Насоси системи охолодження 4 страница
Конструкція
Корпус, ведуча та ведена шестірні, приводний вал, кришка корпуса, нагнітальна та всмоктувальна порожнини, редукційний клапан, мастилоприймач. Роторні та героторні насоси додатково включають також ротори, проміжний корпус, елементи регулювання всмоктування мастила.
Рис. 2.110. Роторний та шестірневі мастильні насоси
Рис. 2.111. Героторний мастильний насос з регулюванням подачі мастила до насоса
Насос забезпечує постійний тиск в системі мащення у широкому діапазоні обертів двигуна.
Рис. 2.112. Будова односекційного мастильного насоса двигуна
Рис. 2.113. Схема роботи мастильного насоса:
1 - корпус; 2 - порожнина нагнітання; 3 – канал; 4 – кулька клапана;
5 – порожнина; 6 – регулювальний гвинт; 7 – вісь веденої шестірні;
8 – ведена шестірня; 9 – порожнина всмоктування; 10 – ведуча шестірня; 11 – вал.
Принцип дії
При роботі двигуна мастило потрапляє між зубами шестірен і переноситься з порожнини низького тиску у порожнину нагнітання. При перевищенні у нагнітальній порожнині тиску вище номінального відкривається редукційний клапан і частина мастила з нагнітальної порожнини повертається у порожнину низького тиску. Після встановлення у нагнітальній магістралі нормального тиску, редукційний клапан закривається.
Рис. 2.114. Деталі двосекційного мастильного насосу шестірневого типу
двигуна автомобіля ЗИЛ-131:
1-нагнітальна камера нижньої секції насоса; 2- вісь веденої шестірні нижньої секції насоса; 3- ведена шестірня нижньої секції насоса; 4-болт кріплення корпуса нижньої секції та основи насоса; 5- корпус нижньої секції насоса;
6- нагнітальна камера нижньої секції насоса; 7- перепускний клапан;
8- приймальна камера; 9- ведуча шестірня нижньої секції; 10- прокладка корпуса; 11- центрувальний штифт; 12- ведучий вал; 13- плунжерний редукційний клапан; 14- основа насоса; 15- нагнітальна камера верхньої секції; 16- ведуча шестірня верхньої секції; 17- канал подавання мастила від верхньої секції; 18- отвір подавання мастила до насоса; 19- корпус верхньої секції; 20- центруючи втулка вала; 21- ось веденої шестірні; 22- ведена шестірня.
Рис. 2.115. Робота двохсекційного мастильного насоса:
1-ведучий вал; 2-приймальна камера нижньої секції; 3-ведена шестірня нижньої секції; 4-плунжерний редукційний клапан; 5-ведучий вал верхньої секції; 6-приймальна камера верхньої секції; 7- отвір подавання мастила до насосу; 8-нагнітальна магістраль; 9-ведена шестірня верхньої секції;
10-нагнітальна камера верхньої секції; 11-ведуча шестірня верхньої секції; 12-голчатий запорний кран подачі мастила до радіатора; 13-нагнітальна камера нижньої секції; 14-ведуча шестірня нижньої секції; 15-кульовий перепускний клапан нижньої секції насоса.
Принцип дії: Насос приводиться в рух від зубчастої шестірні розподільного валу, яка входить у зачеплення з зубчатою шестірнею, проміжного валу. Масляний насос розміщений з правої сторони блоку циліндрів. В корпусі нижньої та верхньої секцій розміщені по дві шестірні: ведуча, закріплена на валу і ведена, яке вільно обертається на осі, запресованій в корпус. Кришка насосу є одночасно роздільною пластиною, при установленні якої з двох її сторін створюються дві окремі секції насосу. Прокладки забезпечують щільне з'єднання секцій з кришкою.
В кришці насосу розміщений редукційний клапан верхньої секції насосу. Коли тиск в нагнітальній порожнині перевищить 320 кПа, відкривається редукційний клапан, відрегульований на цей тиск і мастило перетікає у всмоктувальну порожнину.
У корпусі нижньої секції встановлений редукційний клапан, відрегульований на тиск відкриття 120 кПа. Верхня секція насосу подає мастило в систему двигуна через відцентровий фільтр, а нижня — в масляний радіатор.
