Интерактивная схема системы охлаждения двигателя. Устройство системы охлаждения двигателя Для чего служит система охлаждения

Система охлаждения предназначена для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, а также для поддержания нормального теплового режима двигателя.

На автомобильных двигателях наибольшее распространение получили жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Такие системы более эффективны в работе и вместе с пусковыми устройствами обеспечивают легкий пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха и создают меньший шум при его работе (рис 1).

Система охлаждения состоит из:

рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров;

центробежного насоса;

термостата 4;

радиатора с расширительным бачком 1;

вентилятора 3;

соединительных патрубков и шлангов.

Систему охлаждения заполняют жидкостью через расширительный бачок 6 (рис. 3) или горловину радиатора.

В крышке радиатора или бачка выполнен паровоздушный клапан, который поддерживает повышенное давление в системе охлаждения при работе двигателя, повышая тем самым температуру Тосола.

Рис.1.

1 - радиатор; 14 - поршень;2 - крышка; 15 - сливной краник;3 - вентилятор; 16 - нижний бачок радиатора;4 - термостат;5 - жидкостный насос;6 - расширительный бачок;7 - головка цилиндров;8 - трубопровод к отопителю;9 - указатель температуры жидкости;10 - вентилятор отопителя;11 - радиатор отопителя;12 - рубашка охлаждения головки цилиндров;13 - рубашка охлаждения блока цилиндров.

По мере остывания остановленного двигателя клапан постепенно снижает давление, предотвращая разрыв радиатора и расширительного бачка. Для слива жидкости служат отверстия в нижней части радиатора и блоке цилиндров, закрытые резьбовыми пробками или снабженные краниками15.

Во время работы двигателя жидкость циркулирует в системе охлаждения двигателя под действием центробежного жидкостного насоса5охлаждающей жидкости. Распределением потока жидкости управляет термостат.

Пока двигатель не прогрет, жидкость циркулирует по малому кругу фактически в пределах рубашки охлаждения головки и блока цилиндров. По мере прогрева двигателя клапан термостата открывается, и часть жидкости, а затем и весь ее поток направляется в радиатор (большой круг циркуляции), где охлаждается потоком набегающего воздуха и вентилятором.

Крыльчатка вентилятора на некоторых двигателях приводится во вращение ременной передачей от шкива коленчатого вала. Более современная конструкция - электрический вентилятор системы охлаждения, работающий от бортовой электросети автомобиля и управляемый термодатчиком, установленным в бачке радиатора.

Система охлаждения двигателя конструктивно объединена с системой отопления пассажирского салона автомобиля. Нагретая жидкость поступает в радиатор отопителя8 из рубашки охлаждения головки блока цилиндров по верхнему трубопроводу, а отводится по нижнему трубопроводук насосу охлаждающей жидкости.

Поток жидкости через радиатор отопителя регулируется или перекрывается краном отопителя 9, управляемым с места водителя.

В любом автомобиле используется двигатель внутреннего сгорания. Широкое распространение получили жидкостные системы охлаждения - только на старых «Запорожцах» и новых "Тата" используется обдув воздухом. Нужно отметить, что схема циркуляции на всех машинах практически похожа - присутствуют в конструкции одинаковые элементы, выполняют они идентичные функции.

Малый круг охлаждения

В схеме системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания присутствует два контура - малый и большой. Чем-то она схожа с анатомией человека - движением крови в организме. Жидкость двигается по малому кругу тогда, когда необходимо произвести быстрый прогрев до рабочей температуры. Проблема в том, что мотор может нормально функционировать в узком диапазоне температур - около 90 градусов.

Нельзя ее повышать или понижать, так как это приведет к нарушениям - изменится угол опережения зажигания, топливная смесь будет сгорать несвоевременно. В контур включен радиатор отопителя салона - ведь нужно, чтобы внутри машины было тепло как можно раньше. Подача горячего антифриза перекрывается с помощью крана. Место его установки зависит от конкретного автомобиля - на перегородке между салоном и моторным отсеком, в области бардачка и т.д.

Большой контур охлаждения

В при этом включается еще и основной радиатор. Он устанавливается в передней части автомобиля и предназначен для экстренного снижения температуры жидкости в двигателе. Если на автомобиле имеется кондиционер, то радиатор его устанавливается рядом. На автомобилях "Волга" и "Газель" применяется масляный радиатор, который также ставится в передней части автомобиля. На радиаторе обычно ставится вентилятор, который приводится в движение электромотором, ремнем или муфтой.

Жидкостный насос в системе

Это устройство входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости "Газели" и любого другого автомобиля. Привод может осуществляться следующим образом:

1. От ремня газораспределительного механизма.
2. От ремня генератора.
3. От отдельного ремня.

