Система охлаждения
Система охлаждения служит для поддержания оптимального
теплового режима двигателя за счет регулируемого отвода
тепла от наиболее теплонагруженных деталей в результате
соприкосновения их с горячими газами или трения.
При перегреве двигателя уменьшается его мощность,
увеличивается расход топлива. Чрезмерный перегрев двигателя
вызывает выгорание смазки, при этом резко возрастает
износ трущихся поверхностей деталей. Происходят
задир и выплавление вкладышей подшипников, разрушение
поверхности шеек коленчатого вала, заклинивание поршня.
Кроме того, в карбюраторном двигателе могут возникнуть
детонирующие удары. Все это выводит двигатель
из строя.
С другой стороны, переохлаждение двигателя также нежелательно.
Увеличиваются потери мощности двигателя
на преодоление возросшего трения из-за более густой смазки.
Рабочая смесь, конденсируясь, смывает пленку масла
со стенок цилиндров и увеличивает износ деталей поршневой
группы. Увеличивается коррозионный износ зеркала
цилиндров в результате образования серных и сернистых
соединений. И, как следствие, наблюдаются ухудшение топливной
экономичности и значительное снижение срока
службы двигателя.
В автомобильных двигателях чаще применяют жидкостную
и реже воздушную системы охлаждения.
При воздушной системе охлаждения передача
тепла от двигателя происходит непосредственно в атмосферу.
Необходимая интенсивность охлаждения достигается с
помощью охлаждающих ребер цилиндров и их головок,
вентилятора и дефлектора. Система удобна в эксплуатации,
имеет небольшую массу и обеспечивает быстрый прогрев
двигателя после пуска.
Однако система воздушного охлаждения имеет существенные
недостатки: плохая равномерность отвода тепла по
высоте цилиндра, большие потери мощности двигателя на
привод вентилятора, шумность работы.
В автомобильных двигателях наиболее часто применяют
систему жидкостного охлаждения с принудительной циркуляцией
жидкости. В качестве охлаждающей жидкости применяют
воду или низкозамерзающие жидкости — антифризы,
водный раствор этиленглюколя («Тосол»).
Поток циркулирующей жидкости направляется в первую
очередь к наиболее нагретым деталям двигателя: стенкам
камеры сгорания, свечам зажигания, выпускным клапанам,
цилиндрам двигателя. Теплота от нагревающихся деталей
передается через стенки агрегатов двигателя охлаждающей
жидкости, а от нее также через наружные стенки агрегатов
системы охлаждения в атмосферу.
К системе жидкостного охлаждения относятся:
• полость (рубашка) охлаждения блока и головки цилиндров;
• радиатор с жалюзями;
• вентилятор;
• водяной насос (помпа);
• термостат;
• датчики температуры охлаждающей жидкости;
• водораспределительная труба;
• патрубки и шланги с деталями крепления;
• расширительный (компенсационный) бачок;
• сливные краники;
• отопитель кабины водителя (салона);
• предпусковой подогреватель.
Охлаждающая жидкость циркулирует в полости (рубашке)
блока и головки цилиндров, омывая гильзы цилиндров
и стенки камеры сгорания. Затем, омывая приливы клапанов,
охлаждает их и поступает в полость подогрева впускного
коллектора. Далее через верхний патрубок охлаждающая
жидкость попадает в верхний бачок радиатора, где охлаждается
потоком воздуха, перетекая по трубкам в нижний
бачок радиатора, и через патрубок и шланг поступает к
водяному насосу. Водяной насос обеспечивает принудительную
циркуляцию охлаждающей жидкости. Он приводится
в действие от коленчатого вала приводным ремнем.
Интенсивность охлаждения жидкости регулируется термостатом,
который в зависимости от температуры жидкости
пускает ее по большому или малому контуру охлаждения,
а также отключением и включением вентилятора.
Заправляется система охлаждающей жидкостью через
заливную горловину расширительного бачка. Сливается
жидкость из системы через сливной кран и краны дополнительного
оборудования автомобиля.
Система жидкостного охлаждения в современных автомобилях
— закрытого типа, то есть она сообщается с атмосферой
через паровоздушный клапан, что обеспечивает
повышение температуры кипения жидкости и уменьшает
ее испарение.
По сравнению с воздушной системой охлаждения жидкостная
система лучше регулируется, равномернее охлаждает
детали двигателя, расходует гораздо меньше мощности
на привод водяного насоса и вентилятора, бесшумна в
работе. Однако эта система дороже воздушной и уязвима в
эксплуатации.
Систему жидкостного охлаждения используют также
для охлаждения компрессора пневматической тормозной
системы.
Радиатор предназначен для охлаждения жидкости,
отводящей теплоту от деталей двигателя. Охлажде
ние жидкости происходит в сердцевине радиатора, набранной
из медных, латунных или алюминиевых трубок, на которых
имеются охлаждающие ребра, изготовленные из латуни
или стали. Сердцевина соединяет между собой верхний
и нижний бачки радиатора. Поток воздуха, обдувающий
сердцевину радиатора, регулируется положением створок
жалюзи, а также в современных моделях автомобилей отключением
и включением вентилятора через температурный
датчик охлаждающей жидкости. Заливная горловина
верхнего бачка радиатора закрыта пробкой с паровоздушным
клапаном. При перегреве охлаждающей жидкости и
повышении давления паров жидкости выше расчетного
клапан автоматически открывается.
Расширительный бачок соединен патрубком с верхним
бачком радиатора и предназначен для компенсации изменения
объема низкозамерзающей охлаждающей жидкости («Тосол
») при работе двигателя и после его остановки. Пробка
бачка имеет паровоздушный клапан.
Жалюзи предназначены для регулирования обдува радиатора
встречным потоком воздуха. Жалюзи состоят из отдельных
пластин. Для управления их положением из кабины
водителя имеется привод.
Водяной насос центробежного типа обеспечивает
принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения.
Насос устанавливается в передней части блока цилиндров
и состоит из улиткообразного силуминового корпуса,
вала с крыльчаткой и самоуплотняющегося сальника.
Вращающаяся крыльчатка создает центробежные силы, под
действием которых жидкость от центра корпуса насоса отбрасывается
к его наружным стенкам. Вытеканию жидкости
по разъему между корпусом насоса и блоком цилиндров
препятствует резиновая прокладка, а по валу — самоуплотняющийся
сальник, состоящий из резиновой манжеты, стальной
обоймы и текстолитовой упорной шайбы.
Вентилятор обеспечивает обдув вентилятора и
двигателя за счет усиления движения потока воздуха через
сердцевину радиатора. Вентилятор имеет несколько лопастей,
изготовленных из стали или пластмассы, имеющих
специальную форму для снижения затрат на его привод. Для
улучшения обдува двигателя может быть установлен на радиаторе
направляющий кожух.
Обычно вентилятор монтируется на одном валу с водяным
насосом и приводится в движение от коленчатого вала
через ременную передачу. В привод могут быть включены
электромагнитная муфта или гидромуфта. Гидромуфта обеспечивает
плавную передачу вращения от коленчатого вала
вентилятору. Частота вращения вентилятора зависит от количества
масла, поступающего в гидромуфту из системы
смазки, которое регулируется перемещением золотника включателя.
В современных автомобилях все чаще используется
автономный привод вентилятора от специального электродвигателя.
Этот вентилятор автоматически включается при
достижении охлаждающей жидкостью температуры 75°—
85°С.
Термостат автоматически поддерживает тепловой режим
двигателя, направляя движение жидкости по малому или
большому контуру охлаждения. Его устанавливают в полости
впускного патрубка или на выходе жидкости из рубашек
охлаждения головок цилиндров.
Термостаты могут быть с жидким или твердым
наполнителем. Внутрь гофрированного латунного цилиндра
налита жидкость, температура кипения которой 70°—75°С.
