Электронная система охлаждения двигателя: Система охлаждения двигателя с электронным регулированием

Электронная система охлаждения

222

Service.

Программа самообучения 222

Система охлаждения двигателя с

электронным регулированием

Устройство и принцип действия

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием

200_045

222_004

В бензиновом 4-цилиндровом рядном двигателе APF рабочим объемом 1,6 л с мощностью 74 кВт/101 л.с. впервые применена

система охлаждения с электронным регулированием.

В дальнейшем эта система будет использована и в других двигателях.

Особенностями новой системы являются поддержание в двигателе оптимальной температуры охлаждающей жидкости в зависимости от нагрузки двигателя, термостатическое регулирование температуры охлаждающей жидкости, управление включением вентилятора радиатора.

Благодаря обеспечению оптимальной температуры охлаждающей жидкости в зависимости от постоянно меняющейся нагрузки двигателя новая система имеет следующие преимущества:

–уменьшение расхода топлива при частичной нагрузке двигателя;

–уменьшение содержания окиси углерода и несгоревших углеводородов в отработавших газах.

Далее изложены конструктивные особенности и действие этой новой системы охлаждения двигателя.

НОВИНКА

Программа		Указания по проведению контрольных,
самообучения не		регулировочных и ремонтных работ
является руководством		приведены в соответствующей
по ремонту!		технической литературе по ремонту.
2

Внимание

Указание

Содержание
Общие положения …………………………………………….	4
Жидкостное охлаждение двигателя
Температура охлаждающей жидкости
Система охлаждения двигателя с электронным регулированием
Основные устройства системы ……………………………..	8
Распределительная коробка охлаждающей жидкости
Регуляторный модуль (термостат нового поколения)
Циркуляция охлаждающей жидкости . ………………..	10
Малый круг циркуляции
Большой круг циркуляции
Электрические и электронные устройства…………….	14
Перечень устройств
Блок управления двигателем Simos 3.3
Датчик температуры охлаждающей жидкости
Термостат F265
Управление электровентиляторами радиатора
Самодиагностика …………………………………………….	24
Вопросы для самопроверки……………………………….	25
	3

Общие положения

Жидкостное охлаждение двигателя

– Для чего необходимо регулировать охлаждение двигателя?

Взгляд в прошлое

При сгорании топлива существенно возрастает температура (до 20000C), что смертельно для двигателя.

Поэтому двигатель должен быть охлажден до “рабочей” температуры.

На заре автомобилизации охлаждение осуществляли при помощи термосифонного метода. Более легкая горячая вода подымалась по водосборной трубе в верхнюю часть радиатора, опускалась в нем книзу и опять поступала в двигатель. И пока двигатель работал, вода совершала свой круг. Охлаждение воды обеспечивалось

вентилятором, регулирование температуры было невозможно. Позднее движение воды по кругу было ускорено водяным насосом.

Слабые места такой системы:

–длительность прогрева двигателя;

–низкая температура двигателя при зимней эксплуатации.

Позднее в систему охлаждения был введен регулятор температуры охлаждающей жидкости – термостат. Прохождение охлаждающей жидкости через радиатор теперь определялось ее температурой.

В 1922 году это нововведение характеризовалось следующим образом:

“Новое устройство имеет целью быстрый прогрев двигателя и предотвращение его переохлаждения”.

Теперь мы называем такую систему “регулированием посредством термостата”, что обеспечивает:

–быстрый прогрев двигателя;

–постоянную рабочую температуру.

Водосборная труба

Термосифонное охлаждение	222_010
самотеком

1910

				Движение охлаждающей					222_032

жидкости ускорено водяным насосом

около 1922

к радиатору

от двигателя

к водяному
насосу	222_031

Термостат (сильфонного типа) ускоряет прогрев двигателя

4

Вследствие наличия термостата стало возможным движение охлаждающей жидкости по малому кругу. Пока желаемая температура двигателя не достигнута, охлаждающая жидкость не проходит через радиатор, а циркулирует внутри двигателя. Такое регулирование применяется на всех современных двигателях.

Зависимость мощности двигателя и расхода топлива от температуры двигателя показано на соседнем графике.

Температура двигателя определяет не только его мощность и расход топлива, но и токсичность отработавших газов.

Улучшению работы двигателя способствует также то обстоятельство, что находящаяся под небольшим давлением охлаждающая жидкость кипит не при температуре 1000C, а уже при 115…1300C.

