Призначення системи охолоджування, її будова

ЛЕКЦІЯ 6 ОКА. ТЕМА: СИСТЕМА ОХОЛОДЖУВАННЯ ДВИГУНА

У працюючому двигуні тільки частина теплової енергії, що виділяється при згорянні палива в циліндрах (близько 40%), перетворюється на корисну механічну роботу. Решта тепла втрачається на нагрів деталей двигуна і видаляється з нього разом з відпрацьованими газами.
Для забезпечення нормальної роботи двигун повинен мати надійну систему охолоджування, яка не тільки запобігає можливому його перегріву, але і підтримує певний, найбільш вигідний тепловий режим роботи.
При переохолодженні двигуна в циліндрах не повністю згоряє робоча суміш, а при перегріві вона згоряє з величезною швидкістю, майже з вибухом.
Як переохолодження, так і перегрів погіршують роботу двигуна і викликають зниження його потужності. При перегріві, крім того, можливі й несправності двигуна: заклинювання або поломка деталей кривошипно-шатунного або газорозподільного механізмів.
З метою організації нормального протікання робочого процесу в більшості сучасних двигунів застосовується система охолоджування з примусовою циркуляцією води через радіатор за допомогою відцентрового насосу. Система охолоджування двигуна є в той же час джерелом тепла при обігріві кабіни чи кузова і обдування лобового скла.
Охолоджувальною рідиною є зазвичай вода, а при морозах – спеціальна її суміш з різними рідинами (антифриз), що знижують температуру її замерзання.
У систему охолодження двигуна входять сорочка охолодження головки і блоку циліндрів, радіатор,рідинний насос, вентилятор з приводним ременем, сполучні патрубки, жалюзі, термостат, покажчик температури охолоджуючої рідини і зливні крани.
Робота системи охолоджування основана на круговій циркуляції охолоджуючої рідини через сорочку охолодження, патрубки, шланги і радіатор, яка забезпечується водяним насосом. Проходячи по сорочці охолодження блоку циліндрів і його голівці, рідина обмиває стінки циліндрів, камери згоряння і примикаючі до них деталі, охолоджуючи двигун. Нагріта рідина по верхньому патрубку надходить у радіатор, де розгалужується по трубках і охолоджується в них потоком повітря, створюваним вентилятором. Охолоджуюча рідина через нижній патрубок знову надходить у сорочку охолоджування двигуна через водяний насос і розподільну трубку, яка направляє рідину в першу чергу до найбільш нагрітих місць двигуна.
Інтенсивність охолоджування двигуна регулюється термостатом і жалюзі. Температура охолоджуючої рідини контролюється за допомогою дистанційного електричного термометра, покажчик якого розташований на панелі приладів.

Зливається рідина із системи охолоджування через зливні краники, які розташовані у нижньому бачку радіатора і в блоці циліндрів, у найбільш низькій частині сорочки охолоджування.

Опис сучасної системи охолоджування двигуна з розподіленим впорскуванням наведено на прикладі системи охолоджування автомобільного двигуна ВАЗ-2111(рисунок 1).

Рисунок 1 – Система охолоджування двигуна ВАЗ-2111

1 - радіатор опалення; 2 - паровідвідний шланг радіатора -нагрівника; 3 - шланг відвідний; 4 - шланг підвідний; 5 - датчик температури охолоджуючої рідини (в головці блоку); 6 - шланг підвідної труби насосу; 7 - термостат; 8 - заправний шланг; 9 - пробка розширювального бачка; 10 - датчик покажчика рівня охолоджуючої рідини; 11 - розширювальний бачок; 12 - випускний патрубок, 13 - рідинна камера пускового пристрою карбюратора; 14 - відвідний шланг радіатора; 15 - шланг радіатора; 16 - паровідвідний шланг радіатора, 17 - лівий бачок радіатора; 18 - датчик включення електровентилятора; 19 - електродвигун вентилятора; 20 - крильчатка електровентилятора; 21 - правий бачок радіатора, 22 - зливна пробка, 23 - кожух електровентилятора; 24 - зубчастий ремінь приводу механізму газорозподілу; 25 - крильчатка насосу охолоджуючої рідини; 26 - труба, якою підводиться до насосу охолоджуюча рідина; 27 - шланг підведення охолоджувальної рідини до дросельного патрубку; 28 - шланг відведення охолоджуючої рідини від дросельного патрубка; 29 - датчик температури охолоджуючої рідини в випускному патрубку; 30 - трубки радіатора; 31 – серцевина радіатора.

