Тема 2.4: Система охолодження

1. Призначення та класифікація систем охолодження.

2. Загальна схема рідинної системи охолодження та призначення її приладів.

3. Будова і робота приладів системи охолодження.

4. Повітряні системи охолодження та їх застосування.

5. Основні несправності та способи їх усунення.

. СИСТЕМА ОХОЛОДЖЕННЯ

Температура газів у циліндрах двигуна, що працює, досягає

2. .2000 °С. Частина теплоти, що виділяється (для карбюраторних двигунів — 21...28 %, для дизелів — 29...42 %), перетворюється на ко­рисну роботу, частина (12...27% — для карбюраторних двигунів,

• .25 % — для дизелів) — відводиться з охолодною рідиною.

У разі перегрівання двигуна внаслідок недостатнього відведення теплоти його потужність зменшується, а витрата палива збільшуєть­ся. Крім того, це може призвести до заклинювання поршнів, обго­ряння головок клапанів, вигоряння мастила, виплавляння вкла­дишів підшипників, руйнування поверхні шийок колінчастого вала. В карбюраторному двигуні може виникнути детонація.

Рис. 2.20

Принципові схеми систем охолодження двигунів:

- рідинної; б — повітряної; 1 — радіатор; 2 — вентилятор; 3 — верхній патрубок; термостат; 5 — водяна сорочка; 6 — розподільна труба; 7 — насос; 8 — головка циліндрів; 9 — рефлектор; 10 — охолодні ребра

У разі переохолодження двигуна внаслідок втрати теплоти його потужність знижується, збільшуються втрати на тертя через густе ма­стило; частина робочої суміші конденсується, змиваючи мастило зі стінок циліндра, підвищується корозійне спрацьовування стінок ци­ліндрів унаслідок утворення сірчаних і сірчистих сполук.

В автомобільних двигунах застосовують такі системи охолоджен­ня (рис. 2.20): • рідинну (здебільшого); ф повітряну (рідше).

Температура охолодної рідини, що міститься в головці блока ци­ліндрів, має становити 80...95 °С. Такий температурний режим най- вигідніший, забезпечує нормальну роботу двигуна й не повинен змі- імоватися залежно від температури навколишнього повітря та наван- іаження двигуна.

Рідинні системи охолодження бувають: # відкриті;

3. закриті. Відкрита система охолодження безпосередньо сполучаєть­ся з навколишньою атмосферою, а закрита (рис. 2.20, а), що засто­совується в сучасних двигунах, — періодично, через спеціальні кла­пани в кришці радіатора або розподільного бачка. В закритих систе­мах охолодження підвищується температура кипіння охолодної рідини, й вона менше випаровується. Крім того, циркуляція рідини примусова. Як охолодну рідину використовують воду або антифризи (водяні розчини етиленгліколю, в тому числі «Тосол-А40» і «То- сол-А65» з температурою замерзання не вище ніж —40 та —65 °С від­повідно).

Для повітряних систем охолодження (рис. 2.20, б) ха­рактерна безпосередня передача теплоти в атмосферу. Потрібна інтенсивність охолодження досягається за допомогою охолодних ре­бер 10, вентилятора 2 та рефлектора 9. Витрата охолодного повітря може регулюватися. Система проста за будовою та в експлуатації, за­безпечує швидке прогрівання двигуна після запуску, має невелику масу. Недоліки системи повітряного охолодження: велика потуж­ність, що витрачається на привод вентилятора; шумність роботи; не­рівномірність відведення теплоти по висоті циліндра.

Принцип дії рідинної системи охолодження (рис. 2.21). Відцентро­вий насос, який дістає обертання за допомогою паса від шківа колін­частого вала, засмоктує охолодну рідину з нижньої частини радіатора через патрубок і нагнітає її в сорочку охолодження циліндрів. Охо­лодна рідина обмиває насамперед найбільш нагріті деталі двигуна, відбирає частину теплоти, а потім через верхній патрубок подається у верхній бачок радіатора. Проходячи крізь серцевину радіатора в нижній бачок, нагріта рідина охолоджується й знову спрямовується до відцентрового насоса. Водночас частина нагрітої рідини надхо­дить у сорочку впускного трубопроводу для підігрівання пальної су­міші, а також у разі потреби відводиться через спеціальний кран в опалювач салону кузова.

