Тема 4.Особливості будови двигунів вантажних автомобілів та їх технічното обслуговування (ТО). 01.02.2023. Заняття №12. Будова системи охолодження двигунів автомобілів. Охолоджуючі рідини та їх властивості.
1.Опрацювати заняття та законспектувати в зошит: пункт 2.4 стор.57 - 65 Підручник.
Призначення та класифікація систем охолодження.
Для тривалої і безперебійної роботи двигуна необхідно забезпечити певний температурний режим. При перегріванні двигуна його потужність зменшується через зростання механічних витрат на подолання сил тертя і зменшення наповнення циліндрів свіжим зарядом робочої суміші. Крім того, при цьому нагрівається масло, в’язкість його зменшується, мащення деталей погіршується. Деталі інтенсивно спрацьовуються і змінюють свої механічні властивості (міцність, твердість). При переохолодженні двигуна також знижується потужність і підвищується витрата палива через погіршення умов утворення і згоряння робочої суміші, а також збільшуються затрати потужності на подолання сил тертя через погіршення мащення деталей при збільшенні в’язкості масла.
Для підтримання постійного теплового режиму працюючого двигуна призначена система охолодження. Деталі двигуна охолоджуються різними способами, але основну кількість теплоти від деталей в атмосферу відводить система охолодження. Залежно від виду теплоносія системи охолодження поділяють на рідинні і повітряні.
Рідинні системи охолодження бувають з термосифонною і примусовою циркуляцією рідини.
У термосифонній системі охолодження циркуляція відбувається через те, що гаряча рідина легша від холодної і піднімається вгору в сорочці охолодження від нагрітих деталей, потім по верхньому патрубку надходить в радіатор, а з радіатора по нижньому патрубку в сорочку охолодження повертається охолоджена рідина. Термосифонна система охолодження проста за будовою, але не забезпечує достатнє охолодження рідини через повільну циркуляцію рідини. Така система застосовується для охолодження пускових двигунів. Сорочка системи охолодження пускового двигуна патрубками сполучена із сорочкою системи охолодження дизеля.
У сучасних двигунах запроваджуються системи охолодження з примусовою циркуляцією рідини за допомогою відцентрового насоса. Завдяки більшій інтенсивності циркуляції рідини місткість таких систем менша, як і маса дизеля, рівномірність і ефективність охолодження більша.
Загальна будова і схема роботи системи рідинного охолодження.
Системи рідинного охолодження, в яких сорочка охолодження вільно сполучена з атмосферною за допомогою паровідвідної трубки, називаються відкритими. У сучасних двигунів сорочка охолодження сполучається з атмосферою періодично через пароповітряний клапан. Така система називається закритою. Застосування пароповітряного клапана дозволяє збільшити тиск в сорочці охолодження до 0,115 МПа, одночасно зростає температура кипіння рідини, вода менше випаровується, що зменшує накип на стінках сорочки.
На сучасних автомобільних двигунах застосовується закрита система рідинного охолодження з примусовою циркуляцією рідини, яка складається з таких елементів: сорочки охолодження, яка утворюється порожнинами блока 9 і головки блока циліндрів 7, з’єднаних між собою; радіатора 1, який верхнім 4 і нижнім 11 патрубками з’єднується з сорочкою охолодження; рідинного відцентрового насоса 10 і вентилятора 13, встановлених на одному валу в загальному корпусі, прикріпленому до блока. Привод насоса і вентилятора здійснюється від колінчастого вала через два шківи і приводні паси. У верхній частині головки блока циліндрів розташований корпус термостата 6, який відвідною трубкою 5 з єднаний з корпусом насоса 10. Рідина в сорочку охолодження заливається через горловину верхнього бачка радіатора, яка закривається кришкою з пароповітряним клапаном 2. Зливається рідина із сорочки охолодження за допомогою краників 12, встановлених на нижньому бачку радіатора і блока циліндрів.
При роботі холодного двигуна рідина в системі циркулює по малому колу: насос 10 — розподільна труба 8 — сорочка охолодження— термостат 6 — відвідна трубка — насос 10. Циркуляція здійснюється до досягнення рідиною температури 60...75°С.
