Учебное пособие :«система охлаждения двигателя автомобиля»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

«ЛУГАНСКИЙ КОЛЛЕДЖ АВТОСЕРВИСА им. А.А. Гизая»

«СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ»

Разработал: преподаватель Фоменко Ольга Васильевна

Луганск, 2019

Содержание

1. Назначение системы охлаждения

2. Устройство и состав жидкостной системы охлаждения

3. Принцип работы системы охлаждения двигателя в действии

Список использованной литературы

1. Назначение системы охлаждения

В момент сгорания рабочей смеси температура в цилиндре двигателя достигает 2000°С, средняя температура находится на уровне 800–1000°С. Очевидно, что в таких условиях двигатель долго работать не сможет по причине перегрева и последующего выхода из строя его металлических частей. Для обеспечения нормальной температуры работы мотора в каждом автомобиле предусмотрена система охлаждения.

Сегодня автомобили выпускаются с жидкостными системами охлаждения. В качестве охлаждающего элемента в них используется вода, тосол или антифриз. Еще встречаются автомобили с воздушной системой охлаждения, например «Запорожец».

Значительное снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается за счет потери тепла, увеличиваются потери на трение из-за более густой смазки, часть рабочей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, и увеличивается износ деталей. В переохлажденном двигателе увеличивается коррозийный износ стенок цилиндров в результате образования серных и сернистых соединений.

Из выше перечисленного следует, что система охлаждения служит для поддержания нормального теплового режима двигателя и для отвода излишек тепла вне зависимости от условий эксплуатации.

2. Устройство и состав жидкостной системы охлаждения

К системе жидкостного охлаждения относятся: полость охлаждения блока и головок цилиндров (рубашка охлаждения), радиатор, водяной насос (помпа), вентилятор, термостат, соединительные шланги, указатель температуры охлаждающей жидкости, а также расширительный бачок (рис. 1).

Рис. 1. Система жидкостного охлаждения двигателя

Одним из важнейших элементов данной конструкции является РАДИАТОР (рис. 2).

Рис. 2. Автомобильный радиатор

Его задача – эффективно охлаждать жидкость, отводя при этом тепло в окружающую среду. Некое подобие современного радиатора устанавливалось даже на самых ранних автомобилях с ДВС.

Радиатор охлаждения двигателя, как правило, состоит из верхнего и нижнего бачков, сердцевины, где происходит непосредственно охлаждение жидкости, и деталей крепления (рис. 3). Жидкость, поступающая в радиатор из водяной рубашки двигателя, охлаждается в нем до требуемой температуры, после чего снова возвращается к двигателю. Корпус бачков и сердцевина радиатора изготавливаются из легких металлов, таких как латунь или алюминий. Благодаря их хорошей теплопроводности обеспечивается эффективное охлаждение жидкости.

Рис. 3. Схема радиатора

Сердцевину радиатора составляют плоские металлические пластины, которые вертикально пронизывают полые трубки, соединяющие верхний и нижний бачки. Таким образом, жидкость через сердцевину проходит множеством потоков, в результате чего увеличивается площадь и интенсивность охлаждения.

Патрубки радиатора соединяют бачки с водяной рубашкой двигателя. В нижнем бачке имеется краник, который предназначен для слива жидкости. Такой же краник установлен и на двигателе. Жидкость в систему охлаждения заливается через горловину, расположенную на верхнем бачке радиатора.

Для повышения эффективности теплообмена на автомобилях перед радиатором устанавливается ВЕНТИЛЯТОР иногда с механическим, но чаще с электрическим приводом, нагнетающий воздух в его сердцевину (рис. 4).

Рис. 4. Схема вентилятора системы охлаждения

Вентилятор служит для увеличения потока воздуха через сердцевину радиатора. Как правило, он устанавливается непосредственно за радиатором по ходу движения автомобиля. Такое размещение исключает попадание в вентилятор крупных частиц и предметов, задерживаемых сотами радиатора.
Для увеличения эффективности работы вентилятора его размещают в направляющем кожухе – диффузоре.

Для работы вентилятора расходуется значительная доля мощности, развиваемой двигателем – до 5 % (для сравнения – жидкостный насос отнимает у двигателя до 1 % мощности).

Тем не менее, без этого элемента системы охлаждения не обойтись – отказавшись от вентилятора, конструкторам пришлось бы существенно увеличить теплообменную площадь радиатора.

А это повлекло бы за собой увеличение габаритов радиатора, его материалоемкость, дополнительный объем охлаждающей жидкости в системе и, как следствие – повышение производительности жидкостного насоса и расходуемой им мощности двигателя.

