Система охлаждения

Назначение и устройство системы охлаждения. Распределение затрат теплоты, полученной в результате сгорания топлива, на полезную работу и потери называется тепловым балансом двигателя.

Тепловой баланс может быть представлен в виде диаграммы, из которой видно, что на полезную работу двигателя используется от 25 до 35% общего количества теплоты и, следовательно, эффективный коэффициент полезного действия двигателя равен 25 — 35%.

Диаграмма теплового баланса двигателя внутреннего сгорания

Система охлаждения двигателя поддерживает определенный, наиболее выгодный тепловой режим его работы. При переохлаждении увеличиваются потери на трение, уменьшается мощность двигателя, на холодных деталях конденсируются пары бензина и в виде капель стекают по зеркалу цилиндра, смывая смазку. Возрастает износ деталей и чаще возникает потребность в замене масла.

Перегрев ухудшает количественное наполнение цилиндра горючей смесью, вызывает разжижение и выгорание масла, в результате чего могут заклиниться поршни в цилиндрах и выплавиться вкладыши подшипников.

Автомобильные двигатели могут иметь жидкостное или воздушное охлаждение. На двигателях отечественных автомобилей (исключая ЗАЗ-966) применяют закрытую жидкостную систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости, осуществляемой водяным насосом. Закрытой системой называют потому, что она непосредственно не сообщается с атмосферой.

В результате давление в системе увеличивается, температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 108 — 119 °С и снижается ее расход на испарение. Температура охлаждающей жидкости нормально работающего двигателя должна быть 85 — 95 °С.

В жидкостную систему охлаждения входят (Схема системы охлаждения двигателя ЗИЛ-130): рубашка охлаждения блока и головок цилиндров, радиатор водяной насос 3, вентилятор, термостат 4, жалюзи, патрубки, шланги, сливные краники 10 и 11, радиатор 8 отопителя, указатель температуры и контрольная лампа.

Жидкость в рубашке охлаждения двигателя нагревается за счет отбора теплоты от цилиндров, поступает через термостат в радиатор, охлаждается в нем и под действием центробежного насоса возвращается в рубашку двигателя. Охлаждению жидкости способствует интенсивный обдув радиатора и двигателя потоком воздуха от вентилятора.

Чтобы уменьшить образование накипи в системе охлаждения при заполнении ее водой, необходимо пользоваться мягкой водой, содержащей не свыше 0,14 мг окиси кальция (СаО) в 1 л. «Жесткую» воду, заливаемую в систему охлаждения, необходимо прокипятить.

Емкость системы охлаждения двигателя равна: у автомобиля ЗИЛ-130 — 29 л, ГАЭ-53А — 23 л, ГАЗ-51А — 15 л, «Москвич-412» — 7,5 л.

Радиатор состоит из верхнего 1 и нижнего 5 бачков и сердцевины 4. Его крепят на автомобиле на резиновых подушках с пружинами.

Радиатор

Радиатор:

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.

Наиболее распространены трубчатые и пластинчатые радиаторы, у первых сердцевина образована несколькими рядами латунных трубок 7, пропущенных через горизонтальные пластины 5, увеличивающие поверхность охлаждения и придающие радиатору жесткость. У вторых сердцевина состоит из одного ряда плоских латунных трубок, каждая из которых изготовлена из спаянных между собой по краям гофрированных пластин.

Схема работы парового и воздушного клапанов

Схема работы парового и воздушного клапанов:

1 — пароотводная трубка; 2 — паровой клапан; 3 — воздушный клапан.

Верхний бачок имеет заливную горловину 3 и пароотводную трубку 2.

Горловина радиатора герметически закрывается пробкой, имеющей два клапана: паровой 2 для снижения давления при закипании жидкости, который открывается при избыточном давлении свыше 40 кн/м² (0,4 кгс/см²), и воздушный 3, пропускающий воздух в систему при снижении давления вследствие охлаждения жидкости и этим предохраняющий трубки радиатора от сплющивания атмосферным давлением.

Водяной насос

Водяной насос:

1 — вал с крыльчаткой;
2 — самоуплотняющийся сальник;
3 — корпус;
4 — шайба;
5 — пружина;
6 — резиновая манжета.

Центробежный водяной насос создает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости; его крепят болтами через прокладку к верхней части блока цилиндров.

Основные части насоса: корпус З, вал 1 с пластмассовой крыльчаткой, установленный на двух шариковых подшипниках. Самоуплотняющийся сальник 2, состоящий из резиновой манжеты 6, металлической обоймы, пружины 5 и шайбы 4 из износостойкой графитосвинцовой смеси, предотвращает вытекание жидкости в месте выхода вала из корпуса насоса.

Вентилятор усиливает поток воздуха через сердцевину радиатора. Ступицу вентилятора крепят на валу водяного насоса. Они вместе приводятся во вращение от шкива коленчатого вала одним или двумя трапециевидными ремнями.

Вентилятор заключен в установленный на рамке радиатора кожух, что способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор.

