Diagnostyka

Sterownik silnika, przez zastosowanie jednego lub więcej termostatów z regulacją programową w układzie chłodzenia silnika, uzyskał większy wpływ na gospodarkę ciepłem w układzie chłodzenia. O kilka procent obniżyło się zużycie paliwa, a więc i emisja składników szkodliwych spalin. Poprawił się komfort jadących, w szybciej nagrzewającym się przedziale pasażerskim, o stabilniejszej temperaturze.

Układ chłodzenia silnika z kilkoma termostatami z regulacją programową
Termostat z regulacją programową wprowadzono głównie celem zwiększenia temperatury silnika w zakresie małych i średnich obciążeń. Gdy silnik pracuje w zakresie dużych obciążeń, to dla zagwarantowania pełnych osiągów silnika termostat ten na sygnał ze sterownika, przy wsparciu wentylatora chłodnicy, wymusza obniżenie temperatury silnika.

Rozbudowanie układu chłodzenia silnika o kolejne termostaty z regulacją programową umożliwiło:
- skrócenie czasu nagrzewania silnika;
- wykorzystanie wyższej temperatury płynu chłodzącego;
- lepszą wzajemną współpracę urządzeń  odpowiedzialnych za gospodarkę cieplną silnika.
Takie możliwości oferuje układ chłodzenia przedstawiony na rys. 51. Oprócz głównego termostatu z regulacją programową (7), zastosowano w nim 2 dodatkowe (8 i 9) oraz moduł rozdzielacza płynu chłodzącego (6) - ich zadania omawiam poniżej.

Termostat z regulacją programową, sterujący żaluzją chłodnicy
Powietrze przepływające przez komorę silnika w sposób zaplanowany chłodzi silnik i jego osprzęt. Dążenie do skrócenia czasu nagrzewania silnika, w szczególności silników ZS (ze względu na spalanie z dużą zwłoką samozapłonu proces spalania w „zimnym” silniku ZS jest gwałtowny, a przez to nieprzyjemnie głośny), spowodowało wprowadzenie termostatów sterujących otwieraniem i zamykaniem żaluzji chłodnicy silnika. W typowych rozwiązaniach, o otwarciu żaluzji decyduje tylko temperatura płynu chłodzącego wypływającego z silnika. Gdy jest ona niższa od prawidłowego zakresu temperatur pracy silnika, żaluzja pozostaje zamknięta, co powoduje, że powietrze nie przepływa przez komorę silnika, co przyspiesza nagrzewanie silnika lub pomaga w utrzymaniu jego temperatury. Zastosowanie termostatu z regulacją programową (rys. 52) pozwala po rozruchu silnika pozostawić na dłużej zamkniętą żaluzję chłodnicy. Uzyskano to przez zastosowanie w elemencie rozszerzalnym parafiny o wyższej temperaturze topnienia. Żaluzja pozostaje zamknięta do momentu osiągnięcia maksymalnej dopuszczalnej temperatury pracy silnika, pod warunkiem, że inne funkcje silnika nie są zakłócone. Zamknięta żaluzja chłodnicy zmniejsza strumień powietrza przepływający przez komorę silnika. Powietrze opływa przód samochodu z mniejszymi oporami, co obniża zużycie paliwa.

Jeśli temperatura płynu chłodzącego przekroczy dopuszczalną wartość maksymalną, to tak jak w typowym termostacie parafina w elemencie rozszerzalnym topi się i rozszerza (przy wyższej temperaturze niż w typowym termostacie), a następstwie trzpień roboczy elementu wykonawczego (5), bez udziału energii zewnętrznej, wymusza otwarcie żaluzji. Grzałka w termostacie z regulacją programową umożliwia sterownikowi wymuszenie otwarcia żaluzji wówczas, gdy aktualna temperatura płynu chłodzącego jest za niska, by ono nastąpiło. Taka okoliczność występuję, gdy konieczne jest:
- zwiększenie stopnia napełnienia komór roboczych silnika dla wykorzystania jego maksymalnych osiągów (silnik musi zasysać chłodniejsze powietrze, o większej gęstości);
- umożliwienie retarderowi pracy z maksymalną mocą hamowania.

