Назначение системы охлаждения?

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ГАПОУ ТО «ТЮМЕНСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

А. Л. Панов

Система охлаждения

Учебное пособие по части курса

Тюмень 2015

ББК 39.34

П 16

Рецензенты: преподаватель ГАПОУ ТО «ТЛТ» В. Н. Брагин, кандидат технических наук, доцент кафедры Технические системы в АПК Государственного аграрного университета Северного Зауралья И. И. Сторожев

П 16Панов А. Л. Система охлаждения: Учебное пособие по части курса / ГАПОУ ТО «ТЮМЕНСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ». – Тюмень, 2015.

Учебное пособие по части курса включает в себя адаптированный конспект по теме Система охлаждения, тестовые задания для самостоятельной подготовке по теме, рекомендательные списки литературы.

Материалы составлены в соответствии с ФГОС по специальности 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, утвержденным приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от «17» марта 2010 г. № 184 и с учетом особенностей обучения в ГАПОУ ТО «ТЛТ».

Адресовано студентам и преподавателям техникумов и колледжей технического профиля.

Печатается по решению Методического совета ГАПОУ ТО «Тюменский лесотехнический техникум» от «__» _______ 2015 года протокол № ____

ББК 39.34

©ГАПОУ ТО «Тюменский лесотехнический техникум», 2015

Содержание.

1. Назначение системы охлаждения, влияние перегрева и переохлаждения на работу и состояние двигателя 4

2. Виды систем охлаждения 4

3. Устройство и работа системы охлаждения 4

4. Устройство и работа агрегатов системы охлаждения 5

5. Способы регулирования теплового режима 8

6. Воздушное охлаждение 9

7. Преимущества и недостатки воздушной системы охлаждения 10

8. Гидромуфта привода вентилятора 11

Тесты для самоконтроля 13

Литература 19

Тема 1.1.5 Система охлаждения

1. Назначение системы охлаждения, влияние перегрева и переохлаждения на работу и состояние двигателя

Система охлаждения предназначена для обеспечения оптимального и стабильного теплового состояния двигателя на любом режиме его работы путем принудительного отвода теплоты от его деталей. Нарушение теплового режима работы двигателя негативно сказывается на работе всех его систем и механизмов.

При переохлаждении двигателя растут потери на трение из-за повышения вязкости масла и интенсивность износа, ухудшается смесеобразование и сгорание, повышается выброс углеводородов, увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра, конденсация паров воды в картере усиливает коррозионный износ деталей.

При перегреве двигателя снижается вязкость масла, и растут потери на трение, снижается прочность материалов, растут температурные напряжения и деформации деталей, вызывая их коробление и выбирая зазоры в подвижных сочленениях, уменьшается массовое наполнение, а в двигателях с искровым зажиганием также возрастает вероятность детонации.

2. Виды систем охлаждения

В зависимости от вида теплоносителя, с помощью которого осуществляется отвод теплоты от двигателя, различают жидкостные и воздушные системы охлаждения.

В зависимости от способа циркуляции охлаждающей жидкости различают две системы охлаждения: термосифонную и принудительную.

В зависимости от способа сообщения системы с атмосферой она может быть закрытой или открытой.

3. Устройство и работа системы охлаждения

Основными частями системы охлаждения являются: рубашка охлаждения головки и блока цилиндров, датчики указателей температуры воды и сигнальной лампы, водяной насос, термостат, расширительный бачок, радиатор, жалюзи, вентилятор.

В зависимости от теплового состояния двигателя циркуляция жидкости в системе происходит по большому или малому кругу (рис. 1) и обеспечивается насосом, который приводится в действие от шкива, соединенного через клиноременную передачу со шкивом коленчатого вала. При нормальном тепловом режиме работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует по большому кругу. При этом клапан термостата открыт и жидкость через патрубок подается к верхнему бачку радиатора, откуда по трубкам сердцевины радиатора она поступает в нижний его бачок (направление движения жидкости показано стрелками).

Рисунок 1 - Схема системы охлаждения:

1 – рубашка охлаждения головки и блока цилиндров; 2 и 6 – датчики указателей температуры воды и сигнальной лампы; 3 – водяной насос; 4 - перепускной канал; 5 – термостат; 7 и 8 – пробки; 9 – расширительный бачок; 10 – радиатор; 11 - жалюзи; 12 – вентилятор; 13 и 14 – сливные краники; 15 – краник отопителя кабины; 16 – радиатор отапителя кабины.

