Общее устройство и работа жидкостной системы охлаждения

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода от деталей двигателя лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Благодаря этому создается определенный температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается. Тепло в двигателях отводится двумя способами: жидкостью (жидкостная система охлаждения) или воздухом (воздушная система охлаждения). Эти системы поглощают 25 — 35 % тепла, выделяющегося во время сгорания топлива. Температура охлаждающей жидкости, находящейся в головке блока цилиндров, должна быть равна 80 —95 ⁰С. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не должен изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя. Температура в течение рабочего цикла двигателя изменяется от 80—120 °С (минимальная) в конце впуска до 2000 —2200 °С (максимальная) в конце сгорания смеси.

Если двигатель не охлаждать, то газы, имеющие высокую температуру, сильно нагревают детали двигателя и они расширяются. Масло на цилиндрах и поршнях выгорает, их трение и износ возрастают, а от чрезмерного расширения деталей происходит заклинивание поршней в цилиндрах дви­гателя, и двигатель может выйти из строя. Чтобы избежать отрицательных явлений, вызываемых перегревом двигателя, его необходимо охлаждать.

Однако чрезмерное охлаждение двигателя вредно отражается на его работе. При переохлаждении двигателя на стенках цилиндров конденсируются пары топлива (бензина), смывая смазку, разжижают масло в картере. В этих условиях происходит интенсивный износ поршневых колец, поршней, цилиндров и снижается экономичность и мощность двигателя. Нормальная работа системы охлаждения способствует получению наибольшей мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока службы двигателя без ремонта.

Большинство двигателей имеет жидкостные системы охлаждения (открытые или закрытые). У открытой системы охлаждения внутреннее пространство непосредственно сообщается с окружающей атмосферой. Распространение полу­чили закрытые системы охлаждения, у которых внутреннее пространство только периодически сообщается с окружающей средой при помощи специальных клапанов. В этих системах охлаждения повышается температура кипения охлаждающей жидкости и уменьшается ее выкипание.

Двигатель автомобиля КамАЗ-5320 имеют закрытую жидкостную систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости, создаваемой водяным центробежным насосом. Жидкостная система охлаждения автомобильного двигателя (рис. 1) состоит из водяной рубашки 16, радиатора 1, вентилятора 24, термостата 9, насоса с крыльчаткой 17. отводящего 8и подводящего 8патрубков, ремня 23привода вентилятора, датчика 13указателя температуры жидкости, сливных краников 15 и 21 идру­гих деталей. Вокруг цилиндров двигателя и головки блока имеется пространство с двойными стенками (водяная рубашка), где циркулирует охлаждающая жидкость.

Рис. 1. Схема жидкостей системы охлаж­дения:

1 — радиатор; 2— верхний бачок; 3 — пробка радиатора; 4 — контрольная трубка; 5 — верхний патрубок радиатора; 6и 19 — резиновые шланги; 7—перепускной канал; 8и 18 — соответственно отводящий и под­водящий патрубки; 9 —термостат; 10 — отверстие; 11 — головка блока; 12 — водораспределительная трубка; 13 — датчик ука­зателя температуры жидкости; 14 — блок цилиндров; 15и 21 — сливные краники; 16 — водяная рубашка; 17 — крыльчатка во­дяного центробежного насоса; 20 — нижний патрубок радиатора; 22 — нижний бачок радиатора; 23 — ремень привода вентиля­тора; 24 — вентилятор

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость нагревается и водяным насосом подается в радиатор, где охлаждается, а затем снова поступает в рубашку блока цилиндров. Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы охлаждаю­щая жидкость постоянно циркулировала по замкнутому кругу: двигатель — радиатор — двигатель. Жидкость может циркулировать по малому кругу, минуя радиатор (непрогретый двигатель, термостат закрыт), или по большому кругу, поступая в радиатор (прогретый двигатель, термостат открыт). Направление движения охлаждающей жидкости показано на рис. 1 стрелками.

