Доброго времени суток уважаемые посетители сайта Я-АВТОЛЮБИТЕЛЬ.

Система охлаждения двигателя предназначена для отвода тепла от деталей двигателя. Система охлаждения двигателя поддерживает постоянную рабочую температуру двигателя.

Классификация и назначение системы охлаждения двигателя

Во время работы двигателя в цилиндре происходит сгорание рабочей смеси, температура газов при этом достигает 1000 °С. При этом сильно нагреваются детали, имеющие непосредственный контакт с горячими газами. При чрезмерном нагревании снижается вязкость масла в системе смазки, вследствие чего ухудшаются его смазывающие свойства, повышаются потери на трении и износ трущихся поверхностей. Перегрев может вызвать значительное расширение поршня и заклинивание его в цилиндре, из-за перегрева так же может произойти коробление тарелок клапанов, сгорание их фасок, а так же заклинивание клапанов во втулках. Для избежания негативных воздействий высоких температур двигатель охлаждают, охлаждению подлежат следующие детали: головка цилиндров, стенки гильзы, поршни и кольца охлаждаются от цилиндра. Однако чрезмерное охлаждение двигателя также не желательно, при недостаточной температуре двигателя не полностью сгорает топливо, вызывая тем самым образование нагара на поверхностях поршня и стенках цилиндра, а так же на тарелках клапанов. Из-за нагара возможно залегание колец в канавках поршня и зависание клапанов. Таким образом, можно сделать вывод, что чрезмерный отвод тепла от двигателя не менее вреден чем перегрев. Для нормальной работы двигателя требуется температура 80-95 °С, следовательно после запуска, перед тем как давать двигателю нагрузку его необходимо прогревать. Система охлаждения служит одновременно для отвода теплоты от двигателя и поддержания нормальной рабочей температуры, работающего двигателя.

Система охлаждения двигателя может быть воздушной или жидкостной (Рисунок 1), жидкостная система охлаждения может быть с термосифонной (естественной) и принудительной циркуляцией. Циркуляция – это непрерывное круговое движение жидкости в системе охлаждения. В термосифонной системе охлаждения циркуляция жидкости осуществляется за счет разности температур, в системе охлаждения с принудительной циркуляцией, циркуляция жидкости осуществляется при помощи насоса. Система охлаждения с термосифонной циркуляцией требует больших объемов жидкости и емкости системы. Наибольшее распространение получили жидкостные системы охлаждения с принудительной циркуляцией, так как они требуют меньшего объема жидкости, за счет быстрой ее циркуляции их эффективность выше.

Схема системы охлаждения

принципиальная схема системы охлаждения двигателя

а — жидкостного;

б — воздушного;

  1. шторка радиатора;
  2. радиатор;
  3. вентилятор;
  4. термостат;
  5. термометр;
  6. водяная рубашка двигателя;
  7. водораспределительный канал;
  8. водяной насос (помпа);
  9. сливной краник;
  10. воздухораспределительный кожух;
  11. регулятор подачи масла;
  12. золотник;
  13. головка цилиндра;
  14. маслопровод;
  15. шкив привода вентилятора;
  16. гидродинамическая муфта;
  17. направляющий аппарат;
  18. ротор вентилятора;

Двигатель с воздушной системой охлаждения

Отвод теплоты от деталей таких двигателей осуществляется за счет принудительного обдува воздухом их цилиндров, а так же головок цилиндров. Для обдува цилиндров служит роторный вентилятор, состоящий из ротора 19 (Рисунок 1б) с большим числом лопастей и направляющего аппарата 18, установленного неподвижно. Ротор вращается с большой частотой, нагнетая тем самым воздух под воздухораспределительный кожух 11. Частота вращения ротора вентилятора может изменяться автоматически, данная система может быть реализована на двигателях с воздушным или жидкостным охлаждением. Для изменения частоты вращения ротора между шкивом 16 привода вентилятора и ротором устанавливается гидродинамическая муфта переменного наполнения маслом 17, а в головке цилиндра устанавливают регулятор подачи масла 12. В гидромуфте 17 есть два колеса с лопатками ведущее – насосное и ведомое – турбинное. Турбинное колесо жестко связано с ротором, с насосным же колесом жесткой связи не имеется. Принцип действия автоматического регулирующего устройства следующий: когда двигатель не прогрет и температура головки цилиндра низкая, золотник 13 перекрывает подачу масла в из системы смазки в гидромуфту, турбинное колесо с вентилятором при этом не вращается. Как только двигатель прогревается до необходимой температуры, датчик регулятора 12 перемещает золотник 13, открывая доступ масла в гидромуфту. Масло, попадая внутрь муфты, захватывается лопатками ведущего колеса и разбрасывается на лопатки ведомого, заставляя его вращаться вместе с ротором (воздушное охлаждение) или вентилятором (жидкостное охлаждение). Для слива масла в поддон картера в кожухе гидромуфты сделаны отверстия, количество масла в гидромуфте зависит от температуры двигателя, чем температура двигателя выше, тем больше масла в гидромуфте, соответственно частота вращения ротора выше. При снижении температуры доступ масла ограничивается золотником, частота вращения ротора снижается.

