Виды систем охлаждения и принцип их работы

Система охлаждения служит для поддержания оптимального теплового режима двигателя путем принудительного отвода теп­лоты от нагретых деталей и передачи этой теплоты окружающей среде.

В современных двигателях в полезную работу превращается лишь 23... 42 % теплоты, выделяющейся в цилиндрах двигателя, осталь­ная теплота уносится отработавшими газами, охлаждающей жид­костью или воздухом и затрачивается на трение, рассеивание в окружающую среду внешними поверхностями двигаггеля и др.

Теплота, используемая на выполнение полезной работы, а также ее затраты на указанные виды потерь составляют тепловой баланс двигаггеля.

Так как сгорание в двигателе происходит при высоких темпе­ратурах, достигающих 2200...2300'С, то без принудительного ох­лаждения такие детали, как цилиндр, поршень и направляющие втулки клапанов, нагревались бы до температуры, значительно«превышающей температуру воспламенения (вспышки) масла. Поэтому для поддержания нормального теплового режима рабо-, ты узлов и механизмов необходимо принудительно отводить теп­лоту от взаимодействующих деталей, не допуская их перегрева. Количество теплоты, которое должна отводить система охлажде-' ния, зависит от мощности и режимов работы двигателя.

При перегреве двигателя увеличиваются силы трения и изна­шивание деталей, уменьшаются тепловые зазоры, происходит нагарообразование, ухудшается наполнение цилиндров карбюра­торных двигателей горючей смесью, а дизелей — очищенным воз­духом. Однако при чрезмерном отводе теплоты возникает перео­хлаждение двигателя, которое вызывает изменение вязкостных свойств масла, что приводит также к увеличению изнашивания деталей и механических потерь на трение, снижению мощности и экономичности двигателя. Поэтому независимо от нагрузки дви­гателя, следует поддерживать его тепловой режим в пределах 85...95 ^вС.

В современных двигателях применяют воздушное или жидкост­ное охлаждение. При воздушном охлаждении через оребренные поверхности блока и головки цилиндров излишняя теплота отводит­ся потоком воздуха, создаваемым многолопастным вентилятором с устройством, регулирующим интенсивность охлаждения.

В воздушной системе охлаждения отсутствует радиатор, жидкост­ный насос, каналы и трубопроводы для охлаждающей жидкости, поэтому к преимуществам такой системы относятся простота кон­струкции, уменьшение массы, удобство обслуживания и, кроме того, исключается опасность размораживания двигателя зимой. Размораживание, т.е. замерзание воды в системе водяного охлаж­дения, приводит к образованию трещин в блоке цилиндров.

Несмотря на то, что система воздушного охлаждения обеспе­чивает условия для необходимого отвода теплоты от сильно на­гретых деталей, требуется сравнительно большая мощность дви­гателя для приведения в действие вентилятора и затрудняется пуск двигателя при низкой температуре из-за отсутствия возможности прогрева его горячей водой. Поэтому наибольшее распростране­ние получили жидкостные системы с принудительной циркуля­цией охлаждающей жидкости. Такие системы более эффективны в работе и вместе с пусковыми устройствами обеспечивают легкий пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха и создают меньший шум при его работе.

В качестве охлаждающих жидкостей применяется вода или ее эти- ленгликолевые смеси — антифризы. Широкое распространение полу­чили смеси, замерзающие при низкой температуре: Тосол А-40М, ОЖ-40 «Лена» и Тосол А-65. Антифризы получают разбавлением технического этиленлшколя водой. Например, Тосол А-40М пред­ставляет собой 50 %-ную смесь воды с этиленгликолем, которая при температуре - 40 *С превращается не в лед, а в густую массу, не вызывающую повреждения блока цилиндров или радиатора.

Принципиальные схемы жидкостной системы охлаждения дви­гателей показаны на рис. 5.1. В зависимости от теплового состоя­ния двигателя циркуляция жидкости в системе происходит по большому или малому кругу (рис. 5.1, а) и обеспечивается насосом <9, который приводится в действие от шкива 18, соединенного через клиноременную передачу со шкивом коленчатого вала. При нормаль­ном тепловом режиме работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует по большому кругу. При этом клапан термостата 9 открыт и жидкость через патрубок 11 подается к верхнему бачку 13 радиатора /б, откуда по трубкам сердцевины радиатора она по­ступает в его нижний бачок 20 (направление движения жидкости показано стрелками).

