1. Призначення та класифікація систем охолодження.

4. Будова механізмів систем охолодження.

1. Призначення та класифікація систем охолодження. Для тривалої і безперебійної роботи двигуна необхідно забезпечити певний температурний режим. Середня температура газів на протязі робочого циклу двигуна складає 1050...1150 К. Частина тепла газів передається деталям (циліндрам, головці циліндрів, поршням, клапанам і т.д.), в результаті чого їх температура зростає. При перегріванні двигуна його потужність зменшується через зростання механічних витрат на подолання сил тертя і зменшення наповнення циліндрів свіжим зарядом робочої суміші, з’являються умови передчасного запалення суміші і детонації при її згорянні (карбюраторні двигуни). Крім того, при цьому нагрівається масло, в'язкість його зменшується, мащення деталей погіршується, зменшуються зазори в рухомих з’єднаннях і створюються умови заклинення рухомих деталей. Деталі інтенсивно спрацьовуються і змінюють свої механічні властивості (міцність, твердість). При переохолодженні двигуна також знижується потужність і підвищується витрата палива через погіршення умов утворення й згоряння робочої суміші, а також збільшуються затрати потужності на подолання сил тертя через погіршення мащення деталей при збільшенні в’язкості масла.

Для підтримання постійного теплового режиму двигуна використовують систему охолодження. Автотракторні двигуни найбільш економічно працюють при температурі в системі охолодження 80...95°С. Деталі двигуна охолоджуються різними способами, але основну кількість теплоти від деталей в атмосферу відводить система охолодження. Залежно від виду теплоносія системи охолодження поділяють на рідинні і повітряні. Класифікація систем охолодження представлена на рис.38.

Рис. 38. Схема класифікації системи охолодження ДВЗ

Рідинні системи охолодження бувають з термосифонною і примусовою циркуляцією рідини.

У термосифонній системі охолодження циркуляція відбувається за рахунок того, що гаряча рідина легша від холодної і піднімається вгору в сорочці охолодження від нагрітих деталей, потім по верхньому патрубку надходить в радіатор, а з радіатора по нижньому патрубку в сорочку охолодження повертається охолоджена рідина. Термосифонна система охолодження проста за будовою, але не забезпечує достатнього охолодження рідини через повільну циркуляцію рідини. Така система застосовується для охолодження пускових двигунів. Сорочка системи охолодження пускового двигуна патрубками сполучена із сорочкою системи охолодження дизеля.

Системи охолодження, в яких сорочка охолодження вільно сполучена з атмосферною за допомогою паровідвідної трубки, називаються відкритими. Сорочка охолодження, яка сполучається з атмосферою періодично через пароповітряний клапан називається закритою. Застосування пароповітряного клапана дозволяє збільшити тиск в сорочці охолодження до 0,115 МПа, одночасно зростає температура кипіння рідини, вода менше випаровується, що зменшує накип на стінках сорочки.

У сучасних двигунах застосовуються системи охолодження з примусовою циркуляцією рідини за допомогою відцентрового насоса. Різниця температур холодної і гарячої води не перевищує 10°С. Завдяки більшій інтенсивності циркуляції рідини місткість таких систем менша, як і маса дизеля, рівномірність і ефективність охолодження більша.

2. Охолоджуючі рідини. Надійність роботи рідинної системи охолодження залежить від властивостей охолоджувальної рідини, яка повинна бути достатньо теплоємкою, з високою температурою кипіння і низькою температурою замерзання, не мати схильності до утворення накипу, не викликати корозії металевих деталей та не пошкоджувати гумових й пластикових матеріалів, бути безпечною для людини в процесі експлуатації, а також пожежобезпечною, дешевою і поширеною.

Найпоширеніша охолоджувальна рідина тракторних двигунів в умовах сільського господарства - це вода. Основні її недоліки: температура замерзання 0°С і наявність солей, які у вигляді накипу відкладаються на поверхнях сорочки охолодження та деталяхсистеми. Тому в системі охолодження повинна бути лише «м'яка» вода - дощова або із талого снігу.

Пом'якшують воду кількома способами.

1. Кип'ятіння води протягом 15...20 хв. Після відстоювання і фільтрування воду застосовують в системі охолодження.

2. Приготування розчину з 10 л води і 3 кг технічного тринатрійфосфату (Nа ₃РО ₄12Н ₂0), який кілька разів перемішують. Після відстоювання 1 л розчину додають до 200 л жорсткої води і знову перемішують, після відстоювання воду заливають в систему.

3. Додавання, безпосередньо в систему охолодження, від 3 до 10 г хромпіку (К ₂Gr ₂О ₇) на 1 л води. Хромпік перетворює солі кальцію і магнію в пухкий осад, який циркулює з водою і легко виводиться із системи при промиванні.

4. Пропускання води через переносний глауконітовий фільтр.

5. Пропускання води через магнітний фільтр.

В холодний період року в системах охолодження застосовують спеціальні рідини – антифризи.