Всистеме охлаждения давление составляет 1,0…1,5 бар. Здесь речь идет о “закрытой” системе охлаждения.

Всистему входит также расширительный бачок, наполненный лишь наполовину.

Термостат сифонного типа заменен на термостат с твердым наполнителем.

В качестве рабочего тела система охлаждения используется теперь не вода, а смесь воды и низкотемпературного концентрата. Речь идет о такой охлаждающей жидкости, которая обладает морозостойкостью, повышенной температурой кипения и защищает легкосплавные детали двигателя от коррозии.

Pe

be

30		50	70	90 C

T

222_012

Pe = Мощность двигателя be = Расход топлива

T= Температура двигателя

Современная

система

охлаждения

222_014

Закрытая система охлаждения с термостатом с твердым наполнителем и расширительным бачком, заполненная охлаждающей жидкостью

5

Общие положения

Оптимальная температура охлаждающей жидкости

Нагрузка двигателя

Диапазон температуры

охлаждающей жидкости

при полной нагрузке Диапазон температуры охлаждающей жидкости двигателя 85. ..950C при частичной нагрузке двигателя 95…1100C

Частота вращения двигателя [n]

	Оптимальная температура охлаждающей	222_013
	жидкости в зависимости от нагрузки
	двигателя

Хорошая работа двигателя определяется, среди прочего, оптимальной температурой охлаждающей жидкости.

При системе охлаждения с электронным регулированием температура охлаждающей жидкости изменяется при частичной нагрузке двигателя в пределах от 95 до 1100C и при полной нагрузке – от 85 до 950C.

Всегда существует жесткая зависимость между нагрузкой двигателя и оптимальной температурой охлаждающей жидкости.

–Повышенная температура охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно влияет на расход топлива и токсичность отработавших газов.

–Благодаря пониженной температуре охлаждающей жидкости при полной нагрузке увеличивается мощность двигателя.

Всасываемый воздух несколько охлаждается, что ведет к росту мощности двигателя.

6

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием

Распределитель

охлаждающей

жидкости

Термостат системы охлаждения с электронным регулированием

Прямая ветвь

Обратная ветвь

222_034

Схема системы охлаждения двигателя с электронным регулированием

Преимущества

Создание системы охлаждения двигателя с электронным регулированием имело целью оптимизировать температуру охлаждающей жидкости в соответствии с нагрузкой двигателя.

В соответствии с программой оптимизации, заложенной в память блока управления двигателем, посредством действия термостата и вентиляторов достигается требуемая рабочая температура двигателя.

Таким образом, температура охлаждающей жидкости приведена в соответствие с нагрузкой двигателя.

При оптимизации температуры охлаждающей жидкости в соответствии с текущей нагрузкой двигателя достигается:

–уменьшение расхода топлива при частичной нагрузке двигателя;

–уменьшение содержания окиси углерода и несгоревших углеводородов в отработавших газах.

Необходимые конструктивные изменения современных систем охлаждения:

–размеры изменений минимальны;

–распределитель и термостат представляют собой единый конструктивный узел;

–отпадает необходимость нахождения термостата в блоке цилиндров;

–в блок управления двигателем дополнительно закладывается программа оптимизации температуры охлаждающей жидкости.

7

	Основные устройства системы
	Распределитель охлаждающей жидкости
	Датчик температуры		Верхний уровень с
	охлаждающей жидкости G62
			подводом охлаждающей
			жидкости от двигателя
	к радиатору
	Верхний уровень				к теплообменнику
					системы отопления
	Нижний уровень
	Обратная ветвь
	от радиатора
			к масляному ра-		Канал от верхнего к
			диатору коробки		нижнему уровню
			передач
	штекерное гнездо для
	термостата системы				222_036
	отопления
	к насосу		Обратная ветвь
	охлаждающей			от теплообменника
	жидкости	Термостат нового	масляного	системы отопления
			радиатора
		поколения
	Распределитель размещен вместо		Вертикальный канал связывает нижний и
	подсоединительных штуцеров у головки		верхний уровни. Термостат посредством
	блока цилиндров.		малой клапанной тарелки открывает и
	В нем существует два уровня.		закрывает вертикальный канал.
			Таким образом, распределитель
	Через верхний уровень охлаждающая		представляет собой устройство для
	жидкость поступает в отдельные устройства		направления потока охлаждающей жидкости
	системы охлаждения. Исключение составляет		в малый или большой круг.
	подвод жидкости к насосу системы
	охлаждения.
	На нижнем уровне происходит поступление
	охлаждающей жидкости от отдельных
	устройств.
	8