При такій температурі спрацьовує термостат і рідина починає циркулювати по великому колу: насос 10 — розподільна труба 8 — сорочка охолодження — термостат 6 — верхній патрубок 4 — верхній бачок радіатора 1 — серцевина радіатора — нижній бачок радіатора — нижній патрубок 11 — насос 10. У трубках серцевини радіатора рідина охолоджується, оскільки в серцевині радіатора один потік рідини із патрубка 4 розподіляється і теплота від рідини передається трубкам серцевини. Зовнішня поверхня трубок обдувається потоком повітря, що всмоктується вентилятором 13.
При нормальній роботі двигуна з номінальним навантаженням температура охолоджувальної рідини, яка потрапляє у верхній бачок радіатора, становить 85...90°С, а температура охолодної рідини на вході в сорочку охолодження відповідно 70...75°С. В радіаторі температура охолоджувальної рідини зменшується на 10...15°С.
Радіатор складається з верхнього і нижнього бачків, серцевини. Кріплять його в автомобілі на гумових подушках з пружинами.
Найпоширеніші трубчасті і пластинчасті радіатори. У перших серцевина кількома рядами латунних трубок, які проходять через горизонтальні пластини, що збільшують поверхню охолодження серцевини і підвищують жорсткість радіатора. У других серцевина складається з одного ряду плоских латунних трубок, кожна з яких виготовлена із спаяних між собою по краях гофрованих пластин.
Верхній бачок радіатора вищеописаних автомобілів (крім КамАЗ-5320) має заливну горловину і паровідвідну трубку.
Горловина радіатора герметично закривається пробкою, в якій е два клапани: паровий і повітряний. Паровий клапан Відкривається автоматично лише із підвищенням тиску в системі охолодження понад 0,04 МПа (0,4 кгс/см2), внаслідок чого температура кипіння рідини підвищуєтеся. Повітряний клапан відкривається і пропускає в систему повітря, коли тиск в ній зменшуються, внаслідок охолодження рідини, захищаючи таким чином трубки радіатора від сплющування під дією атмосферного тиску.
В автомобілях КамАЗ-5320 і ГАЗ-24 у системі охолодження е розширювальний бачок, який дає змогу рідині змінювати об'єм під час розширення або охолодження. Систему охолодження автомобіля КамАЗ-5320 заповнюють через горловину розширювального бачка, ГАЗ-24 — через пробку горловини радіатора і пробку розширювального бачка, В обох автомобілях пробка цього бачка має клапани.
Пароповітряний клапан ізолює систему охолодження від атмосфери при нормальному тепловому режимі; підтримує в системі надлишковий тиск 0,14 МПа, чим підвищує температуру кипіння, зменшує пароутворення і витрату охолоджувальної рідини; відводить пари рідини з системи в атмосферу при її закипанні, коли тиск в системі збільшується до 0,15...0,17 МПа, чим запобігає витіканню рідини через з’єднання трубопроводів і руйнуванню трубок серцевини радіатора; сполучає атмосферу із системою при остиганні рідини, коли її об’єм і тиск зменшуються до 0,099...0,088 МПа, запобігаючи сплющенню і деформації трубок серцевини.
При встановленні кришки в горловину 10 виступи корпусу 9 взаємодіють з виступами горловини. Гумова прокладка 11 пружиною 6 і корпусом 5 парового клапана притиснута до горлови ни, а гумова прокладка 12 пружиною 2 і штоком 1 повітряного клапана — до гнізда 3 повітряного клапана. Система охолодження ізольована від атмосфери. При підвищенні тиску в системі пара діє на гніздо 3 повітряного клапана, прикріплене до корпуса 5 парового клапана. Корпус 5, стискуючи пружину 6, переміщається по штоку 7 вверх.
Відцентровий водяний насос створює примусову циркуляцію рідини; його кріплять болтами через прокладку до верхньої частини блока циліндрів. Основні частини насоса корпус, вал з пластмасовою крильчаткою, яку встановлюють на двох кулькових підшипниках. Самоущільшовалький сальник запобігає витіканню рідини в місці виходу вала з корпусу насоса. Він складається з гумової манжети, металевої обойми, пружини і шайби з графіто-свинцевої суміші, стійкої проти спрацювання.
Насос працює так.