Жидкость, проходящая через радиатор, охлаждается воздухом, подаваемым под напором вентилятором, и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля и регулируемым при помощи жалюзи (пластин-створок). Охлажденная жидкость через нижний патрубок радиатора подается снова к насосу и далее в рубашку охлаждения блока и головки цилиндров.

При пуске и работе непрогретого двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 72° С, ее циркуляция происходит по малому кругу. В этом случае жидкость не поступает в радиатор, так как клапан термостата закрыт, а проходит по рубашке блока и головки цилиндра и через перепускной канал, омывая термостат, снова поступает к насосу, обеспечивая тем самым быстрый прогрев холодного двигателя. По мере повышения температуры охлаждающей жидкости клапан термостата открывается, и она начинает циркулировать по большому кругу.

4. Устройство и работа агрегатов системы охлаждения

Радиатор является теплообменником, объединяющим два контура системы охлаждения. В автотракторных двигателях в основном применяют трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные решетки радиаторов.

При изготовлении радиаторов для прохода охлаждающей жидкости применяют шовные или цельнотянутые трубки из латунной ленты толщиной до 0,15 мм.

В современных двигателях достаточно широко используют радиаторы из алюминиевого сплава, которые дешевле и легче. Однако их тепловые свойства и надежность несколько хуже.

Рисунок 2 - Водяной насос:

1 – вентилятор; 2 – вал водяного насоса и вентилятора; 3 – термостат; 4 – крыльчатка; 5 – пружина; 6 – манжета; 7 – уплотнительная шайба; 8 – сливное отверстие для воды; 9 –контрольное отверстие для выхода смазки; 10 – шкив; 11 – подшипники; 12 – корпус.

Вентилятор обеспечивает требуемый расход воздуха для съема теплоты. Наиболее распространены одноступенчатые осевые вентиляторы с числом лопастей от четырех до восьми. Вентилятор подбирают по согласованию его характеристики с характеристикой воздушного тракта автомобиля. Рабочее колесо осевого вентилятора устанавливают в направляющих кожухах.

Лопасти вентилятора изготовляют литыми или клепаными. Лопасти клепаных вентиляторов штампуют из листовой стали. Они просты в изготовлении, но имеют невысокий КПД. Литые вентиляторы изготовляют из синтетических материалов с профилированными лопастями. Они имеют существенно больший КПД. Для уменьшения шума лопасти устанавливают на ступице с переменным шагом.

Расширительный бачок стабилизирует уровень жидкости в рубашке охлаждения, обеспечивает прием расширяющейся жидкости и отделение воздуха, газов и пара из охлаждающей жидкости. Пробка расширительного бачка разъединяет закрытую систему охлаждения с атмосферой. В ней встроены воздушный и паровой клапаны, которые служат для стабилизации давления в системе охлаждения. Паровой клапан открывается при избыточном давлении паров жидкости 0,045 ÷ 0,05 МПа и выпускает часть их в атмосферу. Воздушный клапан открывается при падении давления в системе относительно атмосферного примерно на 0,01 МПа и впускает в нее дополнительный воздух.

Жидкостный насос (рис. 2) обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа.

При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу насоса под действием центробежной силы и через окно в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя.

Термостат. Для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического поддержания его теплового режима в заданных пределах служит термостат. Конструктивно он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.

Термостаты могут быть с твердым или жидкостным наполнителем (рис. 3).

У термостата с твердым наполнителем баллончик заполнен активной массой состоящей из смеси церезина (нефтяного воска) и медного порошка. При температуре охлаждающей жидкости (70±2) °С активная масса начинает плавиться и, расширяясь перемещает вверх резиновую мембрану, буфер и шток. Последний, воздействуя на рычаг, начинает открывать клапан, полное открытие которого произойдет при температуре (83±2) °С. Следовательно, в интервале температур от 68 до 85 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует в заданных пределах количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, поддерживая тем самым нормальный температурный режим работы двигателя.

