Военное образование в России

Глава 5. Система охлаждения

 

5.1 Виды систем охлаждения и принцип их работы

 

На современных двигателях внутреннего сгорания применяют жидкостное или воздушное охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости применяется вода или ее этиленгликолевые смеси – антифризы и тосолы.

Принципиальные схемы жидкостных систем охлаждения двигателей показаны на рисунках 5.1, 5.2, 5.3.

 

 

1 – верхний бачок радиатора; 2 – сердцевина радиатора; 3 – нижний бачок радиатора; 4 – патрубок расширительного бачка; 5 – распределительная труба; 6 – выпускной патрубок; 7 – термостат; 8 – жидкостной насос; 9 – подводящий патрубок; 10 – вентилятор; 11 – сливной кран; 12 – сливной патрубок отопителя; 13 – подающий патрубок отопителя; 14 – рубашка охлаждения; 15 – соединительные каналы рубашки охлаждения; 16 – прокладка головки блока; 17 – блок цилиндров; 18 – заливная горловина; 19 – кран отопителя кабины; 20 – шкив; 21 - жалюзи; 22 – головка цилиндров; 23 – отверстия распределительной трубы; 24 – отопитель кабины; 25 – расширительный бачок; 26 – пробка

Рисунок 5.1 - Система охлаждения двигателя УМЗ-417

 

 

1 – перепускная трубка от двигателя к расширительному бачку; 2 – соединительная трубка от компрессора к бачку; 3 – компрессор; 4 – водосборная правая трубка; 5 – водяная соединительная труба;6 – водосборная левая труба; 7 – термостаты; 8 – водяной насос; 9 – колено отводящего патрубка водяного трубопровода; 10 – вентилятор; 11 – сливной кран системы охлаждения; 12 – подводящая труба правого полублока; 13 – патрубок подводящей трубы; 14 – головка цилиндров; 15 – выключатель гидромуфты привода вентилятора; 16 – коробка термостатов; 17 – патрубок отвода воды из бачка в водяной насос; 18 – патрубок отбора воды в отопитель; 19 – кран контроля уровня охлаждающей жидкости; 20 – воздухоотводящая труба от радиатора; 21 – расширительный бачок; 22 – паровоздушная пробка; 23 – перепускная труба термостатов

Рисунок 5.2 - Схема системы охлаждения двигателя КамАЗ-740.11

1 – верхний бачок радиатора; 2 – сердцевина радиатора; 3 – нижний бачок радиатора; 4 – правый отводящий патрубок; 5 – соединительная труба; 6 – левый отводящий патрубок; 7 – термостат; 8 – жидкостной насос; 9 – подводящий патрубок; 10 – вентилятор; 11 – сливной кран; 12 – соединительная труба; 13 – полость крышки распределительных шестерен; 14 – головка блока; 15 – соединительные каналы рубашки охлаждения; 16 – коробка термостата; 17 – блок цилиндров; 18 – пробка радиатора; 19 – штуцер для отвода охлаждающей жидкости к компрессору; 20 – шестерни привода

Рисунок 5.3 - Система охлаждения двигателя ЯМЗ-238

На двигателях КамАЗ-740.11, ЯМЗ-238, УМЗ-417 система охлаждения жидкостная, закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Основными элементами системы (рисунки 5.1, 5.2, 5.3) являются жидкостной насос 8, вентилятор 10, термостат 7, рубашки охлаждения, выполненные в блоке цилиндров и в головке, соединительные трубы, радиатор и жалюзи, кроме того, на двигателях КамАЗ-740.11 установлена гидромуфта привода вентилятора с ее выключателем.

Рассмотрим работу системы охлаждения на примере двигателя КамАЗ-740.11 (рисунок 5.2). Во время его работы циркуляция охлаждающей жидкости в системе создается центробежным насосом 8. Жидкость нагнетается в водяную полость левого и правого рядов цилиндров. Омывая наружные поверхности гильз цилиндров, охлаждающая жидкость поступает в водяные полости головок цилиндров. Из головок цилиндров горячая жидкость поступает в коробку 16 термостатов, из которой в зависимости от температуры направляется в радиатор или на вход жидкостного насоса. Температура охлаждающей жидкости в системе 80-98 °С. Тепловой режим двигателя регулируется автоматически термостатами и выключателем гидромуфты привода вентилятора. По аналогичной схеме работают системы охлаждения двигателей ЯМЗ-238 и УМЗ-417.

