Системата за охлаждане на двигателите с вътрешно горене (ДВГ) се прилага при топлинните машини за отнемане на отделената топлина, която не е превърната в механична работа. Тя е съвкупност от устройства, с които се реализирани различните технически решения за отнемане на излишната топлина от двигателя и обезпечаване най-добри условия за работа му при различни режими на натоварване.

Експлоатационна температура Горивните смеси се възпламеняват и изгарят в двигателя със скорост от 20 до 40 m/s. Обеднената или обогатената горивна смес в двигателния цилиндър изгаря по-бавно, което е неблагоприятен работен режим, тъй като частите му са подлагат по-дълго време на високи температури от горещите газове и като краен резултат двигателят прегрява. Най-ниско загряване е работният режим на двигателя при най-висока скорост на горене на горивната смес.Хлебаров, инж. Любомир Г., и др. Двигатели с вътрешно горене, учебник за техникумите, Държавно издателство „Техника“, София, 1987, с. 175 При горивния процес в работния цилиндър се развива температура до 2000 °С, докато температурата на топене на чугуна е 1300 °С. Двигателят не се разрушава поради бързото превръщане на налягането на горещите газове в работа чрез движението на буталото и механизмите. Високото налягане на изгорелите газове при задвижването на буталото рязко увеличават обема, в който действат, а след това се изхвърлят от цилиндъра. Нахлуването на нова прясна горивна смес или въздух (при дизеловите двигатели) също охлажда двигателя, а нейното загряване при запълването на работния цилиндър подпомага запалването в последващия работен цикъл на двигателя. Освен това горивният цилиндър и цилиндровата глава, поради добрата топлопроводимост на металния материал, бързо предават топлината. От конвекцията с охлаждащ флуид или атмосферен въздух настъпва охлаждането на двигателя до създаването на динамична най-благоприятна температура за работата му. За обезпечаване на нормална работа на ДВГ трябва да се запазят работните междини, въпреки промяната на линейните размери на отделните възли от по-високата температура. Необходимо е да се създадат условия и за охлаждане на конструктивните елементи на двигателя, отвеждащи горещите газове. Механизмите, участващи в подаване на гориво или горивна смес, трябва да се защитят от топлината и да работят при температурен режим, който не създава опасност от възпламеняването му извън двигателя или експлозия. Температурата на работещия двигател се увеличава и от триенето на движещите се части, което налага тя да не превишава стойностите на оптимално мазане на използваните моторни масла. Тези две противоречиви изисквания – висока температура за добро изгаряне на горивото и икономичност на двигателя от една страна, и по-ниска температура за съхранение на мазителните свойства на маслото в съвременните двигатели, са решени със създаване на работен температурен диапазон от 80 до 95 °С за бензиновите двигатели и от 90 до 100 °С за дизеловите двигатели. Не трябва да се приема, че работата на двигателя при ниска температура е по-изгодна за двигателя. Преохлаждането на двигателя е свързано с износване на цилиндъра и буталните пръстени от корозиращото действие на кондензацията на водни пари и серния двуокис, има неблагоприятни последствия като работа с намалена мощност, кондензиране на гориво, което попада в картера и др. Хлебаров, инж. Любомир Г., и др. Двигатели с вътрешно горене, Държавно издателство „Техника“, София, 1987, с. 175 Пряко следствие от гореописаното е периодичното „припалване“ на неизползван автомобил/двигател, което води до по-голямо износване, отколкото ако изобщо не се пали.

Начини за охлаждане

Отстраняване излишъкът от топлина се осъществява със системата за охлаждане. За транспортните средства, движещи се по земната повърхност или във въздушното пространство, независимо от сезона или географската ширина, за отнемането на топлината от двигателя се използва въздухът. За двигателите, движещи се във водна среда, за охлаждане обикновено се използва отворена проточна система за директно охлаждане, т.е. водата се засмуква, отнема топлина от двигателя и са изхвърля обратно във водния басейн. Конструкцията на двигателя и транспортното средство се оразмеряват и изграждат не само от условията за получаване на показателите мощност, икономичност, дълготрайност и надеждност, но се включват и допълнителни системи за най-добро съхраняване на температурния режим на двигателя за постигане на най-добрите работни показатели. В двигателния отсек на техническото средство се използват допълнителни температурно-регулиращи средства като например жалузи, управлявани от температурата вентилатори, капаци или въздухозаборници, ограничаващи или улесняващи достъпа на охлаждащия въздух до двигателя. Използват се два типа системи за пренос на излишната топлина от двигателя до обкръжаващата околна въздушна среда: система с въздушно охлаждане; система с течностно охлаждане.

Въздушно охлаждане Въздушното охлаждане, като система, използва увеличена охладителна площ за топлоотдаване от двигателния цилиндър, цилиндровата глава и картера на двигателя, с което се осъществява топлоотдаване към околната атмосфера. Конструктивно се реализира със значително оребряване на тези части на двигателя, чиято площ е в състояние при съприкосновение с въздуха да отдаде излишната топлина.

Предимства Това е най-простата и лека конструкция от системите за охлаждане. Отлетите охладителни ребра увеличават многократно топлоотдаващата способност на двигателя от насрещния въздушен поток. Намира приложение в евтините непретенциозни мотоциклетни двигатели, преносими машини, маломощни генератори за електрически ток, в авиационните двигатели, където топлообмена се осъществява само от директно обдухване. В леки и тежки автомобили охлаждането се осъществява с принудително обдухване с високооборотен вентилатор. Лесно се достига да работна експлоатационна температура. Не се изискват специални грижи при ниски околни температури.