Радіатор призначається для охолодження рідини, що відводить теплоту від двигуна. Він складається з нижнього та верхнього латун­них бачків, припаяних до серцевини, патрубків і заливної горловини з пробкою. В автомобілі «Москвич» радіатор пластинчастий, його серцевину виготовлено з латунної стрічки (рис. 2.22).

Патрубки бачків через прогумовані шланги сполучають радіатор із сорочкою охолодження блока циліндрів. Заливна горловина радіа­тора герметично закривається пробкою (рис. 2.23), в яку встановле­но випускний (паровий) 7 і перепускний (повітряний) 9 клапани.

Випускний клапан 7 відкривається, коли тиск у системі охоло­дження підвищується до 0,15 МПа. При цьому вода, що застосо­вується як охолодна рідина, закипає за температури 109 °С. Якщо

Напрям примусової циркуляції } Напрям природної (термосифонної) циркуляції

Рис. 2.21

Схема системи охолодження двигуна автомобілів «Москвич»:

1,5 — зливальні краники; 2 — гільза циліндра; 3 — випускний трубопровід; 4— відвідний шланг до опалювача; 6 — вентилятор; 7— жалюзі радіатора; 8 — радіа­тор; 9 — кришка заливної горловини; 10 — розширювальний бачок; 11 — термостат;

8. — датчик покажчика температури охолодної рідини; 13 — відцентровий насос;

9. — відвідний шланг камери підігрівання впускного трубопроводу; 15 — камера підігрівання впускного трубопроводу; 16 — впускний трубопровід; 17 — кран від­бирання рідини в опалювач; 18 — покажчик температури охолодної рідини; 19 — сорочка головки блока циліндрів; 20 — сорочка блока циліндрів

клапан стерильний, рідина, яка закипає, або пара відводиться в розширювальний бачок, що запобігає руйнуванню радіатора й пат­рубків.

Перепускний клапан 9 відкривається, коли тиск у системі зни­жується до 0,01 МПа внаслідок зменшення об'єму охолодної рідини або конденсації парів рідини під час остигання двигуна. При цьому в

Радіатор:

а — будова; б — трубчаста серцевина; в — пластинчаста серцевина; І — верхній бачок

із патрубком; 2 — паровідвідна трубка; З — заливна горловина з пробкою; 4 — серцевина; 5 — патрубок із зливальним краником; 6 — нижній бачок; 7— трубки; 8 — поперечні пластини

радіатор надходить рідина з розширювального бачка, що запобігає сплющуванню трубок серцевини радіатора атмосферним тиском.

Розширювальний бачок 10 (див. рис. 2.21), який виготовляється із пластмаси, містить певний об'єм охолодної рідини й слугує для конпенсації зміни об'єму охолодної рідини в системі охолодження під час роботи двигуна.

Відцентровий водяний насос установлюється в передній частині блока циліндрів і забезпечує примусову циркуляцію рідини в системі охолодження. Він складається з алюмінієвого корпусу 16 (рис. 2.24), в якому запресовано сталевий стакан. У стакані розміщено два під­шипники, на яких установлено вал 10. Підшипники заповнюються мастилом (змащувати їх не треба до ремонту). На передньому кінці вала напресовано маточину 11 вентилятора, а на задньому — чавунну

Рис. 2.23

Пробка радіатора:

/ — патрубок для приєднання трубки до розширювального бачка; 2 — горловина ра­діатора; 3 — кришка пробки; 4 — прокладка кришки; 5, 6 — пружини відповідно ви­пускного клапана та кришки; 7, 9 — відповідно випускний і перепускний клапани;

8, 10 — прокладки відповідно випускного й перепускного клапанів

крильчатку 5. Ущільнення заднього кінця вала на виході його з кор­пусу досягається самоущільнювальним сальником з ущільнюваль­ною шайбою 4, розміщеною всередині корпусу сальника, по поверх­ні якої своїм торцем ковзає крильчатка. Всередині корпусу сальника встановлено також гумову манжету 3 й розтискну пружину 14. Остання через латунні обойми 13 притискає торці манжети до кор­пусу ущільнювальної шайби 12 сальника. Щоб запобігти проникан­ню рідини в корпус насоса (в разі несправності сальника), в ньому зроблено дренажний (контрольний) отвір, крізь який рідина витікає

назовні. Це запобігає також вимиванню мастила з підшипника. До маточини 11 вентилятора болтами прикріплюється шків привода від­центрового насоса та вентилятора.