Рис. 2.116. Мастильний насос автомобіля V8 TDI CR Audi
Рис. 2.117. Конструкція героторного мастильного насосу постійного тиску
Насос забезпечує заданий постійний тиск у нагнітальній магістралі на всіх робочих режимах за рахунок зміни подачі мастила.
До позитивної сторони героторного насоса відноситься: зменшення затрат на привод до 30%, кратність прокачування та деструктизація мастила, зменшення піноутворення.
Рис. 2.118. Робота героторного насоса при тиску у нагнітальній
магістралі нижче норми
Принцип дії
Обертаючись разом з ведучим валом, внутрішній ротор захоплює зовнішній ротор, заставляючи його обертатися. Так як осі роторів не співпадають, то мастило в області всмоктування попадає між зуби роторів. В області нагнітання простір між зубами роторів зменшується і мастило під тиском видавлюється у нагнітальну магістраль. При тиску у магістралі нижче норми пружина прижимає проміжний корпус до області нагнітання, вивільнюючи область всмоктування. Це дає можливість більшій кількості мастила пройти через насос і збільшити тиск у нагнітальній магістралі.
Рис. 2.119. Робота героторного мастильного насоса при тиску
у нагнітальній магістралі вище норми
Принцип дії
При тиску у магістралі вище норми, пружина під дією тиску мастила зжимається і проміжний корпус пересувається до області всмоктування мастила, перекриваючи впускні отвори та зменшуючи область всмоктування. Це приводить до зменшення кількості мастила, яке прокачується насосом і зменшує тиск у нагнітальній магістралі.
2.9.2. Мастильні фільтри
Фільтри системи мащення призначені для очищення мастила від часток металу, нагару, смол, бруду. Для цього використовують щілинні та відцентрові фільтри.
У системах мащення автомобільних двигунів застосовують фільтри грубої та тонкої очистки, які затримують частки розміром відповідно (30…60) та (0,5…1) мкм.
Фільтри грубої очистки (повнопоточні, які мають малий опір потоку мастила) встановлюються у систему мащення послідовно для фільтрації всього потоку мастила.
Фільтри тонкої очистки мастила, які мають значний опір потоку мастила, встановлюються паралельно, або послідовно у систему мащення.
Застосування повно поточних фільтрів тонкої очистки мастила дозволяють значно знизити спрацювання поверхонь тертя.
У більшості систем мащення легкових автомобілів встановлюється лише один повнопотоковий щілинний фільтр, який виконує грубу та тонку очистку мастила.
Застосування реактивних відцентрових фільтрів (центрифуг) дозволяє найбільш якісно робити очистку мастила.
Конструкція фільтра
Корпус, фільтруючий елемент (паперовий, картонний, повстяний), перепускний та протидренажний клапани.
Комбіновані фільтри складаються з двох фільтрів – грубої очистки пластинчато - щільового типу та тонкої очистки картонного типу або центрифуги.
Відцентровий реактивний фільтр складається з: корпуса з віссю на якій обертається під дією струмини мастила ротор з мастилом під тиском, корпусу ротора з ковпаком, подільника очищеного та неочищеного мастила і кожуха.
Ротор обертається на підшипниках і зверху закритий стальним кожухом, закріпленим гайкою. На осі є центральний і радіальний отвори для проходу мастила у середину ротора. У верхній частині корпусу ротора встановлений ковпачок з сітчастим фільтром, а в нижній — вкручені два жиклери (реактивні сопла), вихідні отвори яких направлені в протилежні сторони.
Рис. 2.120. Мастильні фільтри
Рис. 2.121. Відцентровий мастильний фільтр
( Мастильна центрифуга)
Рис. 2.122. Робота мастильного відцентрового фільтра:
1-нижня втулка ротора; 2-сопло ротора; 3-подільник очищеного та неочищеного мастила; 4-ротор; 5-ковпак фільтра. 6-верхня втулка; 7-шайба; 8-гайка ротора; 9-гайка кожуха.