В жидкостном термостате гофрированный цилиндр изготовленный из тонкой латуни, заполнен легкой испаряющейся жидкостью (смесь - 70% этилового спирта и 30% воды). К верхней части гофрированного цилиндра штоком присоединен клапан термостата.

При температуре охлаждающей жидкости ниже 75° С гофрированный цилиндр находится в сжатом состоянии, клапан термостата при этом закрыт, а охлаждающая жидкость циркулирует через перепускной канал (шланг) по малому кругу, минуя радиатор.

С повышением температуры охлаждающей жидкости давление в гофрированном цилиндре увеличивается, клапан термостата приоткрывается и жидкость через патрубок начинает циркулировать по большому кругу. При температуре выше 90 °С клапан термостата открывается полностью и вся жидкость циркулирует через радиатор.

Рисунок 3 - Схема работы термостатов:

а - жидкостного; б - с твердым наполнителем; 1- корпус водяного насоса; 2 - гофрированный баллон; 3 - шток; 4 - прокладка; 5 - клапан термостата; 6 - патрубок для отвода горячей жидкости; 7 – корпус термостата; 8 – кронштейн; 9 – баллон термостата; 10 – твердый наполнитель; 11 - резиновая мембрана; 12 - возвратная пружина; 13 - тяга клапана; 14 - коромысло клапана; 15 - буфер; 16 - впускной трубопровод; I, IV - термостаты открыты; II, III, - термостаты закрыты.

5. Способы регулирования теплового режима

Регулирование температуры охлаждающей жидкости осуществляется изменением массового расхода горячего и холодного теплоносителей, циркулирующих в жидкостном и воздушном трактах системы. В жидкостном тракте роль регуляторов выполняют жидкостный насос и термостат. Последний организует циркуляцию охлаждающей жидкости по «большому» кругу через радиатор (наиболее интенсивное охлаждение), по «малому» кругу через обводной трубопровод, минуя радиатор, или частично по одному и другому кругу в зависимости от степени открытия регулирующего элемента.

Расход охлаждающего воздуха зависит от скорости движения транспортного средства и, следовательно, частоты вращения коленчатого вала, а также от скорости воздуха, создаваемой вентилятором. Варьирование расхода воздуха при приводе вентилятора от коленчатого вала осуществляется с помощью гидравлической или электромагнитной муфты, изменяющей частоту его вращения. Все большее применение находят системы с автономным электрическим приводом вентилятора и позиционным регулированием его производительности. Изменять расход воздуха также можно варьированием аэродинамического сопротивления воздушного тракта с помощью жалюзи, установленных перед радиатором.

6. Воздушное охлаждение

Рисунок 4 - Схема воздушного охлаждения дизеля Д-120:

1 - ведущий шкив вентилятора и генератора; 2 - приводной ремень; 3 - генератор; 4 - ведомый шкив привода вентилятора; 5 - защитная сетка; 6 - вал вентилятора; 7 - направляющий аппарат вентилятора; 8 – ротор вентилятора; 9 - кожух; 10 - головка цилиндра; 11, 13 и 14 – соответственно задний (направляющий щиток), средний и передний дефлекторы; 12 – цилиндр.

Систему воздушного охлаждения двигателя применяют для отвода теплоты от цилиндров, их головок и масляного радиатора смазочной системы. Масляный радиатор расположен с правой стороны двигателя.

Вентилятор подает в систему охлаждения около 30 м³ воздуха за 1 мин. Этого количества воздуха достаточно для нормальной работы двигателя, когда температура окружающего воздуха 40 ⁰С. Чтобы в вентилятор не попадали посторонние предметы, на направляющий аппарат надевают быстросъемную защитную сетку 5 (рис. 4).

Воздух, нагнетаемый вентилятором, направляется кожухом в межреберное пространство цилиндров и головок.

Тепловое состояние двигателя с воздушным охлаждением регулируют дроссельным диском, установленным под защитную сетку 5 вентилятора (на входе охлаждающего воздуха в вентилятор), а также включением и отключением масляного радиатора переключателем, расположенным на корпусе центрифуги. В холодное время года (при установившейся температуре 5⁰С и ниже) масляный радиатор отключают от смазочной системы, а диск крепят под защитную сетку вентилятора. При установившейся температуре окружающего воздуха выше 5⁰С радиатор включают в смазочную систему двигателя, а диск снимают с вентилятора.

