Охлаждение высокомощных двигателей

Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:
схема системы охлаждения, вентилятор охлаждения, радиатор охлаждения, схема системы охлаждения, конструкция радиатора, охлаждение высокомощных двигателей

Охлаждение высокомощных двигателей

Хотя модификации, о которых мы только что говорили, обеспечат соответствующее охлаждение в большинстве двигателей, надо признать, что при увеличении уровня мощности в двигателях с наддувом необходимо сменить заводскую систему охлаждения. Это означает переход на внешний водяной насос для гоночных автомобилей и полную модификацию пути, по которому направляется охлаждающая жидкость через головку и блок цилиндров. Основной задачей будет равномерное распределение потока охлаждающей жидкости между цилиндрами, а затем после охлаждения одного цилиндра охлаждающая жидкость будет возвращаться в радиатор.

Пути достижения этой цели будут варьироваться от двигателя к двигателю. Я опишу основную концепцию для рядных двигателей с 4–6 цилиндрами, поэтому, если в вашем автомобиле установлен V-образный или оппозитный двигатель с 4–6 цилиндрами, вы сможете использовать ту же схему для каждого отдельного ряда цилиндров. Простейшая конструкция будет направлять поток охлаждающей жидкости от водяного насоса в одну сторону блока цилиндров. Если цилиндры объединены, впускное отверстие будет располагаться в центральной части блока цилиндров. Однако, как я объясню позже, если цилиндры не соединены и мы не можем загерметизировать водяные каналы между ними, нам потребуется два или три впускных отверстия соответственно для четырех-, пяти- или шестицилиндровых двигателей. Главное, что нам необходимо сделать, – это обеспечить максимальное перемещение охлаждающей жидкости ближе к верхней части блока цилиндров, к тому же мы хотим уравновесить температуру от цилиндра к цилиндру. В общем, нам необходимо удалить существующие сферические заглушки, а затем, используя метчик, нарезать резьбу в отверстиях под соответствующие штуцеры. Конечно же, так как мы удалили заводской водяной насос, нам следует закрыть это отверстие в передней части блока цилиндров. Также придется увеличить отверстия, через которые проходит поток охлаждающей жидкости в контактной поверхности блока цилиндров на другом краю.

Внимательно посмотрите на оба блока цилиндров. Слева показан заводской блок, а справа – модифицированный блок цилиндров, который компания BMW подготовила для участия в гонках «Формула-1» в эпоху турбокомпрессоров. Основной модификацией стало добавление водяных каналов по краям блока цилиндров, а также удаление шести небольших паровых отверстий между цилиндрами.

Затем необходимо выбрать подходящий путь движения охлаждающей жидкости через головку блока цилиндров. Учтите, что мы сейчас не говорим о потоке охлаждающей жидкости, которая входит с одной стороны головки блока цилиндров и выходит с противоположной стороны, пройдя через каждую камеру сгорания. Нет, в высокомощном гоночном двигателе поток охлаждающей жидкости должен разделяться и входить в головку блока цилиндров с одной стороны, затем протекать по головке и выходить в нескольких точках в водяной коллектор с противоположной стороны.

В некоторых гоночных автомобилях поток охлаждающей жидкости на самом деле разделяют таким образом, что 70–80% его направляется вголовку блока цилиндров, а 20–30% отправляется в блок цилиндров. При использовании этой более сложной конструкции, которая на самом деле необходима, только если мощность выше 350л.с. на литр рабочего объема, водяной коллектор подсоединяется к обеим сторонам головки блока цилиндров. Очевидным преимуществом подобной конструкции является то, что при использовании в четырехцилиндровом двигателе у нас будет водяной коллектор с четырьмя отверстиями, размер которых мы сможем отрегулировать, чтобы уравновесить температуру в каждой камере сгорания. Также отдельные каналы водяного коллектора не должны будут заканчиваться в участке соединения с головкой блока цилиндров. Скорее, мы сможем удлинить каждый канал до рубашки охлаждения, таким образом, охлаждающая жидкость будет подаваться в наиболее горячие участки (обычно вокруг седел выпускных клапанов). После этого охлаждающая жидкость будет циркулировать по камере сгорания, а затем выходить из головки блока цилиндров в выпускной водяной коллектор.

Альтернативный метод охлаждения

Если мы хотим использовать более простую конструкцию, позволяющую пропускать воду в блок цилиндров в полном объеме, а оттуда в головку блока цилиндров, мы не сможем обеспечивать такой точный контроль интенсивности потока в каждой камере сгорания. Конечно же, если у нас есть система управления двигателем, которая позволяет индивидуально регулировать подачу топлива и момент зажигания, незначительные различия в температуре в камерах сгорания можно компенсировать, однако в гоночных двигателях, предназначенных для участия в соревнованиях на выносливость, где расход топлива играет значительную роль, впрыск дополнительного количества топлива в «горячий» цилиндр будет неудовлетворительным решением проблемы.

Прежде всего нам необходимо определиться, с какой стороны головки блока цилиндров будет выходить вода. Если мы решим, что она должна выходить со стороны выпуска, в таком случае большая часть потока (около 65–80%) должна перемещаться от блока цилиндров в головку со стороны впуска. Таким образом вы обеспечите передвижение воды из блока цилиндров непосредственно в головку блока цилиндров, затем поток будет поворачивать на 90° и проходить к камерам сгорания, после этого через выпускные клапаны в водяной коллектор, и в конце концов поток будет возвращаться в радиатор (рис.21.1).

