Система охлаждения

При плохом охлаждении двигатель может быстро выйти из строя в результате перегрева цилиндров, поршней и клапанов. Особую опасность представляют выгорание смазочного материала и закли­нивание поршней в цилиндрах.
При чрезмерном охлаждении двигателя увеличиваются потери тепла, вводимого с топливом, растут потери на трение, повышается износ двигателя, ухудшается также смесеобразование и сгорание топлива. В результате уменьшается мощность двигателя и увели­чивается удельный расход топлива.
Применяют два способа охлаждения двигателей: жидкостное и воздушное. При жидкостном охлаждении тепло от стенок цилиндра и головки цилиндра передается жидкости (раствору или воде).
Нагретая таким образом жидкость поступает в радиатор, через который вентилятором просасывается воздух, и тепло от жидкости передается воздуху.
При воздушном охлаждении тепло от стенок цилиндра и головки цилиндра передается непосредственно воздуху. В последнем случае для увеличения поверхности охлаждения цилиндры и головки ци­линдров двигателя делают с ребрами, а воздух приводится в движе­ние вентилятором. Интенсивность воздушного охлаждения зависит от скорости и температуры охлаждающего воздуха, размеров по­верхности отдачи тепла и расположения ребер относительно потока воздуха, направляемого системой отражателей.
Воздушное охлаждение (рис. 48). Основными элементами системы охлаждения являются осевой вентилятор 1 с направляющим ап­паратом 2, направляющий кожух 3, отражатели 6 и 7, привод вен­тилятора, охлаждающие ребра цилиндров 4 и головок двигателя.
Крыльчатка вентилятора при номинальной частоте вращения вала дизеля вращается со скоростью около 5000 об/мин. Воздух поступает к вентилятору через направляющий аппарат 2, затем нагнетается под кожух 3 (дефлектор). От кожуха воздушный поток с большой скоростью направленно подается к цилиндрам и голов­кам 5, проходит между ребрами и охлаждает нагретые детали.
Система воздушного охлаждения двигателя по сравнению с сис­темой жидкостного охлаждения надежнее, проще и дешевле. Масса и габаритные размеры двигателя с воздушным охлаждением зна­чительно меньше, чем у двигателя с жидкостным охлаждением. При воздушном охлаждении достигается экономия цветных металлов, так как отпадает необходимость в изготовлении ряда сборочных единиц, например, радиаторов.
К недостаткам системы воздушного охлаждения относятся не­ равномерное охлаждение деталей двигателя, потеря значительной части мощности (до 10 %) на привод вентилятора, повышенная температура деталей двигателя и в связи с этим уменьшение мощ­ности на единицу рабочего объема цилиндров двигателя. По этим причинам на дорожных и строительных машинах редко применяют двигатели с воздушным охлаждением.
Жидкостное охлаждение. Жидкость, заполняющая рубашку охлаждения блока и головки цилиндров, омывает стенки цилиндров и камер сгорания и отнимает от них тепло. Нагретая жидкость поступает в специальный охладитель (радиатор), где отдает тепло воздуху, а после охлаждения в радиаторе вновь поступает в ру­башку блока и из него в головки цилиндров. Таким образом, в си­стеме охлаждения непрерывно циркулирует жидкость, темпера­тура которой при полностью прогретом двигателе должна быть в пределах 80—90 °C.
В зависимости от способа циркуляции различают две системы охлаждения: термосифонную и принудительную.
При термосифонной системе охлаждения (рис. 49, а) жидкость циркулирует вследствие разной величины ее плотности в холодном и горячем состоянии. При нагревании жидкости в рубашке охлаж­дения двигателя плотность ее уменьшается и она по патрубку 7 поднимается в верхний бак 4 радиатора. В сердцевине 1 радиатора жидкость охлаждается, плотность ее повышается. Далее жидкость по патрубку 10 поступает в рубашку охлаждения, под действием движения жидкости в рубашке охлаждения двигателя создается циркуляция жидкости в системе. Для повышения интенсивности охлаждения сзади радиатора установлен вентилятор 2.
Преимущества термосифонной системы охлаждения следующие: простота устройства, незначительная интенсивность циркуляции жидкости при пуске и прогреве двигателя, саморегулирование интенсивности охлаждения в зависимости от нагрузки двигателя.
При повышении нагрузки увеличивается нагрев жидкости и, сле­довательно, ускоряется ее циркуляция.
Недостаток этой системы — медленная циркуляция воды, что вызывает необходимость увеличения емкости системы и массы двигателя. Недостаточная интенсивность циркуляции повышает испарение жидкости из системы, требует частой проверки уровня жидкости и пополнения системы. Эту систему применяют в пуско­вых карбюраторных двигателях.