Показатель работы системы воздушного охлаждения — температура масла в картере двигателя, контролируемая термометром, расположенным на щитке приборов. Там же находится красная лампа, которая загорается при обрыве ремня вентилятора.

7. Преимущества и недостатки воздушной системы охлаждения

Преимущества воздушной системы охлаждения: простота и удобство эксплуатации; отсутствие дорогостоящих узлов и агрегатов (жидкостного насоса, радиатора и соответствующих уплотнений); меньшая масса двигателя с воздушным охлаждением по сравнению с массой аналогичного двигателя с жидкостным охлаждением; более быстрый прогрев двигателя и более высокая температура цилиндров, следовательно, меньшая конденсация паров бензина или воды на стенках цилиндров (в силу этого менее интенсивное изнашивание цилиндров, чем у двигателей с жидкостным охлаждением); пониженная чувствительность к колебаниям температуры, что особенно ценно при эксплуатации автомобиля в районах с жарким или холодным климатом.

К недостаткам воздушной системы охлаждения следует отнести: повышенный шум, создаваемый вентилятором подачи воздуха, большую теплонапряженность отдельных деталей двигателя вследствие их неравномерного охлаждения. Кроме этого, на привод вентилятора расходуется 10 ÷ 15 % мощности двигателя.

8. Гидромуфта привода вентилятора

В системе охлаждения дизеля КамАЗ-740.10 применена гидромуфта привода вентилятора (рис. 5), которая передает крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору поддерживая оптимальный температурный режим в системе охлаждения. Гидромуфта привода вентилятора имеет автоматическое управление.

В движение, ведущее колесо гидромуфты приводится от коленчатого вала двигателя через шлицевой ведущий вал.

Для управления гидромуфтой привода вентилятора имеется выключатель (рис. 5, б) золотникового типа, установленный на нагнетательном патрубке в передней части двигателя.

Рисунок 5 - Гидромуфта привода вентилятора дизеля КамАЗ-740.10:

а - конструкция; б - выключатель гидромуфты; 1 - передняя крышка; 2 - корпус; 3 - кожух; 4, 7, 12, 13 и 20 - шарикоподшипники; 5 - трубка подвода масла; 6 - ведущий вал; 8 - уплотнительное кольцо; 9 - колесо; 10 - ведущее колесо; 11 - шкив; 14 - упорная втулка; 15 - ступица вентилятора; 16 - ведомый вал; 17 и 21 - самоподжимные манжеты; 18 - прокладка; 19 и 22 - болты; 23 - корпус включателя; 24 - рычаг пробки крана; А, П и О - метки на корпусе включатели.

В зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения выключатель гидромуфты соединяет или разъединяет ведущий вал с ведомым, изменяя количество масла, поступающего в гидромуфту из смазочной системы. Масло для работы гидромуфты подается насосом в ее полость, затем по трубке подводится в каналы ведущего вала и через отверстия в ведомом колесе - в межполостное пространство. При вращении ведущего колеса масло с его лопаток переходит на лопатки ведомого колеса, и оно начинает вращаться, передавая крутящий момент на вал и вентилятор. Гидромуфта при помощи рычага пробки крана включается в работу или отключается, а в связи с этим включается или отключается вентилятор. Кран находится в корпусе включателя гидромуфты.

Вентилятор может работать в трех режимах: автоматический - температура охлаждающей жидкости в двигателе поддерживается равной 80 ÷ 95⁰С; рычаг крана выключателя гидромуфты установлен в положение А (метка на корпусе) и масло из смазочной системы поступает в гидромуфту; при снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 80⁰С вентилятор автоматически отключается; вентилятор отключен - рычаг крана выключателя гидромуфты установлен в положение О, и масло в гидромуфту не поступает; вентилятор может вращаться с небольшой частотой под влиянием набегающего потока воздуха при движении автомобиля; вентилятор включен постоянно - рычаг крана выключателя установлен в положение П, масло поступает в гидромуфту независимо от температурного режима, и вентилятор вращается постоянно, примерно с частотой вращения коленчатого вала. Основной режим работы гидромуфты — автоматический.