Кратко о том, как работает система охлаждения двигателя автомобиля.

Ответьте на вопрос какая часть автомобиля важнее: , или система охлаждения мотора? Если вы выбрали одну или две из предложенных позиций в списке, вы ответили неверно. На самом деле все вышеперечисленные позиции жизненно важны для любой машины. Сбой в каждой из них приведет к серьезным последствиям исправить которые будет непросто.

Возьмем, например, систему охлаждения мотора. Если она неисправна или режим работы двигателя превышает заложенные при ее проектировании рабочие показатели есть вероятность, что вы можете увидеть редкое явление, которое впоследствии будет приходить вам в кошмарных снах, из-под капота начнет валить густой горячий пар, а стрелка датчика температуры двигателя упрется в красную зону отмечая критический перегрев мотора. Двигатель после такой паровой бани и предельных температур вполне возможно отправится в автосервис на капитальный ремонт или прямиком на свалку. Таков результат неправильной работы системы охлаждения.

И так, первая полезная информация для новичков. Цель системы охлаждения- создать идеальные термические условия работы для двигателя, которые исключат возможность его перегрева. В ДВС происходят экзотермические реакции (то есть он производит большое количество тепла) и в том случае если система охлаждения не в состоянии забрать излишнее тепло от блока цилиндров, двигатель начнет деформироваться (может повести головку блока цилиндров), масло будет не в состоянии обеспечить достаточную защиту (ухудшаться его защитные свойства), двигатель начнет быстро изнашиваться и в конечном счете его заклинит.

Самой важной частью системы охлаждения двигателя безусловно является водяной насос. Он заставляет охлаждающую жидкость созданную на основе этиленгликоля циркулировать по самым горячим частям двигателя, а также через корпус термостата, радиатор, радиатор отопителя и другие трубки и шланги входящие в систему охлаждения.

Все двигатели внутреннего сгорания охлаждаются посредством конвективного теплообмена (перенос теплоты в неравномерно нагретой жидкой, газообразной и иных текучих средах, более подробно читайте здесь: yandex.ru) и почти во всех современных автомобилях в качестве жидкого антифриза используется жидкость, основанная на этиленгликоле. У нее есть ряд преимуществ по сравнению с другими техническими жидкостями, такие как высокая теплоемкость, очень высокая температура кипения и низкая температура замерзания. Именно ее прокачивает через двигатель водяной насос приводимый в движение от коленвала приводным ремнем привода вспомогательных агрегатов.

Как работает термостат?

В работе термостата используется воск. Воск залитый в латунную или алюминиевую капсулу при нагревании толкает небольшой поршень от корпуса термостата, сжимая пружину. Термостат открывается. После охлаждения системы пружина возвращает термостат в закрытое положение (работа термостата показана на 5.37 минуте видео. Кстати! Этот вариант показанный можно использовать в качестве проверки работы термостата с вашего автомобиля, если вы сомневаетесь в его правильном функционировании)

На холодном двигателе охлаждающая жидкость идет по так называемому малому кругу через блок цилиндров, головку блока цилиндров, именуемую «головой» и (по этой причине вы сразу же получаете теплый воздух в салоне после запуска двигателя).

Как только мотор достигает примерно 95 градусов, воск в термостате расширяется и открывает клапан направляя охлаждающую жидкость из двигателя в радиатор охлаждения.

Как устроен радиатор охлаждения?

Нагретая охлаждающая жидкость проходит через трубки радиатора, отдавая тепло от теплоносителя (жидкости) трубкам, затем передавая его ребрам радиатора (ребра выполнены из гофрированного металла). Ребра, с их большой площадью поверхности, способствуют высокой теплоотдачи встречаясь с набегающим потоком охлажденного воздуха (для увеличения эффекта охлаждения или в тех случаях, когда автомобиль находится в неподвижном состоянии, перед радиатором ставится большой вентилятор, который дополнительно прогоняет воздух через ребра охлаждения). Таким образом охлаждающая жидкость протекая через радиаторную решетку охлаждается и попадает в противоположный бак на радиаторе. Цикл повторяется, охлажденная жидкость возвращается в водяной насос и охлаждает двигатель, круг замкнулся.

