Лекция №9 - Система охлаждения ДВС

режима, имеется оптимальный диапазон температур 90…105°С, при котором двигатель развивает

максимальную мощность, а расход топлива минимален.
В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах выделяется большое количество тепла, вызывающее интенсивный нагрев деталей двигателя. Перегрев стенок цилиндров и камер сгорания, поршней и клапанов, т.е. работа двигателя при повышенном тепловом режиме, приводит к следующим основным отрицательным явлениям: вязкость смазочного масла уменьшается, в связи с чем оно плохо удерживается в зазорах трущихся пар, что приводит к увеличению износов и снижению срока службы; коэффициент наполнения цилиндра уменьшается, что приводит к снижению мощности; возрастает опасность детонации из-за преждевременного воспламенения рабочей смеси; возможно заклинивание поршня в гильзе.

Назначение и основные требования

к ряду отрицательных явлений: смазка загустевает, силы трения возрастают, износы

повышаются, мощность снижается; условия смесеобразования ухудшаются, поэтому расход топлива увеличивается; происходит конденсация паров топлива в камере сгорания и разжижение масла в картере; в дизелях переохлаждение двигателя приводит к засмолению поршневых колец.
Для обеспечения работы двигателя в наиболее благоприятном, оптимальном, тепловом диапазоне необходимо 25…30% тепла, выделяющегося при сгорании топлива, принудительно отводить в окружающую среду. Для этой цели служит система охлаждения.
В автотракторных двигателях внутреннего сгорания применяются два типа систем охлаждения – жидкостная и воздушная.

головки омываются мощным потоком воздуха, создаваемым вентилятором, т.е. отводимое тепло

передается непосредственно окружающей среде.

Двигатель Porsche 911 Carrera 4

плюсам. Из-за меньшей теплоемкости и теплопроводности воздух не может так

быстро отобрать тепло, как вода или антифриз. Но с другой стороны разница температур между стенками цилиндров и забортным воздухом больше, чем между теми же стенками и циркулирующей в системе охлаждающей жидкостью. Поэтому тепловой режим «воздушника» меньше зависит от погоды – то есть вероятность перегрева двигателя-«с водяным охлаждением» даже с самым большим радиатором в жару намного выше.
Преимущество «воздушника» – в три-четыре раза более быстрый прогрев после холодного пуска. Отсюда – и экономия топлива, и продление ресурса, и лучшая экология, и, наконец, удобство для водителя. Только у самых сложных «жидкостных» моторов образца 2010-х годов, имеющих три контура системы охлаждения, получается достигнуть подобных показателей прогрева.

Схемы систем воздушного охлаждения

передается промежуточному теплоносителю – охлаждающей жидкости.
В зависимости от факторов,

вызывающих циркуляцию охлаждающей жидкости, различают три вида жидкостного охлаждения: термосифонную, смешанную и принудительную. В термосифонной системе циркуляция теплоносителя основана на разности удельных масс жидкости, нагретой в водяной рубашке и охлажденной в радиаторе. В смешанной системе термосифонная циркуляция усиливается центробежным насосом. В принудительной системе циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется исключительно за счет работы центробежного насоса, приводимого от коленчатого вала двигателя.
Наибольшее применение в автотракторных двигателях получила принудительная система, т.к. благодаря интенсивной циркуляции охлаждающей жидкости емкость системы в этом случае невелика.
Жидкостные системы охлаждения могут быть открытые и закрытые. В открытой системе охлаждающая жидкость постоянно соединяется через пароотводящую трубку с атмосферой.

Схема жидкостных систем охлаждения:
а) термосифонная система;
б) с принудительной циркуляцией жидкости;
в) смешанная, или комбинированная система

показана схема жидкостной системы охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости

(воды).
Водяная рубашка блока цилиндров 11 и головки блока 10, радиатор и патрубки через заливную горловину заполнены водой. Вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания работающего двигателя и, нагреваясь, охлаждает их. Центробежный водяной насос 3 нагнетает воду в рубашку блока цилиндров, из которой нагретая вода поступает в рубашку головки блока и затем по верхнему патрубку 7 вытесняется в радиатор. Охлажденная в радиаторе вода по нижнему патрубку 15 возвращается к насосу 30 .

помощью термостата 9. При температуре охлаждающей жидкости ниже 70…75°С основной

клапан термостата закрыт. В этом случае жидкость не поступает в радиатор (циркулирует по малому контуру через патрубок 8), что способствует быстрому прогреву двигателя до оптимального теплового режима. При нагревании термочувствительного элемента термостата до 70…75°С основной клапан термостата начинает открываться и пропускает воду в радиатор, где она охлаждается. Полностью термостат открывается при 83…90°С. С этого момента вода циркулирует по радиаторному (большому) контуру. Температурный режим двигателя регулируется также с помощью поворотных заслонок жалюзи 1, путем изменения воздушного потока, создаваемого вентилятором 4 и проходящего через радиатор.

круг — жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его

быстрый прогрев.
2.Большой круг — движение циркулирует при прогретом двигателе.

