Сучасні тенденції розвитку систем охолодження

1. Розвиток рідинних закритих двоконтурних систем охолодження та

двоконтурних систем охолодження з розподілом на контури головки блоку циліндрів та блоку циліндрів з передачею теплоти у навколишнє середовище з допомогою проміжного – рідинного носія використовуються у більшості сучасних двигунів внутрішнього згоряння. Одноконтурні рідинні системи охолодження не використовуються.

- Ускладнення конструкції за рахунок використання автоматичних систем підтримання заданої температури елементів системи охолодження;

- Розширення призначення системи охолодження за рахунок збільшення споживачів системи, що потребують охолодження (генератори, електродвигуни гібридних автомобілів, інтеркулери, радіатори охолодження регенераторних відпрацьованих газів, палива, мастила коробки передач тощо);

- Збільшення елементів системи охолодження двигуна у яких підтримується різний температурний режим (головка блоку, блок циліндрів);

- Збільшення кількості термостатів та водяних насосів. Все більше використання електричних термостатів. Термостати дають можливість підтримувати різний температурний режим у головці блока та у блоку циліндрів. Додатковий насос, що працює після вимкнення двигуна, виключає короблення деталей системи;

- Покращення охолодження за рахунок збільшення площ охолодження та використання алюмінієвих сплавів. Так наприклад використання блоку циліндрів двигуна Ауді зі сплаву алюмінію та з ребрами охолодження значно покращує тепловідведення;

- Зменшення енерговитрат на привод рідинних насосів;

- Застосування більш дешевих та технологічних матеріалів при виготовленні деталей системи охолодження;

2. Повітряні системи охолодження з передачею теплоти безпосередньо у повітря знайшли менше застосування і на сьогодні є менш перспективними у порівнянні з рідинними, у зв’язку з труднощами охолодження повітря, яке використовується системою живлення, рециркуляційних газів, опалення салону, генераторів, коробки передач тощо.

Рис. 16. Закрита система охолодження двигуна V6 VW з електричним приводом вентиляторів

Рис. 17. Закрита система охолодження з електронним регулюванням температури охолоджувальної рідини

Рис. 18. Система охолодження двигуна V 10TDI

Рис. 19. Двоконтурна з двома термостатами та різними температурними режимами система охолодження двигуна VW

FSI 1,4 і 1,6

До позитивної сторони двоконтурної системи охолодження відноситься: прискорення прогрівання блоку циліндрів, так як охолоджуюча рідина не прокачується через блок циліндрів до 105⁰, зменшення втрат на тертя при підвищеній температурі. Зниження температурного рівня головки блока та покращення охолодження камер згоряння покращує наповнення циліндрів пальною сумішшю (повітрям), знижує детонаційні процеси у двигуні.

Принцип дії системи рідинного охолодження

Всі системи рідинного охолодження мають два кола циркуляції рідини (при холодній охолоджуваній рідині та експлуатаційній). На деяких двигунах експлуатаційне коло циркуляції поділяється на коло циркуляції сорочки охолодження головки блока та коло циркуляції сорочки охолодження блока циліндрів з різницею температури охолоджуючої рідини у 15⁰-20⁰ (VW). Циркулювати рідину примушує рідинний насос (рідинні насоси) системи охолодження. Додатковий електронасос включається у роботу на обертах холостого ходу та при виключенні двигуна з метою виключення перегріву. Посилений рух повітря через радіатор забезпечує вентилятор системи охолодження. При температурі охолоджуючої рідини (70 – 98 град.) термостат відкритий і циркуляція здійснюється по всій системі, включаючи радіатор (рух по великому колу). Нагріта рідина від насоса через верхній патрубок з термостатом поступає до верхнього бачка теплообмінника – радіатора, де проходячи крізь серцевину радіатора, віддає тепло потоку повітря, створену вентилятором. Далі від нижнього бачка радіатора охолоджена рідина через нижній патрубок поступає до сорочок охолодження блока та головки блока циліндрів. При температурі охолоджуючої рідини менше 70 град. термостат закритий і рідина циркулює по системі обминаючи радіатор ( рух по малому колу). При русі по великому колу у відведенні теплоти від двигуна активно приймає участь радіатор, а при русі по малому колу тільки та частина рідини, яка знаходиться в сорочці охолодження двигуна без радіатора. Зміна кола циркуляції відбувається автоматично за допомогою термостата ( в тому числі електронною системою керування при застосуванні електричного термостата) у залежності від температури рідини.

Частина тепла під час роботи двигуна передається маслу, яке проходячи через масляний (повітряний або рідинний) охолоджувач віддає тепло, допомагаючи підтримувати оптимальний температурний режим роботи двигуна.

Рис. 20. Робота системи охолодження під час запуску та роботі двигуна на малих обертах і без навантаження на місці.

( Рух охолоджувальної рідини по малому колу)

Рис. 21. Робота термостата під час руху охолоджуючої рідини по малому колу

Клапан термостата закритий і рух рідини через радіатор не відбувається.

Рис. 22. Робота системи охолодження при повному навантаженні двигуна

(Клапан термостата відкритий і рух охолоджувальної рідини здійснюється по великому колу).

Рис. 23. Робота термостата під час руху охолоджуючої

рідини по великому колу через радіатор

Рис. 24. Робота системи охолодження з двома контурами та двома термостатами двигуна VW FSI з робочим об’ємом 1,4 та 1,6

При роботі системи охолодження одна третина охолоджуючої рідини подається до блока циліндрів та дві третини до головки блока циліндрів (камери згоряння). Температура охолоджуючої рідини у головці блока циліндрів на 15⁰-20⁰ нижче, ніж температура охолоджуючої рідини блока циліндрів.

Рис. 25. Робота системи охолодження при температурі

охолоджуючої рідини менш ніж 87⁰