Рис. 21.1. Путь обратного потока охлаждающей жидкости для высокомощного двигателя.

Чтобы создать подобный путь для потока охлаждающей жидкости, скорее всего, нам придется пробить большие отверстия в прокладке головки блока цилиндров со стороны впуска. Скорее всего, отверстия для прохождения охлаждающей жидкости в блоке цилиндров и головке блока цилиндров уже будут несколько больше, чем необходимо, чтобы достичь соответствующей интенсивности потока, при этом нам придется сбалансировать интенсивность потока вокруг каждой камеры сгорания, отрегулировав размер отверстий со стороны впуска на прокладке головки блока цилиндров. Это может показаться достаточно простой задачей, но обычно приходится потратить много времени на испытания на динамометрическом стенде, установив термометры со стороны выпуска в камере сгорания, при этом проверяя прокладки головки блока цилиндров при различных диаметрах отверстий, чтобы уравновесить температуру. Мы можем сделать примерно то же при испытании на треке, но эта работа будет кропотливой.

Некоторые специалисты по тюнингу предпочитают по возможности устанавливать выпускное отверстие охлаждающей жидкости со стороны выпуска в головке блока цилиндров. Часто намного удобнее расположить водяной коллектор с этой стороны, но, как правило, причиной называют то, что температура впускных каналов должна быть как можно ниже, чтобы оптимизировать плотность впускного заряда, а направление охлаждающей жидкости со стороны выпуска через камеры сгорания и затем во впускные каналы значительно повысит температуру впускного заряда. Хотя в этом аргументе и есть доля здравого смысла, существуют и другие факторы, которые в зависимости от конструкции отдельно взятого двигателя и его уровня мощности могут стать более весомыми. С другой стороны, иногда легче добиться лучшего контроля над направлением и качеством потока вокруг седел выпускных клапанов, если поток охлаждающей жидкости будет заходить со стороны выпуска вголовке блока цилиндров. Затем, так как температура выпускных клапанов будет меньше, они будут меньше нагревать впускной заряд. Из-за более низкой температуры выпускных клапанов вероятность возникновения детонации также сократится.

Турбированный двигатель с секвентальным впрыском топлива гоночного автомобиля Lancia. Обратите внимание на водяной коллектор в левой части головки блока цилиндров.

В любом случае независимо от того, с какой стороны будет располагаться выпускное отверстие охлаждающей жидкости (со стороны впуска или выпуска), это решение повлияет на расположение впускного отверстия в блоке цилиндров. Конструкция, которая показана на рис. 21.1, где впускное и выпускное отверстия расположены с противоположных сторон, является наиболее правильной; однако даже в этом случае мы можем столкнуться с некоторыми проблемами, если цилиндры не объединены. Например, если двигатель оснащен четырьмя цилиндрами и впускным отверстием в центральной части блока цилиндров, приток охлаждающей жидкости к внешним цилиндрам будет минимальным: большая часть потока охлаждающей жидкости будет направляться в три промежутка между цилиндрами. Если наша система будет оснащена двумя впускными отверстиями, расположенными примерно на расстоянии в три четверти, распределение охлаждающей жидкости будет уравновешено, но существует и лучший способ. В зависимости от места расположения отверстий часто можно заблокировать зазоры между цилиндрами силиконовым герметиком. Мы не хотим объединить цилиндры в блоке. Скорее, мы оставим верхнюю часть зазора открытой примерно на 25% хода двигателя и закроем зазор до низа цилиндра. Это заставляет поток охлаждающей жидкости циркулировать вокруг цилиндров, а маленький зазор помогает охлаждать верхнюю часть гильз цилиндров. Степень деформации гильз цилиндров уменьшается, поршневые кольца будут обеспечивать лучшую герметичность, а мощность слегка возрастет.

Обычно эти зазоры можно заблокировать, даже если придется установить пластиковый удлиняющий шланг (используйте шланг диаметром 4–6 мм) к пистолету. Ну а что, если это невозможно? Что же, в таком случае оптимальным вариантом будет использование двух впускных отверстий (или трех впускных отверстий для пяти- и шестицилиндровых двигателей). Если мы сделаем дополнительные впускные отверстия спротивоположной стороны, мы, скорее, усложним проблемы с охлаждением крайних цилиндров.

В блоках с объединенными цилиндрами мы можем сделать охлаждение более эффективным и сократить степень деформации гильз цилиндров, если стенки объединенных цилиндров достаточно плотные, добавив небольшое контактное отверстие между цилиндрами. Эта работа требует высокой точности, поэтому блок цилиндров необходимо установить на фрезерный станок. Конечно же, если отверстие не будет выполнено внужном месте, блок цилиндров можно будет выбросить! В общем, зазор между цилиндрами должен составлять 6 мм и больше. Если он составляет 6мм, диаметр отверстия не должен превышать 2 мм. Суть состоит в том, чтобы с обеих сторон отверстия расстояние до соседних цилиндров составило по 2 мм. Прежде всего вы просверлите большие сервисные отверстия с одной стороны блока. Позже в эти отверстия будут установлены заглушки. Отверстие для охлаждающей жидкости будет расположено как можно выше под контактной поверхностью блока цилиндров. Вашей задачей является устранение пара, который может попасть в это отверстие, а также подача небольшого количества охлаждающей жидкости в этот участок, так как температура здесь будет наиболее высокой.