Конструкция состоит из таких элементов:

1. Металлическая или пластиковая крыльчатка. От количества лопастей зависит эффективность работы насоса.
2. Корпус - обычно выполняется из алюминия и его сплавов. Дело в том, что именно этот металл хорошо работает в агрессивных условиях, практически не действует на него коррозия.
3. Шкив для установки ремня привода - зубчатый или клиновидный.
4. Вал - стальной ротор, на одном конце которого находится крыльчатка (внутри), а снаружи шкив для установки приводного шкива.
5. Бронзовая втулка или подшипник - смазка этих элементов осуществляется при помощи специальных присадок, которые имеются в антифризе.
6. Сальник позволяет избежать вытекания жидкости из системы охлаждения.

Термостат и его особенности

Сложно сказать, какой именно элемент обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. С одной стороны, помпа создает давление и антифриз двигается по патрубкам с ее помощью.

Но с другой стороны, если бы не было термостата, движение происходило бы исключительно по малому кругу. Конструкция содержит такие элементы:

1. Корпус из алюминия.
2. Выходы для соединения с патрубками.
3. Пластина биметаллического типа.
4. Механический клапан с возвратной пружиной.

Принцип работы заключается в том, что при температуре ниже 85 градусов двигается жидкость только по малому контуру. При этом клапан внутри термостата находится в таком положении, при котором не попадает антифриз в большой контур.

Как только достигнет температура 85 градусов, начнет деформироваться Она воздействует на механический клапан и открывает доступ антифризу к основному радиатору. Как только снизится температура, клапан термостата вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Расширительный бачок

В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания имеется расширительный бачок. Дело в том, что любая жидкость, в том числе и антифриз, при нагреве увеличивает объем. А при охлаждении объем уменьшается. Следовательно, необходим какой-то буфер, в котором будет храниться небольшое количество жидкости, чтобы в системе всегда ее было вдоволь. Именно с этой задачей и справляется расширительный бачок - туда выплескивается излишек во время нагрева.

Крышка расширительного бачка

Еще один незаменимый компонент системы - это пробка. Существует два типа конструкции - герметичная и негерметичная. В том случае, если на автомобиле применяется последняя, пробка расширительного бачка имеет только дренажное отверстие, через которое уравновешивается давление в системе.

Но если герметичная система применена, то в пробке имеется два клапана - впускной (забирает внутрь воздух из атмосферы, работает при давлении ниже 0,2 бар) и выпускной (срабатывает при давлении свыше 1,2 бар). Он выбрасывает из системы излишки воздуха.

Получается так, что в системе всегда давление больше, чем в атмосфере. Это позволяет немного повысить температуру кипения антифриза, что благоприятно сказывается на работе двигателя. Особенно это хорошо для движения по пробкам в городских условиях. Пример герметичной системы - автомобили ВАЗ-2108 и аналогичные. Негерметичной - модели классической серии ВАЗ.

Радиатор и вентилятор

Циркуляция охлаждающей жидкости проходит через основной радиатор, который установлен в передней части автомобиля. Такое место выбрано не случайно - при движении с большой скоростью соты радиатора обдуваются встречным потоком воздуха, что обеспечивает снижение температуры двигателя. На радиаторе устанавливается вентилятор. Большая часть таких устройств имеет На "Газелях", например, часто используются муфты, аналогичные тем, которые ставятся на компрессорах кондиционера.

Включение электрического вентилятора происходит с помощью датчика, установленного в нижней части радиатора. Может использоваться на инжекторных машинах сигнал от датчика температуры, который расположен на корпусе термостата или в блоке двигателя. Самая простая схема включения содержит в себе только один термовыключатель - у него нормально разомкнуты контакты. Как только в нижней части радиатора температура достигнет 92 градусов, контакты внутри переключателя замкнутся и произойдет подача напряжения на электродвигатель вентилятора.

Отопитель салона

Это самая важная часть, если смотреть с точки зрения водителя и пассажиров. От эффективности работы печки зависит комфорт при езде в зимнее время года. Отопитель входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости и состоит из таких компонентов:

1. Электродвигатель с крыльчаткой. Включается он по специальной схеме, в которой имеется постоянный резистор - он позволяет менять частоту вращения крыльчатки.
2. Радиатор - это элемент, по которому проходит горячий антифриз.
3. Кран - предназначен для открывания и закрывания подачи антифриза внутрь радиатора.
4. Система воздуховодов позволяет направлять горячий воздух в нужном направлении.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости по системе такая, что при закрывании всего одного входа в радиатор горячий антифриз никаким образом в него не попадет. Существуют автомобили, в которых кран печки отсутствует - внутри радиатора всегда находится горячий антифриз. А в летнее время просто закрываются воздуховоды и тепло в салон не подается.