РУБАШКА ОХЛАЖДЕНИЯ состоит из полостей и каналов, выполненных при отливке в блоке цилиндров, головке блока, вокруг впускного трубопровода и около смесительной камеры карбюратора. Жидкость, поступающая из головки цилиндров в рубашку впускных трубопроводов и смесительной камеры карбюратора, служит не для охлаждения, а для подогрева их, так как при прохождении воздуха с большой скоростью происходит значительное охлаждение впускных патрубков, в результате чего ухудшается образование рабочей смеси.

При работе системы охлаждения двигателя автомобиля осуществляется два круга циркуляции охлаждающей жидкости (рис. 5).

Рис. 5. Схема системы охлаждения двигателя

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 блока из радиатора; 12 - вентилятор

Малый круг циркуляции (красные стрелки) служит для скорейшего подогрева холодного двигателя. А когда к красным стрелкам присоединяются синие, то уже нагревшаяся жидкость начинает циркулировать по большому кругу, охлаждаясь в радиаторе. Руководит этим процессом автоматическое устройство – термостат.

ТЕРМОСТАТ служит для ускорения подогрева двигателя после его пуска и для поддержания необходимой температуры охлаждающей жидкости. Он состоит из корпуса, термоэлемента, имеющего высокий коэффициент объемного расширения, двух (основного и перепускного) клапанов и горловин (рис. 6).

Рис. 6. Термостат системы жидкостного охлаждения

В системах охлаждения автомобилей используют два вида термостатов. Существуют решения с твердым или жидкостным наполнителем. Гелевый термостат для автомобильной жидкостной системы охлаждения двигателя был изобретен французом по имени Серж Вернье в 1963 году. Компания Vernet специализируется на производстве термостатов и сегодня, а продукция этого бренда пользуется заслуженным авторитетом на рынке автозапчастей для различных марок автомобилей по всему миру.

При горячем двигателе охлаждающая жидкость в системе охлаждения двигателя циркулирует по большому контуру – от нижнего бачка радиатора по шлангу она подается в корпус термостата и через канал, открытый основным клапаном, в корпус водяного насоса.

При холодном двигателе основной клапан термостата закрыт и байпасный (перепускной) клапан открыт. При этом охлаждающая жидкость циркулирует по малому контуру – от водяного насоса подается в рубашку охлаждения блока и головки цилиндров. Далее по перепускному шлангу через канал, открытый байпасным клапаном, жидкость поступает в термостат и к водяному насосу, что обеспечивает быстрый подогрев двигателя.

Т ермочувствительный элемент термостата состоит из стакана, внутри которого завальцована резиновая вставка и находится твердый наполнитель [смесь церезина (нефтяной воск) с медным порошком]. В резиновой вставке размещен полированный

стальной поршень, посаженный на резьбе в держателе и стопорящийся регулировочной гайкой. На стакане установлен основной клапан термостата, на который воздействует пружина, прижимая его к седлу держателя. При закрытом клапане перекрывается доступ жидкости от нижнего бачка радиатора и входного патрубка. Сверху стакана в обойме установлен байпасный клапан, на который воздействует пружина.

Основной клапан находится в закрытом положении, пока температура охлаждающей жидкости ниже 80С.

При дальнейшем повышении температуры жидкости твердый наполнитель расширяется, сжимает резиновую вставку и вытесняет поршень. Однако в действительности в связи с жестким креплением поршня происходит обратный процесс – резиновая вставка начинает скользить по поршню и вместе со стаканом и основным клапаном поднимается вверх. При этом открывается перепускной канал термостата и сжимается пружина основного клапана, одновременно начинает закрываться байпасный клапан.

Таким образом, некоторое время при температуре в пределах 80-94С циркуляция идет одновременно по двум контурам, а при нагреве жидкости до 94-96С байпасный клапан полностью закроется и будет продолжаться циркуляция охлаждающей жидкости только по большому контуру. Под температурой, соответствующей началу открытия клапана, понимается такая температура, при которой ход основного клапана составит 0,1 мм. Эта температура должна находиться в пределах 80-83С. Полный ход клапана при нагреве жидкости до 94-96С должен быть не менее 8 мм.

ВОДЯНОЙ НАСОС (ПОМПА) лопастного типа, предназначен для принудительного перекачивания охлаждающей жидкости из радиатора в рубашку охлаждения. Насос установлен в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала, крыльчатки, подшипников и уплотнителя (рис. 7).

Рис. 7. Водяной насос (помпа)

Корпус насоса имеет подводящее и отводящее отверстия, кроме этого, еще и приемное отверстие для шланга отопителя. В передней части насоса выполнен прилив, в котором на двухрядном подшипнике установлен вал насоса с напрессованной на внутреннем его конце крыльчаткой. Во избежание вытекания охлаждающей жидкости в корпусе насоса около ступицы крыльчатки установлен уплотнитель. В связи с тем, что при попадании воды в подшипники они быстро выходят из строя, для удаления попавшей сюда влаги в корпусе сделаны дренажные отверстия.

