Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:
В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.
На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.
Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.
Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.
Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.
Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.
Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.
Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой . Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.
Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.
На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.
Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:
- механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя );
- электрический (управляемый электродвигатель );
- гидравлический (гидромуфта ).
Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.
Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.
Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.
Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.
В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.
Принцип работы системы охлаждения
Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.
Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).
В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.
По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.
После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.
На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения , в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.
Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.
Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.
Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.
С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.
История системы охлаждения двигателя
Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.
Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.
Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.
Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.
В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.
Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.
Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.
Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.
В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:
- Fiat 500,
- Citroën 2CV,
- Фольксваген Жук.
В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.
Как работает жидкостная система охлаждения двигателя
Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.
Устройство
Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:
- Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
- Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
- Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
- Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
- Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
- Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.
Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.
Принцип работы
В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.
Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.
Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.
Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.
Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.
Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.
Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.
Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения
Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.
Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.
Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.
Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.
Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.
Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.
Частые неисправности системы
Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.
Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:
- Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
- Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
- Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
- Потеря эластичности в результате высоких температур.
- Механическое повреждение.
Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.
Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.
Итоги
Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.
Нормальное функционирование силовой установки автомобиля возможно только при определенном температурном режиме. Для большинства авто оптимальный диапазон температуры составляет 80-90 град. С. При более низком показателе ухудшается смесеобразование в цилиндрах, а высокая температура приводит к расширению металла, что может стать причиной заклинивания узлов.
Общее устройство системы охлаждения
Чтобы температура силовой установки была в оптимальном диапазоне, в конструкцию мотора включена система охлаждения. Именно благодаря ей обеспечивается отвод тепла от самых разогреваемых элементов — цилиндров.
Виды систем охлаждения
Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.
Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки
Устройство воздушной системы охлаждения двигателя
В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.
Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.
На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:
- невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
- чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
- во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
- невозможно организовать обогрев салона.
Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).
Видео: Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы
Устройство, конструкция, принцип работы
Жидкостная система охлаждения
Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.
В ее состав входит:
- Рубашка охлаждения
- Водяной насос
- Термостат
- Радиаторы
- Соединяющие патрубки
- Вентилятор
При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – , при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.
1. Рубашка охлаждения
Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.
2. Помпа
Так выглядит водяная помпа
В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.
Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.
3. Радиатор
При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть . Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен .
Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними. Чтобы , радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь). Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.
Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.
Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и . Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.
Видео: Перегрев двигателя. Последствия перегрева.
4. Термостат
Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.
Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.
Устройство и принцип работы термостата
Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.
Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).
Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.
Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.
5. Вентилятор, датчики
Принцип работы вентилятора системы охлаждения
Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.
Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.
Дополнительно в конструкцию входит также температурный , который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».
Основные неисправности системы охлаждения
Неисправностей у системы охлаждения двигателя не так уж и много, но последствия от них могут быть очень серьезными. Основными из них являются:
- Утечка охлаждающей жидкости;
- Неисправность насоса, термостата;
- Повреждение проводки датчиков.
Видео: Все причины перегрева и кипения двигателя. Устранение причин перегрева двигателя ВАЗ НИВА
Утечка жидкости может произойти из-за пробоя рубашки охлаждения, прокладки ГБЦ, резиновых патрубков, радиатора или же из-за ненадежного крепления мест соединения.
Выявить эту неисправность несложно, поскольку в результате утечки под авто будет образовываться лужа из охлаждающей жидкости. Если своевременно не устранить течь, то большая часть охлаждающей жидкости может вытечь, и система уже не сможет поддерживать температурный режим.
Поломка насоса зачастую связана . Сопровождается это следами подтеков со стороны привода, повышенным шумом при работе мотора, неравномерным износом приводного ремня.
Если своевременно не заменить насос, то существует вероятность, что он заклинит и порвет приводной ремень, а это уже чревато достаточно серьезными проблемами, поскольку зачастую этим ремнем приводится в работу и ГРМ.