Привод здійснюється трапецієподібним пасом від шківа колінча­стого вала. Цим самим пасом приводиться в обертання генератор. Під час роботи двигуна крильчатка насоса своїми лопатями захоп­лює охолодну рідину, що надходить з нижнього бачка радіатора, під дією відцентрової сили відкидає її до стінок корпусу й нагнітає в со­рочку блока й головки циліндрів.

Вентилятор — чотирилопатевий, пластмасовий, слугує для ство­рення сильного потоку повітря, що просмоктується через серцевину радіатора, для швидшого охолодження в ньому рідини. Лопаті венти­лятора разом із приводним шківом кріпляться болтами до маточини вала відцентрового насоса.

4. — корпус насоса

Термостат — двоклапанний, призначається для прискорення пі­дігрівання двигуна після пуску й автоматичного підтримання найви- гіднішого теплового режиму двигуна під час руху автомобіля. Його встановлюють у корпусі відвідного патрубка головки циліндрів. Тер­мостат двигуна складається з корпусу 2 (рис. 2.25), в якому роз­міщено рухоме осердя 4з двома клапанами: перепускним 7 та основ­ним 7. У початковому (верхньому) положенні осердя втримується поворотною пружиною 3. Всередині осердя розміщено реактивний штифт 5, гумовий буфер 6, гумову діафрагму 8 і тверду термочутливу речовину — церезин (кристалічний віск) 9, що має великий коефі­цієнт об'ємного розширення. Під час прогрівання двигуна після пус­ку (рис. 2.25, а) основний клапан 7закритий, а перепускний 1 — від­критий, і охолодна рідина циркулює по малому колу, минаючи раді- агор: від відцентрового насоса в сорочку охолодження й через перепускний клапан 1 термостата назад до насоса. Таким чином охо­лодна рідина, циркулюючи тільки сорочкою охолодження, швидко нагрівається й прогріває двигун. У міру нагрівання охолодної рідини церезин в осерді термостата починає плавитися й, розширюючись, ипбиває діафрагму 8, передаючи через буфер б зусилля на штифт 5. ()с ганній, упираючись у корпус, переміщує осердя 4 з клапанами мі і из, відкриваючи основний клапан і прикриваючи перепускний.

При цьому нагріта рідина починає частково надходити через основ­ний клапан 7у радіатор, а частково — через перепускний до насоса (рис. 2.25, б). Коли охолодна рідина прогріється до температури

11. .94 °С, основний клапан повністю відкривається, а перепуск­ний — закривається. В цей час циркуляція всієї рідини відбувати­меться по великому колу через радіатор (рис. 2.25, в).

Рис. 2.25

Схема роботи термостата двигуна автомобілів «Москвич»:

а — циркуляція рідини по малому колу під час прогрівання холодного двигуна; б — циркуляція по малому та великому колам (початкове відкривання клапана); в — циркуляція по великому колу (повне відкриття клапана, двигун прогріто до

нормальної температури)

Жалюзі складаються з вертикальних пластин, шарнірно закріпле­них угорі та внизу перед радіатором. Повертання пластин для зміни кількості повітря, що проходить крізь серцевину радіатора, а отже, регулювання температури охолодної рідини здійснюються рукоят­кою з місця водія. Коли рукоятка всунута до кінця, жалюзі відриті, й повітря вільно проходить крізь серцевину радіатора. Прикриваються жалюзі витягуванням рукоятки. Це потрібно для прискорення про­грівання двигуна й під час руху за низьких температур навколишньо­го повітря.

Для зливання охолодної рідини із системи є два зливальних кра- ники. Один із них, установлений з лівого боку на підвідному патруб­ку відцентрового насоса, закривається повертанням управо спеціаль­ної тяги, шарнірно з'єднаної зі стержнем краника. Другий краник,

розташований з правого боку в нижній частині сорочки блока цилін­дрів, закривається переміщенням тяги вниз. Для відкривання крани- ка тягу переміщують угору.

