Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для поддержания нормального теплового режима двигателя.

Рабочая смесь, сгорая в цилиндрах двигателя, выделяет большое количество тепла, так что средняя температура газов в цилиндрах достигает 600 - 1000° С. Только 25 - 30% общего количества тепла превращается в полезную механическую работу; около 40% тепла уносят отработавшие газы; остальная часть - примерно 30% - идет на нагревание стенок цилиндров, отвод тепла от которых должен быть принудительным. Отсутствие принудительного охлаждения двигателя вызывало бы его перегрев и, как следствие, разложение и выгорание смазки, увеличение трения, тепловые деформации деталей, нарушение тепловых зазоров, коробление, заедание и заклинивание деталей, снижение их прочности; были бы возможны оплавление, обгорание и поломка деталей, ухудшение наполнения цилиндров, падение мощности двигателя, самовоспламенение и детонация.

Но слишком интенсивное охлаждение двигателя так же вредно, как и перегрев его. Переохлаждение двигателя вызывает увеличение тепловых потерь, потерь на трение вследствие загустевания масла и ухудшение смесеобразования, так как топливо хуже испаряется; увеличивается конденсация топлива, масло смывается со стенок цилиндра и разжижается бензином. Экономичность и мощность двигателя резко снижаются.

Таким образом, система охлаждения должна обеспечить двигателю нормальные тепловые условия работы. Нормальным тепловым режимом работы считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения головки блока цилиндров равняется 80 - 90° С.

Такой наивыгоднейший тепловой режим необходимо поддерживать при всех условиях эксплуатации автомобиля.

Для охлаждения двигателей используется жидкостная или воздушная система охлаждения. Но воздушная система охлаждения из-за ряда недостатков в отечественных автомобильных двигателях почти не применяется; она имеется только на одном автомобильном двигателе - ЗАЗ-965 "Запорожец".

Наиболее широко распространена жидкостная система охлаждения. В качестве охлаждающей жидкости применяется вода, имеющая наибольшие по сравнению со всеми жидкостями теплоемкость и коэффициент теплопередачи - в 20 раз больший, чем у воздуха. Этим объясняется небольшая емкость системы. Ё зимнее время иногда применяют низкозамерзающие охлаждающие жидкости.

Все отечественные автомобильные двигатели имеют закрытую, т. е. без непосредственного сообщения с атмосферой, жидкостную систему охлаждения, с принудительной циркуляцией жидкости под действием водяного насоса.

Система охлаждения двигателя ЗИЛ-157К состоит из радиатора 1 (рис. 18), водяного насоса 5, рубашки охлаждения двигателя с водораспределительной трубой 4, термостата 3 и вентилятора 6.

Рис. 18. Система охлаждения двигателя ЗИЛ-157К: 1 - радиатор; 2 - компрессор; 3 - термостат; 4 - водораспределительная труба; 5 - водяной насос; 6 - вентилятор; 7 и 9 - клапаны термостата; 8 - патрубок; 10 - стержень; 11 - корпус термостата; 12 - гофрированный цилиндр

Компрессор 2 тормозной системы на двигателях ЗИЛ-157К, ЗИЛ-130 и ЗИЛ-375 включен в общую систему охлаждения (через компрессор, минуя радиатор, совершается малый круг циркуляции воды).

Для регулирования интенсивности охлаждения в зависимости от условий эксплуатации в систему охлаждения современных двигателей включены жалюзи, электромагнитные и пневматические муфты привода вентилятора.

Система охлаждения двухтактных двигателей, в частности двигателя ЯАЗ-204, работающих с большим тепловым напряжением, чем четырехтактные, отличается от них только большей емкостью.

Жидкостная система охлаждения позволяет использовать тепло двигателя для отопления кабины и создания нормальных условий работы для водителей.

Рубашка охлаждения

Рубашка охлаждения - пространство между двойными стенками блока и головки блока цилиндров (у двигателей ГАЗ-51, ЗИЛ-157, ЯАЗ-204, ЯАЗ-206) или между стенками блока и мокрыми гильзами (у двигателей М-21, ЗИЛ-130, ЗИЛ-375, Г A3-13). Для равномерности охлаждения в водяную рубашку вставляется водораспределительная труба, по которой жидкость подводится к наиболее нагретым частям двигателя. Двигатели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 имеют вместо трубы водораспределительный канал. Вода из рубашки блока в головку блока двигателей ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 поступает через специальные латунные насадки, направляющие воду на гнезда клапанов и насос-форсунок.

Радиатор

Радиатор служит для охлаждения жидкости, поступающей из рубашки охлаждения двигателя. Тепло двигателя через радиатор отводится в атмосферу.

