Современный дизайн системы охлаждения: дело больше в трансмиссии, чем в температуре

Чтение технических документов, как правило, является скучным занятием, но они дают такому специалисту, как я, новый взгляд на то, как на самом деле можно улучшить обычную автомобильную систему охлаждения. Конечно, наша первая мысль – как система охлаждения может обеспечить охлаждение двигателя. Согласно одной газете, это не так. Напротив, ключевое слово не имеет отношения к «температуре»; речь идет о «трансмиссии». Учитывая современный уровень развития технологии двигателей внутреннего сгорания (ДВС), некоторые недавние инновации в системе охлаждения фактически увеличат крутящий момент двигателя и экономию топлива, одновременно снижая выбросы выхлопных газов. Позвольте мне упростить эту идею: новая технология системы охлаждения сделает работу ДВС лучше и чище. Итак, давайте перейдем к одной и той же странице, рассмотрев некоторые основы.

Хотя настройка системы охлаждения для большей мощности и экономичности — опрометчивая вещь, большая часть этой истории заключается в том, что нынешняя технология систем охлаждения не продвинулась так далеко от простых термосифонных систем, представленных в начале 1900-х годов. Термосифонная система обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости, позволяя термически расширенной охлаждающей жидкости подниматься из горячего двигателя в напорный бачок латунного радиатора с вертикальным сердечником. Когда охлаждающая жидкость начинает опускаться из-за теплового сжатия, охлаждающая жидкость излучает тепло в воздушную массу, проходящую через сердцевину радиатора. После того, как сердцевина радиатора рассеивает тепло охлаждающей жидкости, поток охлаждающей жидкости возвращается в нижний блок двигателя, чтобы повторить цикл. Но, какими бы простыми они ни были, термосифонные системы хорошо работали только с двигателями мощностью менее 30 л.с.

С появлением большей мощности центробежные водяные насосы с ременным приводом превратили термосифонную систему в современную систему охлаждения с положительным потоком, которая может работать практически в любом климате. К сожалению, центробежный водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в большей степени, чем требуется двигателю в большинстве дорожных ситуаций, что делает его крайне неэффективным с точки зрения современного энергосбережения.

Распределение воды по головке блока цилиндров контролируется каналами, отлитыми в блоке, и каналами, выштампованными в прокладке ГБЦ. Независимо от системы, распределение равномерного потока охлаждающей жидкости через блок двигателя, головку блока цилиндров и вокруг горячих выпускных отверстий остается основной целью любой современной системы охлаждения.

В идеале ДВС должен работать вблизи точки кипения воды, чтобы гарантировать, что вода, побочный продукт сгорания, испаряется из моторного масла во время нормальной работы. Без заданной высокой температуры охлаждающей жидкости моторное масло быстро превращается в черную вязкую грязь, которая закупоривает жизненно важные масляные каналы и разъедает внутренние детали. Сегодня термостаты с управлением восковыми гранулами являются стандартным методом механического управления расходом и температурой охлаждающей жидкости.

Термостат блокирует поток охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя, что вызывает заметную разницу в степени теплового расширения между чугунными блоками цилиндров и алюминиевыми головками цилиндров. Такое неравенство теплопередачи может в конечном итоге привести к усталости металла головки блока цилиндров и выходу из строя прокладки головки блока цилиндров. Обводной контур охлаждающей жидкости позволяет водяному насосу равномерно нагревать двигатель в сборе, циркулируя охлаждающую жидкость через блок цилиндров и головку блока цилиндров, пока термостат закрыт. В большинстве байпасных контуров охлаждающая жидкость циркулирует непосредственно от напорного патрубка водяного насоса к основанию термостата, что обеспечивает точную температуру открытия термостата.

Радиатор отводит тепло от охлаждающей жидкости, передавая его в относительно прохладную атмосферу. Радиаторы превратились из латунных радиаторов прошлого в современные радиаторы с алюминиевым сердечником и пластиковыми напорными баками. На практике раньше радиаторы устанавливались в передней части листового металла кузова для сбора свободно текущего воздуха на скорости дороги. В настоящее время радиаторы размещаются за металлическим корпусом для достижения аэродинамических целей, что создает серьезные проблемы при проектировании, касающиеся емкости охлаждающей жидкости радиатора и воздействия свободного потока воздуха.