Общее устройство и работа системы охлаждения

Система охлаждения представляет собой совокупность агрега­тов, устройств и механизмов, поддерживающих температуру дета­лей двигателя, соприкасающихся с горячими газами, в допусти­мых пределах. Количество отводимой от деталей двигателя тепло­ты зависит от мощности, скоростного и нагрузочного режимов.

Излишний отвод теплоты не должен приводить к переохлажде­нию, а недостаточный — перегреву двигателя, так как это ухудша­ет его работу. Состояние теплового режима двигателя зависит от многих факторов, а именно: атмосферной температуры, работы отдельных механизмов и систем, которые могут оказывать влия­ние на перегрев и переохлаждение двигателя, а следовательно, на его работу, мощность, экономичность и износ деталей.

Перегрев двигателя.Такое явление может быть вызвано следу­ющими причинами:

• недостаток охлаждающей жидкости в системе охлаждения;

• накопление шлама внутри системы охлаждения;

• слабое натяжение ремней вентилятора и водяного насоса;

• поломка крыльчатки водяного насоса;

• работа двигателя на бедной или богатой рабочей смеси, не соответствующей режиму работы двигателя;

• неправильно установленное зажигание;

• неполностью открытые жалюзи в летнее время;

• притормаживание из-за неправильно отрегулированных тор­мозов;

• неумелое вождение автомобиля.

При перегреве двигателя сильно разжижается моторное масло. Оно теряет вязкость, плохо удерживается на трущихся поверхнос­тях, в результате чего увеличивается их износ. Стекающее со стенок цилиндров масло ухудшает уплотнение поршня в цилиндре, из-за чего не только увеличивается износ деталей поршневой группы, но и возрастает прорыв газов в картер двигателя. Пары бензина, попа­дая в более холодный картер, конденсируются и, выпадая в масло, разжижают его. При рабочем ходе в картер прорывается большое количество отработавших газов, содержащих копоть, которая также выпадает в масло, загрязняя его. Такое масло требует более тща­тельной очистки, быстрее стареет, его необходимо чаще менять. Прорыв горючей смеси увеличивает непроизводительный расход бензина, снижает величину давления газов на днище поршня, вы­зывая снижение мощности. Поступающая в цилиндр горючая смесь перегрета, сильно расширена, что уменьшает весовой заряд цилин­дра. Таким образом, работа двигателя с перегревом вызывает увели­ченный износ деталей, падение мощности и перерасход топлива.

Переохлаждение двигателя.В основном переохлаждение двигате­ля происходит из-за низкой наружной температуры. У переохлаж­денного двигателя масло густое, вязкое. Оно плохо продавливается в узкие зазоры, и трущиеся поверхности работают почти без смазки, что увеличивает их износ. Горючая смесь, поступающая в цилиндры, недостаточно прогревается, часть бензина, не успевая испариться, поступает в цилиндр в жидком виде, выпадает на днище поршня, а затем стекает по стенкам цилиндров в картер двигателя, смывая мас­ло, оголяя цилиндры и поршни. Это способствует интенсивному из­нашиванию цилиндропоршневой группы. Уменьшение слоя масла на зеркале цилиндров ухудшает уплотнение и приводит к увеличе­нию прорыва газов в картер двигателя. При такте сжатия увеличива­ется прорыв в картер горючей смеси, которая конденсируется и раз­жижает масло. При рабочем ходе увеличивается прорыв в картер от­работавших газов, загрязняющих масло копотью. Загрязненное ко­потью и разжиженное бензином масло требует более тщательной очи­стки, быстрее стареет, его необходимо чаще менять. Часть бензина не успевает испариться и стекает в картер двигателя, к тому же увеличивается прорыв горючей смеси из камер сгорания в картер. Та­ким образом, это топливо не участвует в горении, что приводит к уменьшению давления на днище поршня при рабочем ходе и потере мощности двигателя.

Итак, при работе двигателя с недостаточным нагревом наблюда­ется перерасход топлива, резко увеличивается износ цилиндропоршневой группы, подшипников коленчатого и распределительного ва­лов, значительно снижается мощность двигателя.

Оценка воздушной и жидкостной систем охлаждения.В воздуш­ной системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания (двига­тель автомобиля «Запорожец») теплота от стенок цилиндров и го­ловок блока передается воздуху, обдувающему двигатель, и выво­дится в атмосферу. В системе жидкостного охлаждения теплота, отводимая от двигателя, передается жидкости, прокачиваемой че­рез двигатель, и затем от жидкости воздуху, после чего теплота рассеивается в окружающей среде. Обе системы охлаждения спо­собны обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя.