На рисунке показана жидкостная система охлаждения карбюраторного V-образного двигателя. Каждый ряд блока имеет обособленную водяную рубашку. Нагнетаемая вода водяным насосом 5 разделяется на два потока - в распределительные каналы и далее в водяную рубашку своего ряда блока, а из них - в рубашки головок цилиндров.

Рис. Система охлаждения двигателя ЗМЗ-53: а - устройство; б - сердцевина; в - жалюзи; 1 - радиатор; 2 - датчик сигнализатора перегрева жидкости; 3 - пробка радиатора; 4 - кожух; 5 - водяной насос; 6 - перепускной шланг; 7 и 12 - соответственно отводящий и подводящий шланги; 8 - термостат; 9 - датчик температуры жидкости; 10 - штуцер сливного краника; 11 - рубашка охлаждения; 13 - ремень вентилятора; 14 - сливной краник; 15 - вентилятор; 16 - жалюзи; 17 - вентилятор отопителя; 18 - отопитель кабины; 19 - пластина жалюзи; 20 - тросик

При работе системы охлаждения значительное количество жидкости подается к наиболее нагретым местам - патрубкам выпускных клапанов и гнездам искровых свечей зажигания. У карбюраторных двигателей вода из рубашек головок цилиндров предварительно проходит через водяную рубашку впускной трубы, омывает стенки и нагревает смесь, поступающую из карбюратора по внутренним каналам трубы. При этом улучшается испарение бензина.

Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.

В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число мелких струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.

Верхний и нижний баки шлангами 7 и 12 соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижем баке предусмотрен краник 14 для слива воды из радиатора. Для ее спуска из водяной рубашки в нижней части блока цилиндров также имеются краники (с обеих сторон).

В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую пробкой 3.

К отопителю кабины 18 горячая вода поступает от водяной рубашки головки блока и отводится трубой к водяному насосу. Количество воды, поступающей к отопителю (или температура в кабине водителя), регулируется краном.

В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя - с помощью жалюзи 16 и термостата 8. Жалюзи состоят из набора пластин 19, которые шарнирно закреплены в планке. В свою очередь, планка тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи. Рукоятка размещена в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.

Водяной насос и вентилятор объединены в одном корпусе, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках установлен валик 4. На его переднем конце с помощью ступицы закреплен шкив 2. К его торцу привернута крестовина, к которой приклепана крыльчатка 1 вентилятора. При работе двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень. Лопасти крыльчатки 1, расположенные под углом к плоскости вращения, забирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сердцевину радиатора, отнимая у него теплоту.

На заднем конце валика 4 жестко посажена крыльчатка 5 центробежного водяного насоса, который представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 8 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7 и через прилив подается в водяную рубашку двигателя.

Рис. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-508: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - шкив; 3 - подшипник; 4 - валик; 5 - крыльчатка насоса; 6 - прокладка; 7 - корпус насоса; 8 - подводящий патрубок; 9 - корпус подшипников; 10 - манжета; 11 - уплотняющая шайба; 12 - обойма сальникового уплотнения

На заднем конце валика 4 также предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. Оно состоит из текстолитовой уплотняющей шайбы 11, резиновой манжеты 10 и пружины, которая прижимает шайбу к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 12.

На двигателе автомобиля КамАЗ вентилятор расположен отдельно от водяного насоса и приводится в действие через гидравлическую муфту. Гидромуфта (рис. а) включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью. В кожухе помещены два (с поперечными лопастями) сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.

Принцип работы гидромуфты основан на действии центробежной силы жидкости. Если быстро вращать сферический сосуд Д (насосный), заполненный рабочей жидкостью, то под действием центробежной силы жидкость скользит по криволинейной поверхности этого сосуда и попадает во второй сосуд Г (турбинный), заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость снова попадает в первый сосуд, разгоняется в нем, и процесс повторяется. Таким образом, передается вращение с ведущего вала А, соединенного с одним сосудом Д, на ведомый вал Б, соединенный жестко с другим сосудом Г. Этот принцип гидродинамической передачи используется в технике при конструировании различных механизмов.

Рис. Гидромуфта: а - принцип действия; б - устройство; 1 — крышка блока цилиндров; 2 - корпус; 3 - кожух; 4 - валик привода: 5 - шкив; 6 - ступииа вентилятора; А - ведуши вал; Б — ведомый вал; В - кожух; Г, Д - сосуды; Т - турбинное колесо; Н - насосное колесо

Гидромуфта размещена в полости, образованной передней крышкой 1 блока цилиндров и корпусом 2, соединенных винтами. Гидромуфта состоит из кожуха 3, насосного Н и турбинного Г колес, ведущего А и ведомого Б валов. Кожух соединен через ведущий вал А с коленчатым валом с помощью валика привода 4. С другой стороны кожух 3 соединен с насосным колесом и шкивом 5 привода генератора и водяного насоса. Ведомый вал Б опирается на два шариковых подшипника и соединен одним концом с турбинным колесом, а другим - со ступицей 6 вентилятора.