При обертанні вала 5 вентилятора і крильчатки 4 рідина між лопатками крильчатки з великою силою викидається до корпуса 3 і у вихідний патрубок 2, які розширяються у напрямку обертання. Кінетична енергія при рухові рідини перетворюється в енергію тиску. При виході рідини з лопаток у центрі крильчатки утворюється розрідження, під дією якого рідина із нижнього бачка радіатора по патрубку 1 потрапляє до насоса. Звідси рідина подається в систему охолодження під тиском 0,04...0,08 МПа. Подача насоса становить 5000...7000 літрів за годину. На привод насоса і вентилятора витрачається 0,5...1,0 % потужності двигуна.
Вентилятор збільшує потік повітря через серцевину радіатора. Маточину вентилятора кріплять на валу водяного насоса. Вони разом приводяться в обертання від шківа колінчастого вала одним або двома трапецієвидними пасами (в автомобілі КамАЗ-5320 — через гідромуфту).
Вентилятор вміщено в кожусі на рамі радіатора, що сприяє збільшенню швидкості потоку повітря, яке проходить через радіатор.
Жалюзі — це шарнірно скріплені стальні пластинки, встановлені спереду радіатора. Водій з кабіни автомобіля рукояткою регулює положення жалюзі, змінюючи потік повітря, який проходить через серцевину радіатора.
Термостат автоматично підтримує необхідну температуру охолодженої рідини при різних навантаженнях двигуна і температурах навколишнього повітря, а також забезпечує швидке прогрівання двигуна після його пуску. Залежно від температури охолоджувальної рідини термостат спрямовує її потік із сорочки охолодження у верхній бачок радіатора або до насоса через відвідну трубку.
Термостати бувають рідинні (сильфонні) і з твердим наповнювачем. Застосовують обидва типи термостатів.
Термостат складається із слідкуючого і виконуючого пристроїв, встановлених в корпусі. Виконуючий пристрій має основний і допоміжний клапани.
Слідкуючим пристроєм рідинного термостата є гофрований латунний циліндр 5, встановлений у нижній частині корпуса 13. З корпусом 7 нижня частина циліндра 5 з’єднується за допомогою скоби 4, а верхня — скобою 14 зі штоком 11, на якому встановлені клапани 8 і 6. В корпусі 7 є вікна 10. Допоміжний клапан 6 також має вікна 12 і виступи. В основному клапані 8 виконаний отвір 9 для виходу повітря у верхній бачок радіатора.
Внутрішня герметична порожнина циліндра 5 заповнена рідиною, яка легко випаровується (суміш із 2/3 дистильованої води і 1/3 етилового спирту).
При роботі двигуна з температурою охолоджувальної рідини нижче 70°С тиск в циліндрі 5 знижений і він стиснутий до мінімальних розмірів (рис. 5.10, а). При цьому основний клапан 8 притиснутий до корпуса 7. Рідина із сорочки охолодження 3 прохо дить крізь вікна 12 і 10 у відвідну трубку 2 і надходить до рідинно го насоса. Повітря із сорочки охолодження 3 через отвір 9 потрап ляє у верхній бачок радіатора.
При температурі охолоджувальної рідини 70...80°С рідина в циліндрі 5 починає випаровуватись, а тиск підвищується і циліндр розширюється. При цьому основний клапан 8 переміщується вверх відносно корпуса 7, а виступи допоміжного клапана 6 перекривають вікна 10 корпуса 7. Рідина із сорочки охолодження 3 одночасно надходить в патрубок 1 і відвідну трубку 2.
Максимальних розмірів циліндр 5 досягає при температурі охолоджувальної рідини 85...95°С (рис. 5.10, б). При цьому основний клапан 8 повністю відкритий, а виступи допоміжного клапана 6 повністю перекривають вікна 10 корпуса 7. Вся рідина із сорочки охолодження 3 переходить в радіатор.
Термостати рідинного типу мають обмежений термін роботи через утворення мікроскопічних тріщин в стінках циліндра, що призводить до порушення його герметичності.
2.Переглянути відео
Охолоджувальні рідини.
Надійність роботи рідинної системи охолодження залежить від властивостей охолоджувальної рідини, яка повинна бути достатньо теплоємкою, з високою температурою кипіння і низькою температурою замерзання, не мати схильності до утворення накипу, не викликати корозії металевих деталей і не пошкоджувати гумових і пластикових матеріалів, бути безпечною для людини в процесі експлуатації, а також пожежобезпечною, дешевою і поширеною.