Срез радиатора показывает нам два ряда трубок, через которые проходит охлаждающая жидкость, которая переносит тепло от двигателя ребрам радиаторной решетки.

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) приводит к чрезмерному нагреванию всех его деталей и без их охлаждения функционирование главного агрегата транспортного средства невозможно. Эту роль выполняет система охлаждения двигателя, которая также отвечает за обогревание салона авто. В турбированных двигателях с ее помощью снижается температура воздуха, нагоняемого в цилиндры, а в АКПП эта система охлаждает жидкость, которая применяется для ее работы. Отдельные модели машин оснащают масляным радиатором, который принимает участие в терморегуляции масла, использующегося для смазки двигателя.

Система охлаждения ДВС бывает воздушная и жидкостная

Обе эти системы не идеальны и имеют как достоинства, так и недостатки.

Преимущества воздушной системы охлаждения:

• небольшой вес двигателя;
• простота устройства и его обслуживания;
• невысокая требовательность к температурным изменениям.

Недостатки воздушной системы охлаждения:

• большой шум от работы двигателя;
• перегрев отдельных деталей мотора;
• невозможность выстроить цилиндры блоками;
• затруднительность в использовании выделяемого тепла для обогревания салона авто.

В современных условиях автопроизводители предпочитают оснащать свои машины преимущественно двигателями с системами жидкостного охлаждения. Воздушные конструкции, охлаждающие узлы мотора, встречаются очень редко.

Преимущества жидкостной системы охлаждения:

• не такой шумный двигатель по сравнению с воздушной системой;
• высокая скорость начала работы при запуске мотора;
• равномерное охлаждение всех деталей силового механизма;
• меньшая предрасположенность к детонации.

Недостатки жидкостной системы охлаждения:

• дорогое техническое обслуживание и ремонт;
• возможное вытекание жидкости;
• частые переохлаждения мотора;
• замерзание системы в периоды морозов.

Структура жидкостной системы охлаждения двигателя

К основным составляющим жидкостной системы охлаждения ДВС относятся следующие детали:

• «водяная рубашка» двигателя
• вентилятор;
• радиатор;
• помпа (центробежный насос);
• термостат;
• бачок расширительный;
• теплообменник отопителя;
• составляющие элементы управления.

Водяная рубашка двигателя – это плоскость между стенками агрегата в тех местах, которым требуется охлаждение.

Радиатор системы охлаждения – это механизм, который предназначен для отдачи созданного работой двигателя тепла. Узел представляет собой конструкцию из многих изогнутых алюминиевых трубой, которые также имеют дополнительные ребра, способствующие большей теплоотдаче.

Вентилятор используется для ускорения циркуляции воздуха, обволакивающего радиатор. Вентилятор включается при граничном нагревании охлаждающей жидкости.

Центробежный насос (другими словами – помпа) обеспечивает беспрерывное движение жидкости во время работы двигателя. Привод для помпы может быть разным: ременной, например, или шестеренный. На авто с турбированными двигателями часто устанавливают добавочные насосы, которые способствуют циркуляции жидкости и запускаются из блока управления.

Термостат – это устройство в виде биметаллического (или электронного) клапана, расположенного между входным отверстием радиатора и «рубашкой охлаждения». Этот прибор обеспечивает нужную температуру жидкости, служащей для охлаждения ДВС. Когда мотор остывший, термостат закрыт, поэтому принудительная циркуляция остужающей жидкости проходит внутри двигателя, не затрагивая радиатор. В момент нагревания жидкости до граничной температуры клапан открывается. В этот момент система начинает функционировать во всю свою мощь.

Расширительный бачок используется для заливания охлаждающей жидкости. Этот узел компенсирует также изменение количества жидкости в системе во время изменения температуры.

Радиатор отопителя – механизм, предназначенный для подогрева воздуха в салоне транспортного средства. Его рабочая жидкость набирается непосредственно возле входа в «рубашку» мотора.

Главным элементом координации системы охлаждения ДВС есть датчик (температурный), электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Особенность работы системы охлаждения двигателя

Система охлаждения работает под контролем системы управления силовым агрегатом. Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя. Учитывая степень нагрева, жидкость перемещается либо по малому, либо по большому кругу.