Вентилятор двигателя расположен соосно с коленчатым валом, передний конец которого соединен шлицевым валом с ведущим валиком 4 привода гидромуфты. Поворотом рычага включателя гидромуфты можно задать один из требуемых режимов работы вентилятора: «П» - вентилятор включен постоянно, «А» - вентилятор включается автоматически, «О» - вентилятор отключен (рабочая жидкость выпущена из кожуха). На режиме «П» допустима только кратковременная работа.

Автоматическое включение вентилятора происходит при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик. При температуре охлаждающей жидкости 85 °С клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и рабочая жидкость - моторное масло - поступает в рабочую полость гидромуфты из главной магистрали смазочной системы двигателя.

Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования его теплового режима в заданных пределах. Он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.

На изучаемых двигателях применяют одноклапанные термостаты с твердым наполнителем - церезином (нефтяным воском). Термостат состоит из корпуса 2, внутри которого помещен медный баллон 9, заполненный активной массой 8, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Масса в баллоне плотно закрыта резиновой мембраной 7, на которой установлена направляющая втулка 6 с отверстием для резинового буфера 12. На последнем установлен шток 5, связанный рычагом 4 с клапаном. В исходном положении (на холодном двигателе) клапан плотно прижат к седлу (рис. б) корпуса 2 спиральной пружиной 1. Термостат установлен между патрубками 10 и 11, отводящими нагретую жидкость в верхний бак радиатора и водяной насос.

Рис. Термостат с поворотным (а-в) и простым (г) клапанами: а - устройство термостата с поворотным клапаном (карбюраторный двигатель ЗИЛ-508); б - клапан закрыт; в - клапан открыт; г - устройство термостата с простым клапаном (карбюраторный двигатель 3M3-53); 1 - спиральная пружина; 2 - корпус; 3 - клапан (заслонка); 4 - рычаг; 5 - шток; 6 - направляющая втулка; 7 - мембрана; 8 - активная масса; 9 - баллон; 10 и 11 - патрубки отвода жидкости в радиатор и водяной насос; 12 - резиновый буфер; 13 - клапан; 14 - пружина; 15 - седло корпуса; А - ход клапана

При температуре охлаждающей жидкости выше 75 °С активная масса Оплавится и расширяется, воздействуя через мембрану, буфер и шток 5 на рычаг 4, который, преодолевая силу пружины 1, начинает открывать клапан 3 (рис. в). Полностью клапан откроется при температуре охлаждающей жидкости 90 °С. В интервале температур 75…90 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и тем самым поддерживает нормальный температурный режим двигателя.

На рисунке г показан термостат с простым клапаном 13 в положении, когда он открыт полностью для прохода жидкости в радиатор, т.е. когда его ход равен расстоянию А. При температуре 90 °С, когда активная масса баллона расплавлена, клапан вместе с баллоном садится вниз, преодолевая сопротивление пружины 14. По мере остывания масса в баллоне сжимается и пружина поднимает клапан вверх. При температуре 75 °С клапан 13 прижимается к седлу 15 корпуса, закрывая выход жидкости в радиатор.

Рис. Паровоздушный клапан: а — открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан; 1 и 6 - соответственно паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 - пружины парового и воздушного клапанов; 3 - пароотводная трубка; 4 - пробка (крышка) наливной горловины радиатора

Паровоздушный клапан необходим для сообщения внутренней полости радиатора с атмосферой. Он смонтирован в пробке 4 наливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 6. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением пара паровой клапан открывается и его избыток выходит наружу.

Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор поступает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Посредством воздушного клапана вода сливается из системы охлаждения при закрытой крышке горловины. При этом трубки радиатора предохраняются от разрушения под влиянием атмосферного давления в процессе остывания двигателя.

Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть в головке цилиндров, в водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или в верхнем баке радиатора.

Общее устройство и работа жидкостной системы 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 °С. 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.

Рис. 1. Схема жидкостной системы охлаждения: 1 - радиатор; 2 - верхний бачок; 3 - пробка радиатора; 4 - контрольная трубка; 5 - верхний патрубок радиатора; 6 и 19 - резиновые шланги; 7 - перепускной канал; 8 к 18 - соответственно отводящий и подводящий патрубки; 9 - термостат; 10 - отверстие; 11 - головка блока; 12 - водораспределительная трубка; 13 - датчик указателя температуры жидкости; 14 - блок цилиндров; 15 и 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

Двигатели автомобилей ГАЗ -24 «Волга», ГАЗ -бЗА, ЗИЛ -130, MA3-5335 и 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, 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). Направление движения охлаждающей жидкости показано на рис. 42 стрелками.