Найпоширеніша охолоджувальна рідина тракторних двигунів в умовах сільського господарства — це вода. Основні її недоліки: температура замерзання 0°С і наявність солей, які у вигляді накипу відкладаються на поверхнях сорочки охолодження і деталях системи.
При низьких температурах і тривалих зупинках двигуна воду із системи необхідно зливати, щоб вона при замерзанні не пошкодила систему і двигун. «Розморожування» двигуна може слугувати причиною того, що вода при замерзанні збільшується в об’ємі до 10%, а утворений при цьому лід тисне на стінки системи з силою до 250 МПа. Тому зимою багато часу витрачається на щоденне заливання води в систему і пуск дизеля або додаткові витрати енергії для підігрівання води перед заливанням в систему. При зупинках тракторів протягом робочого дня взимку, щоб не замерзала вода, двигун не зупиняють, що призводить до перевитрати палива і підвищеного спрацювання деталей. При нагріванні води солі кальцію і магнію утворюють накип, який зменшує отвори каналів і порушує циркуляцію. Теплопровідність накипу у 10...15 раз нижча, ніж у металів. Чим більший, щільніший і твердіший шар накипу, тим швидше перегрівається двигун і зростають витрати палива. Тому в системі охолодження повинна бути лише «м’яка» вода — дощова або снігова.
В умовах експлуатації також використовується річкова й озерна вода, яка достатньо м’яка, а кринична, джерельна і морська вода — жорсткі. Дощова, снігова, річкова і озерна вода може використовуватись в системі без попереднього обробітку, кринична, джерельна і морська — після попереднього пом’якшення. Найпростіший спосіб визначення жорсткості води — миття в ній рук господарським милом. Якщо мило добре піниться і змивається з рук, то вода м’яка, а якщо навпаки — вона жорстка.
Для цілорічної експлуатації тракторів і автомобілів призначені спеціальні рідини — антифризи.
Антифриз — це суміш етиленгліколю і дистильованої води. Промисловість виготовляє дві марки антифризів — 40 і 65 з температурою замерзання відповідно -40°С і -65°С. При замерзанні антифризів утворюється сипка маса, об’єм якої збільшується лише на 0,2.„0,3%, тому система не розморожується.
Сучасна формула антифризу являє собою очищену воду з додаванням етiлен- або пропіленгліколю і присадок, завдяки яким суміш набуває протипінні, антикорозійні і інші властивості.
Етiленгліколь та пропіленгліколь являють основу антiфризу та відрізняються вкрай мало. Головне, що розрізняє їх – це ступінь токсичності. Так, етиленгліколь токсичний в малих дозах, а також відноситься до хронічних токсинів, а тому склад з пропіленгліколя вважаються більш нешкідливим по відношенню до людини. Біорозчинність ж складів однакова, крім того, етиленгліколь дешевше, що і визначає його повсюдне використання.
У антiфриз додають також і барвники – втім, вони не змінюють експлуатаційних властивостей рідини і служать, швидше, для відмінності виробників.
3.Виконати тести.
1.Система охолодження призначена (відмітьте більш точну відповідь)*
2 балла
2.Залежно від виду теплоносія системи охолодження поділяють на*
2 балла
3.Привод рідинного відцентрового насоса і вентилятора здійснюється*
2 балла
4.Яке коло циркуляції рідини в системі охолодження зазначене: насос — розподільна труба — сорочка охолодження — термостат — відвідна трубка — насос*
2 балла
5.В якій відповіді правильно вказані елементи системи рідинного охолодження?*
1 балл
6.В кришці заливної горловини радіатора встановлений*
1 балл
7.В якій відповіді правильно вказані складові частини рідинного насоса?*
1 балл
8.Призначений для охолодження рідини*
1 балл
1.Вимоги до властивостей охолоджувальної рідини*
2 балла
2.вода при замерзанні збільшується в об’ємі*
2 балла
3.Яку воду краще використовувати в якості охолоджувальної рідини?*
2 балла
4.Які існують марки антифризів?*
2 балла
5.Сучасна формула антифризу являє собою очищену воду з додаванням*
2 балла
