Призначення і класифікація систем охолодження

План

1.     Призначення та необхідність використання системи охолодження на двигуні.

2.     Класифікація системи охолодження.

3.     Рідинна система охолодження.

4.     Повітряна система охолодження.

1.                 Під час роботи двигуна середня температура газів у циліндрах протягом робочого циклу становить близько 800—900° С, а  момент спалаху близько 2000° С. Частина тепла газів передається стінкам камер згоряння, циліндрам, поршням, клапанам та іншим деталям, внаслідок чого температура їх збільшується.

 Для забезпечення нормальної роботи двигуна його деталі, що стикаються з гарячими газами, необхідно охолоджувати оскільки під впливом високих температур в'язкість масла знижується, внаслідок чого погіршується мащення тертьових поверхонь деталей, що супроводжується збільшенням тертя і спрацюванням їх. Погіршується також наповнення циліндрів свіжим зарядом, знижуються механічні якості матеріалу деталей, порушуються нормальні зазори в рухомих з'єднаннях, що може призвести до заклинювання поршнів у циліндрах, виплавлення підшипників колінчастого вала, жолоблення головок клапанів, зависання їх у напрямних втулках тощо.

Все це призводить до передчасного спрацювання деталей двигуна, зниження його потужності та до перевитрати масла і палива.

 Надмірне охолодження теж небажане. При надмірному охолодженні двигуна збільшуються втрати тепла в навколишнє середовище, а внаслідок підвищеної в’язкості масла погіршується якість мащення деталей і збільшуються втрати потужності на подолання цього тертя, погіршуються умови утворення робочої суміші і її згоряння внаслідок поганого випаровування палива і затримки спалаху. Крім того, в дизельних двигунах надмірне охолодження може призвести до того, що на стінках камер згоряння, днищах поршнів і клапанах відкладатимуться смолисті речовини, а поршневі кільця можуть закоксовуватися. Отже, система охолодження призначена для автоматичного підтримання оптимальної (найвигіднішої) температури двигуна на всіх режимах його роботи при будь-яких кліматичних умовах.

Рис. Схеми систем охолодження

а — рідина термосифонна; б — рідинна примусова; в —повітряна;

1— серцевина радіатора; 2 і 20 — вентилятори; 3 —шторка; 4 — верхній бак радіатора; 5 —кришка заливної горловини; 6 — паровідвідна трубка;

7 — верхній патрубок; Ь — сорочка головки циліндрів; 9 — сорочка блок-картера; 10 — нижній патрубок; 11 —нижній бак радіатора, 12 — пробка спускного отвору; 13 — пароповітряний клапан; 14 — термостат; 15 — термометр; 16 — водорозподільна труба; 17 — водянийнасос; 18 — водовідвідна труба; 19 — циліндр; 21 — головка циліндра; 22 — дефлектори; 23 — охолоджувальні ребра.

2.     Залежно від того, чим охолоджуються деталі двигуна, системи охолодження бувають двох типів: рідинні й повітряні. У рідинній системі охолодження тепло від стінок циліндрів передається рідині, що їх омиває, а потім відводиться від них у навколишнє середовище. У повітряній системі охолодження тепло від стінок циліндрів відводиться безпосередньо в навколишнє середовище.

3.                 У системі рідинного охолодження рідина (вода або антифриз) заповнює сорочки 9 у блоці циліндрів і 8 у головці циліндрів. Циркулюючи, рідина охолоджує блок циліндрів і головку, а сама нагрівається. Охолоджується нагріта рідина в радіаторі після чого знову надходить у сорочки. Так рідина в системі працюючого двигуна циркулює безперервно.

 Системи рідинного охолодження бувають з термосифонною і примусовою циркуляцією рідини. У системі охолодження з термосифонною циркуляцією рідина циркулює тому, що густина гарячої рідини відрізняється від густини холодної рідини. Рідина, нагріта в сорочках 9 і 8, піднімається вгору і по верхньому патрубку 7 надходить у радіатор1 де охолоджується, і по нижньому патрубку 10 знову надходить у сорочку блок-картера. Для збільшення інтенсивності охолодження води за радіатором встановлений вентилятор 2, який збільшує швидкість повітря, що проходить між трубками радіатора.

