Назначение и устройство системы охлаждения двигателя

Назначение и устройство системы охлаждения двигателя

Система охлаждения предназначенная для охлаждения деталей двигателя, в процессе его работы и поддержания нормального температурного, наиболее выгодного теплового режима работы двигателя. Существуют жидкостное охлаждение, воздушное охлаждение и комбинированное охлаждение.

Перегрев двигателя ухудшает количественное наполнение цилиндра горючей смесью, вызывает разжижение и выгорание масла, в результате чего, могут заклинить поршни в цилиндрах и выплавиться вкладыши подшипников.

Переохлаждение двигателя вызывает уменьшение мощности и экономичности двигателя, на холодных деталях конденсируются пары бензина и в виде капель стекают по зеркалу цилиндра, смывая смазку, увеличиваются потери на трения, возрастает износ деталей и возникает необходимость в частой замене масла. А также происходит неполное сгорание топлива, отчего на стенках камеры сгорания образуется большой слой нагара – возможно зависание клапанов.

Для нормальной работы двигателя температура охлаждающей жидкости должна быть 80-95 градусов.

Тепловой баланс может быть представлен в виде диаграммы.

Рис. Диаграмма теплового баланса двигателя внутреннего сгорания.

На двигателях отечественного производства применяют закрытую принудительную жидкостную систему охлаждения, осуществляемую водяным насосом. Она непосредственно не сообщается с атмосферой, поэтому называется закрытой. В результате давление в системе увеличивается, температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 108 – 119 градусов и снижается расход на ее испарение.

Данные системы охлаждения обеспечивают равномерное и эффективное охлаждение, а также производят меньше шума.

Рассмотрим систему охлаждения на примере двигателя марки ЗИЛ

Рис. Схема системы охлаждения двигателя типа ЗИЛ. 1 – радиатор, 2 – компрессор, 3 – водяной насос, 4 – термостат, 5 – кран отопителя, 6 – подводящая трубка, 7 – отводящая трубка, 8 – радиатор отопителя, 9 – датчик указателя температуры воды в системе охлаждения двигателя, 10 – сливной кран рубашки блока цилиндров (в положении «открыто»), 11 – сливной краник радиатора.

Жидкость в рубашке охлаждения двигателя нагревается за счет отвода теплоты от цилиндров, поступает через термостат в радиатор, охлаждается в нем и под действием центробежного насоса (обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе) возвращается в рубашку двигателя. В народе центробежный насос называют «помпой». Охлаждению жидкости способствует интенсивный обдув радиатора и двигателя потоком воздуха от вентилятора. Вентилятор усиливает поток воздуха через сердцевину радиатора, служит для улучшения охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод.

– механический – постоянное соединение с коленчатым валом двигателя,

– гидровлический – гидромуфта. Гидромуфта включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью.

В кожухе помещаются два сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.

Рис. Гидромуфта, а – принцип действия; б – устройство, 1 – крышка блока цилиндров, 2 – корпус, 3 – кожух, 4 – валик привода, 5 – шкив, 6 – ступица вентилятора, А – ведущий вал, Б – ведомый вал, В – кожух, Г, Д – сосуды, Т – турбинное колесо, Н – насосное колесо.

Принцип работы гидравлического вентилятора основан на действии центробежной силы жидкости. Если сферический сосуд Д, заполненный жидкостью, вращается с большой скоростью, жидкость попадает во второй сосуд Г, заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость возвращается в сосуд Д, разгоняется в нем, попадает в сосуд Г и процесс повторяется.

– электрический – управляемый электродвигатель. Когда температура охлаждающей жидкости достигает 90-95 градусов, клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и моторное масло поступает в рабочую полость гидромуфты из главной смазочной системы двигателя.

Вентилятор заключен в установленный на рамке радиатора кожух, что способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор.

Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя.