Регуляторный модуль
(термостат нового
поколения)
	Штифт
Нагревательное
сопротивление	Термостат с твердым
Большая клапанная	наполнителем
тарелка для запирания
большого круга
циркуляции охлаждающей
жидкости
	Малая клапанная тарелка
	для запирания малого круга
	циркуляции охлаждающей
	жидкости
	Пружина
Штекерное соединение подогрева термостата		222_035
Основные конструктивные элементы
– Термостат с твердым наполнителем	Посредством охлаждающей жидкости
– Нагревательное сопротивление в твердом	наполнитель разжижается и расширяется, что
наполнителе	ведет к подъему штифта.
– Пружина для механического запирания	Когда к нагревательному сопротивлению
каналов охлаждающей жидкости
– одна большая и одна малая клапанные	не поступает ток, термостат действует
тарелки	обычным способом, однако температура его
	срабатывания в соответствии с новой системой
Действие	регулирования составляет 1100C (температура
Охлаждающая жидкость постоянно обтекает	охлаждающей жидкости на выходе из
	двигателя).
термостат с твердым наполнителем в
распределителе.	В наполнитель встроено нагревательное
В ненагретом состоянии наполнитель ведет	сопротивление. Когда на него подается ток,
	оно нагревает наполнитель, и штифт теперь
себя, как обычно, однако он настроен на	перемещается не только под действием
другую температуру.	нагретой охлаждающей жидкости, но и
	под действием нагревания сопротивления,
	а степень его нагревания определяет блок
	управления двигателем в соответствии с
	заложенной в него программой оптимизации
	температуры охлаждающей жидкости.
		9

Циркуляция охлаждающей жидкости

Малый круг циркуляции

Теплообменник системы отопления

Клапан отключения теплообменника

Расширительный бачок

Распределитель

Масляный радиатор

коробки передач

Насос охлаждающей жидкости

Радиатор

Масляный радиатор (в контуре системы охлаждения двигателя)

222_002

Двигатель — холодный пуск и частичная	Температурный диапазон в
нагрузка	малом круге для прогрева
	и для различной степени
Малый круг служит для быстрого прогрева	частичной нагрузки от 95 до
двигателя.	1100C.

Система оптимизации температуры охлаждающей жидкости еще не вступает в действие.

Термостат в распределительной коробке препятствует выходу охлаждающей жидкости из двигателя и открывает кратчайший путь к насосу. Радиатор не включен в круг циркуляции охлаждающей жидкости.

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #

  02.02.201580.98 Кб2экономника.docx

• #

  02.02.20151.25 Mб11Экструзия статья .docx

• #

  02.02.2015859.71 Кб55Электромашины конспект.pdf

• #

  19.11.20183.92 Mб6ЭЛЕКТРОНИКА p-n 29.11.2010.doc

• #

  15.07.201920.12 Mб2ЭЛЕКТРОНИКА.rtf

• #

  02.02.20151.55 Mб40Электронная система охлаждения.pdf

• #

  01.02.20153.19 Mб238Элементарная биометрия.doc

• #

  02.02.20151.41 Mб12Эльманович — НЛП. rtf

• #

  02.02.201546.99 Кб7эмм ргз.docx

• #

  01.02.201528.67 Кб10эмсс.doc

• #

  02.02.201573.91 Кб29Энерготехнология.docx

Система охлаждения двигателя

Помощь на дороге

ТЕХПОМОЩЬ ВЫЕЗД АВТОЭЛЕКТРИКА, МЕХАНИКА

8 (915) 045-51-51

Единый Городской Номер Диспетчера

диспетчер: +7 (495) 205-63-48

ТЕХПОМОЩЬ ВЫЕЗД АВТОЭЛЕКТРИКА, МЕХАНИКА

8 (915) 045-51-51

В процессе работы детали двигателя внутреннего сгорания интенсивно нагреваются. Если этот нагрев не контролировать, многие детали (в особенности те, что расположены в непосредственной близости от камеры сгорания) могут разогреться до критических температур. Для отвода тепла от этих деталей служит система охлаждения двигателя.