Схема системы охлаждения двигателя а) малый круг циркуляции б) большой круг циркуляции 1 - радиатор; 2 - патрубок для циркуляции охлаждающей жидкости; 3 - расширительный бачок; 4 - термостат; 5 - водяной насос; 6 - рубашка охлаждения блока цилиндров; 7 - рубашка охлаждения головки блока; 8 - радиатор отопителя с электровентилятором; 9 - кран радиатора отопителя; 10 - пробка для слива охлаждающей жидкости из блока; 11 - пробка для слива охлаждающей жидкости из радиатора; 12 - вентилятор

температурного режима охлаждения является изменение производительности самого вентилятора. Опытные данные

показывают, что при работе грузового автомобиля с полной нагрузкой при температуре окружающего воздуха в диапазоне от - 1 до + 27°С фактический расход воздуха, необходимый для поддержания оптимального теплового режима двигателя, составляет в среднем около 40% производительности вентилятора. Поэтому применение автоматического управления вентилятором позволяет повысить эксплуатационную экономичность двигателя на 5…7%.

систему охлаждения с атмосферой при повышении избыточного давления до 0,1

МПа или возникновения разрежения свыше 0,013 МПа.
Вода из системы охлаждения сливается через сливные краники, установленные на нижнем патрубке и в нижней части рубашки блока цилиндров.

14 – сливной краник;
15 – нижний патрубок;
16 – нижний бачок радиатора

У большинства двигателей вода подводится в верхнюю часть водяной рубашки,

где размещена водораспределительная труба, что позволяет более интенсивно охлаждать наиболее нагреваемые участки двигателей и обеспечивать сравнительно одинаковые температурные условия по всей высоте цилиндров.

водяными трубками (трубчатые) и с воздушными трубками (сотовые). Преобладающее применение

получили трубчатые радиаторы с медными или латунными оребренными трубками. Перепад температур воды при входе и выходе из радиатора при принудительной циркуляции составляет 5…10°С.

Виды сердцевин радиаторов

Представляет собой сочетание двух клапанов – парового и воздушного. Паровой

клапан открывается при давлении более 0,120…0,135 МПа (на некоторых моделях при 0,2 МПа) и перепускает пар в атмосферу.
Повышенное давление в системе позволяет повысить температуру кипения воды до 105…108°С и, следовательно, уменьшить парообразование. Если давление в системе находится в пределах от 0,120…0,135 МПа до 0,095…0,098 МПа, оба клапана закрыты.
Воздушный клапан открывается при давлении ниже 0,095…0,098 МПа и соединяет систему с атмосферой. Этим трубки радиатора предохраняются от деформации при охлаждении двигателя, когда в системе охлаждения создается вакуум.

Большое распространение получили четырех- и шести лопастные вентиляторы со штампованными

лопастями. В последнее время используются пластиковые, а также еще и сдвоенные. Привод выполняется обычно клиноременной передачей, и реже – шестеренчатой.
В последнее время распространение получает привод вентилятора от электродвигателя. Преимуществом такого привода является независимость частоты вращения вентилятора от частоты вращения коленчатого вала двигателя и возможность обеспечения различного потока воздуха в зависимости от степени нагрева двигателя и даже при заглушенном двигателе (равномерное его охлаждение после длительной работы).

низкого давления. Они конструктивно просты, имеют небольшие габаритные размеры, обеспечивают

высокую производительность.
Принцип действие насоса заключается в следующем вращающаяся крыльчатка 2 отбрасывает поступающую воду из всасывающего канала 3 к стенкам корпуса 1, и она по подводящему каналу направляется в водораспределительный канал 4 блока цилиндров. Нагнетательный канал расширяется в направлении вращения крыльчатки, скорость проходящей по каналу воды снижается, а давление повышается.
Конструктивное исполнение и привод насоса зависят от его расположения. При нижнем расположении насос выполняется в самостоятельном агрегате, а привод его осуществляется шестеренчатой передачей.
При верхнем расположении насос конструктивно объединяется с вентилятором, имеет общий с вентилятором вал, а привод осуществляется клиноременной передачей. Верхнее расположение насоса имеет ряд преимуществ: меньшее число сальниковых уплотнений, меньшие масса и потери мощности на привод.

и ускорения прогрева двигателя в период пуска. Регулирование осуществляется изменением

сечения для прохода жидкости, поступающей из водяной рубашки в радиатор. Термостаты бывают с жидким наполнителем (рис. 18, б) (сильфонные) и твердым наполнителем (рис. 18, а) (термоклапаны). Последние применяются в закрытых жидкостных системах охлаждения, когда избыточное давление сопоставляет 0,1 МПа и более.
В качестве заполнителя термостата с твердым наполнителем используется церезин. Принцип работы такого термостата заключается в следующем: при температуре 70…85 С церезин плавится и, расширяясь, перемещает основной клапан 1 (рис. 18, а) в сторону открытия, охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор. При снижении температуры церезин затвердевает и уменьшается в объеме, при этом под действием возвратной пружины 6 основной клапан 1 закрывается, а вода через боковой клапан направляется в водяной насос, т. е. циркулирует по малому кругу.

поворачивающимися шторками (жалюзи), установленными перед радиатором. Шторки поворачивают вручную системой

тяг и рычагов, выведенных в кабину водителя. Такой способ применяется одновременно с регулированием циркуляции воды термостатом.
Некоторые двигатели имеют устройство для автоматического поворачивания шторок радиатора. В этом случае термостат связан системой рычагов с поворачивающимися, шторками. По мере изменения температуры охлаждающей воды термостат или приоткрывает шторки или закрывает их полностью.

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.

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.

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.