Рис. Радиатор а – устройство, б – трубчатая середина, в – пластинчатая середина, 1 – верхний бачок с патрубком, 2 – пароотводная трубка, 3 – заливная горловина с пробкой, 4 – сердцевина, 5 – нижний бачок, 6 – патрубок со сливным краником, 7 – трубки, 8 – поперечные пластины.

Состоит из верхнего 1 и нижнего 5 бачков и сердцевины 4 и деталей крепления. Баки и сердцевина изготовлены из латуни (для улучшения теплопроводности).

Наиболее распространены трубчатые и пластинчатые радиаторы. У трубчатых радиаторов, изображенных на рисунке «б» – сердцевина образована из ряда тонких горизонтальных пластин 8, сквозь которые проходит множество вертикальных латунных трубок, благодаря чему вода, проходя через сердцевину радиатора разбивается на множество мелких струек. Горизонтальные пластины служат дополнительными ребрами жесткости и увеличивают поверхность охлаждения.

Пластинчатые радиаторы состоят из одного ряда плоских латунных трубок, каждая из которых изготовлена из спаянных межу собой по краям гофрированных пластин.

Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и обеспечения оптимального температурного режима. Термостат представляет собой клапан, регулирующий количество жидкости проходящей через радиатор.

При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая его жидкость холодные. Для ускорения прогрева двигателя, охлаждающая жидкость движется по кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт, по мере нагрева двигателя (до температуры 70-80 градусов), клапан термостата, под действием паров жидкости, заполняющей его цилиндр, открывается и охлаждающая жидкость начинает свое движение по большому кругу, через радиатор.

На современных автомобилях устанавливают двухконтурные системы охлаждения . Данная система включает два независимых контура охлаждения:

– контур охлаждения блока цилиндров;

– контур охлаждения головки блока цилиндров.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов Диагностирование двигателя по цвету дыма из выхлопной трубы Сине-белый дым – неустойчивая работа двигателя. Рабочая фаска клапана подгорела. Оценить состояние газораспределительного

Неисправности системы смазки двигателя

Неисправности системы смазки двигателя Понижение давления масла при любой частоте вращения коленчатого вала Неисправен указатель или датчик давления масла. Убедиться в исправности контрольной лампы (указателя давления масла) и датчика. Отключить провод от датчика

Глава 1 Назначение и устройство BIOS

Глава 1 Назначение и устройство BIOS Зачем нужна BIOSЕсли рассматривать персональный компьютер как некий живой организм, то BIOS (Basic Input/Output System, базовая система ввода/вывода) – это подсознание компьютера. Подобно рефлексам человека, данная система «заставляет» компьютер

Бронированные штурмовики с моторами воздушного охлаждения: вариант П.О. Сухого

Бронированные штурмовики с моторами воздушного охлаждения: вариант П.О. Сухого Знаменитый советский штурмовик Ил-2 конструкции С. В. Ильюшина, ставший наиболее массовым самолетом в истории отечественной авиации, оснащался двигателем АМ-38 (АМ-38Ф) жидкостного охлаждения.

Устройство и принцип работы или пуск двигателя «на халяву»

Устройство и принцип работы или пуск двигателя «на халяву» Среди технических средств, обеспечивающих уверенный запуск двигателя зимой, выделяется одно оригинальное, в буквальном смысле не требующее дополнительной энергии. Это устройство – аккумулятор тепла, или, как

Назначение и общее устройство кузова автомобиля

Назначение и общее устройство кузова автомобиля У большинства легковых автомобилей есть так называемый несущий кузов на котором устанавливают двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеску ходовой части, дополнительное оборудование. У грузовых автомобилей, автобусов,

Неисправности системы смазки двигателя

Неисправности системы смазки двигателя

Обслуживание системы питания карбюраторного двигателя

Обслуживание системы питания карбюраторного двигателя Ежедневно проверять систему питания с целью проверки ее герметичности и при необходимости заправить автомобиль топливом.– Первое и второе технические обслуживания (ТО-1, ТО-2).– Проверить крепление приборов,