Чтобы двигатель быстрее прогрелся после запуска, жидкость циркулирует по кругу малому. После ее нагревания термостат открывается, предоставляя жидкости возможность циркулировать через радиатор, на выходе с которого на жидкость воздействует поток воздуха (встречного или от работающего вентилятора), который ее охлаждает.

В моторах с турбонаддувом может использоваться двухконтурная система охлаждения. Особенностью ее работы есть то, что один контур контролирует охлаждение нагнетаемого воздуха, а второй – охлаждение двигателя.

Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.

Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.

Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.

С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.

История системы охлаждения двигателя

Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.

Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.

Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.

Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.

В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.

Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.

Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.

Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.

В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:

• Fiat 500,
• Citroën 2CV,
• Фольксваген Жук.

В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.

Как работает жидкостная система охлаждения двигателя

Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.

Устройство

Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:

• Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
• Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
• Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
• Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
• Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
• Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.

Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.

Принцип работы

В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.

Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.

Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.

Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.

Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.

Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.

Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.

Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения

Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.

Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.

Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.

Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.

Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.

Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.

Частые неисправности системы

Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.

Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:

1. Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
2. Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
3. Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
4. Потеря эластичности в результате высоких температур.
5. Механическое повреждение.

Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.

Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.

Итоги

Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.

На рисунке показана жидкостная система охлаждения карбюраторного V-образного двигателя. Каждый ряд блока имеет обособленную водяную рубашку. Нагнетаемая вода водяным насосом 5 разделяется на два потока - в распределительные каналы и далее в водяную рубашку своего ряда блока, а из них - в рубашки головок цилиндров.

Рис. Система охлаждения двигателя ЗМЗ-53: а - устройство; б - сердцевина; в - жалюзи; 1 - радиатор; 2 - датчик сигнализатора перегрева жидкости; 3 - пробка радиатора; 4 - кожух; 5 - водяной насос; 6 - перепускной шланг; 7 и 12 - соответственно отводящий и подводящий шланги; 8 - термостат; 9 - датчик температуры жидкости; 10 - штуцер сливного краника; 11 - рубашка охлаждения; 13 - ремень вентилятора; 14 - сливной краник; 15 - вентилятор; 16 - жалюзи; 17 - вентилятор отопителя; 18 - отопитель кабины; 19 - пластина жалюзи; 20 - тросик

При работе системы охлаждения значительное количество жидкости подается к наиболее нагретым местам - патрубкам выпускных клапанов и гнездам искровых свечей зажигания. У карбюраторных двигателей вода из рубашек головок цилиндров предварительно проходит через водяную рубашку впускной трубы, омывает стенки и нагревает смесь, поступающую из карбюратора по внутренним каналам трубы. При этом улучшается испарение бензина.

Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.

В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число мелких струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.

Верхний и нижний баки шлангами 7 и 12 соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижем баке предусмотрен краник 14 для слива воды из радиатора. Для ее спуска из водяной рубашки в нижней части блока цилиндров также имеются краники (с обеих сторон).

В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую пробкой 3.

К отопителю кабины 18 горячая вода поступает от водяной рубашки головки блока и отводится трубой к водяному насосу. Количество воды, поступающей к отопителю (или температура в кабине водителя), регулируется краном.

В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя - с помощью жалюзи 16 и термостата 8. Жалюзи состоят из набора пластин 19, которые шарнирно закреплены в планке. В свою очередь, планка тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи. Рукоятка размещена в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.

Водяной насос и вентилятор объединены в одном корпусе, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках установлен валик 4. На его переднем конце с помощью ступицы закреплен шкив 2. К его торцу привернута крестовина, к которой приклепана крыльчатка 1 вентилятора. При работе двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень. Лопасти крыльчатки 1, расположенные под углом к плоскости вращения, забирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сердцевину радиатора, отнимая у него теплоту.

На заднем конце валика 4 жестко посажена крыльчатка 5 центробежного водяного насоса, который представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 8 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7 и через прилив подается в водяную рубашку двигателя.

Рис. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-508: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - шкив; 3 - подшипник; 4 - валик; 5 - крыльчатка насоса; 6 - прокладка; 7 - корпус насоса; 8 - подводящий патрубок; 9 - корпус подшипников; 10 - манжета; 11 - уплотняющая шайба; 12 - обойма сальникового уплотнения

На заднем конце валика 4 также предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. Оно состоит из текстолитовой уплотняющей шайбы 11, резиновой манжеты 10 и пружины, которая прижимает шайбу к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 12.