Система охолоджування двигуна ВАЗ-2111 рідинна, закритого типу, з примусовою циркуляцією. Герметичність системи забезпечується впускним і випускним клапанами в пробці розширювального бачка. Випускний клапан підтримує підвищений (в порівнянні з атмосферним) тиск у системі на гарячому двигуні (за рахунок цього температура кипіння рідини стає вище, зменшуються парові втрати). Він відкривається при тиску 1,1-1,5 кгс/см². Впускний клапан відкривається при зниженні тиску в системі щодо атмосферного на 0,03-0,13 кгс/см² (при остиганні двигуна).
Тепловий режим роботи двигуна підтримується термостатом і електровентилятором радіатора. Останній включається датчиком, вкрученим в бачок радіатора. Контакти датчика замикаються при температурі 99 ± 2 ° С, а розмикаються при температурі 94 ± 2 ° С.
Для контролю температури охолоджувальної рідини в головку блоку циліндрів двигуна ввернуто датчик, пов'язаний з покажчиком температури на приладовій панелі. У двигунів з електронним блоком управління двигуном у випускному патрубку встановлено додатковий датчик температури.

Насос охолоджуючої рідини – лопатевий, відцентрового типу, приводиться від шківу колінчастого вала зубчастим ременем приводу газорозподільного механізму. Корпус насосу – алюмінієвий. Валик обертається в дворядному підшипнику з "довічним" запасом пластичного мастила. Зовнішнє кільце підшипника стопориться гвинтом. На передній кінець валика напресовано зубчастий шків, на задній – крильчатка. До торця крильчатки притиснуто кільце графітовмісткої композиції, під яким знаходиться сальник.

Перерозподілом потоків рідини управляє термостат. На холодному двигуні перепускний клапан термостата перекриває патрубок, що веде до радіатора, і рідина циркулює тільки по малому колу, минаючи радіатор. На двигуні ВАЗ-2110 мале коло включає радіатор обігрівача, впускний колектор, блок підігріву карбюратора і рідинну камеру напівавтоматичного пускового пристрою.

При температурі 87 ± 2 ° С перепускний клапан термостата починає переміщуватися, відкриваючи основний патрубок; при цьому частина рідини циркулює по великому колу, через радіатор. При температурі близько 102 ° С патрубок повністю відкривається, і вся рідина циркулює по великому колу. Хід основного клапана повинен становити не менше 8 мм.

Система заповнюється рідиною ТОСОЛ-А40 або ТОСОЛ-А65 - водним розчином антифризу ТОСОЛ-А (концентрованого етиленгліколю з антикорозійними і антипінними присадками). ТОСОЛ-А40 блакитного кольору, щільністю 1,075…1,085 г/см3 і температурою початку кристалізації – 40 ° С. ТОСОЛ-А65 червоного кольору, щільністю 1,085…1,095 г/см3 і температурою початку кристалізації – 65 ° С.

Охолоджуюча рідина заливається в систему через розширювальний бачок. Він виготовлений з напівпрозорого поліетилену, що дозволяє візуально контролювати рівень рідини. Бортова система контролю також повідомляє про падіння рівня рідини, для цього в кришці бачка передбачено датчик. З бачком також з’єднані дві паровідвідні трубки: одна – від радіатора нагрівника, інша – від радіатора охолоджування двигуна.
Радіатор складається з двох вертикальних пластмасових бачків (лівий - з перегородкою) і двох горизонтальних рядів круглих алюмінієвих трубок з напресованими охолоджуючими пластинами. Для підвищення ефективності охолодження пластини штампуються з насічкою. Трубки з'єднані з бачками через гумову прокладку. Рідина подається через верхній патрубок, а відводиться через нижній. Поруч з впускним патрубком розташований тонкий патрубок паровідвідної трубки.

Конструкції основних елементів системи охолоджування наведено нижче.

На рисунку 2 наведено конструкцію рідинного насосу відцентрового типу, який переважно використовують у системах охолоджування сучасних автотракторних двигунів.

