На параметры двигателя, помимо прочего, существенное влияние оказывает оптимальный температурный режим охлаждающей жидкости. Повышение температуры охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно сказывается на расходе топлива и выбросах отработавших газов. Из-за более низкой температуры охлаждающей жидкости при полной нагрузке мощность двигателя увеличивается за счет охлаждения всасываемого воздуха и, таким образом, увеличения количества воздуха, поступающего в двигатель.
Использование системы охлаждения с электронной регулировкой температуры позволяет регулировать температуру жидкости при частичной нагрузке двигателя в диапазоне от 95 до 110°С и при полной нагрузке от 85 до 95°С.
Система охлаждения двигателя с электронным управлением оптимизирует температуру охлаждающей жидкости в зависимости от нагрузки на двигатель. Согласно программе оптимизации, хранящейся в памяти блока управления двигателем, требуемая рабочая температура двигателя достигается за счет действия термостата и вентиляторов. Таким образом, температура охлаждающей жидкости адаптируется к нагрузке двигателя.
Схематически система охлаждения с электронным управлением показана на рисунке.
Рис. Электронная система охлаждения:
1 — расширительный бачок; 2 — радиатор системы отопления; 3 — кран отключения радиатора системы отопления; 4 — распределитель охлаждающей жидкости с электронным термостатом; 5 – маслорадиатор трансмиссии; 6 — датчик температуры охлаждающей жидкости (на выходе из двигателя жидкости); 7 — датчик температуры охлаждающей жидкости (на выходе жидкости из радиатора); 8 — маслорадиатор; 9 — вентиляторы; 10 — основной радиатор системы охлаждения; 11 — жидкостный насос
Основными составляющими, отличающими систему охлаждения с электронным управлением от обычной, является наличие распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом. В связи с внедрением электронного управления системой охлаждения в блок управления двигателем поступает следующая дополнительная информация:
- питание термостата (выходной сигнал)
- температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора (входной сигнал)
- управление вентилятором радиатора (2 выхода)
- положение потенциометра на регуляторе системы отопления (входной сигнал)
Распределитель – это устройство для направления потока теплоносителя по малому или большому кругу.
Рис. Принципиальная схема работы распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом:
1 — основной поток жидкости радиатора; 2 – зона отстаивания теплоносителя при закрытом диске клапана; 3 — большая клапанная тарелка; 4 — поток моторной жидкости; 5 — поток жидкости системы отопления; 6 — поток жидкости из маслоохладителя; 7 — поток жидкости жидкостного насоса; 8 — малая клапанная тарелка; 9 – электронный термостат; а — циркуляция жидкости по малому кругу; б — циркуляция жидкости по большому кругу
Термостат, в отличие от обычных систем охлаждения, имеет дополнительное нагревательное сопротивление 3.
Рис. Электронный термостат:
1 — штифт; 2 — прокладка; 3 — дополнительное сопротивление
При нагреве теплоносителя начинка 2 разжижается и расширяется, что приводит к подъему штифта 1. При обесточивании нагревательного сопротивления термостат работает как традиционный, но температура его срабатывания возрастает и составляет 110 °C (температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя). В наполнитель встроен нагревательный резистор 3. При подаче на него тока он нагревает наполнитель 2, который расширяется, в результате чего штырь удлиняется на определенную величину «х» в зависимости от степени нагрева наполнителя . Штифт 1 теперь перемещается не только под действием нагретой охлаждающей жидкости, но и под действием резистивного нагрева.
Распределитель располагается вместо соединительной арматуры в головке блока цилиндров и представляет собой устройство для направления потока охлаждающей жидкости по малому или большому кругу.
Малый круг используется для быстрого прогрева двигателя после запуска холодного двигателя. Не работает система оптимизации температуры охлаждающей жидкости. Термостат в распределительной коробке предотвращает утечку охлаждающей жидкости из двигателя и обеспечивает кратчайший путь к насосу. Радиатор не включен в контур охлаждения. Хладагент циркулирует по малому кругу. Положение дисков клапанов таково, что к насосу может поступать только охлаждающая жидкость. Теплоноситель очень быстро нагревается, чему способствует его циркуляция только по малому кругу.