На двигателе автомобиля КамАЗ вентилятор расположен отдельно от водяного насоса и приводится в действие через гидравлическую муфту. Гидромуфта (рис. а) включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью. В кожухе помещены два (с поперечными лопастями) сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.

Принцип работы гидромуфты основан на действии центробежной силы жидкости. Если быстро вращать сферический сосуд Д (насосный), заполненный рабочей жидкостью, то под действием центробежной силы жидкость скользит по криволинейной поверхности этого сосуда и попадает во второй сосуд Г (турбинный), заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость снова попадает в первый сосуд, разгоняется в нем, и процесс повторяется. Таким образом, передается вращение с ведущего вала А, соединенного с одним сосудом Д, на ведомый вал Б, соединенный жестко с другим сосудом Г. Этот принцип гидродинамической передачи используется в технике при конструировании различных механизмов.

Рис. Гидромуфта: а - принцип действия; б - устройство; 1 — крышка блока цилиндров; 2 - корпус; 3 - кожух; 4 - валик привода: 5 - шкив; 6 - ступииа вентилятора; А - ведуши вал; Б — ведомый вал; В - кожух; Г, Д - сосуды; Т - турбинное колесо; Н - насосное колесо

Гидромуфта размещена в полости, образованной передней крышкой 1 блока цилиндров и корпусом 2, соединенных винтами. Гидромуфта состоит из кожуха 3, насосного Н и турбинного Г колес, ведущего А и ведомого Б валов. Кожух соединен через ведущий вал А с коленчатым валом с помощью валика привода 4. С другой стороны кожух 3 соединен с насосным колесом и шкивом 5 привода генератора и водяного насоса. Ведомый вал Б опирается на два шариковых подшипника и соединен одним концом с турбинным колесом, а другим - со ступицей 6 вентилятора.

Вентилятор двигателя расположен соосно с коленчатым валом, передний конец которого соединен шлицевым валом с ведущим валиком 4 привода гидромуфты. Поворотом рычага включателя гидромуфты можно задать один из требуемых режимов работы вентилятора: «П» - вентилятор включен постоянно, «А» - вентилятор включается автоматически, «О» - вентилятор отключен (рабочая жидкость выпущена из кожуха). На режиме «П» допустима только кратковременная работа.

Автоматическое включение вентилятора происходит при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик. При температуре охлаждающей жидкости 85 °С клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и рабочая жидкость - моторное масло - поступает в рабочую полость гидромуфты из главной магистрали смазочной системы двигателя.

Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования его теплового режима в заданных пределах. Он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.

На изучаемых двигателях применяют одноклапанные термостаты с твердым наполнителем - церезином (нефтяным воском). Термостат состоит из корпуса 2, внутри которого помещен медный баллон 9, заполненный активной массой 8, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Масса в баллоне плотно закрыта резиновой мембраной 7, на которой установлена направляющая втулка 6 с отверстием для резинового буфера 12. На последнем установлен шток 5, связанный рычагом 4 с клапаном. В исходном положении (на холодном двигателе) клапан плотно прижат к седлу (рис. б) корпуса 2 спиральной пружиной 1. Термостат установлен между патрубками 10 и 11, отводящими нагретую жидкость в верхний бак радиатора и водяной насос.

Рис. Термостат с поворотным (а-в) и простым (г) клапанами: а - устройство термостата с поворотным клапаном (карбюраторный двигатель ЗИЛ-508); б - клапан закрыт; в - клапан открыт; г - устройство термостата с простым клапаном (карбюраторный двигатель 3M3-53); 1 - спиральная пружина; 2 - корпус; 3 - клапан (заслонка); 4 - рычаг; 5 - шток; 6 - направляющая втулка; 7 - мембрана; 8 - активная масса; 9 - баллон; 10 и 11 - патрубки отвода жидкости в радиатор и водяной насос; 12 - резиновый буфер; 13 - клапан; 14 - пружина; 15 - седло корпуса; А - ход клапана

При температуре охлаждающей жидкости выше 75 °С активная масса Оплавится и расширяется, воздействуя через мембрану, буфер и шток 5 на рычаг 4, который, преодолевая силу пружины 1, начинает открывать клапан 3 (рис. в). Полностью клапан откроется при температуре охлаждающей жидкости 90 °С. В интервале температур 75…90 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и тем самым поддерживает нормальный температурный режим двигателя.