Жидкость, проходящая через радиатор, охлаждается воздухом, подаваемым под напором вентилятором /9, и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля и регулируемым при помощи жалюзи (пласгин-сгворок) 17. Охлажденная жидкость через нижний патрубок 22 радиатора подается снова к насосу 8 и далее в рубашку охлаждения 7 блока и головки цилиндров.

5 6 7 S 9 10 11 1213 14 15

 

Г

» I л

22 21 20

 

При пуске и работе непрогретого двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 72 ее циркуляция происходит по малому кругу. В этом случае жидкость не поступает в радиатор, так как клапан термостата 9 закрыт, а проходит по рубашке ох­лаждения 7 блока и головки цилиндров и через перепускной ка­нал 10, омывая термостат, снова поступает к насосу, обеспечивая тем самым быстрый прогрев холодного двигателя. По мере повы­шения температуры охлаждающей жидкости клапан термостата открывается, и она начинает циркулировать по большому кругу.

В V-образных двигателях ЗИЛ-508, -5081, ЗМЗ-511 и других (рис. 5 Л, б) жидкость через приливы 23 корпуса насоса подается в раструбы рубашки охлаждения левого и правого рядов цилиндров и далее через полость 24 впускного газопровода и термостат по­ступает в радиатор 16, а затем к насосу. Одновременно из полости трубопровода по гибкому шлангу 25 жидкость также поступает в рубашку охлаждения компрессора, а по шлангу 26 возвращается в насос.

Для нормальной работы двигателя температура охлаждающей жидкости при входе в водяную рубашку должна составлять 75...80*С, а при выходе из нее 85...95*С.

Для повышения температуры кипения воды в современных двигателях применяют закрытую систему охлаждения, которая может сообщаться с атмосферой при помощи пароотводной труб­ки /5только через паровоздушный клапан, расположенный в проб­ке 14 радиатора или в пробке 27 расширительного бачка 28, име­ющего сливной кран 21.

Температуру охлаждающей жидкости в системах охлаждения контролируют с помощью дистанционных магнитоэлектрических термометров, состоящих из указателей 5 и встроенных термодат­чиков 6. О перегреве жидкости в системе охлаждения сигнализи­рует контрольная лампочка, установленная на щитке приборов (у автомобилей ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307 и -3110 «Волга») и со­единенная с термодатчиком 12, ввернутым в верхний бачок ради­атора.

Рис. 5Л. Схемы жидкостных систем охлаждения двигателей:

а — ЗМЗ-402; б — ЗИЛ-5081; / — кран; 2 — шланги; 3 — радиатор отопителя салона; 4 — распределительная трубе; 5 — указатель температуры: 6, 12 — термо- ддгчики соответственно головки блока и верхнего бачка радиатора; 7 — рубашка охлаждения; насос; 9 — термостат, /0— перепускной канал; //, 22 — соот­ветственно верхний и нижний патрубки радиатора; /Л 20 — соответственно аерхний и нижний бачки радиатора; 14, 27 — пробки соответственно радиатора и расширительного бачков; 15 — пароотводная трубка; 16 — радиатор; 17 — жалюзи; 18 — шкив; 19 — вентилятор; 21 — сливной кран; 23 — приливы корпу­са насоса; 24 — полость впускного газопровода; 25, 26 — шланга компрессора;

28 — расширительный бачок; 29 — тяга

В связи с тем что насос расположен в передней части двигателя, теплоотдача от задних цилиндров и их камер сгорания и других деталей ухудшается, так как к ним поступает уже подогретая передними цилиндрами охлаждающая жидкость. Поэтому в от­дельных конструкциях двигателей предусматривается циркуляция жидкости через распределительную трубу 4 или продольный ка­нал с отверстиями, направленными к наиболее нагретым дета­лям (выпускные клапаны, стенки камеры сгорания, свечи зажи­гания и т.д.).

і утютнотельная; 18 — манжета

Кроме основного назначения, систему охлаждения двигателя используют для отопления пассажирского помещения кузовов легковых автомобилей и автобусов, а также кабин грузовых авто­мобилей. Для этой цели в отопительной системе имеются специ­ально встроенные в салон кузова или кабины радиаторы 3₉ к ко­торым через кран 1 и шланги 2 нагретая жидкость подается из системы охлаждения двигателя.