Основные неисправности системы охлаждения

Основные неисправности системы охлаждения Признаки неисправности: переохлаждение или перегрев двигателя.Для работоспособного состояния необходимы оптимальная температура охлаждающей жидкости, хорошая теплопроводность стенок водяных рубашек и трубок радиатора.При

Уход за системой охлаждения

Уход за системой охлаждения 1.Ежедневно проводить проверку герметичности системы. При необходимости устранить неисправность.Ежедневно контролировать наличие жидкости в системе охлаждения автомобиля. При необходимости долить жидкость. Ее уровень должен быть ниже

Система смазки. Назначение и устройство

Система смазки. Назначение и устройство Смазочная система двигателя необходима для непрерывной подачи масла к трущимся поверхностям деталей и отвода от них теплоты.Поверхности сопряженных деталей двигателей отличаются высокой точностью и чистотой обработки. Однако

22. Система с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях; системы эвтектического, перитектического и монотектического типа. Системы с полиморфизмом компонентов и эвтектоидным превращением

22. Система с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях; системы эвтектического, перитектического и монотектического типа. Системы с полиморфизмом компонентов и эвтектоидным превращением Полная взаимная растворимость в твердом состоянии возможна

С МОТОРОМ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

С МОТОРОМ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Ил-2 М-82. Заводские испытания, 1941 г.С целью расширения моторной базы Ил-2 и повышения его боевой живучести С.В.Ильюшин 21 июля 1941 г. обратился к Наркому авиапромышленности А.И.Шахурину (письмо № 924) с предложением об установке на самолет

Глава 1. Устройство, вооружение и снабжение шлюпок 1.1. Назначение

Глава 1. Устройство, вооружение и снабжение шлюпок 1.1. Назначение Шлюпками называются мелкие открытые беспалубные плавсредства, предназначенные для обеспечения нужд корабля. С их помощью решается широкий круг задач:– подрыв плавающих мин;– своз десанта;– доставка

Системы охлаждения двигателей грузовых автомобилей

Про нее всем все вроде бы известно. Но факт остается фактом: именно на эту систему приходится 25 – 30% неисправностей двигателя, а их последствия очень часто выливаются в более чем дорогостоящий ремонт. Не за горами холода, и на состояние этой системы стоит обратить самое пристальное внимание.

От оптимального теплового состояния двигателя, продолжительности его прогрева, стабильности температурного режима в процессе работы зависят не только надежность, но также топливная экономичность и токсичность отработавших газов. На большинстве автомобильных двигателей используется жидкостная система охлаждения. Она же обеспечивает отопление кабины. Для улучшения пусковых свойств двигателя применяется предварительный подогрев охлаждающей жидкости и системы смазки.

В настоящее время в эксплуатации встречаются жидкостные системы охлаждения двух типов: открытая и закрытая. Первая рассчитана на использование в качестве охлаждающей жидкости воды и постепенно выходит из употребления. Современные моторы имеют закрытую систему с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости, обеспечиваемой центробежным насосом.

В некоторых двигателях для улучшения охлаждения стенок камеры сгорания и клапанов жидкость поступает сразу в головку цилиндров с одной стороны, а отводится – с другой. Цилиндры охлаждаются за счет термосифонной циркуляции жидкости. Однако, как правило, жидкость от насоса подводится в переднюю часть блока цилиндров и через отверстия в прокладке поступает в головку блока. Один из недостатков такой схемы – повышенная температура последнего цилиндра и задней части головки цилиндров.

В результате именно в последнем цилиндре бензиновых моторов в первую очередь начинаются аномальные процессы сгорания (детонация, калильное зажигание, грохот). Поэтому обычно датчик детонации устанавливают в этой зоне головки или блока цилиндров. Иногда в последние цилиндры устанавливают и более холодные свечи, чтобы предотвратить калильное зажигание при заправке низкооктановым бензином или перегреве двигателя. Частично обеспечить более равномерное охлаждение цилиндров удается за счет выбора проходных сечений в прокладке головки цилиндров: уменьшения их в передней части блока и увеличения в задней.