Недостатъци Отделя се част от мощността на двигателя за задвижването на вентилатора за принудително въздушно охлаждане. Налага се поставянето на специална кутия или ламаринени капаци като въздуховоди на потока въздух от вентилатора към цилиндрите. Така е конструирано охлаждането при леките автомобили „Татра“, „Трабант“ и „Запорожец“, чешките камиони „Татра“ и „Прага“ и авиационния редови двигател „Валтер“. С въздушно охлаждане е по-малко разпространеният в България двигател 6KVD 14,5/12 – 1 SRL, производство на заводите ИФА-ГДР. Двигателите са по-шумни поради завихрянето на въздуха около двигателя и шума, произвеждан от вентилатора. Имат непостоянен температурен работен режим, променящ се в по-голям температурен диапазон в зависимост от работния режим на двигателя. Поради това двигателя се износва по-бързо и се намалява неговият междуремонтен ресурс. За регулиране на температурата се използват дроселови клапи, поставени в канала на охлаждащия въздух. Задвижват се от термостат, посредством лостова система при достигане на работната температура, или електронно. Това оскъпява стойността на конструкцията. Сериозни проблеми с течовете на смазочни материали поради открито разположените водещи втулки на повдигачите на клапаните. Поради наличието на разделима връзка с междинен уплътнител – каучуков ринг, част от смазочното масло, качено от помпата, се стича по вътрешната стена на втулката и при вибриране се насъбира между нея и уплътнителя, от където изтича. Подобен теч се наблюдава осезаемо при варианта на ИФА и по-слабо при „Татра“ и „Прага“. По-малка вписана мощност при сравнително големи размери на двигателя.

Историческо значение в автомобилостроенето Едно от най-масовите и емблематични приложения на въздушното охлаждане в историята на автомобилния транспорт е свързано с конструктора Фердинанд Порше. През 30-те години на XX век той проектира четирицилиндров бензинов боксерен двигател с въздушно охлаждане за Volkswagen Beetle („Костенурка“). Системата разчита на мощен вентилатор, задвижван от ремък, който насочва въздушния поток през специални кожуси към оребрените цилиндри и глави. Тази конфигурация доказва своята изключителна надеждност, евтина поддръжка и устойчивост на екстремни климатични условия (без риск от замръзване на вода през зимата или прегряване поради липса на охладителна течност).

Същата инженерна философия е пренесена и при създаването на спортните автомобили Porsche. Първият сериен модел на марката, Porsche 356, използва модифицирана версия на въздушно охлаждания двигател на Volkswagen. По-късно легендарното Porsche 911 развива тази концепция до съвършенство, използвайки 6-цилиндрови боксерни двигатели с въздушно охлаждане в продължение на десетилетия — от появата си през 1963 г. до края на производството на поколението 993 през 1998 г., когато екологичните стандарти и нуждата от по-висока мощност налагат преминаването към водно охлаждане.

Охлаждане с течност

За охлаждането с течност е популярно още названието водно охлаждане. Охлаждането с вода непрекъснато и безопасно може да се използва само при положителни температури на околната среда. В двигателите основно се използват течни флуиди с незамръзващи съставки, известни с търговското наименование антифриз. Охлаждането с течност е възможно поради по-специалната конструкция на двигателите – изработени са с две стени и течността може свободно да се движи около цилиндрите и в обема на цилиндровата глава на двигателя. Така в кухия обем на двигателя чрез т.нар. водна риза бързо се отнема топлината и се осъществява конвекция – т.е. процес на топлопренасяне чрез движение на частици флуид и топлообмен между двигателя и по-ниската температура на въздуха от околната среда.

Охлаждането с течност има предимства заради по-малката охлаждаща повърхност на системата за охлаждане и възможността да се поддържа постоянен работен температурен режим поради малката разлика между температурите на охлаждащата среда и охлажданите стени.Хлебаров, инж. Любомир Г., и др. Двигатели с вътрешно горене, Държавно издателство „Техника“, София, 1987, с. 176

Конструктивни решения Термосифонно охлаждане Това е най-простата система за водно охлаждане, но е надеждна, независимо от по-ниската цена на двигателите. Има един недостатък – изисква непрекъснат контрол на количеството охлаждаща течност, защото работата на двигателите е свързана с нейния непрекъснат разход от изпарение при експлоатация. За охлаждането се използва принципът, че загрятата течност се разширява и като по-лека преминава в горната част на охлаждащия съд със значителен обем, където топлината се отдава чрез изпарение или топлообмен през стените на съда. Тази охладителна система е отворена и се използва в двигатели с малка мощност. Такива са стационарни дизелови двигатели (като напр. Дойц), дизелови двигатели за трактори (като Ланц Булдог, Чжан Чун – 14 hp - китайско производство, ранни модели „Шлютер“). Тези двигатели работят в състояние на кипяща охладителна течност в съда, обгръщащ работния цилиндър (наричан от техниците „казанче“). Поради големия отвор отгоре на казанчето и отворената система на охлаждането, изпарението не позволява превишаване на температурата на кипящата течност над 100 °С.