Илья Мельников - Грузовые автомобили. Системы охлаждения и смазки
Обзор книги Илья Мельников - Грузовые автомобили. Системы охлаждения и смазки
Грузовые автомобили. Системы охлаждения и смазки
Система охлаждения
Назначение и устройство системы охлаждения двигателя
Система охлаждения предназначенная для охлаждения деталей двигателя, в процессе его работы и поддержания нормального температурного, наиболее выгодного теплового режима работы двигателя. Существуют жидкостное охлаждение, воздушное охлаждение и комбинированное охлаждение.
Перегрев двигателя ухудшает количественное наполнение цилиндра горючей смесью, вызывает разжижение и выгорание масла, в результате чего, могут заклинить поршни в цилиндрах и выплавиться вкладыши подшипников.
Переохлаждение двигателя вызывает уменьшение мощности и экономичности двигателя, на холодных деталях конденсируются пары бензина и в виде капель стекают по зеркалу цилиндра, смывая смазку, увеличиваются потери на трения, возрастает износ деталей и возникает необходимость в частой замене масла. А также происходит неполное сгорание топлива, отчего на стенках камеры сгорания образуется большой слой нагара – возможно зависание клапанов.
Для нормальной работы двигателя температура охлаждающей жидкости должна быть 80-95 градусов.
Тепловой баланс может быть представлен в виде диаграммы.
Рис. Диаграмма теплового баланса двигателя внутреннего сгорания.
На двигателях отечественного производства применяют закрытую принудительную жидкостную систему охлаждения, осуществляемую водяным насосом. Она непосредственно не сообщается с атмосферой, поэтому называется закрытой. В результате давление в системе увеличивается, температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 108 – 119 градусов и снижается расход на ее испарение.
Данные системы охлаждения обеспечивают равномерное и эффективное охлаждение, а также производят меньше шума.
Рассмотрим систему охлаждения на примере двигателя марки ЗИЛРис. Схема системы охлаждения двигателя типа ЗИЛ. 1 – радиатор, 2 – компрессор, 3 – водяной насос, 4 – термостат, 5 – кран отопителя, 6 – подводящая трубка, 7 – отводящая трубка, 8 – радиатор отопителя, 9 – датчик указателя температуры воды в системе охлаждения двигателя, 10 – сливной кран рубашки блока цилиндров (в положении «открыто»), 11 – сливной краник радиатора.
Жидкость в рубашке охлаждения двигателя нагревается за счет отвода теплоты от цилиндров, поступает через термостат в радиатор, охлаждается в нем и под действием центробежного насоса (обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе) возвращается в рубашку двигателя. В народе центробежный насос называют «помпой». Охлаждению жидкости способствует интенсивный обдув радиатора и двигателя потоком воздуха от вентилятора. Вентилятор усиливает поток воздуха через сердцевину радиатора, служит для улучшения охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод.
– механический – постоянное соединение с коленчатым валом двигателя,
– гидровлический – гидромуфта. Гидромуфта включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью.
В кожухе помещаются два сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.Рис. Гидромуфта, а – принцип действия; б – устройство, 1 – крышка блока цилиндров, 2 – корпус, 3 – кожух, 4 – валик привода, 5 – шкив, 6 – ступица вентилятора, А – ведущий вал, Б – ведомый вал, В – кожух, Г, Д – сосуды, Т – турбинное колесо, Н – насосное колесо.
Принцип работы гидравлического вентилятора основан на действии центробежной силы жидкости. Если сферический сосуд Д, заполненный жидкостью, вращается с большой скоростью, жидкость попадает во второй сосуд Г, заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость возвращается в сосуд Д, разгоняется в нем, попадает в сосуд Г и процесс повторяется.
– электрический – управляемый электродвигатель. Когда температура охлаждающей жидкости достигает 90-95 градусов, клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и моторное масло поступает в рабочую полость гидромуфты из главной смазочной системы двигателя.
Вентилятор заключен в установленный на рамке радиатора кожух, что способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор.
Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя.Рис. Радиатор а – устройство, б – трубчатая середина, в – пластинчатая середина, 1 – верхний бачок с патрубком, 2 – пароотводная трубка, 3 – заливная горловина с пробкой, 4 – сердцевина, 5 – нижний бачок, 6 – патрубок со сливным краником, 7 – трубки, 8 – поперечные пластины.