Проблема с термостатом обычно связана с тем, что он заклинивает в каком-то одном положении. Из-за этого перевод жидкости между кольцами не осуществляется, она движется либо только по малому, либо по большому кругу.
Повреждение же проводки или датчиков приводит к тому, что показания на приборную панель не передаются или не соответствуют действительности, а вентилятор не включается в требуемый момент или же работает постоянно, из-за чего нарушается температурный режим.
На рисунке показана жидкостная система охлаждения карбюраторного V-образного двигателя. Каждый ряд блока имеет обособленную водяную рубашку. Нагнетаемая вода водяным насосом 5 разделяется на два потока - в распределительные каналы и далее в водяную рубашку своего ряда блока, а из них - в рубашки головок цилиндров.
Рис. Система охлаждения двигателя ЗМЗ-53: а - устройство; б - сердцевина; в - жалюзи; 1 - радиатор; 2 - датчик сигнализатора перегрева жидкости; 3 - пробка радиатора; 4 - кожух; 5 - водяной насос; 6 - перепускной шланг; 7 и 12 - соответственно отводящий и подводящий шланги; 8 - термостат; 9 - датчик температуры жидкости; 10 - штуцер сливного краника; 11 - рубашка охлаждения; 13 - ремень вентилятора; 14 - сливной краник; 15 - вентилятор; 16 - жалюзи; 17 - вентилятор отопителя; 18 - отопитель кабины; 19 - пластина жалюзи; 20 - тросик
При работе системы охлаждения значительное количество жидкости подается к наиболее нагретым местам - патрубкам выпускных клапанов и гнездам искровых свечей зажигания. У карбюраторных двигателей вода из рубашек головок цилиндров предварительно проходит через водяную рубашку впускной трубы, омывает стенки и нагревает смесь, поступающую из карбюратора по внутренним каналам трубы. При этом улучшается испарение бензина.
Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.
В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число мелких струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.
Верхний и нижний баки шлангами 7 и 12 соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижем баке предусмотрен краник 14 для слива воды из радиатора. Для ее спуска из водяной рубашки в нижней части блока цилиндров также имеются краники (с обеих сторон).
В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую пробкой 3.
К отопителю кабины 18 горячая вода поступает от водяной рубашки головки блока и отводится трубой к водяному насосу. Количество воды, поступающей к отопителю (или температура в кабине водителя), регулируется краном.
В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя - с помощью жалюзи 16 и термостата 8. Жалюзи состоят из набора пластин 19, которые шарнирно закреплены в планке. В свою очередь, планка тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи. Рукоятка размещена в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.
Водяной насос и вентилятор объединены в одном корпусе, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках установлен валик 4. На его переднем конце с помощью ступицы закреплен шкив 2. К его торцу привернута крестовина, к которой приклепана крыльчатка 1 вентилятора. При работе двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень. Лопасти крыльчатки 1, расположенные под углом к плоскости вращения, забирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сердцевину радиатора, отнимая у него теплоту.
На заднем конце валика 4 жестко посажена крыльчатка 5 центробежного водяного насоса, который представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 8 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7 и через прилив подается в водяную рубашку двигателя.
Рис. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-508: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - шкив; 3 - подшипник; 4 - валик; 5 - крыльчатка насоса; 6 - прокладка; 7 - корпус насоса; 8 - подводящий патрубок; 9 - корпус подшипников; 10 - манжета; 11 - уплотняющая шайба; 12 - обойма сальникового уплотнения
На заднем конце валика 4 также предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. Оно состоит из текстолитовой уплотняющей шайбы 11, резиновой манжеты 10 и пружины, которая прижимает шайбу к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 12.
На двигателе автомобиля КамАЗ вентилятор расположен отдельно от водяного насоса и приводится в действие через гидравлическую муфту. Гидромуфта (рис. а) включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью. В кожухе помещены два (с поперечными лопастями) сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.