В баллоне термостата с твердым наполнителем — церезин
(нефтяной воск) с температурой плавления 70°—83°С.
Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт
и жидкость циркулирует, минуя радиатор, по малому контуру
охлаждения: полость охлаждения — термостат — перепускной
шланг — водяной насос — полость охлаждения , что ускоряет прогрев двигателя. По мере нагрева
охлаждающей жидкости наполнитель термостата нагревается
и расширяется, и в конечном итоге открывается
клапан. Жидкость начинает циркулировать по
большому кругу охлаждения: водяной насос — полость
охлаждения — термостат — верхний бачок радиатора — сердцевина
— нижний бачок радиатора — насос — полость
охлаждения.
С понижением температуры охлаждающей жидкости
гофрированная поверхность цилиндра термостата сжимается
и клапан закрывается. В термостатах с твердым наполнителем
имеется дополнительная пружина, обеспечивающая
возвращение клапанов в закрытое положение при снижении
температуры охлаждающей жидкости и соответствующем
уменьшении объема наполнителя баллона термостата.
Датчики контрольно-измерительных приборов размещают
в головке цилиндров, верхнем бачке радиатора и рубашке
охлаждения верхнего патрубка. Сигнальные указатели и
лампы на щитке приборов служат для контроля температуры
охлаждающей жидкости в системе.
Предпусковой подогреватель предназначен для
облегчения пуска двигателя при низких температурах окружающей среды и способствует значительному уменьшению
износа деталей поршневой группы.
Подогреватель состоит из:
• котла с направляющим патрубком;
• системы электроискрового зажигания;
• топливного бачка;
• электровентилятора;
• электромагнитного запорного клапана;
• пульта управления;
• наливной воронки
• патрубков, соединительных трубок и шлангов;
• сливного крана.
Котел предпускового подогревателя постоянно соединен
с системой охлаждения двигателя. Топливный бочок заполняют
топливом, соответствующим типу двигателя (бензин
или дизельное топливо). Топливо самотеком поступает в
камеру сгорания котла через электромагнитный запорный
клапан. Воздух, необходимый для поддержания горения топлива,
подается электровентилятором. Первоначальное зажигание
топливной смеси осуществляется свечой накаливания,
дальнейшее горение — от ранее зажженного факела пламени.
Горячие газы нагревают воздух в котле, а затем направляются
через патрубок на поддон картера двигателя для подогрева
моторного масла. Вследствие конвекции горячая вода
поступает в рубашку охлаждения двигателя, а холодная вытесняется
в котел.
В автомобилях с дизельным двигателем предпусковой
подогреватель используют при температуре ниже –25°С. При
более высокой температуре применяют Система охлаждения
устройство, включающее в себя факельные свечи накаливания,
в которых топливо испаряется. Пары топлива смешиваются
с воздухом и воспламеняются. Так как факельные
свечи установлены во впускных коллекторах, факел горящего
топлива подогревает поступающий в коллекторы
воздух и этим облегчает пуск холодного двигателя. После
пуска при необходимости водитель может некоторое время
поддерживать горение факела, держа включенной кнопку
электрофакельного устройства.
Отопителъ кабины водителя грузового автомобиля
или салона автобуса и легкового автомобиля действует
по принципу использования тепла охлаждающей жидкости
двигателя. Системы жидкостного отопления выполняются
по одинаковой принципиальной схеме для всех видов автомобилей.
Радиатор отопителя соединен с рубашкой охлаждения
блока цилиндров (головкой цилиндров) через запорный кран.
Воздух, нагретый от радиатора, подается в воздухораспределительный
канал и далее через шланги к патрубкам, размещенным
у ног водителя, лобового стекла и в других местах,
нуждающихся в отоплении. Регулировка поступления
воздуха в радиатор отопителя осуществляется заслонкой,
которая имеет три положения. Первое положение направляет
воздух в отопитель только из кабины (салона), второе —
из вентиляционного канала в отопитель, третье — только в
кабину с забором воздуха снаружи.