Система жидкостного и воздушного охлаждения двигателей: устройство и работа основных узлов и деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система жидкостного и воздушного охлаждения двигателей: устройство и работа основных узлов и деталей

Назначение системы жидкостного и воздушного охлаждения двигателей - поддержание оптимального теплового состояния двигателя.

Наибольшее распространение в автотракторных двигателях получили системы жидкостного охлаждения (рис. 1), их преимущества:

- более эффективное охлаждение наиболее теплонапряженных деталей, что особенно важно для форсированных двигателей;

- возможность объединения цилиндров в блоки;

- большая равномерность температурных полей и их стабильность при изменении режимов работы двигателя;

- меньшие затраты мощности на привод агрегатов системы;

- уменьшенная шумность двигателя из-за звукоизолирующего действия рубашки охлаждения и меньшее звукоизлучение самой системы благодаря более низким скоростям воздуха в воздушном тракте охлаждения;- возможность отопления кабины водителя или салона с использованием теплоты охлаждающей жидкости.

Технический уровень современных двигателей позволил исключить ряд недостатков систем жидкостного охлаждения, присущих двигателям старых выпусков: опасность замерзания и подтекания жидкости; необходимость периодического удаления накипи.

Рис. 1. Схема системы жидкостного охлаждения: 1 - крышка радиатора; 2 - верхний бачок радиатора; 3 - верхний патрубок радиатора; 4 и 15 - соединительные шланги; 5 - перепускной канал; 6 и 14 - патрубки; 7 - термостат; 8 - отверстие; 9 - рубашка охлаждения; 10 - распределительная трубка; 11 - блок цилиндров; 12 и 17 - сливные краники; 13 - водяной насос; 16 - нижний патрубок радиатора; 18 - нижний бачок радиатора; 19 - вентилятор; 20 - радиатор

Рис. 2. Схемы воздушного охлаждения двигателей: а - V-образного; б - рядного; 1 - вентилятор; 2 - кожух; 3 - дефлектор; 4 - масляный радиатор

К преимуществам систем воздушного охлаждения (рис. 2) следует отнести: простоту конструкции, меньшие габариты и массу моторной установки, сокращение трудоемкости технического обслуживания и ремонта.

Однако, повышенная шумность, неравномерность температурных полей охлаждаемых деталей, меньшая жесткость конструкции, а, следовательно, и ресурс уменьшают сферу их применения.

Система жидкостного охлаждения

Система охлаждения состоит из:

· рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров,

· центробежного насоса,

· термостата,

· радиатора с расширительным бачком,

· вентилятора,

· соединительных патрубков и шлангов.

Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

В настоящее время применяются системы жидкостного охлаждения, как правило, закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Принудительная циркуляция жидкости осуществляется водяным насосом.

Рис. Система охлаждения: 1. Трубка отвода жидкости от радиатора отопителя в насос охлаждающей жидкости; 2. Шланг отвода охлаждающей жидкости от впускной трубы. 3. Шланг отвода охлаждающей жидкости из радиатора отопителя; 4. Шланг подвода жидкости в радиатор отопителя; 5. Перепускной шланг термостата; 6. Выпускной патрубок рубашки охлаждения; 7. Подводящий шланг радиатора; 8. Расширительный бачок; 9. Пробка бачка; 10. Шланг от радиатора к расширительному бачку; 11. Пробка радиатора; 12. Выпускной клапан пробки; 13. Впускной клапан; 14. Верхний бачок радиатора; 15. Заливная горловина радиатора; 16. Трубка радиатора; 17. Охлаждающие пластины радиатора; 18. Кожух вентилятора; 19. Электровентилятор; 20. Шкив привода насоса охлаждающей жидкости; 21. Резиновая опора; 22. Окно со стороны блока цилиндров для подачи охлаждающей жидкости; 23. Обойма сальника; 24. Подшипник валика насоса охлаждающей жидкости; 25. Крышка насоса; 26. Ступица шкива привода насоса; 27. Валик насоса; 28. Стопорный винт; 29. Манжета сальника; 30. Корпус насоса; 31. Крыльчатка насоса; 32. Приемный патрубок насоса; 33. Нижний бачок радиатора; 34. Отводящий шланг радиатора; 35. Ремень привода насоса охлаждающей жидкости; 36. Насос охлаждающей жидкости; 37. Шланг подачи охлаждающей жидкости в насос; 38. Термостат; 39. Резиновая вставка; 40. Входной патрубок (от радиатора); 41. Основной клапан; 42. Перепускной клапан; 43. Корпус термостата; 44. Патрубок перепускного шланга; 45. Патрубок шланга для подачи охлаждающей жидкости в насос: 46. Крышка термостата; 47. Поршень рабочего элемента; 48. I. Схема работы термостата; 49. II. Температура жидкости менее 80 С; 50. III. Температура жидкости 80. 94 С; 51. IV. Температура жидкости более 94 С

Малый и большой круг циркуляции

Как правило, применяется жидкостная система охлаждения, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости и расширительным бачком (рис. 3).