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 клиновидным ремнем. 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 охлаждающая 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.

Водяная рубашка двигателя автомобиля ЗИЛ -130 соединена с радиатором гибкими шлангами. Верхний бачок радиатора соединен с рубашкой впускного трубопровода, а нижний бачок - с подводящим патрубком водяного насоса. Левый и правый ряды цилиндров соединены с насосом двумя трубопроводами. В патрубке, по которому нагретая охлаждающая жидкость подводится к верхнему бачку радиатора, установлен термостат. Водяная рубашка компрессора гибкими шлангами постоянно соединена с системой охлаждения двигателя. Радиатор 18 ото-пителя соединен с системой охлаждения двигателя шлангами] включается отопитель в работу краном.

При пуске, прогреве и работе двигателя, пока температура воды в системе охлаждения ниже 73° С, жидкость циркулирует по водяным рубашкам блока, головок блока и компрессора, но не поступает в радиатор, так как термостат закрыт. К водяному насосу (независимо от положения клапана термостата) охлаждающая жидкость подается по перепускному шлангу из рубашки впускного трубопровода, от компрессора и из радиатора отопителя (если он включен).

Рис. 2. Система охлаждения двигателя автомобиля ЗИЛ - 303 1 - радиатор; 2 - жалюзи; 3 - вентилятор; 4 - водяной насос; 5 и 27 - соответственно верхний и нижний бачки радиатора; 6 - пробка радиатора; 7 - отводящий шланг; 8 - компрессор; 9 - подводящий шланг; 10 - перепускной шланг; 11 - термостат; 12 - патрубок; 13 - фланец для установки карбюратора; 14 - впускной трубопровод; 15 - кран отопителя; 16 и 17 - соответственно подводящая и отводящая трубки; 18 - радиатор отопителя; 19 - датчик указателя температуры жидкости; 20 - дозирующая вставка; 21 - водяная рубашка головки блока; 22 - водяная рубашка блока цилиндров; 23 - сливной кран рубашки блока цилиндров; 24 - рукоятка привода сливного крана; 25 - сливной кран патрубка радиатора; 26 = подводящий патрубок

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.

Перед началом работы необходимо проверить уровень жидкости в радиаторе, так как при недостаточном ее количестве нарушается циркуляция жидкости и двигатель перегревается. В систему ох л а ледени я следует наливать чистую мягкую воду, не содержащую известковых солей. При использовании жесткой воды в радиаторе и водяной рубашке откладывается большое количество накипи, приводящей к перегреву двигателя и снижению его мощности. Частая смена воды в системе охлаждения вызывает усиленное образование накипи. Смягчить воду можно следующими способами: кипячением, добавлением к воде химических веществ и ее магнитной обработкой. Установлено, что, проходя через слабое магнитное силовое’поле,‘вода приобретает новые свойства: теряет способность к накипеобразованию и растворяет ранее образовавшуюся накипь, которая была в системе охлаждения двигателя.

В систему охлаждения воду наливают через горловину радиатора, закрываемую пробкой (рис. 43). Для слива воды из системы охлаждения служат краники, расположенные в самых низких точках системы охлаждения.

Система охлаждения дизеля автомобиля КамАЗ-5320 рассчитана на постоянное использование жидкостей TOCOЛ -A-40 или TOCOЛ -A-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 цилиндров, водяной насос, радиатор, вентилятор с гидромуфтой, жалюзи, два термостата, расширительный бачок, соединительные трубопроводы, шланги, клиноременная передача привода насоса, сливные краны или пробки, датчики температуры охлаждающей жидкости и другие детали.

Завод допускает работу двигателя при температуре охлаждающей жидкости не более 105 °С. Температурный режим работы двигателя поддерживается двумя термостатами, гидромуфтой включения вентилятора и жалюзи. Если двигатель не прогрет, то охлаждающая жидкость, подаваемая насосом, поступает в левый ряд цилиндров и по нагнетательному патрубку 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 и левую трубы, расположенные в «развале» двигателя, затем по соединительной трубе подается в водораспределительную коробку (или коробку термостатов). Клапаны термостатов закрыты, и по перепускному патрубку 6 охлаждающая жидкость снова подается к водяному насосу.

Рис. 3. Система охлаждения дизеля автомобиля КамАЭ-5320: 1 - шкив коленчатого вала; 2 - нижний бачок; 3 - жалюзи; 4 - радиатор; 5 - гидромуфта привода вентилятора; 6 - перепускной патрубок; 7 - нагнетательный патрубок; в - 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 с герметизирующей пробкой; 20 - пробка с клапанами; 21 - отводящая трубка от компрессора; 22 - отводящая 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

Термостаты установлены в отдельной коробке, укрепленной на переднем торце правого ряда цилиндров. Расширительный бачок расположен на двигателе с правой стороны и соединен с верхним бачком радиатора, водораспределительной коробкой, компрессором и водяной рубашкой блока цилиндров. Расширительный бачок компенсирует изменение объема жидкости при ее нагревании, позволяет контролировать ее уровень в системе охлаждения. В бачок отводится и в нем конденсируется пар из верхних участков радиатора и системы. Собирающийся в бачке воздух улучшает работу системы охлаждения. TOCOJ1-A-40 или ТОСОЛ -А-65 в систему охлаждения наливают через горловину, имеющую герметизированную пробку на резьбе. Паровой и воздушный клапаны установлены в пробке.

