3. Призначення, будова та робота системи охолодження двигуна.

Види систем охолодження і принцип їх роботи

Система охлодження служить для підтримки опти­мального теплового режиму двигуна шляхом регульованого відведення теплоти від деталей, що найбільш нагріваються. Окрім основного призначення, сис­тему охолодження двигуна використовують для опалювання кабін автомобілів. Для цього опалювальній системі є спеціально вбудовані в кабіни радіатори 3, до яких через кран 1 і шланги 2 нагріта рідина подається з систе­ми охолодження двигуна.

Висока температура газів під час робочого ходу викликає інтенсивний нагрів деталей, безпосередньо які зтикаються з гарячими газами (ци­ліндри, голівки циліндрів, поршні, клапани). На нагрів деталей двигуна витрачається 20 - 35% теплоти, виді­ляючуюся - при згоранні палива в ци­линдрах. Якщо цю теплоту не відводити, тобто не охолоджувати двигун, то на багатьох рухомих деталях масло вигорить і внаслідок надмірного розширення станеться заїдання деталей. Щоб уникнути перегрівання деталей, від них примусово відводиться теплота з интен­сивністю, залежної від режиму і умов роботи двигуна. При недо­статньому відведенні теплоти двигун перегрівається - не розвиває максі­мальної потужності, збільшується роз­хід палива, а деталі двигуна із-за недостатнього мастила швидко виходять із строю. У разі надмірного відведення тепла, тобто при переохолодженні двига­теля, також погіршується його паливна економічність і значно знижується термін служби. Тому двигун слід охолоджувати до оптимальної температури, забезпечуючої отримання максимальної потужності і високої економічності, а також тривалого терміну служби (моторесурсу).

Тому слід підтримувати тепловий режим двигуна в межах 85-95 °С незалежно від його навантаження і температури оточую­щого середовища.

На сучасних поршневих дви­гунах застосовують рідинне або повітряне охолодження. На автомобільних двигунах найбільше поширення отримали рідинні системи з примусовою циркуляцією охолоджуючої рідини. Такі систе­ми ефективніші в роботі і разом з пусковими пристроями забезпечують легкий пуск двигуна при негативних температурах навколишнього повітря і створюють менший шум при його роботі.

Залежно від теплового стану двигуна циркуляція рідини в системі відбувається по великому або малому колу і забезпечується насосом 8, який наводиться в дію від шківа 18, сполученого через клиноременну передачу з шківом колінчастого валу. При нор­мальному тепловому режимі роботи двигуна охолоджувальна рідина циркулює по великому колу. При цьому клапан термостата 10 відкритий і рідина через патрубок 11 подається до верхнього бачка 13 радіатора 16, звідки по трубках серцевини радіатора вона поступає в нижній його бачок 20 (направ­лення руху рідини показано стрілками).

Рідина, що проходить через ра­діатор, охолоджується повітрям, що подається під натиском, ­вентилятором, 19, і потоком повітря, виникаю­чим при русі автомобіля і ре­гулюємим при допомозі жалюзі (пластинів-стулок) 17. Охолоджена рідина через нижній патрубок 22 радіатора подається знову до насоса 8 і далі в сорочку охолодження 7 бло­ка і голівки циліндрів.

При пуску і роботі непрогрітого двигуна, коли t охол. ­рідини, нижче 72 °С, її циркуляція відбувається по малому колу. В цьому випадку рідина не поступає в радіатор, оскільки кла­пан термостата 10 закритий, а проходить по сорочці 7 блоку і голівки ци­линдра і через перепускний канал 9, омиваючи термостат 10, знову поступає до насоса, забезпечуючи тим са­мим швидке прогрівання холодного дви­гуна.

У міру підвищення t охолоджувальної рідини кла­пан термостата відкривається і починає циркулювати по великому кругу.

У V-образних двигунах ЗИЛ-130, ЗМЗ- 53-11 та ін. (рис. 1,б) у прогрітому двигуні охолоджувальна рідина засмоктується з радіатора у водяний насос і під деяким тиском по двох нагнітаючим патрубкам насоса подається в лівий і правий блоки циліндрів і, проходячи через вікна в міжциліндрових перегородках охолоджує гільзи циліндрів. Через отвори в привалочных поверхностях блоку і голівки і в прокладенні між ними охлаждающая рідина проходить в голівки. Вказані отвори розташовані так, щоб можна було підвести рідину найбільш нагрітим частинам голівок — патрубкам випускних клапанів і гнезпані свічок і ввести в голівки основну частину охолоджувальної жидкістки у задніх торців голівок. Це забезпечує подальше продолинний рух рідини від заднього до переднього торця голівок Для нормальної роботи двигуна t що охолоджує рідини при вході у водяну сорочку має бути в межах 75-80 °С, а при виході з неї 85-95 °С.