Практически на всех современных автомобилях применена жидкостная система охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Ужесточение экологических норм привело к отказу от двигателей с воздушным охлаждением, которые можно было встретить на автомобилях еще лет двадцать назад.

Система охлаждения работает следующим образом: жидкость циркулирует по специальным каналам, выполненным в блоке цилиндров и головке блока в зоне наибольшего нагрева.

Когда двигатель холодный (температура ниже рабочей, равной 90-100° С), жидкость циркулирует по малому кругу, фактически только внутри двигателя. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Затем двигатель достигает рабочей температуры, открывается специальный клапан, называемый термостатом (о нем чуть ниже) и жидкость начинает движение по большому кругу: приняв часть тепла от деталей двигателя, жидкость по шлангам направляется в радиатор системы охлаждения двигателя, где происходит теплоотвод за счет обдува набегающим потоком воздуха. Из следующей главы можно будет узнать назначение, устройство и принцип работы системы смазки современного двигателя внутреннего сгорания.

Когда воздушный поток через радиатор недостаточен или отсутствует (движение на малых скоростях или остановка), требуется дополнительный вентилятор. А в одной из следующих глав можно будет узнать системы питания двигателя: система питания бензинового двигателя или современного двигателя внутреннего сгорания.

Вентиляторы отличаются устройством привода, который зависит от расположения двигателя в моторном отсеке.

Если двигатель расположен продольно, вентилятор может быть установлен непосредственно на двигателе в его передней части. В этом случае привод крыльчатки вентилятора осуществляется ремнем от шкива коленчатого вала. В момент прогрева двигателя или при движении на большой скорости работа вентилятора не требуется. Для его отключения применяются вязкостные или электромагнитные муфты, которые включаются и выключаются в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Вязкостная муфта работает следующим образом: пока двигатель не прогрет, крыльчатка вентилятора будет проскальзывать относительно шкива. По мере нагрева охлаждающей жидкости, температура потока воздуха прошедшего через радиатор, повышается. Когда температура достигнет предельного уровня, муфта заблокируется, и вентилятор начнет вращаться.

Электромагнитная муфта блокируется при прохождении тока через ее обмотку. Протеканием тока в цепи управляет датчик температуры охлаждающей жидкости или электронный блок управления двигателем. Подобная электромагнитная муфта также используется в приводе компрессора системы кондиционирования.

На автомобилях с поперечным расположением двигателя применяется вентилятор с приводом от электродвигателя. Устанавливают электровентилятор непосредственно на радиатор перед ним или сразу за ним. Вентиляторов может быть два.

Циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя обеспечивает центробежный насос, установленный в передней части двигателя. На гаражном сленге эту деталь часто называют помпой. В старых книгах обычно называли водяным насосом. Времена применения обычной воды в системе охлаждения прошли, поэтому в современной автомобильной литературе чаще используется термин «насос охлаждающей жидкости». Привод насоса может осуществляться ремнем привода газораспределительного механизма либо ремнем привода вспомогательных агрегатов.

Охлаждающая жидкость при нагреве расширяется. Для компенсации теплового расширения жидкости в системе охлаждения установлен расширительный бачок. Кроме того, для повышения точки кипения жидкости в системе охлаждения двигателя поддерживается незначительное избыточное давление.

В крышке расширительного бачка могут быть установлены впускной и выпускной предохранительные клапаны, что позволяет поддерживать оптимальное давление в системе при нагреве жидкости, а также компенсировать разрежение при ее остывании.

На некоторых автомобилях эти клапаны расположены в крышке радиатора. Давление срабатывания клапанов для каждой модели двигателя выбирается индивидуально, поэтому крышки невзаимозаменяемы для разных моделей. Давление срабатывания обычно указано на самой крышке и заменять ее, при необходимости, можно только крышкой с таким же значением давления.

Теперь пара слов о термостате, который уже упоминался выше.

Термостат представляет собой клапан, установленный в канале системы охлаждения. Термостат автоматически открывается при достижении определенной температуры жидкости, и она начинает циркулировать через радиатор.

Чтобы информировать водителя о текущем тепловом режиме двигателя, в систему встроен датчик температуры, сигнал с которого поступает на указатель температуры охлаждающей жидкости, установленный в щитке приборов.