Водяная рубашка 16двигателя состоит из рубашки блока 14цилиндров и рубашки головки 11блока, соединенных между собой отверстиями в прокладке между головкой и блоком. Крыльчатка 17водяного центробежного насоса и вентилятор приводятся в действие клиновидным ремнем 23. При вращении крыльчатки насоса охлаждающая жидкость нагнетается в водораспределительную трубку 12, расположенную в головке блока. Через отверстия 10в трубке жидкость направляется к патрубкам выпускных клапанов, благодаря чему охлаждаются наиболее нагретые части головки блока и цилиндров. Нагретая охлаждающая жидкость проходит в верхний отводящий патрубок 8. Если термостат 9закрыт, то по перепускному каналу 7 жидкость снова поступает к центробежному насосу. При открытом термостате охлаждающая жидкость проходит в верхний бачок 2радиатора, охлаждается, протекая по трубкам, и поступает в нижний бачок 22радиатора. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему подводящему патрубку 18подводится к насосу.

Система охлаждения дизеля автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 3) рассчитана нa постоянное использование жидкостей ТОСОЛ-А-40 или ТОСОЛ-А-65 (замерзающих при низкой температуре). Применение воды в системе охлаждения допускается только в особых случаях и кратковременно. В систему охлаждения входят водяные рубашки блока и головок 26цилиндров, водяной насос 27, радиатор 4,вентилятор 30с гидромуфтой 5, жалюзи 3, два термостата 10, расширительный бачок 18, соединительные трубопроводы, шланги, клиноременная передача привода насоса, сливные краны или пробки, датчики температуры охлаждаю­щей жидкости и другие детали.

Рис. 3. Система охлаждения лик-ля автомобиля КамАЗ-5320:

1 – шкив коленчатою вала; 2 – нижний бачок; 3 – жалюзи; 4 — радиатор; 5 – гидромуфта привода вентилятора; 6 – перепускной патрубок; 7 — нагнетательный патрубок; 8 — верхний бачок; 9 – верхний патрубок; 10 – термостат; 11 — водораспределительная коробка; 12 – соединительная труба; 13 – подводящая трубка; 14 – правая водяная труба; 15 – отводящая трубка; 16 – впускной коллектор; 17 – датчик контрольной лампы перегрева жидкости; 18 — расширительный бачок; 19 – горловина герметизирующей пробкой; 20 – пробка с клапанами; 21 – отводящая трубка от компрессора: 22 – отводяшая трубка левой водяной трубы; 23 — компрессор; 24 – левая водяная труба; 25 — крышка головки; 26 – головка цилиндра; 27 — водяной насос; 28 – сливной кран или пробка; 29 — шкив водяного насоса; 30 – вентилятор; 31— нижний патрубок

Завод допускает работу двигателя при температуре охлаждающей жидкости не более 105 ⁰С. Температурный режим работы двигателя поддерживается двумя термостатами, гидромуфтой включения вентилятора и жалюзи. Если двигатель не прогрет, то охлаждающая жидкость, подаваемая насосом 27, поступает в левый ряд цилиндров и по нагнетательному патрубку 7 в правый ряд. Омывает наружные поверхности гильз цилиндров обоих рядов, затем через отверстия в верхней плоскости блока цилиндра, прокладке головки блока поступает в головки цилиндров, охлаждая наиболее нагретые места — выпускные каналы и гнезда форсунок. Нагретая жидкость проходит от головок цилиндров в пра­вую 14и левую 24трубы, расположенные в «развале» двигателя, затем по соединительной трубе 12подается в водораспределительную коробку (или коробку термостатов). Клапаны термостатов 10закрыты, и по перепускному патрубку 6охлаждающая жидкость снова подается к водяному насосу 27. Термостаты установлены в отдельной коробке, укрепленной на перед­нем торце правого ряда цилиндров. Расширительный бачок 18расположен на двигателе с правой стороны и соединен с верхним бачком 8радиатора, водораспределительной коробкой, компрессором 23и водяной рубашкой блока цилиндров. Расширительный бачок 18компенсирует изменение объема жидкости при ее нагревании, позволяет контролировать ее уровень в системе охлаждения. В бачок 18отводится и в нем конденсируется пар из верхних участков радиатора и системы. Собирающийся в бачке воздух улучшает работу системы охлаждения. ТОСОЛ-А-40 или ТОСОЛ-А-65 в систему охлаждения наливают через горловину 9, имеющую герметизированную пробку на резьбе. Паровой и воздуш­ный клапаны установлены в пробке 20.

