Zastosowanie układu chłodzenia o podwyższonej temperaturze płynu chłodzącego w tłokowym silniku spalinowym
Obecnie przywiązuje się coraz większą wagę do racjonalnego wykorzystania energii szczególnie z zasobów nieodnawialnych, (np. ropa naftowa), bowiem na świecie występuje ich ograniczona ilość. W związku z wyczerpywaniem się zasobów nieodnawialnych gospodarka światowa, a przede wszystkim przemysł samochodowy czy energetyczny, staje przed wieloma zagrożeniami, m. in. wzrostem cen paliw czy energii. Niezbędnym zatem staje się szukanie alternatywnych źródeł energii i oszczędzania tych, zasobów, które jeszcze istnieją. W związku z powyższym powszechnie stosowane do napędu pojazdów tłokowe silniki spalinowe są ciągle doskonalone pod kątem podwyższenia ich sprawności, a także rozwijane są nowe rozwiązania układów napędowych, które zastąpią obecne silniki. Energia dostarczona do tłokowego silnika spalinowego w paliwie i powietrzu tylko częściowo zamieniana jest na pracę użyteczną silnika. Z analizy bilansu cieplnego różnych rozwiązań silników wynika, iż na pracę efektywną można przetworzyć wprost ok. 25 ÷ 45% dostarczanej energii. Pozostały zasób energii rozprasza się pośrednio lub bezpośrednio w otaczającej atmosferze, co jest spowodowane sprawnością termodynamiczną i koniecznością obniżenia temperatury materiałów, z którego wykonane są elementy silnika. Około 22 ÷ 35% energii dostarczanej z paliwem jest odprowadzana przez sam układ chłodzenia. Z tego względu prowadzone są prace nad poprawą istniejącego systemu chłodzenia poprzez wprowadzenie efektywnego zarządzania przepływem ciepła w pojazdach w celu zwiększenia sprawności ogólnej silnika. Obecnie najbardziej popularnym i masowo stosowanym sposobem chłodzenia jest chłodzenie cieczowe, które zapewnia większą równomierność temperatury wokół komory spalania, aczkolwiek właściwościami wody ograniczona jest maksymalna temperatura chłodziwa. Efektywność cieczowych układów chłodzenia, jako zespołu kompleksowego zarządzania energią w pojazdach, można zwiększyć przez zastosowanie elektronicznego sterowania pracą zespołu, jak również przez mniej intensywne chłodzenie silnika i zmniejszenie w ten sposób strat ciepła. W przypadku układów, w których stosowana jest ciecz chłodząca zawierająca wodę, podwyższanie temperatury wrzenia płynu chłodzącego wymaga zwiększenia ciśnienia w układzie chłodzenia. Badania przeprowadzono w oprogramowaniu symulacyjnym AmeSim, na stanowisku modelowym oraz dynamometrycznym z silnikiem 4CT90. Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie działania układu chłodzenia o zwiększonym ciśnieniu cieczy chłodzącej pod kątem możliwości uzyskania podwyższonej temperatury płynu chłodzącego. Należy stwierdzić, że badania przeprowadzone na stanowisku pokazały prawidłowość jego działania. Przez dłuższy okres czasu możliwe było utrzymanie ciśnienia w układzie na założonym poziomie. Badania takiego układu o podwyższonej temperaturze płynu chłodzącego wskazują na możliwość zwiększenia sprawności efektywnej, a tym samym zmniejszenie zużycia paliwa. Poza tym zmniejszą się udziały toksycznych składników spalin przy małym obciążeniu silnika, gdy temperatura silnika z układem klasycznym jest zbyt niska do efektywnego działania reaktora katalitycznego.
Tematyka artykułu: Światowe tendencje w technologii i produkcji silników spalinowych
Autor: Rafał Krakowski
Współautor(zy):