Антифриз – це суміш етиленгліколю і дистильованої води. Промисловість виготовляє дві марки антифризів – 40 і 65 з температурою замерзання відповідно - 40°С і - 65°С. При замерзанні антифризів утворюється сипка маса, об'єм якої збільшується лише на 0,2...0,3%, тому система не розморожується.

Антифриз-40 – світло-жовта, трохи каламутна масляниста рідина, являє собою суміш із 53% етиленгліколю і 47% дистильованої води. Антифриз-65 має оранжевий колір і складається з 66% етиленгліколю і 34% дистильованої води. В антифризи додають антикорозійну присадку, у складі якої фосфорнокислий натрій Nа ₂НРО ₄ і 1 г/л декстрину. Фосфорнокислий натрій захищає від корозії чавунні, сталеві й мідні деталі, а декстрин – припої і деталі із алюмінію і міді.

Використання антифризів в системі охолодження дає такі переваги: низька температура застигання і висока температура кипіння, високий ступінь в'язкості, рідина не горюча, з достатньо високою теплоємністю і теплопровідністю.

Основним недоліком антифризів є токсичність. Попадання антифризу в організм людини викликає тяжкі отруєння. Тому, при роботі з ними необхідно дотримуватись таких основних заходів безпеки.

Заливати антифриз в систему охолодження потрібно на 5–8 % менше повного об’єму, оскільки він має високий коефіцієнт об’ємного розширення під час нагрівання.

Для цілорічної експлуатації тракторів і автомобілів призначені рідини Тосол-А40 і Тосол-А65 зелено-голубого кольору, які при температурах відповідно -40°С і -65°С перетворюються у желеподібну масу. Тосол виготовляють на основі етиленгліколю з добавкою 2,5...3,0% складної композиції протикорозійних і антипінних присадок.

3. Схеми роботи систем охолодження. На сучасних тракторних двигунах застосовується закрита система рідинного охолодження з примусовою циркуляцією рідини рис.39, яка складається з таких елементів: сорочки охолодження, яка утворюється порожнинами блока і головки блока циліндрів, з'єднаних між собою; радіатора 3, який верхнім 10 і нижнім 11 патрубками з’єднується з сорочкою охолодження; рідинного відцентрового насоса 9 і вентилятора 2, встановлених на одному валу в загальному корпусі, прикріпленому до блока. Привод насоса і вентилятора здійснюється від колінчастого вала через пасову передачу. У верхній частині головки блока циліндрів розташований термостат 6, який відвідною трубкою 12 з'єднаний з відцентровим насосом 9. Рідина в сорочку охолодження заливається через горловину верхнього бачка радіатора, яка закривається кришкою з пароповітряним клапаном 13. Зливається рідина із сорочки охолодження за допомогою краників 14, встановлених на нижньому бачку радіатора і блока циліндрів.

Рис.39. Схема рідинної системи охолодження:1 – шторка; 2 – вентилятор; 3 – радіатор; 4 – термостат; 5 – термометр; 6 – сорочка охолодження; 7 – блок циліндрів; 8 – гільза; 9 – насос; 10 – верхній патрубок; 11 – нижній патрубок; 12 – відвідна труба;13 – пароповітряний клапан; 14 – краник

При роботі холодного двигуна рідина в системі циркулює по малому колу: насос 9 – сорочка охолодження 6 – термостат 4 – відвідна трубка 12, знову – до насоса 9. Циркуляція здійснюється до досягнення рідиною температури 60...75 °С.

При такій температурі спрацьовує термостат 4, рідина починає циркулювати по великому колу за допомогою насоса 9: насос 9 – сорочка охолодження 6 – термостат 4 – верхній патрубок 10 – верхній бачок радіатора 3 – серцевина радіатора – нижній бачок радіатора – нижній патрубок 11 – насос 9. У трубках серцевини радіатора рідина охолоджується, оскільки в серцевині радіатора один потік рідини із патрубка 10 розподіляється і теплота від рідини передається трубкам серцевини. Зовнішня поверхня трубок обдувається потоком повітря, що всмоктується вентилятором 2. Інтенсивність повітряного потоку регулюється за допомогою встановленням перед серцевиною радіатора шторки 1.

При нормальній роботі двигуна з номінальним навантаженням температура охолоджувальної рідини, яка потрапляє у верхній бачок радіатора, становить 85...90°С, а температура охолодженої рідини на вході в сорочку охолодження відповідно 70...75 °С. В радіаторі температура охолоджувальної рідини зменшується на 10...15°С.

Для контролю температури охолоджувальної рідини використовують датчики та покажчики температури. Датчик температури охолоджувальної рідини може встановлюватись у верхньому патрубку радіатора після корпуса термостата (Д-65Н), в кінці відвідного трубопроводу головки циліндрів (СМД-18Н, А-41) або в патрубку відведення рідини із сорочок охолодження кожного ряду циліндрів дизелів СМД-60.

Система повітряного охолодження. В цій системі тепло від деталей двигуна відводиться в результаті обдування циліндрів і їх головок повітрям.

Система повітряного охолодження двигуна складається з вентилятора 9 (рис.40) та напрямних: кожуха 2, щитків (дефлекторів) 4, 7, 8, апарату 10.

Ротор вентилятора і напрямний апарат відлиті з алюмінієвого сплаву. Ротор закріплений на одному валу з шківом, який приводиться клинопасовою передачею від шківа колінчастого вала. Напрямний апарат разом з каркасом прикріплений до остова двигуна. Він служить для зміни напрямку повітряного потоку на протилежний обертанню ротора, що створює неможливість завихрення.

Для оберігання вентилятора від потрапляння сторонніх предметів і зменшення забрудненості поверхонь, що охолоджуються напрямний апарат обладнаний захисною сіткою 11.

Рис. 40. Схема повітряної системи охолодження:1 – масляний радіатор; 2 – кожух; 3 – замок; 4 – задній дефлектор; 5 – циліндр; 6 – шпилька кріплення середнього дефлектора; 7 – середній дефлектор; 8 – передній дефлектор; 9 – вентилятор; 10 – напрямний апарат; 11 – захисна сітка

Повітря, що нагнітається вентилятором, направляється кожухом та дефлекторами в міжреберний простір циліндрів і головок. Регулюють тепловий стан двигуна дросельним диском, який встановлюється під захисну сітку вентилятора, а також вмиканням або вимиканням масляного радіатора

Система повітряного охолодження зменшує габарити і масу дизеля, простіша в експлуатації, але має підвищений шум і витрати потужності двигуна (5...10 %) на привод вентилятора.

4. Будова механізмів систем охолодження. Радіатор призначений для охолодження нагрітої рідини. Він складається з верхнього й нижнього бачків, серцевини та деталей кріплення. Серцевина радіатора (рис.41) може бути трубчасто-пластинчастою, трубчасто-стрічковою або щільниковою.

Рідина з сорочки охолодження подається у верхній бак радіатора, а звідти, трубками серцевини, зливається в нижній. В кришці заливної горловини радіатора системи охолодження закритого типу є пароповітряний клапан.

Пароповітряний клапан(рис.42). ізолює систему охолодження від атмосфери і підтримує в ній дещо вищий тиск, що підвищує температуру кипіння, знижує пароутворення й витрату охолоджуючої рідини.

Рис.41. Схеми серцевини радіатора:а – трубчасто-пластинчаста; б – трубчасто-стрічкова; в – щільникова

Рис.42. Пароповітряний клапан кришки заливної горловини:1 – паровідвідна трубка; 2 – паровий клапан; 3 – пружина парового клапана; 4 – замкова пружина; 5 – корпус кришки; 6 – горловина радіатора; 7, 8 – гумові прокладки; 9 – повітряний клапан; пружина повітряного клапана

Коли кришка закриває горловину радіатора паровий клапан 2 через гумову прокладку притиснутий пружиною 3 до виступу горловини і розділяє порожнину верхнього бака радіатора з атмосферою.

Якщо тиск в системі на 0,05 – 0,07 МПа більше атмосферного (внаслідок пароутворення), паровий клапан 2, долаючи опір пружини 3, зміщується по штоку вгору. Пара з верхнього бака радіатора проходить через щілину, що утворилась, і трубкою 1 виводиться в атмосферу,

У випадку створення розрідження в системі охолодження (при охолодженні гарячого двигуна, витікання рідини тощо) до 0,001 –0,01 МПа через повітряний клапан підсмоктується повітря, що запобігає деформації латунних трубок осердя радіатора.

Термостат автоматично підтримує необхідну температуру охолоджуючої рідини при різних навантаженнях двигуна і температурах навколишнього повітря, а також забезпечує швидке прогрівання двигуна після його пуску. Залежно від температури охолоджуючої рідини термостат спрямовує її потік із сорочки охолодження у верхній бачок радіатора (радіатор підключений) або до насоса через відвідну трубку (радіатор відключений). Застосовують термостати з рідинним та твердим наповнювачами.

Вентилятор служить для створення повітряного потоку, яким обдуваються трубки радіатора. Подача повітря вентилятором залежить від частоти обертання крильчатки, кількості лопатей, їх розмірів та профілю. Звичайно крильчатки вентиляторів чотирьох, шести або восьми-лопатеві, які обертаються в спеціальному кожусі (дифузорі), прикріпленому до радіатора. Кожух забезпечує потрібний напрямок повітряного потоку і захищає крильчатку. Для зменшення вібрації і шуму лопаті розміщують попарно під різними кутами.

Відцентровий насос забезпечує примусову циркуляцію рідини в системі. Насос складається з корпуса 1 (рис.43), підвідного і відвідного каналів, валика 3 на шарикових підшипниках. На валику закріплений шків привода, з іншого боку – крильчатка насоса.

Рис.43. Схема роботи відцентрового насоса: 1 – корпус насоса; 2 – крильчатка; 3 – валик; 4, 5 – патрубки; Н – порожнина нагнітання

Шків отримує обертання від колінчастого вала клиновим пасом Під час обертання крильчатки рідина, що знаходиться між її лопатями, викидається відцентровою силою в порожнину нагнітання Н. Насоси більшості двигунів об'єднані в один вузол з вентилятором.