Раньше в системах охлаждения двигателя автомобиля использовалась обычная вода. При отрицательных температурах вода замерзает. При этом происходит увеличение ее объема, что приводит к повреждению деталей двигателя (головка блока и сам блок трескаются, резиновые шланги лопаются).

Поэтому после поездки воду сливали, а перед следующей поездкой заливали заново. Поверьте, это очень неприятная процедура. Кроме того, обычная вода в системе охлаждения приводит к образованию накипи и к коррозии, что значительно снижает ресурс двигателя.

В современных легковых автомобилях от применения воды отказались повсеместно. На смену ей пришли специальные охлаждающие жидкости (ОЖ) — антифризы.

Отечественным автомобилистам хорошо знакомо название «Тосол». Это торговая марка антифриза, который был разработан для автомобилей ВАЗ.

Чтобы не было никакой путаницы, замечу, что антифриз (от англ. antifreeze — «против замерзания») — это более общее понятие, применимое к любой незамерзающей жидкости, а тосол — это лишь частный случай антифриза.

Поэтому не стоит делить охлаждающие жидкости на антифризы и тосолы, это заблуждение.

Антифриз представляет собой смесь спирта и специальных присадок, благодаря чему обладает пониженной температурой замерзания и высокой температурой кипения.

В отличие от других эксплуатационных жидкостей (масла, тормозные жидкости), для антифризов до сих пор не существует единых международных классификаций, в то же время на рынке присутствует значительное количество марок антифризов разных производителей. В результате остро стоит вопрос о применимости тех или иных антифризов в конкретном автомобиле. Проще говоря, что заливать в расширительный бачок, если снизился уровень или если пришло время замены в соответствии с планом технического обслуживания?

Ответ прост — для доливки и замены можно использовать только тот тип антифриза, который рекомендован производителем автомобиля. Как его узнать? Тип применяемой охлаждающей жидкости практически всегда указан в инструкции (руководстве) по эксплуатации автомобиля. Это та книжка, которая входит в комплект поставки нового автомобиля и очень часто теряется при перепродаже авто.

Если она вам не досталась вместе с автомобилем, не беда! Эту полезную книжку обычно можно скачать с официального сайта автопроизводителя. Достаточно просто посетить раздел «Для владельцев». Например, на сайте «АвтоВАЗа» выложены для скачивания руководства по эксплуатации во всех возможных редакциях по мере внесения изменений и дополнений.

Информацию по антифризу ищите в разделе «Применяемые эксплуатационные материалы и заправочные объемы».

Импортные антифризы одной и той же марки часто поставляются двух видов — концентрат и готовый к употреблению, причем отличия упаковки могут быть едва уловимыми. Будьте внимательны! Следует тщательно изучить инструкцию на этикетке, прежде чем заливать в систему охлаждения двигателя. Если вы приобрели концентрат, его надо обязательно разбавить дистиллированной водой. Пропорции должны быть указаны на упаковке. Они выбираются в зависимости от климатических условий. Для большинства концентратов антифризов разбавление водой в соотношении 1:1 соответствует защите от замерзания при температуре до -38 °С.

Системы охлаждения электромобилей

Какая система охлаждения лучше всего работает в электромобилях?

Системы управления температурным режимом аккумуляторов по-прежнему являются предметом тщательного изучения, и то, что мы знаем о них, будет меняться и развиваться в ближайшие годы, поскольку инженеры продолжают переосмысливать принципы работы наших автомобильных двигателей.

Существует несколько вариантов охлаждения аккумулятора электромобиля — с помощью материала с фазовым переходом, ребер, воздуха или жидкого хладагента.

1. Материал с фазовым переходом поглощает тепловую энергию, переходя из твердого состояния в жидкое. При изменении фазы материал может поглощать большое количество тепла при небольшом изменении температуры. Системы охлаждения материалов с фазовым переходом могут удовлетворить требования к охлаждению аккумуляторной батареи, однако изменение объема, происходящее во время фазового перехода, ограничивает их применение. Кроме того, материал с фазовым переходом может только поглощать выделяемое тепло, а не отводить его, а это означает, что он не сможет снизить общую температуру, как другие системы. Хотя материалы с фазовым переходом не подходят для использования в транспортных средствах, они могут быть полезны для улучшения тепловых характеристик зданий за счет уменьшения колебаний внутренней температуры и снижения пиковых нагрузок на охлаждение.