Теплообменник системы отопления и маслорадиатор заключены в небольшой круг.
Поток охлаждающей жидкости по большому кругу открывается с помощью термостата в регуляторе при достижении температуры примерно 110°С, либо по нагрузке двигателя по программе оптимизации температуры охлаждающей жидкости, заложенной в блок управления двигателем.
При полной нагрузке двигателя требуется интенсивное охлаждение охлаждающей жидкости. Термостат в распределителе получает ток и открывает путь для жидкости из радиатора. При этом посредством механического соединения диск клапана небольшого размера преграждает путь к насосу по малому кругу.
Насос подает охлаждающую жидкость, выходящую из головки блока, прямо в радиатор. Охлажденная жидкость из радиатора поступает в нижнюю часть блока цилиндров и оттуда засасывается насосом.
Также возможна комбинированная циркуляция хладагента. Одна часть жидкости проходит через малый круг, другая – через большой.
Термостатное управление в оптимизированной системе охлаждения двигателя (движение охлаждающей жидкости по малому или большому кругу) осуществляется по трехмерному графику зависимости оптимальной температуры охлаждающей жидкости от ряда факторов, основным из которых является нагрузка на двигатель, частота вращения коленчатого вала, скорость автомобиля и температура всасываемого воздуха. По этим графикам определяется значение номинальной температуры теплоносителя.
Термостат срабатывает только тогда, когда фактическое значение температуры охлаждающей жидкости превышает поле допуска номинального значения температуры, что обеспечивает сохранение фактической температуры в пределах поля допуска номинальной температуры.
Фактические значения температуры охлаждающей жидкости берутся из двух разных мест контура охлаждения и передаются в блок управления двигателем в виде сигналов напряжения. Датчики температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя и датчики температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя в распределителе работают как датчики NTC. Номинальные значения температуры охлаждающей жидкости сохраняются в памяти блока управления двигателем в виде графических зависимостей.
При эксплуатации двигателя в странах с суровым климатом можно использовать дополнительный электронагреватель для повышения температуры охлаждающей жидкости. Дополнительный обогрев состоит из трех свечей накаливания. Они встроены в место подключения магистрали охлаждающей жидкости к головке блока. По сигналу блока управления реле включает малый или большой нагрев. В зависимости от текущего резерва генератора для нагрева охлаждающей жидкости включаются одна, две или три свечи накаливания.
Хочу поделиться с вами своими наблюдениями по поводу термостата. Работа то для меня не совсем логична.
все знают, как работает этот чудесный термостат. Помимо того, что он работает как обычный, в нем также установлена нить накаливания, которая принудительно открывает его с помощью мозга автомобиля.
Открытие термостата без помощи электроники происходит при 105 градусах, это заявлено производителем и поверьте, это правда.
При перегорании нити накала внутри термостата Карлсоны начинают постоянно биться и появляется ошибка 17700 — Термостат электронного управления системой охлаждения двигателя-F265, обрыв цепи или замыкание на +.
Наблюдал с помощью диагностики открытие и закрытие термостата. И меня немного удивило, что мотор при полном прогреве работает почти на 105 градусов! В это время термостат открывается, и температура сравнивается с температурой в радиаторе (окно 130 группа 2), обе поднимаются до 80 градусов, и включается вентилятор. При всем при этом мозги не с помощью мозгов принудительно открывают термостат!
Но мозги помогают открыть термостат только при включенной печке и это при 94,5 гр?! Почему?
Если печка не горит!
В группе 130 в окошке 3 видно 0,0% — это открытие термостата, т.е на 103,5гр термостат все равно не открывается! Потом его открыли, это было заметно по повышению температуры на датчике радиатора (окно 130 группа 2).
Но при включенной печке!
Вот термостат открылся на 94.5гр с мозгами! Это видно в группе 130 в 3 окне 45,5% есть нагрузка на термостат и он начинает открываться!
Перед разработчиками первых двигателей с водяным охлаждением стояла задача избежать крайне опасного для двигателей перегрева, используя свойство воды подниматься при нагревании. Схема была проста: верхний бачок радиатора, куда поднималась горячая вода, располагался над двигателем, из верхнего бачка вода спускалась по патрубкам радиатора, охлаждалась по пути, а затем возвращалась обратно в двигатель.