Zawór nagrzewnicy z termostatem z regulacją programową
W trakcie nagrzewania silnika, aby zmniejszyć zużycie paliwa i emisję szkodliwych składników spalin, dopływ płynu chłodzącego z silnika do nagrzewnicy przedziału pasażerskiego nie powinien być możliwy również wówczas, gdy kierowca otworzy zawór ogrzewania. Gdy silnik osiągnął już temperaturę pracy, a temperatura płynu chłodzącego jest regulowana termostatem z regulacją programową, to jest ona wyższa od temperatury w układach chłodzenia z klasycznym termostatem (bez grzałki). Wyższa może być więc również temperatura powietrza wypływającego z nagrzewnicy, co może być nieprzyjemne lub nawet niebezpieczne dla podróżujących. Oba problemy można rozwiązać przez ograniczenie lub zamknięcie dopływu płynu chłodzącego do nagrzewnicy, przez sterownik silnika, na podstawie informacji o aktualnej temperaturze płynu chłodzącego w nagrzewnicy. Elementem wykonawczym jest zawór nagrzewnicy z termostatem z regulacją programową (rys. 53). Są dwa wykonania takich zaworów. W zaworze na rys. 53, gdy grzałka elementu rozszerzalnego nie jest zasilana prądem, cały strumień płynu chłodzącego płynie do nagrzewnicy. Są też zawory, w których, przy braku zasilania elektrycznego grzałki, przepływ ten jest zamknięty.

Moduł rozdzielacza płynu chłodzącego
Prosta technicznie w realizacji możliwości sterowania przepływem płynu chłodzącego umożliwiła sterowanie przepływem płynu chłodzącego przez różne części układu chłodzenia silnika. Wszystkie zawory sterujące można zblokować w jednym module, wraz z termostatem z regulacją programową (rys. 54). Tak jak widać na schemacie układu chłodzenia (rys. 51), zawory modułu rozdzielacza płynu chłodzącego (6) sterują przepływem przez te części układu chłodzenia, w których są wymienniki ciepła. Konieczność sterowania przepływem płynu chłodzącego o podwyższonej temperaturze, w następstwie zastosowania termostatu z regulacją programową, wynika też z dbałości o bezpieczeństwo silnika. Jeśli w silniku turbodoładowanym stosowana jest chłodnica powietrza doładowującego typu płyn chłodzący/powietrze doładowujące, to przy nadmiernym wzroście temperatury płynu chłodzącego, jego przepływ przez ten wymiennik ciepła musi zostać zamknięty, bowiem w przeciwnym przypadku może nastąpić przegrzanie silnika wskutek za wysokiej temperatury powietrza doładowującego.

Wykorzystanie termostatu z regulacją programową do sterowania wydajnością pompy płynu chłodzącego
Regulacja wydajności pompy płynu chłodzącego umożliwia:
- skrócenie fazy nagrzewania silnika;
- zwiększenie natężenia przepływu płynu chłodzącego, gdy jest to konieczne przy wzroście obciążenia silnika, aby uniknąć przegrzania części silnika;
- wpływ na natężenia przepływu płynu chłodzącego przez wymienniki ciepła, np. nagrzewnicę.

Wydajnością pompy płynu chłodzącego można sterować wykorzystując termostat z regulacją programową, przez zmianę:
- przekroju pierścienia dławiącego przekrój kanału wlotowego pompy płynu chłodzącego - wzrost temperatury płynu chłodzącego lub ogrzanie elementu rozszerzalnego na polecenie sterownika, powoduje zwiększanie przekroju kanału wlotowego, a więc wzrost wydajności pompy;
- natężenia przepływu płynu chłodzącego przez kanał obejściowy pomiędzy króćcem wylotowym a wlotowym pompy płynu chłodzącego (8, rys. 51) - wzrost temperatury płynu chłodzącego lub ogrzanie elementu rozszerzalnego na polecenie sterownika powoduje zmniejszenie natężenia płynu chłodzącego, przepływającego kanałem obejściowym, a więc rośnie natężenie płynu tłoczonego przez pompę płynu chłodzącego.
Oba rozwiązania umożliwiają sterownikowi wpływanie na wydajność pomp płynu chłodzącego napędzanych bezpośrednio przez silnik. Alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie elektrycznej pompy płynu chłodzącego.

Włącznik termiczny wentylatora chłodnicy
Jest to znany element, stosowany od lat. Korzystając z okazji, gdy zajmujemy się układami chłodzenia silników, poznajmy też i jego. Rys. 55 a i b przestawia przekrój włącznika termicznego wentylatora chłodnicy. Element rozszerzalny (6) wraz ze wzrostem temperatury zwiększa swoją objętość. Po przekroczeniu temperatury włączenia, odkształcona membrana (5) za pośrednictwem popychacza (4) i układu dźwigni powoduje połączenie styków (3) i zamknięcie obwodu zasilania silnika wentylatora (rys.55b). Jeśli temperatura płynu chłodzącego obniży się, materiał rozszerzalny zmniejsza swoją objętość, co spowoduje rozwarcie styków (3, rys. 55 a).

Ten odcinek był ostatnim z tej serii. Zarówno ten, jak i poprzednie, powstał na podstawie materiałów udostępnionych przez firmę Behr Thermot-tronik GmbH & Co.

mgr inż. Stefan Myszkowski
Studio Konstrukcyjno-Konsultacyjne