Принцип работы гидромуфты основан на действии центробежной силы жидкости. Если быстро вращать сферический сосуд Д (насосный), заполненный рабочей жидкостью, то под действием центробежной силы жидкость скользит по криволинейной поверхности этого сосуда и попадает во второй сосуд Г (турбинный), заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость снова попадает в первый сосуд, разгоняется в нем, и процесс повторяется. Таким образом, передается вращение с ведущего вала А, соединенного с одним сосудом Д, на ведомый вал Б, соединенный жестко с другим сосудом Г. Этот принцип гидродинамической передачи используется в технике при конструировании различных механизмов.
Рис. Гидромуфта: а - принцип действия; б - устройство; 1 — крышка блока цилиндров; 2 - корпус; 3 - кожух; 4 - валик привода: 5 - шкив; 6 - ступииа вентилятора; А - ведуши вал; Б — ведомый вал; В - кожух; Г, Д - сосуды; Т - турбинное колесо; Н - насосное колесо
Гидромуфта размещена в полости, образованной передней крышкой 1 блока цилиндров и корпусом 2, соединенных винтами. Гидромуфта состоит из кожуха 3, насосного Н и турбинного Г колес, ведущего А и ведомого Б валов. Кожух соединен через ведущий вал А с коленчатым валом с помощью валика привода 4. С другой стороны кожух 3 соединен с насосным колесом и шкивом 5 привода генератора и водяного насоса. Ведомый вал Б опирается на два шариковых подшипника и соединен одним концом с турбинным колесом, а другим - со ступицей 6 вентилятора.
Вентилятор двигателя расположен соосно с коленчатым валом, передний конец которого соединен шлицевым валом с ведущим валиком 4 привода гидромуфты. Поворотом рычага включателя гидромуфты можно задать один из требуемых режимов работы вентилятора: «П» - вентилятор включен постоянно, «А» - вентилятор включается автоматически, «О» - вентилятор отключен (рабочая жидкость выпущена из кожуха). На режиме «П» допустима только кратковременная работа.
Автоматическое включение вентилятора происходит при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик. При температуре охлаждающей жидкости 85 °С клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и рабочая жидкость - моторное масло - поступает в рабочую полость гидромуфты из главной магистрали смазочной системы двигателя.
Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования его теплового режима в заданных пределах. Он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.
На изучаемых двигателях применяют одноклапанные термостаты с твердым наполнителем - церезином (нефтяным воском). Термостат состоит из корпуса 2, внутри которого помещен медный баллон 9, заполненный активной массой 8, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Масса в баллоне плотно закрыта резиновой мембраной 7, на которой установлена направляющая втулка 6 с отверстием для резинового буфера 12. На последнем установлен шток 5, связанный рычагом 4 с клапаном. В исходном положении (на холодном двигателе) клапан плотно прижат к седлу (рис. б) корпуса 2 спиральной пружиной 1. Термостат установлен между патрубками 10 и 11, отводящими нагретую жидкость в верхний бак радиатора и водяной насос.
Рис. Термостат с поворотным (а-в) и простым (г) клапанами: а - устройство термостата с поворотным клапаном (карбюраторный двигатель ЗИЛ-508); б - клапан закрыт; в - клапан открыт; г - устройство термостата с простым клапаном (карбюраторный двигатель 3M3-53); 1 - спиральная пружина; 2 - корпус; 3 - клапан (заслонка); 4 - рычаг; 5 - шток; 6 - направляющая втулка; 7 - мембрана; 8 - активная масса; 9 - баллон; 10 и 11 - патрубки отвода жидкости в радиатор и водяной насос; 12 - резиновый буфер; 13 - клапан; 14 - пружина; 15 - седло корпуса; А - ход клапана
При температуре охлаждающей жидкости выше 75 °С активная масса Оплавится и расширяется, воздействуя через мембрану, буфер и шток 5 на рычаг 4, который, преодолевая силу пружины 1, начинает открывать клапан 3 (рис. в). Полностью клапан откроется при температуре охлаждающей жидкости 90 °С. В интервале температур 75…90 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и тем самым поддерживает нормальный температурный режим двигателя.
