Записи с меткой ‘охлаждение’

Насос охлаждающей жидкости

Насос охлаждающей жидкости обеспечивает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения. В некоторых источниках информации насос охлаждающей жидкости называют водяным насосом, что по своей сути неверно. Вода в качестве охлаждающей жидкости уже давно не используется.

Насос устанавливается, как правило, в передней части двигателя и может иметь два вида привода: механический и электрический. Механический привод производится от коленчатого или распределительного вала двигателя с помощью ременной передачи. Электрический привод предполагает установку электродвигателя с системой управления.

В качестве насоса охлаждающей жидкости используются насосы центробежного типа. В зависимости от марки двигателя насосы могут значительно отличиться, вместе с тем можно выделить следующее общее устройство насоса охлаждающей жидкости:

  • корпус;
  • рабочее колесо;
  • вал со шкивом.

Корпус насоса изготавливается из чугуна или литого алюминия. В корпусе выполнены каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости к рабочему колесу. Между корпусом насоса и блоком цилиндров двигателя устанавливается уплотнительная прокладка, предохраняющая от утечки охлаждающей жидкости из насоса.

Рабочее колесо (обиходное название – крыльчатка) непосредственно обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости. Оно выполнено в виде лопастей специальной формы. Рабочее колесо монтируется на приводном валу. Вал расположен в корпусе на подшипниках. С противоположной стороны вала установлен приводной шкив.

Работа насоса охлаждающей жидкости осуществляется следующим образом. При вращении рабочего колеса на входе насоса создается разряжение, за счет которого охлаждающая жидкость из радиатора поступает в насос. Жидкость подается в центральную часть насоса, перемещается по лопастям и выбрасывается центробежной силой на выход из насоса и далее в рубашку охлаждения блока цилиндров.

В системе охлаждения может устанавливаться два насоса охлаждающей жидкости – основной и дополнительный. В зависимости от конструкции двигателя дополнительный насосвыполняет одну из функций:

  • дополнительное охлаждение двигателя (эксплуатация в странах с жарким климатом);
  • обеспечение работы автономного отопителя, включенного в систему охлаждения двигателя;
  • охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
  • охлаждение турбонагнетателя на двигателях с турбонаддувом;
  • прокачка охлаждающей жидкости после выключения двигателя (для предотвращения перегрева двигателя после остановки).

Дополнительный насос охлаждающей жидкости имеет, как правило, электрический привод. Насос включен в систему управления двигателем и при необходимости включается (выключается) по сигналу электронного блока.

На некоторых двигателях концерна Volkswagen устанавливается отключаемый насос охлаждающей жидкости. Отключаемый насос обеспечивает быстрый прогрев двигателя при запуске за счет отключения подачи охлаждающей жидкости до достижения температуры 30°С. При этом охлаждающая жидкость постоянно находится в двигателе и прогревается значительно быстрее. Помимо прогрева, применение отключаемого насоса приводит к снижению расхода топлива.

Схема отключаемого насоса охлаждающей жидкости

Прекращение подачи охлаждающей жидкости производится с помощью кольцевой диафрагмы (заслонки), которая перекрывает путь жидкости, крыльчатка при этом продолжает вращаться. Диафрагма рычагами соединена смембраной, которая перемещается под действием разряжения. Полость перед диафрагмой соединена магистралью с источником разряжения - впускным коллектором.

Вакуумный канал перекрывает регулировочный клапан, включенный в систему управления двигателем. При его открытии мембрана под действием разряжения перемещается, дезактивируется рабочее колесо насоса. При закрытии клапана мембрана под действием пружины возвращается на место, а диафрагма освобождает крыльчатку. Насос начинает работать.

Интеркулер

В двигателях, оборудованных турбонаддувом, всасываемый воздух сжимается с увеличением плотности. Вместе с тем, термодинамический эффект от сжатия воздуха приводит к увеличению температуры до 200°С. Этому способствует и сам турбокомпрессор, нагреваемый отработавшими газами. При нагреве плотность воздуха снижается и соответственно снижается давление наддува. В бензиновых двигателях, кроме этого, горячий воздух увеличивает вероятность наступления детонации, а в отработавших газах в большом количестве образуются оксиды азота.

