Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Мая 2015 в 00:05, контрольная работа
The temperature of the gas in the cylinders of the engine reaches operating 1800-2000 degrees.Only part of the heat released was converted into useful work.The remaining part is given to the environment cooling system, lubrication system and outer surfaces of the engine.
The excessive increase in the temperature of the engine leads to burnout lubrication, disruption of normal gaps between its parts, resulting in a sharp increase in their wear.There is a risk of jamming and jamming.
Engine cooling system
Designation and classification of cooling systems
The temperature of the gas in the cylinders of the engine reaches operating 1800-2000 degrees.Only part of the heat released was converted into useful work.The remaining part is given to the environment cooling system, lubrication system and outer surfaces of the engine.
The excessive increase in the temperature of the engine leads to burnout lubrication, disruption of normal gaps between its parts, resulting in a sharp increase in their wear.There is a risk of jamming and jamming.Overheated motor causes a reduction in the coefficient of filling of cylinders, and in gasoline engines and even detonation combustion of the working mixture.
Big drop in temperature of the working engine is also undesirable.The supercooled engine power is reduced because of the heat losses;lubricant viscosity increases, which increases the friction;part of the fuel-air mixture is condensed, washing away the lubricant from the cylinder walls, thereby increasing wear.As a result of the formation of sulfur and sulfur compounds cylinder walls are exposed to corrosion.
The cooling system is designed to maintain the most advantageous thermal regime.Cooling systems are divided into the air and fluid.Air is now on the cars are extremely rare.Liquid cooling systems can be open or closed.Open systems - systems that communicate with the environment through Vapour tube.Closed systems are separated from the environment, and so the pressure in the coolant is higher.As known, the higher the pressure, the higher the temperature of boiling liquid.Therefore, closed heating systems allow coolant to higher temperatures (110-120 ° C).
By way of fluid circulation cooling system can be: •forced inwhichcirculationprovidedpump locatedonengine; •Thermosyphon in whichcirculationliquidsIt isforexpensedifferencedensityl •ombinirovannymi to where the hottest parts (cylinder head) forcibly cooled, and cylinder blocks - for the thermosyphon principle.
Apparatus cooling
The most widely used in automotive internal combustion engine of a closed fluid systems with forced circulation of the coolant (coolant).The structure of such systems include: cooling jacket and the cylinder head, the radiator, the coolant pump, fan, thermostat, pipes, hoses, expansion tank.The cooling system also includes the radiator heater.
Coolant located in the cooling jacket, heated by heat generated in the cylinder flows into the radiator, is cooled therein and is returned to the cooling jacket.Forced circulation of fluid in a pump system and increased cooling it - due to intensive air purge radiator.The degree of cooling is controlled by the thermostat and by automatically switching on or off the fan.The liquid is poured into the cooling system through the neck of the radiator or expansion tank.The capacity of the cooling system of a car, depending on engine size - from 6 to 12 liters.Coolant is drained via a tube, usually located in the cylinder block and lower radiator tank.
Closed cooling system with forced circulation of coolant closed cooling system with forced circulation of coolant
Device Radiator radiator device
Forms Forms radiator core radiator core
The device plugs radiator cap of the radiator device
The radiatorgives heat from the air to the coolant.It consists of a core, the upper and lower tanks and fasteners.For the manufacture of radiators used copper, aluminum and their alloys.Depending on the design of the radiator core are tubular, plate and honeycomb.The most widely used pipe radiator.The core of the radiator consists of vertical tubes of oval or circular cross-section, passing through a series of thin horizontal plates and soldered to the upper and lower radiator tank.Availability plates improves heat transfer and increases the rigidity of the radiator.Oval tubes (flat) section preferably circular, since the surface of cooling them anymore;moreover, in case of freezing the coolant in the radiator flat tubes are not broken, but only change the cross-sectional shape.
The radiator core plate is arranged so that the coolant circulates in a space defined between each pair are soldered around the edges of the plates.The upper and lower ends of the plates, moreover, are soldered into the holes of the upper and lower radiator tanks.The air cooling radiator, fan sucked through the passages between the plates soldered.To increase the surface of the cooling plate is usually performed wavy.Plate radiators have a greater cooling surface than the tube, but due to several shortcomings (rapid contamination of a large number of solder joints, the need for more care) are used less frequently.
At the core of the cell passes through the radiator air horizontal round section tubes, bordering the outside of the coolant.To make it possible to braze the tube ends, their edges is expanded so that they have a sectional shape of a regular hexagon.The advantage of mobile radiator is greater than in other types of heat sinks, cooling surface.
The upper reservoir soldered filler neck, stoppered and pipe to connect the hose, the supply of coolant to the radiator.Side filler neck has an opening for Vapour tube.The lower reservoir is soldered pipe discharge flexible hose.Hoses are attached to the manifolds by tightening clamps.This connection allows the relative displacement of the engine and the radiator.Neck tube hermetically closed, isolating the cooling system from the environment.It consists of a housing, steam (exhaust) valve, the air (inlet) valve and the locking spring.In the case of boiling liquid cooling system vapor pressure in the radiator increases.If you exceed a certain value opens the steam valve and the steam exits through Vapour tube.After stopping the engine cooling liquid, the vapor condenses in the cooling system and a vacuum is created.At the same time there is a danger of squeezing the radiator tubes.To prevent this phenomenon is the air valve, which opening, passes into the radiator air.
To compensate for changes in the volume of coolant due to temperature changes in the expansion tankis installed.Some radiators no filler, and filling the system with coolant through the expansion tank.In this case, the steam and air valves are disposed in its cork.Labels applied to the expansion tank, allow you to control the level of coolant in the cooling system.Checking is carried out on cold engine.
The device coolant pump coolant pump device
Coolant Pump Coolant Pump
Expansion tank Expansion tank
Coolant pumpensures its forced circulation cooling system.Centrifugal pump is installed in the front of the cylinder block and consists of a housing, a shaft with the impeller and the stuffing box.The housing and the pump impeller is cast from magnesium, aluminum alloys, impeller, moreover, - from plastic.The pump is driven by a belt from the engine crankshaft pulley.Under the influence of the centrifugal force produced by the rotation of the impeller, the coolant from the radiator bottom tank comes to the center of the pump housing and is discarded to its outer walls.From a hole in the wall of the pump housing coolant enters the hole of the cooling jacket of the cylinder.Leak of coolant between the pump and the unit prevents the gasket and place the output shaft - packing.
To enhance the flow of air passing through the core of the radiator, a fan.Its mounted either on the same shaft with the coolant pump, or separately.It consists of an impeller with vanes bolted to the hub.To improve the air blowing engine and a radiator on the top can be mounted guide sleeve.Fan Drive may be accomplished in several ways.The easiest - mechanical, when the fan is firmly fixed on the same axis as the coolant pump.In this case, the fan is always on, resulting in unnecessary engine output.In addition, the fan runs even in sub-optimal conditions, for example, immediately after the engine starts.Therefore, in modern engines such connection is not used, and the fan is connected with a drive through the coupling.The design of the coupling may be different - electromagnetic, friction, hydraulic, viscous (viscous coupling), but they all provide automatic switching of the fan when a certain temperature of the coolant.This incorporation provides a temperature sensor.Moreover, the use of viscous coupling fluid coupling allows not only the automatic activation and deactivation of the fan, and a smooth change in frequency of rotation depending on the temperature.
The fan may not be driven by the engine crankshaft, and a separate electric motor.This connection is used most frequently, as it allows a rather easy to implement automatic control moments on and off using a thermistor sensor (electrical resistance changes depending on heating).If the cooling system controls the motor controller, it becomes possible to change and speed.Also, the fan "reacted" and modes of motion.For example, it is switched to idle when riding in traffic to prevent overheating and off at the suburban driving at high speed when the natural airflow of the radiator is sufficient for cooling.
During engine start-up to reduce the need to wear more quickly warm up to operating temperature and further operation to maintain this temperature.To speed up the engine warm-up and maintenance of its optimal temperature is thermostat.The thermostat is set in the cooling jacket of the cylinder head in the way of the circulation of fluid from the jacket to the upper radiator tank.The cooling system thermostat is used with liquid and solid napolnitetelem.
Small and large circle of cooling small and big circle of cooling
Thermostat Thermostat
Thermostat
Sensors Sensors cooling system cooling system
Thermostat liquid filler consists of a body corrugated brass cylinder, piston and dual valve.Inside the corrugated brass cylinder poured the liquid boiling point of 70-75 degrees.When the engine is cold, the thermostat valve is closed and the circulation takes place in a small circle: the coolant pump - cooling jacket - thermostat - pump.
<= "" The pump. = "" - = "" Radiator = "" cistern = "" lower = "" core = "" top = "" Thermostat = "" Cooling = "" shirt = "" Pump = "" large = "" of = "" going = "" circulation = "" and = "" circle = "" small = "" to = "" fluid = "" output = "" closes = "" edge = "" mown = "" both = "" open = "" completely = "" thermostat = "" valve = "" ° = "" 90 = "" system = "" temperature = "" If you = "" radiator. = "" by = "" to = "" path = "" open = "" valve = "" rising = "" and = "" rod = "" moves = "" pushes the = "" cylinder = "" increases, = " "Pressure =" "evaporate =" "begins =" "fluid =" "cylinder =" "shirred =" "70-75 =" "to =" "Coolant =" "heating =" ">
Thermostat with a solid carrier consists of a body, which is placed inside a copper cylinder filled with a mass consisting of copper powder mixed with ceresine.The balloon top is closed.Between the container and the lid is a diaphragm, which is mounted on top of the rod acting on the valve.The engine is cold mass in the cylinder is solid and thermostat valve is closed by the spring.When the engine is warming up in the mass of the cylinder begins to melt, the volume of its increases and it puts pressure on the diaphragm and stem, opening the valve.
Temperature control is carried out on the coolant temperature gauge and using the engine overheating warning light on the instrument panel.Management of the warning light and indicator by the sensor screwed into the upper tank of the radiator and the cooling jacket of the cylinder head.
As the coolant water can be used (in the older engine designs), or antifreeze.The quality of the coolant applied to the engine cooling system, is no less important for the durability and reliability of its work than the quality of fuels and lubricants.
Antifreeze- coolant for the cooling system of the car, do not freeze at low temperatures.Even if the ambient temperature is below the minimum operating temperature of antifreeze, it does not turn into ice and a loose mass.Further cooling this mass hardens, not an increase in the volume and without damaging the engine.Base antifreeze - aqueous solution of ethylene glycol or propylene glycol.Propylene glycol base is used less frequently.Its main difference - harmless to humans and the environment, but also a higher price for the same consumer qualities.Ethylene glycol is aggressive to materials engine, so it adds additive.In total there may be up to a dozen - anticorrosive, antifoam stabilizing.It is defined by a set of additives and the quality and scope of the anti-freeze.By type of antifreeze additives all are divided into three groups: inorganic, organic and hybrid.
Inorganic (or silicate) - the "old" fluid, which are used as corrosion inhibitors silicates, phosphates, borates, nitrites, amines, nitrates and combinations thereof.This group of anti-freeze and widespread concerns we Antifreeze (though many mistakenly consider him a special type of coolant).Their main drawback - the short life due to the rapid destruction of the additives.Decayed components additives form deposits in the cooling system, impairing heat transfer.Also, the formation of silica gel (clots) in the coolant.
In most modern organic (or carboxylate) used antifreeze additives based on carboxylic acid salts.Such antifreezes, firstly, constitute a much thinner protective film on the surfaces of the cooling system, and secondly, the inhibitors act only at the locations of the corrosion.Thus, additives are consumed much more slowly, thus significantly increasing the service life of the antifreeze.
An intermediate position between the organic and inorganic hybrid antifreeze occupy.Their additive package generally includes salts of carboxylic acids, but also a small proportion of silicates or phosphates.
Antifreeze produced either as concentrates or in ready-to-use liquids.The concentrate must be diluted before use with distilled water.The proportion is determined by the required minimum freezing point of antifreeze.Base antifreeze colorless dye manufacturers therefore blocked in different colors using dyes.This is to help control the level of antifreeze and warning of toxic liquids.Match the color is not always evidence of the compatibility of anti-freeze.
In modern engines the engine cooling system can be used to cool the exhaust gas recycling system (EGR), the cooling oil in an automatic transmission, the cooling of the turbocharger.Some engines with direct fuel injection and turbocharging have a dual-circuit cooling system.One circuit for cooling the cylinder head, the other - the cylinder.In the loop, cooling the cylinder head, the temperature is maintained at 15-20 degrees below.This improves filling of the combustion chambers and mixing process, and reduce the risk of detonation.Circulation of fluid in each of the individual circuits is regulated by a thermostat.
The basic malfunctions of system of cooling
Symptoms external cooling system is overheating or overcooling of the engine.Engine overheating is possible due to the following reasons: insufficient coolant, slack or broken belt the coolant pump, coupling or non-inclusion of the fan motor, thermostat sticking in the closed position, the deposition of a large amount of scale, severe pollution of the outer surface of the radiator fault outlet (steam) of the valve plug radiator or expansion tank, coolant pump failure.
Jamming of the thermostat in a closed position stops the fluid circulation through the radiator. In this case, the motor overheats, and the radiator remains cold. Not enough coolant in case of possible leaks or boiling. If the coolant level has dropped as a result of boiling - should fill with distilled water, if the liquid is drained - topped antifreeze. Open the radiator cap or the expansion tank can be only when the coolant has cooled sufficiently (10-15 minutes after stopping the engine). Otherwise, pressurized coolant can splash out and cause burns. Leakage of fluid occurs through leaks in pipes joints, cracks in the radiator expansion tank and the cooling jacket, when damaged gland coolant pump, radiator cap or damaged cylinder head gasket. When driving is necessary to monitor not only the level but also the condition of the antifreeze. If the color becomes reddish-brown, then the details of the system have already attacked. Such anti-freeze to be replaced immediately.
Hypothermia engine may occur due to the thermostat jamming in the open position, and in the absence of insulating covers in the winter. If a closed cooling system is leaking, the increased pressure is created in it and the engine warms up to operating temperature. And if the engine is not warmed up, the ECU constantly enrich the mixture. Thus, leaky cooling system increases fuel consumption. Systematic work on the engine choke leads to dilution of the oil, increasing carbonization, the rapid failure of the catalytic converter.
Selection of antifreeze
If you are on the road there is a fault which resulted in the coolant level has fallen below the permissible, do not worry. Fill can be any antifreeze or water. The cooling system of this work will not be worse. By the way, not all modern motorists know that to pour the water soft - it does not form scale. Most soft water gets us from the sky as rain or snow. A ground water from springs, wells and boreholes is not recommended to refill the cooling system - they form a lot of scale. Soften the water can boil for 20-30 minutes followed by settling and filtration. Water hardness in everyday conditions on the foam is easy to estimate when soaping hands with soap: in soft water-resistant foam, rigid foam and quickly extinguished, and in their hands is the greasy sludge. Once the emergency situation, forcing you to add "wrong" liquid passes, "cocktail" is necessary to merge, cooling system flush and fill in the "right" antifreeze.
Selecting start with a brand - known you down. Next, we find the class designation antifreeze. Here often have problems. Let's try to clarify the situation. The basis of any antifreeze is ethylene glycol aqueous solution which does not expand when it freezes and forms a solid continuous mass. However, ethylene glycol is aggressive corrosive to metals. To protect parts of the cooling system from the corrosion additives used three kinds: silicate-based, based on salts of organic acids and mixed (hybrid) antifreeze additives. The first recipe - the most ancient. A striking example - our "Antifreeze" which sometimes crafty advertising is positioned as anti-freeze, ideal for domestic cars. Loss of silicates in the resulting sediment to clog the radiator of thin tubes. Therefore, this option does not even consider buying. In the English version, such antifreeze called: Conventional coolants, IAT (Inorganic Acid Technology) or Traditional coolants.
Hybrid antifreezes include carboxylic acid salts and small amounts of silicates or phosphates. Although this recipe is also its dying away, but within three years of operation provides a decent enough protection against corrosion. They are marked: Nybrid coolants, HOAT (Hybrid Organic Acid Technology) or TL 774-C (G-11).
More modern - carboxylate antifreeze. They include no inorganic additives. Their service life - not less than 5 years. Indicated by words or symbols: Carboxilate coolants, OAT (Organic Acid Technology, TL 774-F (G12 +).
A few years ago (in 2008) there is another form of anti-freeze, which in the English version designated Lobrid coolants, SOAT coolants or TL 774-G (G 12 ++). In composition they are similar carboxylate, but they present a small amount of silicate. It is believed that such an antifreeze can be safely mixed with any other class of fluids.
Some manufacturers indicate on the label the composition of additives, which also allows you to identify the type of antifreeze. Lack amine borates, nitrites, silicates and phosphates suggests that the antifreeze - carboxylate. Hybrid also should not contain any of the list except silicates, but their amount should not exceed 500 mg / l.
A good sign that confirms the undeniable quality of antifreeze, is the inscription on the approval of automakers numbers tolerances. Such tolerance shall be issued only after a lengthy testing liquid on the cars of the brand said. The truth of the inscription on the label can easily be checked by visiting the official site of the automaker.
But statements like "Meets specifications ..." or "Meets the requirements ..." - nothing more than the promise of the manufacturer of antifreeze, but not a guarantee of quality. This is especially true markings G11, G12 +, G12 ++. She introduced WV concern only for their approved fluids. But since we have such a designation became widespread, some manufacturers specify their labels, without having the full right. That is, anti-freeze and can be good, but maybe not - Roulette. More trust in such cases deserve a well-known brands, as mentioned above.
The inscription "Compatible with all ..." only confirms what was said at the beginning of this article. If for some parameters is not suitable anti-freeze your engine, it can be safely used only for topping up.
Antifreeze can be sold as a concentrate or a ready to fill. What to choose - depends on the climate of the place where you live, and your desire to tinker with the machine. For example, if winters are warm, why fill 40 - degree structure? It is better to buy the concentrate and dilute it with distilled water to the right consistency (proportions for different temperatures are indicated on the label).
And finally - the color of antifreeze. This property plays absolutely no role. By itself, the liquid is colorless and the manufacturer may, if desired paint it all the colors of the rainbow. A sustained misconception that G11, G12 + or G12 ++ can be identified by only one color, comes from non-professional distributors.
The principle of the engine cooling system
The cooling system is designed to force the removal of parts of the engine car of excess heat and transferring it to the surrounding air. Engine cooling is used for forced removal of heat from the heated parts to ensure optimum thermal condition of the engine and its normal operation.
Engine Cooling Engine CoolingThe temperature during the operating cycle of the engine changes from 80-120 ° C (min) at the end of the inlet to 2000-2200 ° C (maximum) at the end of the combustion mixture.
If the car engine is not cooled, the gas having a high temperature is extremely hot engine parts and they are expanding. The oil on the cylinders and pistons burn, they increase friction and wear, and excessive expansion vsledstie overheating parts blockage occurs pistons in the cylinders of the engine, and the engine can be damaged. To avoid the negative effects caused by overheatingof the engine, it is necessary to cool.
However, excessive cooling ofthe engine adversely affects its operation . When supercooling motor vehicle on the cylinder walls are condensed fuel vapors (gasoline), washing away grease, dilute the oil in the crankcase. Under these conditions, the intense wear of piston rings, pistons, cylinders, and decreased efficiency and engine power. Normal operation of the cooling system contributes to obtaining maximum power, lower fuel consumption and increase engine life without a car repair.
Most of the waste heat is perceived cooling system, a smaller - lubrication system and the immediate environment.
This creates a certain temperature at which the engine will not overheat or supercooled. Heat in the automobile and tractor engines is given in two ways, depending on the type of coolant used: fluid (liquid cooling system) or by air (air cooling system). These systems consume 25-35% ofthe heat released during combustion. The temperature of the cooling fluid in the cylinder head, must be equal to 80-95 ° C without cooling and pressure to 126 ° C for the cooling systems operating under pressure. This temperatureis most advantageous, ensure the normal operation of the engine and must not varydepending on ambient temperature and engine load.
January 1Fig.1 liquid cooling system.
Liquid cooling system of the automobile engine (Fig. 1) consists of a water jacket, a radiator, fan, thermostat, pump impellers, outlet and inlet pipes, the fan belt, sensor temperature gauge fluid drain taps and other parts. Around the cylinder head and the engine block has a double-walled space (water jacket), wherein the cooling liquid circulates.
During operation of the vehicle engine coolant is heated and water is pumped into the radiator of the cooling system where it is cooled and then re-enters the cylinder jacket. For reliable operation of the engine it is necessary that the cooling liquid is constantly circulated in a vicious circle: the engine - radiator - engine. The liquid can be circulated by a smallcircle, bypassing the radiator (engine cold, the thermostat is closed), or the largecircle, entering the radiator (engine warm, the thermostat is open).
The water jacket of the engine consists of a cylinder jacket and a head jacket unit interconnected openings in the gasket between the head and block. Impeller water centrifugal pump and fan driven by the drive ustoroystvom. During the rotation of the impeller pump coolant is pumped into the water distribution tube located in the cylinder head. Through openings in the tube fluid is directed to the tank's discharge valve, whereby most heated parts are cooled cylinder head and cylinder. The heated liquid is passed into the upper outlet pipe. If the thermostat is closed, then the bypass channel enters the liquid again to the centrifugal pump. When the thermostat opens the coolant passes to the upper tank of the radiator, is cooled by flowing through the tubes and enters the lower radiator tank. The cooled radiator fluid transfer tube along the bottom is fed to the pump,
Water pump pumps fluid into the cooling system, and its main flow passes through the water jacket of the cylinder from its front to rear. Washing cylinder liners on all sides and passing through openings in the mating surfaces of cylinder block and cylinder heads, as well as in the gasket disposed therebetween, coolant enters the jacket cylinder heads. A considerable amount of coolant is supplied to the hot-spot - branch pipes of the exhaust valves and the spark plug. The cylinder head coolant moves in the longitudinal direction from the rear end to the front due to the presence of holes of suitable diameter, drilled through the mating surfaces of the cylinder block and head, and dispensing the inserts mounted in the rear channels of the inlet conduit. The hole in the insert restricts the amount of fluid entering the inlet conduit into the jacket. Hot fluid passing through the jacket inlet conduit heats the fuel mixture delivered from the carburetor (through internal channels of the pipeline), and improves mixture formation.
The temperature of the liquid in the cooling system is controlled remotely with a thermometer, a receiver which is located in the office of the driver on the instrument panel and the sensor in the water distribution box (diesel KamAZ) in the water channel inlet conduit (engines GAZ and ZIL) in the cylinder head (motor vehicle GAS -24 "Volga"). If the water temperature in the cooling system exceeds a certain value, the instrument panel warning light, for example red when the water temperature 105-108 ° C.
February 2Fig.2 The air cooling system.
Air cooling system nyh automobile and tractor engines consists of a number of elements that regulate its work and maintain the desired thermal condition of the engine.
Schematic diagram of the air-cooled engine compartment includes space closure of the body panels; axial or centrifugal fan with guide vanes, driven by the crankshaft of the engine; guide panel cooling jacket, as well as bodies that control the air flow, such as a thermostat-controlled valves, throttle input or output of air or automatic clutch speed control of the fan shaft. The flow of cooling air is placed an oil cooler. To monitor the thermal state of the engine are the temperature sensor and display unit in the cab.
March 3Fig.3 air cooling circuits
A simple air cooling system - the pressure of the oncoming air is used for motorcycle engines. Uniform cooling is achieved as the appropriate form of the fins and the installation, in some cases, the guide plates.
The most common systems use a fan with two circuit diagrams of the cooling air supply: a blowing fan and a suction fan.
Blower working in the cold and denser air is more supply and requires less energy expenditure. Less efficient sucked fan provides more uniform cooling of the cylinders without complicated guides and distribution deflectors.
To maintain the optimum thermal conditions of the engine controlling the amount of air supplied to the system. The simplest versions - throttling airflow in the system by dampers controlled manually or by a thermostat.
Each of the cooling systems has advantages and disadvantages.
By the advantages of liquid coolinginclude: 1. more efficient removal of heat from the heated parts of the engine at any thermal load; 2.rapid and uniform heating of the engine during start-up, the admissibility of the application of the engine block designs; 3.less prone to detonation in gasoline engines; 4.more stable thermal state of the engine when changing its mode of operation; 5.lower cost refrigeration power and the use of heat energy, on tvodimoyinsystem cooling.
Disadvantages of the liquid cooling system: 1.the high cost of maintenance and repair operation; 2.reduced reliability of the engine at low ambient temperatures and high sensitivity to change it.
To the advantages of aircooling include the following: 1. Simplicity and ease of operation due to lack of the liquid; 2.lower weight of the engine with air cooling compared with a mass similar to the liquid-cooled engine; 3.reduced sensitivity to temperature fluctuations, especially valuable when driving in areas with a hot or cold climate.
By disadvantagesair cooled engines include: 1. significant power consumption by the fan motor; 2.a deterioration of the cylinder filling, leading to the fact that at the same engine speeds and other parameters of air-cooled engine develops slightly less power than the engine with liquid cooling; 3.increased noise at work; 4.large thermal stresses individual parts.
Liquid cooling system is most expedient to use uprated engines and engines with relatively large working volume of the cylinder; air cooling system - engines with a cylinder capacity of up to 1 liter, regardless of the degree of boost and a small liter engines with power.
CLASSIFICATION OF COOLING
Most car engines has a liquid cooling system (open or closed). In an open interior space of the cooling system directly communicates with the surrounding atmosphere. Propagation of a closed cooling system, in which the inner space is only periodically communicates with the environment through special valves. In these systems, cooling increases the boiling point ofthe coolant decreases, and its boil-off.
The specific amount of heat withdrawn in the cooling medium depends on the size of the cylinder and the ratio of piston stroke to the diameter of the cylinder affect the relative areas of the heat and cools the sensing surfaces.
With an increase in engine power of 25 - 68% as a result of pressurizationSpecific heat quantity is reduced by 3 - 15%.
The effectiveness of heat removal in the cooling medium from the walls, the greater the smaller the viscosity of the medium and the higher the density, thermal conductivity and specific heat.
For air cooling intensity heat removal from the walls is reduced even more.
Thus, with respect to the fixed wall of water and air, at identical temperature differences the heat transfer coefficients are different by 30 times at a speed of 1-3 m / s of waterand 50 m / s of air, they differ in 13-15 times.
When boilingwater heat transfer rate exceeds the rate of heat transfer in the air about 40 times. Therefore, to ensure acceptable temperature engine parts air cooling surface area, which receive heat from the gas and gave it to the cooling air is increased to 14 times by the external surfaces of the fins.
Separate cooling of heads and cylinders allows the engine to increase efficiency and power of 4% to 5%.
The basic monitored parameter of the cooling system is a coolant temperature at the outlet of the engine, measured by temperature sensors and remote thermometers. Temperature sensors are usually installed at the outlet of the cooling fluid from the engine cooling system or aggregates, such as turbochargers.
By controlling the operation of cooling systemscan be reduced significantly change the temperature of parts of the joints, seals depending on the engine operating condition. For this, the most expedient regulate cooling so that the temperature of the cooling body at the outlet of the engine compartment or zarubashechnyh (or inlet therein) remained constant.
This is achieved as follows: 1. controlling the amount of body feed to the cooling system (air cooling systems); 2.varying the amount of heated coolant, directed by thermostats in coolers; 3.a change in the intensity of the cooling liquid in coolers; 4.a combination of several control modes, for example, by varying the amount of fluid cooled in a cooler, and the cooling intensity in them.
