81. Жидкостное охлаждение двигателя

Жидкостная система охлаждения состоит из двух контуров: жидкостного, заполненного промежуточным теплоносителем и воздушного.

Жидкостный контур включает рубашку охлаждения, жидкостный насос, радиатор, термостат, соединительные шланги, элементы уплотнения и крепления.

Рубашка охлаждения выполнена в блоке и головке блока цилиндров и представляет собой каналы, полости, которые расположены максимально близко к охлаждаемым деталям. Рубашку охлаждения заполняет жидкостный промежуточный теплоноситель, который соприкасаясь с соответствующими поверхностями цилиндра и его головки, воспринимает с них теплоту. Нагретый теплоноситель направляется в теплорассеивающий узел, основу которого составляет радиатор. Здесь полученная им от деталей двигателя теплота передаётся воздуху, проходящему по воздушному тракту системы. Охлажденный теплоноситель вновь возвращается в рубашку охлаждения. Циркулируя таким образом жидкий теплоноситель обеспечивает непрерывный отвод требуемого количества теплоты от деталей двигателя, поддерживая их нормальное тепловое состояние.

В зависимости от факторов, вызывающих движение промежуточного теплоносителя, различают системы охлаждения с термосифонной циркуляцией и с принудительной циркуляцией.

В термосифонной системе теплота от слоя к слою передаётся естественным путём, что не обеспечивает должного отвода тепла. Поэтому в современных двигателях используется только принудительная циркуляция жидкости с применением насосов, приводимых в действие от коленчатого вала двигателя.

Типы жидкостных систем охлаждения:

- с подводом жидкости через нижний пояс цилиндра;

- с подводом жидкости через верхний пояс цилиндров;

- с подводом жидкости в головку цилиндров через водораспределительную трубу.

Подвод жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, которые допускают повышение температуры головки, способствующее лучшему протеканию процесса воспламенения от сжатия.

В двигателях с принудительным воспламенением, склонных при наличии в камере сгорания перегретых зон к детонации, жидкость подводится через верхние пояса или даже через головку.

Для подвода жидкости в рубашку двигателя иногда применяют водораспределительные трубы, имеющие окна напротив каждого цилиндра. Благодаря этому достигается параллельный подвод жидкости одинаковой температуры ко всем цилиндрам и улучшается равномерность их охлаждения.

Для предохранения системы от чрезмерного повышения или понижения давления, которые наблюдаются при колебании температур теплоносителей, жидкостный контур обычно сообщается с атмосферой, т.е. выполняется неизолированным.

Неизолированные системы могут быть открытыми или закрытыми.

Открытые системы постоянно сообщаются с атмосферой через отверстие, расположение в верхней части жидкостного контура, а закрытые — периодически, только в случае, повышения или понижения давления в системе. Закрытая система с атмосферой сообщается с помощью парового и воздушного клапанов расположенных в пробке, герметически закрывающей жидкостный контур.Для предупреждения парообразования, а вместе с этим падения производительности насоса на крыльчатке насоса необходимо, чтобы давление в любой точке системы всегда было выше атмосферного на 10... 15%.

Для повышения кавитационного запаса устанавливается расширительный бачок, в котором имеется воздушная подушка, компенсирующая изменение отъёма жидкости в основном контуре. В него отводится и в нём конденсируется пар из верхних точек рубашки охлаждения и радиатора.

Жидкостный насос предназначен для обеспечения принудительной циркуляции охлаждённой жидкости в системе охлаждения. Он устанавливается на входе в рубашку охлаждения. В современных двигателях для обеспечения нормального температурного режима интенсивность циркуляции доводится до 4... 12 раз в минуту. Для этого создаваем! напор насосом должен составлять 5...15 м вод.ст. Наиболее полно этим требованиям соответствуют насосы центробежного типа. Основными элементами центробежного насоса являются корпус и подвижное рабочее колесо с лопатками, которое называется крыльчаткой. В насосах автомобилей применяются в большинстве случаев полуоткрытые крыльчатки, имеющие от четырёх до шести лопаток. В корпусе выполняются отверстия для подвода жидкости к центру крыльчатки и улиткообразный отводящий клапан. Насосы для V-образных двигателей чаще всего имеют два отводящих канала, из которых жидкость направляется одновременно в рубашки охлаждения обоих рядов цилиндров. Наилучшими для систем охлаждения являются насосы, имеющие радиальные или загнутые против вращений лопатки, которые создают достаточный статический напор при умеренной производительности. Крыльчатки насосов выполняются из чугуна или алюминиевых сплавов. В последнее время для изготовления крыльчаток начали широко применятся синтетические материалы стекловолокнит, текстолит и т.п. Корпуса насосов отливают из чугуна или алюминиевых сплавов. Крыльчатка насоса вместе с осью вращается в шарикоподшипниках, установленных в корпусе. Для предотвращения утечки жидкости из внутренней полости водяного насоса применяются самоподжимаемые уплотнения.