Устройство системы воздушного охлаждения двигателя

Система воздушного охлаждения применяется для отвода теплоты от цилиндров их головок и масляного радиатора системы смазки. Масляный радиатор устанавливается под кожухом 9 с правой стороны двигателя (Рисунок 2).

Рассмотрим устройство и назначение элементов воздушной системы охлаждения двигателя и принцип ее работы.

Рисунок 2. Устройство двигателя с воздушным охлаждением.

Воздушная система охлаждения двигателя

  1. ведущий шкив привода вентилятора и генератора;
  2. приводной ремень;
  3. генератор;
  4. ведомый шкив привода вентилятора;
  5. защитная сетка;
  6. вал вентилятора;
  7. направляющий аппарат вентилятора;
  8. ротор вентилятора;
  9. кожух;
  10. головка цилиндра;
  11. задний дефлектор (направляющий щиток);
  12. цилиндр;
  13. средний дефлектор;
  14. передний дефлектор;

Ребра на цилиндрах и головках двигателя с воздушным охлаждением предназначены для увеличения площади, охлаждаемой поверхности. Они располагаются таким образом, что поток воздуха проходит вдоль них и тепло от всех частей двигателя.

В состав вентилятора входит рабочее колесо ротора 8 и неподвижный направляющий аппарат 7, колесо и направляющий аппарат изготовлены из алюминия. На роторе выполнены восемь радиально расположенных лопаток, на направляющем аппарате 23 лопасти переменного сечения, равномерно расположенные по окружности. Ротор крепится на одном валу 6 со шкивом 4, который приводится во вращение ремнем 2 от шкива коленчатого вала двигателя. Вал 6 установлен в ступице направляющего аппарата на двух шариковых подшипниках. Направляющий аппарат крепится к кронштейну крышки распределительных шестерен. Вентилятор при вращении подает в систему охлаждения около 30 м³ воздуха за одну минуту. Этого количества воздуха хватает для нормальной работы двигателя, при температуре окружающего воздуха до 40°С. для повышения давления воздуха в системе охлаждения, лопасти направляющего аппарата выполнены таким образом, что поток воздуха от вентилятора меняет направление против вращения ротора. Для защиты системы охлаждения от посторонних предметов на направляющий аппарат надевается защитная сетка 5. Воздух, нагнетаемый вентилятором, направляется кожухом в пространство между ребрами охлаждения цилиндров и головок. Передний, средний, задний дефлекторы, изготавливаются в виде тонких металлических пластин, направляют потоки воздуха, улучшая его распределение по поверхности цилиндров и головок, способствуя более равномерному охлаждению деталей.

Основным показателем работы системы воздушного охлаждения, является температура масла, контролируемая по термометру,  установленном на щитке приборов.

Двигатели с жидкостной системой охлаждения

Двигатели с жидкостной системой охлаждения получили наиболее широкое распространение. В качестве охлаждающей жидкости может применяться вода или антифриз, в настоящее время вода уже не применяется, применяются только жидкости с низкой температурой замерзания. В состав жидкостной системы охлаждения входят (Рисунок 1а): водяная рубашка 6 предназначенная для охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор 2, водяной насос (помпа) 8 и вентилятор 3. В состав жидкостной системы охлаждения водят так же вспомогательные устройства: это водораспределительный канал 7, а так же термостат 4 и соединительные шланги, краны для слива жидкости, указатель температуры жидкости 5. Рассмотрим принцип действия жидкостной системы охлаждения.