The second parameter is the controlled pressure of the cooling body in the cooling system.
The air pressure together with its flow rate determined by the power requirement to drive the fans, it is not controlled, as it directly affects the design and performance of gratings coolers deflectors and shrouds.
In a closed system liquid cooling due to evaporation when the engine overheats may increase pressure; at high temperature the water-cooling overpressure is created to increase the boiling point. Therefore a closed system is always equipped with the so-called steam valves limiting the pressure to prevent possible destruction shirts cylinders and blocks, conduits, coolers, expansion tank, as well as violations density compounds, in particular, seals cylinder bushings and sleeves.
Turning off or reducing engine load, on the contrary, as a result of condensation in the system can create a vacuum and there is a risk of destruction of elements of cooling ambient pressure. To avoid this closed system equipped with dampers that provide the entry of air into the system. Typically, steam and air valves are combined in a steam-valve is performed in a single housing. This housing is often the device, closing the filler opening, which is located at the top of the system - pipe connecting the engine with intercooler, the cooler, the expansion or the mixing tank.
In the method of controlling by changing the amount of the working fluid supplied to the cooling surface or coolers, spread the word received the greatest axial fans.
Feed axial fan varies periodically disconnecting the fan by friction or electromagnetic clutches or continuously changing the rotor speed of the fan by an electric motor mounted in the fan, electromagnetic clutches, and most frequently - by means of hydraulic clutchesbuilt into the fan drive mechanism.
In the event of an interruption of oil supply to the hydraulic clutch, it is locked, and the fan rotates at a rotational speed of the shaft. Depending on the filling volume between the blades and the turbine wheel pump through a tube for supplying fuel to the fluid coupling varies the speed of the turbine wheel and the fan from 0 to 95 - 98% of the speed of the shaft. The temperature of the water is maintained within 80-95 ° C, depending on the engine operating condition. The amount of oil supplied to the fluid coupling is automatically adjusted according to water temperature at the outlet.
May 5Fig.5 hydraulic and electromagnetic clutch. a) 1- driven part, the turbine wheel; 2 cover; 3-driving portion, the impeller; 4 blades; 5, 6, the outer and inner torus; 7- filling valve; 8- radiator; 9-relief valve; Pump 10; 11 tank; 12-valve discharge. b) A, B, B- gaps; 13 leading part; 14 stationary housing; 15 field winding; 16 driven part.
In the method of regulation by changing the intensity of the cooling liquid in zhidkostnovozdushnyh coolers cooling intensity is controlled by changing the surface of the liquid cooling of the various blinds, curtains and aprons, seals or innings fans to pump air through the grate cooler.
In the method of regulation by changing the amount of the heated coolant used devices to change the direction of motion of the fluid and its flow through the through-section of inlet, thermostats.
June 6Fig.Scheme 6 thermostat.
When the engine is cold, the thermostat valve is closed and the liquid from the cooling jacket can not get into the cooler (in the big circle of circulation). When the valve is closed thermostat fluid enters the pump through a small circle circulation. When heated, liquid thermostat valve begins to open and engine cooling is carried out throughout the fluid circulating in a large circle. Thermostat valve orifice and the amount of liquid entering the cooler increases as the temperature rises than in a certain range is automatically controlled engine temperature.
Thermostats are manufactured as a single valve or two valves and is used in various cooling systems.
In the combined method of controlling all of these methods are used in various combinations. They got the greatest spread the word in modern engines, as they allow to maintain the optimal temperature conditions.
Depending on the method of cooling liquid circulation system divided into thermosyphon, forced circulation of the liquid and mixed.
In the thermosiphon circulation of the cooling system is carried out by the difference in the density of the cold and hot fluids. During engine operation the liquid in the cavity of the cooling jacket is heated and it enters the upper zone, where the pipe enters through upper radiator tank. The cooler liquid gives heat air increases its density, so that by natural convection, it again enters the cooling jacket. For intense circulation of the liquid in such systems need significant temperature drop (about 30˚) on the radiator inlet and outlet thereof.
In systems with forced circulation of the fluid was pumped from the radiator into the lower region of the cooling jacket, t. E. The zone does not require intense heat sink, and then supplied to cool the hotter head. The temperature difference at the inlet and outlet of the radiator in such systems may be within 8-12˚, which allows considerably to reduce its dimensions.
Mixed cooling system characterized in that the cold liquid is pumped from the radiator to the upper zone of the cooling jacket cylinder or directly into the cylinder head. The cylinders are cooled in this case by means of natural convection of a fluid, allowing to maintain the temperature of the walls at the desired level. Coolant is supplied to the hottest combustion chamber walls and exhaust pipes in such systems often using special tubes or water distribution channel. The liquid temperature at the outlet of the engine is maintained within 80-95˚ regardless of operation by the thermostat limiting the circulation of the coolant through the radiator shutters covering the grille, or adjusting the capacity of the fan. To connect the cooling system and heater of interior, which circulates coolant.
According to the regulatory period of the cooling system are distinguished:
One-period engine cooling system.
In this system, no cooling thermostats and a variety of fan clutch. The coolant is always circulating through the cooler and the cooling intensity is controlled only by changing the surface cooling by various blinds, curtains and aprons-seals.
July 7Fig.7 one-period cooling system.
Two-period engine cooling system.
This cooling system is used odnoklapannye thermostats which can change direction and flow amount of coolant. In the first period of regulation, when the valve is closed thermostat, water is circulated in a small circle. Since in this case the engine is cooled only a part of the liquid filling system, the liquid is rapidly heated. In the second regulatory period the thermostat valve opens and the cooling of the engine is carried out throughout the fluid circulating in a large circle.
Fig. 8 two-period cooling system Fig. 8 two-period cooling systemFig.8 two-period cooling system.
Trehperiodnaya engine cooling system.
This cooling system is used or thermostats Two valve odnoklapannye thermostats conjunction with changing the mode of operation of the fan by various couplings and motors. In the first period of regulation water is circulated in a small circle of cooling, with the valve closed thermostat. In the second period as the coolant circulates in a small and a large circle of open cooling valve Two valve thermostat, or in a large circle odnoklapannom cooling thermostat. In the third regulatory period the liquid circulates in a large circle Two valve cooling thermostat, while odnoklapannom thermostat turns the fan drive.
Fig. 9 Trehperiodnaya cooling system Fig. 9 Trehperiodnaya cooling systemFig.9 Trehperiodnaya cooling system.
9-1 9-1Chetyrehperiodnaya cooling system.
Two valve is used in the oven. The first three periods of regulation similar to the above, and in the fourth regulatory period included the fan drive.
Fig. 10 Chetyrehperiodnaya cooling system Fig. 10 Chetyrehperiodnaya cooling systemFig.10 Chetyrehperiodnaya cooling system.
Cooling systems and their constituent elements are listed additional flood and drain holes, closed with a plug or cranes. The discharge device is arranged in the lower sections of the points system and used to discharge not only fluids, but also the washing, by which deposits are removed and scum.
In systems with internal combustion engines warmed cooling body is often used for heating cabins or other buildings, for which the cooling system report to the heating system.
For rapid warming of liquid-cooled engines before starting the cooling system mounted heating device: with burners operating on gasoline or diesel fuel steam or water, powered by an external source of heat (car engines at car storage bezgarazhnom).
INSTRUMENTS OF COOLING
Cooler.
Heat rejection to the coolant circuit of internal (water, antifreeze, antifreeze) and lubricating oil, and heat perceived when cooling the charge air is transferred in the respective cooling coolant coolers.
Cooling the coolant in systems of land transportation is the atmosphere.
In this case, when heat is used to dissipate the air heat exchangers are called sinks.
Feasibility of application of a coolant can be characterized by the following relative values of heat transfer.
Table 1
Heat transfer agent
Free air
Air at P = 0.2 MPa
Lubricating oil
Water
The relative importance of heat
1
3
8-10
100
Application of charge air coolers for automotive engines does not introduce significant changes in the basic circuit layout of the cooling system. However, the type intercooler (water or air) and its design is largely determined by the overall structural diagram of the main cooling system.
Water radiator used to cool the charge air and installed in systems with self-liquid low temperature circuit (Fig. 11, a), operate in the same way as the main radiator cooling water. In some cases they operate in a single unit with the main water cooling engine.
Air radiators included in the main path of the air cooling system of the engine (Fig. 11, 6), usually set in front of the water and the oil cooler, and they washed air, the temperature of which differs little from ambient temperature. External and internal surfaces of the cooling radiators perform, taking into account differences in conditions of heat transfer of air flow under the high (charge air) pressure. A significant disadvantage of this scheme are higher hydraulic losses while cooling the charge air, which can be an order of magnitude (or more) higher than the system constructed according to the scheme in Fig. 11 as well.
From this drawback of the free system, shown schematically in Fig. 11 in, and used in some diesel engines YaMZ.
The materials used in coolers of internal combustion engines, the following requirements: 1. sufficient strength and ductility, 2.high thermal conductivity, 3.resistance to corrosion, 4.workability and low cost.
From the viewpoint of satisfying these requirements the most suitable materials for manufacturing the heat exchangers are copper, aluminum and their alloys. Steel water radiators are compared with copper large mass, low thermal conductivity and insufficient corrosion resistance. The use of protective zinc coating does not provide a reliable corrosion protection of radiators. Therefore, the steel usually used almost exclusively for the production of oil radiators.
11 0 11 0January 11 January 11Fig.11 a) b) c) Scheme cooler installation of automotive engines.
1 engine; 2 main fan; 3- turbochargers; 4 radiator; 5- oil cooler; 6-section radiator hoses for charge air cooling; 7 auxiliary water pump; 8- intercooler; 9- auxiliary fan
Water radiator used to cool the charge air and installed in systems with self-liquid low temperature circuit (Fig. 11, a), operate in the same way as the main radiator.
For the manufacture of heat exchangers use copper grades Ml, M2 and MZ containing copper (according to GOST 859-78) in the range of 99.9 - 99.5%. Based on the obtained various copper alloys which have high mechanical and technological properties, for example, an alloy of copper and zinc.
The easiest and promising material is aluminum of high purity (such as ADO and AD1); an alloy of aluminum and manganese (such AMts); an alloy of aluminum and magnesium (such AMg). However, aluminum and its alloys insufficient resistance to erosion and corrosion than copper and its alloys. Therefore monometallic aluminum materials prefer bimetallic whose surface in contact with aggressive media are made of material resistant to erosion and corrosion, and the outer side - made of aluminum alloy.
February 11th February 11Fig. Figure 12 grills. 12 grillsFig.12 grills tubular-plate (a); tubular-belt (B); Plate (a); cell (g).
Currently, the most widely used water radiators with cooling surfaces of the plate-fin type bellhops or staggered tubes.
Low mechanical resistance (internal pressure to 0.05 MPa) until prevents widespread Radiator with plate-type cooling surface of the belt, though they have a high thermal efficiency and compactness. The tubular-plate radiators and trubchatolentochnyh apply flat-oval cross section, thin-walled tube. The tubular-plate radiators are also used and round pipes. Tube wall thickness depending on the material (steel, brass, copper, aluminum) ranges from 0.1 to 1 mm. In these radiators rational step values are within pipes 10-18 mm - wide and 21-24 mm - depth. These dimensions provide a better use of the mass and volume of the radiator. Step plate fins in the heatsink is 3-6 mm. Water depth radiators have three to six rows of tubes. Due to the increased degree of turbulence of the air stream as it moves through the first rows of tubes in multiple-row radiator heat transfer coefficient in the second and third rows is increased as compared with the first row, and then stabilized. The elementary radiators channels along which a cooling air having different cross-sectional shape: rectangular, square, triangular, semicircular, etc.
For passenger cars and light-duty trucks car radiator depth of 60-90 mm. Calculated air speed in front of the radiator fan is determined by applying for tractor engines may be 6-15 m / s. For motor vehicles is taken into account and the speed of the vehicle in low gear. This additive is 3-5 m / s. The rate of water in the channels affects the heat transfer in the radiator, to a lesser extent than the air speed. Moreover, when a certain value of the velocity of water in the channels (1.4 m / s) on the inner side of the heat transfer surface cooling has absolutely not limit the process of heat transfer in the radiator. A further increase in water velocity is only an excessive pressure drop in the radiator, and hence the power required to drive the water pump. Rational speed of water is in the range of 0.4-0.8 m / s. The water temperature at the inlet of the radiator is 355-365 C. water temperature in the radiator is 5-8 K. To prevent vapor lock in the fuel supply line of gasoline engines and maximize the average logarithmic temperature difference between heated air in the radiator should not exceed 10-15 K. However, in the operation as a result of the influence of humidity in the air heating radiator could reach up to 40 C.
Radiator, having upper and lower tanks coupled radiator core. The upper tank filler neck soldered, stoppered and pipe to connect the hose of the supply coolant to the radiator. Side filler neck has an opening for Vapour tube. The lower reservoir is soldered pipe discharge flexible hose.
To the top and bottom tank soldered side plates connected plate soldered to the lower tank. Racks and plates form a radiator frame. The radiator is connected to the cooling jacket of the engine pipes and flexible hoses are secured to the manifolds tightening clamps. This connection allows the relative displacement of the engine and the radiator. Before radiator shutters installed for controlling the amount of air flowing between the tubes of the radiator. When you move the handle, reinforced bracket forward to overflowing leaf fully open, and the air passes freely between the tubes of the radiator.
13 13Fig.13 cooling system component: a heat sink used -Total view - open steam (exhaust) valve; -Open in the air (inlet) valve- / -stoyka- 2 - draft; 3 -Frames; - / - Blinds; 5 - radiator cap; b and 22 - neck radiatora- 7 - the upper reservoir; 8 and 12 -Flexible hose; 9 - the guide casing; 10 -otvodyaschy patrubok- // - radiator core; 13 -slivnoy tap radiator; 14 - the bottom tank; 15 -rukoyatka drive blinds; 16 - lock; 17 -parootvodnaya tube; / "- A spring-shut the steam / 9 plug body; 20 Rack; 21 -zapornaya spring; 23 - steam (exhaust) valve; 24 -prokladka exhaust valve; 25 - a lining of the air valve; 26 - air valve; 27 spring-damper; 28 - seat damper; 29 - hole for air intake
In this case, move the handles back to the full flaps are closed and the air cooling radiator air stops. To maintain a certain temperature of the engine can be mounted on the handle latch in any intermediate position.