Рис. 19. Трубчато-пластинчатый радиатор: 1 - пробка радиатора; 2 - верхний резервуар; 3 - боковина; 4 - пароотводная трубка; 5 - сердцевина; 6 - подушка; 7 - нижний резервуар; 8 - нижний патрубок; 9 - верхний патрубок

Двигатели ГАЗ-51, ЯАЗ-204, ЯАЗ-206, ЗИЛ-157 и ГАЗ-69 имеют трубчато-пластинчатые радиаторы, сердцевина 5 (рис. 19) которых состоит из плоскоовальных трубок, расположенных б шахматном порядке и надетых на трубки пластин. У двигателей М-21, ЗИЛ-164А и ЗЙЛ-157К сердцевина радиатора сделана трубчато-ленточной (рис. 20,6). Сердцевина этих радиаторов состоит из трех - четырех рядов плоскоовальных трубок, между которыми впаяны специальные гофрированные ленты.

Рис. 20. Сердцевина радиатора: а - пластинчатая; б - трубчато-ленточная

Двигатели "Москвич-407" и ЯАЗ-204 (выпуска до 1952 г.) имеют пластинчатые радиаторы (рис. 20, а), сердцевина которых состоит из гофрированных пластин, спаянных между собой так, что образуются вертикальные каналы для воды и горизонтальные каналы для воздуха.

Рис. 21. Пробка радиатора: 1 - воздушный клапан; 2 - паровой клапан; 3 - пароотводная трубка

Наиболее перспективны трубчато-ленточные радиаторы, производство которых можно легко автоматизировать, а расход материалов на них значительно меньше. Так, трубчато-пластинчатый радиатор двигателя ЗИЛ-164 состоит из 202 трубок и 195 пластин, а трубчато-ленточный - всего из 105 трубок и 36 лент.

Резервуары 2 и 7 (рис. 19) радиатора изготовляются из латуни; боковина (рамка) 3 штампуется из стали; патрубки 8 и 9 латунные или чугунные. Крепится радиатор на поперечине рамы на резиновых подушках 6. Заливная горловина радиатора закрывается герметичной пробкой (рис. 21), имеющей специальные клапаны: паровой 2 и воздушный 1, а также пароотводную трубку 3.

Наличие парового клапана позволяет поддерживать в системе избыточное давление 0,2 - 0,4 кг/см², что обеспечивает повышение температуры кипения воды до 108-11 ГС. Поскольку вероятность закипания воды в закрытой системе охлаждения уменьшается и потери воды на парообразование и расплескивание снижаются, воду в систему доливают реже. В результате уменьшается накипе-образование в системе и, как следствие, повышаются долговечность системы и экономичность двигателя. Воздушный клапан предохраняет систему от чрезмерного разрежения: он открывается при разрежении 0,05 - 0,2 кг/см², совершенно безопасном для системы охлаждения.

Водяной насос

Водяной насос обеспечивает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости. Центробежные насосы имеют при малых габаритах большую производительность и обладают высокой износоустойчивостью.

Водяной насос двигателя ЗИЛ-157К (рис. 22) крепится к переднему торцу блока двигателя. В корпусе 12 насоса на двух шарикоподшипниках 10 на общем валике 1 установлены крыльчатка 15 и вентилятор 7. Крыльчатка закреплена шпилькой, а ступица 6 шкива насажена на конусную втулку 2 и закреплена шпонкой 5. От осевого смещения вентилятор фиксируется шайбой 3 и гайкой 4. На ступице 6 закреплен шкив 9 ременного привода вентилятора и насоса (шкив штампуется из листовой стали). Привод водяного насоса и вентилятора осуществляется клиновидными ремнями. При нарушении нормального натяжения ремней они быстро изнашиваются. При недостаточном натяжении ухудшается охлаждение двигателя, при излишнем - быстро изнашиваются подшипники насоса и генератора, происходит разрыв ремней.

Подшипники смазываются через масленку 11. Уплотнение крыльчатки выполнено в виде самоподжимного сальника, имеющего текстолитовую шайбу 13, резиновую манжету 14 и пружину. Передний подшипник насоса фиксируется стопорным кольцом 16.

Водяной насос двигателей ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 отличается от вышеописанного тем, что имеет бронзовую крыльчатку и приводится во вращение от вала ротора нагнетателя при помощи кулачковой муфты. Расположен насос справа (по ходу автомобиля) на блоке двигателя.

Рис. 22. Водяной насос двигателя ЗИЛ-157К: 1-валик; 2 - конусная втулка; 3 - шайба; 4 - гайка; 5 - шпонка; б - ступица шкива; 7 - вентилятор; 5 - ремень; 9 - шкив; 10 - шарикоподшипник; 11 - масленка; 12 - корпус; 13 - шайба; 14 - манжета; 15 - крыльчатка; 16 - стопорное кольцо

Водяной насос двигателя М-21 имеет текстолитовую крыльчатку и более совершенную конструкцию самоподжимного сальника. Закреплен насос на переднем торце блока.

Водяной насос двигателя ГАЗ-69 такой же, как и насос двигателя М-21, но крыльчатка чугунная.

Вентилятор

Вентилятор создает поток воздуха, который охлаждает жидкость в радиаторе и поверхность двигателя. На двигателях ГАЗ-51, ГАЗ-69 и М-21 установлены четырехлопастные вентиляторы. Отштампованные из стали лопасти расположены Х-образно. Такое расположение уменьшает шум и вибрацию вентилятора.

Двигатели ЗИЛ-157, ЯАЗ-204, ЯАЗ-206, ГАЗ-13 и ЗИЛ-375 имеют шестилопастные вентиляторы также со штампованными лопастями. Каждая лопасть вентилятора выполнена отдельно и приклепана к стальной крестовине, которая в свою очередь крепится болтами к ступице 6 (рис. 22), насаженной на валик 1 водяного насоса. Двигатели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 имеют вентилятор с отдельным ременным приводом от шкива коленчатого вала. Ось вентилятора установлена на кронштейне, закрепленном на крышке картера про-тивовесов.

Вентилятор заключен в кожух, который способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор, а также устраняет "мертвые углы" у радиатора. Таким образом улучшается отвод тепла от охлаждающей жидкости. Кожух закреплен на боковине (рамке) радиатора.

Двигатели ЗИЛ-157К и ЗИЛ-375 имеют шестилопастные штампованные вентиляторы с углом атаки лопастей 38° вместо 35°, как у ЗИЛ-157. Это позволило повысить интенсивность охлаждения.

Термостат

Термостат ускоряет прогрев двигателя до нормальной температуры и предохраняет его от переохлаждения.

Термостат расположен на пути охлаждающей жидкости от головки блока к верхнему резервуару радиатора. На всех двигателях устанавливаются одинаковые жидкостные (сильфонные) термостаты. Двигатель ЯАЗ-206 имеет ввиду большей производительности насоса не один, а два термостата.

Термостат 3 (рис. 18) установлен на прокладках в патрубке 8, закрепленном на головке блока. Клапаны 7 и 9 термостата обеспечивают изменение циркуляции воды: вода идет по большому кругу через радиатор, если клапан 9 открыт, а клапан 7 закрыт, и по малому кругу, минуя радиатор, когда клапан 9 закрыт, а клапан 7 открыт.

В двигателе ЗИЛ-157К малый круг циркуляции осуществляется через рубашку охлаждения компрессора 2 непрерывно, независимо от положения клапанов термостата. Клапаны термостата связаны с гофрированным цилиндром 12, закрепленным в корпусе 11, через стержень 10. Цилиндр заполнен легкоиспаряющейся жидкостью (смесью 30% этилового спирта и 70% воды).

Следует иметь в виду, что при прогреве двигателя вода в радиаторе не циркулирует (до открытия клапана термостата) и поэтому зимой может замерзнуть, если не надеть утеплительный чехол и не закрыть жалюзи.

Стандартный термостат должен отвечать следующим условиям: начало открытия клапана - при 68 - 72° С, полное открытие клапана- при 81 - 85° С. Если термостат не отвечает этим условиям, он должен быть заменен.

Жалюзи

Жалюзи установлены перед радиатором и предназначены для изменения количества воздуха, проходящего через него.

На двигателях ЗИЛ-157, ГАЗ-69, ГАЗ-51, М-21, ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 управление жалюзи осуществляется водителем из кабины при помощи специальной рукоятки.

Современные двигатели имеют по два сливных краника, один из которых установлен в нижней части рубашки охлаждения блока цилиндров, а другой - на нижнем патрубке радиатора.

Двигатель ЯАЗ-204 имеет два краника: на корпусе водяного насоса и на нижнем патрубке радиатора. Двигатель ЯАЗ-206 имеет третий краник, установленный на заднем конце водораспределительного канала.

При наличии пускового подогревателя на нем устанавливается дополнительный сливной краник.

Элементы жидкостной системы охлаждения соединяются при помощи стальных труб, чугунных патрубков и прорезиненных шлангов.