В принудительной системе охлаждения (рис. 49, б) циркуля­ция жидкости создается насосом 17, который нагнетает ее в рубашку охлаждения блок-картера цилинд­ров, откуда нагретая жидкость поступает в головку цилиндров и далее в радиатор. После охлаж­дения в радиаторе она снова посту­пает к насосу. Разность темпера­тур жидкости на входе в двигатель и выходе из него не превышает 5—10 °C.
Интенсивность циркуляции жидкости и воздушного потока, создаваемого вентилятором, зави­сит главным образом от частоты вращения коленчатого вала дви­гателя и сопротивления жидкост­ного и воздушного трактов.
Чтобы при понижении темпе­ратуры окружающего воздуха и уменьшении нагрузки двигатель не переохлаждался, применяют различные устройства, регулирую­щие тепловой режим двигателя: термостаты 14, шторки 3 и жалюзи радиатора.
Нагретые части камер сгорания и цилиндров усиленно охлаждают за счет подачи жидкости в водо­распределительную трубу 16, про­ходящую вдоль верхней части бло­ка. В трубе сделаны отверстия для подачи жидкости в первую очередь к наиболее горячим ча­стям блока цилиндров. Для этой же цели в головках цилиндров некоторых двигателей устанавливают­ водораспределительные насадки — отражатели.
Систему охлаждения обычно разобщают с атмосферой специаль­ным паровоздушным клапаном. Та­кая система называется закрытой.
Так как она работает при давле­нии несколько выше атмосферного, температура кипения жидкости в ней соответственно повышается и испарение жидкости, а зна­чит, и расход ее уменьшаются.
 Жидкостная принудительная система охлаждения включает ра­диатор, паровоздушные клапаны, термостат, водяной насос, вен­тилятор и дистанционный термометр.
Радиатор (рис. 50, а) служит для охлаждения нагретой жидкости путем отдачи тепла через стенки трубок окружающему воздуху. Он состоит из верхнего бака 1, нижнего бака 6, сердце­вины 3 и деталей крепления. Сердцевины радиатора могут быть трубчатые (рис. 50, б) или пластинчатые (рис. 50, в). На большин­стве двигателей применяют трубчатые сердцевины, которые состоят из нескольких рядов вертикальных плоскоовальных 8 или круглых латунных трубок.
Для увеличения поверхности охлаждения и повышения жестко­сти на трубки надеты и припаяны к ним тонкие латунные пластины 9.
В некоторых случаях концы трубок сердцевины немного выступают над крайними пластинами, так называемыми трубными досками, которые сделаны из более толстого, чем пластины 9, листового ме­талла. Верхний и нижний баки крепят болтами к трубным доскам.
Интенсивность обдува регулируют шторками 3 (см. рис. 49) или жалюзи.
Паровоздушный клапан (рис. 51) служит для от­ вода паров жидкости при закипании ее во избежание чрезмерного повышения давления в радиаторе и для соединения радиатора с ат­мосферой при появлении в нем разрежения, которое создается при остывании двигателя вследствие конденсации пара и уменьшения объема воды при ее охлаждении.

Клапан помещен в отдельном корпусе 6, который привернут к фланцу 4 верхнего бака 5 радиатора. Он может быть также уста­новлен в корпусе 12 крышки горловины радиатора. Паровой кла­пан 3, прижимаемый пружиной 7, открывается при повышении давления в радиаторе свыше 0,12—0,13 МПа и пары выходят по труб­ке 2 через отверстие 9.
Воздушный клапан 1, также находящийся под воздействием пружины 8, открывается при понижении давления в радиаторе ниже 0,096—0,099 МПа. Воздух через отверстие 9 и трубку 2 по­ступает из атмосферы в радиатор, давление в котором выравни­вается до нормального.
Термостат (рис. 52) служит для ускорения прогрева жид­кости при запуске двигателя и автоматического поддержания ее температуры в определенных пределах. Гофрированная коробка 1 (сильфон) припаяна к донышку обоймы 2 и крышке, к которой при­креплен стержень 4 клапана 5. Отверстие 6 служит для вы­хода воздуха из системы ох­лаждения при заполнении ее жидкостью. Внутреннее про­странство коробки 1 через от­верстие в стержне клапана заполняют смесью из этило­вого спирта и дистиллирован­ной воды. Отверстие в стерж­не закрывают пробкой. Дей­ствие термостата основано на изменении давления паров при увеличении температуры.
Если температура жидко­сти в системе охлаждения ниже 70°C, то клапан 5 закрыт. Жидкость при этом циркулирует через радиатор и быстро нагревается в рубаш­ке охлаждения блока и го­ловки. С повышением температуры от 70 до 85 °C давление паров внутри коробки 1 возрастает, коробка растягивается и клапан 5 постепенно открывается. Через образовавшуюся щель между тарел­кой клапана 5 и седлом фланца 3 жидкость поступает в радиатор, где и охлаждается. При понижении температуры охлаждающей жид­кости наблюдается обратное явление.