14 14Fig.14 air-steam valve:
1 air valve; 2 steam valve; 3 Vapour tube
Neck tube hermetically closed, isolating the engine cooling system from the environment. Radiator cap consists of a body, steam and air valves and locking spring. At the front, through which is secured to the housing locking spring, a steam valve is installed, pressed by a spring. The air valve is pressed by a spring against the seat, pressed the steam valve. Tight connection is achieved by setting the valve rubber gaskets. If the damage or destruction of rubber gaskets cooling system becomes open, and water boils at 100 ° C.
In the case of boiling liquid cooling system vapor pressure in the radiator increases. When pressure is increased to 145-155 kN / m2 (1.45-1.55 kg / cm2) steam valve opens, overcoming the resistance of the spring. Engine cooling system communicates with the environment and the vapor escapes through Vapour tube. After stopping the engine cooling liquid, the vapor condenses in the cooling system and a vacuum is created. By reducing the pressure of 1 - 13 kN / m2 (0.01 -0.13 kgf / cm 2) opens the air valve and the radiator through the openings and the valve begins to enter the air flowing through Vapour tube. Of steam and air valves to prevent possible damage to the radiator under the influence of both external and internal pressure.
Bladed radiators are widely used on tractors, combines, cars, tractors, heavy-duty trucks, ie where necessary to ensure high mechanical strength.
In passenger cars, and trucks (small and medium-duty) set trubchatolentochnye radiators, with a slightly lower mechanical strength, but relatively higher thermal efficiency and better processability.
To cool the oil in the combined internal combustion engines used in basically two types of coolers - water-oil heat exchangers and air-oil cooler.
Oil-water heat exchanger is currently used in diesel engines and heavy duty tractor- type, as they are simple, compact, well-assembled on engines are reliable, easy to repair, and are compared with the air - oil radiators smaller size and weight.
For high-powered diesel engines trubchatolentochnyh oil radiators used interior inserts - swirlers, which allows the same size core in 2.7-3 times increase in comparison with the heat gladkotrubchatymi oil cooler.
Turbulence-free inserts are inserted or soldered to the inner surface of the pipe. They are selected so as to provide the optimum balance between the heat transfer efficiency and pressure loss.
Currently we have proliferated aluminum air-oil radiators, which heat transfer per unit mass of 4-4.5 times higher than brass.
Oil radiators automotive engines made of steel flat-oval section tubes with dimensions of 17.5 x 5 mm with collective plate fins. The advantages of these radiators are simple structure, high reliability and low cost.
Liquid pump.
Liquid PumpTo create a forced circulation of the cooling fluid is a centrifugal pump. On cars "Volga" ZIL-130 and other water pumps are structurally united with the fans and have a common drive. The water pump (Fig.15) mounted on the front end of the cylinder comprises a cast iron body and the impeller housing. The shaft and the fan rotates on ball bearings, pressed into the body.
15 15Fig.15 Liquid Pump
From the displacement of ball holding sleeve and the retaining ring. To retain lubricant therein and to protect from contamination bearings have seals. At one end of the bolt shaft reinforced plastic impeller. At the other end of the shaft mounted split collet and, on the spline, a pulley and a hub of the fan.
Liquid PumpThe shaft seal in the body carried samopodzhimnym gland, consisting of graphitized textolite washers, rubber cuff and two spring clips. Oil seal rotates together with the impeller as protrusions textolite washers are slotted liner impeller. Spring through the rubber washer presses the sleeve to a ground, the plane of the body, which prevents leakage of fluid from the pump. Ball bearings lubricated with grease pump, which is not washed with water. Before filling the cavity bearing grease plug wrench covering inspection hole. Lubricant is supplied through fitting the syringe into the pump housing as long as it comes out of the inspection hole. Then plug 10 screwed into the inspection hole.
Fan.
To create an air flow that cools the fluid flowing through the tubes of the radiator, the fan is composed of an impeller with a hub and pulley. Sometimes the frame radiator for more intensive cooling liquid in it attached a guide cover (diffuser), inside which the rotating fan blades. The drive fan spent up to 3-5% of the power of the engine, which causes an increase in fuel consumption. With the fan is connected, and increased engine noise. So now seek to ensure effective operation of the cooling system with minimal energy consumption. The work is characterized by fan pressure ratio, which is the conventional single-stage axial fan with a small number of blades is 0.07. In mnogolopatochnyh axial fan efficiency is improved twice (R = 0.15), even more effective axial-radial fan with fixed guide vanes (K = 0.3). The most efficient centrifugal fans operate (K = 0.4). However, liquid cooling systems are practically not used because of the cumbersome vozduhosbornoy snails.
16 16Fig.16 types of fans.
Axial fans are usually made with an uneven pitch of the blades, which reduces vibration and noise of the fan.Fig.16 shows a simple six-bladed fan with stamped steel blades. Now increasingly used 6 - 8-blade fan molded entirely of aluminum or plastic, which blades have a cross section of the wing (Fig. 16 b).
Fig.16 shows a multiblade fan, recruited from a separate stamped plastic short profile blades in Fig. 16 g - axial-radial fan. The last two types of fans have high efficiency and are used on engines operating at high load levels on machines with speed limits. For engines of cars, working mainly with partial loads, it is more topical hypothermia, so now fans spread the word got to feed, adjustable depending on the temperature of the coolant. When the coolant temperature is less than 85-90˚ they are disabled, thus reducing fuel consumption.
17 17Fig.17 ways to change the fan delivery by changing the angle of attack of the blades (A), by turning off the fan (b, c).
Fans engine GAZ-53A, ZIL-130 and others. Have a blade with curved forward ends. During the rotation of the fan increases air flow and better cooling radiator.
In the 60s there were fans from the angle of attack of the blades decreases with increasing engine speed, t. E. With increasing vehicle speed and the dynamic pressure of the air in the radiator grille.
The most common fan drive V-belt drive pulley on the crankshaft on the nose. V-belt drive is simple enough, but it has its drawbacks.
Above all, this power loss on deformation of the belt and low durability. Such a drive requires regular monitoring of belt tension. Lack of tension due to the slipping and increased wear and excessive overload-bearing fan hub. Technologically more sophisticated, but less "energy-intensive" the fan drive gear remained at YaMZ-236. For small car engines are increasingly used the fan drive motor.
Thermostat.
ThermostatThe desired temperature of the fluid in the cooling system automatically maintains a thermostat. It allows you to quickly warm the cold engine at start-up. In automotive engines used thermostats liquid and solid carriers. The liquid is poured thermostats easily evaporating liquid (a mixture of 70% ethanol and 30% water). As the solid filler used ceresin copper shavings with a high coefficient of volume expansion.
Liquid thermostat (Fig. 18 a) consists of a body with windows, corrugated containers and valves. The lower portion of the bellows cylinder is rigidly connected to the bracket and the housing. To the top of the cylinder is soldered to the valve stem. The rod can be moved in the guide housing. Sometimes the thermostat valve or make a small hole at the edge pads air outlet when filling the liquid in the cooling system. The sealed corrugated containers is a liquid, which occupies about half of the internal volume of the cylinder. Evacuated from the cylinder, and under normal conditions, it is compressed, and the valve is closed.
thermostatthermostatLiquid thermostat operates as follows. If the fluid temperature in the cooling system is not higher than 73 ° C, the container is compressed and the valve is closed. Fluid enters the bypass channel to the pump, bypassing the radiator. As the engine warms up the fluid in the cooling system heats up. An increase its temperature above 73 - 83 ° C the liquid contained in the balloon begins to evaporate, the pressure in the cylinder rises and the valve opens. Coolant flows into the radiator. At a temperature of 88 - 94 ° C thermostat valve is fully open.
Thermostat with a solid carrier (Fig. 18 b) is located between the inlet pipe and outlet pipes. To the body is constantly pressed against the valve spring, is pivotally connected to the rod. Last rests on the rubber membrane which is clamped between the balloon and the guide sleeve. The inner space of the container is filled with a solid carrier. While the engine is cold, the filler in the container is in the solid state and the thermostat valve is closed. By increasing the water temperature in the cooling system to 70 ° C and more volume of filler increases, as ceresin melts and pushes on the membrane. It bends upward, presses on the plunger through the buffer, which rotates the valve so that the coolant flows into the radiator. By reducing the temperature of the coolant volume of the solid filler decreases and the thermostat valve under the action of the return spring closes.
The role of the cooling system uptime tractor
For trouble-free operation of a diesel engine is very important to support the correct operating temperature. If the temperature control is maintained, the engine usually runs for a long time and without complaints. But violation of temperature due to a failure in the cooling system entails a significant amount of damage a diesel engine, up to its complete failure. For tractors normal operation of all the mechanisms provided by a diesel engine at a temperature 85-95 ° C. Operation at lower and at higher temperatures negatively impact on the tractor. In the first case there is a significant loss of power and hence fuel consumption. The second - the engine can simply wedge, which will lead to mechanical failure of some details.
Only serviceable cooling system allows the tractor to work constantly in the optimum temperature range.
What and how much to fill the cooling system
Trouble-free operation of the cooling system guarantee two components: the quantity and quality of the coolant filled in.
The main operator error during maintenance of the cooling system is that they are after the unit is filled in any coolant, consider their obligations fully implemented. In fact, everything is more difficult and requires a little more responsibility and attention.
The first turn to the question of quality. The optimal coolant for the diesel engine is a cooling fluid: it contains no mineral additives and active substances which are reacted with a cooling system and outputting it from the system. In favor of antifreeze is the fact that the brand new tractors delivered to buyers from the factory with this coolant.
It is possible to use as a coolant and water, but not any, as many believe, but extremely soft. In natural conditions - it is rain or meltwater. But if you have only a tough Kolodeznaya or tap water, then it is quite possible to soften. To this, add the soda ash in water (in a proportion of 10-12 g of soda per 10 liters of water).
Another important issue - the amount of coolant in the cooling system. It is imperative to regularly monitor. In the upper radiator tank liquid level should be 50-60 mm below the filler neck. If the coolant level is higher, then heated and expanded during operation of a diesel engine, it will flow out through the discharge outlet of the radiator control. The problem seems to be, and is not critical, but it leads to overspending in vain not cheap antifreeze, pollution (antifreeze considered active substance) and contamination of other engine components adhering dust - with all its consequences. By the way, the operators frequently complain about the problem of leakage of coolant through the radiator drain plug control, and in fact it themselves and create their own negligence.
If the coolant level is below the norm, it is not necessary it will take place all over the circulation of the cooling system, which naturally will lead to rapid overheating of diesel.
Common mistakes and oversights operators
When consumers complain about the some strange failures in the cooling system, with further proceedings very often it turns out that they just do not perform mandatory maintenance every shift system, which is clearly stated in the operating instructions manual. One of the stages of such services is necessary to check the belt tension, walking on the water pump. Check it very simply: it is necessary to take up the hand strap on the biggest of its branch between the generator and water pump and press with a force of about 40 Newtons (about 4 kg). In this belt deflection should be from 15 to 22 mm. If belt tension is insufficient, the water pump will not work effectively: pumping the coolant will not be conducted throughout the cooling system, which can lead to failure.
You must also carefully monitor the fuel cap, namely the state of existing in it a special valve. The cooling system is pressurized and when contained therein coolant fluid is heated, the vapors escape through this valve is designed for a fuel cap, thereby ensuring normal operation of the system. If the plug is somehow damaged or blocked, the pair begin to look for alternative ways out. The result can be a damaged water pump seals, will leak coolant from the water pump.
Flushing the Cooling System
Not less frequently than every 2000 hours of operation of the tractor should be carried out flushing the cooling system. No matter on which the coolant (water or antifreeze) system works through a certain period of time, waste liquid is contaminated, it is beginning to change the chemical composition and becomes unusable. For washing, a special solution for the preparation of which in one liter of water is needed to dissolve 50-60 g soda. Washing is carried out as follows: the radiator must be filled with 2 liters of kerosene, and then fill it with the prepared solution. This mixture of diesel should work 8-10 hours. The solution was then drained and washed with pure water cooler.
In addition, the radiator has to be regularly dry cleaned. As the tractor is operated continuously in harsh conditions, often fall into the radiator dust, straw and other debris to be blown with compressed air. Without this unit quickly fail.
Finally I want to warn owners of tractors from another common mistake, which often encounter specialists Tractor Plant during repair work.
Some users have simply thrown out of the cooling system thermostat. This usually happens after the thermostat for some reason failed. Rather than repair it or buy a new one, the owners or operators of the tractor begin to "save", acting on the principle of "no thermostat - no problem." And yet, even not for a moment think about how much a result of savings to pay for a penny. To open the enclosure in which the thermostat is installed, and withdraw it from the cooling system, you should not: such actions immediately lead to a breach of a diesel engine operating temperature, and this is a direct threat to its existence. If the operation of the tractor in the summer no thermostat is not too adversely affects the operation of the engine in the winter to heat the diesel without the thermostat to the desired temperature is almost impossible. Remember that for the repair of all diesel will have to pay a lot more than replace the thermostat.