В системе охлаждения дизеля применена гидромуфта (рис. 4) привода вентилятора, которая передает крутящий момент от коленчатого вала двигателя к вентилятору. Используя гидромуфту, поддерживают наивыгоднейший температурный режим в системе охлаждения и гасят возникающие колебания при резком изменении частоты вращения коленчатого вала. Гидромуфта привода вентилятора имеет автоматическое управление.

Рис. 4. Гидромуфта привода вентилятора:

1 — передняя крышка; 2 – корпус; 3 – кожух; 4, 7, 13 и 20 — шарикоподшипники; 5 – трубка подвода масла; 6 — ведущий вал; 8 — уплотнительные кольца; 9 – ведомое колесо; 10 – ведущее колесо; 11 –шкив; 12 — вал шкива; 14 – упорная втулка; 15 – ступица вентилятора; 16 – ведомый вал; 17 и 21 — самоподжимные сальники: 18 – прокладка; 19 и 22 — болты

В движение гидромуфта приводится от коленчатого вала двигателя через шлицевой ведущий вал 6. Вентилятор, расположенный соосно с коленчатым валом, укреплен на ступице 15, установленной на ведомом валу 16. Ведущую часть гидромуфты составляют: ведущий вал 6в сборе с кожухом 3; ведущее колесо 10, соединенное болтами с кожухом и валом 12шкива; шкив 1привода насоса и генератора, привернутый к валу 12 болтами 19. Ведущая часть гидромуфты вращается на шарикоподшипниках 7 и 20. Ведомую .часть гидромуфты составляют: ведомое колесо 9 в сборе, соединенное болтами 22 с ведомым валом 16. Ведомая часть гидромуфты привода вентилятора вращается на шарикоподшипниках 4и 13. Уплотнение гидромуфты осуществлено двумя уплотнительными кольцами 8и самоподжимными сальниками 17и 21.

Для управления гидромуфтой привода вентилятора имеется выключатель золотникового типа, установленный на нагнетательном патрубке 7 (см. рис. 3) в передней части двигателя. В зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения выключатель гидромуфты соединяет или разъединяет ведущий вал с ведомым 16(см. рис. 4), изменяя количество масла, поступающего в гидромуфту из системы смазки. Масло для работы гидромуфты подается насосом в ее полость, затем по трубке 5 подводится в каналы ведущего вала и через отверстия в ведомом колесе — в межлопастное пространство. При вращении ведущего колеса 10масло с его лопаток переходит на лопатки ведомого колеса 9, и оно начинает вращаться, передавая крутящий момент на вал 16и вентилятор. Гидромуфта при помощи крана включается в работу или отключается, а в связи с этим включается или отключается вентилятор. Кран находится в корпусе выключателя гидромуфты.

Вентилятор может работать в трех режимах:

автоматический — температура охлаждающей жидкости в двигателе поддержи­вается равной 80 — 95 °С; кран выключателя гидромуфты установлен в поло­жение В (метка на корпусе); при снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 80 ⁰С вентилятор автоматически отключается;

вентилятор отключен — кран выключателя гидромуфты установлен в поло­жение 0; вентилятор может вращаться с небольшой частотой;

вентилятор включен постоянно — в таком режиме допускается кратковременная работа в случае возможных неисправностей гидромуфты или ее выключателя.

Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют дистанционным термометром, приемник которого расположен в кабинете водителя на щитке приборов, в датчик в водораспределительной коробке (дизель автомобиля КамАЗ-5320), в водяном канале впускного трубопровода (двигатели автомобилей ГАЗ-53А и ЗИЛ-130), в головке блока (двигатель автомобиля ГАЗ-24 «Волга»). Если температура воды в системе охлаждения превышает определенную величину, то на щитке приборов загорается сигнальная лампа, например красная (автомобиль ГАЗ-53А) при температуре воды 105—108 °С.