1. ПРИЗНАЧЕННЯ І КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ

Для тривалої і безперебійної роботи двигуна необхідно забезпе­чити певний температурний режим. При перегріванні двигуна його потужність зменшується через зростання механічних витрат на по­долання сил тертя і зменшення наповнення циліндрів свіжим заря­дом робочої суміші. Крім того, при цьому нагрівається масло, в’язкість його зменшується, мащення деталей погіршується. Деталі інтенсивно спрацьовуються і змінюють свої механічні властивості (міцність, твердість). При переохолодженні двигуна також зни­жується потужність і підвищується витрата палива через погіршен­ня умов утворення і згоряння робочої суміші, а також збільшують­ся затрати потужності на подолання сил тертя через погіршення ма­щення деталей при збільшенні в’язкості масла.

Для підтримання постійного теплового режиму двигуна при­значена система охолодження. Деталі двигуна охолоджуються різними способами, але основну кількість теплоти від деталей в ат­мосферу відводить система охолодження. Залежно від виду тепло­носія системи охолодження поділяють на рідинні і повітряні. Кла­сифікація систем охолодження представлена на рис. 5.1.

Рідинні системи охолодження бувають з термосифонною і при­му» (тою циркуляцією рідини.

У термосифонній системі охолодження циркуляція відбу- |н< і ься через те, що гаряча рідина легша від холодної і піднімається и і пру в сорочці охолодження від нагрітих деталей, ПОТІМ ПО верх­ній іму патрубку надходить в радіатор, а з радіатора по нижньому па- ! рубку в сорочку охолодження повертається охолоджена рідина, б рмосифонна система охолодження проста за будовою, але не за- йімиечує достатнє охолодження рідини через повільну циркуляцію рідини. Така система застосовується для охолодження пускових тіпунів. Сорочка системи охолодження пускового двигуна пат­рубками сполучена із сорочкою системи охолодження дизеля.

У сучасних двигунах запроваджуються системи охолодження з примусовою циркуляцією рідини за допомогою відцентрового на­ми а. Завдяки більшій інтенсивності циркуляції рідини місткість їдких систем менша, як і маса дизеля, рівномірність і ефективність

2. ЗАГАЛЬНА БУДОВА І РОБОТА СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ

Системи охолодження, в яких сорочка охолодження вільно спо­лучена з атмосферною за допомогою паровідвідної трубки, нази- иаються відкритими. У сучасних двигунів сорочка охолодження

• получається з атмосферою періодично через пароповітряний кла­пан. Така система називається закритою. Застосування паропо­вітряного клапана дозволяє збільшити тиск в сорочці охолодження до 0,115 МПа, одночасно зростає температура кипіння рідини, вода менше випаровується, що зменшує накип на стінках сорочки.

Рис.5.2. Схеми системи охолодження:

а - рідинної: 1 - радіатор; 2 - пароповітряний клапан; З - трубка; 4,11- патрубок; 5 - відвідна трубка; 6 - тер­мостат; 7 - головка блока циліндрів; 8 - розподільна труба; 9 - блок циліндрів; 10 - насос; 12 - краник; 13 - вен­тилятор; б - повітряної: 1 - вентилятор; 2 - захисна сігка; З - кожух; 4 - масляний радіатор; 5 - циліндр; 6 - ребра циліндра; 7 - щитки-дефлектори; 8 - вікна

Н а сучасних тракторних двигунах застосовується закрита сис- ігма рідинного охолодження з примусовою циркуляцією рідини, яка складається з таких елементів: сорочки охолодження, яка утво­рюється порожнинами блока 9 (рис. 5.2, а) і головки блока цилінд­рів 7, з’єднаних між собою; радіатора 1, який верхнім 4 і нижнім 11 патрубками з’єднується з сорочкою охолодження; рідинного відцентрового насоса 10 і вентилятора 13, встановлених на одному валу в загальному корпусі, прикріпленому до блока. Привод насоса і вентилятора здійснюється від колінчастого вала через два шківи і приводні паси. У верхній частині головки блока циліндрів розташо­ваний корпус термостата 6, який відвідною трубкою 5 з’єднаний з корпусом насоса 10. Рідина в сорочку охолодження заливається че­рез горловину верхнього бачка радіатора, яка закривається криш­кою з пароповітряним клапаном 2. Зливається рідина із сорочки охолодження за допомогою краників 12, встановлених на нижньо­му бачку радіатора і блока циліндрів.