And, of course, comply with all the rules of service of the cooling system and carefully think about the performance of work to maintain her health |
Система охлаждения двигателя Назначение и классификация систем охлаждения Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя. Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси. Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии. Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов). По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть: • принудительными, в которых циркуляция обеспечивается насосом, расположенным на двигателе; • термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы плотности жидкости, нагретой деталями двигателя и охлажденной в радиаторе. Во время работы двигателя жидкость в рубашке охлаждения нагревается и поднимается в верхнюю ее часть, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, она опускается вниз и через нижний бачок вновь возвращается в систему охлаждения. • комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу. Устройство системы охлаждения Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ). В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор, насос ОЖ, вентилятор, термостат, патрубки, шланги, расширительный бачок. В систему охлаждения также включается радиатор отопителя. ОЖ, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее - за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от 6 до 12 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора.
Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ. Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые. Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы. Сердцевина таких радиаторов состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора. Наличие пластин улучшает теплоотдачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее круглых, так как поверхность охлаждения их больше; кроме того, в случае замерзания ОЖ в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения. В пластинчатых радиаторах сердцевина устроена так, что охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям пластин. Верхние и нижние концы пластин, кроме того, впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается вентилятором через проходы между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины обычно выполняют волнистыми. Пластинчатые радиаторы имеют большую охлаждающую поверхность, чем трубчатые, но вследствие ряда недостатков (быстрое загрязнение, большое количество паяных швов, необходимость более тщательного ухода) применяются реже. В сердцевине сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи ОЖ. Чтобы сделать возможной спайку концов трубок, края их развальцовывают так, что в сечении они имеют форму правильного шестиугольника. Достоинством сотовых радиаторов является большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения. В верхний бачок впаяны заливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга, подводящего ОЖ к радиатору. Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. Шланги прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения от окружающей среды. Она состоит из корпуса, парового (выпускного) клапана, воздушного (впускного) клапана и запорной пружины. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При превышении определенного значения открывается паровой клапан и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При этом возникает опасность сдавливания трубок радиатора. Для предотвращения этого явления служит воздушный клапан, который, открываясь, пропускает внутрь радиатора воздух. Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок. В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.
Насос ОЖ обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала - сальник. Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор. Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры. Вентилятор может приводиться не от коленвала двигателя, а отдельным электродвигателем. Такое подключение используется наиболее часто, так как позволяет довольно просто осуществлять автоматическое регулирование моментов включения и выключения с помощью термисторного датчика (его электрическое сопротивление изменяется в зависимости от нагрева). Если же работой системы охлаждения управляет контроллер двигателя, то появляется возможность изменения и частоты вращения. Кроме того, вентилятор «реагирует» и на режимы движения. Например, он включается на холостом ходу при езде в пробках для предотвращения перегрева и выключается при загородной езде на высокой скорости, когда естественного обдува радиатора вполне достаточно для его охлаждения. В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат. Термостат устанавливают в рубашке охлаждения головки цилиндров на пути циркуляции жидкости из рубашки в верхний бачок радиатора. В системах охлаждения используются термостаты с жидкостным и с твердым наполнитетелем.
Термостат с жидкостным наполнителем состоит из корпуса, гофрированного латунного цилиндра, штока и двойного клапана. Внутри гофрированного латунного цилиндра налита жидкость, температура кипения которой 70-75 градусов. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и циркуляция происходит по малому кругу: насос ОЖ - рубашка охлаждения - термостат - насос. <="" насос.="" -="" радиатора="" бачок="" нижний="" сердцевина="" верхний="" термостат="" охлаждения="" рубашка="" насос="" большому="" по="" происходит="" циркуляция="" и="" круг,="" малый="" в="" жидкости="" выход="" закрывает="" кромкой="" скошенной="" одновременно="" открывается,="" полностью="" термостата="" клапан="" градусов="" 90="" системе="" температуре="" При="" радиатор.="" через="" для="" путь="" открывает="" клапан,="" поднимая="" и,="" шток="" перемещает="" разжимаясь,="" цилиндр,="" повышается,="" давление="" испаряться,="" начинает="" жидкость="" цилиндре="" гофрированном="" 70-75="" до="" ОЖ="" нагреве=""> Термостат с твердым наполнителем состоит из корпуса, внутри которого помещен медный баллон, заполняемый массой, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Баллон сверху закрыт крышкой. Между баллоном и крышкой расположена диафрагма, сверху которой установлен шток, воздействующий на клапан. В непрогретом двигателе масса в баллоне находится в твердом состоянии, и клапан термостата закрыт под действием пружины. При прогреве двигателя масса в баллоне начинает плавиться, объем ее увеличивается и она давит на диафрагму и шток, открывая клапан. Контроль температуры ОЖ осуществляется по указателю температуры и при помощи сигнальной лампы перегрева двигателя на щитке приборов. Управление сигнальной лампой и указателем осуществляют датчики, ввернутые в верхний бачок радиатора и в рубашку охлаждения головки цилиндров. В качестве теплоносителя может применяться вода (в устаревших конструкциях двигателей) или антифриз. Качество ОЖ, применяемой для системы охлаждения двигателя, имеет не меньшее значение для долговечности и надежности его работы, чем качество топлива и смазочных материалов. Антифризы — охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля, не замерзающие при отрицательной температуре. Даже если температура внешней среды будет ниже минимальной рабочей температуры антифриза, он превратится не в лед, а в рыхлую массу. При дальнейшем понижении температуры эта масса затвердеет, не увеличившись в объеме и не повредив при этом двигатель. Основа антифризов — водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Пропиленгликолевая основа применяется реже. Ее главное отличие – безвредность для человека и окружающей среды, но и более высокая цена при тех же потребительских качествах. Этиленгликоль агрессивен к материалам двигателя, поэтому в него добавляют присадки. Всего их может быть до полутора десятков – противокоррозионных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплектом присадок и определяется качество и область применения антифриза. По типу присадок все антифризы делятся на три большие группы: неорганические, органические и гибридные. Неорганические (или силикатные) – наиболее «древние» жидкости, в которых в качестве ингибиторов коррозии применяются силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. К этой группе антифризов относится и широко распространенный у нас Тосол (хотя многие ошибочно считают его особым типом ОЖ). Главный их недостаток – малый срок службы из-за быстрого разрушения присадок. Пришедшие в негодность компоненты присадок образуют отложения в системе охлаждения, ухудшая теплообмен. Также возможно образование силикатных гелей (сгустков) в ОЖ. В наиболее современных органических (или карбоксилатных) антифризах используются присадки на основе солей карбоновых кислот. Такие антифризы, во-первых, образуют значительно более тонкую защитную пленку на поверхностях системы охлаждения, а во-вторых, ингибиторы действуют только в местах появления коррозии. Следовательно, присадки расходуются намного медленнее, тем самым существенно повышая срок службы антифриза. Промежуточное положение между органическими и неорганическими антифризами занимают гибридные. Их пакет присадок в основном включает соли карбоновых кислот, но и небольшую долю силикатов или фосфатов. Антифризы выпускаются либо в виде концентратов, либо в виде готовых к применению жидкостей. Концентрат перед применением нужно разбавить дистиллированной водой. Пропорция определяется необходимой минимальной температурой замерзания антифриза. Основа антифризов бесцветна, поэтому производители окрашивают их в разные цвета с помощью красителей. Это делается для облегчения контроля уровня антифриза и предупреждения о токсичности жидкостей. Совпадение цвета не всегда является свидетельством совместимости антифризов. В современных двигателях система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения отработавших газов в системе их рециркуляции (EGR), охлаждения масла в автоматической коробке передач, охлаждения турбокомпрессора. Некоторые двигатели с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом имеют двухконтурную систему охлаждения. Один контур предназначен для охлаждения головки блока цилиндров, другой – блока цилиндров. В контуре, охлаждающем ГБЦ, поддерживается температура на 15-20 градусов ниже. Это позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации. Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом. Основные неисправности системы охлаждения Внешними признаками неисправностей системы охлаждения является перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев двигателя возможен в результате следующих причин: недостаточное количество ОЖ, слабое натяжение или обрыв ремня насоса ОЖ, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность выпускного (парового) клапана пробки радиатора или расширительного бачка, неисправность насоса ОЖ. Заедание термостата в закрытом положении прекращает циркуляцию жидкости через радиатор. В этом случае двигатель перегревается, а радиатор остается холодным. Недостаточное количество ОЖ возможно в случае ее утечки или выкипания. Если уровень ОЖ понизился в результате выкипания – следует долить дистиллированной воды, если жидкость вытекла – доливается антифриз. Открывать пробку радиатора или расширительного бачка можно только когда ОЖ достаточно остынет (10-15 минут после остановки двигателя). В противном случае находящаяся под давлением ОЖ может выплеснуться и причинить ожоги. Вытекание жидкости происходит через неплотности в соединениях патрубков, трещин в радиаторе, расширительном бачке и рубашке охлаждения, при повреждении сальника насоса ОЖ, пробки радиатора или повреждении прокладки головки блока цилиндров. При эксплуатации автомобиля необходимо следить не только за уровнем, но и за состоянием антифриза. Если его цвет становится рыже-бурым, значит, детали системы уже коррозируют. Такой антифриз подлежит немедленной замене. Переохлаждение двигателя может происходить из-за заедания термостата в открытом положении, а также при отсутствии утеплительных чехлов в зимнее время. Если закрытая система охлаждения негерметична, то повышенное давление в ней не создается и двигатель не прогревается до рабочей температуры. А раз двигатель не прогревается, ЭБУ постоянно обогащает смесь. Таким образом, негерметичная система охлаждения увеличивает расход топлива. Систематическая работа двигателя на обогащенной смеси приводит к разжижению масла, увеличению нагарообразования, быстрому выходу из строя каталитического нейтрализатора. Выбор антифриза Если у вас в дороге возникла неисправность, в результате которой уровень охлаждающей жидкости упал ниже допустимого, не расстраивайтесь. Долить можно любой антифриз или воду. Система охлаждения от этого хуже работать не станет. Кстати, не все современные автолюбители знают, что воду нужно заливать мягкую – она не образует накипи. Самая мягкая вода достается нам с неба в виде дождя или снега. А грунтовые воды из родников, колодцев и артезианских скважин категорически не рекомендуются для доливки в систему охлаждения – они образуют очень много накипи. Смягчить воду можно кипячением в течение 20-30 минут с последующим отстаиванием и фильтрованием. Жесткость воды в бытовых условиях легко оценить по пенообразованию при намыливании рук мылом: в мягкой воде пена устойчивая, а в жесткой пена быстро гаснет, и на руках остается сальный осадок. Как только экстренная ситуация, вынудившая вас долить «не ту» жидкость, минует, «коктейль» нужно слить, систему охлаждения промыть и залить «правильный» антифриз. Выбор начинаем с бренда – известный вас не подведет. Далее находим обозначение класса антифриза. Вот здесь чаще всего возникают затруднения. Попробуем прояснить ситуацию. Основой любого антифриза является водный раствор этиленгликоля, который не расширяется при замерзании и не образует твердой сплошной массы. Но этиленгликоль коррозионно агрессивен к металлам. Для защиты деталей системы охлаждения от коррозии применяется три вида присадок: на основе силикатов, на основе солей органических кислот и смешанные (гибридные) добавки к антифризам. Первый рецепт – самый древний. Яркий пример – наш «Тосол», который лукавая реклама иногда позиционирует как антифриз, идеально подходящий для отечественных автомобилей. Выпадение силикатов в осадок приводит к закупориванию тонких трубок радиатора. Поэтому этот вариант покупки даже не рассматриваем. В англоязычном варианте такие антифризы называются: Conventional coolants, IAT (Inorganic Acid Technology) или Тraditional coolants. Гибридные антифризы включают соли карбоновых кислот и небольшое количество силикатов или фосфатов. И хотя этот рецепт тоже свое отживает, но в течение трех лет эксплуатации обеспечивает достаточно приличную защиту от коррозии. Маркируются они: Нybrid coolants, HOAT (Hybrid Organic Acid Technology) или TL 774-C (G-11). Более современные – карбоксилатные антифризы. В их составе отсутствуют неорганические присадки. Срок их службы – не менее 5 лет. Обозначаются надписями или символами: Carboxilate coolants, OAT (Organic Acid Technology, TL 774-F (G12+). Несколько лет назад (в 2008 году) появился еще один вид антифриза, который в английском варианте обозначают Lobrid coolants, SOAT coolants или TL 774-G (G 12++). По составу они аналогичны карбоксилатным, но в них присутствует небольшое количество силикатов. Считается, что такой антифриз можно безболезненно смешивать с любым другим классом