При работе двигателя, от коленчатого вала, через ремень передается вращение центробежному водяному насосу (помпе) 8, насос, забирая жидкость из нижнего бака радиатора, качает ее под давлением в водяную рубашку 6, где жидкость охлаждает стенки цилиндров. В водяную рубашку головки цилиндров охлаждающая жидкость попадает через каналы из водяной рубашки блока. К перемычкам клапанных гнезд, охлаждающая жидкость также попадает через каналы. При низкой температуре двигателя, охлаждающая жидкость из водяной рубашки направляется при помощи термостата к насосу, минуя радиатор, по так называемому малому кругу охлаждения. При повышении температуры двигателя термостат направляет циркуляцию охлаждающей жидкости через радиатор, по большому кругу охлаждения. Охлаждающая жидкость, попадая в радиатор 2, через верхний бак, проходя по трубкам радиатора, охлаждается. Радиатор обдувается вентилятором, создавая дополнительный поток воздуха для охлаждения жидкости. Из нижнего бака охлаждающая жидкость вновь забирается насосом в водяную рубашку двигателя. За счет высокой скорости циркуляции жидкости, достигается небольшая разница температур порядка 4-7˚С, между потоком охлаждающей жидкости входящим в радиатор от рубашки охлаждения и выходящим из радиатора потоком охлаждающей жидкости. Благодаря чему двигатель охлаждается более равномерно. Для достижения более высокой температуры кипения охлаждающей жидкости, систему охлаждения делают закрытой. Радиатор такой системы герметично закрыт, сообщение с атмосферой происходит только в том случае, когда давление в системе охлаждения повышается или понижается, для сообщения с атмосферой служит паровоздушный клапан. Закрытая система охлаждения обеспечивает так же меньшее испарение охлаждающей жидкости. Рассмотрим принцип работы и устройство составных частей жидкостной системы охлаждения.

Радиатор

Радиатор предназначен для охлаждения жидкости, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из двух баков, верхнего и нижнего, а так же сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина радиатора могут быть изготовлены из латуни, для обеспечения лучшей теплоотдачи. Сердцевина радиатора выполнена в виде ряда тонких пластин, припаянными к ним вертикальными трубками. Жидкость, проходя через сердцевину радиатора, разделяется на множество струек, для обеспечения более интенсивного охлаждения за счет увеличения площади соприкосновения жидкости со стенками трубок радиатора. Верхний и нижний баки при помощи патрубков соединяются с водяной рубашкой радиатора. В нижнем баке может быть кран для слива охлаждающей жидкости, кран так же имеется и на блоке цилиндров в нижней его части. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину 6, закрываемую крышкой (Рисунок 3).

Устройство радиатора водяной системы охлаждения

а — устройство;

б — схема движения охлаждающей жидкости и воздуха через радиатор;

в — жалюзи радиатора;

г — сливной кран;

  1. радиатор системы смазки;
  2. вентилятор;
  3. кожух вентилятора;
  4. трос;
  5. радиатор;
  6. крышка заливной горловины;
  7. термостат;
  8. водоотводящая труба пускового двигателя;
  9. канал;
  10. водораспределительный канал;
  11. водяной насос (помпа);
  12. патрубок водяного насоса;
  13. ремень привода вентилятора;
  14. шторка радиатора;
  15. пластина жалюзи;

На некоторых двигателях для уменьшения интенсивности охлаждения может применяться шторка радиатора 14 или жалюзи 15. Шторка и жалюзи закрываются при низких температурах воздуха для обеспечения более быстрого прогрева двигателя. Шторка, представляет собой брезентовое полотно, один конец шторки крепится к нижней части радиатора, а второй закреплен на барабане. Шторка поднимается и опускается при помощи троса из кабины. Жалюзи состоят из набора створок пластин, закрепленных шарнирно в планке, связанной системой рычагов и тяг с тягой управления в кабине.

Водяной насос (помпа) и вентилятор

Устройство водяного насоса (помпы) и вентилятора

а — устройство;

б — привод;

  1. корпус;
  2. крыльчатка;
  3. валик;
  4. пружина;
  5. уплотнительное устройство;
  6. верхний патрубок;
  7. масленка;
  8. шкив;
  9. крестовина:
  10. лопасть вентилятора;
  11. генератор;
  12. ремень;

Вентилятор состоит из лопастей и 10 и крестовины 9 (Рисунок 4). Лопасти вентилятора крепятся к крестовине, а крестовина закреплена на шкиве 8, шкив приводится во вращение от коленчатого вала двигателя при помощи ремня. Шкив закреплен при помощи шпонки и гайки на валу 3, вращающемся в корпусе помпы 1. На другой конец вала 3 посажена крыльчатка 2 водяного насоса. Крыльчатка выполнена в виде диска с равномерно расположенными на ней криволинейными лопатками, направляющими жидкость в водяную рубашку двигателя. На заднем конце вала выполнено уплотнение, не пропускающее жидкость из системы охлаждения. Водяной насос крепится на передней стенке блока цилиндров, для исключения утечки охлаждающей жидкости между блоком цилиндров и насосом устанавливают прокладку. К насосу подходит два патрубка: один патрубок соединяет полость крыльчатки с нижним патрубком, второй с корпусом термостата. Рассмотренные выше насос и вентилятор выполнены в одном корпусе и представляют собой один узел, в настоящее время насос и вентилятор это два отдельных узла. Насос приводится в действие при помощи ремня, а вентилятор на современных двигателях приводится во вращение при помощи электрического двигателя. Такая схема системы охлаждения позволяет включать вентилятор только при достижении температуры двигателя 95°С, данная схема обеспечивает более быстрый прогрев двигателя после холодного пуска.

