10. Система охлаждения

Назначение системы охлаждения – отвод тепла от деталей двигателя, омываемых горячими газами, обеспечение их оптимального и стабильного температурного состояния, быстрый прогрев двигателя. Для двигателя нежелательно не только перегрев, но и переохлаждение. При переохлаждении резко увеличивается износ цилиндров и поршневых колец, ухудшается протекание процессов смесеобразования и снижается полнота сгорания. Принудительный отвод тепла может осуществляться с помощью жидкости или воздуха. Поэтому различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

К основным преимуществам жидкостной системы охлаждения относятся: более стабильная температура деталей, что улучшает массовое наполнение цилиндров свежим зарядом, снижаются требования к октановому числу бензина; меньший шум при работе двигателя из-за наличия рубашки охлаждения. К недостаткам такой системы можно отнести некоторую сложность конструкции из-за присутствия водяного насоса, радиатора. Для дизелей предпочтительна воздушная система охлаждения, так как вследствие более высокой температуры конца сжатия создаются более благоприятные условия для протекания смесеобразования и сгорания в цилиндре бензиновых двигателей.

В качестве охлаждающей жидкости применяют низкозамерзающие жидкости – антифризы и тосолы марки 40 и 60. Тосол и антифриз представляют собой смеси соответственно 47% воды и 53% этиленгликоля и 66% этиленгликоля и 34% дистиллированной воды. Отличия заключаются наличием в тосоле присадок антикоррозионных, антивспенивающихся и др., улучшающих эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости. В случае использования в качестве охлаждающей жидкости воды она должна быть подготовлена. Рекомендуется использовать либо дистиллированную воду, либо водопроводную после длительного кипячения.

В современных ДВС основной является система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Принудительная циркуляция промежуточного теплоносителя осуществляется жидкостным насосом через нижний пояс цилиндра.

В смешанных системах охлаждения жидкость из радиатора подается в верхнюю зону рубашки охлаждения цилиндров или в полость головки блока. В этом случае цилиндры двигателя охлаждаются за счет термосифонного эффекта.

Жидкостные системы охлаждения имеют термостат, в задачу которого входит быстрый прогрев холодного двигателя и поддержание оптимальной температуры охлаждающей жидкости при работе двигателя.

Вентилятор в системе жидкостного охлаждения служит для повышения скорости потока воздуха, проходящего через решетку радиатора. Для автомобильных двигателей применяют одноступенчатые вентиляторы осевого типа с двумя, четырьмя, пятью, шестью и даже восемью лопастями в зависимости от мощности и назначения двигателя. Для повышения эффективности вентилятора его часто помещают в направляющий кожух. С целью повышения эксплуатационной экономичности устанавливают вентиляторы с переменной подачей и изменением подачи воздуха через радиатор. На грузовых автомобилях распространение получили системы с автономным приводом вентилятора через гидромуфту. На современных легковых автомобилях наибольшее применение находят системы с автономным электрическим приводом вентилятора и с позиционным регулированием его производительности.

Для прокачивания охлаждающей жидкости применяют насосы центробежного типа, крыльчатки которых выполняют из чугуна, бронзы или пластмасс.

Радиатор служит теплообменником системы. Жидкость, поступающая из полостей рубашки охлаждения двигателя, через стенки радиатора отдает тепло потоку встречного воздуха, скорость движения которого увеличивается вентилятором. Радиатор состоит из двух бочков – верхнего и нижнего (при вертикальном движении охлаждающей жидкости) или же боковых бачков (при горизонтальном перемещении жидкости). Верхний бачок имеет наливную горловину с пробкой, в которой выполнены паровой и воздушный клапаны. Паровой клапан предназначен для устранения избыточного давления в системе при возможном локальном закипании охлаждающей жидкости, а воздушный – для сообщения с атмосферой при охлаждении жидкости и понижении давления в радиаторе.

Регулирование количества тепла, отводимого в окружающее пространство, производится изменением массового расхода охлаждающих теплоносителей в холодном и горячем контурах радиатора. Основным (обязательным) является регулирование по жидкостному контуру с помощью термостатов с жидкими или твердыми наполнителями. Получают распространение в ДВС программируемые термостаты, которые позволяют целенаправленно влиять на температуру охлаждающей жидкости, увеличивая ее значения при переходе двигателя на частичные нагрузки. Для управления сигналом, поступающим на термостат, служит электронный блок управления. Управляющий сигнал формируется, исходя из команд ,по сигналам соответствующих датчиков:

– нагрузки двигателя;

– частоты вращения коленчатого вала;

– скорости движения автомобиля;

– температуры окружающей среды;

– температуры охлаждающей жидкости.

В качестве дополнительной возможности воздействия на температуру охлаждающей жидкости практикуют изменение количества воздуха, омывающего радиатор с помощью жалюзи. Управление открытием производится либо вручную, либо автоматически термостатическими устройствами в зависимости от температуры жидкости в радиаторе.

Сравнение жидкостного и воздушного охлаждения. К преимуществам систем жидкостного охлаждения относят:

1. Эффективное охлаждение деталей двигателя во всем диапазоне изменения нагрузки, что объясняется высокой теплоемкостью охлаждающей жидкости и в особенности воды.

2. Равномерное охлаждение деталей двигателя.

3. Стабильное тепловое состояние двигателя на всех режимах его работы. Более низкая температура деталей цилиндропоршневой группы позволяет работать без детонации с более высокими степенями сжатия, положительно сказывается на увеличении коэффициента наполнения цилиндра свежим зарядом, приводит к получению большей мощности при прежних размерах двигателя.

4. Возможность использования тепла охлаждающей жидкости для обогрева салона автомобиля.

5. Снижение шума из-за наличия рубашки охлаждения;

6. Возможность регулирования температуры охлаждающей жидкости по воздушному и жидкостному трактам.

К недостаткам систем жидкостного охлаждения следует отнести:

1. Высокая трудоемкость эксплуатации, связанная с контролем за техническим состоянием всего жидкостного тракта.

2. Необходимость применения специально подготовленной воды для уменьшения отложения солей на стенках рубашки охлаждения, а в зимних условиях – специальной жидкости, имеющей низкую температуру застывания;

3. Возможность возникновения кавитационных явлений в системе охлаждения, приводящих к разрушению поверхностей гильз цилиндров.

4. Увеличение габаритов двигателя из-за наличия рубашки охлаждения приводит к увеличению габаритов моторного отсека.

Воздушное охлаждение в сравнении с жидкостным имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам следует отнести более простое конструктивное выполнение из-за отсутствия жидкостного насоса, полостей, в которых циркулирует охлаждающая жидкость, более быстрый прогрев двигателя после пуска, меньшие затраты мощности на функционирование системы. К недостаткам воздушного охлаждения относят: меньшие возможности по отводу тепла от нагретых деталей, что обусловливает их более высокий температурный уровень. Это приводит к снижению мощности из-за уменьшения наполнения цилиндра свежим зарядом, обусловливает более высокие требования к октановому числу бензина при той же величине степени сжатия. Двигатели с воздушным охлаждением отличаются повышенной шумностью при работе. Габариты двигателей увеличиваются из-за наличия охлаждающих ребер, необходимых для увеличения охлаждающей поверхности.