2.10.1. Общие положения и назначение системы охлаждения
При работе двигателя выделяется большое количество тепловой энергии, часть которой (25…35 %) расходуется на нагрев двигателя. Средняя температура газов в течение рабочего цикла составляет 800…900°С, а в момент их воспламенения она достигает 2000°С.
Чтобы двигатель нормально работал и не перегревался, его необходимо принудительно охлаждать до определенной и постоянной температуры в пределах 85…90°С.
Нарушение правильного теплоотвода вызывает ухудшение качества смазки трущихся поверхностей из-за уменьшения вязкости масла, приводит к выгоранию масла и перегреву деталей двигателя. Перегрев приводит к резкому снижению прочности материала деталей и даже их обгоранию (например, это возможно для выпускных клапанов или днища поршней). При сильном перегреве двигателя нормальные зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному изнашиванию деталей в этих зонах, заеданию и даже поломке. Перегрев двигателя вреден и потому, что сопровождается уменьшением коэффициента наполнения, а в бензиновых двигателях, кроме того, вызывает детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.
Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно приводит к конденсации частиц топлива на стенках цилиндров (в бензиновых двигателях), ухудшению условий смесеобразования и воспламеняемости рабочей смеси, уменьшению скорости ее сгорания и, как следствие, к снижению мощности и экономичности двигателя. На недостаточно нагретых поверхностях цилиндров, поршней и поршневых колец возможна конденсация продуктов сгорания топлива с образованием агрессивных кислот, вызывающих коррозию этих деталей. Осадкообразование в двигателе увеличивается при понижении температуры ниже 60 °С. Осадки ухудшают качество масла и затрудняют его очистку и подачу к трущимся деталям, в результате чего может произойти разрушение подшипников,
задир шеек коленчатого вала, пригорание поршневых колец.
Избыточный теплоотвод наносит двигателю еще больший вред, чем перегрев, так как при этом в большей мере снижаются мощность и экономичность двигателя и возрастают изнашивание и разрушение его деталей.
Для отвода излишков теплоты от деталей работающего двигателя и стабильного поддержания его оптимального теплового режима служит система охлаждения. В качестве теплоносителей, предназначенных для отвода теплоты от нагретых деталей двигателя, в системах охлаждения используют жидкость или воздух. Исходя из этого, системы охлаждения подразделяют на жидкостные и воздушные.
Любая из систем охлаждения должна удовлетворять ряду требований: быть надежной в работе; минимально увеличивать габаритные размеры и массу двигателя; обеспечивать регулирование теплоотвода от деталей, поддерживая номинальный температурный режим; быть простой в изготовлении и эксплуатации.