Термостат

Термостат предназначен для регулирования температуры охлаждающей жидкости путем перенаправления потоков жидкости по малому или большому кругу охлаждения в зависимости от температуры. Термостат может быть двух или одноклапанным, также термостаты различаются по наполнителю: наполнитель может быть твердым или жидким (рисунок 5).

устройство термостата жидкостной системы охлаждения

а — основной клапан закрыт;

б, в, г — основной клапан открыт;

  1. корпус;
  2. отверстие;
  3. основной клапан;
  4. боковой вспомогательный клапан;
  5. гофрированный стакан;
  6. шток;
  7. коробка;
  8. эластичная вставка;
  9. твердый наполнитель;
  10. пружина;
  11. клапан;
  12. пружина;
  13. баллончик;

А — направление потока охлаждающей жидкости в водяной насос (помпу) по малому кругу охлаждения;

Б- направление потока охлаждающей жидкости в радиатор по большому кругу охлаждения;

К днищу корпуса 1 термостата, припаивается сильфон, на сильфоне вспомогательный клапан 4, а так же полый шток 6 и основной клапан 3. Сильфон термостата представляет собой цилиндрическую гармошку сделанную из тонкой латуни, заполняется сильфон легкокипящей жидкостью. При температуре охлаждающей жидкости менее 70°С давление жидкости в сильфоне низкое соответственно он сжат, основной клапан 3 закрыт, а вспомогательный клапан 4 в свою очередь открыт. Охлаждающая жидкость в таком режиме циркулирует по малому кругу охлаждения минуя радиатор. Как только температура охлаждающей жидкости достигает 70°С, жидкость в сильфоне начинает закипать, повышается давление внутри сильфона, за счет увеличения давления стакан начинает растягиваться, а шток и клапаны в свою очередь выдвигаются, открывая основной канал. Через открывшийся основной канал охлаждающая жидкость начинает поступать в радиатор. При достижении температуры охлаждающей жидкости более 85-90°С, вспомогательный клапан закрывает боковые окна корпуса термостата, закрывая тем самым доступ охлаждающей жидкости в водяной насос по малому кругу охлаждения, циркуляция жидкости в таком режиме осуществляется по большому кругу охлаждения. Как только температура охлаждающей жидкости становится ниже 85-90°С, вспомогательный клапан открывает окна корпуса, открывая доступ охлаждающей жидкости в водяной насос по малому кругу охлаждения. При снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 70°С, термостат под действием пружины закрывает доступ охлаждающей жидкости в радиатор, циркуляция вновь идет по малому кругу охлаждения. Термостаты с жидким наполнителем чувствительны к изменению давления в системе охлаждения, при перепадах давления их работа становится нечеткой. На современных двигателях получили распространение термостаты с твердым наполнителем, они не чувствительны к перепадам давления, принцип их работы такой же, как и у термостатов с жидким наполнителем. Различие между термостатом с одним клапаном и термостатом с двумя клапанами заключается в следующем: термостат с одним клапаном (Рисунок 5г), не перекрывает доступ охлаждающей жидкости к малому кругу, термостат с двумя клапанами, при достижении 85-90°С, полностью перекрывает циркуляцию охлаждающей жидкости по малому кругу охлаждения.

Паровоздушный клапан

Устройство паровоздушного клапана

а — открыт паровой клапан;

б — открыт воздушный клапан;

  1. паровой клапан;
  2. пружина парового клапана;
  3. пароотводная трубка;
  4. воздушный клапан;
  5. пружина воздушного клапана;
  6. крышка заливной горловины радиатора;

Паровоздушный клапан установлен в крышке 6 (Рисунок 6), закрывающей заливную горловину радиатора. В состав клапана входят паровой клапан 4 и воздушный клапан 4, пружина предназначена для закрытия парового клапана, рассмотрим принцип работы паровоздушного клапана. При повышении температуры охлаждающей жидкости повышается давление паров в системе охлаждения, при достижении давления паров величины на которую настроен клапан, открывается пружина 2, выпуская наружу избыток пара. При снижении температуры охлаждающей жидкости пар начинает конденсироваться, соответственно давление в системе охлаждения падает, создается разрежение, в этот момент открывается воздушный клапан, впуская в радиатор воздух. Как только давление внутри радиатора сравняется с атмосферным, воздушный клапан закрывается пружиной 5.

Составлено по материалам из учебника Родичев В.А. Родичева Г.И. Тракторы и Автомобили.

Если Вам есть что добавить о системе охлаждения, или Вы можете поделиться своим опытом обязательно оставьте комментарий ниже:

1 комментарий

  1. Сергей:

    Спасибо.Мне помогло

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *