Системы охлаждения силовых агрегатов машин

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы.

На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

· Нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования

· Охлаждение масла в системе смазки

· Охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов

· Охлаждение воздуха в системе турбонаддува

· Охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.

Рис. 6.4 – Устройство системы охлаждения двигателя: 1 – радиатор отопителя; 2 – пароотводящий шланг радиатора отопителя; 3 – шланг отводящий; 4 – шланг подводящий; 5 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 – шланг подводящей трубы насоса; 7 – термостат; 8 – заправочный шланг; 9 – пробка расширительного бачка; 10 – датчик указателя уровня охлаждающей жидкости; 11 – расширительный бачок; 12 – выпускной патрубок; 13 – жидкостная камера пускового устройства карбюратора; 14 – отводящий шланг радиатора; 15 – подводящий шланг радиатора;
16 – пароотводящий шланг радиатора; 17 – левый бачок радиатора; 18 – датчик включения электровентилятора; 19 – электродвигатель вентилятора; 20 – крыльчатка электровентилятора;
21 – правый бачок радиатора; 22 – сливная пробка; 23 – кожух электровентилятора; 24 – зубчатый ремень привода механизма газораспределения; 25 – крыльчатка насоса охлаждающей жидкости;
26 – подводящая труба насоса охлаждающей жидкости; 27 – подводящий шланг к жидкостной камере пускового устройства карбюратора; 28 – отводящий шланг

 

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Рис. 6.5 – Радиатор отопителя

 

Расширительный бачок устанавливается для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Рис. 6.5 – Расширительный бачок

 

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

Рис. 6.6 – Схема работы термостата: А – термостат закрыт; Б – термостат открыт; I – в водяной насос и далее в водяную рубашку блока цилиндров двигателя; II – из водяной рубашки головки цилиндров двигателя; III – в радиатор; 1 – крышка термостата; 2 – основной клапан; 3 – дренажный клапан; 4 – перепускной клапан; 5 – перепускной патрубок

 

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

· механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя);

· электрический (управляемый электродвигатель);

· гидравлический (гидромуфта).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с установленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

Принцип работы системы охлаждения:

Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.

Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).

В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.

Рис. 6.7 - Схема циркуляции охлаждающей жидкости: 1 - расширительный бачок; 2 - радиатор системы рециркуляции отработавших газов; 3 - теплообменник отопителя;4 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 - насос охлаждающей жидкости; 6 - датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе радиатора; 7 – термостат; 8 - масляный радиатор; 9 - дополнительный насос охлаждающей жидкости; 10 - радиатор системы охлаждения

По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.

После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.

На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения, в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.