охлаждающих жидкостей. Некоторые производители указывают на этикетке состав присадок, что также позволяет идентифицировать тип антифриза. Отсутствие аминов, боратов, нитритов, силикатов и фосфатов говорит о том, что антифриз – карбоксилатный. Гибридные также не должны содержать ничего из этого списка, кроме силикатов, но их количество не должно превышать 500 мг/л. Хорошим признаком, подтверждающим несомненное качество антифриза, является надпись об одобрении автопроизводителей с номерами допусков. Такие допуска выдаются только после длительных испытаний жидкости на автомобилях указанной марки. Правдивость надписи на этикетке можно легко проверить, зайдя на официальный сайт автопроизводителя. А вот заявления типа «Соответствует спецификациям…» или «Отвечает требованиям…» - не более, чем обещания изготовителя антифриза, но не гарантия качества. Особенно это касается маркировок G11, G12+, G12++. Она введена концерном WV только для одобренных им жидкостей. Но так как у нас такие обозначения получили большое распространение, то некоторые производители указывают их на этикетках, не имея на это полного права. То есть, антифриз может оказаться и хорошим, а может и не очень – рулетка. Больше доверия в таких случаях заслуживают известные марки, о чем уже упоминалось выше. Надпись «Совместим со всеми...» лишь подтверждает то, о чем говорилось в начале статьи. Если по каким-то параметрам антифриз не подходит вашему двигателю, то его можно безболезненно использовать только для доливки. Антифриз может продаваться в виде концентрата или уже готовым для заливки. Что выбрать – зависит от климата той местности, где вы проживаете, и вашего желания возиться с машиной. Например, если зимы теплые, к чему заливать 40 – градусный состав? Лучше купить концентрат и разбавить его дистиллированной водой до нужной консистенции (пропорции для разных температур указаны на этикетке). И последнее – цвет антифриза. Это свойство не играет абсолютно никакой роли. Сама по себе жидкость бесцветна и производитель при желании может раскрасить ее во все цвета радуги. А устойчивое заблуждение, что G11, G12+ или G12++ можно идентифицировать по одному лишь цвету, исходит от непрофессиональных реализаторов. Принцип работы системы охлаждения двигателя Система охлаждения предназначена для принудительного отвода от деталей двигателя автомобиля лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Температура в течение рабочего цикла двигателя изменяется от 80—120°С (минимальная) в конце впуска до 2000—2200 °С (максимальная) в конце сгорания смеси. Если двигатель автомобиля не охлаждать, то газы, имеющие высокую температуру, сильно нагревают детали двигателя и они расширяются. Масло на цилиндрах и поршнях выгорает, их трение и износ возрастают, а от чрезмерного расширения вследстие перегрева деталей происходит заклинивание поршней в цилиндрах двигателя, и двигатель может выйти из строя. Чтобы избежать отрицательных явлений, вызываемых перегревом двигателя, его необходимо охлаждать. Однако чрезмерное охлаждение двигателя вредно отражается на его работе. При переохлаждении двигателя автомобиля на стенках цилиндров конденсируются пары топлива (бензина), смывая смазку, разжижают масло в картере. В этих условиях происходит интенсивный износ поршневых колец, поршней, цилиндров и снижается экономичность и мощность двигателя. Нормальная работа системы охлаждения способствует получению наибольшей мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока службы двигателя автомобиля без ремонта. Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая – системой смазки и непосредственно окружающей средой. Благодаря этому создается определенный температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается. Тепло в автомобильных и тракторных двигателях отводится двумя способами, в зависимости от рода используемого теплоносителя: жидкостью (жидкостная система охлаждения) или воздухом (воздушная система охлаждения). Эти системы поглощают 25—35 % тепла, выделяющегося во время сгорания топлива. Температура охлаждающей жидкости, находящейся в головке блока цилиндров, должна быть равна 80—95°С для систем охлаждения без давления и до 126°С для систем охлаждения, работающих под давлением. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не должен изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя. Рис.1 Жидкостная система охлаждения. Жидкостная система охлаждения автомобильного двигателя (рис. 1) состоит из водяной рубашки, радиатора, вентилятора, термостата, насоса с крыльчаткой, отводящего и подводящего патрубков, ремня привода вентилятора, датчика указателя температуры жидкости, сливных краников и других деталей. Вокруг цилиндров двигателя и головки блока имеется пространство с двойными стенками (водяная рубашка), где циркулирует охлаждающая жидкость. Во время работы двигателя автомобиля охлаждающая жидкость нагревается и водяным насосом подается в радиатор системы охлаждения, где охлаждается, а затем снова поступает в рубашку блока цилиндров. Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы охлаждающая жидкость постоянно циркулировала по замкнутому кругу: двигатель — радиатор — двигатель. Жидкость может циркулировать по малому кругу, минуя радиатор (непрогретый двигатель, термостат закрыт), или по большому кругу, поступая в радиатор (прогретый двигатель, термостат открыт). Водяная рубашка двигателя состоит из рубашки блока цилиндров и рубашки головки блока,соединенных между собой отверстиями в прокладке между головкой и блоком. Крыльчатка водяного центробежного насоса и вентилятор приводятся в действие приводным усторойством. При вращении крыльчатки насоса охлаждающая жидкость нагнетается в водораспределительную трубку, расположенную в головке блока. Через отверстия в трубке жидкость направляется к патрубкам выпускных клапанов, благодаря чему охлаждаются наиболее нагретые части головки блока и цилиндров. Нагретая жидкость проходит в верхний отводящий патрубок. Если термостат закрыт, то по перепускному каналу жидкость снова поступает к центробежному насосу. При открытом термостате охлаждающая жидкость проходит в верхний бачок радиатора, охлаждается, протекая по трубкам, и поступает в нижний бачок радиатора. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему подводящему патрубку подводится к насосу, Водяной насос нагнетает жидкость в систему охлаждения, и основной ее поток проходит по водяной рубашке блока цилиндров от его передней части к задней. Омывая гильзы цилиндров со всех сторон и проходя через отверстия в привалочных поверхностях блока цилиндров и головок блока, а также в прокладке, расположенной между ними, охлаждающая жидкость поступает в рубашки головок блока. При этом значительное количество охлаждающей жидкости подается к наиболее нагретым местам — патрубкам выпускных клапанов и гнездам свечей зажигания. В головках блока охлаждающая жидкость движется в продольном направлении от заднего торца к переднему благодаря наличию отверстий соответствующего диаметра, просверленных в привалочных поверхностях блока цилиндров и головок, и дозирующих вставок, установленных в задних каналах впускного трубопровода. Отверстие во вставке ограничивает количество жидкости, поступающей в рубашку впускного трубопровода. Теплая жидкость, проходящая по рубашке впускного трубопровода, нагревает горючую смесь, поступающую из карбюратора (по внутренним каналам трубопровода), и улучшает смесеобразование. Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют дистанционным термометром, приемник которого расположен в кабинете водителя на щитке приборов, а датчик в водораспределительной коробке (дизель автомобиля КамАЗ), в водяном канале впускного трубопровода (двигатели автомобилей ГАЗ и ЗИЛ), в головке блока (двигатель автомобиля ГАЗ-24 «Волга»). Если температура воды в системе охлаждения превышает определенную величину, то на щитке приборов загорается сигнальная лампа, например красная при температуре воды 105-108°С. Рис. 2 Воздушная система охлаждения. Система воздушного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей состоит из ряда элементов, регулирующих ее работу и поддерживающих заданное тепловое состояние двигателя. Принципиальная схема воздушного охлаждения включает в себя подкапотное пространство,закрытое соответствующими кузовными панелями; аксиальный или центробежный вентилятор с направляющим аппаратом, приводимый от коленчатого вала двигателя; направляющие панели рубашки охлаждения, а также органы, управляющие расходом воздуха, например в виде управляемых термостатами заслонок, дросселирующих вход или выход воздуха, или автоматической муфты регулирования частоты вращения вала вентилятора. В потоке охлаждающего воздуха помещают масляный радиатор. Для контроля теплового состояния двигателя служат датчик температуры и показывающий прибор в кабине водителя. 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. 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. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ Большинство двигателей автомобилей имеет жидкостные системы охлаждения (открытые или закрытые). У открытой системы охлаждения внутреннее пространство непосредственно сообщается с окружающей атмосферой. Распространение получили закрытые системы охлаждения, у которых внутреннее пространство только периодически сообщается с окружающей средой при помощи специальных клапанов. В этих системах охлаждения повышается температура кипения охлаждающей жидкости и уменьшается ее выкипание. Удельное количество теплоты, отводимой в охлаждающую среду, зависит от размеров цилиндров и отношения хода поршня к диаметру цилиндра, влияющих на относительные площади воспринимающих теплоту и охлаждаемых поверхностей. С увеличением мощности двигателей на 25 – 68 % в результате применения наддува Удельное количество теплоты уменьшается на 3 – 15 %. Эффективность теплоотвода в охлаждающую среду от стенок тем больше, чем меньше вязкость среды и чем выше ее плотность, теплопроводность и теплоемкость. При воздушном охлаждении интенсивность отвода теплоты от стенок снижается еще больше. Так, при неподвижных относительно стенок воды и воздуха и при одинаковых разностях температур коэффициенты теплоотдачи различаются в 30 раз, при движении со скоростью 1-3 м/с воды и 50 м/с воздуха они отличаются в 13-15 раз. При кипении воды интенсивность теплоотдачи превышает интенсивность теплоотдачи в воздух примерно в 40 раз. Поэтому для обеспечения допустимых температур деталей двигателей воздушного охлаждения отношение площадей поверхностей, воспринимающих теплоту от газов и отдающих ее охлаждающему воздуху, увеличивают до 14 раз путем оребрения наружных поверхностей. Раздельное охлаждение головок и цилиндров позволяет повысить экономичность двигателя до 4% и мощность до 5 %. Основным контролируемым параметром работы системы охлаждения является температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя, измеряемая с помощью датчиков температуры и дистанционных термометров. Датчики температур устанавливают обычно на выходе охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя или агрегатов, например, турбокомпрессоров. Регулированием работы систем охлаждения можно значительно сократить изменение температур деталей, их стыков, уплотнений в зависимости от режимов работы двигателей. Для этого наиболее целесообразно регулировать работу систем охлаждения так, чтобы температура охлаждающего тела на выходе из зарубашечных или подкапотных пространств (или входе в них) оставалась постоянной. Это обеспечивается следующим: 1. регулированием количества тела, подаваемого в систему охлаждения (в системах воздушного охлаждения); 2. изменением количества нагретой охлаждающей жидкости, направляемой с помощью термостатов в охладители; 3. изменением интенсивности охлаждения жидкости в охладителях; 4. сочетанием нескольких способов регулирования, например, изменением количества жидкости, охлаждаемой в охладителях, и интенсивности охлаждения в них. Вторым контролируемым параметром является давление охлаждающего тела в системе охлаждения. Давление воздуха вместе с его расходом определяют затраты мощности на привод вентиляторов,оно не контролируется, так как непосредственно влияет на конструкцию и работоспособность решеток охладителей, дефлекторов и кожухов. В замкнутых системах жидкостного охлаждения вследствие парообразования при перегреве двигателя возможно увеличение давления; при водяном высокотемпературном охлаждении избыточное давление создается для повышения температуры кипения. Поэтому закрытые системы всегда оборудуют так называемыми паровыми клапанами, ограничивающими давление для предотвращения возможных разрушений рубашек цилиндров и блоков, трубопроводов, охладителей, расширительных баков, а также нарушения плотности соединений, в частности, уплотнений гильз и втулок цилиндров. При выключении или уменьшении нагрузки двигателя, наоборот, вследствие конденсации паров в системе может создаться разрежение и возникнуть опасность разрушений элементов систем охлаждения давлением окружающей среды. Для устранения этого закрытые системы оборудуют воздушными клапанами, обеспечивающими вход воздуха в систему. Обычно паровые и воздушные клапаны объединяют в паровоздушный клапан, выполняемый в одном корпусе. Этот корпус часто является устройством, закрывающим заливное отверстие, располагаемое в верхней точке системы - патрубке, соединяющим двигатель с охладителем, охладителе, расширительном или смесительном бачке. При способе регулирования путем изменения количества рабочего тела, подаваемого к охлаждающимся поверхностям или охладителям, наибольшее распостранение получили осевые вентиляторы. Подачу осевых вентиляторов изменяют периодическим отключением вентиляторов с помощью фрикционных или электромагнитных муфт или непрерывным изменением частоты вращения ротора вентилятора с помощью электродвигателей, вмонтированных в вентилятор, электромагнитных муфт и наиболее часто - с помощью гидравлических муфт, встроенных в механизм привода вентилятора. В случае перерыва подачи масла к гидромуфте она блокируется, и вентилятор вращается с частотой вращения вала. В зависимости от заполнения объемов между лопатками колес насоса и турбины через трубку подвода масла в гидромуфту изменяется частота вращения колеса турбины и вентилятора от 0 до 95 – 98 % частоты вращения вала. При этом температура воды поддерживается в пределах 80-95°С в зависимости от режима работы двигателя. Количество подаваемого в гидромуфту масла регулируется автоматически по температуре воды на выходе. Рис. 5 Гидравлическая и электромагнитная муфта. а) 1- ведомая часть, турбинное колесо; 2- крышка; 3-ведущая часть, насосное колесо; 4- лопасти; 5, 6- наружный и внутренний тор; 7- клапан заполнения; 8- радиатор; 9-предохранительный клапан; 10- насос; 11- бачок; 12- клапан опорожнения. б) А, Б, В- зазоры; 13- ведущая часть; 14-неподвижный корпус; 15- обмотка возбуждения; 16- ведомая часть. При способе регулирования путем изменения интенсивности охлаждения жидкости в жидкостновоздушных охладителях интенсивность охлаждения жидкости регулируют изменением поверхности охлаждения различными жалюзи, шторками и фартуками-уплотнителями или подач вентиляторов, прокачивающих воздух через решетку охладителя. При способе регулирования путем изменения количества нагретой охлаждающей жидкости применяются устройства, позволяющие изменять направление движения жидкости и его расход через пропускное сечение подводящих патрубков, термостаты. Рис. 6 Схема термостата. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и жидкость из рубашки охлаждения не может попасть в охладитель (в большой круг циркуляции). При закрытом клапане термостата жидкость поступает к насосу через малый круг циркуляции. При нагревании жидкости клапан термостата начинает открываться и охлаждение двигателя осуществляется всей жидкостью,циркулирующей по большому кругу. Проходное сечение клапана термостата и количество жидкости, поступающей в охладитель, увеличиваются по мере повышения температуры, чем в определенных пределах автоматически регулируется температурный режим двигателя. Термостаты изготавливают как с одним клапаном, так и с двумя клапанами и используют в различных системах охлаждения. При комбинированном способе регулирования используют все вышеперечисленные способы в различных сочетаниях. Они получили наибольшее распостранение в современных двигателях, так как позволяют поддерживать наиболее оптимальный температурный режим. В зависимости от способа циркуляции жидкости системы охлаждения подразделяют на термосифонные, с принудительной циркуляцией жидкости и смешанные. В термосифонной системе охлаждения циркуляция осуществляется за счет разницы в плотности холодной и горячей жидкости. Во время работы двигателя жидкость в полости рубашки охлаждения нагревается и поступает в верхнюю ее зону, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, вследствие чего за счет естественной конвекции она опять поступает в рубашку охлаждения. Для интенсивной циркуляции жидкости в таких системах нужен значительный перепад температур (около 30˚ ) на входе в радиатор и на выходе из него. В системах с принудительной циркуляцией жидкость прокачивается насосом из радиатора в нижнюю зону рубашки охлаждения, т. е. в зону не требующую интенсивного теплоотвода, а затем уже подается для охлаждения более горячей головки. Перепад температур на входе и на выходе из радиатора в таких системах может быть в пределах 8-12˚, что позволяет значительно уменьшить его габариты. Смешанные системы охлаждения характеризуются тем, что холодная жидкость из радиатора подается насосом в верхнюю зону рубашки охлаждения цилиндров или непосредственно в полость головки блока. Цилиндры охлаждаются в этом случае путем естественной конвекции жидкости, что позволяет поддерживать температуру их стенок на желаемом уровне. Охлаждающая жидкость подается к наиболее горячим стенкам камеры сгорания и выпускных патрубков в таких системах часто с помощью специальных водораспределительных труб или каналов. Температуру жидкости на выходе из двигателя поддерживают в пределах 80-95˚ независимо от режима работы с помощью термостата, ограничивающего циркуляцию охлаждающей жидкости через радиатор, жалюзи, закрывающих решетку радиатора, или регулируя производительность вентилятора. К системе охлаждения подключают и отопитель салона, в котором циркулирует охлаждающая жидкость. По периодам регулирования системы охлаждения различают: Однопериодная система охлаждения двигателя. В данной системе охлаждения отсутствуют термостаты и различные муфты привода вентилятора. Охлаждающая жидкость всегда циркулирует через охладитель и интенсивность охлаждения регулируется только изменением поверхности охлаждения различными жалюзи, шторками и фартуками-уплотнителями. Рис. 7 Однопериодная система охлаждения. Двухпериодная система охлаждения двигателя. В данной системе охлаждения применяют одноклапанные термостаты, которые позволяют изменять направление потока и количество охлаждающей жидкости. В первый период регулирования, когда закрыт клапан термостата, вода циркулирует по малому кругу. Так как двигатель в данном случае охлаждается лишь частью жидкости, заполняющей систему, то эта жидкость быстро нагревается. Во второй период регулирования клапан термостата открывается, и охлаждение двигателя осуществляется всей жидкостью, циркулирующей по большому кругу. Рис. 8 Двухпериодная система охлаждения. Трехпериодная система охлаждения двигателя. В данной системе охлаждения применяют двухклапанные термостаты либо одноклапанные термостаты совместно с изменением режима работы вентилятора с помощью различных муфт и электродвигателей. В первый период регулирования вода циркулирует по малому кругу охлаждения, при закрытом клапане термостата. Во второй период охлаждающая жидкость циркулирует как по малому, так и по большому кругу охлаждения при открытых клапанах двухклапанного термостата, либо по большому кругу охлаждения при одноклапанном термостате. В третий период регулирования жидкость циркулирует по большому кругу охлаждения при двухклапанном термостате, а при одноклапанном термостате включается привод вентилятора. Рис. 9 Трехпериодная система охлаждения. Четырехпериодная система охлаждения. Применяется при двухклапанном термостате. Первые три периода регулирования аналогичны вышеописанным, а в четвертый период регулирования включается привод вентилятора. Рис. 10 Четырехпериодная система охлаждения. Системы охлаждения и входящие в них дополнительные перечисленные элементы имеют заливные и сливные отверстия, закрываемые пробками или кранами. Сливные устройства располагают в нижних точках участков систем и используют для слива не только охлаждающих жидкостей, но и промывочных, с помощью которых удаляют отложения и накипь. В установках с двигателями внутреннего сгорания нагретое охлаждающее тело часто используют для отопления кабин или других помещений, для чего системы охлаждения сообщают с отопительными системами. Для быстрого прогрева двигателей с жидкостным охлаждением перед пуском в систему охлаждения монтируют подогревательные устройства: с горелками, работающими на бензине или дизельном топливе паровые или водяные, питающиеся от внешних источников тепловой энергии (автомобильные двигатели при безгаражном хранении автомобилей). ПРИБОРЫ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ Охладитель. Теплота, отводимая в охлаждающую жидкость внутреннего контура (воду, ТОСОЛ,антифриз) и смазочное масло, а также теплота, воспринимаемая при охлаждении наддувочного воздуха, передается охлаждающему теплоносителю в соответствующих охладителях. Охлаждающим теплоносителем в установках наземного транспорта является атмосферный воздух. В этом случае, когда для рассеивания теплоты используется атмосферный воздух, теплообменники называют радиаторами. Целесообразность применения того или иного теплоносителя может быть охарактеризована следующими относительными значениями теплоотдачи. Таблица 1 Теплоноситель Атмосферный воздух Воздух при р=0,2 МПа Смазочное масло Вода Относительное значение теплоотдачи 1 3 8-10 100
Применение охладителей наддувочного воздуха для автотракторных двигателей не вносит существенных изменений в основные схемы компоновки системы охлаждения. Однако тип охладителя наддувочного воздуха (водяной или воздушный) и его конструкция в большой степени определяются общей конструктивной схемой основной системы охлаждения. Водяные радиаторы, используемые для охлаждения наддувочного воздуха и устанавливаемые в системах с автономным жидкостным низкотемпературным контуром (рис. 11, а), работают так же, как основные радиаторы охлаждения воды. В некоторых случаях их выполняют в одном блоке с основным водяным радиатором двигателя. Воздушные радиаторы, включенные в воздушный тракт основной системы охлаждения двигателя (рис. 11, 6), обычно устанавливают перед водяным и масляным радиаторами, и они омываются воздухом, температура которого мало отличается от температуры окружающей среды. Наружные и внутренние поверхности охлаждения таких радиаторов выполняют с учетом различия условий теплоотдачи воздушных потоков, находящихся под повышенным (наддувочный воздух) давлением. Существенным недостатком этой схемы являются повышенные гидравлические потери при охлаждении наддувочного воздуха, которые могут быть на порядок (и более) выше, чем в системе, выполненной по схеме на рис. 11, а. От указанного недостатка свободны системы, схема которых показана на рис. 11, в, и используемые на некоторых дизелях семейства ЯМЗ. К материалам, используемым в охладителях двигателей внутреннего сгорания, предъявляют следующие требования: 1. достаточная прочность и пластичность, 2. высокая теплопроводность, 3. стойкость против коррозии, 4. технологичность и низкая стоимость. С точки зрения удовлетворения этих требований наиболее пригодными материалами для изготовления теплообменников являются медь, алюминий и сплавы на их основе. Стальные водяные радиаторы имеют по сравнению с медными большую массу, низкую теплопроводность и недостаточную коррозионную стойкость. Использование защитных цинковых покрытий не обеспечивает надежной противокоррозионной защиты радиаторов. Поэтому сталь,как правило, используют почти исключительно для изготовления масляных радиаторов.
Рис. 11а) б) в) Схемы установки охладителя на автотракторных двигателях. 1- двигатель; 2- основной вентилятор;
3- агрегат наддува; 4- водяной радиатор;
5- масляный радиатор; 6-секция водяного
радиатора для охлаждения Водяные радиаторы, используемые для охлаждения наддувочного воздуха и устанавливаемые в системах с автономным жидкостным низкотемпературным контуром (рис. 11, а), работают так же,как основные радиаторы. Для изготовления теплообменников применяют медь марок Ml, M2 и МЗ, содержащих медь (согласно ГОСТ 859-78) в пределах 99,9 - 99,5 %. На основе меди получают различные сплавы, которые обладают высокими механическими и технологическими свойствами, например, сплав меди с цинком. Наиболее легким и перспективным материалом является алюминий высокой степени чистоты (типа АДО или АД1); сплав алюминия с марганцем (типа АМц); сплав алюминия с магнием (типа АМг). Однако у алюминия и сплавов на его основе недостаточная стойкость к эрозии и коррозии по сравнению с медью и ее сплавами. Поэтому монометаллическим алюминиевым материалам предпочитают биметаллические, у которых поверхность, соприкасающуюся с агрессивной средой, изготовляют из материала, стойкого к эрозии и коррозии, а наружную сторону - из алюминиевого сплава. Рис. 12 Решетки радиаторов трубчато-пластинчатого (а); трубчато-ленточного (б); пластинчатого (в); сотового (г). В настоящее время наибольшее распространение получили водяные радиаторы с поверхностями охлаждения трубчато-пластинчатого типа с коридорным или шахматным расположением труб. Низкая механическая прочность (внутреннее давление до 0,05 МПа) пока препятствует широкому распространению водяных радиаторов с пластинчато-ленточным типом поверхности охлаждения,хотя они имеют высокую компактность и тепловую эффективность. В трубчато-пластинчатых и трубчатоленточных радиаторах применяют тонкостенные трубы плоскоовального сечения. В трубчато-пластинчатых радиаторах применяют также и круглые трубы. Толщина стенки трубы в зависимости от материала (сталь, латунь, медь, алюминий) колеблется от 0,1 до 1 мм. В данных радиаторах рациональные значения шага труб находятся в пределах 10-18 мм - по фронту и 21-24 мм - по глубине. Эти размеры обеспечивают лучшее использование массы и объема радиатора. Шаг пластин оребрения в конструкциях радиаторов составляет 3-6 мм. Водяные радиаторы имеют по глубине три-шесть рядов труб. Вследствие увеличения степени турбулентности воздушного потока при движении его через первые ряды труб в многорядном радиаторе коэффициент теплоотдачи во втором и третьем рядах возрастает по сравнению с первым рядом, а затем стабилизируется. В радиаторах элементарные каналы, по которым движется охлаждающий воздух, имеют различную форму поперечного сечения: прямоугольную, квадратную, треугольную, полукруглую и т.д. Для легковых и грузовых малой грузоподъемности автомобилей глубина радиатора составляет 60-90 мм. Расчетные скорости воздуха перед фронтом радиатора определяются подачей вентилятора и для тракторных двигателей могут составлять 6-15 м/с. Для автомобильных двигателей учитывается и скорость движения транспортного средства на низшей передаче. Эта добавка составляет 3-5 м/с. Скорость воды в каналах влияет на теплопередачу в радиаторе в меньшей степени, чем скорость воздуха. Более того, при достижении определенного значения скорости воды в каналах (1,4 м/с) теплоотдача на внутренней стороне поверхности охлаждения уже совершенно не лимитирует процесс теплопередачи в радиаторе. Дальнейшее увеличение скорости воды ведет только к чрезмерному увеличению перепада давления в радиаторе, а следовательно, и мощности, затрачиваемой на привод водяного насоса. Рациональное значение скорости воды находится в пределах 0,4-0,8 м/с. Температура воды на входе в радиатор составляет 355-365 К. Перепад температуры воды в радиаторе равен 5-8 К. Для предотвращения образования паровых пробок в топливоподающей магистрали бензиновых двигателей и обеспечения максимальности средней логарифмической разности температур подогрев воздуха в радиаторе не должен превышать 10-15 К. Но при эксплуатации в результате влияния влажности воздуха подогрев воздуха в радиаторе может доходить до 40 К. Радиатор, имеющий верхний и нижний бачки, соединенные сердцевиной радиатора. В верхний бачок впаяны наливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга подводящего охлаждающую жидкость к радиатору. Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. К верхнему и нижнему бачкам припаяны боковые стойки, соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластина образуют каркас радиатора. Радиатор соединен с рубашкой охлаждения двигателя патрубками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Перед радиатором установлены жалюзи для регулирования количества воздуха,проходящего между трубками радиатора. При перемещении рукоятки, укрепленной в кронштейне,вперед до отказа створки полностью открываются, и воздух свободно проходит между трубками радиатора. Рис. 13 Элементы системы охлаждения: а -общий вид радиатора б - открыт паровой (выпускной) клапан; в -открыт воздушный (впускной) клапан- /-стойка- 2 - тяга; 3 -каркас; -/-жалюзи; 5 - пробка радиатора; б и 22 - горловина радиатора- 7 - верхний бачок; 8 и 12 -гибкие шланги; 9 - направляющий кожух; 10 -отводящий патрубок- //-сердцевина радиатора; 13 -сливной краник радиатора; 14 - нижний бачок; 15 -рукоятка привода жалюзи; 16 - фиксатор; 17 -пароотводная трубка; /«-пружина парового клапана- /9-корпус пробки; 20 -стойка; 21 -запорная пружина; 23 - паровой (выпускной) клапан; 24 -прокладка выпускного клапана; 25 - прокладка воздушного клапана; 26 - воздушный клапан; 27-пружина воздушного клапана; 28 - седло воздушного клапана; 29 - отверстие для поступления воздуха В случае перемещения этой рукоятки назад до отказа створки закрываются, и обдув радиатора воздухом прекращается. Для поддержания определенного температурного режима двигателя рукоятку можно установить на фиксаторе в любом промежуточном положении. Рис. 14 Паровоздушный клапан: 1- воздушный клапан; 2- паровой клапан; 3-пароотводная трубка Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения двигателя от окружающей среды. Пробка радиатора состоит из корпуса, парового и воздушного клапанов и запорной пружины. На стойке, при помощи которой к корпусу крепится запорная пружина, установлен паровой клапан, прижатый пружиной. Воздушный клапан прижимается пружиной к седлу, запрессованному в паровом клапане. Плотное соединение клапанов достигается установкой резиновых прокладок. При повреждении или разрушении резиновых прокладок система охлаждения становится открытой, и вода закипает при 100°С. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При увеличении давления до 145—155 кН/м2 (1,45—1,55 кгс/см2) открывается паровой клапан, преодолевая сопротивление пружины. Система охлаждения двигателя сообщается с окружающей средой, и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При снижении давления на 1 — 13 кН/м2 (0,01 —0,13 кгс/см2) открывается воздушный клапан и в радиатор через отверстия и клапан начинает поступать воздух, проходящий по пароотводной трубке. Работа парового и воздушного клапанов предотвращает возможное повреждение радиатора под действием как внешнего, так и внутреннего давления. Трубчато-пластинчатые радиаторы широко применяют на тракторах, комбайнах,автомобилях-тягачах, грузовых автомобилях большой грузоподъемности, т.е. там, где необходимо обеспечить высокую механическую прочность. На легковых автомобилях, а также грузовых (малой и средней грузоподъемности) устанавливают трубчатоленточные радиаторы, имеющие несколько меньшую механическую прочность, но сравнительно более высокую тепловую эффективность и лучшую технологичность. Для охлаждения масла в комбинированных двигателях внутреннего сгорания применяют в основном два типа охладителей - водомасляные теплообменники и воздушно-масляные радиаторы. Водомасляные теплообменники в настоящее время применяют и в дизелях автотракторного типа большой мощности, так как они отличаются простотой, компактностью, хорошо компонуются на двигателях, надежны в эксплуатации, легко ремонтируются и имеют по сравнению с воздушно - масляными радиаторами меньшие размеры и массу. Для высокофорсированных дизелей в трубчатоленточных масляных радиаторах применяют внутренние вставки - завихрители, что позволяет при тех же размерах сердцевины в 2,7-3 раза повысить теплоотдачу по сравнению с гладкотрубчатыми масляными радиаторами. Турбулизирующие вставки свободно вставляются или припаиваются к внутренней поверхности труб. Их выбирают так, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между эффективностью теплоотдачи и потерей давления. В настоящее время получили распространение алюминиевые воздушно-масляные радиаторы, в которых теплоотдача на единицу массы в 4-4,5 раза выше, чем в латунных. Масляные радиаторы автотракторных двигателей изготовляют из стальных плоскоовальных труб с размерами сечения 17,5 х 5 мм с коллективными пластинами оребрения. Преимуществами таких радиаторов являются простота конструкции, высокая надежность и низкая стоимость. Жидкостной насос. Для создания в системе
охлаждения принудительной Рис. 15 Жидкостной насос От смещения шарикоподшипники удерживаются втулкой и стопорными кольцами. Для удержания в них смазки и для защиты от загрязнения шарикоподшипники имеют уплотнения. На одном конце вала болтом укреплена пластмассовая крыльчатка. На другом конце вала установлены разрезная конусная втулка и, на шпонке, ступица шкива и вентилятора. Уплотнение вала в
корпусе осуществлено Вентилятор. Для создания воздушного потока, охлаждающего жидкость, протекающую по трубкам радиатора, служит вентилятор, состоящий из крыльчатки и ступицы со шкивом. Иногда к каркасу радиатора для более интенсивного охлаждения в нем жидкости присоединяют направляющий кожух (диффузор), внутри которого вращаются лопасти вентилятора. На привод вентилятора затрачивается до 3-5 % мощности двигателя, что вызывает увеличение расхода топлива. С вентилятором связана и повышенная шумность работы двигателя. Поэтому в настоящее время стремятся обеспечить эффективную работу системы охлаждения с минимальными энергетическими затратами. Работу вентилятора характеризуют коэффициентом давления, который у обычных одноступенчатых аксиальных вентиляторов с малым числом лопастей составляет 0,07. У многолопаточных аксиальных вентиляторов эффективность повышается вдвое (К=0,15), еще более эффективны осерадиальные вентиляторы с неподвижным направляющим аппаратом (К=0,3). Наиболее эффективно работают центробежные вентиляторы (К=0,4). Однако для систем жидкостного охлаждения их практически не применяют из-за громоздкости воздухосборной улитки. Рис. 16 Типы вентиляторов. Аксиальные вентиляторы обычно делают с неравномерным шагом лопастей, что снижает вибрацию и шум вентилятора. На рис. 16 а показан простейший шестилопастной вентилятор со штампованными стальными лопастями. Сейчас чаще применяют 6 - 8-лопастные вентиляторы, отлитые целиком из алюминия или пластмассы, лопасти которых имеют сечение крыла (рис. 16 б). На рис. 16 в показан многолопастной вентилятор, набранный из отдельно отштампованных из пластмассы коротких профильных лопаток, на рис. 16 г – осерадиальный вентилятор. Последние два типа вентиляторов имеют высокую эффективность и применяются на двигателях, работающих с высокими нагрузками на машинах с ограниченными скоростями движения. Для двигателей легковых автомобилей, работающих в основном с частичными нагрузками, более актуальным является переохлаждение, поэтому в настоящее время получили распостранение вентиляторы с подачей, регулируемой в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. При температуре охлаждающей жидкости менее 85-90˚ они отключаются, что позволяет уменьшить расход топлива. Рис. 17 Способы изменения подачи вентилятора путем изменения угла атаки лопаток (а), с помощью отключения вентилятора (б, в). Вентиляторы двигателей автомобилей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и др. имеют лопасти с отогнутыми вперед концами. При вращении такого вентилятора увеличивается подача воздуха и лучше охлаждается радиатор. В 60-х годах появились вентиляторы с углом атаки лопастей, уменьшающимся с ростом частоты вращения вала двигателя, т. е. с увеличением скорости автомобиля и динамического напора воздуха на решетку радиатора. Наиболее распространен привод вентилятора клиноременной передачей от шкива на носке коленчатого вала. Клиноременный привод достаточно прост, однако имеет и свои недостатки. Прежде всего это потери мощности на деформацию ремня и невысокая долговечность. Такой привод требует регулярного контроля натяжения ремня. Недостаточное натяжение связано с пробуксовкой и повышенным износом, а чрезмерное—с перегрузкой подшипников ступицы вентилятора. Технологически более сложный, но менее «энергоемкий» шестеренный привод вентилятора сохранился на двигателях ЯМЗ-236. Для малых двигателей легковых автомобилей все чаще применяют привод вентилятора электродвигателем. Термостат. Необходимую температуру
жидкости в системе охлаждения
автоматически поддерживает Жидкостный термостат (рис. 18 а) состоит из корпуса с окнами, гофрированного баллона и клапана. Нижняя часть гофрированного баллона жестко соединена с кронштейном и корпусом. К верхней части баллона припаян шток с клапаном. Шток может перемещаться в направляющей корпуса. Иногда на клапане термостата делают небольшое отверстие или выдавку на кромке для выхода воздуха при заливке жидкости в систему охлаждения. В запаянном гофрированном баллоне находится жидкость, занимающая примерно половину внутреннего объема баллона. Из баллона откачан воздух, и при нормальных условиях он сжат, а клапан закрыт. Жидкостный термостат
работает следующим образом. Если
температура жидкости в Термостат с твердым наполнителем (рис. 18 б) расположен между впускным трубопроводом и отводящим патрубком. К корпусу постоянно прижимается пружиной клапан, шарнирно соединенный со штоком. Последний опирается на резиновую мембрану, которая зажата между баллоном и направляющей втулкой. Внутреннее пространство баллона заполнено твердым наполнителем. Пока двигатель не прогрет, наполнитель в баллоне находится в твердом состоянии и клапан термостата закрыт. При повышении температуры воды в системе охлаждения до 70 °С и более объем наполнителя увеличивается, так как церезин плавится и нажимает на мембрану. Она выгибается вверх, давит через буфер на шток, который поворачивает клапан, вследствие чего охлаждающая жидкость поступает в радиатор. При снижении температуры охлаждающей жидкости объем твердого наполнителя уменьшается, и клапан термостата под действием возвратной пружины закрывается.
Роль системы охлаждения в безотказной работе трактора
Для безотказной работы дизеля очень важна поддержка правильного температурного режима эксплуатации. Если температурный режим выдерживается, двигатель, как правило, работает долго и без нареканий. А вот нарушение температурного режима из-за неполадок в системе охлаждения влечёт за собой значительное количество поломок дизеля, вплоть до полного его выхода из строя. Для тракторов нормальная работа всех механизмов дизеля обеспечивается при температуре 85–95 °С. Эксплуатация как при более низких, так и при более высоких температурах крайне негативно сказывается на состоянии трактора. В первом случае происходит значительная потеря мощности и, соответственно, перерасход топлива. Во втором — двигатель может просто заклинить, что приведет к механическому разрушению ряда деталей. Только исправная система охлаждения позволяет трактору постоянно работать в оптимальном температурном режиме.
Что и в каком количестве заливать в систему охлаждения
Безотказную работу самой системы охлаждения гарантируют две составляющие: количество и качество охлаждающей жидкости, залитой в систему. Основная ошибка операторов при обслуживании системы охлаждения состоит в том, что они, после того как залили в агрегат какую-либо охлаждающую жидкость, считают свои обязанности полностью выполненными. На самом деле всё сложнее и требует чуть больше ответственности и внимания. В первую очередь обратимся к вопросу качества. Оптимальной охлаждающей жидкостью для дизеля является тосол: в нем нет никаких минеральных добавок и активных веществ, которые вступают в реакцию с системой охлаждения и выводят её из строя. В пользу тосола говорит и тот факт, что новенькие тракторы с завода поставляются покупателям именно с этой охлаждающей жидкостью. Можно в качестве охлаждающей жидкости использовать и воду, но не любую, как полагают многие, а исключительно мягкую. В естественных условиях — это дождевая или талая вода. Но если под рукой есть только жёсткая колодезная или водопроводная вода, то и её вполне можно смягчить. Для этого необходимо добавить в воду кальцинированную соду (в пропорции 10–12 г соды на 10 литров воды). Ещё один важный вопрос — количество охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Его в обязательном порядке необходимо регулярно контролировать. В верхнем бачке радиатора уровень жидкости должен быть на 50–60 мм ниже уровня заливной горловины. Если уровень охлаждающей жидкости будет выше, то, нагреваясь и расширяясь в процессе работы дизеля, она будет вытекать через контрольное сливное отверстие радиатора. Проблема, вроде бы, и не критичная, но приводит к напрасному перерасходу недешёвого тосола, загрязнению окружающей среды (тосол считается активным веществом) и загрязнению других узлов двигателя прилипающей пылью — со всеми вытекающими последствиями. Кстати, операторы часто жалуются на проблему вытекания охлаждающей жидкости через контрольное сливное отверстие радиатора, а ведь сами же её и создают собственной небрежностью. Если уровень охлаждающей жидкости окажется ниже нормы, то не будет происходить необходимая её циркуляция по всей системе охлаждения, что, естественно, приведет к скорому перегреву дизеля.
Типичные ошибки и недосмотры операторов
Когда потребители обращаются с жалобами на какие-то непонятные сбои в работе системы охлаждения, при дальнейшем разбирательстве очень часто выясняется, что они элементарно не выполняют обязательного ежесменного технического обслуживания системы, о котором чётко говорится в пособии по эксплуатации. Одним из этапов такого обслуживания является обязательная проверка натяжения ремня, идущего на водяной насос. Проверять его очень просто: необходимо взяться за ремень рукой на самой большой его ветви между генератором и водяным насосом и нажать с усилием около 40 Ньютонов (приблизительно 4 кг) . При этом прогиб ремня должен составить от 15 до 22 мм. Если натяжение ремня недостаточное, водяной насос будет работать неэффективно: перекачка охлаждающей жидкости будет проводиться не по всей системе охлаждения, что может привести к сбою. Также необходимо внимательно следить за состоянием пробки заливной горловины, а именно за состоянием имеющегося в ней специального клапана. Система охлаждения герметична, и, когда содержащаяся в ней охлаждающая жидкость нагревается, образовавшиеся пары выходят через предназначенный для этого клапан в пробке заливной горловины, тем самым обеспечивая нормальную работу системы. Если пробка каким-то образом повреждается или закупоривается, пары начинают искать альтернативные пути выхода. В результате могут быть повреждены уплотнители водяного насоса, начнется подтекание охлаждающей жидкости из водяного насоса.
Промывка системы охлаждения
Не реже, чем через каждые 2 000 часов работы трактора необходимо проводить промывку системы охлаждения. Независимо от того, на какой охлаждающей жидкости (воде или тосоле) работает система, через определённый промежуток времени отработавшая жидкость загрязняется, начинает менять свой химический состав и становится непригодной для дальнейшего использования. Для промывки используется специальный раствор, для приготовления которого в одном литре воды необходимо развести 50–60 г соды. Промывка осуществляется следующим образом: в радиатор необходимо залить 2 литра керосина, а затем заполнить его приготовленным раствором. На этой смеси дизель должен проработать 8–10 часов. После этого раствор сливается, а радиатор промывается чистой водой. Помимо этого радиатору необходима регулярная сухая чистка. Поскольку трактор постоянно эксплуатируется в агрессивных условиях, то в радиатор нередко попадают пыль, солома и другой мелкий мусор, который необходимо выдувать сжатым воздухом. Без этого агрегат быстро выйдет из строя. Напоследок хочется предостеречь владельцев тракторов от ещё одной распространенной ошибки, с которой нередко сталкиваются специалисты Тракторного завода во время проведения ремонтных работ. Некоторые пользователи просто выбрасывают термостат из системы охлаждения. Обычно это происходит после того, как термостат по каким-то причинам вышел из строя. Вместо того чтобы отремонтировать его или купить новый, владельцы или операторы трактора начинают «экономить», действуя по принципу «нет термостата — нет проблемы». И при этом даже ни на минуту не задумываются о том, какую сумму в результате придется заплатить за сэкономленные копейки. Вскрывать корпус, в котором установлен термостат, и изымать его из системы охлаждения категорически нельзя: подобные действия сразу же приводят к нарушению температурного режима эксплуатации дизеля, а это уже прямая угроза его существованию. Если при эксплуатации трактора в летний период отсутствие термостата не слишком пагубно влияет на работу двигателя, то зимой нагреть дизель без термостата до необходимого температурного режима практически невозможно. Помните о том, что за ремонт всего дизеля платить придется куда больше, чем за замену термостата. И, конечно же, соблюдайте все правила обслуживания системы охлаждения и внимательно относитесь к выполнению работ по поддержанию её работоспособности.
|
.