Для охлаждения, поступающего от турбокомпрессора воздуха, применяется интеркулер (intercooler, дословно – промежуточный охладитель, другое название – охладитель наддувочного воздуха). Интеркулер обеспечивает охлаждение воздуха до 50-60°С, чем достигается лучшее наполнение цилиндров и соответственно увеличивается мощность двигателя.

Как показывает практика, снижение температуры наддувочного воздуха на 10°С дает около 3% прироста мощности. При этом горение топливно-воздушной смеси становится более эффективным, повышается топливная экономичность и снижение вредных выбросов. В целом эффект от использования интеркулера составляет порядка 20% повышения мощности двигателя.

Но не все так гладко с применением интеркулера. Охлаждая наддувочный воздух, интеркулер создает препятствие для этого воздуха, а значит, снижается давление наддува. Поэтому интеркулер в системе турбонаддува это всегда компромисс эффекта и потерь для достижения этого эффекта.

По принципу охлаждения наддувочного воздуха различают два типа охладителей: воздушного охлаждения и водяного охлаждения. Благодаря своей простоте наибольшее распространение получили промежуточные охладители воздушного типа. Интеркулер устанавливается между компрессором и впускным коллектором. Конструктивно охладитель представляет собой теплообменник, состоящий из системы труб и находящихся между ними пластин.

Трубы изменяют свое направление по длине, чем достигается увеличение общей длины теплообменника и лучшее охлаждение воздуха. С другой стороны каждый изгиб трубы представляет собой препятствие для воздуха и приводи к снижению давления наддува. Пластины увеличивают площадь поверхности интеркулера и обеспечивают лучшую теплоотдачу. В качестве материала для труб и пластин используется алюминий, обладающей высокой теплопроводностью. Реже применяется медь.

Интеркулер воздушного типа устанавливается в свободном месте в подкапотном пространстве:

  • в центральной части за передним бампером (в бампере выполняется соответствующий вырез);
  • над двигателем под капотом (в капоте выполняется воздухозаборник специальной формы);
  • в боковой части передних крыльев слева и справа (в крыльях выполняются воздухозаборники специальной формы).

Создание интеркулера для нужд конкретного двигателя заключается в определении множества конструктивных параметров: фронтальная площадь теплообменника, внутреннее проходное сечение, внутренний объем, толщина теплообменника, направление потока в теплообменнике и ряд других.

Интеркулер водяного типа имеет ряд неоспоримых преимуществ, в сравнении с воздушным собратом. Благодаря своей компактности водяной охладитель может быть установлен в любом свободном месте в подкапотном пространстве. Вода (охлаждающая жидкость) отводит тепло более интенсивно, поэтому эффективность водяного интеркулера значительно выше. Правда, при нагреве жидкости нужно больше времени для остывания.

За все преимущества приходится расплачиваться достаточно сложной конструкцией интеркулера, которая помимо водяного теплообменника включает воздушный радиатор, водяной насос, систему патрубков, электронный блок управления. Вместе с системой охлаждения двигателя они образуют двухконтурную систему охлаждения.

По причине сложности конструкции система охлаждения наддувочного воздуха водяного типа применяется достаточно редко, в случаях, когда воздушный охладитель применить невозможно. Например, водяной охладитель наддувочного воздуха применяется на некоторых двигателях TSI.

Двигатель внутреннего сгорания

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы ДВС:

  • поршневой двигатель внутреннего сгорания;
  • роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания;
  • газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.

Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:

  • автономность;
  • универсальность (сочетание с различными потребителями);
  • невысокая стоимость;
  • компактность;
  • малая масса;
  • возможность быстрого запуска;
  • многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:

  • высокий уровень шума;
  • большая частота вращения коленчатого вала;
  • токсичность отработавших газов;
  • невысокий ресурс;
  • низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршенвые ДВС:

Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписанывыпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):

  • впуск;
  • сжатие;
  • рабочий ход;
  • выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.