На переднем конце вала водяного насоса напрессована ступица, к которой болтами прикреплена крыльчатка вентилятора и шкив привода. Насос и вентилятор приводятся в действие клиновидным ремнем, который соединен со шкивом коленчатого вала. Этим же шкивом приводится в действие и генератор.

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАЧОК служит для компенсации изменения объема жидкости, возникающего во время работы двигателя.

Бачок изготовлен из полупрозрачной пластмассы, поверхность его ребристая. На поверхности бачка нанесена метка «Min» для облегчения контроля за уровнем жидкости. Соединительный штуцер имеет трубку, опущенную в бачок, благодаря которой облегчается конденсация пара. В верхней части бачка расположена наливная горловина, закрывающаяся пробкой с клапаном, срабатывающим при давлении, близком к атмосферному. Бачок соединен с верхней горловиной радиатора прорезиненным шлангом (рис. 8).

Рис. 8. Расширительный бачок

1 – бачок; 2 – наливная горловина; 3 – соединительный штуцер;

4 – прорезиненный шланг

Элементы системы охлаждения (охлаждающая рубашка, помпа, радиатор и др.) соединяются между собой ШЛАНГАМИ и ПАТРУБКАМИ. Кстати, иногда жидкость вытекает из системы охлаждения не из-за отверстия в радиаторе, а по причине плохо зажатых патрубков либо их механических повреждений (разрывы и трещины).

Рис. 9. Трубы системы охлаждения

1 – малая средняя труба; 2 – от теплообменника; 3 – болт, 10 Н·м; 4 –к теплообменнику; 5 – болт, 10 Н·м; 6 – большая средняя труба; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – штуцер, 15 Н·м; 9 – к расширительному бачку; 10 – болт, 10 Н·м, 11 – к средней трубе; 12 – уплотнительные кольца; 13 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 14, 15, 16 – уплотнительные кольца; 17 – болт, 10 Н·м

Рис. 10. Малая средняя труба системы охлаждения

1 – болт, 10 Н·м; 2 – хомут

Рис. 11. Правая средняя труба системы охлаждения

1, 2 – хомуты; 3 – болт, 10 Н·м

УКАЗАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ состоит из датчика Д (рис. 12, а), ввернутого в резьбовое отверстие головки цилиндров, и приемника (логометра) П. С помощью логометра можно повысить точность измерений и надежность указателя, а также устранить радиопомехи при его работе. В корпусе 8 датчика установлен диск, представляющий собой терморезистор 9. Терморезистор является полупроводником, сопротивление которого изменяется с изменением его температуры (уменьшается при нагревании и увеличивается при охлаждении). Внутри магнитного экрана корпуса прибора расположены неподвижные обмотки 2, 3 и 5, намотанные на капроновые колодки под углом 90° относительно друг друга и включенные в две параллельные ветви.

Рис. 12. Указатели температуры охлаждающей жидкости (а) и давления масла в системе смазки двигателя (б)

1 — постоянный магнит, 2, 3, 5 — обмотки, 4 — стрелка прибора,

6— резистор, 7 — источник напряжения, 8 — корпус датчика,

9 — терморезистор, 10 — пружина, 11 — мембрана, 12— реостат

На ось алюминиевой стрелки 4 установлен изготовленный в виде диска постоянный магнит 1, который удерживает стрелку в нулевом положении. При замыкания выключателя по обмоткам проходят токи в направлениях, указанных стрелками. Ток в обмотках 3 и 5 постоянный, а в обмотке 2 зависит от температуры в терморезисторе. При понижении температуры охлаждающей жидкости резко увеличивается сопротивление терморезистора 9, ток в обмотке 2 и созданный ею магнитный поток уменьшаются. Магнит 1 под действием равнодействующего магнитного потока обмоток 3 и 5 поворачивает стрелку в сторону меньших температур.

На щитке приборов некоторых автомобилей кроме указателя температуры охлаждающей жидкости устанавливают зеленую сигнальную лампу, предупреждающую водителя о перегреве двигателя. В цепь лампы включен датчик, расположенный в верхнем бачке радиатора и имеющий биметаллическую пластину с нормально открытыми контактами. При повышении температуры охлаждающей жидкости биметаллическая пластина изгибается, контакты датчика замыкаются и включают в цепь сигнальную лампу.

В систему охлаждения двигателя включен также ОТОПИТЕЛЬ САЛОНА. Горячая охлаждающая жидкость проходит через радиатор отопителя и нагревает воздух, подающийся в салон автомобиля.

Нагрев воздуха внутри автомобиля в первую очередь связан с температурой двигателя и жидкости, его охлаждающей – чем она выше, тем легче и быстрее прогревается салон. Однако в системе есть множество иных компонентов, повышающих или снижающих эффективность штатной печки - заслонки, клапаны, фильтры, радиаторы, вентиляторы и сами воздуховоды. Конструкция и схема работы отопителя салона изображена на рисунке 13.

