Системы смазки и охлаждения двс

СИСТЕМЫ СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС

Цель работы: изучить устройство, работу систем смазки и охлаждения.

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя представляет собой комплекс устройств, предназначенный для принудительного регулируемого отвода тепла от деталей двигателя и передачи в окружающую среду.

Обязательный нормированный отвод тепла от поршневых двига­телей обусловлен необходимостью поддержания определенного тем­пературного состояния их деталей при различных режимах и усло­виях работы. Известно, что в процессе сгорания рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 1700÷2500°С, и хотя к концу процесса (такта) выпуска она резко снижается но все-таки остается достаточно высокой и составляет около 700÷900°С. В результате этого детали двигателя сильно нагреваются и не успевают охладиться за время впуска в цилиндры относительно холодного свежего заряда. Неизбежное при этом рассеивание тепла в окружающую среду и отвод тепла в смазочное масло не обеспечи­вают понижения температуры деталей до желаемого уровня. А пере­грев любого двигателя в лучшем случае приводит к снижению весо­вого наполнения цилиндров и сопровождается понижением мощностных и экономических показателей. В карбюраторных двигате­лях это влечет за собой повышение требований к октановому числу топлива.

Переохлаждение двигателя тоже нежелательно, поскольку рез­ко увеличивается при этом износ цилиндров и поршневых колец, заметно повышается и вязкость масла, вследствие чего возрастают механические потери в двигателе и ухудшается его экономичность. Поэтому возникает необходимость в регулируемом принудительном отводе тепла.

На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

· нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;

· охлаждение масла в системе смазки;

· охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;

· охлаждение воздуха в системе турбонаддува;

· охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума.

К основным преимуществам жидкостной системы охлаждения относятся: меньшая средняя температура деталей, благодаря чему улучшается весовое наполнение цилиндров, а в карбюраторных двигателях снижаются еще и требования к октановому числу топ­лива; меньший шум при работе двигателя, так как стенки цилиндров окружены рубашкой охлаждения; уменьшение длины двигателя за счет применения блочной конструкции; более легкий пуск дви­гателя в условиях низких температур и простота использования горячей жидкости для отопления кабины или кузова автомобиля, а также для подогрева горючей смеси.

Недостатки жидкостных систем: возможность подтекания жид­кости, опасность замерзания системы в зимнее время при исполь­зовании для охлаждения воды и большая вероятность переохлажде­ния двигателя.

Преимущества воздушного охлаждения следующие: уменьшение времени прогрева двигателя; стабильность теплоотвода от стенок камеры сгорания и цилиндра; большая надежность системы вслед­ствие отсутствия подтекания и других неполадок, вызываемых наличием в системе жидкости; меньшая вероятность переохлажде­ния цилиндров; более удобная эксплуатация двигателя в зонах, удаленных от источников воды.

Недостатками систем воздушного охлаждения можно считать: увеличение габаритов двигателя; повышенный шум его работы; усложнение производства и необходимость применения более каче­ственных материалов для деталей; повышенные требования к смазочным маслам и топливу.

Большинство автомобильных двигателей снабжаются жидкост­ными системами охлаждения. Воздушное охлаждение широко используется для двигателей мотоциклетного типа (рис. 2, б) и находит ограниченное применение в автомобильных двига­телях.

Практикой установлено, что независимо от способа охлаждения двигателя для поддержания его нормального теплового состояния в окружающую среду должно рассеиваться до 35% тепла от тепла, получаемого в результате сжигания топлива в цилиндрах, причем в карбюраторных двигателях доля отводимого тепла всегда состав­ляет большую величину, чем в дизелях.

Устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

· механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя);

· электрический (управляемый электродвигатель);

· гидравлический (гидромуфта).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

Система смазки

Система смазки (другое наименование - смазочная система) предназначена для снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Кроме выполнения основной функции система смазки обеспечивает охлаждение деталей двигателя, удаление продуктов нагара и износа, защиту деталей двигателя от коррозии.

Система смазки двигателя включает поддон картера двигателя с маслозаборником, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор, которые соединены между собой магистралями и каналами.

Поддон картера двигателя предназначен для хранения масла. Уровень масла в поддоне контролируется с помощью щупа, а также с помощью датчика уровня и температуры масла.

Масляный насос предназначен для закачивания масла в систему. Масляный насос может приводиться в действие от коленчатого вала двигателя, распределительного вала или дополнительного приводного вала. Наибольшее применение на двигателях нашли масляные насосы шестеренного типа.

Масляный фильтр служит для очистки масла от продуктов износа и нагара. Очистка масла происходит с помощью фильтрующего элемента, который заменяется вместе с заменой масла.

Для охлаждения моторного масла используется масляный радиатор. Охлаждение масла в радиаторе осуществляется потоком жидкости из системы охлаждения.

Давление масла в системе контролируется специальным датчиком, установленным в масляной магистрали. Электрический сигнал от датчика поступает к сигнальной лампе на приборной панели. На автомобилях также может устанавливаться указатель давления масла.

Датчик давления масла может быть включен в систему управления двигателем, которая при опасном снижении давления масла отключает двигатель.

На современных двигателях устанавливается датчик уровня масла и соответствующая ему сигнальная лампа на панели приборов. Наряду с этим, может устанавливаться датчик температуры масла.

Для поддержания постоянного рабочего давления в системе устанавливается один или несколько редукционных (перепускных) клапанов. Клапаны устанавливаются непосредственно в элементах системы: масляном насосе, масляном фильтре.

Принцип действия системы смазки

В современных двигателях применяется комбинированная система смазки, в которой часть деталей смазывается под давлением, а другая часть – разбрызгиванием или самотеком.

Смазка двигателя осуществляется циклически. При работе двигателя масляный насос закачивает масло в систему. Под давлением масло подается в масляный фильтр, где очищается от механических примесей. Затем по каналам масло поступает к коренным и шатунным шейкам (подшипникам) коленчатого вала, опорам распределительного вала, верхней опоре шатуна для смазки поршневого пальца.

На рабочую поверхность цилиндра масло подается через отверстия в нижней опоре шатуна или с помощью специальных форсунок.

Остальные части двигателя смазываются разбрызгиванием. Масло, которое вытекает через зазоры в соединениях, разбрызгивается движущимися частями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. При этом образуется масляный туман, который оседает на другие детали двигателя и смазывает их.

Под действием сил тяжести масло стекает в поддон и цикл смазки повторяется.

На некоторых спортивных автомобилях применяется система смазки с сухим картером. В данной конструкции масло храниться в специальном масляном баке, куда закачивается из картера двигателя насосом. Картер двигателя всегда остается без масла – «сухой картер». Применение данной конструкции обеспечивает стабильную работу системы смазки во всех режимах, независимо от положения маслозаборника и уровня масла в картере.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ МОТОРНОГО МАСЛА ПО ВЯЗКОСТИ

при пробеге автомобиля менее 50% от планового ресурса (новый двигатель) необходимо применять масла классов 5W30 или 0W20. Это обусловленно тем, что у новых двигателей нет износа, все зазоры минимальны, поэтому подшипники работу при меньшей вязкости.

при пробеге автомобиля более 50% от планового ресурса (технически исправный двигатель) целесообразно применять масла класса 5W40. Это обусловленно тем, что при больших износах несущая способность компенсируется ростом вязкости.

СИСТЕМЫ СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС

Цель работы: изучить устройство, работу систем смазки и охлаждения.

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя представляет собой комплекс устройств, предназначенный для принудительного регулируемого отвода тепла от деталей двигателя и передачи в окружающую среду.

Обязательный нормированный отвод тепла от поршневых двига­телей обусловлен необходимостью поддержания определенного тем­пературного состояния их деталей при различных режимах и усло­виях работы. Известно, что в процессе сгорания рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 1700÷2500°С, и хотя к концу процесса (такта) выпуска она резко снижается но все-таки остается достаточно высокой и составляет около 700÷900°С. В результате этого детали двигателя сильно нагреваются и не успевают охладиться за время впуска в цилиндры относительно холодного свежего заряда. Неизбежное при этом рассеивание тепла в окружающую среду и отвод тепла в смазочное масло не обеспечи­вают понижения температуры деталей до желаемого уровня. А пере­грев любого двигателя в лучшем случае приводит к снижению весо­вого наполнения цилиндров и сопровождается понижением мощностных и экономических показателей. В карбюраторных двигате­лях это влечет за собой повышение требований к октановому числу топлива.

Переохлаждение двигателя тоже нежелательно, поскольку рез­ко увеличивается при этом износ цилиндров и поршневых колец, заметно повышается и вязкость масла, вследствие чего возрастают механические потери в двигателе и ухудшается его экономичность. Поэтому возникает необходимость в регулируемом принудительном отводе тепла.

На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

· нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;

· охлаждение масла в системе смазки;

· охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;

· охлаждение воздуха в системе турбонаддува;

· охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума.

К основным преимуществам жидкостной системы охлаждения относятся: меньшая средняя температура деталей, благодаря чему улучшается весовое наполнение цилиндров, а в карбюраторных двигателях снижаются еще и требования к октановому числу топ­лива; меньший шум при работе двигателя, так как стенки цилиндров окружены рубашкой охлаждения; уменьшение длины двигателя за счет применения блочной конструкции; более легкий пуск дви­гателя в условиях низких температур и простота использования горячей жидкости для отопления кабины или кузова автомобиля, а также для подогрева горючей смеси.

Недостатки жидкостных систем: возможность подтекания жид­кости, опасность замерзания системы в зимнее время при исполь­зовании для охлаждения воды и большая вероятность переохлажде­ния двигателя.

Преимущества воздушного охлаждения следующие: уменьшение времени прогрева двигателя; стабильность теплоотвода от стенок камеры сгорания и цилиндра; большая надежность системы вслед­ствие отсутствия подтекания и других неполадок, вызываемых наличием в системе жидкости; меньшая вероятность переохлажде­ния цилиндров; более удобная эксплуатация двигателя в зонах, удаленных от источников воды.

Недостатками систем воздушного охлаждения можно считать: увеличение габаритов двигателя; повышенный шум его работы; усложнение производства и необходимость применения более каче­ственных материалов для деталей; повышенные требования к смазочным маслам и топливу.

Большинство автомобильных двигателей снабжаются жидкост­ными системами охлаждения. Воздушное охлаждение широко используется для двигателей мотоциклетного типа (рис. 2, б) и находит ограниченное применение в автомобильных двига­телях.

Практикой установлено, что независимо от способа охлаждения двигателя для поддержания его нормального теплового состояния в окружающую среду должно рассеиваться до 35% тепла от тепла, получаемого в результате сжигания топлива в цилиндрах, причем в карбюраторных двигателях доля отводимого тепла всегда состав­ляет большую величину, чем в дизелях.

Устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

· механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя);

· электрический (управляемый электродвигатель);

· гидравлический (гидромуфта).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.