распределительных валов подвергаются цементации с последующей закалкой или поверхностной закалке, а чугунных – отбеливанию.
Система охлаждения Назначение и классификация систем охлаждения
Сгорание рабочей смеси в цилиндрах сопровождается выделением теплоты, что вызывает интенсивный нагрев деталей двигателя. Перегрев любого двигателя в лучшем случае приводит к понижению развиваемой мощности, но обычно эксплуатация перегретого двигателя выводит его из строя.
Переохлаждение двигателя также нежелательно, поскольку резко увеличивается износ цилиндров и поршневых колец из-за того, что несгоревшее топливо в жидком виде смывает смазку со стенок цилиндра, проникает в картер и разжижает смазку. В дизелях, кроме того, происходит засмоление поршней, поршневых колец и выпускных клапанов.
Следовательно, система охлаждения двигателя должна поддерживать оптимальный тепловой режим, обеспечивающий его наибольшую мощность, высокую экономичность и долговечность.
Внастоящее время используют жидкостную и воздушную системы охлаждения двигателей. Наибольшее распространение на автотракторных двигателях получила жидкостная система охлаждения. Воздушное охлаждение обычно применяют на двигателях небольшой мощности.
Жидкостная система охлаждения
Вжидкостной системе охлаждения избыточное тепло отводится от стенок цилиндров и камеры сгорания жидкостью, заполняющей рубашку охлаждения блока и головки цилиндров. Циркулируя в системе, нагретая жидкость поступает
втеплообменный аппарат (радиатор), где отдает полученное тепло окружающему воздуху. Отечественные автотракторные двигатели имеют закрытую (без непосредственного сообщения с атмосферой) жидкостную систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости под действием водяного насоса.
75
Рис. 2.23. Закрытая система жидкостного охлаждения
Устройство такой системы охлаждения показано на рис. 2.23, Охлажденная жидкость из нижнего резервуара 3 радиатора через патрубок 2 и резиновые шланги поступает к центробежному насосу 4, а затем – в водяную рубашку 1 блока цилиндров, омывая наружные поверхности гильз цилиндров. Через отверстие 14 жидкость поступает в водяную рубашку 13 головки блока, где охлаждает гнезда клапанов, затем проходит в полость впускного коллектора и подогревает горючую смесь, поступающую в цилиндры двигателя. Далее через патрубок 10, открытый клапан термостата 9 и патрубок 8 жидкость поступает в верхний резервуар радиатора. Под действием потока воздуха, усиливаемого вентилятором 5, жидкость в радиаторе охлаждается и проходит в нижний резервуар. После этого процесс циркуляции повторяется.
Термостат 9, установленный в верхнем патрубке, пропускает воду в радиатор только при нагреве ее до 70° С и выше. При более низкой температуре вода из полости впускного коллектора, минуя радиатор, поступает через шланг 7 в водяную полость компрессора 6, насос 4 и в рубашки охлаждения цилиндров. Благодаря этому прогрев двигателя ускоряется. Когда температура жидкости достигает необходимой величины, клапан термостата открывается, и вода проходит в радиатор. Обогрев кабины водителя осуществляется движением жидкости по шлангам 12 через кран 11.
Элементы жидкостной системы охлаждения
Водяной насос предназначен для обеспечения циркуляции жидкости в системе. Обычно в системах охлаждения устанавливают малогабаритные насосы центробежного типа высокой производительности (до 13 тыс. л/ч), создающие давление на линии нагнетания от 0,05 до 0,2 МПа. Насосы этого типа просты, надежны, дешевы в изготовлении. У большинства моделей двигателей водяной насос установлен на одном валу с вентилятором и приводится в действие от коленчатого вала посредством клиноременной передачи.
76
Рис. 2.24. Водяной насос и вентилятор двигателя
Устройство такого насоса показано на рис. 2.24. Вал 14 насоса вращается в подшипниках 11 и 13. Подшипники установлены в корпусе 2 с помощью втулки 12. Полость между подшипниками заполняют смазкой через масленку 3. На валу 14 установлен отражатель 10, препятствующий проникновению жидкости в полость подшипников. На заднем конце вала 14 установлена крыльчатка 6 насоса, которая вращается в корпусе 5. Соединение корпусов 2 и 5 уплотнено прокладкой 4. Место выхода заднего конца вала из корпуса подшипников уплотнено самоподвижным сальником, в обойме 9 которого установлена графитизированная текстолитовая шайба 8. Через резиновый уплотнитель 7 и пружину шайба 8 прижимается к торцу корпуса 2. При работе насоса охлаждающая жидкость поступает по подводящему патрубку из нижнего резервуара радиатора внутрь корпуса 5. При вращении крыльчатки 6 жидкость отбрасывается к стенкам корпуса и через выходной канал движется в рубашку охлаждения двигателя.