Рис. 13. Конструкция и схема работы отопителя салона

Эффективность работы радиатора отопителя зависит от трёх основных факторов – площади его эффективной поверхности и материалов, пропускной способности и температуры проходящей через него охлаждающей жидкости.

Этот небольшой по размерам радиатор прячется за центральной консолью машины и почти недоступен для ревизии обычным автомобилистам. Проконтролировать состояние детали визуально крайне проблематично, а замена её на новую выливается порой в многочасовую разборку и сборку всей передней части машины.

Радиатор печки – деталь весьма нежная и боящаяся любых загрязнений – как внешних, так и внутренних. При длительной эксплуатации автомобиля рёбра радиатора забиваются пылью и грязью, попадающей в систему вместе с забортным воздухом. А тонкие трубки, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, зарастают грязью изнутри. В результате эффективность системы резко падает – воздушный поток уменьшается, а температура радиатора снижается. Это наиболее вероятная причина похолодания в салоне автомобиля зимой.

По прошествии нескольких лет эксплуатации автомобиля лучше всего заменять радиатор отопителя на новый, не дожидаясь, пока он начнёт плохо выполнять свои обязанности. Загрязнение этого элемента системы неизбежно, и предотвратить его невозможно. Кроме того, с годами возникает реальная опасность нарушения герметичности салонного радиатора, что в отдельных случаях приводит к внезапному прорыву трубок. Но чаще радиатор начинает понемногу подтравливать охлаждающую жидкость, что способствует процессам коррозии кузова.

3. Принцип работы системы охлаждения двигателя в действии

Рис. 14. Принцип работы системы охлаждения двигателя

1 – расширительный бачок; 2 – радиатор системы циркуляции отработавших газов; 3 – теплообменник отопителя; 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 – насос охлаждающей жидкости; 6 - датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе радиатора; 7 – термостат; 8 – масляный радиатор; 9 – дополнительный насос охлаждающей жидкости; 10 – радиатор системы охлаждения

Налаженная работа охлаждения обусловлена наличием системы управления. В автомобилях с современными двигателями её действия основаны на математической модели, в которой учтены различные показатели параметров системы:

температура смазочного масла;

температура жидкости, используемой для охлаждения двигателя;

температура наружной среды;

другие важные показатели, влияющие на работу системы.

Система управления, оценивая различные параметры и их влияние на работу системы, компенсирует их влияние регулированием условий работы управляемых элементов.

С помощью центробежного насоса осуществляется принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Проходя через рубашку охлаждения жидкость нагревается, а попав в радиатор — остывает. Нагревая жидкость, сами детали двигателя остывают. В рубашке охлаждения жидкость может циркулировать как в продольном (по линии цилиндров), так и в поперечном направлении (от одного коллектора к другому).

От температуры охлаждающей жидкости зависит круг ее циркуляции. Во время запуска двигателя он сам и охлаждающая жидкость холодные, и чтобы ускорить его нагрев жидкость направляется на малый круг циркуляции, минуя радиатор. В дальнейшем, при нагревании двигателя, термостат нагревается и меняет свое рабочее положение на полуоткрытое. Вследствие этого охлаждающая жидкость начинает течь через радиатор.

Если встречного потока воздуха радиатора недостаточно для понижения температуры жидкости до требуемого значения, включается вентилятор, образующий дополнительный поток воздуха. Охлажденная жидкость вновь попадает в рубашку охлаждения и цикл повторяется.

Если в автомобиле используется турбонаддув, то он может быть оснащен двухконтурной системой охлаждения. Первый её контур охлаждает сам двигатель, а второй — наддувочный поток воздуха.

Список использованной литературы

1. Ершов Б.В. , Юрченко М.А.«Легковые автомобили ВАЗ. Конструкция и техническое обслуживание»: изд. «Вища школа» 1978 г.

2. Росс Твег «Автомобиль ВАЗ 2101-2107. Эксплуатация и ремонт своими силами»: г. Тверь, агентство «Дайджест» 1992 г.

3. В.С. Калисский, А.И. Манзон, Г.Е. Нагула «Автомобиль категории «С». Учебник водителя»: г. Москва «Транспорт» 1984 г.

4. В.С. Калисский, А.И. Манзон, Г.Е. Нагула «Пособие водителю-любителю»: изд. «Техника» Киев – 1975 г.

5. К.С. Шестопалов «Спутник автолюбителя»: гос.издат. «Физкультура и спорт» Москва 1963 г.

6. «Руководство по эксплуатации автомобилей ВАЗ 2106 21061 21063» 1989 г.

7. Золотницкий В.А.«Неисправности автомобилей советских марок и методы их устранения»: издательская фирма «Идеал» 1993г.

8. «За рулем» - 7 июль 1998 г.