Рисунок 2 – Насос охолоджувальної рідини

1 – корпус насосу; 2 – крильчатка насосу; 3 –приймальний патрубок; 4 – вихідний отвір; 5 – сальник вала; 6 – підшипник вала насосу; 7 – кришка насосу; 8 – маточина шківу; 9 – вал насосу; 10 – стопорний гвинт підшипника.

При обертанні крильчатки вода відкидається від центра до стінок корпусу і проходить через вихідний отвір в сорочку охолодження і далі в радіатор; звільнене від неї місце в центрі корпусу насосу негайно ж заповнюється водою, що надходить з нижнього бачка радіатора через вхідний отвір. Для запобігання підтікання води через кільцевий зазор між валиком крильчатки і отвором в корпусі встановлюється самоущільнючий сальник, який знаходиться всередині маточини крильчатки і обертається разом з нею.

Термостат, перебуваючи у вихідному патрубку головки блоку циліндрів (рисунок А.3), служить для прискорення прогріву охолоджуючої рідини після пуску двигуна і автоматичного регулювання інтенсивності циркуляції залежно від її температури.

Рисунок 3 – Двоклапанний термостат

1 – вхідний патрубок (від радіатора); 2 – резинова вставка; 3 – твердий теплочутливий наповнювач; 4 – пружина вторинного клапана; 5 – вхідний патрубок (від сорочки охолоджування); 6 – вторинний клапан; 7 – відвідний патрубок (до насосу охолоджувальної рідини); 8 – пружина основного клапану; 9 – основний клапан; 10 – вхідний патрубок (від розширювального бачка); 11 – шток термосилового елемента.

Термостат являє собою закритий тонкостінний гофрований стакан , одне дно якого закріплено нерухомо, а інше з'єднане зі штоком клапана. Він наповнений легковипарюваною рідиною (суміш етилового спирту з водою), пари якої при нагрівання розширюються і, долаючи пружність стінок, подовжують стакан і переміщують клапан.
При температурі охолоджуючої рідини нижче 65 - 68 ° С клапан термостата закритий і охолоджуюча рідина циркулює по малому колу: насос - сорочка охолодження-термостат - насос, минаючи радіатор.
У міру нагрівання рідини клапан термостата починає відкриватися, і рідина, продовжуючи циркулювати по малому колу, одночасно надходить у радіатор. При повному відкритті клапана, якщо температура рідини близько 80-85 ° С, отвори в стінках корпусу перекриваються, і рідина циркулює по великому колу, насос - сорочка охолодження - радіатор - насос.

Прослушать

Termostat, perebuvayuchy u vykhidnomu patrubku holovky bloku tsylindriv (dyv. rys. 14), sluzhytʹ dlya pryskorennya prohrivu okholodzhuyuchoï ridyny pislya pusku dvyhuna i avtomatychnoho rehulyuvannya intensyvnosti tsyrkulyatsiï B zalezhno vid ïï temperatury.
Termostat yavlyaye soboyu zakrytyy̆ tonkostinnyy̆ hofrovanyy̆ sklyanku (rys. 19), odne dno yakoho zakripleno nerukhomo, a inshe z'yednane zi shtokom klapana. Vin napovnenyy̆ lehkoysparyayushchykhsya ridynoyu (sumish etylovoho spyrtu z vodoyu), pary yakoï pry nahrivannya rozshyryuyutʹsya i, dolayuchy pruzhnistʹ stinok, podovzhuyutʹ sklyanku i peremishchayutʹ klapan.
Pry temperaturi okholodzhuyuchoï ridyny nyzhche 65 - 68 ° S klapan termostata zakrytyy̆ i okholodzhuyucha ridyna Tsyrkulyuye po malomu kolu: nasos - sorochka okholodzhennya-termostat - nasos (rys. 19, a), mynayuchy radiator.
U miru nahrivannya ridyny klapan termostata pochynaye vidkryvatysya, i ridyna, prodovzhuyuchy tsyrkulyuvaty po malomu kolu, odnochasno nadkhodytʹ u radiator. Pry povnomu vidkrytti klapana, yakshcho temperatura ridyny blyzʹko 80-85 ° S, otvory v stinkakh korpusu perekryvayutʹsya, i ridyna tsyrkulyuye po velykomu kolu, nasos - sorochka okholodzhennya - radiator - nasos (rys. 19, b).
U zymovyy̆ chas termostat pidvyshchuye nebezpeku zamerzannya vody v radiatori nezabarom pislya pusku kholodnoho dvyhuna, tak yak voda tsyrkulyuye povilʹno, tilʹky po malomu koli.

На рисунку 4 наведено радіатор охолоджування і опис його складових.

Рисунок 4 – Радіатор охолоджування

1 – верхній бачок; 2 – трубки; 3 – пластина; 4 – нижній бачок; 5 – зливний кран; 6 – нижній патрубок; 7 – верхній патрубок; 8 – прокладки; 9 – заливна горловина; 10 – пробка.

Радіатор охолоджує рідину, інтенсивно передаючи повітрю тепло, відібране рідиною від стінок циліндрів.

Він складається з верхнього і нижнього бачків, трубок, пластин, зливного крана, верхнього та нижнього патрубків, заливної горловини, паровідвідної трубки і пробки з прокладками. Верхній і нижній бачки радіатора найчастіше робляться з латуні і з'єднуються між собою латунними трубками, кінці яких впаюють в бачки. До цих трубок для збільшення поверхні охолодження припаюються тонкі горизонтальні охолоджуючі пластини.

Горловина радіатора закривається пробкою (рисунку 5), що має кришку, паровий клапан з ущільнюючою шайбою, пружину і повітряний клапан з пружиною.
Прослушать

Рисунок 5 – Пробка заливної горловини радіатора

1 – ущільнююча шайба; 2 – паровий клапан; 3 – кришка; 4 – повітряний клапан; 5 – пружина парового клапана; 6 – пружина повітряного клапана.

Паровий і повітряний клапани обмежують внутрішній тиск в системі охолоджування і підтримують його на 0,28-0,38 кг/см2 вище атмосферного, створюючи цим можливість підвищити температуру кипіння в системі понад 100 ° С і зменшити втрату води внаслідок випаровування. При підвищенні тиску в системі охолоджування паровий клапан автоматично відкривається, чим запобігає здуттю і розриву бачків і трубок радіатора

Вентилятор (20, рисунок 1), маючи чотири-шість лопат, створює і підсилює повітряний потік. Лопаті укріплені на маточині під деяким кутом до площини обертання, що забезпечує тягу потоку повітря під час роботи вентилятора. Маточина вентилятора монтується на кінці валика водяного насосу або на валу, що обертається в спеціальному кронштейні на передній стінці блоку. Вентилятор обертається за допомогою клиновидного ременя від шківа колінчастого вала.

На рисунку 6 наведено схему повітряного охолоджування двигуна.

Сорочка циліндра вільно обдувається повітрям, тим самим забираючи більшу частину тепла двигуна. Вона є найпростішою, тому що не вимагає складних деталей і систем управління. Недолік системи полягає в малій теплоємності повітря, що не дозволяє рівномірно відводити від двигуна тепло і, відповідно, створювати компактні потужні силові установки.

Рисунок 6 – Схема системи повітряного охолоджування:

1 – ремінь приводу вентилятора; 2 – вентилятор; 3 – кожух; 4 – ребра охолоджування циліндрів; 5 – циліндр; 6 – регулююча заслінка.Прослушать

а) – моноблок двигуна повітряного охолоджування;

б) – складний циліндр повітряного охолоджуваня (циліндр – чавунний; ребра охолоджування – з високо теплопровідного матеріалу).

Прикладом двигуна з повітряним охолоджуванням може служити двигун автомобіля ЗАЗ-968. Вважалось, що повітряне охолоджування є досить практичним в суворих зимових умовах (при низьких температурах немає ризику замерзання охолоджувальної рідини на стоянці). Однак така конструкція системи охолодження зумовила виникнення проблеми перегріву в жарку погоду, яка особливо посилювалася в процесі зносу двигуна, коли його ребра покривалося шаром мастила і прилипанням до нього пилу. Слід зазначити, що на автомобілях ЛуАЗ-969, де той же двигун працював з більшим навантаженням, але краще обдувався набігаючим потоком повітря, його перегрів спостерігався рідкоПрослушать.