На рисунке г показан термостат с простым клапаном 13 в положении, когда он открыт полностью для прохода жидкости в радиатор, т.е. когда его ход равен расстоянию А. При температуре 90 °С, когда активная масса баллона расплавлена, клапан вместе с баллоном садится вниз, преодолевая сопротивление пружины 14. По мере остывания масса в баллоне сжимается и пружина поднимает клапан вверх. При температуре 75 °С клапан 13 прижимается к седлу 15 корпуса, закрывая выход жидкости в радиатор.
Рис. Паровоздушный клапан: а — открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан; 1 и 6 - соответственно паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 - пружины парового и воздушного клапанов; 3 - пароотводная трубка; 4 - пробка (крышка) наливной горловины радиатора
Паровоздушный клапан необходим для сообщения внутренней полости радиатора с атмосферой. Он смонтирован в пробке 4 наливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 6. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением пара паровой клапан открывается и его избыток выходит наружу.
Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор поступает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Посредством воздушного клапана вода сливается из системы охлаждения при закрытой крышке горловины. При этом трубки радиатора предохраняются от разрушения под влиянием атмосферного давления в процессе остывания двигателя.
Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть в головке цилиндров, в водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или в верхнем баке радиатора.
При сгорании топлива внутри цилиндра температура газов поднимается до 2000°С. Тепло расходуется на механическую работу, частично уносится с выхлопными газами, тратится на лучеиспускание и нагрев деталей двигателя. Если его не охлаждать, то он теряет мощность (ухудшается наполнение цилиндров рабочей смесью, возникает преждевременное самовоспламенение смеси и т. д.), усиливается изнашивание деталей (выгорает масло в зазорах) и возрастает вероятность поломки их в результате снижения механических свойств материалов.
Если же двигатель переохлажден, уменьшается количество тепла, переходящего в работу, топливо конденсируется на холодных стенках цилиндров, стекает в картер (масляный резервуар) и разжижает смазку, что также приводит к увеличению износа трущихся деталей и снижению мощности двигателя. Таким образом, поддержание определенного теплового режима двигателя является важным и обязательным делом. Поэтому все автомобильные двигатели имеют систему охлаждения.
Существуют жидкостные и воздушные системы охлаждения. Жидкостные системы охлаждения получили большее распространение, так как с их помощью создается более благоприятный тепловой режим для деталей двигателя возможность изготовления деталей двигателя из сравнительно недорогих материалов. Такие двигатели при при работе создают меньше шума за Счет наличия двойных стенок (рубашки) и слоя охлаждающей жидкости.
1 - радиатор отопителя |
21 - правый бачок радиатора |
|---|
Система охлаждения - жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией. Герметичность системы обеспечивается впускным и выпускным клапанами в пробке расширительного бачка. Выпускной клапан поддерживает повышенное (по сравнению с атмосферным) давление в системе на горячем двигателе (за счет этого температура кипения жидкости становится выше, уменьшаются паровые потери). Он открывается при давлении 1,1-1,5 кгс/см2. Впускной клапан открывается при понижении давления в системе относительно атмосферного на 0,03-0,13 кгс/см2 (на остывающем двигателе).
Тепловой режим работы двигателя поддерживается термостатом и электровентилятором радиатора. Последний включается датчиком, ввернутым в левый бачок радиатора (на двигателе ВАЗ-2110) или через реле по сигналу электронного блока управления двигателем (на двигателях ВАЗ-2111, -2112). Контакты датчика замыкаются при температуре 99±2°С, а размыкаются при температуре 94±2°С.
Для контроля температуры охлаждающей жидкости в головку блока цилиндров двигателя ввернут датчик, связанный с указателем температуры на приборной панели. В выпускном патрубке впрыскных двигателей (ВАЗ-2111, -2112) установлен дополнительный датчик температуры, выдающий информацию для электронного блока управления двигателем.