Вентилятор предназначен для создания воздушного потока, проходящего через радиатор, что увеличивает интенсивность охлаждения жидкости. Лопасти 18 вентилятора (рис. 2.24) крепятся на ступице 17, которая установлена на переднем конце вала 14. с помощью разрезной втулки 15, шпонки и гайки 16. К ступице крепится также шкив 1 клиноременной передачи. В автотракторных двигателях обычно применяют четырех-, шестилопастные вентиляторы осевого типа. Вентилятор устанавливается за радиатором перед двигателем. В целях уменьшения вибрации и шума лопасти устанавливаются крестообразно, попарно под углами 70 или 110°. Лопасти штампуются из листовой стали толщиной 1,25– 1,8 мм, располагаются они радиально или под некоторым углом. Наивыгоднейший угол атаки для плоских лопастей – 40–45°, а для выпуклых – около
35°.
77
Радиатор служит для охлаждения жидкости, поступающей из рубашки охлаждения. Радиатор (рис. 2.25) состоит из верхнего 4 и нижнего 1 резервуаров
исердцевины 2 с трубками 7. В резервуарах имеются патрубки 6 и 9, соединяемые с патрубками двигателя. В верхнем резервуаре расположена наливная горловина 5 (через которую в радиатор заливается жидкость), закрываемая пробкой. В горловину впаяна пароотводная трубка 8, которая отводит пар из системы в случае закипания жидкости, предотвращая увеличение давления в системе. В пробке наливной горловины устанавливается паровоздушный клапан, соединяющий радиатор с атмосферой при повышении избыточного давления в нем до 0,03 МПа или возникновении разрежения, равного 0,002–0,01 МПа. Каркас 3 радиатора образуется жесткими боковинами
инижней пластиной. Сердцевина радиатора может быть трубчато-пластинчатой, трубчато-ленточной и пластинчатой. Радиатор вмонтирован в раму на пружинах или резиновых подушках 10, уменьшающих вибрации и смягчающих ударные нагрузки, возникающие при движении машины.
Рис. 2.25. Радиатор
Рубашка охлаждения представляет собой сеть каналов внутри блока и головки цилиндров, по которым движется охлаждающая жидкость, поступающая к цилиндрам через окна в стенках этих каналов. Скорость движения жидкости в рубашке колеблется в пределах 0,5–1,0 м/с. Перепуск жидкости осуществляется через отверстия в блоке и головке цилиндров, причем эти отверстия расположены в наиболее нагретых частях головки.
Термостат предназначен для ускорения прогрева охлаждающей жидкости при запуске двигателя и поддержания постоянной (70– 95° С) температуры жидкости в системе независимо от нагрузки двигателя и температуры окружающей среды. Термостаты бывают двух типов – жидкостные и с твердым наполнителем.
78
Рис. 2.26. Термостаты
Жидкостный термостат (рис. 2.26, а) имеет корпус 3 с окнами 6, гофрированный цилиндр 1 с основным клапаном 8 и вспомогательным клапаном 5 на штоке 13. В нижней части цилиндр с помощью кронштейна 11 жестко прикреплен к корпусу. Шток установлен в направляющей 12. Для выхода воздуха при заливке системы служит отверстие 10. Термостат устанавливается в выходном патрубке 14 системы охлаждения. Плотность соединения обеспечивается прокладками 2 и 7. Внутри гофрированного цилиндра залита легкокипящая жидкость. При работе непрогретого двигателя основной клапан 8 перекрывает канал 9, и жидкость по перепускному каналу 4 через окна 6 поступает к насосу, а от него – к рубашке цилиндров. Нагрев системы охлаждения сопровождается интенсивным испарением жидкости в цилиндре. Под давлением паров жидкости цилиндр удлиняется, клапаны 5 и 8 приподнимаются, частично перекрывая перепускной канал 4 и открывая канал 9. При этом охлаждающая жидкость начинает поступать как через перепускной канал 4 к рубашке цилиндров, так и через канал 9 к радиатору. При температуре охлаждающей жидкости 80–95 °С клапаны 5 и 8 поднимаются до отказа, перекрывая перепускной канал 4 и открывая канал 9. При этом жидкость циркулирует только через радиатор. Недостатком жидкостного термостата является его зависимость от давления в системе охлаждения, что вызывает значительные колебания температуры открытия клапана. Этого недостатка не имеет термостат с твердым наполнителем (термоклапан).
Термоклапан состоит из медного баллона 22 (рис. 2.26, б), наполненного твердым кристаллическим веществом 21 – смесью церезина (нефтяного воска) с медным порошком. Активная масса прикрыта крышкой 19 с резиновой мембраной 20. На мембрану опирается шток 18, шарнирно соединенный с клапаном 16, который прижимается пружиной 17 к горловине 15 водяного патрубка. При нагревании активная масса плавится, увеличиваясь в объеме. Возникающее давление перемещает мебрану 20 и шток 18 вверх, при этом клапан 16 устанавливается в положение 23, и вода поступает в радиатор. Дополнительное регулирование температурного режима в системе охлаждения производится с помощью шторок и решеток из поворачивающихся пластин (жалюзи). Жалюзи устанавливаются перед радиатором и регулируются вручную или автоматически.
79