Система охлаждения легкового автомобиля

     Рис. 3. Схемы воздушного охлаждения

     Простейшую  систему воздушного охлаждения –  напором встречного воздуха применяют  для мотоциклетных двигателей. Равномерность  охлаждения достигается как соответствующей  формой оребрения, так и установкой, в ряде случаев, направляющих пластин.

     В наиболее распространенных системах с  вентилятором применяют две принципиальные схемы подачи охлаждающего воздуха: с нагнетающим вентилятором и  отсасывающим вентилятором.

     Нагнетающий вентилятор работает в потоке холодного  и более плотного воздуха, обладает большей подачей и требует  меньших энергетических затрат. Менее  экономичный просасывающий вентилятор обеспечивает более равномерное  охлаждение цилиндров без сложных  направляющих и распределительных  дефлекторов.

     Для поддержания оптимального теплового  режима двигателя регулируют количество воздуха, подаваемого в систему. Простейшие варианты – дросселирование  потока воздуха в системе с  помощью заслонок, управляемых вручную  или термостатом.

     Каждая  из указанных систем охлаждения имеет преимущества и недостатки.

     К преимуществам жидкостного охлаждения следует отнести:

1. более эффективный отвод тепла от нагретых деталей двигателя при любой тепловой нагрузке;
2. быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске; 
   допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя;
3. меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях;
4. более стабильное тепловое состояние двигателя при изменении режима его работы;
5. меньшие затраты мощности на охлаждение и возможность использования тепловой энергии, отводимой в систему охлаждения.

     Недостатки системы жидкостного охлаждения:

1. большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации;
2. пониженная надежность работы двигателя при отрицательных температурах окружающей среды и большая чувствительность к ее изменению.

     К преимуществам воздушной системы охлаждения относят следующие:

1. простота и удобство в эксплуатации из-за отсутствия жидкости;
2. меньшая масса двигателя с воздушным охлаждением по сравнению с массой аналогичного двигателя с жидкостным охлаждением;
3. пониженная чувствительность к колебаниям температуры, особенно ценная при эксплуатации автомобиля в районах с жарким или холодным климатом.

     К недостаткам двигателей с воздушным охлаждением относятся следующие:

1. значительный расход мощности на привод вентилятора;
2. некоторое ухудшение наполнения цилиндра, приводящее к тому, что при одинаковых частотах вращения коленчатого вала и других параметрах двигатель с воздушным охлаждением развивает несколько меньшую мощность, чем двигатель с жидкостным охлаждением;
3. повышенный шум при работе;
4. большая тепловая напряженность отдельных деталей.

     Таким образом, систему жидкостного охлаждения наиболее целесообразно использовать в форсированных двигателях и в двигателях с относительно большим рабочим объемом цилиндра; систему воздушного охлаждения – в двигателях с рабочим объемом цилиндра до 1 л независимо от степени форсировки и в двигателях с небольшой литровой мощностью.

     На  автомобиле «Жигули» применена жидкостная система охлаждения закрытого типа с принудительной двухконтурной  циркуляцией охлаждающей жидкости.  

2. Устройство  и работа приборов системы охлаждения

     К системе жидкостного охлаждения относятся: полость охлаждения блока и головок цилиндров (рубашка охлаждения), радиатор, водяной насос, вентилятор, жалюзи, термостат, соединительные шланги, указатель температуры охлаждающей жидкости. Кроме того, в системе есть еще расширительный бачок.

          Нагретые детали работающего двигателя охлаждаются, отдавая тепло жидкости, которая с помощью насоса поступает в рубашки охлаждения. Эта жидкость нагнетается в радиатор, охлаждается в нем и вновь поступает в рубашку охлаждения цилиндров и далее в головку цилиндров. Таким образом, в системе охлаждения осуществляется беспрерывная циркуляция жидкости. Охлаждению жидкости в радиаторе способствует вентилятор, создающий интенсивный поток воздуха через его сердцевину.

     Интенсивность  охлаждения регулируется термостатом  или жалюзи.

     Для контроля нагрева охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения головки  цилиндров установлен электрический  датчик, соединенный с указателем температуры охлаждающей жидкости, который находится на щитке приборов.

    На шкале указателя  имеются две контрольные риски  и красная зона. Положение стрелки  у правой черной риски соответствует  температуре нагрева жидкости  до 30°С, у второй риски – до 60°С. Если

стрелка  входит в красную зону шкалы, это  свидетельствует о повышении  температуры до 108°С. Расположение стрелки указателя в красной зоне сигнализирует о перегреве двигателя. Поэтому двигатель необходимо немедленно остановить.

      Радиатор служит для охлаждения нагретой жидкости за счет отдачи тепла через стенки трубок в окружающую атмосферу. Он состоит из верхнего и  
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 4. Закрытая система  жидкостного охлаждения

нижнего бачков, сердцевины, деталей крепления  и патрубков. Материалом для радиатора  чаще всего служит латунь. Сердцевина радиатора выполнена из отдельных вертикальных трубок, между которыми находятся поперечные горизонтальные пластины, придающие радиатору жесткость и увеличивающие поверхность охлаждения. Трубки, а вернее концы их впаяны в верхний и нижний бачки.

     В нижнем и верхнем бачках имеются  патрубки для соединения с рубашкой охлаждения двигателя.

     Закрытая  система жидкостного охлаждения называется так потому, что у такой  системы радиатор не имеет непосредственного  сообщения с атмосферой, то есть это сообщение осуществляется через  клапаны пробки: воздушный и паровой (рис.4).

     Паровой клапан не допускает повышения давления в системе охлаждения выше атмосферного более, чем на 0,25-0,5 кГ/кв.см. (0,02-0,05 Мпа). За счет этого повышается температура  кипения жидкости в системе и  значительно снижаются

потери  ее от испарения. При большом давлении в системе клапан автоматически  открывается.