На рисунке г показан термостат с простым клапаном 13 в положении, когда он открыт полностью для прохода жидкости в радиатор, т.е. когда его ход равен расстоянию А. При температуре 90 °С, когда активная масса баллона расплавлена, клапан вместе с баллоном садится вниз, преодолевая сопротивление пружины 14. По мере остывания масса в баллоне сжимается и пружина поднимает клапан вверх. При температуре 75 °С клапан 13 прижимается к седлу 15 корпуса, закрывая выход жидкости в радиатор.

Рис. Паровоздушный клапан: а — открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан; 1 и 6 - соответственно паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 - пружины парового и воздушного клапанов; 3 - пароотводная трубка; 4 - пробка (крышка) наливной горловины радиатора

Паровоздушный клапан необходим для сообщения внутренней полости радиатора с атмосферой. Он смонтирован в пробке 4 наливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 6. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением пара паровой клапан открывается и его избыток выходит наружу.

Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор поступает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Посредством воздушного клапана вода сливается из системы охлаждения при закрытой крышке горловины. При этом трубки радиатора предохраняются от разрушения под влиянием атмосферного давления в процессе остывания двигателя.

Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть в головке цилиндров, в водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или в верхнем баке радиатора.

Система охлаждения двигателя служит для поддержания нормального теплового режима работы двигателей путем интенсивного отвода тепла от горячих деталей двигателя и передачи этого тепла окружающей среде.

Отводимое тепло состоит из части выделяющегося в цилиндрах двигателя тепла, не превращающейся в работу и не уносимой с выхлопными газами, и из тепла работы трения, возникающего при движении деталей двигателя.

Большая часть тепла отводится в окружающую среду системой охлаждения, меньшая часть – системой смазки и непосредственно от наружных поверхностей двигателя.

Принудительный отвод тепла необходим потому, что при высоких температурах газов в цилиндрах двигателя (во время процесса горения 1800–2400 °С, средняя температура газов за рабочий цикл при полной нагрузке 600–1000 °С) естественная отдача тепла в окружающую среду оказывается недостаточной.

Нарушение правильного отвода тепла вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя. Последнее приводит к резкому падению прочности материала деталей и даже их обгоранию (например, выпускных клапанов). При сильном перегреве двигателя нормальные зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному износу, заеданию и даже поломке. Перегрев двигателя вреден и потому, что вызывает уменьшение коэффициента наполнения, а в бензиновых двигателях, кроме того, – детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.

Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно влечет за собой конденсацию частиц топлива на стенках цилиндров, ухудшение смесеобразования и воспламеняемости рабочей смеси, уменьшение скорости ее сгорания и, как следствие, уменьшение мощности и экономичности двигателя.

Классификация систем охлаждения

В автомобильных и тракторных двигателях, в зависимости от рабочего тела, применяют системы жидкостного и воздушного охлаждения. Наибольшее распространение получило жидкостное охлаждение.

При жидкостном охлаждении циркулирующая в системе охлаждения двигателя жидкость воспринимает тепло от стенок цилиндров и камер сгорания и передает затем это тепло при помощи радиатора окружающей среде.

По принципу отвода тепла в окружающую среду системы охлаждения могут быть замкнутыми и незамкнутыми (проточными) .

Жидкостные системы охлаждения автотракторных двигателей имеют замкнутую систему охлаждения, т. е. постоянное количество жидкости циркулирует в системе. В проточной системе охлаждения нагретая жидкость после прохождения через нее выбрасывается в окружающую среду, а новая забирается для подачи в двигатель. Применение таких систем ограничивается судовыми и стационарными двигателями.

Воздушные системы охлаждения являются незамкнутыми. Охлаждающий воздух после прохождения через систему охлаждения выводится в окружающую среду.

Классификация систем охлаждения приведена на рис. 3.1.