В системе охлаждения дизеля применена гидромуфта 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.

В движение гидромуфта приводится от коленчатого вала двигателя через шлицевой ведущий вал. Вентилятор, расположенный соосно с коленчатым валом, укреплен на ступице, установленной на ведомом валу. Ведущую часть гидромуфты составляют: ведущий вал в сборе с кожухом; ведущее колесо, соединенное болтами с кожухом и валом шкива; шкив привода насоса и генератора, привернутый к валу болтами. Ведущая часть гидромуфты вращается на шарикоподшипниках. Ведомую часть гидромуфты составляют: ведомое колесо в сборе, соединенное болтами с ведомым валом. Ведомая часть гидромуфты привода вентилятора вращается на шарикоподшипниках. Уплотнение гидромуфты осуществлено двумя уплотнительными кольцами и самоподжимными сальниками.

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 т- самоподжимные сальники; 18 -прокладка; 19 и 22 - болты

Для управления гидромуфтой привода вентилятора имеется выключатель золотникового типа, установленный на нагнетательном патрубке в передней части двигателя. В зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения выключатель гидромуфты соединяет или разъединяет ведущий вал с ведомым, изменяя количество масла, поступающего в гидромуфту из системы смазки. Масло для работы гидромуфты подается насосом в ее полость, затем по трубке подводится в каналы ведущего вала и через отверстия в ведомом колесе - в межлопастное пространство. При вращении ведущего колеса масло с его лопаток переходит на лопатки ведомого колеса, и оно начинает вращаться, передавая крутящий момент на вал и вентилятор. Гидромуфта при помощи крана Еключается 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° С 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 кабине водителя на щитке приборов, а 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 -63А) при температуре воды 105-108 °С.

Принципиальная схема принудительных систем охлаждения современных двигателей одинакова.

Двигатель ЗИЛ -130 имеет закрытую систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости. Система состоит из охлаждающей рубашки блока и головки цилиндров, радиатора, соединительных патрубков, водяного центробежного насоса, вентилятора, термостата, сливных краников рубашки блока цилиндров и сливного крана радиатора. На рисунке показан включенный в систему охлаждения отопитель кабины и обогреватель ветрового стекл(а. .Подвод жидкости к отопителю производится по трубопроводу, а отвод - по трубопроводу при открытом положении крана.

При работе двигателя водяной насос создает циркуляцию жидкости через охлаждающую рубашку, патрубки и радиатор. Проходя по рубашке блока и головки, охлаждающая жидкость омывает стенки цилиндров, камеры сгорания и другие детали. Нагретая жидкость по патрубку поступает в верхнюю часть радиатора и далее по большому количеству трубок из верхней части радиатора в нижнюю, отдавая при этЪм тепло потоку воздуха. Охлажденная жидкость из нижнего бачка (резервуара) радиатора вновь поступает в рубашку двигателя. Систему рассчитывают так, чтобы при прохождении через радиатор температура жидкости снизилась на 6-10 °С. Термостат, установленный в верхнем водяном патрубке, автоматически меняет интенсивность циркуляции жидкости через радиатор, поддерживая наивыгоднейшую ее температуру. Поступление воздуха к радиатору можно регулировать с помощью жалюзи - шторок перед радиатором, открываемых в зависимости от теплового режима двигателя вручную или автоматически.

На двигателях грузовых автомобилей ЗИЛ , МАЗ , КамАЗ установлен компрессор тормозной системы, цилиндры которого имеют жидкостное охлаждение, подключенное параллельно системе охлаждения двигателя.

Контроль за работой системы охлаждения заключается в проверке уровня жидкости и в наблюдениях за показаниями термометра, состоящего из датчика и приемника, установленного на щитке приборов.

Двигатель СМД -14 гусеничного трактора ДТ-75М имеет закрытую систему охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. В систему охлаждения входят: водяной насос центробежного типа с вентилятором, приводимые во вращение клиновым ремнем охлаждающие рубашки блока и головки блока; отводящая труба; радиатор, состоящий из верхнего и нижнего литых бачков, между которыми впаяна сердцевина; датчик указателя температуры жидкости; соединительные трубопроводы и шланги. Для удаления воздуха из системы служит отверстие в корпусе водяного насоса, закрытое пробкой. В систему охлаждения двигателя включена рубашка охлаждения пускового двигателя. Заполняют систему жидкостью через горловину радиатора, а сливают через краны. Интенсивность охлаждения жидкости в радиаторе регулируют вручную подъемом шторок, расположенных перед радиатором на большую или меньшую высоту.