Мал. 1. Схеми рідинних систем охолодження двигунів : а-ЗМЗ- 24-01; б-ЗИЛ- 131

Потім охолоджувальна рідина по каналах у впускній трубі проходить до патрубка термостата і в радіатор.

Створенню подовжнього руху рідини в голівках допомогає дозуюча вставка 11, встановлена в задніх водяних каналах впускної труби (рис. 2).

Отвір у вставці обмежує кількість охолоджувальної рідини, що проходить через задні водяні канали у впускній трубі, до "величини, що забезпечує необхідне підігрівання паливної суміші в каналах впускної труби.

Для підвищення t кіпі­ння води в сучасних двигунах застосовують закриту систему охолодження яка може сполучатися з атмосферою за допомогою паровідвідної трубки 15 тільки че­рез пароповітряний клапан, розташований в пробці 14 радіатора або в пробці 27 розширювального бачка 28, що має зливний кран 21.

Рис. 2 Система охолодження двигуна.

1- радіатор 2- водяний насос 3 – компресор 4 – шланг від нижнього патрубкадо водяногонасоса (перепускний) 5 – термостат 6 – кран отоплювача 7 – підводяща трубка 8 – відводяща трубка 9 – радіатор отоплювача 10 – датчик температури води в системі охолодження 11 – дозуюча вставка 12 – зливний кран сорочки блока циліндрів 13 – зливний кран патрубка радіатора 14 – рукоятка привода зливного крана.

Облаштування системи охолодження включає: трубку відведення рідини від радіатора отопителя; патрубок відведення гарячої рідини з голівки циліндрів в радіатор отопителя; перепускний шланг термостата; випускний патрубок сорочки охолодження; шланг радіатора, що підводить; розширювальний бачок; сорочку охолодження; пробку і трубку радіатора; вентилятор і його кожух; шків; шланг радіатора, що відводить; ремінь вентилятора; насос охолоджувальної рідини; шланг подання охолоджувальної рідини в насос; і термостат.

На особливу вимогу на автомобіль до вересня 1978 р. устанавлювався розширювальний бачок (рис. 3).

Водяний насос (рис. 3 ) центробіжний, встановлений на передньому торці блока циліндрів і предназначений для забезпечення циркуляції рідини в системі охолодження.

Корпус водяного насоса двигуна ЗИЛ- 131 складається з двох частин - чавунного корпусу, підшипників і алюмінієвого­го корпусу крильчаток. Вал насоса обертається в двух шарикоподшипниках, які мають ущільнення, які служать для утримання змазки в підшипниках та захисту їх від забруднення.

Рис. 3 Водяний насос з вентилятором:

1 - упорна шайба; 2 - розпорна втулка; 3 - вентилятор; 4 - шків вентилятора; 5 - маточина шківа водяного насоса; 6 - шків водяного насоса; 7 -пробка; 8 -масленка; 9 - корпус шдшипників; 10 - водосбрасувач; 11 - корпус водяного насоса; 12 - крильчатка насоса; 13 - сальник; 14 - упорна шайба; 15 - валик водяного насоса; 16 - конусна втулка; 17 -масленка змащення підшипників вентилятора

Місце виходу заднього кінця валу з корпуса підшипників водяного насосу ущільнено самопіджимним сальником 13. Сальник складається з графітизованої текстилитової уплотнюючої шайби, резинового ущільнювача, пружини та двух обійм пружин. Виступи шайби входять в пази ступиці крильчатки. Спеціальна обійма утримує деталі сальника в крильчатці при монтажу крильчатки на вал водяного насосу. Простір між підшипниками заповнюють смазкою, вказаною в карті смазки. На передньому кінці вала встановлений шків вентилятора 3 на підшипниках та ступиця 5 шківа водяного насосу.

Ступиця шкиву водяного насосу закріплена на валу за допомогою розрізаної конусної втулки 16, шпонки та гайки з шплінтом. Таке кріплення забезпечує можливість підтягування ступиці шківа в експлуатації у випадку послабления посадки шківа. Перед заправкою смазкою простору підшипників водяного насосу потрібно вивернути пробку 7, яка закриває контрольний отвір. Заправку потрібно проводити до появи свіжої смазки з контрольного отвору, потім пробку необхідно установите на місце.

При частоті обертання колінчастого валу двигуна 3000 про/мін подача насоса складає 240 л/хв.

Водяний насос має привід ремнем від шківа колінчатого вала двигуна. Привідний ремінь водяного насосу приводить у дію також насос гідропідсилювача рульвого управління. При нормальному натяжінні прогиб ременя під дією зусилля 4 кгс повинен бути в межах 8 — 14 мм. Ефективне охолодження двигуна досягається тільки при нормальному натягненні приводних ременів.

Вентилятор. Для підвищення швидкості потоку повітря, що проходить через радіатор, служить шестилопасний вентилятор, який виготовлюють з листової сталі.

Вентилятор поміщений у встановлений на рамці радіатора кожух який покращує вентиляцію підкапотного простору та сприяє збільшенню швидкості потоку повітря, що проходить через радіатор. Для цієї ж мети лопаті вентиляторів двигунів ЗМЗ- 53, ЗІЛ- 130 та ін. виготовляють з відігнутими кінцями убік ра­діатора.

Шків вентилятора знаходиться на передньому кінці валу водяного насоса на підшипниках, що дозволяє при подоланні глибоких бродів припинити обертання вентилятора послабленням приводного ременя, не зупиняючи обертання водяного насоса, компресора і насоса гідропідсилювача.

Вентилятор, а також генератор наводяться в рух одним і тим же ременем від шківа колінчастого валу двигуна. Натяжіння ременя регулюється поворотом генератора на кронштейні. Норма натягнення ременя така ж, як і для ременя водяного насоса. Від шківа водяного насоса наводиться в дію компресор.

Термостат з твердим наповнювачем поміщений між верхнім і нижнім патрубками сорочки охолодження. Термостат служить для прискорення прогрівання холодного двигуна і оберігання його від переохолодження та автомати­чної підтримки його теплового режиму в заданих межах. Конструктивно він перед­ставляє собою клапан, регулюю­чий кількість циркулюючої рідини через радіатор.

Рис. 4. Термостат с твердим наповнювачем: а — общий вид; б — клапан термостата закритий; в — клапан термостата відкритий

Термостат розташовується між патрубком 7 (рис. 4 б) і корпусом 12 випускного трубо­дроту. Балончик 1 термостата заповнений активною масою 2, яка складається з суміші церезину (нафтового воску) і мідного порошку. Активна маса яка знаходиться у балончику закрита гумовою мембра­ною 3, на якій встановлена направляюча втулка 4 з отвором для гумового буфера 11, який предохраняє мембрану від руйнування. На буфері встановлений шток 5, звя­заний важелем 8 з клапаном 6, який в закритому положенні щільно притискається до сідла 10 пружи­ною 9.

При прогріванні холодного двигуна канал, який зєднує сорочку двигуна з радіатором, перекритий заслінкою 7 термостата.

Охолоджуюча рідина через перепускний шланг 4, що зєднує нижній випускний патрубок сорочки охолодж. зі всмоктуючою порожниною корпусу підшипників водяного насоса, інтенсивно циркулює, минаючи радіатор, що прискорює прогрівання двигуна. Ця циркуляція зберігається і при повностью відкритому термостаті. При досягненні охолоджувальною ріденою t (70-83±2) °С церезин (нафтовий віск) 2 , ув'язнений у балон 1 термостата, плавиться і, збільшуючи свій об'єм, викликає переміщення штока 5 вгору і відкриває заслінку 7, після чого охолоджуюча рідина починає циркулювати через радіатор. При зниженні t церезин зменшує свій об'єм і заслінка під дією пружини закрывается (мал.4 , а).

Отже, в інтервалі темпера­тур від 68 до 85 °С клапан термоста­та, змінюючи своє положення, регулює в заданих межах кількість охолоджувальнії рідини, яка проходить через радіатор, підтримуючи тим самим нормальний температур­ний режим роботи двигуна.

Жалюзі радіатора служать для регулювання потоку повітря що проходить через радіатор; управління жалюзі здійснюється з кабіни водія. Ручка управління розташована під щитом з лівої сторони кабіни. Щоб закрити жалюзі, потрібно потягнути ручку на себе. Закривати жалюзі необхідно при прогріві двигуна, а також при русі у випадку зниження температири охолоджуючої рідини.

Радіатор, є теплообмінним вузлом двгуна, призначений для передачі тепла від охолоджувальної рідини потоку повітря. Радіатор трубчасто-стрічковий (змійковий), трирядний, з трубками овального перерізу.