По способу осуществления циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:

принудительными, в которых циркуляция обеспечивается специальным насосом, расположенным на двигателе (или в силовой установке), или давлением, под которым жидкость подводится в силовую установку из внешней среды;

термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы гравитационных сил, возникающих в результате различной плотности жидкости, нагретой около поверхностей деталей двигателя и охлаждаемой в охладителе;

комбинированными , в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров, поршни) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.

Рис. 3.1. Классификация систем охлаждения

Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми.

Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой при помощи пароотводной трубки.

В большинстве автомобильных и тракторных двигателей в настоящее время применяют закрытые системы охлаждения, т. е. системы, разобщенные от окружающей среды установленным в пробке радиатора паровоздушным клапаном.

Давление и соответственно допустимая температура охлаждающей жидкости (100–105 °С) в этих системах выше, чем в открытых системах (90–95 °С), вследствие чего разность между температурами жидкости и просасываемого через радиатор воздуха и теплоотдача радиатора увеличиваются. Это позволяет уменьшить размеры радиатора и затрату мощности на привод вентилятора и водяного насоса. В закрытых системах почти отсутствует испарение воды через пароотводный патрубок и закипание ее при работе двигателя в высокогорных условиях.

Жидкостная система охлаждения

На рис. 3.2 показана схема жидкостной системы охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Рубашка охлаждения блока цилиндров 2 и головки блока 3, радиатор и патрубки через заливную горловину заполнены охлаждающей жидкостью. Жидкость омывает стенки цилиндров и камер сгорания работающего двигателя и, нагреваясь, охлаждает их. Центробежный насос 1 нагнетает жидкость в рубашку блока цилиндров, из которой нагретая жидкость поступает в рубашку головки блока и затем по верхнему патрубку вытесняется в радиатор. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему патрубку возвращается к насосу.

Рис. 3.2. Схема жидкостной системы охлаждения

Циркуляция жидкости в зависимости от теплового состояния двигателя изменяется с помощью термостата 4. При температуре охлаждающей жидкости ниже 70–75 °С основной клапан термостата закрыт. В этом случае жидкость не поступает в радиатор 5 , а циркулирует по малому контуру через патрубок 6, что способствует быстрому прогреву двигателя до оптимального теплового режима. При нагревании термочувствительного элемента термостата до 70–75 °С основной клапан термостата начинает открываться и пропускать воду в радиатор, где она охлаждается. Полностью термостат открывается при 83–90 °С. С этого момента вода циркулирует по радиаторному, т. е. большому, контуру. Температурный режим двигателя регулируется также с помощью поворотныхжалюзей, путем изменения воздушного потока, создаваемого вентилятором 7 и проходящего через радиатор.

В последние годы наиболее эффективным и рациональным способом автоматического регулирования температурного режима двигателя является изменение производительности самого вентилятора.

Элементы жидкостной системы

Термостат предназначен для обеспечения автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости во время работы двигателя.

Для быстрого прогрева двигателя при его пуске устанавливают термостат в выходном патрубке рубашки головки блока цилиндров. Он поддерживает желательную температуру охлажда-ющей жидкости путем изменения интенсивности ее циркуляции через радиатор.

На рис. 3.3 представлен термостат сильфонного типа. Он состоит из корпуса 2, гофрированного цилиндра (сильфона), клапана 1 и штока, соединяющего сильфон с клапаном. Сильфон изготовлен из тонкой латуни и заполнен легкоиспаряющейся жидкостью (например, эфиром или смесью этилового спирта и воды). Расположенные в корпусе термостата окна 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости могут или оставаться открытыми, или быть закрытыми клапанами.

При температуре охлаждающей жидкости, омывающей сильфон, ниже 70 °С клапан 1 закрыт, а окна 3 открыты. Вследствие этого охлаждающая жидкость в радиатор не поступает, а циркулирует внутри рубашки двигателя. При повышении температуры охлаждающей жидкости выше 70 °С сильфон под давлением паров испаряющейся в нем жидкости удлиняется и начинает открывать клапан 1 и постепенно прикрывать окна клапанами 3. При температуре охлаждающей жидкости выше 80–85 °С клапан 1 полностью открывается, окна же полностью закрываются, вследствие чего вся охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор. В настоящее время данный тип термостатов применяется очень редко.