2. Охлаждающие ребра увеличивают площадь поверхности для увеличения скорости теплопередачи. Тепло передается от аккумуляторной батареи к оребрению за счет теплопроводности, а от оребрения к воздуху за счет конвекции. Плавники обладают высокой теплопроводностью и могут использоваться для охлаждения, но они увеличивают вес рюкзака. Использование ребер нашло большой успех в электронике, и традиционно они использовались в качестве дополнительной системы охлаждения на транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания. Использование ребер для охлаждения аккумулятора электромобиля потеряло популярность, поскольку дополнительный вес ребер перевешивает преимущества охлаждения.

3. Воздушное охлаждение использует принцип конвекции для отвода тепла от аккумуляторной батареи. Когда воздух проходит по поверхности, он уносит тепло, выделяемое пакетом. Воздушное охлаждение простое и легкое, но не очень эффективное и относительно грубое по сравнению с жидкостным охлаждением. Воздушное охлаждение используется в более ранних версиях электромобилей, таких как Nissan Leaf. Поскольку электромобили в настоящее время используются все чаще, возникают проблемы с безопасностью аккумуляторных батарей с чисто воздушным охлаждением, особенно в жарком климате. Другие производители автомобилей, такие как Tesla, настаивают на том, что жидкостное охлаждение является самым безопасным методом.

4. Жидкие теплоносители обладают более высокой теплопроводностью и теплоемкостью (способностью накапливать тепло в виде энергии в своих связях), чем воздух, и поэтому работают очень эффективно и имеют собственные преимущества, такие как компактная структура и простота компоновки. Из этих вариантов жидкие охлаждающие жидкости обеспечат наилучшие характеристики для поддержания аккумуляторной батареи в правильном диапазоне температур и однородности. Системы жидкостного охлаждения имеют свою долю проблем безопасности, связанных с утечкой и утилизацией, поскольку гликоль может быть опасен для окружающей среды при неправильном обращении. Эти системы в настоящее время используются Tesla, Jaguar и BMW, и это лишь некоторые из них.

Исследовательская группа из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (США) и Национального исследовательского центра технологий активных распределительных сетей (Китай) сравнила четыре различных метода охлаждения литий-ионных аккумуляторов: воздушное, непрямое жидкостное, прямое жидкостное и ребристое охлаждение. . Результаты показывают, что система воздушного охлаждения требует в 2-3 раза больше энергии, чем другие методы, чтобы поддерживать ту же среднюю температуру; непрямая система жидкостного охлаждения имеет наименьшее максимальное повышение температуры; а система охлаждения с ребрами добавляет около 40% дополнительного веса элемента, который весит больше всего, когда четыре метода охлаждения имеют одинаковый объем. Непрямое жидкостное охлаждение является более практичной формой, чем прямое жидкостное охлаждение, хотя его эффективность охлаждения несколько ниже. ( Сравнение различных методов охлаждения элементов литий-ионных аккумуляторов ) 

Определяющими характеристиками системы охлаждения аккумулятора электромобиля являются температурный диапазон и однородность, энергоэффективность, размер, вес и простота использования (т. е. реализация, обслуживание ).

Каждая из предложенных систем может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить правильный температурный диапазон и однородность. Энергоэффективности достичь труднее, так как охлаждающий эффект должен быть больше, чем тепло, выделяемое при питании системы охлаждения. Кроме того, система со слишком большим дополнительным весом будет отнимать энергию у автомобиля, когда он выдает мощность.

Материал с фазовым переходом, вентиляторное охлаждение и воздушное охлаждение не соответствуют требованиям по энергоэффективности, размеру и весу, хотя они могут быть столь же просты в реализации и обслуживании, как и жидкостное охлаждение. Жидкостное охлаждение — единственный оставшийся вариант, который не потребляет слишком много паразитной энергии, обеспечивает необходимое охлаждение и компактно и легко помещается в аккумулятор. Литий-ионные батареи Tesla, BMW i-3 и i-8, Chevy Volt, Ford Focus, Jaguar i-Pace и LG Chem используют какую-либо систему жидкостного охлаждения. Поскольку электромобили все еще являются относительно новой технологией, существуют проблемы с поддержанием температурного диапазона и однородности при экстремальных температурах даже при использовании системы жидкостного охлаждения. Скорее всего, это связано с производственными проблемами, и по мере того, как компании приобретают опыт разработки этих систем, проблемы управления температурным режимом должны быть решены.