Вентилятор служит для обдува радиатора потоком воз­духа с целью охлаждения жидкости, протекающей через сердце­вину радиатора.
Водяной насос в некоторых двигателях объединен в один агрегат с вентилятором (рис. 53). В системах с принудительным охлаждением устанавливают малогабаритные насосы центробеж­ного типа с относительно высокой производительностью (до 13 тыс. л/ч).
Корпус 12 (рис. 53, а) насоса вместе с крышкой 14 притянут болтами к передней стенке блока цилиндров. Стыковые поверхно­сти корпуса и крышки уплотнены прокладкой.
В корпусе 12 насоса на двух шарикоподшипниках 7 и 9 уста­новлен вал 19. На переднем конце вала шпонкой и гайкой 2 закреп­лена ступица 1, к фланцу которой болтами прикреплен шкив 20 вместе с крестовиной 3 лопастей 4 вентилятора. Шкив 20 получает вращение через клиновидный ремень от шкива коленчатого вала.
Поскольку лопасти вентилятора расположены под углом к плоско­сти вращения, то при работе вентилятора они захватывают воз­дух. Благодаря этому внутри кожуха вентилятора создается раз­режение, под действием которого холодный воздух непрерывно проникает сквозь сердцевину радиатора.
На заднем конце вала 19, имеющем лыску, закреплена с помо­щью болта 15 крыльчатка 13. Она размещена в заполненной водой полости крышки 14. При вращении крыльчатки вода, находящаяся в промежутках между ее лопастями, центробежной силой выбрасы­вается в нагнетательную полость. Эта полость расширяется по спирали в направлении вращения крыльчатки, поэтому скорость поступающей сюда воды уменьшается, а давление ее увеличивается.
В зоне наибольшего давления находится нагнетательное окно, рас­положенное против водораспределительного канала блока цилинд­ров, куда и подается вода.
Вследствие выхода воды из промежутков между лопастями в цент­ре крыльчатки создается разрежение, под действием которого сюда непрерывно поступает вода из всасывающей полости, соединенной патрубком и шлангом с нижним баком радиатора.
В верхней части крышки 14 есть отверстие, закрытое резьбовой пробкой 11, через которое удаляют воздух из полости насоса при заполнении системы водой. Отверстие в нижней части крышки (на рисунке не показано), совпадающее со сверлением в привалочной плоскости блока, служит для выхода из полости насоса в водяную рубашку блока воды при сливе ее из системы.
Утечка воды из полости насоса предотвращается специальным уплотнением (рис. 53, б). Шайба 22, изготовленная из графитизи­рованного текстолита, своими выступами входит в пазы ступицы крыльчатки 13 и вращается вместе с ней. Пружиной 25 эта шайба плотно прижимается к шлифованному торцу втулки 17, запрессо­ванной в корпус 12 насоса. Доступ воде в зазор между валом 19 и шайбой 22 перекрыт резиновой манжетой 26, которая плотно надета на вал. Просочившаяся через уплотнение вода вытекает наружу по дренажному отверстию 18.
Шарикоподшипники 7 и 9 вала (см. рис. 53, а) смазываются солидолом, нагнетаемым через масленку 8. По мере заполнения полости подшипников солидолом воздух из нее вытесняется наружу через отверстие. Появление солидола в этом отверстии свидетель­ствует о том, что смазочного материала достаточно. Манжетные уплотнения 5 и 10 предотвращают утечку смазочного материала через зазоры между валом и корпусом насоса.
Дистанционный термометр (рис. 54) применяют для определения и контроля температуры в системе охлаждения.
Он состоит из датчика 1, трубки 2 и измерителя с циферблатом.
 Датчик термометра представляет собой полый цилиндр с полусфе­рическим дном.
Капиллярной трубкой 2 датчик соединен с измерителем, который установлен на щитке приборов двигателя. От механических повре­ждений капиллярная трубка защищена оболочкой и металлической оплеткой. Датчик вставляют в отверстие ниппеля на патрубке верх­него бака радиатора и закрепляют нажимной гайкой. Конец дат­чика выступает в патрубок и омывается водой, поступающей из двигателя в радиатор.
Измеритель выполнен по типу манометра с трубчатой пружи­ной 4, соединенной с датчиком. В цилиндр датчика, трубку 2 и трубчатую пружину залит хлорметил. При изменении температуры воды, омывающей датчик, изменяется состояние легко испаряю­щегося хлорметила и давление в трубке 2, Под действием этого давления трубчатая пружина 4 изменяет свою форму и с помощью передаточного механизма поворачивает стрелку измерителя.
Для отсчета показаний прибор имеет циферблат с градуирован­ной шкалой.