Насос охлаждающей жидкости - лопастной, центробежного типа, приводится от шкива коленчатого вала зубчатым ремнем привода газораспределительного механизма. Корпус насоса - алюминиевый. Валик вращается в двухрядном подшипнике с «пожизненным» запасом пластичной смазки. Наружное кольцо подшипника стопорится винтом. На передний конец валика напрессован зубчатый шкив, на задний - крыльчатка. К торцу крыльчатки прижато упорное кольцо из графитосодержащей композиции, под которым находится сальник. При выходе насоса из строя рекомендуется заменять его в сборе.
Перераспределением потоков жидкости управляет термостат. На холодном двигателе перепускной клапан термостата перекрывает патрубок, ведущий к радиатору, и жидкость циркулирует только по малому кругу (через байпасный патрубок термостата), минуя радиатор. На двигателе ВАЗ-2110 малый круг включает радиатор отопителя, впускной коллектор, блок подогрева карбюратора и жидкостную камеру полуавтоматического пускового устройства. На двигателях ВАЗ-2111, -2112 жидкость, кроме отопителя, подается к блоку подогрева дроссельного узла (подогрев впускного коллектора не предусмотрен).
При температуре 87±2°С перепускной клапан термостата начинает перемещаться, открывая основной патрубок; при этом часть жидкости циркулирует по большому кругу, через радиатор. При температуре около 102°С патрубок полностью открывается, и вся жидкость циркулирует по большому кругу. Ход основного клапана должен составлять не менее 8 мм.
Термостат двигателя ВАЗ-2112 имеет повышенное сопротивление байпасного клапана (дроссельное отверстие), за счет чего увеличивается поток жидкости через радиатор отопителя.
Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Он изготовлен из полупрозрачного полиэтилена, что позволяет визуально контролировать уровень жидкости. Бортовая система контроля также сообщает о падении уровня жидкости, для этого в крышке бачка предусмотрен датчик. С бачком также соединены две пароотводные трубки: одна - от радиатора отопителя, другая - от радиатора охлаждения двигателя.
Радиатор состоит из двух вертикальных пластмассовых бачков (левый - с перегородкой) и двух горизонтальных рядов круглых алюминиевых трубок с напрессованными охлаждающими пластинами. Для повышения эффективности охлаждения пластины штампуются с насечкой. Трубки соединены с бачками через резиновую прокладку. Жидкость подается через верхний патрубок, а отводится через нижний. Рядом с впускным патрубком расположен тонкий патрубок пароотводной трубки.
Емкость системы жидкостного охлаждения зависит от размеров и степени форсирования (например, степени сжатия) двигателя и в среднем составляет 0,2.,.0,3 л на лошадиную силу. Поэтому у легковых автомобилей она содержит до 8...12 л жидкости, у грузовых машин с бензиновым карбюраторным двигателем — до 30 л, а у грузовиков с дизельным двигателем — до 50 л. Антифриз, содержащий антикоррозийные и антивспенивающие добавки, а также добавки, исключающие образование накипи, марки тосол А-40 или А-65 имеет температуру загустения соответственно — 40 и — 65°С. При работе двигателя жидкость, омывающая его цилиндры и головку, нагревается и открывает автоматический клапан (термостат), расположенный в трубопроводе, соединяющем двигатель с радиатором. Насос, при-вводимый в действие от коленчатого вала, создает циркуляцию жидкости в системе. Горячая жидкость, проходя по трубкам радиатора, отдает тепло воздуху, подаваемому в него вентилятором. Интенсивность охлаждения двигателя можно менять, изменяя интенсивность циркуляции жидкости или интенсивность воздушного потока, проходящего через радиатор, в зависимости от температуры воздуха окружающей среды или условий движения (скорость, нагрузка и т.д.).