Рис. 5. Система охлаждения двигателя ЗИЛ -130

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе осуществляется водяным насосом, который засасывает жидкость из нижнего бачка радиатора через патрубок и подает ее в водораспределительный канал блок-картера. Через боковые отверстия в водораспределительном канале жидкость подается одновременно ко всем цилиндрам. Из рубашки охлаждения блок-картера жидкость поступает в водяную рубашку головки блока и затем по трем отверстиям в верхней стенке головки в водоотводящую трубу и далее в верхний бачок радиатора. Часть жидкости из блок-картера по соединительному патрубку поступает в рубашку цилиндра пускового двигателя, а оттуда через головку его цилиндра в отводящую трубу.

Вместимость системы охлаждения автотракторных двигателей определяется типом двигателя и находится в пределах 7,5-50 л.

К атегория: - Автомобили и трактора

В автомобиле призвана защитить рабочий агрегат от перегрева и тем самым контролирует работоспособность всего моторного блока. Охлаждение является важнейшей функцией в работе двигателя внутреннего сгорания.

Последствия неисправности охлаждения ДВС могут стать фатальными для самого агрегата, вплоть до полного выхода из строя блока цилиндров. Поврежденные узлы уже могут не подлежать восстановительным работам, их ремонтопригодность будет равна нулю. Следует со всей внимательностью и ответственностью отнестись к эксплуатации и проводить периодическую промывку системы охлаждения двигателя.

Контролируя систему охлаждения, автовладелец напрямую заботится о "здоровье сердца" своего железного "коня".

Назначение системы охлаждения

Температура в блоке цилиндров при работающем агрегате может подниматься до 1900 ℃. Из этого объема тепла только часть является полезной и используется в необходимых режимах работы. Остальное выводится системой охлаждения за пределы моторного отсека. Увеличение температурного режима сверх нормы чревато негативными последствиями, которые приводят к прогоранию смазочных материалов, нарушению технических зазоров между определенными деталями, особенно в поршневой группе, что приведет к уменьшению срока их службы. Перегрев мотора, как следствие неисправности системы охлаждения двигателя, является одной из причин детонации горючей смеси, поставляемой в камеру сгорания.

Переохлаждение двигателя также нежелательно. В "холодном " агрегате появляется потеря мощности, густота масла повышается, из-за чего увеличивается трение несмазанных узлов. Рабочая горючая смесь частично конденсируется, тем самым лишая стенки цилиндра смазки. Вместе с тем, поверхность стенки цилиндра подвергается процессу коррозии вследствие образования серных отложений.

Система охлаждения двигателя предназначена стабилизировать тепловой режим, необходимый для нормального функционирования мотора транспортного средства.

Типы системы охлаждения

Система охлаждения двигателя классифицируется по способу отвода тепла:

• охлаждение при помощи жидкостей в закрытом типе;
• охлаждение воздухом в открытом типе;
• комбинированная (гибридная) система отвода тепла.

В настоящее время воздушное охлаждение в автомобилях встречается крайне редко. Жидкостное может быть и открытого типа. В таких системах отвод тепла происходит через пароотводную трубку в окружающую среду. Закрытая система изолирована от внешней атмосферы. Поэтому такого типа намного выше. При высоком давлении увеличивается порог закипания охлаждающего элемента. Температура хладагента в закрытой системе может достигать 120 ℃.

Охлаждение воздухом

Естественное приточное охлаждение воздушными массами являет собой самый простейший способ отвода тепла. Двигатели с данным типом охлаждения выбрасывают тепло в окружающую среду при помощи радиаторных ребер, находящихся на поверхности агрегата. Такая система имеет огромный недостаток в функциональной возможности. Дело в том, что такой способ напрямую зависит от небольшой удельной теплоемкости воздуха. К тому же, присутствуют проблемы с равномерностью отвода тепла от мотора.

Такие нюансы препятствуют монтажу одновременно эффективной и компактной установки. В системе охлаждения двигателя воздух поступает неравномерно на все части, и тогда приходится избегать возможности локального перегрева. Следуя конструктивным особенностям, ребра для охлаждения монтируют в тех местах двигателя, где воздушные массы наименее всего активны, по причине аэродинамических свойств. Те части мотора, которые больше всего подвержены нагреву, располагают навстречу воздушным массам, при этом более "холодные" участки размещают сзади.