В многорядных (V-образных и оппозитных) двигателях перегрев одного из блоков может происходить из-за неравномерной подачи жидкости при разном расположении выходных окон в насосе. Перегрев начинается с появления пузырьков пара на охлаждаемой поверхности, в дальнейшем образуется паровая пробка. Это приводит к задиру поршня, образованию бочкообразности цилиндра, сгоранию свечи зажигания и возникновению других неисправностей.

Одним из способов снижения расхода топлива является повышение температуры охлаждающей жидкости. Для ускорения прогрева двигателя и автоматического поддержания заданной температуры двигатели имеют термостаты. Большинство моторов снабжены двухклапанными термостатами с твердым наполнителем. Термостат обеспечивает циркуляцию жидкости в обход радиатора. По мере повышения температуры он открывает нижний клапан и часть жидкости начинает циркулировать через радиатор. При повышении температуры до верхнего предела (90 – 95°С) верхний клапан закрывается, и через радиатор циркулирует уже вся жидкость.

Энергетические показатели двигателей также улучшаются за счет регулирования количества воздуха, проходящего через радиатор, например, установкой перед ним управляемых жалюзи или применением гидравлической или электромагнитной муфты в механическом приводе вентилятора. Гидромуфта двигателей КамАЗ имеет трехпозиционный включатель. Позиция П – вентилятор включен постоянно, независимо от температуры. Позиция В – автоматическое включение вентилятора при температуре 85 – 90°С. Позиция О – вентилятор отключен. В последнее время все чаще встречается электрический привод вентилятора с управлением от температурного датчика.

Для повышения давления в закрытых системах охлаждения и предотвращения кипения жидкости служат два клапана, расположенные в пробке радиатора. В процессе нагрева жидкости ее объем увеличивается и избыток удаляется через выпускной клапан в расширительный бачок. При повышении температуры больше 95°С начинается бурное выделение пузырьков пара, впускной клапан закрывается, давление в системе повышается и кипение прекращается. В условиях пониженного атмосферного давления, например, в горах, кипение начинается и при меньшей температуре (до 70°С). В случае перегрева двигателя (из-за отказа привода вентилятора, засорения радиатора, закрытых жалюзи или других причин) и повышения избыточного давления сверх допустимого (5 – 13 кПа) открывается предохранительный выпускной клапан и часть охлаждающей жидкости сливается в расширительный бачок. Это предохраняет части системы от разрушения.

В более новых конструкциях заливная горловина радиатора и соответственно пробка на ней могут отсутствовать. При этом прохождение воздуха в остывающую систему и поддержание давления при горячем двигателе осуществляют клапаны в пробке расширительного бачка.

Для охлаждения жидкости применяются алюминиевые (сварные) или медные (паяные) радиаторы. Первые дешевле, поэтому находят все более широкое распространение. По схеме движения жидкости радиаторы делятся на одноходовые (по ходу движения жидкости) и многоходовые. Достоинством последних является более интенсивный теплообмен за счет увеличения скорости движения жидкости в трубках. Однако при этом увеличивается гидравлическое сопротивление радиатора, что, как правило, компенсируется улучшением теплотехнических характеристик.

Для оценки радиатора используются следующие показатели: его фронтальная поверхность, глубина и общая площадь поверхности охлаждения, размеры, форма и толщина стенок жидкостных каналов, расположение пластин оребрения. Транспортные двигатели снабжаются трубчато-ленточными и трубчато-пластинчатыми радиаторами. Количество жидкости, прокачиваемой через радиатор, в зависимости от конструктивных особенностей двигателя составляет 100 – 150 л/кВт•ч при средних скоростях 0,4 – 0,7 м/с.

Эффективность радиатора зависит также и от его аэродинамического сопротивления. Чтобы улучшить теплоотдачу для турбулизации воздушного потока ленты делаются с выемками и выступами или с отогнутыми просечками. Однако при этом увеличивается вероятность их загрязнения, усложняется очистка, повышается аэродинамическое сопротивление. Для уменьшения аэродинамического сопротивления потоку охлаждающего воздуха радиатор иногда размещают не перед, а рядом с двигателем, а при классической компоновке моторного отсека увеличивают расстояние между ним и мотором.