Чуть позже для ускорения охлаждения и работы на относительно небольшом количестве воды радиатор продували вентилятором, который постоянно вращался при работающем двигателе. Система охлаждения стала справляться с задачами защиты от перегрева еще эффективнее, когда круговорот воды в двигателе был ускорен с помощью водяного насоса.
Недостатками таких систем охлаждения были долгий прогрев двигателя до рабочей температуры и ее низкое значение при низких температурах окружающего воздуха. Это плохо, потому что в двигателе без прогрева ухудшается смесеобразование и моторное масло остается чрезмерно вязким. Отсюда потеря мощности и перерасход топлива. Кроме того, поскольку в холодном двигателе топливо не только незначительно испарялось, но, испарившись, стремилось вновь сконденсироваться, его капли разбавляли и вымывали масло, отчего силовой агрегат быстрее изнашивался.
Результатом борьбы с недостатками стало появление в системе охлаждения вместо циркуляционного контура двух — большого и малого. Фактически по малому кругу, включающему только рубашку охлаждения двигателя, непосредственно в которую передается тепло от самых горячих частей двигателя, циркулирует жидкость после запуска. Это позволяет быстро достигать желаемой температуры и так же быстро прогревать двигатель, сводя к минимуму проблемы с холодным запуском.
Двигаясь по большому кругу, а проще говоря, через радиатор, жидкость направляется только при угрозе перегрева. Дальше остается только регулировать интенсивность циркуляции жидкости через радиатор до полного отключения большого круга при слишком сильном падении температуры.
Достигается такая работа системы охлаждения, а вместе с ней и автоматическое поддержание наиболее благоприятного температурного режима двигателя благодаря термостату.
Именно он, подобно стрелочнику, выбирает путь, по которому водяной насос в зависимости от температуры будет гонять теплоноситель, а автоматизация в работе термостата обеспечивается применением в его конструкции элемента, содержащего наполнитель, чья объем сильно меняется при нагреве и охлаждении.
Наполнители могут быть жидкими или твердыми, но термостаты с жидким наполнением, которые широко использовались в прошлом, оказались не очень долговечными. В конечном итоге это привело к повсеместному переходу на термостаты с твердым наполнением. В них наполнитель плавится и расширяется при нагревании, воздействуя на шток клапана термостата. Клапан открывается и позволяет жидкости войти в большой круг циркуляции.
Температуру, при которой это происходит, можно увидеть на пластине клапана термостата. При снижении температуры ниже заданной наполнитель в жидком состоянии снова становится твердым и его объем уменьшается, при этом клапан под действием возвратной пружины перекрывает проход жидкости к радиатору. Так будет продолжаться до тех пор, пока жидкость, циркулируя по малому кругу, не нагреется до нужной температуры и, омывая попутно рабочий элемент термостата, заставит наполнитель снова расплавиться и расшириться.
Недостатком термостатов с вентилем является путаница в перенаправлении потока жидкости с большого круга на малый и наоборот. Дело в гидравлическом сопротивлении, которое создает радиатор. Работа по уменьшению размеров радиаторов при сохранении их эффективности привела к увеличению гидравлического сопротивления, так что жидкость, даже после открытия большого круга, стремилась циркулировать по пути наименьшего сопротивления, который был кругом коротким.
Борьба с этой проблемой привела к появлению двухвентильных термостатов. В них, когда основной клапан открывает проход в большой круг циркуляции, малый круг закрывается дополнительным клапаном.
Однако, сколько бы клапанов вы ни подключали к термостату, оставалось еще одно неудобство, с которым приходилось долго мириться из-за отсутствия способа его починить. Термостат обеспечивал необходимый температурный режим в любых атмосферных условиях, что было хорошо и при любой нагрузке на двигатель, но это было плохо, потому что оптимальное при одной нагрузке переставало быть оптимальным при ее изменении.
Например, для снижения расхода топлива и уменьшения выбросов отработавших газов при работе двигателя с частичной нагрузкой желательно, чтобы температура охлаждающей жидкости была как можно выше. При малых нагрузках он должен балансировать даже на грани кипения жидкости, что для современных холодильных систем, работающих с избыточным внутренним давлением, составляет около 105-110°С.