5.2 Устройство и работа приборов жидкостных систем охлаждения

Жидкостной насос. Для создания принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения служит жидкостной насос центробежного типа (рисунок 5.4). На двигателе УМЗ-417 насос расположен в передней части блока цилиндров и приводится в действие клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Он состоит из крыльчатки 10 и корпуса насоса 3. Вал 2 насоса вращается в двух шарикоподшипниках 13, снабженных сальниками для удержания смазки. Передний подшипник фиксируется стопорным кольцом, а задний удерживается от перемещения распорной втулкой 6.

1 – гайка; 2 – вал; 3 – корпус насоса; 4 – контрольное отверстие выхода смазки; 5 – пресс-масленка; 6 – распорная втулка; 7 – уплотнительная шайба; 8 – резиновая манжета; 9 – пружина; 10 – крыльчатка; 11 – гайка крепления крыльчатки; 12 – контрольное отверстие для выхода жидкости; 13 – шарикоподшипники; 14 – ступица шкива вентилятора; 15 – ремень; 16 – шкив; 17 – вентилятор; 18 – болт

Рисунок 5.4 - Жидкостной насос двигателя УМЗ-417

Крыльчатка 10 крепится на заднем конце вала при помощи гайки 11. При вращении крыльчатки жидкость (рисунок 5.1) из подводящего патрубка 9 поступает к ее центру, захватывается лопастями и отбрасывается к стенкам, откуда подается в рубашку охлаждения 14.

Герметичность вращающихся деталей (рисунок 5.4), расположенных в корпусе 3 насоса, обеспечивается самоподжимным сальником, установленным в крыльчатке и состоящим из уплотнительной шайбы 7, резиновой манжеты 8 и пружины 9, прижимающей шайбу к торцу корпуса. Шайба 7 входит в пазы крыльчатки 10 и закрепляется стопорным кольцом. На переднем конце вала 2 установлена ступица 14, к которой крепится шкив 16 привода насоса и вентилятора 17.

На двигателе КамАЗ-740.11 жидкостной насос установлен на передней части блока цилиндров слева. На шкив 14 насоса (рисунок 5.5) крутящий момент передается ремнями от шкива гидромуфты.

1 – пылеотражатель; 2 – стопорное кольцо; 3,4 – шарикоподшипники; 5 – водоотражатель; 6 – крыльчатка; 7 – уплотнительный сальник; 8 – вал; 9 – уплотнительное резиновое кольцо; 10 –упорное стальное кольцо; 11 – шай6а; 12 – колпачковая гайка; 13 – корпус; 14 – шкив

Рисунок 5.5 - Жидкостной насос двигателя КамАЗ-740.11

Вал 8 вращается в шарикоподшипниках 3 и 4 с двухсторонними резиновыми уплотнениями. Рабочая смазка подшипников закладывается заводом-изготовителем или ремонтным предприятием (на некоторых двигателях устанавливается масленка).

Сальник 7 препятствует вытеканию охлаждающей жидкости из водяной полости насоса. Он состоит из корпуса 1 (рисунок 5.6), резиновой уплотнительной манжеты 2, разжимной пружины 3 и графитового кольца 4. Сальник запрессован в корпусе 13 (рисунок 5.5) водяного насоса.

1 – корпус; 2 – резиновая манжета; 3 – пружина; 4 – графитовое кольцо

Рисунок 5.6 - Уплотнение жидкостного насоса

Жидкостной насос двигателя ЯМЗ-238 (рисунок 5.7) по конструкции аналогичен рассмотренным ранее, особенностью его является то, что он имеет разборный шкив 8, между ступицей шкива и боковиной установлены регулировочные прокладки 10, с помощью которых регулируют натяжение ремня привода жидкостного насоса.

На всех жидкостных насосах двигателей имеются дренажные отверстия, которые служат для контроля исправности уплотнений.

