Система охлаждения. Общее устройство и работа жидкостной системы охлаждения

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ.

Система охлаждения предназначена для принудительного  отвода от деталей двигателя лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Благодаря этому создается определенный температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается. Тепло в двигателях отводится двумя способами: жидкостью (жидкостная система охлаждения) или воздухом (воздушная система охлаждения). Эти системы поглощают 25 — 35 % тепла, выделяющегося во время сгорания топлива. Температура охлаждающей жидкости, находящейся в головке блока цилиндров, должна быть равна 80 —95 ⁰С. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не должен изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя. Температура в течение рабочего цикла двигателя изменяется от 80—120 °С (минимальная) в конце впуска до 2000 —2200 °С (максимальная) в конце сгорания смеси.

Если двигатель  не охлаждать, то газы, имеющие высокую температуру, сильно нагревают детали двигателя и они расширяются. Масло на цилиндрах и поршнях выгорает, их трение и износ возрастают, а от чрезмерного расширения деталей происходит заклинивание поршней в цилиндрах двигателя, и двигатель может выйти из строя. Чтобы избежать отрицательных явлений, вызываемых перегревом двигателя, его необходимо охлаждать.

Однако чрезмерное охлаждение двигателя вредно отражается на его  работе. При   переохлаждении   двигателя   на   стенках   цилиндров   конденсируются   пары топлива (бензина), смывая смазку, разжижают масло в картере. В этих условиях происходит интенсивный износ поршневых колец, поршней, цилиндров и снижается экономичность и мощность двигателя. Нормальная работа системы охлаждения способствует получению наибольшей мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока службы двигателя без ремонта.

Большинство двигателей имеет  жидкостные системы охлаждения (открытые или закрытые). У открытой системы охлаждения внутреннее пространство непосредственно сообщается с окружающей атмосферой. Распространение получили закрытые системы охлаждения, у которых внутреннее пространство только периодически сообщается с окружающей средой при помощи специальных клапанов. В этих системах охлаждения повышается температура кипения охлаждающей жидкости и уменьшается ее выкипание.

Двигатели автомобилей  ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, МАЗ-5335 и КамАЗ-5320 имеют закрытую жидкостную систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости, создаваемой водяным центробежным насосом. Жидкостная система охлаждения автомобильного двигателя (рис. 1) состоит из водяной рубашки 16, радиатора 1, вентилятора 24, термостата 9, насоса с крыльчаткой 17. отводящего 8 и подводящего 8 патрубков, ремня 23 привода вентилятора, датчика 13 указателя температуры жидкости, сливных краников 15 и 21 и других деталей. Вокруг цилиндров двигателя и головки блока имеется пространство с двойными стенками (водяная рубашка), где циркулирует охлаждающая жидкость.

 

 

 

 

Рис. 1. Схема жидкостей системы охлаждения:

1 — радиатор; 2 — верхний бачок; 3 — пробка радиатора; 4 — контрольная трубка; 5 — верхний патрубок радиатора; 6 и 19 — резиновые шланги; 7—перепускной канал; 8 и 18 — соответственно отводящий и подводящий патрубки; 9 —термостат; 10 — отверстие; 11 — головка блока; 12 — водораспределительная трубка; 13 — датчик указателя температуры жидкости; 14 — блок цилиндров; 15 и 21 — сливные краники; 16 — водяная рубашка; 17 — крыльчатка водяного центробежного насоса; 20 — нижний патрубок радиатора; 22 — нижний бачок радиатора; 23 — ремень привода вентилятора; 24 — вентилятор

 

Во время  работы двигателя охлаждающая жидкость нагревается и водяным насосом подается в радиатор, где охлаждается, а затем снова поступает в рубашку блока цилиндров. Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы охлаждающая жидкость постоянно циркулировала по замкнутому кругу: двигатель — радиатор — двигатель. Жидкость может циркулировать по малому кругу, минуя радиатор (непрогретый двигатель, термостат закрыт), или по большому кругу, поступая в радиатор (прогретый двигатель, термостат открыт). Направление движения охлаждающей жидкости показано на рис. 1 стрелками.