Рис. 3 Схема системы охлаждения двигателя: а) малый круг циркуляции; б) большой круг циркуляции: 1 - радиатор; 2 - патрубок для циркуляции охлаждающей жидкости; 3 - расширительный бачок; 4 - термостат; 5 - водяной насос; 6 - рубашка охлаждения блока цилиндров; 7 - рубашка охлаждения головки блока; 8 - радиатор отопителя с электровентилятором; 9 - кран радиатора отопителя; 10 - пробка для слива охлаждающей жидкости из блока; 11 - пробка для слива охлаждающей жидкости из радиатора; 12 - вентилятор

Охлаждающиеся жидкости

Еще недавно в качестве охлаждающей жидкости широко использовалась вода благодаря ее большой теплоемкости (4,186 кДж/(кгС)) и достаточно высокой температуре кипения, при нормальных условиях равной 100С, а в закрытых системах охлаждения - в зависимости от давления жидкости:

t_кип=100, С,

где Р_ж - давление жидкости в атм.

Однако, на современных двигателях вместо воды применяют низкозамерзающие жидкости на основе этиленгликоля - тосолы. Тосолы обладают большей температурой кипения, чем вода, поэтому их применение сокращает отвод теплоты в систему охлаждения вследствие меньшего температурного перепада между стенками цилиндра и охлаждающей жидкостью. Это обстоятельство обуславливает всесезонное применение тосолов. К недостаткам тосолов можно отнести их высокую токсичность и низкую температуру вспышки (122С), обуславливающую их пожароопасность при подтекании. Тосолы окрашивают добавлением голубых или зеленых красителей, чтобы предупредить пользователя о токсичности.

Жидкостный насос

Рис. 4. Водяной насос: 1 - ступица шкива привода водяного насоса; 2 - вал; 3 - корпус; 4 - контрольное отверстие смазки; 5 - масленка (на современных двигателях не применяется); 6 - крыльчатка; 7 - контрольное отверстие; 8 - пружина; 9 и 10 - обоймы; 11 - манжета; 12 - текстолитовая шайба; 13 - стопорное кольцо

Водяной насос центробежного типа отличается малыми габаритами, простотой конструкции и надежностью (рис. 4). Принципиальная особенность насоса, как всякого центробежного устройства, в том, что вход жидкости представляет кольцевое пространство между ступицей и внутренним диаметром лопастей крыльчатки, а выход - в перпендикулярной плоскости.

Рис. 5. Двигатель ЗМЗ-409 (вид справа): 1 - масляный картер; 2 - масляный фильтр; 3 - кран масляного радиатора; 4 - стартер; 5 - шланги подогрева дроссельной заслонки; 6 - датчик детонации; 7 - шланг от регулятора давления топлива к каналу холостого хода; 8 - впускная труба; 9 - регулятор давления топлива; 10 - шланг подачи воздуха; 11 - ресивер; 12 - регулятор холостого хода; 13 - генератор; 14 - гидронатяжитель верхней цепи; 15 - проушина (рым) для подъема двигателя; 16 - регулировочный болт натяжения ремня привода насоса гидроусилителя и шкива вентилятора; 17 - кронштейн насоса гидроусилителя; 18 - регулировочный болт ремня привода генератора и водяного насоса; 19 - датчик положения коленчатого вала (датчик синхронизации); 20 - установочные метки ВМТ такта сжатия; 21 - гидронатяжитель нижней цепи

Типы профиля лопастей

Лопасти крыльчаток бывают радиальными или специального профиля - как правило, загнутые назад. Профилированные лопасти рассчитывают на получение оптимального угла входа жидкости на лопасть и угла выхода, что повышает К.П.Д. насоса.

Между крыльчаткой и ближайшим подшипником на всех насосах монтируется уплотнительное устройство, состоящее из набора деталей. Между этим устройством и подшипником на всех насосах предусматривают контрольное отверстие, подтекание жидкости из которого свидетельствует о повреждении деталей уплотнения и требует его немедленного ремонта. Иначе, горячая жидкость, проникая в подшипники, быстро выведет их из строя, что потребует полной замены насоса.

Радиатор

Радиатор состоит из верхнего 2 (см. рис. 1) и нижнего 18 бачков, штампованных из латуни или из алюминия толщиной 0,8...1,0 мм, соединенных латунными трубками с толщиной стенки 0,15...0,2 мм; к трубкам припаяны латунные или медные охлаждающие пластины толщиной 0,08...0,2 мм. Вследствие дороговизны меди и ее сплавов, современные радиаторы оснащены пластмассовыми бачками, трубками и пластинами из рафинированного алюминия. Для увеличения прочности и жесткости радиатора к его верхнему и нижнему бачкам прикрепляют стальные пластины толщиной 1,2...2,5 мм и соединяют их горизонтальной пластиной под нижним бачком.