Каркас радіатора утворений бічними стій­ками 1 (рис. 5 а), сполученими пластиною, припаяною до нижнього бачка. Він кріпиться до рами авто­мобіля на гумових подушках 5, що необхідно для зменшення вібрацій і ударних навантажень, виникаючих при його русі.

Радіатор складається з верхнього 4 і нижнього 6 бачків і теплорассіючої серцевини 7, зовнішня поверхня якої обдувається повітрям, розсіювачим теплоту, отриману рідким теплоносієм (охолоджувальною рідиною) від наг­рітих деталей двигуна. У верхньому бачку радіатора є горловина, через яку система заповнюється охол. рідиною. Горловина герметично закрита пробкою.

Пробка 1 наливної горловини радиатора герметична з двома клапанами: впускним (повітряним) 3 і випускним (паровим) 4 через які відбувається сполучення системи охолодження з атмос­ферою. Випускний клапан, навантажений пружиною, підтримує в системі охолодження тиск 1 кгс/см2. Оскільки тиск в такій системі охолодження декілька біль­ше атмосферного, закипання охолоджувальної рідини настає при t 108-119 °С, через це вона менше випаровується і рідше закі­пає, що забезпечує більш тривалу роботу двигуна без доза­правки і перегрівання. отже, створюється запас ефективності системи охолодження, і автомобіль можна эксплуатувати в тяжких умовах більш тривалий час при некипящій охолоджувальній рідини в радіаторі.

Рис. 5. Пробка радіатора з відкритим кла­паном: а—паровим; б—повітряним

Герметичність закриття горлови­ни радіатора пробкою досягається упорною гофрованою шайбою 1 (рис. 5, а) і пружиною 2, Якщо гумові шайби 6 я 11 клапанів пробки радіатора відсутні або зруйновані, то робота системи охолодження як закритої системи припиняється, і закипання рідини в цьому случаї настає при 100 °С.

Впускний клапан, навантажений слабкішою пружиною, перешкоджає створенню в системі великого розрідження при остиванні двигуна і оберігає деталі радіатора від ушкодження. Впускний клапан відкривається і повідомляє порожнину радіатора з атмосферою при зниженні тиску на 0,01-0,13 кгс/см2.

У нижньому бачку радіатора встановлений кран для зливу рідини з системи. Верхній і нижній бачки повідомляються рядами плоских трубок з припаяними до них пластинами, що утворюють необхідну охолоджуючу поверхню. Обидва бачки, трубки і пластина такого радіатора, для кращої віддачі теплоти виконані з латуні.

На двигунах автомобілів ЗІЛ- 131, КамАЗ- 5320, в систему охолодження встановлюють розши­рительний (конденсаторний) бачок, який служить для підтримки постійного об'єму циркулюючої рідини. Для конт­роля рівня рідини на бачку є контрольна мітка або кран.

У пробці розширювального бач­ку (у автомобілів ЗІЛ- 131, КамАЗ- 5320) розміщуються ви­пускной і впускний клапани, влаштуй­ство і принцип дії яких аналогічні описаним вище паровим і повітряному клапанам.

При надмірному тиску в сис­темі охолодження відкривається ви­пускной клапан і пара або рідина по трубопроводу відводиться в розши­рительний бачок. По мірі пониже­ння t двигуна об'єм охолоджувальної рідини зменшується, внаслідок чого створюється розряження, під дією якого від­кривається впускний клапан, і рідина з розширювального бачка поступає назад в радіатор, в результаті об'єм рідини в систе­мах охолодження підтримується постійним при роботі двигуна.

Охолоджувальну рідину зливають через зливні крани, розташовані відповідно на нижньому пат­рубці радіатора і в нижній частині блоку-картера, при цьому пробки радіатора і розширювального бачка мають бути відкритими. У двиггунів ЗІЛ управління кранами дис­танційне з виведенням тяги в під­капотний простір.

Місткості систем охолодження (у л) автомобілів складають: у ЗІЛ- 131- 27 л., у КамАЗ- 5320-35літрів.

t охолоджувальної рідини в системі охолодження контролюється покажчиком, встановленим на щитку приладів. Датчик покажчика t знаходиться у водяному каналі впускної труби двигуна. При досягненні t охолоджувальної рідини 115 °С на щитку приладів запалюється контрольна лампа аварійного перегріва охолоджувальної рідини, датчик якої розташований в верхньому бачку радіатора. В цьому випадку відкривати пробку радіатора або розширювального бачка слідує обережно, оскільки при різкому відкриванні пробки можливе викидання гарячої води з горловини.