Рис. 3.3. Термостат сильфонного типа

Сейчас в двигателях устанавливают термостаты, в которых заслонка 1 открывается при расширении твердого наполнителя – церезина (рис. 3.4). Это вещество расширяется при повышении температуры и открывает заслонку 1 , обеспечивая поступление охлаждающей жидкости в радиатор.

Рис. 3.4. Термостат с твердым наполнителем

Радиатор является теплорассеивающим устройством, предназначенным для передачи тепла охлаждающей жидкости окружающему воздуху.

Радиаторы автомобильных и тракторных двигателей состоят из верхнего и нижнего резервуаров, соединенных между собой большим количеством тонких трубок.

Для усиления передачи тепла от охлаждающей жидкости воздуху поток жидкости в радиаторе направляют через ряд обдуваемых воздухом узких трубок или каналов. Радиаторы изготовляют из материалов, хорошо проводящих и отдающих тепло (латуни и алюминия).

В зависимости от конструкции охлаждающей решетки радиаторы делят на трубчатые, пластинчатые и сотовые.

В настоящее время наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы . Охлаждающая решетка таких радиаторов (рис. 3.5а) состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему резервуарам радиатора. Наличие пластин улучшает теплопередачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее, так как при одинаковом сечении струи поверхность охлаждения их больше, чем поверхность охлаждения круглых трубок; кроме того, при замерзании воды в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.

Рис. 3.5. Радиаторы

В пластинчатых радиаторах охлаждающая решетка (рис. 3.5б) устроена так, что охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям пластин. Верхние и нижние концы пластин, кроме того, впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается вентилятором через проходы между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины обычно выполняют волнистыми. Пластинчатые радиаторы имеют большую охлаждающую поверхность, чем трубчатые, но вследствие ряда недостатков (быстрое загрязнение, большое количество паяных швов, необходимость более тщательного ухода) применяются сравнительно редко.

Сотовый радиатор относится к радиаторам с воздушными трубками (рис. 3.5в). В решетке сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи водой или охлаждающей жидкостью. Чтобы сделать возможной спайку концов трубок, края их развальцовывают так, что в сечении они имеют форму правильного шестиугольника.

Достоинством сотовых радиаторов является большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения. Из-за ряда недостатков, большинство из которых те же, что и у пластинчатых радиаторов, сотовые радиаторы в настоящее время встречаются крайне редко.

В пробке заливной горловины радиатора установлен паровой клапан 2 и воздушный клапан 1 , которые служат для поддержания давления в заданных пределах (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Пробка радиатора

Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, в системах охлаждения устанавливают малогабаритные одноступенчатые центробежные насосы низкого давления производительностью до 13 м 3 /ч, создающие давление 0.05–0.2 МПа. Такие насосы конструктивно просты, надежны и обеспечивают высокую производительность (рис. 3.7).

Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. В водяных насосах автомобильных двигателей обыкновенно применяют полузакрытые крыльчатки, т. е. крыльчатки с одним диском.

Крыльчатки центробежных водяных насосов часто монтируют на одном валике с вентилятором. В этом случае насос устанавливают в верхней передней части двигателя, приводится он в движение от коленчатого вала при помощи клиноременной передачи.

Рис. 3.7. Водяной насос

Ременную передачу можно применять и при установке центробежного насоса отдельно от вентилятора. В некоторых двигателях грузовых автомобилей и тракторов привод водяного насоса осуществляется от коленчатого вала шестеренчатой передачей. Вал центробежного водяного насоса устанавливают обычно на подшипниках качения и снабжают для уплотнения рабочей поверхности простыми или саморегулирующимися сальниками.

Вентилятор в жидкостных системах охлаждения устанавливают для создания искусственного потока воздуха, проходящего через радиатор. Вентиляторы автомобильных и тракторных двигателей делят на два типа: а) со штампованными из листовой стали лопастями, прикрепленными к ступице; б) с лопастями, которые отлиты за одно целое со ступицей.

Число лопастей вентилятора изменяется в пределах четырех – шести. Увеличение числа лопастей выше шести нецелесообразно, так как производительность вентилятора при этом увеличивается крайне незначительно. Лопасти вентилятора можно выполнять плоскими и выпуклыми.