В системах жидкостного охлаждения существует еще одно разделение на прямое и непрямое охлаждение — независимо от того, погружены ли элементы в жидкость или жидкость перекачивается по трубам.

1. В системах прямого охлаждения элементы аккумуляторной батареи находятся в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью. Эти схемы управления температурным режимом в настоящее время находятся на стадии исследований и разработок, и на рынке нет автомобилей, использующих эту систему. Прямого охлаждения добиться труднее из-за того, что требуется новый тип охлаждающей жидкости. Поскольку аккумулятор находится в контакте с жидкостью, охлаждающая жидкость должна иметь проводимость от низкой до нулевой.

2. Системы непрямого охлаждения аналогичны системам охлаждения ДВС тем, что в обеих системах жидкий хладагент циркулирует по ряду металлических труб. Однако в электромобилях конструкция системы охлаждения будет выглядеть совсем иначе. Структура системы охлаждения, которая обеспечивает максимальную однородность температуры, зависит от формы аккумуляторной батареи и будет выглядеть по-разному для каждого производителя автомобилей.

Системы охлаждения электродвигателей | Блог о турбомашиностроении

Электрические двигатели окружают нас повсюду. Они занимают видное место в каждой крупной отрасли и во многих устройствах, которые мы используем ежедневно. Например, личная утренняя рутина этого автора зависит от электродвигателей при использовании кофемолки, при включении настольного компьютера для чтения новостей и даже при настройке автоматической кормушки для кошек. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую посредством взаимодействия между магнитными полями, генерируемыми в обмотках статора и ротора двигателя. Для удовлетворения требований к мощности в различных отраслях и областях применения электродвигатели доступны в различных мощностях и размерах.

Рисунок 1. Электродвигатель. ИСТОЧНИК: ^[1]

Электродвигатели могут иметь чрезвычайно высокий КПД, превышающий 90 процентов. Другими словами, большая часть электрической энергии, подаваемой на двигатель, успешно преобразуется в механическую мощность. Оставшиеся примерно 10 процентов теряются в виде тепла. Независимо от применения, одной из основных проблем, с которыми сталкиваются разработчики двигателей, является управление температурным режимом.

Выбор подходящего электродвигателя часто зависит от конкретных требований к работе или нагрузке. Когда электродвигатель работает и требуется высокая производительность, нагрузка двигателя может быть увеличена (позволяя двигателю потреблять больше тока), и выделяется больше тепла из-за увеличения потерь в роторе и статоре. Поскольку тепловой поток в системе влияет на ее тепловое поведение, изменение температуры двигателя зависит от этих потерь.

Нагрузки ограничены условиями теплового предела двигателя, особенно максимальной допустимой температурой внутри двигателя, где находятся обмотки и постоянные магниты. Если температура не контролируется, материалы могут превысить свои нормальные рабочие температуры и подвергнуться фазовому переходу, размягчению, плавлению или другим формам деградации. Термические напряжения, которые могут вызвать усталость, растрескивание и деформацию материала, не только сокращают срок службы двигателя, но также могут привести к серьезным проблемам с безопасностью. Например, в некоторых электродвигателях используются редкоземельные магниты, которые могут перегреться до такой степени, что размагнитятся. Таким образом, поддержание оптимального уровня температуры необходимо для предотвращения снижения эффективности и обеспечения более надежного и прочного двигателя. Для этого генерируемое тепло должно управляться соответствующей системой охлаждения.

Для электродвигателей доступно несколько типов систем охлаждения, включая воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение с тепловыми трубками и гибридное охлаждение с тепловыми трубками и жидкостью. Эти четыре типа систем представлены на рисунке 2 как (a), (b), (c) и (d) соответственно. Выбор оптимальной системы охлаждения зависит от предполагаемого применения, места установки двигателя, условий эксплуатации и других факторов (см. прошлые записи в блоге SoftInWay об управлении температурным режимом в электродвигателях, чтобы узнать больше о различных системах охлаждения для электродвигателей).

Рисунок 2. Различные стратегии системы охлаждения электродвигателя. ИСТОЧНИК: [2]

Один из примеров системы жидкостного охлаждения электродвигателя с охлаждающими каналами представлен на рис. 3. Там система обеспечивает жидкостное охлаждение рамы через жидкостные рубашки (каналы охлаждения статора) вокруг угла двигателя и жидкостное охлаждение ротора через вал двигателя (канал охлаждения вала). Охлаждающая жидкость протекает через каналы охлаждения статора и вала для поглощения теплового потока, а внешняя среда действует как теплоотводящая среда для рассеивания поглощенного тепла.

Рис. 3. 3D-разрез электродвигателя с каналами системы жидкостного охлаждения. ИСТОЧНИК:[3]

В канале статора жидкость течет в осевом направлении от передней части двигателя к задней. Жидкость в канал входит через боковые поверхности рамы в передней части двигателя и выходит через соответствующие поверхности в задней части. Это улучшает передачу тепла от полостей двигателя к охлаждающей жидкости непосредственно через эти боковые поверхности. В валу ротора канал охлаждения имеет круглое сечение. Как и в канале статора, жидкость течет аксиально вдоль оси вращения двигателя от передней к задней части вала двигателя. Трубка охлаждающей жидкости от теплообменника соединяется с каналами охлаждения двигателя на входе и выходе для оценки тепловых характеристик.

Принципиальную схему всей сети жидкостного охлаждения можно увидеть на Рисунке 4. Схема включает герметизацию торцевых обмоток и каналы обмоток. Заливка подразумевает заполнение электронных узлов компаундом (обычно эпоксидной смолой), который защищает компоненты. Для герметизации лобовых частей обмотки прочное соединение между лобовыми обмотками и корпусом выполняется с использованием высокопроводящей смолы, которая обеспечивает эффективную передачу тепла через материал заливки, тем самым снижая температуру в критической зоне лобовых частей обмотки.

Рис. 4. Схема полной сети охлаждения с теплообменником, каналами обмоток и герметизацией. ИСТОЧНИК: [3]

Чтобы обеспечить отвод тепла наружу, в системе охлаждения на этой схеме используется жидкостное охлаждение рамы с жидкостными рубашками вокруг сердечника двигателя, а также герметизация торцевых обмоток и жидкостное охлаждение ротора. В дополнение к этим методам прямое охлаждение обмоток через каналы обмоток позволяет рассеивать большое количество тепла, выделяемого в обмотках и окружающей среде (из-за джоулевых потерь и потерь в стали).

Различные типы систем охлаждения электродвигателей можно точно смоделировать и проанализировать с помощью AxSTREAM NET™ путем создания каналов охлаждения с использованием подхода одномерной сети теплоносителей. На рис. 5 показан проект AxSTREAM NET, моделирующий одномерную сеть теплоносителя системы жидкостного охлаждения электродвигателя с охлаждающими каналами и твердыми стенками.

Рис. 5. Моделирование системы жидкостного охлаждения электродвигателя в AxSTREAM NET

Здесь поток жидкости в раме, обмотках и валу моделируется с помощью труб и кольцевых каналов. Поверхностные и тепловые элементы добавляются и подключаются к жидкостной сети для имитации конвективного теплообмена между потоком жидкости и твердыми стенками труб. Элементы стены используются для представления твердых частей двигателя и соединяются друг с другом для моделирования кондуктивного теплообмена между ними. Таким образом, системы охлаждения двигателя можно моделировать и анализировать с помощью AxSTREAM NET, что обеспечивает точные прогнозы температуры охлаждающей жидкости, температуры стенок двигателя и распределения скорости потока в охлаждающих каналах.

Выбрать правильную систему охлаждения для электродвигателя далеко не просто. При принятии решения учитываются многие факторы, поскольку оптимальная система охлаждения зависит от приложения, рабочей среды, требований к сроку службы, конфигурации машины, классификации, уровня мощности и многого другого. SoftInWay предлагает консалтинговые и программные решения, чтобы помочь инженерам, которые сталкиваются с такими решениями, сделать правильный выбор. Техническая команда имеет большой опыт и глубокое понимание самых передовых методов охлаждения, а также их плюсов и минусов.

Хотите узнать, как AxSTREAM NET может помочь вам спроектировать или проанализировать систему охлаждения электродвигателя? Свяжитесь с нами по адресу [email protected], чтобы запланировать демонстрацию!

Список литературы

1. https://wonderfulengineering.com/download-electrical-motor-images-free-here/
2. https://www.researchgate.net/publication/331417484_a_hybrid_lectrectirec_moliring_motrictired_moliring_molired_liglem_lyric_moliring_moliring_molired_selyric_moliring_mylier_ligligic tel.