     При охлаждении жидкости открывается воздушный  клапан, препятствуя образованию  разрежения в системе и предохраняя  тем самым бачки и трубки радиатора  от деформации под действием атмосферного давления.

     В результате применения герметичной  системы охлаждения повышается температура  кипения охлаждающей жидкости, обычно для герметичных систем она находится  в пределах 110-115°С. Герметичность системы обеспечивается применением специальной пробки заливной горловины радиатора (см. рисунок) с двумя клапанами. Пароотводная трубка горловины сообщается шлангом с расширительным (конденсационным) бачком. В случае нагрева жидкости она расширяется и давление в верхнем бачке повышается. В связи с тем, что бачок герметизирован, давление в нем возрастает, но кипение жидкости до определенного времени не происходит.

     Когда избыточное давление в верхнем бачке  радиатора достигнет величины в 0,5 кгс/кв.см., открывается выпускной (паровой)  клапан и кипящая жидкость по пароотводному патрубку и шлангу устремляется в расширительный бачок. При выходе кипящей жидкости (пара) через отверстия трубки в расширительный бачок происходит конденсация пара, и жидкость, удаленная от источника  тепла, постепенно остывает.

При понижении  температуры жидкости в верхнем  бачке радиатора уменьшается  ее объем. В бачке образуется разрежение. При этом открывается впускной (вентиляционный) клапан пробки и жидкость из расширительного  бачка поступает в верхний  бачок радиатора. Таким образом, уравновешивается давление и исключается потеря жидкости на испарение. При значительном перегреве двигателя, когда расширительный бачок находится под чрезмерно большим избыточным давлением, открывается смонтированный в корпусе пробки расширительного бачка резиновый клапан и выпускает избыток пара в атмосферу. Обязательно  после остывания двигателя в расширительный бачок необходимо долить охлаждающую жидкость. Доливать ее нужно на 3-4 см выше риски «MIN». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 5. Жалюзи

     Жалюзи  служат для регулирования интенсивности обдува радиатора встречным потоком воздуха. Они состоят из отдельных пластин, укрепленных шарнирно впереди радиатора (рис. 5). Управляют жалюзи рукояткой, выведенной в кабину. При затягивании рукоятки пластины, поворачиваясь на шарнирах, уменьшают объем встречного потока воздуха, поступающего к радиатору. Это требуется при прогреве холодного двигателя и во время движения при низких температурах окружающего воздуха. По достижении нормальной температуры, створки жалюзи открывают.

     Рубашка охлаждения состоит из полостей и каналов, выполненных при отливке в блоке цилиндров, головке блока, вокруг впускного трубопровода и около смесительной камеры карбюратора. Жидкость, поступающая из головки цилиндров в рубашку впускных трубопроводов и смесительной камеры карбюратора, служит не для охлаждения, а для подогрева их, так как при прохождении воздуха с большой скоростью происходит значительное охлаждение впускных патрубков, в результате чего ухудшается образование рабочей смеси.

      Термостат служит для ускорения подогрева двигателя после его пуска и для поддержания необходимой температуры охлаждающей жидкости. Он состоит из корпуса, термоэлемента, имеющего высокий коэффициент объемного расширения, двух (основного и перепускного) клапанов и горловин.

     Рис. 6. Термостат

     При горячем двигателе  охлаждающая  жидкость в системе охлаждения двигателя  циркулирует по большому контуру  – от нижнего бачка радиатора  по шлангу она подается в корпус термостата и через канал, открытый основным клапаном, в корпус водяного насоса.

     При холодном двигателе основной клапан термостата закрыт и байпасный (перепускной)  клапан открыт. При  этом охлаждающая  жидкость циркулирует по малому контуру  – от водяного насоса подается в  рубашку охлаждения блока и головки  цилиндров. Далее по перепускному шлангу через канал, открытый байпасным  клапаном, жидкость поступает в термостат  и к водяному насосу, что обеспечивает быстрый подогрев двигателя.

Рис. 7. Термочувствительный  элемент термостата

        Термочувствительный элемент  термостата состоит из стакана, внутри которого завальцована резиновая вставка и находится твердый наполнитель [смес церезина (нефтяной воск) с медным порошком]. В резиновой вставке размещен полированный стальной поршень, посаженный на резьбе в держателе и стопорящийся регулировочной гайкой. На стакане установлен основной клапан термостата, на который воздействует пружина, прижимая его к седлу держателя. При закрытом клапане перекрывается доступ жидкости от нижнего бачка радиатора и входного патрубка. Сверху стакана в обойме установлен байпасный клапан, на который воздействует пружина.

     Основной  клапан находится в закрытом положении, пока температура охлаждающей жидкости ниже 80°С.

     При дальнейшем повышении температуры  жидкости твердый наполнитель расширяется, сжимает резиновую вставку и  вытесняет поршень. Однако в действительности в связи с жестким креплением поршня происходит обратный процесс  – резиновая вставка начинает скользить по поршню и вместе со стаканом и основным клапаном поднимается  вверх. При этом открывается перепускной  канал термостата и сжимается  пружина основного клапана, одновременно начинает закрываться байпасный  клапан.

     Таким образом, некоторое время при  температуре в пределах 80-94°С циркуляция идет одновременно по двум контурам, а при нагреве жидкости до 94-96°С байпасный клапан полностью закроется и будет продолжаться циркуляция охлаждающей жидкости только по большому контуру. Под температурой, соответствующей началу открытия клапана, понимается такая температура, при которой ход основного клапана составит 0,1 мм. Эта температура должна находиться в пределах 80-83°С. Полный ход клапана при нагреве жидкости до 94-96°С должен быть не менее 8 мм.