Система охлаждения двигателя

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода от деталей двигателя лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы.

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.

Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая – системой смазки и непосредственно окружающей средой.

Благодаря этому создается определенный температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается. Тепло в автомобильных и тракторных двигателях отводится двумя способами, в зависимости от рода используемого теплоносителя: 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°С для систем охлаждения без давления и до 126°С для систем охлаждения, работающих под давлением. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не должен изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя.

Рис.1 Жидкостная система охлаждения.

Жидкостная система охлаждения автомобильного двигателя (рис. 1) состоит из водяной рубашки, радиатора, вентилятора, термостата, насоса с крыльчаткой, отводящего и подводящего патрубков, ремня привода вентилятора, датчика указателя температуры жидкости, сливных краников и других деталей. Вокруг цилиндров двигателя и головки блока имеется пространство с двойными стенками (водяная рубашка), где циркулирует охлаждающая жидкость.

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).

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

Водяной насос нагнетает жидкость в систему, и основной ее поток проходит по водяной рубашке блока цилиндров от его передней части к задней. Омывая гильзы цилиндров со всех сторон и проходя через отверстия в привалочных поверхностях блока цилиндров и головок блока, а также в прокладке, расположенной между ними, охлаждающая жидкость поступает в рубашки головок блока. При этом значительное количество охлаждающей жидкости подается к наиболее нагретым местам — патрубкам выпускных клапанов и гнездам свечей зажигания. В головках блока охлаждающая жидкость движется в продольном направлении от заднего торца к переднему благодаря наличию отверстий соответствующего диаметра, просверленных в привалочных поверхностях блока цилиндров и головок, и дозирующих вставок, установленных в задних каналах впускного трубопровода. Отверстие во вставке ограничивает количество жидкости, поступающей в рубашку впускного трубопровода. Теплая жидкость, проходящая по рубашке впускного трубопровода, нагревает горючую смесь, поступающую из карбюратора (по внутренним каналам трубопровода), и улучшает смесеобразование.

Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют дистанционным термометром, приемник которого расположен в кабинете водителя на щитке приборов, а датчик в водораспределительной коробке (дизель автомобиля КамАЗ), в водяном канале впускного трубопровода (двигатели автомобилей ГАЗ и ЗИЛ), 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 при температуре воды 105-108°С.

Рис. 2 Воздушная система охлаждения.

Система воздушного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей состоит из ряда элементов, регулирующих ее работу и поддерживающих заданное тепловое состояние двигателя.

Принципиальная схема воздушного охлаждения включает в себя подкапотное пространство,закрытое соответствующими кузовными панелями; аксиальный или центробежный вентилятор с направляющим аппаратом, приводимый от коленчатого вала двигателя; направляющие панели рубашки охлаждения, а также органы, управляющие расходом воздуха, например в виде управляемых термостатами заслонок, дросселирующих вход или выход воздуха, или автоматической муфты регулирования частоты вращения вала вентилятора. В потоке охлаждающего воздуха помещают масляный радиатор. Для контроля теплового состояния двигателя служат датчик температуры и показывающий прибор в кабине водителя.

Рис. 3 Схемы воздушного охлаждения

Простейшую систему воздушного охлаждения – напором встречного воздуха применяют для мотоциклетных двигателей. Равномерность охлаждения достигается как соответствующей формой оребрения, так и установкой, в ряде случаев, направляющих пластин.

В наиболее распространенных системах с вентилятором применяют две принципиальные схемы подачи охлаждающего воздуха: с нагнетающим вентилятором и отсасывающим вентилятором.

Нагнетающий вентилятор работает в потоке холодного и более плотного воздуха, обладает большей подачей и требует меньших энергетических затрат. Менее экономичный просасывающий вентилятор обеспечивает более равномерное охлаждение цилиндров без сложных направляющих и распределительных дефлекторов.

Для поддержания оптимального теплового режима двигателя регулируют количество воздуха, подаваемого в систему. Простейшие варианты – дросселирование потока воздуха в системе с помощью заслонок, управляемых вручную или термостатом.

Каждая из указанных систем охлаждения имеет преимущества и недостатки.

К преимуществам жидкостного охлаждения следует отнести:

1. 
   более эффективный отвод тепла от нагретых деталей двигателя при любой тепловой нагрузке;
2. быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске;
   допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя;
3. меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях;
4. более стабильное тепловое состояние двигателя при изменении режима его работы;
5. меньшие затраты мощности на охлаждение и возможность использования тепловой энергии,отводимой в систему охлаждения.

Недостатки системы жидкостного охлаждения:

1. большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации;
2. пониженная надежность работы двигателя при отрицательных температурах окружающей среды и большая чувствительность к ее изменению.

К преимуществам воздушной системы охлаждения относят следующие:

1. 
   простота и удобство в эксплуатации из-за отсутствия жидкости;
2. меньшая масса двигателя с воздушным охлаждением по сравнению с массой аналогичного двигателя с жидкостным охлаждением;
3. пониженная чувствительность к колебаниям температуры, особенно ценная при эксплуатации автомобиля в районах с жарким или холодным климатом.

К недостаткам двигателей с воздушным охлаждением относятся следующие:

1. 
   значительный расход мощности на привод вентилятора;
2. некоторое ухудшение наполнения цилиндра, приводящее к тому, что при одинаковых частотах вращения коленчатого вала и других параметрах двигатель с воздушным охлаждением развивает несколько меньшую мощность, чем двигатель с жидкостным охлаждением;
3. повышенный шум при работе;
4. большая тепловая напряженность отдельных деталей.

Систему жидкостного охлаждения наиболее целесообразно использовать в форсированных двигателях и в двигателях с относительно большим рабочим объемом цилиндра; систему воздушного охлаждения – в двигателях с рабочим объемом цилиндра до 1 л независимо от степени форсировки и в двигателях с небольшой литровой мощностью.

Поиск по сайту: