespread as sources of mechanical energy in many areas of human activity. It is the internal combustion engines that were and remain the most widespread in transport, where, as a rule, strict requirements are put forward for the mass-dimensional characteristics of the engines and the power plant as a whole. In order to meet these requirements, there is a constant increase in the level of forcing of the engines. For diesel engines, the most common technical measure that provides an increase in the level of engine forcing with almost unchanged weight and dimensional characteristics is an increase in supercharging pressure. However, as a result of air compression, its temperature increases, which is proportional to the degree of increase in air pressure in the compressor. An increase in air temperature causes a decrease in the mass charge of the cylinders, and therefore, a significant deterioration in the fuel combustion process. It also causes an increase in the level of maximum temperatures of the cycle, which in turn causes an increase in thermal loads and the rate of formation of nitrogen oxides in diesel cylinders. The above determines the urgency of the tasks of implementing effective charge air coolers in modern high-pressure transport diesel engines. This technical problem can be solved using air or liquid coolers. The article considers a liquid cooler, because compared to an air cooler, it can be made more compact, allows to achieve a much smaller length and volume of the intake tract, as well as to simplify the layout of the intake tract as part of the power plant as a whole, which is a priority for diesel engines. The article considers the influence of the design parameters of the supercharged air cooler on its over-all characteristics and the hydraulic resistance of the supercharged air flowing through the cooler. Thus, the article provides data indicating the possibility of making a compact, highly efficient supercharged air cooler while maintaining its hydraulic resistance at an acceptable level by choosing rational parameters.