Водяная рубашка 16 двигателя состоит из рубашки блока 14 цилиндров и рубашки головки 11 блока, соединенных между собой отверстиями в прокладке между головкой и блоком. Крыльчатка 17 водяного центробежного насоса и вентилятор приводятся в действие клиновидным ремнем 23. При вращении крыльчатки насоса охлаждающая жидкость нагнетается в водораспределительную трубку 12, расположенную в головке блока. Через отверстия 10 в трубке жидкость направляется к патрубкам выпускных клапанов, благодаря чему охлаждаются наиболее нагретые части головки блока и цилиндров. Нагретая охлаждающая жидкость проходит в верхний отводящий патрубок 8. Если термостат 9 закрыт, то по перепускному каналу 7 жидкость снова поступает к центробежному насосу. При открытом термостате охлаждающая жидкость проходит в верхний бачок 2 радиатора, охлаждается, протекая по трубкам, и поступает в нижний бачок 22 радиатора. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему подводящему патрубку 18 подводится к насосу.

Водяная рубашка  двигателя автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 2) соединена с радиатором 1 гибкими шлангами. Верхний бачок 5 радиатора соединен с рубашкой впускного трубопровода 14, а нижний бачок 27 — с подводящим патрубком 26 водяного насоса. Левый и правый ряды цилиндров соединены с насосом двумя трубопроводами. В патрубке 12, по которому нагретая охлаждающая жидкость подводится к верхнему бачку радиатора, установлен термостат 11. Водяная рубашка компрессора 8 гибкими шлангами 9 и 7 постоянно соединена с системой охлаждения двигателя. Радиатор 18 отопителя соединен с системой охлаждения двигателя шлангами 16 и 17: включается отопитель в работу краном 5.

 

Рис. 2. Система охлаждения двигателя автомобиля ЗИЛ-130:

1 – радиатор; 2 — жалюзи; 3 — вентилятор; 4 — водяной насос; 5 и 27 – соответственно верхний и нижний бачки радиатора; б — пробка радиатора; 7 – отводящий шланг; 8 – компрессор; 9 — подводящий шланг; 10 — перепускной шланг; 11 — термостат; 12 — патрубок; 13 - фланец для установки карбюратора; 14 — впускной трубопровод; 15 — кран отопителя; 16 к 17 — соответственно подводящая и отводящая трубки; 18 – радиатор отопителя; 19 — датчик указателя температуры жидкости; 20 - дотирующая вставка; 21 – водяная рубашка головки блока; 22 - водяная рубашка блока цилиндров; 23 — сливной кран рубашки блока цилиндров; 24 — рукоятка привода сливного крана; 25 – сливной кран патрубка радиатора; 26 – подводящий патрубок

 

При пуске, прогреве и работе двигателя, пока температура воды в системе охлаждения ниже 73 °С, жидкость циркулирует по водяным рубашкам блока, головок блока и компрессора, но не поступает в радиатор, так как термостат закрыт. К водяному насосу (независимо от положения клапана термостата) охлаждающая жидкость подается по перепускному шлангу 10 из рубашки впускного трубопровода, от компрессора и из радиатора 18 отопителя (если он включен).

Водяной насос  нагнетает жидкость в систему, и  основной ее поток проходит по водяной рубашке блока цилиндров от его передней части к задней. Омывая гильзы цилиндров со всех сторон и проходя через отверстия в привалочных поверхностях блока цилиндров и головок блока, а также в прокладке, расположенной между ними, охлаждающая жидкость поступает в рубашки головок блока. При этом значительное количество охлаждающей жидкости подается к наиболее нагретым местам — патрубкам выпускных клапанов и гнездам свечей зажигания. В головках блока охлаждающая жидкость движется в продольном направлении от заднего торца к переднему благодаря наличию отверстий соответствующего диаметра, просверленных в привалочных поверхностях блока цилиндров и головок, и дозирующих вставок 20, установленных в задних каналах впускного трубопровода. Отверстие во вставке ограничивает количество жидкости, поступающей в рубашку впускного трубопровода. Теплая жидкость, проходящая по рубашке впускного трубопровода, нагревает горючую смесь, поступающую из карбюратора (по внутренним каналам трубопровода), и улучшает смесеобразование.

