Статьи по теме "Двигатель"

Двухконтурная система охлаждения

На некоторых моделях бензиновых двигателей с турбонаддувом применяется двухконтурная система охлаждения. Один контур обеспечивает охлаждение двигателя, другой - охлаждение наддувочного воздуха. Контуры охлаждения независимы друг от друга, но имеют соединение и используют общий расширительный бачок. Независимость контуров позволяет поддерживать различную температуру охлаждающей жидкости в каждом из них, разница температуры может достигать 100°С. Смешиваться потокам охлаждающей жидкости не дают два обратных клапана и дроссель.

Первый контур - система охлаждения двигателя

Стандартная система охлаждения поддерживает температурный режим двигателя в пределе 105°С. В отличие от стандартной, в двухконтурной системе охлаждения обеспечивается температура в головке блока цилиндров в пределе 87°С, в блоке цилиндров – 105°С. Это достигнуто за счет применения двух термостатов. По своей сути это двухконтурная система охлаждения.

Так как в контуре головки блока цилиндров должна поддерживаться более низкая температура, то в нем циркулирует больший объем охлаждающей жидкости (порядка 2/3 от общего объема). Остальная охлаждающая жидкость циркулирует в контуре блока цилиндров.

Для обеспечения равномерного охлаждения головки блока цилиндров циркуляция охлаждающей жидкости в ней производится по направлению от выпускного коллектора к впускному. Такая схема работы называется поперечным охлаждением.

Высокая интенсивность охлаждения головки блока цилиндров сопровождается высоким давлением охлаждающей жидкости. Это давление вынужден преодолевать термостат при открытии. Для облегчения работы в конструкции системы охлаждения один из термостатов выполнен с двухступенчатым регулированием. Тарелка такого термостата состоит из двух взаимосвязанных частей: малой и большой тарелки. Вначале открывается малая тарелка, которая затем поднимает большую тарелку.

Управление работой системы охлаждения осуществляет система управления двигателем.

При запуске двигателя оба термостата закрыты. Обеспечивается быстрый прогрев двигателя. Охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу контура головки блока цилиндров: от насоса через головку блока цилиндров, теплообменник отопителя, масляный радиатор и далее в расширительный бачек. Данный цикл осуществляется до достижения охлаждающей жидкостью температуры 87°С.

При температуре 87°С открывается термостат контура головки блока цилиндров и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу: от насоса через головку блока цилиндров, теплообменник отопителя, масляный радиатор, открытый термостат, радиатор и далее через расширительный бачек. Данный цикл осуществляется до достижения охлаждающей жидкостью в блоке цилиндров температуры 105°С.

При температуре 105°С открывается термостат контура блока цилиндров и в нем начинает циркулировать жидкость. При этом в контуре головки блока цилиндров всегда поддерживается температура на уровне 87°С.

Второй контур - система охлаждения наддувочного воздуха

Система охлаждения наддувочного воздуха представлена охладителем, радиатором, насосом, которые соединены трубопроводами. В систему охлаждения также включен корпус подшипников турбокомпрессора.

Схема системы охлаждения наддувочного воздуха

Циркуляция охлаждающей жидкости в контуре осуществляется с помощью отдельного насоса, который включается при необходимости по сигналу блока управления двигателем. Жидкость, проходя через охладитель, забирает тепло наддувочного воздуха и далее охлаждается в радиаторе.

Система охлаждения

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);
  • комбинированная.

В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная системаобъединяет 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.

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя имеет следующее общее устройство:

  • радиатор системы охлаждения;
  • масляный радиатор;
  • теплообменник отопителя;
  • расширительный бачок;
  • центробежный насос;
  • термостат;
  • вентилятор радиатора;
  • элементы управления;
  • «рубашка охлаждения» двигателя;
  • патрубки.

Схема системы охлаждения

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 газовохлаждает 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.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливаетсярасширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечиваетсяцентробежным насосом. В обиходе центробежный насос называютпомпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительныйнасос 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.

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 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 (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) 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 устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы охлаждения 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.

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.

Масляный насос

Масляный насос предназначен для создания давления в системе смазки, и тем самым обеспечить смазку движущихся частей двигателя внутреннего сгорания. В системе смазки с сухим картером масляный насос дополнительно выполняет функцию перекачки масла из картера двигателя в масляный бак.

Масляный насос приводится в действие от коленчатого вала или распределительного вала с помощью приводного вала.

По характеру управления масляные насосы разделяются на нерегулируемые и регулируемые. Нерегулируемые насосы поддерживают постоянное давление в системе смазки с помощью редукционного клапана. В регулируемых насосах постоянное давление поддерживается путем изменения производительности насоса.

В зависимости от конструкции различают масляные насосы:

  • шестеренного типа;
  • роторного типа.

Схема шестеренного насоса

Масляный насос шестеренного типа представляет собой две шестерни – ведущую и ведомую, размещенные в корпусе. Масло в насос поступает через всасывающий канал, захватывается шестернями и нагнетается в систему через нагнетательный канал. Производительность шестеренного насоса пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. При превышении давления нагнетаемого масла определенной величины срабатывает редукционный клапан и перепускает часть масла во всасывающую полость или непосредственно в картер двигателя.

Различают два вида конструкций шестеренных насосов:

  • шестеренный насос с наружным зацеплением (шестерня около шестерни);
  • шестеренный насос с внутренним зацеплением (шестерня в шестерне).

При равной производительности шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет меньшие габаритные размеры. Масляные насосы шестеренного типа являются нерегулируемыми.

Схема роторного насоса

Масляный насос роторного типаобъединяет два ротора – внутренний (ведущий) и внешний (ведомый), которые помещены в корпус. Масло всасывается в насос, захватывается лопастями роторов и нагнетается в систему. Также как в шестерном насосе, при необходимости срабатывает редукционный клапан. Указанную конструкцию имеет нерегулируемый роторный насос.

Схема регулируемого роторного насоса

Более совершенной конструкцией является регулируемый масляный насос роторного типа, который обеспечивает постоянное давление во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала.

Для реализации функции регулирования давления в конструкцию роторного насоса добавлен подвижный статор с регулировочной пружиной. Регулирование производится путем изменения объема полости между ведущим и ведомым роторами за счет поворота статора.

Применение регулируемого масляного насоса позволяет снизить:

  • величину отбираемой мощности от двигателя (в среднем на 30%);
  • износ масла благодаряменьшей оборачиваемости;
  • вспенивание масла.

Принцип работы регулируемого роторного насоса

При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивается потребность в масле и соответственно происходит падение давления в системе. С падением давления регулировочная пружина сдвигает статор, который в свою очередь изменяет положение ведомого ротора. Соответственно увеличивается объем всасывающей полости и повышается производительность насоса.

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя, уменьшается расход масла и повышается давление в системе. За счет повышения давления сжимается регулировочная пружина, которая перемещает статор и изменяет положение ведомого ротора. Это приводит к уменьшению объема всасывающей полости и снижению производительности насоса.

Статьи по теме