Основным преимуществом воздушной системы охлаждения явля­ется отсутствие водяной рубашки, водяного насоса и радиатора. Та­ким образом, воздушная система охлаждения проще в устройстве, ее эксплуатационная надежность выше. Двигатели с воздушным охлаж­дением быстрее прогреваются после пуска, что способствует сниже­нию износа цилиндров и поршневых колец. Однако воздушная сис­тема охлаждения не обеспечивает равномерного охлаждения всех цилиндров, более сложен прогрев двигателя перед запуском.

Преимуществом жидкостной системы является более равномер­ное охлаждение цилиндров. Эти двигатели изготавливаются с бло­ком цилиндров, что обеспечивает повышенную жесткость. У дви­гателей с воздушным охлаждением для лучшего отвода теплоты от цилиндров между ними делают разрывы для прохода воздушного потока. Двигатели с жидкостным охлаждением работают тише, так как цилиндры изолированы рубашкой охлаждения.

Недостатком жидкостной системы является более сложное уст­ройство, большое количество приборов, расход дорогих цветных металлов, множество патрубков и резиновых шлангов, требующих герметичного соединения и регулярного наблюдения.

Закрытые и открытые системы охлаждения.Степень нагрева­ния цилиндров зависит от частоты повторяемости рабочих ходов в цилиндрах, которая очень высока и, в свою очередь, зависит от частоты вращения коленчатого вала. Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем сильнее нагревается верхняя часть цилинд­ров, особенно камеры сгорания. Это приводит к закипанию ох­лаждающей жидкости вокруг верхней части цилиндров и камер сгорания и образованию парового облака. Паровое облако препят­ствует прохождению охлаждающей жидкости к стенкам камер сго­рания, которые начинают перегреваться.

В открытой системе охлаждения вода закипает при 100 "С, а в закрытой системе за счет повышения давления температура заки­пания охлаждающей жидкости повышается до 109... 115 "С. Теперь паровое облако вокруг цилиндров образуется значительно позднее. Наличие повышенного внутреннего давления в системе охлажде­ния будет способствовать продавливанию парового облака, и ох­лаждающая жидкость будет интенсивнее поступать к цилиндрам и охлаждать их.

Открытые системы охлаждения в двигателях не применяются из-за значительных потерь охлаждающей жидкости вследствие ес­тественного испарения и кипения при нагреве двигателя. Доли­вать воду необходимо чистую, мягкую, но при эксплуатации авто­мобиля соблюсти это условие не всегда удается. Добавление жест­кой воды приводит к выпариванию солей из воды и отложению их в виде накипи на стенках рубашек охлаждения. Применение гряз­ной воды приводит к накоплению шлама. Все это вызывает нару­шения работы двигателя. Кроме того, при работе в горных услови­ях закипание охлаждающей жидкости в открытой системе являет­ся одной из причин, снижающих надежность работы двигателя.

На современных двигателях применяются закрытые системы ох­лаждения. В такой системе охлаждения радиатор герметично за­крывается пробкой и не имеет свободного сообщения с атмосфе­рой. Система сообщается с атмосферой через два клапана, паро­вой и воздушный, расположенные в пробке радиатора или расши­рительного бачка. У двигателя «Волга» ГАЗ-31029 клапаны смон­тированы в пробке радиатора; в расширительном бачке также име­ется резиновый клапан, который, открываясь, при избыточном дав­лении выпускает пар, а при пониженном давлении пропускает воз­дух в расширительный бачок.

Компоненты системы охлаждения.В систему охлаждения вхо­дят следующие приборы и детали: радиатор, жалюзи, вентилятор, водяной насос, термостаты, рубашка охлаждения двигателя, пат­рубки, шланги, краники, датчики и указатели температуры охлаж­дающей жидкости, датчики сигнализатора аварийного перегрева охлаждающей жидкости, кожух вентилятора, расширительный ба­чок, ремни привода приборов охлаждения. На многих моделях дви­гателей вентилятор приводится в работу от электродвигателя. У дизелей вентилятор приводится в работу гидромуфтой.

Радиатор

Радиатор предназначен для охлаждения воды или низкозамерзающих жидкостей.

На автомобилях ЗИЛ-433100, ГАЗ-3307, ЗИЛ-5301, «Волга» ГАЗ-31029 и некоторых других радиатор имеет верхнийи нижнийбачки, между которыми находится сердцевина радиатора, изго­товленная из плоских трубок, припаянных к обоим бачкам. Для увеличения площади охлаждения между рядами трубок вставлена гофрированная латунная лента.