В качестве охлаждающей жидкости в двигателях применяются антифризы или вода. Вода, благодаря своим теплофизическим свойствам, имеет наивысшие значения коэффициента теплопередачи конвекцией. У антифризов его значения в несколько раз меньше. Обычно при использовании антифриза температура деталей повышается на 10 – 12°С. Кроме того, антифризы имеют большую текучесть, и при переходе с воды на антифриз необходимо проверить при неработающем двигателе – нет ли течи из нижней части радиатора и в патрубках подвода к насосу, а при работающем – в верхней части системы охлаждения.

Недостатками воды с точки зрения использования ее в качестве охлаждающей жидкости является высокая температура затвердевания (0°С), а также увеличение объема при замерзании, приводящее к повреждению двигателя. Кроме того, у воды низкая температура кипения (от 100°С при нормальном атмосферном давлении и до 110°С при повышенном), высокая теплоемкость. В результате для прогрева системы охлаждения до рабочей температуры требуется примерно в 2 – 3 раза больше теплоты и соответственно затрат топлива и времени.

Учитывая, что применяемые антифризы имеют различный уровень токсичности и температуру кипения, они отличаются по цвету. Особо токсичен этиленгликоль (температура кипения 170°С при нормальном давлении, цвет – сине-зеленый). Водные растворы этиленгликоля при нагреве существенно увеличивают свой объем. Поэтому систему охлаждения заполняют на 8% меньше ее объема. Кроме того, для предотвращения потерь антифриза обязательно применение расширительного бачка. Пропиленгликоль малотоксичен (температура кипения 154°С, цвет – желто-оранжевый). Существуют и другие жидкости (например, карбоксилат). Основное достоинство названных антифризов – способность при кристаллизации образовывать кашеобразный раствор, не вызывающий размораживания двигателя.

В России наибольшее распространение получил этиленгликоль (плотность 1 112 кг/м 3 , температура кристаллизации –20°С). Наиболее низкая температура кристаллизации (–65°С) соответствует водному раствору, содержащему 65,3% этиленгликоля. В районах с умеренными климатическими условиями применяется антифриз, содержащий 52,6% этиленгликоля с температурой кристаллизации –40°С (плотность 1 067 – 1 072 кг/м 3 ).

Для современных двигателей выпускаются антифризы «Тосол» и «Лена», содержащие антикоррозионные, антивспенивающие и другие присадки. Температура кристаллизации концентрата «Тосол-А» (не содержащего воды) –21,5°С. В средней полосе обычно применяется «Тосол А-40М», содержащий 53% концентрата «Тосол-А». Температура его кристаллизации –401°С, плотность 1075 – 1085 кг/м 3 , температура кипения 108°С. Наиболее низкую температуру кристаллизации –65°С имеет «Тосол А-65» (плотность 1 085–1 095 кг/м 3 , температура кипения 115°С, содержание концентрата – 62% объема).

Со временем присадки вырабатываются и в этиленгликоле образуется кислота, разъедающая детали системы охлаждения. Замена «Тосола» проводится через два года в южных районах, через три – в северных или после 60 тыс. км пробега. Срок службы «Тосола» может быть увеличен путем добавления нового концентрата. При сливе части старого «Тосола» и добавлении 1 л «Тосол-АМ» срок службы может быть увеличен до года. Существуют специальные препараты для продления срока службы антифриза.

При нагреве охлаждающей жидкости в первую очередь испаряется вода. Поэтому в процессе эксплуатации даже при отсутствии подтеканий в систему охлаждения приходится добавлять дистиллированную воду. Для определения температуры кристаллизации в этом случае можно использовать приведенную диаграмму плотности или поместить небольшое количество проверяемого антифриза в морозильную камеру холодильника (каждая звездочка – 6 градусов) и установить предельно допустимую температуру охлаждения.