Перед началом  работы необходимо проверить уровень  жидкости в радиаторе, так как при недостаточном ее количестве нарушается циркуляция жидкости и двигатель перегревается. В систему охлаждения следует наливать чистую мягкую воду, не содержащую известковых солей. При использовании жесткой воды в радиаторе и водяной рубашке откладывается большое количество накипи, приводящей к перегреву двигателя и снижению его мощности. Частая смена воды в системе охлаждения вызывает усиленное образование накипи. Смягчить воду можно следующими способами: кипячением, добавлением к воде химических веществ и ее магнитной обработкой. Установлено, что, проходя через слабое магнитное силовое поле, вода приобретает новые свойства: теряет способность к накипеобразованию и растворяет ранее образовавшуюся накипь, которая была в системе охлаждения двигателя.

В систему  охлаждения воду наливают через горловину  радиатора, закрываемую пробкой 6 (рис. 43). Для слива воды из системы охлаждения служат краники, расположенные в самых низких точках системы охлаждения.

Система охлаждения дизеля автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 3) рассчитана нa постоянное использование жидкостей ТОСОЛ-А-40 или ТОСОЛ-А-65 (замерзающих при низкой температуре). Применение воды в системе охлаждения допускается только в особых случаях и кратковременно. В систему охлаждения входят водяные рубашки блока и головок 26 цилиндров, водяной насос 27, радиатор 4, вентилятор 30 с гидромуфтой 5, жалюзи 3, два термостата 10, расширительный бачок 18, соединительные трубопроводы, шланги, клиноременная передача привода насоса, сливные краны или пробки, датчики температуры охлаждающей жидкости и другие детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Система охлаждения лик-ля автомобиля КамАЗ-5320:

1 – шкив коленчатою вала; 2 – нижний бачок; 3 – жалюзи; 4 — радиатор; 5 – гидромуфта привода вентилятора; 6 – перепускной патрубок; 7 — нагнетательный патрубок; 8 — верхний бачок; 9 – верхний патрубок; 10 – термостат; 11 — водораспределительная коробка; 12 – соединительная труба; 13 – подводящая трубка; 14 – правая водяная труба; 15 – отводящая трубка; 16 – впускной коллектор; 17 – датчик контрольной лампы перегрева жидкости; 18 — расширительный бачок; 19 – горловина герметизирующей пробкой; 20 – пробка с клапанами; 21 – отводящая трубка от компрессора: 22 – отводяшая трубка левой водяной трубы; 23 — компрессор; 24 – левая водяная труба; 25 — крышка головки; 26 – головка цилиндра; 27 — водяной насос; 28 – сливной кран или пробка; 29 — шкив водяного насоса; 30 – вентилятор; 31— нижний патрубок

 