 Перевагами термосифонної системи охолодження є простота будови, швидкий прогрів двигуна за рахунок незначної інтенсивності циркуляції рідини, а також саморегулювання охолодження, тому що інтенсивність циркуляції рідини в системі підвищується при збільшенні навантаження двигуна.

 До недоліків термосифонної системи охолодження належить те, що мала інтенсивність циркуляції рідини потребує збільшення її кількості, тобто місткості системи, що в свою чергу призводить до збільшення ваги двигуна. Крім того, мала інтенсивність циркуляції сприяє швидкому випаровуванню рідини, що може призвести до припинення циркуляції, а тому потрібно часто перевіряти рівень рідини і доливати до норми. Оскільки термосифонна система охолодження має багато недоліків, на основних тракторних двигунах вона не застосовується, а тільки на пускових двигунах ПД-10У і П-23М.

 У примусовій системі циркуляцію рідини створює відцентровий насос 17, який забирає рідину з нижнього бака 11і нагнітає її в сорочку'5 блок-картера, витісняючи при цьому нагріту рідину з сорочки у верхній бак 4 радіатора.

 З верхнього бака рідина по трубках серцевини радіатора 1 перетікає в нижній бак і на шляху охолоджується повітрям, яке засмоктується вентилятором. Охолоджена рідина знову надходить до насоса, який нагнітає її в сорочку блок-картера. Температуру рідини в системі контролюють за показами термометра 15.

 Ступінь охолодження рідини в системі з примусовою циркуляцією залежить, головним чином, від числа обертів колінчастого вала і повітряного потоку, що створюється вентилятором. Для того щоб двигун не переохолоджувався при зменшенні його навантаження і зниженні температури навколишнього середовища, в системі охолодження застосовують шторки З або жалюзі і термостат 14.

 У холодному двигуні термостат перепускає рідину з сорочки 8 тільки по водовідвідній трубі 18 до насоса 17, виключаючи радіатор з кола циркуляції рідини і зменшуючи її охолодження.

 Системи рідинного охолодження поділяються на відкриті й закриті. Відкрита система сполучається з атмосферою через паровідвідну трубку 6, а тому й тиск у системі дорівнює атмосферному.

 У закритій системі охолодження порожнина верхнього бака радіатора може сполучатися з атмосферою тільки через пароповітряний клапан 13, який автоматично обмежує надмірний тиск або розрідження в системі. Закрита система охолодження працює при дещо підвищеному тиску, і температура кипіння води (якщо система заповнена водою) відповідно підвищується.

 Тому в закритій системі вода закипає рідше, а отже, менше випаровується, не так часто потрібно її доливати до нормального рівня, внаслідок чого зменшується кількість накипу на стінках водяних сорочок двигуна.

 Закрита система охолодження застосовується на більшості тракторних двигунів.

Процес відведення тепла від деталей, що нагріваються, у двигунах з повітряним охолодженням спрощується. Циліндр 19 і головка 21 циліндра замість водяних сорочок мають спеціальні ребра 23 з великою поверхнею охолодження. Ця поверхня охолоджується повітрям, що продувається між поверхнями ребер за допомогою потужного вентилятора 20. Для того, щоб не перегрівалися окремі циліндри або один бік циліндра порівняно з другим, у    системі    повітряного     охолодження двигуна застосовують спеціальні напрямні  щитки — дефлектори 22.

4. Система повітряного охолодження порівняно з примусовою системою водяного охолодження має простішу будову, надійніша в роботі, двигун після пуску швидше прогрівається до нормальної температури, спрощується догляд за системою охолодження, особливо в холодну пору року, зменшуються розміри і вага двигуна, а також відпадає потреба постачати двигун водою. Проте при повітряному охолодженні важко забезпечити рівномірне охолодження деталей двигуна, доводиться затрачати значну частину потужності (до 10%) на привод вентилятора, а також важко пускати двигун в холодну пору року.