В верхнем бачке имеется патрубок для соединения при помощи промежуточного патрубка и гибкого шлангас отводящим пат­рубкомрубашки охлаждения. Для заполнения системы охлаждающей жидкостью имеется горловина, герметично закрываемая пробкой. Это необходимо для создания повышенного давления внутри рубашки охлаждения, но чрезмерно повышать давление нельзя для предотвращения разрыва трубок. Для ограничения вы­сокого давления в пробке имеется паровой (выпускной) клапанс пружиной. Клапан имеет прокладкудля обеспечения плот­ности посадки на гнездо. Максимальное давление ограничивается в системах охлаждения ЗИЛ-433100 и -5301 величиной 0,065 МПа (0,65 кгс/см²), «Волга» ГАЗ-31029 - 0,045...0,060 МПа (0,45... 0,6 кгс/см²). Если давление внутри системы охлаждения превысит эти величины, клапан открывается и часть пара через пароотводящую трубку выходит в атмосферу. Когда двигатель охлаждается, то в результате уменьшения объема охлаждающей жидкости внут­ри радиатора появляется разрежение, что может привести к сжа­тию трубок атмосферным воздухом. Для ликвидации разрежения в системе в пробке радиатора имеется воздушный клапанс пру­жиной. На клапане имеется прокладка, которая прижимает­ся к седлу. Клапан открывается при появлении разрежения в верхнем бачке радиатора у вышеперечисленных двигателей в пре­делах 0,001 МПа (0,01 кгс/см²). В нижнем бачке радиатора имеют­ся патрубок для соединения при помощи гибкого шланга с пат­рубком водяного насоса и кран для слива охлаждающей жидко­сти. К верхнему и нижнему бачкам прикреплены боковые стойки, соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластина образуют каркас радиатора.

Для регулирования потока воздуха через сердцевину радиатора служат жалюзи, своим каркасом крепящиеся к радиатору. Управ­ляют ими при помощи тяги и рукоятки , находящейся в кабине водителя. Если рукоятку переместить вперед до отказа, створки жалюзи откроются полностью, и через сердцевину радиатора будет проходить максимальное количество воздуха; а если рукоятку пере­местить назад до отказа, то створки закроются и обдув сердцевины радиатора прекратится. Для поддержания определенного темпера­турного режима двигателя рукоятку можно установить в любом про­межуточном положении с помощью специального фиксатора. Для увеличения воздушного потока через сердцевину радиатора венти­лятор устанавливают в направляющем кожухе.

На автомобилях ВАЗ-2120, -2111, -2112, -1111, -11113, «ГАЗель» трубки сердцевины радиатора располагаются горизонтально. Сер­дцевина радиаторов «ГАЗели» трубчато-ленточная с боковыми пла­стмассовыми бачками. Бачки соединены с остовом радиатора че­рез резиновую уплотнительную прокладку путем обжима опорной пластины по фланцу пластмассовых бачков. На бачках и верхней пластине остова радиатора имеются кронштейны для крепления радиатора к оперению кабины автомобиля. На правом бачке (по ходу автомобиля) имеется патрубок для соединения с корпусом термостата, а через него с рубашкой охлаждения двигателя. В ниж­ней части левого бачка имеется патрубок для соединения при по­мощи гибких шлангов с патрубком водяного насоса. На этом же бачке внизу имеется отверстие для слива охлаждающей жидкости, закрываемое пробкой.

Двигатели автомобилей ВАЗ-2110, -2111,-2112,-1111 и -11113 оборудованы радиаторами с трубчато-пластинчатыми сердцевина­ми из алюминиевого сплава и с пластмассовыми бачками. Радиа­тор двухходовой, с перегородкой в левом по ходу автомобиля бач­ке. На левом же бачке в верхней части имеется патрубок, к кото­рому подсоединен гибкий шланг для отвода горячей воды в ради­атор из рубашки охлаждения двигателя. Здесь же есть патрубок меньшего диаметра, который соединяется гибким шлангом с рас­ширительным бачком и служит для отвода пара. В нижней части левого бачка имеется патрубок для подсоединения гибкого шлан­га, который через корпус термостата и шланг соединяется с пат­рубком водяного насоса.

На правом бачке радиатора установлен датчик включения электровентилятора; в нижней части этого бачка имеется патрубок для слива охлаждающей жидкости, закрытый пробкой.

Сердцевина радиатора закрывается кожухом, который служит для усиления воздушного потока. Вентилятор установлен на оси электродвигателя.