Состоит из верхнего 1 и нижнего 5 бачков и сердцевины 4 и деталей крепления. Баки и сердцевина изготовлены из латуни (для улучшения теплопроводности).
Наиболее распространены трубчатые и пластинчатые радиаторы. У трубчатых радиаторов, изображенных на рисунке «б» – сердцевина образована из ряда тонких горизонтальных пластин 8, сквозь которые проходит множество вертикальных латунных трубок, благодаря чему вода, проходя через сердцевину радиатора разбивается на множество мелких струек. Горизонтальные пластины служат дополнительными ребрами жесткости и увеличивают поверхность охлаждения.
Пластинчатые радиаторы состоят из одного ряда плоских латунных трубок, каждая из которых изготовлена из спаянных межу собой по краям гофрированных пластин.
Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и обеспечения оптимального температурного режима. Термостат представляет собой клапан, регулирующий количество жидкости проходящей через радиатор.
При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая его жидкость холодные. Для ускорения прогрева двигателя, охлаждающая жидкость движется по кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт, по мере нагрева двигателя (до температуры 70-80 градусов), клапан термостата, под действием паров жидкости, заполняющей его цилиндр, открывается и охлаждающая жидкость начинает свое движение по большому кругу, через радиатор.
На современных автомобилях устанавливают двухконтурные системы охлаждения . Данная система включает два независимых контура охлаждения:
– контур охлаждения блока цилиндров;
– контур охлаждения головки блока цилиндров.Охлаждающие жидкости и основные требования к ним
Большой недостаток воды как охлаждающей жидкости в системах охлаждения автомобильных двигателей – высокая температура замерзания, что делает ее непригодной для применения в зимнее время. Еще один недостаток – наличие солей, которые осаждаются в виде накипи на поверхностях деталей водяной рубашки. Из-за наличия накипи ухудшается охлаждение двигателя, кроме того, возникает коррозия металла из которого изготовлены элементы системы охлаждения. Это приводит к снижению надежности, долговечности и прочности работы двигателя.
При низких температурах применяют различные охлаждающие жидкости. В качестве такой жидкости используется антифриз, температура его застывания -40 градусов Цельсия (марка 40) или – 65 градусов Цельсия (марка 65). Жидкость имеет светло – желтый цвет. Для всесезонной эксплуатации широкое применение нашел тосол марки А – 40М (голубой) и А – 65М (красный), жидкость «Лена» марок ОЖ – 40, ОЖ – 65, желто – зеленого цвета.
Антифриз ядовит, поэтому обращаться с ним надо предельно осторожно. Коэффициент удельного расширения антифриза больше чем воды, поэтому заполнять систему охлаждения надо на 95% от объема. При наступлении теплого времени антифриз надо слить, систему промыть и заполнить водой. Слитый антифриз можно хранить до следующей зимы и использовать его еще раз. Хранить антифриз следует в хорошо закупоренной емкости. Многие антифризы сравнительно дороги, оказывают отрицательное воздействие на резиновые уплотнители. Однако низкая температура замерзания обеспечивает надежную работу системы охлаждения даже при минусовых температурах окружающего воздуха.
Требования к охлаждающим жидкостям определяются исходя из условий эксплуатации и должны иметь четыре показателя основных технических характеристик:
1. Температура начала кристаллизации;
2. Активность жидкости по отношению к металлам;
3. Активность жидкости по отношению к резиновым уплотнителям;
4. Щелочность – она характеризует ресурс антифриза.
Чем выше щелочность, тем дольше будут нейтрализовываться кислоты, которые образуются в охлаждающей жидкости во время эксплуатации. Температура кипения антифриза + 105 градусов, относительная плотность больше единицы. Срок службы антифриза будет исчерпан, когда кислоты все же одержат верх, уничтожат присадки, содержащиеся в жидкости, и примутся за металлические детали и резиновые патрубки. Обычно, срок службы антифриза 2 года. Объем заливаемого антифриза должен быть меньше объема заправочной емкости системы охлаждения, так как коэффициент объемного расширения антифриза больше, чем у воды.