Электромагнитная муфта включения вентилятора

Электромагнитная муфта включения вентилятора:

1 — шкив водяного насоса;
2 — электромагнит;
3 — ступица вентилятора;
4 — крышка;
5 — ступица вала водяного насоса;
6 — корпус;
7 — самоуплотняющийся сальник;
8 — крыльчатка.

В системе охлаждения двигателей 3M3-53, ЗМЗ-24 и АЗЛК-412 для поддержания наивыгоднейшего теплового режима вентилятор приводится электромагнитной фрикционной муфтой, которая включается и выключается автоматически в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Муфта состоит из электромагнита 2, установленного вместе со шкивом 1 на ступице 5 водяного насоса, и ступицы 3 вентилятора, соединенной пластинчатой пружиной с якорем, свободно вращающимся на двух шариковых подшипниках. Катушка электромагнита соединена с тепловым реле, датчик которого установлен в верхнем бачке радиатора.

Когда температура охлаждающей жидкости достигает 90 — 95 °С, контакты реле замыкаются и в катушку электромагнита поступает ток от аккумуляторной батарей автомобиля, якорь притягивается к электромагниту и ступица вентилятора начинает вращаться. При понижении температуры охлаждающей жидкости до 80 — 85 °С контакты реле размыкаются и вентилятор отключается.

Жалюзи — это шарнирно укрепленные стальные пластины, установленные перед радиатором. Положение жалюзи регулирует водитель из кабины автомобиля рукояткой, изменяя поток воздуха, идущий сквозь сердцевину радиатора.

Схема работы термостата

Схема работы термостата:

а — циркуляция охлаждающей жидкости по малому кругу; б — циркуляция охлаждающей жидкости по большому кругу;
1 — корпус; 2 — шток с клапаном; 3 — гофрированный цилиндр.

Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости при движении автомобиля. Термостат двигателей 3M3-53 и ГАЗ-51 состоит из корпуса гофрированного цилиндра 3, заполненного легкокипящей жидкостью, и штока 2 с клапаном. В системе охлаждения двигателей ЗИЛ-130 и АЗЛК-412 устанавливают термостат несколько иной конструкции с поворачивающимся на оси клапаном, приводимым в действие штоком от баллона, заполненного церезином (горным воском), обладающим высоким коэффициентом объемного расширения.

При холодном двигателе клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость направляется через канал к входному отверстию насоса, а через него в рубашку охлаждения, т. е. циркулирует по малому кругу, не попадая в радиатор. У двигателя ЗИЛ-130 при закрытом клапане термостата охлаждающая жидкость, нагнетаемая в рубашку насосом, перепускается через систему охлаждения воздушного компрессора.

Когда охлаждающая жидкость нагреется до 70 — 80 °С, клапан термостата под действием паров жидкости, заполняющей его цилиндр 3, или вследствие расширения твердого наполнителя открывается и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор, т. е. по большому кругу.

Температуру охлаждающей жидкости контролируют по указателю температуры, датчик 9 (Схема системы охлаждения двигателя ЗИЛ-130) которого ввернут в рубашку охлаждения блока цилиндров. При температуре в системе охлаждения выше 95 °С у двигателей 3M3-53, ЗМЗ-24 и АЗЛК-412 или 115 °С у двигателя ЗИЛ-130 на щитке загорается сигнальная лампа, включаемая датчиком, установленным в верхнем бачке радиатора.

Жидкость из систем охлаждения двигателей ГАЗ-51 и АЗЛК-412 сливают через два краника: под радиатором и у блока цилиндров.

У двигателей ЗИЛ-130 и 3M3-53 сливных краников по три: один под радиатором и два на нижней части водяной рубашки обеих секций блока.

Применение антифриза. При температуре воздуха ниже 0 °С в систему охлаждения рекомендуется заливать антифриз — жидкость с низкой температурой замерзания (Эксплуатационные материалы).

Антифриз ядовит, поэтому обращаться с ним нужно осторожно. Так как коэффициент объемного расширения антифриза больше, чем у воды, им следует заполнять систему на 95% ее емкости. При наступлении теплого времени года антифриз надо слить, промыть и заполнить систему водой. Слитый антифриз хранят в хорошо закрытой посуде до следующей зимы.

Пусковой подогреватель, устанавливаемый на некоторых двигателях (ЗИЛ-130, 3M3-53), служит для их разогрева перед пуском при низкой температуре воздуха.

Основные части подогревателя: котел с камерой сгорания и жаровой трубой, топливный бачок, регулятор подачи топлива с электромагнитным клапаном и пульт управления. Полость котла вокруг жаровой трубы заполнена охлаждающей жидкостью (вода или антифриз) и постоянно соединена патрубками и шлангами с рубашкой охлаждения двигателя.

При включении подогревателя в камеру сгорания поступает из бачка бензин, а при помощи вентилятора, приводимого в действие электродвигателем, подается воздух. Образующаяся горючая смесь первоначально воспламеняется электрической свечой накаливания, которую, после того как горение станет устойчивым, выключают.

По мере нагревания плотность находящейся в котле жидкости уменьшается, и она поступает в рубашку охлаждения двигателя, подогревая цилиндры и впускной трубопровод, а выходящие из жаровой трубы газы направляются под нижнюю часть картера и разогревают находящееся в нем масло.

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова