2.4. Система охлаждения

Как указывалось выше, при сгорании рабочей смеси выделяется значительное количество тепла. Максимальная температура газов при этом достигает 2000…2500 °С. Такая высокая температура может вызвать сильный нагрев всех деталей двигателя и привести к их термическому разрушению. Кроме того, высокая температура впускного тракта может привести к снижению массового наполнения цилиндров из-за увеличения объема воздуха, что приведет к снижению вырабатываемой мощности и ухудшению экономических показателей двигателя.

Для обеспечения нормальной рабочей температуры двигателя применяют систему охлаждения. Система охлаждения должна обеспечивать:

• автоматическое поддержание рабочей температуры двигателя на всех режимах его работы;

• быстрый прогрев двигателя при пуске в холодных условиях;

• длительное сохранение двигателя в прогретом состоянии после его остановки;

• малые энергетические затраты на привод агрегатов системы охлаждения.

В ДВС применяются воздушная и жидкостная системы охлаждения. На современных автобусах применяются только двигатели с жидкостным охлаждением закрытого типа. В этом случае охлаждающая жидкость полностью изолирована от атмосферы, что уменьшает возможность ее испарения и повышает температуру кипения.

Жидкостная система охлаждения состоит из:

• рубашки охлаждения;

• основного радиатора;

• радиатора системы отопления кузова;

• вентилятора;

• насоса охлаждающей жидкости;

• термостата;

• соединительных трубопроводов;

• расширительного бачка;

• воздушного клапана.

Рубашка охлаждения представляет собой емкость для размещениям охлаждающей жидкости, охватывающей наружные поверхности цилиндров (гильз) двигателя и камеры сгорания (рис. 2.20). Рубашка охлаждения блока связана каналами с рубашкой охлаждения головки, уплотнение этих каналов обеспечивается прокладкой головки блока. В рубашке охлаждения установлен кран для слива охлаждающей жидкости.

Система охлаждения двигателей ЗМЗ-402

Рис 2.20. Система охлаждения двигателей ЗМЗ-402 и УМЗ-4215: 

I – с одним отопителем; II с двумя отопителями и электронасосом (для фургонов с двумя рядами сидений и автобусов); 1 — расширительный бачок; 2 — термостат; 3 — датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 4 — радиатор; 5 — сливная пробка (кран) радиатора; 6 — вентилятор; 7 — ремень привода вентилятора; 8 — ремень привода насоса охлаждающей жидкости; 9 — насос охлаждающей жидкости; 10 — сливной кран блока цилиндров; 12 — электронасос системы отопления; 11,13 — кран отопителя; 14 — радиатор дополнительного отопителя; 15,16 — радиаторы основного отопителя

Основной радиатор предназначен для отвода тепла от охлаждающей жидкости. Он состоит из двух бачков, соединенных между собой большим количеством круглых или овальных трубок. Бачки могут располагаться друг относительно друга либо в вертикальной, либо в горизонтальной плоскости. Изготавливают бачки из меди, алюминия, латуни или пластмассы. При вертикальном расположении бачков в верхнем из них в отдельных случаях размещается наливная горловина с пробкой. В пробке наливной горловины обычно предусматривается два предохранительных клапана — паровой и воздушный. Паровой клапан открывается при избыточном давлении в 145…160 кПа. Воздушный клапан открывается при падении давления, вызванном охлаждением жидкости. Паровой и воздушный клапаны (рис. 2.21) предотвращают разрушение трубок радиатора от избыточного внешнего и внутреннего давления. Трубки могут изготавливаться из алюминия, меди или латуни. Для лучшего отвода тепла между трубками устанавливают пластины, гофрированные ленты из тех же материалов. В радиаторе предусмотрен сливной кран, резьбовой штуцер для установки датчика температуры и пароотводная трубка, устанавливаемая при наличии расширительного бачка.

Пробка наливной горловины

Рис. 2.21. Пробка наливной горловины: 1 — крышка; 2 — пружина впускного клапана; 3 — стержень впускного клапана; 4 — пружина выпускного клапана; 5—тарелка пружины выпускного клапана; 6 — выпускной клапан; 7 — впускной клапан; 8 — корпус пробки

Обогрев салона автобуса может осуществляться либо специальным отопителем, либо радиатором системы обогрева кузова, включенным в систему охлаждения двигателя. По конструкции радиатор обогрева кузова аналогичен основному радиатору, но имеет меньшие размеры.

Вентилятор создает интенсивный поток воздуха через основной радиатор. Он представляет собой пластмассовую или металлическую крыльчатку, выполняющую функцию осевого воздушного насоса. Вентилятор установлен в кожухе для обеспечения направленного воздушного потока. Кожух изготавливают из штампованных стальных пластин, или из пластмассы. Привод вентилятора может осуществляться ременной передачей от шкива на носке коленчатого вала (рис. 2.22) либо электрическим двигателем.

Привод водяного насоса

Рис. 2.22 Привод водяного насоса и вентилятора ременной передачей: 1 — шкив коленчатого вала; 2 — шкив вентилятора;

3 — генератор; 4 — шкив водяного насоса; 5 — натяжной ролик

Электрический двигатель включается датчиком температуры охлаждающей жидкости, устанавливаемым в системе охлаждения. Электродвигатель может иметь один или два режима работы. При больших размерах радиатора возможно применение двух вентиляторов. На некоторых двигателях привод вентилятора осуществляется от коленчатого вала клиноременной передачей через гидромуфту. Гидромуфта (рис. 2.23) состоит из двух лопастных колес, установленных в общей полости. Одно из колес связано с ведомым шкивом клиноременной передачи, второе — с крыльчаткой вентилятора.

Установка гидромуфты в приводе вентилятора

Рис. 2.23. Установка гидромуфты в приводе вентилятора: 1 — вал привода вентилятора; 2,6 — сальники (манжеты); 3 — гайка вала; 4 — стопорная шайба; 5 — втулка сальника; 7 — рабочее колесо; 8 — гидромуфта; 9 — корпус вентилятора; 10 — крышка; 11 — уплотнительное кольцо; 12 — корпус центрифуги; 13 — шайба; 14 — маслопроводный болт; 15 — подшипник скольжения

Полость гидромуфты заполняется маслом из системы смазки двигателя, заполнение полости контролируется золотником. Перемещение золотника осуществляется соленоидом, управляемым температурным датчиком. При температуре 81…95 °С положение золотника обеспечивает полное заполнение полости гидромуфты, при этом достигается максимальная частота вращения вентилятора. При низких температурах охлаждающей жидкости золотник занимает положение, обеспечивающее полное опорожнение гидромуфты, при этом вентилятор не вращается. На некоторых двигателях в приводе вентилятора применяют электромагнитные муфты. В этом случае температурный датчик при высокой температуре соединяет с системой питания обмотку электромагнита, обеспечивающего соединение шкива клиноременной передачи с крыльчаткой вентилятора. При охлаждении жидкости обмотка электромагнита обесточивается. Отключение вентилятора позволяет экономить топливо и снижает уровень шума.

Насос охлаждающей жидкости предназначен для принудительной циркуляции жидкости в системе охлаждения. Насосы центробежного типа приводятся одинарным или двойным клиновым или поликлиновым ремнем от носка коленчатого вала. Конструкция центробежного насоса показана на рис. 2.24.

Конструкция насоса охлаждающей жидкости

Рис. 2.24. Конструкция насоса охлаждающей жидкости:

1 — ступица для крепления приводного шкива; 2 — вал; 3 — корпус насоса; 4 — контрольное отверстие; 5 — масленка; 6 — крыльчатка; 7 — отверстие; 8 — пружина; 9, 10 — латунные обоймы; 11 — резиновая уплотнительная манжета; 12 — шайба; 13 — стопорное пружинное кольцо

Насос представляет собой отдельный агрегат, корпус которого крепится к блоку. Внутри корпуса на подшипниках качения установлен вал. В полость корпуса, где установлены подшипники, через масленку заправляется смазка. В современных конструкциях смазка часто закладывается непосредственно в подшипники на весь срок службы. На валу с помощью специальной лыски устанавливается металлическая (чугунная, алюминиевая) или пластмассовая крыльчатка. На противоположном конце вала установлена ступица фланца привода. Крыльчатка размещается в изолированном пространстве корпуса насоса, заполненного охлаждающей жидкостью. Для обеспечения герметизации этой полости на валу насоса установлен уплотнительный узел, состоящий из пластмассовой шайбы, уплотняющей крыльчатку по торцу, и резиновой манжеты, уплотняющей вал.

Циркуляция жидкости в системе охлаждения обеспечивается как действием насоса (такая система называется принудительной), или происходит произвольно под действием давления, вызванного разной плотностью охлаждающей жидкости в нагретой и охлажденной зонах рубашки охлаждения (такая система называется термосифонной). В современных двигателях применяется принудительная система охлаждения. В этом случае насос устанавливается в нижней зоне рубашки охлаждения, под действием насоса холодная охлаждающая жидкость подается в нижнюю зону рубашки охлаждения и, нагреваясь, поднимается вверх, проходя в нагретом состоянии через радиатор. В некоторых двигателях применяется смешанная система охлаждения. Насос установлен в верхней зоне рубашки охлаждения; жидкость, охлажденная в радиаторе, подается в верхнюю зону рубашки охлаждения и под действием разницы давлений холодной и горячей охлаждающей жидкости опускается вниз (термосифонный эффект). Для поддержания постоянного температурного режима двигателя и его быстрого прогрева при пуске необходимо при малой температуре охлаждающей жидкости выключить радиатор из круга циркуляции. Эту функцию выполняет специальное устройство, называемое термостатом (рис. 2.25). Он установлен в магистрали, связывающей радиатор с рубашкой охлаждения.

Конструкция термостата с твердым наполнителем

Рис. 2.25. Конструкция термостата с твердым наполнителем:

1 — нижняя рамка; 2 — верхняя рамка; 3 — регулировочный винт; 4 — шток; 5 — резиновая буфер-мембрана; 6 — седло основного клапана; 7 — основной клапан; 8 — пружина; 9 — капсула; 10 — напревляющее кольцо; 11 — перепускной клапан; 12 — упругое кольцо; 13 — поджимная пружина; 14 — седло перепускного клапана

Термостат представляет собой клапан, перекрывающий связь радиатора с рубашкой охлаждения при малой температуре охлаждающей жидкости (ниже 70 °С). В этом случае жидкость циркулирует по малому кругу циркуляции, в который входят рубашка охлаждения и жидкостная полость водяного насоса. При нагреве жидкости (свыше 70…80 °С) клапан начинает открываться. Полностью он открывается при 85…95 °С. В круг циркуляции включается радиатор, что обеспечивает поддержание заданного температурного режима. Включение и выключение клапана обеспечивается специальным элементом, увеличивающим свой осевой размер при нагревании. Этот элемент может быть сильфонного типа. В этом случае он представляет собой запаянный гофрированный стакан, заполненный эфиром. Один торец стакана закреплен на седле, второй связан со стержнем клапана. В современных двигателях функции сильфона выполняет капсула с твердым наполнителем — церезином с медными опилками. Термостат с твердым наполнителем более надежен, поскольку при повреждении сильфона возможно вытекание эфира через микротрещины.