Радиаторы применяют трубчатоленточные и трубчатопластинчатые. Исследования показали, что наилучшей теплоотдачей обладают трубчатопластинчатые радиаторы с плоскоовальным сечением трубок и их шахматным расположением. Вследствие дороговизны меди и ее сплавов, современные радиаторы оснащены пластмассовыми бачками, трубками и пластинами из рафинированного алюминия. Для увеличения прочности и жесткости радиатора к его верхнему и нижнему бачкам прикрепляют стальные пластины толщиной 1,2...2,5 мм и соединяют их горизонтальной пластиной под нижним бачком. Этот каркас радиатора и служит для его крепления на автомобиле.

Пароотводящая трубка - служит для отвода избыточного давления в системе охлаждения.

Основное назначение расширительного бака - прием прироста объема охлаждающей жидкости в системе, образующегося при ее нагревании, для поддержания определенного гидростатического давления. Кроме того, бак предназначен для восполнения убыли объема охлаждающей жидкости системе при незначительной утечке и при понижении ее температуры.

Вентилятор

Служит для охлаждения жидкости в системе охлаждения (радиаторе). Вентилятор, как правило, осевого типа, то есть поток воздуха направлен вдоль оси вентилятора. Число лопастей определяется необходимой его производительностью в зависимости от уровня форсирования двигателя. Применяют вентиляторы с числом лопастей от двух до восьми, лопатки могут быть стальными штампованными, приклепанными к крестовине, или литыми из пластмасс и легких сплавов. Вентиляторы с литыми лопастями имеют почти в два раза больший К.П.Д. по сравнению со штампованными.

Наиболее распространены следующие виды приводов вентиляторов: автономный, через вязкостную муфту, с помощью гидравлической муфты.

автономный электрический привод не требует использования электродвигателя большой мощности и соответствующих массы и габаритов, он удачно вписывается в подкапотное пространство легкового автомобиля малого класса. Однако, для вентилятора трактора или грузового автомобиля потребовался бы электродвигатель большой мощности, в этом случае наиболее оправдано применение гидромуфты.

Рис. 6. Гидромуфта привода вентилятора: 1 - трубка подвода масла; 2, 5 - уплотнительные кольца; 3 - ступица; 4 - ведущий вал; 6 - корпус подшипника; 7 - ведомое колесо; 8 - кожух; 9 - ведущее колесо; 10 - корпус кронштейна; 11, 14 - манжеты; 12 - вал; 13 - шкив привода генератора и водяного насоса; 15 - ступица вентилятора; 16 - ведомый вал

Крышка радиатора

Крышка радиатора играет важную роль в поддержании теплового состояния двигателя, благодаря наличию парового и воздушного клапанов.

Паровой клапан разобщает систему охлаждения с атмосферой и поддерживает в системе избыточное давление 0,045...0,065 МПа, увеличивая температуру кипения охлаждающей жидкости.

Воздушный клапан сообщает систему с атмосферой при разрежении 0,01 МПа.

Рис. 7. Крышка радиатора: а - паровой клапан открыт; б - воздушный клапан открыт; 1 - отверстие; 2 - пружина парового клапана; 3 - корпус крышки; 4 - стойка; 5 - запорная пружина; 6 - горловина радиатора; 7 - паровой клапан; 8 - прокладка парового клапана; 9 - прокладка воздушного клапана; 10 - воздушный клапан; 11 - пружина воздушного клапана; 12 - седло воздушного клапана; 13 - пароотводная трубка

Термостат

Термостаты (рис. 8) служат для ускорения прогрева двигателя после пуска и поддержания оптимальной температуры охлаждающей жидкости путем автоматического регулирования интенсивности циркуляции жидкости через радиатор. система охлаждение двигатель

Различают термостаты с жидким и твердым наполнителями.

Чувствительным элементом термостата с жидким наполнителем (рис. 8) является тонкостенный латунный гофрированный баллон 2 (сильфон), частично заполненный легкоиспаряющейся жидкостью.

Рис. 8. Схема термостата с жидким наполнителем: а - клапан термостата открыт; б - клапан термостата закрыт; 1 - корпус термостата; 2 - сифон; 3 - шток; 4 - прокладка; 5 - клапан; 6 - отводящий патрубок; 7 - корпус клапана; 8 - скоба

На современных двигателях применяются в основном термостаты с твердым наполнителем (рис. 9), как наиболее надежные. Такие термостаты содержат тонкостенный медный баллон, заполненный церезином с медным порошком и закрытый резиновой диафрагмой 13 применяют также спаренные термостаты, устанавливаемые в соединении водосборных труб.

Рис. 9. Термостаты с твердым наполнителем

Размещено на Allbest.ru