В данной работе проведена оптимизация работы системы охлаждения с целью предотвращения перегрева и повреждения двигателя на основе двигателя внутреннего сгорания ЗМЗ 405 ЕВРО 3. Выявлены причины и последствия перегрева двигателя. Спроектирован конструктивно новый циркуляционный насос охлаждения (помпа) с дополнительным электроприводом, с электромагнитными муфтами отключения и подключения привода в системе автоматизированного проектирования.

Разработка новых систем охлаждения становится актуальной в свете современных требований к автомобильным двигателям. Эти требования касаются целого ряда технико-экономических показателей, таких как мощность, эффективность, надежность и долговечность. Особенно строгие нормы касаются экологических характеристик двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Важно также учитывать, что оптимальная температура двигателя для каждого режима эксплуатации критически влияет на достижение необходимых показателей. Следовательно, режим работы системы охлаждения должен адаптироваться под каждый из эксплуатационных режимов.

В настоящее время, традиционные системы охлаждения с механическим приводом насосов имеют ограниченные возможности регулирования. Характеристики производительности циркуляционного насоса охлаждения (помпы) определяются конструкцией её крыльчатки и жестко связаны с частотой вращения коленчатого вала. Температура в системе охлаждения на рабочих режимах, за исключением начальных, изменяется в узких пределах и может корректироваться лишь частично с помощью вентилятора основного радиатора охлаждения. Алгоритм управления вентилятором, основанный на принципе «включен-выключен» и постоянной частоте вращения, предоставляет весьма ограниченные возможности для регулирования температуры. В частности, такая система охлаждения может не справляться с резким увеличением тепловой нагрузки на определенных режимах работы двигателя, особенно при повышенной температуре в подкапотном пространстве.

На начальных режимах работы стандартная система охлаждения также не способствует более быстрому прогреву двигателя, даже при наличии малого контура охлаждения. Это происходит из-за высоких оборотов двигателя в процессе прогрева, которые обеспечивают значительный расход охлаждающей жидкости. Низкие температуры охлаждающей жидкости при интенсивном конвективном теплообмене в контуре замедляют рост температур элементов камеры сгорания и головки блока цилиндров. Учитывая, что современные экологические нормы, такие как «Евро-4» и выше, резко ограничивают содержание токсичных веществ при холодном запуске, очевидна тенденция к ускорению процесса прогрева. Системы охлаждения с механическим приводом практически не имеют резервов для решения этой задачи.

Более того, традиционная схема охлаждения с двумя контурами значительно усложняет гидравлические процессы и требует установки дополнительных патрубков, а также термостата в качестве управляющего элемента. Это приводит к возникновению гидродинамического сопротивления, что, в свою очередь, требует дополнительных затрат мощности двигателя.

Все эти проблемы можно решить с помощью внедрения интеллектуальной управляемой системой охлаждения, которая включает в себя водяной насос с основным механическим приводом, совмещенным с дополнительным электроприводом, а также с электронным управлением, вентилятором радиатора, закрепленным на одном валу с насосом, с возможностью его отключения.

Управление данной системой будет осуществляться отдельным блоком управления, который будет интегрирован через интерфейс в единую систему, и будет использовать данные штатных датчиков системы управления двигателем для формирования управляющих сигналов.