Читайте также: Автомобильная акустика без сабвуфера
Однако при работе двигателя в таком температурном режиме воздух, поступающий в цилиндры, нагревается и расширяется, что приводит к уменьшению наполнения им цилиндров. Если воздуха недостаточно, он не будет сжигать много топлива, и это потеря мощности, которая требуется, когда двигатель работает с полной или почти полной нагрузкой. Поэтому для таких режимов заправки температура охлаждающей жидкости не должна быть выше 85-95°С.
Ни один термостат, подверженный фазовым превращениям наполнителя из твердого состояния в жидкое и наоборот, не способен оптимизировать температуру теплоносителя в соответствии с потребностями режима нагрузки. Ситуация казалась тупиковой, пока в связи с развитием электроники чью-то гениальную голову не посетила идея добавить в стандартный алгоритм работы термостата электронное управление.
Для этого, помимо наполнителя, на рабочий элемент термостата был помещен нагревательный элемент. Сам термостат был настроен на работу при температурах, значительно превышающих те, которые открываются большим круглым клапаном в обычных термостатах. Это позволяло поддерживать температуру охлаждающей жидкости близкой к 110°C при работе двигателя с частичной нагрузкой. Однако, как только требуется полная мощность двигателя, ток подается на резистор. Далее начинается то, что происходит в обычных термостатах при нагреве теплоносителя, но теперь источником тепла является не теплоноситель, а сопротивление нагрева.
Отличная идея? В этом не было бы сомнений, если бы любая медаль, кроме аверса, не имела еще и реверса. Любое усложнение конструкции, каким бы интересным оно ни казалось с технической точки зрения, приводит к потере надежности.
Возьмем, к примеру, двухвентильный термостат. При отказе термостата какого-либо клапана в открытом состоянии двигатель будет долго греться, его температура падает при движении автомобиля, из печки выходит холодный воздух, увеличивается расход топлива, но ничего более серьезного с двигатель. Однако такая неисправность двухклапанного термостата может привести к перегреву двигателя. Кажется немыслимым, но на практике такие случаи наблюдались.
В этом нет ничего удивительного. Принцип работы одноклапанного термостата по умолчанию предполагает, что после открытия клапана часть жидкости будет продолжать циркулировать по малому кругу, но работа двухклапанного термостата это априори исключает. Это ожидается при проектировании, однако ошибки вносят свои коррективы в расчеты разработчиков двигателя.
Какие корректировки вносило электронное управление? Очевидно, к причинам, вызвавшим выход из строя термостатов с традиционным устройством, добавились новые, связанные с наличием резистора, его проводки и его контактных соединений, способных окисляться, а также дополнительных уплотнений, которые рано или поздно перестают работать, печать.
Сколько топлива позволяет экономить электронное управление, и насколько чище оно делает выхлоп, наверное, знают только разработчики; конкретных цифр в доступных источниках информации найти не удалось. Но по каталогам запчастей нетрудно понять, как усложнение конструкции повлияло на стоимость устранения неполадок. Если раньше, чтобы купить хороший неоригинальный термостат для большинства распространенных автомобилей в Беларуси, достаточно было найти 9-15 долларов США, то термостат с электронным управлением будет стоить не менее 60-80 долларов США.
Были и внешние причины, например, отказы датчиков, информация с которых используется для электронного управления термостатом. Это, в свою очередь, изменило подход к устранению неполадок. Раньше опытные автомобилисты оценивали работу термостата наощупь, по тому, насколько горячие шланги подачи и отвода жидкости от радиатора. Теперь насторожить может только работа вентилятора, когда на это нет причины (двигатель холодный, кондиционер выключен), что означает переход в аварийный режим. Но чтобы понять, в каком направлении копать, чтобы добраться до конкретного виновника, без компьютерной диагностики обойтись проблематично.
Наконец, сами двигатели стали «горячими». Для них малейший сбой в системе охлаждения, на который двигатели с обычными термостатами не реагировали или реагировали с минимальными последствиями, может оказаться фатальным. Увеличение числа двигателей, о которых говорят, что они очень чувствительны к перегреву, по-видимому, является главным следствием эволюционных изменений в конструкции термостатов.
