Система охлаждения
служит для поддержания оптимального теплового режима двигателя с помощью
регулируемого отвода тепла от наиболее нагретых деталей двигателя. Высокая
температура газов вызывает интенсивный нагрев деталей. До 35% тепла от сгорания
топлива в цилиндрах идет на нагрев деталей. Температурный режим двигателя не
должен меняться в зависимости от нагрузки, и температуры окружающего воздуха.
Принудительный отвод тепла предотвращает заедание (заклинивание) подвижных
деталей при их расширении, выгорания масла, уменьшает трение и интенсивность
износа.
Излишний отвод тепла не приводит к аварийной
ситуации, но существенно ухудшает топливную экономичность, снижает мощность и
срок эксплуатации двигателя. В этом случае конденсируются пары топлива,
смывается смазка, разжижается масло. Поэтому двигатель следует охлаждать до
оптимальной температуры – обеспечивающей получение максимальной мощности,
экономичности и срока эксплуатации.
На современных поршневых двигателях применяют
жидкостное или воздушное охлаждение. При воздушной системе
охлаждения цилиндры и их головки для увеличения поверхностного охлаждения
снабжены большим количеством ребер. Охлаждающий воздух от вентилятора поступает
к цилиндрам по направляющим кожухам, обеспечивая их равномерное охлаждение.
Нагретый воздух выходит через специальный раструб в котором установлена
воздушная заслонка, поворотом которой (вручную или автоматически) меняется
интенсивность охлаждения. В воздушной системе охлаждения отсутствует радиатор,
жидкостный насос, каналы и трубопроводы для охлаждающей жидкости, поэтому к
преимуществам такой системы относятся простота конструкции, уменьшение массы,
удобство обслуживания и, кроме того, исключается опасность размораживания
двигателя зимой. Размораживание, т.е. замерзание воды в системе водяного
охлаждения, приводит к образованию трещин в блоке цилиндров. К недостаткам
воздушной системы охлаждения относятся необходимость сравнительно большой
мощности двигателя для приведения в действие вентилятора и затрудненный пуск
двигателя при низкой температуре.
Наибольшее распространение получили
жидкостные системы охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей
жидкости, как более эффективные, менее шумные и обеспечивающие лучшие условия
пуска и прогрева при низких температурах.
Принципиальная схема системы с принудительным
охлаждением приведена на рис. 1. Основные элементы системы: рубашка охлаждения
блока 1 и головки 2 цилиндров; центробежный насос 12,
термостат 5, радиатор 7 объединяются с помощью соединительных
патрубков 11.
Рис. 1 Принципиальная схема
системы охлаждения |
Радиатор и рубашки охлаждения заливаются
жидкостью. Внутренние полости системы охлаждения сообщаются с атмосферой
через систему клапанов, расположенных в пробке радиатора 9. такая
система охлаждения – закрытая. В закрытых системах охлаждения
поддерживается избыточное давление 0,025…0,035 МПа, при этом
увеличивается температура кипения до 120
°С. При этом уменьшаются потери
жидкости при паровыделении, и увеличивается теплоемкость. Поэтому
закрытые системы применяются на подавляющем числе автомобилей. |
Принудительная циркуляция жидкости обеспечивается
насосом 12, приводимом от коленчатого вала двигателя. Жидкость
соприкасается с нагретыми поверхностями рубашек охлаждения, нагревается и
поступает в верхний бачок 6, радиатор по трубкам радиатора, обдувается
воздухом, поступает в нижний бачок 7 радиатора, при этом охлаждается.
Охлажденная жидкость по патрубку 11 поступает в насос 4 и вновь
подводится к наиболее нагретым частям двигателя. Для быстрого прогрева в системе
охлаждения установлен термостат 5. Когда двигатель не прогрет, запорный
клапан закрыт и жидкость не может попасть в радиатор. Она циркулирует по
«малому» кругу, включающему насос, рубашки, термостат. Поэтому она быстро
прогревается, при этом запорный клапан открывается и в круг циркуляции
включается радиатор. Проходное сечение клапана регулируется автоматически, в
зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Дополнительно, температурный
режим двигателя внутреннего сгорания может поддерживаться за счет изменения
интенсивности воздушного потока – жалюзями или дополнительным электрическим
вентилятором.
Основная особенность системы охлаждения
современного двигателя – принудительный способ охлаждения каждой из рабочей
поверхностей без смены направления движения жидкости. В этом случае эффективно
используется тепловое движение жидкости (за счет разности температур слоев),
совпадающее по направлению с циркуляцией за счет насоса. Другая особенность –
возможность циркуляции жидкости одновременно по «большому» и «малому» кругу
циркуляции, и по каждому контуру в отдельности.
Большой коэффициент объемного расширения
охлаждающей жидкости делает обязательным применение расширительного бачка 10
в системе охлаждения.
Контроль температуры охлаждающей жидкости
осуществляется с помощью дистанционных магнитоэлектрических термометров,
состоящих из указателей и встроенных в систему охлаждения датчиков. О перегреве
жидкости в системе охлаждения сигнализирует контрольная лампочка, установленная
на щитке приборов (автомобили (ЗИЛ-130, ГАЗ-53-12, ГАЗ-24-10) и соединенная с
термодатчиком, ввернутым в верхний бачок радиатора.
Кроме основного назначения, система охлаждения
двигателя используется для отопления пассажирского помещения кузовов легковых
автомобилей и автобусов, а также кабин грузовых автомобилей. Для этой цели в
отопительной системе имеются специально встроенные в салон кузова или кабины
радиаторы, к которым через кран и шланги нагретая жидкость подается из системы
охлаждения двигателя.
В качестве
охлаждающих жидкостей применяется вода или ее этиленгликолевые смеси –
антифризы. Температура кипения этих
жидкостей значительно превышает 100 °С, а присадки значительно уменьшают
коррозию металлов, трения, вспенивания, стабилизируют химический состав.
Широкое распространение получили смеси, замерзающие
при низкой температуре: ТОСОЛ А-40 и ТОСОЛ А-65. Оба антифриза получаются
разбавлением технического этиленгликоля водой, например ТОСОЛ А-40 представляет
собой 50%-ную смесь воды с этиленгликолем, которая при температуре – 40
°С превращается не в лед, а в густую массу, не вызывающую повреждения блока
цилиндров или радиатора.
