Жидкостная система охлаждения

Мощностные, ресурсные, экономические показатели поршневых ДВС при прочих равных условиях зависят от температурного режима двигателя. Из рис. 9.1 видно, что имеется оптимальный диапазон температур 80...90°С (353...363°К), 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 уменьшается, что приводит к снижению мощности; возрастает опасность детонации из-за преждевременного воспламенения рабочей смеси; возможно заклинивание поршня в гильзе.

Переохлаждение двигателя, т. е. работа при пониженном тепловом режиме, также приводит к ряду отрицательных явлений: вязкость масла увеличивается, силы трения возрастают, износ повышается, мощность снижается, ухудшаются условия смесеобразования, 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.
Поскольку тепловое состояние двигателя существенно влияет на его мощность, экономичность, надежность, долговечность, к системе охлаждения предъявляются высокие требования. Главные из них: поддерживать оптимальный тепловой режим двигателя при работе в разнообразных климатических зонах и при различных нагрузках, расходовать для своей работы минимум мощности двигателя, иметь простую конструкцию, не требовать больших трудозатрат при техническом обслуживании и ремонте.
В автотракторных двигателях внутреннего сгорания применяются два типа систем охлаждения — жидкостная и воздушная.
Преимущественное распространение получила жидкостная система охлаждения, в которой тепло от нагретых деталей передается промежуточному теплоносителю — охлаждающей жидкости (воде или антифризу). Благодаря тому, что жидкий теплоноситель обладает в 20...25 раз большей, чем воздух, теплопроводностью, жидкостная система охлаждения обеспечивает необходимую интенсивность отвода тепла и достаточно равномерное температурное поле охлаждаемых деталей. Жидкостные системы охлаждения обеспечивают работу двигателей в оптимальном тепловом диапазоне на большинстве режимов.
Наряду с этим решающим достоинством и широким применением, жидкостная система охлаждения имеет и значительные недостатки: сложность конструкции (большое число различных патрубков, шлангов и уплотнений, которые могут давать течь и требуют постоянного наблюдения); сложность обслуживания, особенно в зимнее время; потребность в жидком теплоносителе; низкая надежность в работе — около 20% отказов ДВС приходится на жидкостную систему охлаждения.
В зависимости от факторов, вызывающих циркуляцию охлаждающей жидкости, различают три вида жидкостного охлаждения: термосифонное, смешанное и принудительное, 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 в движение от коленчатого вала двигателя.
Наибольшее применение в автотракторных двигателях получила принудительная система, так как благодаря интенсивной циркуляции охлаждающей жидкости вместимость 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. Недостатки открытой системы: большое испарение и расход воды; увеличенное отложение накипи и ухудшенный отвод тепла от нагретых деталей.

На рис. 9.2 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.
Циркуляция жидкости в зависимости от теплового состояния двигателя изменяется с помощью термостата 9. При температуре охлаждающей жидкости ниже 70...75°С (343...358°К) основной клапан термостата закрыт. В этом случае жидкость не поступает в радиатор, а 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 (343...348°К) основной клапан термостата начинает открываться и пропускать воду в радиатор, где она охлаждается. Полностью термостат открывается при 83...90 °С (356...363 °К). С этого момента вода циркулирует по радиаторному, т. е. большому контуру. Температурный режим двигателя регулируется также с помощью поворотных заслонок-жалюзи 1 путем изменения воздушного потока, создаваемого вентилятором 4 и проходящего через радиатор.
В последние годы наиболее эффективным и рациональным способом автоматического регулирования температурного режима двигателя является изменение производительности самого вентилятора.
В пробке 6 заливной горловины радиатора установлен паровоздушный клапан, который служит для поддержания давления в системе охлаждения в заданных пределах. Вода из системы охлаждения сливается через сливные краники 14, установленные на нижнем патрубке 15 и в нижней части рубашки блока цилиндров.