Общее устройство и работа системы охлаждения

Система охлаждения представляет собой совокупность агрега­тов, устройств и механизмов, поддерживающих температуру дета­лей двигателя, соприкасающихся с горячими газами, в допусти­мых пределах. Количество отводимой от деталей двигателя тепло­ты зависит от мощности, скоростного и нагрузочного режимов.

Излишний отвод теплоты не должен приводить к переохлажде­нию, а недостаточный — перегреву двигателя, так как это ухудша­ет его работу. Состояние теплового режима двигателя зависит от многих факторов, а именно: атмосферной температуры, работы отдельных механизмов и систем, которые могут оказывать влия­ние на перегрев и переохлаждение двигателя, а следовательно, на его работу, мощность, экономичность и износ деталей.

Перегрев двигателя. Такое явление может быть вызвано следу­ющими причинами:

• недостаток охлаждающей жидкости в системе охлаждения;

• накопление шлама внутри системы охлаждения;

• слабое натяжение ремней вентилятора и водяного насоса;

• поломка крыльчатки водяного насоса;

• работа двигателя на бедной или богатой рабочей смеси, не соответствующей режиму работы двигателя;

• неправильно установленное зажигание;

• неполностью открытые жалюзи в летнее время;

• притормаживание из-за неправильно отрегулированных тор­мозов;

• неумелое вождение автомобиля.

При перегреве двигателя сильно разжижается моторное масло. Оно теряет вязкость, плохо удерживается на трущихся поверхнос­тях, в результате чего увеличивается их износ. Стекающее со стенок цилиндров масло ухудшает уплотнение поршня в цилиндре, из-за чего не только увеличивается износ деталей поршневой группы, но и возрастает прорыв газов в картер двигателя. Пары бензина, попа­дая в более холодный картер, конденсируются и, выпадая в масло, разжижают его. При рабочем ходе в картер прорывается большое количество отработавших газов, содержащих копоть, которая также выпадает в масло, загрязняя его. Такое масло требует более тща­тельной очистки, быстрее стареет, его необходимо чаще менять. Прорыв горючей смеси увеличивает непроизводительный расход бензина, снижает величину давления газов на днище поршня, вы­зывая снижение мощности. Поступающая в цилиндр горючая смесь перегрета, сильно расширена, что уменьшает весовой заряд цилин­дра. Таким образом, работа двигателя с перегревом вызывает увели­ченный износ деталей, падение мощности и перерасход топлива.

Переохлаждение двигателя. В основном переохлаждение двигате­ля происходит из-за низкой наружной температуры. У переохлаж­денного двигателя масло густое, вязкое. Оно плохо продавливается в узкие зазоры, и трущиеся поверхности работают почти без смазки, что увеличивает их износ. Горючая смесь, поступающая в цилиндры, недостаточно прогревается, часть бензина, не успевая испариться, поступает в цилиндр в жидком виде, выпадает на днище поршня, а затем стекает по стенкам цилиндров в картер двигателя, смывая мас­ло, оголяя цилиндры и поршни. Это способствует интенсивному из­нашиванию цилиндропоршневой группы. Уменьшение слоя масла на зеркале цилиндров ухудшает уплотнение и приводит к увеличе­нию прорыва газов в картер двигателя. При такте сжатия увеличива­ется прорыв в картер горючей смеси, которая конденсируется и раз­жижает масло. При рабочем ходе увеличивается прорыв в картер от­работавших газов, загрязняющих масло копотью. Загрязненное ко­потью и разжиженное бензином масло требует более тщательной очи­стки, быстрее стареет, его необходимо чаще менять. Часть бензина не успевает испариться и стекает в картер двигателя, к тому же увеличивается прорыв горючей смеси из камер сгорания в картер. Та­ким образом, это топливо не участвует в горении, что приводит к уменьшению давления на днище поршня при рабочем ходе и потере мощности двигателя.

Итак, при работе двигателя с недостаточным нагревом наблюда­ется перерасход топлива, резко увеличивается износ цилиндропоршневой группы, подшипников коленчатого и распределительного ва­лов, значительно снижается мощность двигателя.

Оценка воздушной и жидкостной систем охлаждения. В воздуш­ной системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания (двига­тель автомобиля «Запорожец») теплота от стенок цилиндров и го­ловок блока передается воздуху, обдувающему двигатель, и выво­дится в атмосферу. В системе жидкостного охлаждения теплота, отводимая от двигателя, передается жидкости, прокачиваемой че­рез двигатель, и затем от жидкости воздуху, после чего теплота рассеивается в окружающей среде. Обе системы охлаждения спо­собны обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя.

Основным преимуществом воздушной системы охлаждения явля­ется отсутствие водяной рубашки, водяного насоса и радиатора. Та­ким образом, воздушная система охлаждения проще в устройстве, ее эксплуатационная надежность выше. Двигатели с воздушным охлаж­дением быстрее прогреваются после пуска, что способствует сниже­нию износа цилиндров и поршневых колец. Однако воздушная сис­тема охлаждения не обеспечивает равномерного охлаждения всех цилиндров, более сложен прогрев двигателя перед запуском.

Преимуществом жидкостной системы является более равномер­ное охлаждение цилиндров. Эти двигатели изготавливаются с бло­ком цилиндров, что обеспечивает повышенную жесткость. У дви­гателей с воздушным охлаждением для лучшего отвода теплоты от цилиндров между ними делают разрывы для прохода воздушного потока. Двигатели с жидкостным охлаждением работают тише, так как цилиндры изолированы рубашкой охлаждения.

Недостатком жидкостной системы является более сложное уст­ройство, большое количество приборов, расход дорогих цветных металлов, множество патрубков и резиновых шлангов, требующих герметичного соединения и регулярного наблюдения.

Закрытые и открытые системы охлаждения. Степень нагрева­ния цилиндров зависит от частоты повторяемости рабочих ходов в цилиндрах, которая очень высока и, в свою очередь, зависит от частоты вращения коленчатого вала. Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем сильнее нагревается верхняя часть цилинд­ров, особенно камеры сгорания. Это приводит к закипанию ох­лаждающей жидкости вокруг верхней части цилиндров и камер сгорания и образованию парового облака. Паровое облако препят­ствует прохождению охлаждающей жидкости к стенкам камер сго­рания, которые начинают перегреваться.

В открытой системе охлаждения вода закипает при 100 "С, а в закрытой системе за счет повышения давления температура заки­пания охлаждающей жидкости повышается до 109... 115 "С. Теперь паровое облако вокруг цилиндров образуется значительно позднее. Наличие повышенного внутреннего давления в системе охлажде­ния будет способствовать продавливанию парового облака, и ох­лаждающая жидкость будет интенсивнее поступать к цилиндрам и охлаждать их.

Открытые системы охлаждения в двигателях не применяются из-за значительных потерь охлаждающей жидкости вследствие ес­тественного испарения и кипения при нагреве двигателя. Доли­вать воду необходимо чистую, мягкую, но при эксплуатации авто­мобиля соблюсти это условие не всегда удается. Добавление жест­кой воды приводит к выпариванию солей из воды и отложению их в виде накипи на стенках рубашек охлаждения. Применение гряз­ной воды приводит к накоплению шлама. Все это вызывает нару­шения работы двигателя. Кроме того, при работе в горных услови­ях закипание охлаждающей жидкости в открытой системе являет­ся одной из причин, снижающих надежность работы двигателя.

На современных двигателях применяются закрытые системы ох­лаждения. В такой системе охлаждения радиатор герметично за­крывается пробкой и не имеет свободного сообщения с атмосфе­рой. Система сообщается с атмосферой через два клапана, паро­вой и воздушный, расположенные в пробке радиатора или расши­рительного бачка. У двигателя «Волга» ГАЗ-31029 клапаны смон­тированы в пробке радиатора; в расширительном бачке также име­ется резиновый клапан, который, открываясь, при избыточном дав­лении выпускает пар, а при пониженном давлении пропускает воз­дух в расширительный бачок.

Компоненты системы охлаждения. В систему охлаждения вхо­дят следующие приборы и детали: радиатор, жалюзи, вентилятор, водяной насос, термостаты, рубашка охлаждения двигателя, пат­рубки, шланги, краники, датчики и указатели температуры охлаж­дающей жидкости, датчики сигнализатора аварийного перегрева охлаждающей жидкости, кожух вентилятора, расширительный ба­чок, ремни привода приборов охлаждения. На многих моделях дви­гателей вентилятор приводится в работу от электродвигателя. У дизелей вентилятор приводится в работу гидромуфтой.