Принцип дії відцентрового фільтра-центрифуги
Мастило під тиском заповнює внутрішню порожнину ротора, проходить через сітчастий фільтр і витікає з великою швидкістю із жиклерів, створюючи реактивні сили, направлені в протилежні сторони. Під дією цих сил ротор починає обертатись з частотою обертання до 5000 –
6000 об/хв. Разом з ротором обертається і мастило, що знаходиться в ньому. Завислі механічні домішки під дією сил інерції відкидаються від осі обертання і осідають щільним шаром на внутрішніх стінках ротора, а очищене мастило по центру стікає в піддон.
У каналі корпусу фільтра встановлена кулька перепускного клапана, відрегульованого на перепад тиску 1 кГ/см2 . Клапан призначений для пропуску частини мастила в розподільчу камеру блоку циліндрів, обминувши фільтр, при пуску холодного двигуна і великій в'язкості мастила, а також при значному зношенні підшипників двигуна.
2.9.3. Мастильні радіатори
(охолоджувачі мастила).
Призначення
Під час роботи двигуна в умовах великої плюсової температури, масло швидко нагрівається, його в’язкість зменшується і процес рідинного тертя між деталями в двигуні погіршується, викликаючи інтенсивне зношення деталей. Все це особливо негативно відображається на роботі двигуна при великих навантаження у жарку погоду.
Для запобігання перегріву мастила при експлуатації автомобіля в умовах плюсових температур застосовують мастильні радіатори.
Розрізняють радіатори з повітряним охолодженням, які розташовуються попереду радіатора системи охолодження та з рідинним охолодженням, які замикаються на систему охолодження двигуна.
Радіатори мають, як правило трубчато-пластинчату будову і виготовляються із алюмінієвих сплавів.
Рис. 2.123. Охолоджувач мастила двигуна R5 TDI
2.10. Система вентиляції картера
Призначення
Для видалення робочої суміші і відпрацьованих газів, які попали у
картер двигуна, їх знешкодження та збільшення термінів роботи мастила, а також запобігання підвищенню тиску.
Класифікація
Відкриті та закриті системи вентиляції картера з фільтрами та циклонними очищувачами картерних газів.
Конструкція системи вентиляції
Підводні канали повітря, відводні трубопроводи картерних газів, фільтри та мастилоуловлювачі.
Принцип дії
Під час роботи двигуна в його картер пропускається з циліндрів деяка кількість газів через нещільності поршневих кілець. Картерні гази складаються з пальної суміші, а також продуктів повного або часткового згорання. Кількість газів, які прориваються в картер, збільшується із збільшенням навантаження двигуна, а також по мірі зносу циліндрів, поршнів та поршневих кілець. Пари пального в картерних газах розріджують мастило і погіршують його мастильні властивості. Водяні пари викликають пінення мастила і появу емульсії, що затрудняє доступ мастила до поверхонь тертя. Інші компоненти відпрацьованих газів утворюють в мастилі смоляні речовини і кислоти. Кислоти викликають корозію поверхонь тертя. Крім того, картерні гази підвищують тиск в картері, що приводить до витискування мастила через ущільнення.
Враховуючи, що картерні гази токсичні, у сучасних автомобільних
двигунів переважно застосовують закриті (примусові) системи їх вентиляції у впускний трубопровід системи живлення та подальшим направленням у циліндри двигуна для спалювання.
Картерні гази відводяться в атмосферу (КамАЗ-740, ГАЗ - 66).
Рис. 2.124. Циклонний очищувач картерних газів двигуна V6 VW
Рис. 2.125. Система вентиляції картера двигуна V6 FSI
Рис. 2.126. Робота циклонного очищувача картерних газів
Циклонний очищувач картерних газів є примусовою (закритою) системою вентиляції картера з направленням очищених картерних газів у впускний колектор та циліндри двигуна. Циклонні очищувачі картерних газів знаходять все більше застосування в автомобільних двигунах.
Принцип дії циклонного очищувача картерних газів
Система вентиляції картера з циклонним очищувачем направляє картерні гази у впускний колектор двигуна за рахунок розрідження, яке у ньому створюється під час такту впуску.
У зв’язку з тим що циклонний очищувач з’єднаний трубопроводами з впускним колектором двигуна, розрідження у впускному колекторі при зєднанні з циклонним очищувачем заставляє картерні гази проходити через канали циклонного очищувача з великою швидкістю.