Завод допускает  работу двигателя при температуре  охлаждающей жидкости не более 105 ⁰С. Температурный режим работы двигателя поддерживается двумя термостатами, гидромуфтой включения вентилятора и жалюзи. Если двигатель не прогрет, то охлаждающая жидкость, подаваемая насосом 27, поступает в левый ряд цилиндров и по нагнетательному патрубку 7 в правый ряд. Омывает наружные поверхности гильз цилиндров обоих рядов, затем через отверстия в верхней плоскости блока цилиндра, прокладке головки блока поступает в головки цилиндров, охлаждая наиболее нагретые места — выпускные каналы и гнезда форсунок. Нагретая жидкость проходит от головок цилиндров в правую 14 и левую 24 трубы, расположенные в «развале» двигателя, затем по соединительной трубе 12 подается в водораспределительную коробку (или коробку термостатов). Клапаны термостатов 10 закрыты, и по перепускному патрубку 6 охлаждающая жидкость снова подается к водяному насосу 27. Термостаты установлены в отдельной коробке, укрепленной на переднем торце правого ряда цилиндров. Расширительный бачок 18 расположен на двигателе с правой стороны и соединен с верхним бачком 8 радиатора, водораспределительной коробкой, компрессором 23 и водяной рубашкой блока цилиндров. Расширительный бачок 18 компенсирует изменение объема жидкости при ее нагревании, позволяет контролировать ее уровень в системе охлаждения. В бачок 18 отводится и в нем конденсируется пар из верхних участков радиатора и системы. Собирающийся в бачке воздух улучшает работу системы охлаждения. ТОСОЛ-А-40 или ТОСОЛ-А-65 в систему охлаждения наливают через горловину 9, имеющую герметизированную пробку на резьбе. Паровой и воздушный клапаны установлены в пробке 20.

В системе  охлаждения дизеля применена гидромуфта (рис. 4) привода вентилятора, которая  передает крутящий момент от коленчатого  вала двигателя к вентилятору. Используя  гидромуфту, поддерживают наивыгоднейший температурный режим в системе охлаждения и гасят возникающие колебания при резком изменении частоты вращения коленчатого вала. Гидромуфта привода вентилятора имеет автоматическое управление.

Рис. 4. Гидромуфта привода вентилятора:

1 — передняя крышка; 2 – корпус; 3 – кожух; 4, 7, 13 и 20 — шарикоподшипники; 5 – трубка подвода масла; 6 — ведущий вал; 8 — уплотнительные кольца; 9 – ведомое колесо; 10 – ведущее колесо; 11 –шкив; 12 — вал шкива; 14 – упорная втулка; 15 – ступица вентилятора; 16 – ведомый вал; 17 и 21 — самоподжимные сальники: 18 – прокладка; 19 и 22 — болты

 

В движение гидромуфта приводится от коленчатого вала двигателя  через шлицевой ведущий вал 6. Вентилятор, расположенный соосно с коленчатым валом, укреплен на ступице 15, установленной на ведомом валу 16. Ведущую часть гидромуфты составляют: ведущий вал 6 в сборе с кожухом 3; ведущее колесо 10, соединенное болтами с кожухом и валом 12 шкива; шкив 1 привода насоса и генератора, привернутый к валу 12 болтами 19. Ведущая часть гидромуфты вращается на шарикоподшипниках 7 и 20. Ведомую .часть гидромуфты составляют: ведомое колесо 9 в сборе, соединенное болтами 22 с ведомым валом 16. Ведомая часть гидромуфты привода вентилятора вращается на шарикоподшипниках 4 и 13. Уплотнение гидромуфты осуществлено двумя уплотнительными кольцами 8 и самоподжимными сальниками 17 и 21.

Для управления гидромуфтой привода вентилятора  имеется выключатель золотникового типа, установленный на нагнетательном патрубке 7 (см. рис. 3) в передней части двигателя. В зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения выключатель гидромуфты соединяет или разъединяет ведущий вал с ведомым 16 (см. рис. 4), изменяя количество масла, поступающего в гидромуфту из системы смазки. Масло для работы гидромуфты подается насосом в ее полость, затем по трубке 5 подводится в каналы ведущего вала и через отверстия в ведомом колесе — в межлопастное пространство. При вращении ведущего колеса 10 масло с его лопаток переходит на лопатки  ведомого колеса 9, и оно начинает вращаться, передавая крутящий момент на вал 16 и вентилятор. Гидромуфта при помощи крана включается в работу или отключается, а в связи с этим включается или отключается вентилятор. Кран находится в корпусе выключателя гидромуфты.

Вентилятор  может работать в трех режимах:

автоматический — температура охлаждающей жидкости в двигателе поддерживается равной 80 — 95 °С; кран выключателя гидромуфты установлен в положение В (метка на корпусе); при снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 80 ⁰С вентилятор автоматически отключается;