При роботі холодного двигуна рідина в системі циркулює по малому ко­лу: насос 10 — розподіль­на труба 8 — сорочка охо­лодження — термостат 6 — відвідна трубка 5, знову — до насоса 10. Циркуляція здійснюється до досяг­нення рідиною темпера­тури 60...75°С.

При такій температу­рі спрацьовує термостат і рідина починає циркулю­вати по великому колу за допомогою насоса 10 і на­грітої рідини: насос 10 — розподільна труба 8 — со­рочка охолодження — тер­мостат 6 — верхній патру­бок 4 — верхній бачок раді­атора 1 — серцевина радіа­тора — нижній бачок раді­атора — нижній патрубок

11. — насос 10. У трубках серцевини радіатора рі­дина охолоджується, ос­кільки в серцевині радіа­тора один потік рідини із патрубка 4 розподіляєть­ся і теплота від рідини передається трубкам сер­цевини. Зовнішня поверхня трубок обдувається потоком повітря, що всмоктується вентилятором 13.

При нормальній роботі двигуна з номінальним навантаженням температура охолоджувальної рідини, яка потрапляє у верхній ба­чок радіатора, становить 85...90°С, а температура охолодної рідини на вході в сорочку охолодження відповідно 70...75°С. В радіаторі температура охолоджувальної рідини зменшується на Ю...15°С.

Система повітряного охолодження складається із вентилятора 1 (рис. 5.2, б), кожуха 3, щитків-дефлекторів 7 і ребер 6 гільз і голо­вок циліндрів. Привод вентилятора 1 здійснюється від колінчасто­го вала через два шківи і приводний пас.

При роботі дизеля вентилятор 1 втягує атмосферне повітря че­рез сітку 2 і спрямовує його за допомогою кожуха 3 до ребристої циліндрів, які обдуваються повітряним потоком і охолод- ній н Змінюючи розмір вікон 8 щитками-дефлекторами 7, змі- Внпм. іи генсивність охолодження циліндрів. Чим більше розмір рійнії Н, тим менше опір потоку повітря вони створюють, а циліндри Іфміш охолоджуються. Під кожухом 3 встановлюється масляний ші їм іор 4, який також охолоджується повітряним потоком.

( ис* гема повітряного охолодження зменшує габарити і масу ди- рУім, простіша в експлуатації, але має підвищений шум і витрати ■тужності двигуна (5...10 %) на гіривод вентилятора.

С истеми рідинного охолодження сучасних дизелів відрізня-

• Н'< и під наведеної принципової схеми (рис. 5.2, а):

наявністю датчика і покажчика температури охолоджуваль­нім рідини і місцем встановлення датчика;

наявністю пристроїв для регулювання інтенсивності повітря­ним» потоку через серцевину радіатора і способом керування цим Нрт і роєм;

конструкцією насоса і способом його приводу, місцем розта- ріунання термостата, їх кількістю і конструкцією.

Датчик температури охолоджувальної рідини може встановлю­єм игь у верхньому патрубку радіатора після корпуса термостата ( І (»511), в кінці відвідного трубопроводу головки циліндрів (СМД- ІМІІ, А-41) або в патрубку відведення рідини із сорочок охолоджен­им кожного ряду циліндрів дизелів СМД-60, отвір 3 (рис. 5.3). Тер- М< м тат встановлюється в корпусі на головці циліндрів Д-65. Термо- маї кожної головки циліндрів дизеля СМД-60 розташований в за- і а наюму корпусі 15, який встановлено між патрубками 18 головок ції /ііндрів, верхнім патрубком 12 радіатора і відвідною трубкою 17.

Інтенсивність повітряного потоку регулюється встановленням іігред серцевиною радіатора полотняної шторки 8 або металевих м частин (жалюзі). Ці пристрої частково або повністю перекривають /її и гуп повітря із атмосфери до серцевини, регулюючи тим самим і 111 гисивність охолодження рідини. Для керування шторкою 8 дизе- іи СМД-60 призначений тросик 13 і ланцюжок 14 (кільце ланцюж­ка в кабіні трактора). Ланцюжок фіксується відносно вихідного штуцера. Для зменшення кількості повітря, що надходить в радіатор при охолодженні дизеля, ланцюжок за кільце втягують в кабіну і фіксують. Шторка 8 розмотується на валику і обмежує до- гіуіі повітря. Якщо ланцюжок відпустити, шторка автоматично « кручується завдяки спеціальному пристрою.

Для зливання рідини із сорочки охолодження У-подібних дви-

і у ній служать два краники 24, розташовані внизу кожного ряду циліндрів. Для зручності керування дизелем СМД-60, на краниках їм гановлюється видовжений важіль, кінець якого виступає над за- чисним боковим кожухом капота. Важіль краника нижнього бачка радіатора виведений на передню частину радіатора.

Рис. 5.3. Система рідинного охолодження дизеля СМД-60:

1 — вентилятор; 2 — насос; 3 — різьбовий отвір для датчика-покажчика температури; 4 — канал в головці циліндрів; 5 — канал в передній кришці; 6, 12, 18, 19 — патрубки; 7, 24 — краники; 8 — шторка; 9 — масляний радіатор; 10 — рідинний радіатор; 11 — заливна горловина; 13 —тросик; 14 — ланцюжок; 15 — корпус термостатів; 16 — термостат; 17 — відвідна трубка; 20, 26, 28, ЗО — сорочка охолодження пускового двигуна, блок-картера, головки циліндрів

і компресора; 21, 27 — отвори для проходження рідини з блок-картера в головку циліндрів; 22 — трубопровід для відведення повітря; 23 — розподільний канал в блок-картері; 25 — отвір для відведення рідини в сорочку охолодження блок-картера; 29 — трубопровід для відведення рідини з компресора на вхід насоса; 31 — трубопровід для відведення рідини до компресора

і з блок-картера

а — схема потоку повітря; б — загальний вигляд; 1, 3,7 — задній, середній і передній дефлектори;

2. — циліндр; 4 — тяга управління жалюзі; 5 — жалюзі; 6 — головка циліндра; 8 — ротор вентилятора; 9 — напрямний апарат; 10 — захисна сітка; 11 — масляний радіатор; 12 — кожух; 13 — вал; 14, 16 — шківи; 15 — пас; 17 — генератор; 18 — стяжний болт; 19 — обтічник; 20 — форсунка; 21 — ковпак клапанного механізму

В системі охолодження дизеля ЯМЗ-240 застосовано розширю­вальний бачок, система має гідравлічну муфту відключення венти­лятора з автоматичним пристроєм для забезпечення оптимального теплового режиму незалежно від навантаження і температури на­вколишнього середовища.

Системи повітряного охолодження сучасних дизелів мають тягу

4. (рис. 5.4) для керування жалюзі 5, які змінюють величину вихідних вікон. Для кращого охолодження головки циліндрів в ній виконано наскрізні отвори. Кожух 12, передній 7, задній 1 і середній З дефлектори (тонкі металеві пластинки) спрямовують повітря, поліпшуючи його розподіл по поверхні циліндрів і головок. Венти­лятор складається з двох основних частин: ротора 8 з лопатками і на­прямного апарата 9. Привод ротора 8 здійснюється від колінчасто­го вала через шківи 16, 14 і приводний пас 15. Напрямний апарат своїми лопатями змінює напрям повітря, яке проходить через нього, тобто спрямовує його проти напрямку обертання ротора. Це змен­шує втрати енергії у вентиляторі і дозволяє одержати вищий тиск повітря, яке нагнітається. На напрямний апарат встановлено швид- кознімну захисну сітку 10, закріплену спеціальними гайками.

Кількість повітря, яке надходить до вентилятора, регулюється за допомогою заслінки (дросельного диска), встановленої за захис­ною сіткою 10. Генератор може бути виконаний окремо (рис. 5.4.) або вмонтований у вентилятор.