Принудительное охлаждение воздухом

Двигатели с таким типом отвода излишнего тепла оборудованы вентилятором и ребрами охлаждения. Такой набор конструктивных узлов позволяет искусственно нагнетать воздух в систему охлаждения двигателя для обдува охлаждающих ребер. Над вентилятором и ребрами устанавливается защитный кожух, который участвует в направлении воздушных масс для охлаждения и препятствует попаданию тепла извне.

Положительными моментами в данном типе охлаждения принимается простота конструктивных особенностей, малый вес, отсутствие узлов подачи и циркуляции хладагента. Недостатками считаются высокий шумовой уровень функционирования системы и громоздкость устройства. Также в принудительном воздушном охлаждении не решена проблема с локальным перегревом агрегата и рассеянностью обдува, несмотря на установленные кожухи.

Такой тип предупреждения перегрева двигателей активно применялся вплоть до 70-х годов. Работа системы охлаждения двигателя с принудительным воздушным типом была популярна на малолитражных транспортных средствах.

Охлаждение при помощи жидкостей

Жидкостная система охлаждения на сегодня является самой популярной и распространенной. Процесс отвода тепла происходит при помощи жидкого хладагента, циркулирующего по основным элементам двигателя по специальным закрытым магистралям. Гибридная система сочетает в себе элементы воздушного охлаждения одновременно с жидким. Жидкость охлаждается в радиаторе, имеющем ребра и вентилятор с кожухом. Также такой радиатор охлаждается приточными воздушными массами при движении транспортного средства.

Жидкостная система охлаждения двигателя выдает минимальный уровень шума при эксплуатации. Данный тип повсеместно собирает тепло и отводит его от двигателя с высокой эффективностью.

По методу движения жидкого хладагента системы классифицируются:

Устройство системы охлаждения двигателя

Конструкция жидкостного охлаждения имеет одинаковую структуру и элементы, как для бензинового двигателя, так и для дизельного. Система состоит из:

• радиаторного блока;
• масляного радиатора;
• вентилятора, с установленным кожухом;
• помпы (насос с центробежной силой);
• бачок для расширения нагретой жидкости и контроля уровня;
• термостат циркуляции хладагента.

При промывке системы охлаждения двигателя затрагиваются все данные узлы (кроме вентилятора) для более эффективной дальнейшей работы.

Охлаждающая жидкость циркулирует по магистралям внутри блока. Совокупность таких проходов называется "рубашкой охлаждения". Она охватывает наиболее подверженные нагреву участки двигателя. Хладагент, двигаясь по ней, вбирает в себя тепло и несет его к радиаторному блоку. Охлаждаясь, он повторяет круг.

Функционирование системы

Одним из основных элементов в устройстве системы охлаждения двигателя считается радиатор. Его задачей является остужать хладагент. Он состоит из радиаторной обрешетки, внутри которой проложены трубки для движения жидкости. Охлаждающая жидкость попадает в радиатор через нижний патрубок и выходит через верхний, который вмонтирован в верхний бачок. Сверху бачка имеется горловина, закрытая крышкой со специальным клапаном. Когда возрастает давление в системе охлаждения двигателя, клапан приоткрывается и жидкость поступает в расширительный бачок, прикрепленный отдельно в моторном отсеке.

Также на радиаторе находится датчик температуры, который сигнализирует водителю о предельном нагреве жидкости посредством прибора, установленного в салоне на информационной панели. В большинстве случаев к радиатору крепится вентилятор (бывает два) с кожухом. Вентилятор активируется автоматически при достижении критической температуры охлаждающей жидкости или работает принудительно от привода с помпой.

Помпа обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости по всей системе. Энергию вращения насос получает путем ременной передачи от шкива коленвала.

Термостат управляет большим и малым кругом циркуляции хладагента. При первом пуске двигателя термостат пускает жидкость по малому кругу для того, чтобы моторный агрегат быстрее прогрелся до рабочей температуры. После этого термостат открывает большой круг системы охлаждения двигателя.

Антифриз или вода

В качестве охлаждающей жидкости используется вода или антифриз. Современные автовладельцы стали все чаще применять последнее. Вода замерзает при минусовых температурах и является катализатором в процессах коррозии, что негативно сказывается на системе. Единственным плюсом является ее высокая теплоотдача и еще, пожалуй, доступность.

Антифриз не замерзает при холоде, предотвращает коррозию, препятствует серным отложениям в системе охлаждения двигателя. Но имеет более низкую теплоотдачу, что негативно сказывается в жаркое время года.

Неисправности

Последствиями неисправности охлаждения становятся перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев может быть вызван недостаточностью жидкости в системе, нестабильной работой помпы или вентилятора. Также неправильной работой термостата, когда он должен открыть большой круг охлаждения.

Могут быть вызваны сильным загрязнением радиатора, зашлакованностью магистралей, плохой работой крышки радиатора, расширительного бачка или некачественным антифризом.