Під час руху картерних газів з великою швидкістю по колу, частинки мастила, що є у газах, під дією відцентрової сили осідають на вертикальні стінки очисника та стікають вниз у піддон картера. Очищені гази через отвір, що є у центрі очисника, поступають у впускний колектор двигуна.
Рис. 2.127. Закрита система вентиляції відпрацьованих газів
автомобіля ЗИЛ-131:
1-мастилоприйомник насоса; 2-мастильний картер двигуна; 3-перегородка гасіння мастильних хвиль; 4-колінчастий вал; 5-кришка шестірен; 6-блок циліндрів; 7-вентиляційні отвори у блоці; 8-впускний газопровід;
9-вентиляційний отвір; 10-мастилозаливний патрубок; 11-кришка повітряного фільтра; 12-корпус фільтруючого елемента; 13-кришка мастило заливного отвору; 14-фільтруючий елемент; 15-відбивач фільтра вентиляції; 16-корпус фільтра вентиляції картера; 17-порожнина вентиляції; 18-корпус мастило уловлювача; 19-змішувальна камера карбюратора; 20-корпус клапана вентиляції картера; 21-патрубок подачі повітря; 22-кран клапана вентиляції; 23-газопровідна трубка вентиляції; 24-корпус повітряного фільтра; 25-напрямний патрубок; 26-кришка повітряного фільтра;
27-піномастилоутримуюча набивка; 28-дроселююча касета; 29-мастильна ванна; 30-отвір для проходження мастила; 31-впускний клапан; 32-поршень; 33-мастилорозподільна камера; 34-сідло клапана; 35-клапан вентиляції картера; 36-дистанційна втулка; 37-гайка болта; 38-відбивач мастила;
39-вікно відсмоктування газів та стікання мастила.
Система охолодження
Під час роботи двигуна у циліндрах проходить згоряння робочої суміші і виділяється велика кількість теплоти. Середня температура газів протягом робочого циклу перебуває у межах 8000 С. Частина теплоти передається деталям, що безпосередньо контактують з газами (циліндри, головки блоків циліндрів, поршні, клапани, свічки запалювання, форсунки).
На нагрівання деталей витрачається до 35% теплоти, яка виділяється при згорянні робочої суміші в циліндрах.
Підвищення температури деталей, порушує нормальні робочі процеси двигуна та може привести до зниження коефіцієнта наповнення циліндрів і потужності двигуна, детонаційному згорянню робочої суміші (робоча суміш може спалахувати передчасно, або ж згоряти з детонаційно), зниження в’язкості масла та погіршення мащення робочих поверхонь деталей і значне їх зношення.
При надмірному охолодженні двигуна погіршуються запуск, процеси приготування пальної суміші, випаровування, горіння, які приводять до зниження потужності. Збільшення густини масла не дозволяє якісно змащувати деталі, що труться.
Оптимальним тепловим режимом двигуна є такий, коли температура охолоджуючої рідини у головці блока складає 80-950 С і у блоку циліндрів значно більше, що покращує процес наповнення циліндрів та горіння робочої суміші.
Призначення
Примусового відведення надлишку тепла від деталей двигуна та підтримання оптимального температурного режиму роботи двигуна.
Класифікація систем охолодження:
1. Рідинні закриті одноконтурні або двоконтурні системи охолодження з передачею теплоти у навколишнє середовище з допомогою проміжного – рідинного носія використовуються у більшості сучасних двигунів внутрішнього згоряння.
2. Повітряні системи охолодження з передачею теплоти безпосередньо у повітря.
Конструкція систем охолодження
А). Конструкція рідинної системи охолодження
Сорочка системи охолодження двигуна, вентилятор, радіатор, жалюзі, термостат (один або два), насос (один або два), підводні та відвідні патрубки, датчики та показчики температури, які являються елементами автоматичної системи керування. До системи охолодження двигуна підключаються також: система охолодження повітря наддуву (інтеркулер); система опалення салона; система охолодження масла коробки передач; охолодження масла двигуна, генератора, стартер-генератора, палива, рециркульованих газів; система передпускового підігрівання охолоджувальної рідини.
Рис. 2.128. Рідинні системи охолодження перших моделей автомобілів
Рис. 2.129. Закрита система охолодження двигуна V6 VW з електричним приводом вентиляторів
Рис. 2.130. Закрита система охолодження з електронним регулюванням температури охолоджувальної рідини
Рис. 2.131. Система охолодження двигуна V 10TDI
Рис. 2.132. Система охолодження двигуна V8TDI CR Audi
Рис. 2.133. Двоконтурна з двома термостатами та різними температурними режимами система охолодження двигуна VW
FSI 1,4 і 1,6
До позитивної сторони двоконтурної системи охолодження відноситься: прискорення прогрівання блоку циліндрів, так як охолоджуюча рідина не прокачується через блок циліндрів до 1050, зменшення втрат на тертя при підвищеній температурі. Зниження температурного рівня головки блока та покращення охолодження камер згоряння покращує наповнення циліндрів пальною сумішею (повітрям), знижує детонаційні процеси у двигуні.
Принцип дії системи рідинного охолодження
Всі системи рідинного охолодження мають два кола циркуляції рідини (при холодній охолоджуваній рідині та експлуатаційній). На деяких двигунах експлуатаційне коло циркуляції поділяється на коло циркуляції сорочки охолодження головки блока та коло циркуляції сорочки охолодження блока циліндрів з різницею температури охолоджуючої рідини у 150-200 (VW). Циркулювати рідину примушує рідинний насос (рідинні насоси) системи охолодження. Додатковий електронасос включається у роботу на обертах холостого ходу та при виключенні двигуна з метою виключення перегріву. Посилений рух повітря через радіатор забезпечує вентилятор системи охолодження. При температурі охолоджуючої рідини (70 – 98 град.) термостат відкритий і циркуляція здійснюється по всій системі, включаючи радіатор (рух по великому колу). Нагріта рідина від насоса через верхній патрубок з термостатом поступає до верхнього бачка теплообмінника – радіатора, де проходячи крізь серцевину радіатора, віддає тепло потоку повітря, створену вентилятором. Далі від нижнього бачка радіатора охолоджена рідина через нижній патрубок поступає до сорочок охолодження блока та головки блока циліндрів. При температурі охолоджуючої рідини менше 70 град. термостат закритий і рідина циркулює по системі обминаючи радіатор ( рух по малому колу). При русі по великому колу у відведенні теплоти від двигуна активно приймає участь радіатор, а при русі по малому колу тільки та частина рідини, яка знаходиться в сорочці охолодження двигуна без радіатора. Зміна кола циркуляції відбувається автоматично за допомогою термостата ( в тому числі електронною системою керування при застосуванні електричного термостата) у залежності від температури рідини.
Частина тепла під час роботи двигуна передається маслу, яке проходячи через масляний (повітряний або рідинний) охолоджувач віддає тепло, допомагаючи підтримувати оптимальний температурний режим роботи двигуна.
Рис. 2.134. Робота системи охолодження під час запуску та роботі двигуна на малих обертах і без навантаження на місці.
( Рух охолоджувальної рідини по малому колу)
Рис. 2.135. Робота термостата під час руху охолоджуючої рідини по малому колу
Клапан термостата закритий і рух рідини через радіатор не відбувається.
Рис. 2.136. Робота системи охолодження при повному навантаженні двигуна
(Клапан термостата відкритий і рух охолоджувальної рідини здійснюється по великому колу).
Рис. 2.137. Робота термостата під час руху охолоджуючої
рідини по великому колу через радіатор
Рис. 2.138. Робота системи охолодження з двома контурами та двома термостатами двигуна VW FSI з робочим об’ємом 1,4 та 1,6
При роботі системи охолодження одна третина охолоджуючої рідини подається до блока циліндрів та дві третини до головки блока циліндрів (камери згоряння). Температура охолоджуючої рідини у головці блока циліндрів на 150-200 нижче, ніж температура охолоджуючої рідини блока циліндрів.
Рис. 2.139. Робота системи охолодження при температурі
охолоджуючої рідини менш ніж 870
Принцип дії системи при температурі охолоджуючої рідини менш ніж 870
Всі термостати закриті, що дає змогу швидше прогріватись двигуну.
Охолоджуюча рідина циркулює по контуру, що включає: насос, головку блока циліндрів, корпус термостатів, радіатор опалювача, охолоджувач мастила, клапан перепуску відпрацьованих газів, розширювальний бачок.