Уплотняющий узел включает текстолитовую или стеклотекстолитовую шайбу, которая устанавливается в расточенном гнезде крыльчатки и прижимается к полированному торцу корпуса подшипников пружиной. Чтобы иметь возможность контролировать состояние уплотнения и избежать попадания просочившейся через него жидкости в подшипниковый узел, в нижней части корпуса выполняется отверстие.

Жидкостные насосы обычно устанавливаются в передней части двигателя и приводятся вращение от коленчатого вала с помощью клиноременной передачи. Существуют конструкции, в которых вал насоса вращается за счет шестеренчатой передачи.

Радиатор транспортных силовых установок представляет собой теплообменный аппарат рекуперативного типа с перекрёстным током теплоносителей и предназначен для отвода теплоты от охлаждающей жидкости окружающему воздуху. Наружная поверхность сердцевин обдувается воздухом, который воспринимает и рассеивает теплоту, отданную охлаждёнными деталями двигателя жидкому теплоносителю. В современных радиаторах применяются в основном три конструктивных типа сердцевины: ленточный, трубчато-пластинчатый и трубчато-ленточный.

Ленточная сердцевина образуется пропаянными с торца изогнутыми лентами, между которыми имеются каналы для прохода воды. Ленточные сердцевины имеют небольшой коэффициент оребрения и не отличаются высокой компактностью. Для увеличения поверхности охлаждения в таких сердцевинах между основными лентами, образующими жидкостные каналы, устанавливают зигзагообразные вставки.

Трубчато-пластинчатая сердцевина состоит из набора трубок, на которые надеты тонкие пластины. В отверстиях для прохода трубок пластины имеют отбортовку, плотно облегающую трубки при сборке. Благодаря такой конструкции пластины могут не припаиваться к трубкам. Однако для улучшения теплорассеивающей способности сердцевины некоторых трубчато-пластинчатых радиаторов после сборки погружаются в ванну с расплавленным припоем, за счёт чего улучшается контакт между трубками и пластинами и уменьшается термическое сопротивление теплоотдаче.

В трубчато-ленточных сердцевинах оребрение осуществляется зигзагообразной лентой, имеющей специальные выштамповки, искривляющие воздушный канал и повышающие турбулентность воздуха. Ленты припаиваются к луженым боковым поверхностям трубок методом спекания. Трубчато-ленточные сердцевины, имеющие хорошие тепловые характеристики, наибольшую комплектность и удобные в производстве, получают в настоящее время наибольшее распространение.

Для сердцевин применяются плоскоовальные шовные трубки из латуни, меди, алюминиевых сплавов.

Циркуляция жидкости обычно изменяется с помощью термостатов, представляющих собой клапаны или дросселирующие заслонки, управляемые термочувствительным элементом.

Термостаты могут быть одно- и двухклапанные и, как правило, устанавливаются на выходе из рубашки охлаждения двигателя.

Необходимо иметь в виду тот факт, что, если при низких температурах воздуха система охлаждения заправлена водой, то может произойти замерзание воды в нижнем бачке или в трубках сердцевины.

Воздушный контур включает вентилятор и жалюзи.

В настоящее время применяется вентиляторы с изменяющейся и неизменяющейся производительностью.

Вентиляторы с изменяющейся производительностью по принципу регулирования делятся на:

-пропорционального регулирования;

- периодически включающейся.

В свою очередь вентиляторы пропорционального регулирования могут быть с изменяющимся числом оборотов и углом наклона лопастей вентилятора. Для регулирования числа оборотов вентилятора могут использоваться механические, электрические и гидравлические муфты. В механических муфтах относительное изменение числа оборотов ведущих и ведомых частей достигается с помощью вариатора, в гидравлических - степенью их наполнения, управляемых - термостатическим элементом.

Достаточно распространёнными являются системы, работающие по принципу изменения периодичности включения вентилятора. В этом случае в проводе вентилятора используются различные муфты, которые включают вентилятор при повышении теплового режима двигателя и полностью отключает его при переохлаждении. Управление вентиляторами в современных двигателях осуществляется через компьютер.

Привод обычных вентиляторов, а также вентиляторов с изменяющимся углом установки вентилятора осуществляется чаще всего через клиноременную передачу.

Для изменения аэродинамического сопротивления воздушного тракта на большинстве автомобилей перед радиатором устанавливаются поворотные заслонки - жалюзи. В некоторых случаях управление жалюзи автоматизировано за счёт применения термочувствительных датчиков и гидравлических или пневматических.