Рис. 2.140. Робота системи охолодження при температурі
охолоджуючої рідини 870- 1050
Принцип дії при температурі охолоджуючої рідини
870-1050
Термостат 1 відкритий, термостат 2 закритий. В результаті чого
температура у головці блока циліндрів стабілізується на рівні 870, а у блоку циліндрів продовжує підвищуватися.
Охолоджуюча рідина циркулює по контуру, що включає: насос, головку блока циліндрів, корпус термостатів, радіатор опалювача, охолоджувач мастила, клапан перепуска відпрацьованих газів, розширювальний бачок, радіатор.
Рис. 2.141. Робота системи охолодження при температурі
охолоджуючої рідини більше 1050
Принцип дії при температурі охолоджуючої рідини більш ніж 1050
Всі термостати відкриті. В результаті чого температура у головці
блока циліндрів стабілізується на рівні 870, а у блоку циліндрів на рівні 1050.
Охолоджуюча рідина циркулює по контуру, що включає: насос, головку блока циліндрів, корпус термостатів, радіатор опалювача, охолоджувач мастила, клапан перепуска відпрацьованих газів, розширювальний бачок, радіатор, блок циліндрів.
Б). Повітряна система охолодження
Деталі двигуна з повітряним охолодженням доторкаються до розжарених газів, при роботі і сильно нагріваються. Якщо не охолоджувати гільзи циліндрів, головку блока циліндрів, поршні, картер двигуна, то внаслідок перегріву може відбутися їх заклинювання. Через систему повітряного охолодження відводиться 25 - 35% теплоти, яка виділяється при згоранні палива. Для повітряних систем охолодження необхідна інтенсивність охолодження досягається за допомогою охолоджувальних ребер, вентилятора та рефлектора. Витрата охолоджувального повітря може регулюватися. Система проста за будовою та в експлуатації, забезпечує швидке прогрівання двигуна після запуску, має невелику масу. Незважаючи на це, системи повітряного охолодження потребують великої потужністі для приводу вентилятора, шумні під час роботи, не забезпечують рівномірність відведення теплоти по висоті циліндра.
Конструкція повітряної системи охолодження
Вентилятор, кожух, напрямні апарати, захисна сітка, датчики та показники температури.
Рис. 2.142. Повітряна система охолодження двигуна внутрішнього згоряння
Принцип дії системи повітряного охолодження
Охолодження здійснюється безпосереднім відбиранням теплоти від двигуна повітрям, яке засмоктується вентилятором, що приводиться від колінчастого валу двигуна та направляється спеціальними пристроями по поверхні двигуна.
2.11.1. Радіатор
Призначення
Інтенсивне відведення надлишку тепла та охолодження рідини системи охолодження.
Класифікація:
- За матеріалом серцевини: З латунними, мідними або алюмінієвими трубками.
- За формою серцевини: трубчато - пластинчаті або трубчато – стрічкові.
Конструкція
Верхній з пробкою та нижній зі зливним краном бачки. Патрубки для під'єднання гнучкого трубопроводу, який підводить гарячу рідину в радіатор. Паровідвідна трубка, що з'єднує радіатор з розширювальним бачком або з навколішним середовищем. Серцевина. Бокові стійки, які з'єднані пластиною, припаяною до нижнього бачка. Стійки і пластина формують каркас радіатора. Серцевина трубчасто пластинчастого радіатора створюється з декількох рядів трубок, впаяних у верхній та нижній бачки. На трубки посаджені тонкі пластини, виготовлені із латуні, алюмінію або міді. Деколи охолоджувальні пластини роблять гофрованими, що значно збільшує площу поверхні охолодження радіатора. Широку гофровану стрічку розміщують між трубками і припаюють до них. Таку будову трубчасто-стрічкових радіаторів мають автомобілі ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, КамАЗ-5320 та інші. Трубки більшості радіаторів мають вертикальне розташування.
Останнім часом на легкових автомобілях використовують радіатори, що виготовлені з алюмінієвих сплавів і мають горизонтальне розташування трубок та пластмасові бачки. Вони більш легкі, теплопровідні, але складно піддаються ремонту.