1 – корпус насоса; 2 – крыльчатка; 3 – манжета сальника; 4 – пружина сальника; 5 – втулка корпуса; 6 – подшипники; 7 – контрольное отверстие; 8 – шкив; 9 – вал; 10 – регулировочные прокладки; 11 – корпус сальника; 12 – сальник; 13 – масленка; 14 – упорное кольцо сальника

Рисунок 5.7 - Жидкостной насос двигателя ЯМЗ-238

Вентилятор. Для повышения скорости потока воздуха, проходящего через радиатор, служит вентилятор 17 (рисунок 5.4). Вентиляторы имеют лопасти и изготавливаются из листовой стали или пластмассы. На грузовых машинах стальные лопасти вентилятора располагают в направляющем кожухе (диффузоре). Лопасти вентилятора УМЗ-417 изготавливают с концами, отогнутыми в сторону радиатора. На двигателе УМЗ-417 и многих других привод вентилятора осуществляется клиноременной передачей. На дизеле ЯМЗ-238 чугунный корпус привода вентилятора 1 (рисунок 5.8) прикреплен к крышке распределительных шестерен болтами. Вал 5 вентилятора вращается в двух шариковых подшипниках 4, установленных в корпусе. На переднем конце вала имеется упругая муфта 2, в которой болтами крепится вентилятор 1.

1 – вентилятор; 2 – упругая муфта; 3 – сальник; 4 – подшипник; 5 – вал; 6 – шестерня привода; 7 – шестерня распределительного вала

Рисунок 5.8 - Привод вентилятора двигателя ЯМЗ-238

На дизеле КамАЗ-740.11 в приводе вентилятора установлена гидромуфта, передающая крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору.

Гидромуфта привода вентилятора (рисунок 5.9). Передняя крышка 1 блока и корпус 2 подшипника соединены винтами и образуют полость, в которой установлена гидромуфта. Ведущий вал 6 в сборе с кожухом 3, ведущее колесо 10, вал 12 и шкив 11, соединенные болтами, составляют ведущую часть гидромуфты, которая вращается в шарикоподшипниках 8 и 19. Ведущая часть гидромуфты приводится во вращение от коленчатого вала через шлицевой вал 7. Ведомое колесо 9 в сборе с валом 16, на котором закреплена ступица 15 вентилятора, составляет ведомую часть гидромуфты, вращающуюся в шарикоподшипниках 4 и 13. Гидромуфта уплотнена резиновыми манжетами 17 и 20.

На внутренних тороидальных поверхностях ведущего и ведомого колес отлиты радиальные лопатки, образующие рабочую полость гидромуфты.

Передача крутящего момента с ведущего колеса 10 гидромуфты на ведомое колесо 9 происходит при заполнении рабочей полости маслом. Частота вращения ведомой части гидромуфты зависит от количества масла, поступающего в гидромуфту.

1 – передняя крышка; 2 – корпус подшипника; 3 – кожух; 4, 8, 13 и 19 – шарикоподшипники; 5 – трубка корпуса подшипника; 6 – ведущий вал; 7 – вал привода гидромуфты; 9 – ведомое колесо; 10 – ведущее колесо; 11 – шкив; 12 – вал шкива; 14 –упорная втулка; 15 – ступица вентилятора; 16 – ведомый вал; 17 и 20 – манжеты с пружиной; 18 – прокладка

Рисунок 5.9 - Гидромуфта привода вентилятора двигателя КамАЗ-740.11

Масло поступает через выключатель (рисунок 5.10), управляющий работой гидромуфты привода вентилятора. Он установлен в передней части двигателя на патрубке, подводящем охлаждающую жидкость к правому ряду цилиндров. Выключатель имеет три фиксированных положения и обеспечивает работу вентилятора в одном из режимов:

- автоматический – рычаг установлен в положение «В» (рисунок 5.11, а); при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик, активная масса, находящаяся в баллоне датчика, начинает плавиться и, увеличиваясь в объеме, перемещает шток датчика и золотника 5 (рисунок 5.10);

- при температуре жидкости 85-90°С золотник 5 открывает масляный канал в корпусе выключателя и масло поступает в рабочую полость гидромуфты; при этом крутящий момент от коленчатого вала передается крыльчатке вентилятора; при температуре охлаждающей жидкости ниже 85°С золотник под воздействием возвратной пружины перекрывает масляный канал в корпусе и подача масла в гидромуфту прекращается.

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – шайба; 4 – возвратная пружина; 5 – золотник; 6, 7 – уплотнительные кольца; 8 – пробка; 9 –рычаг; 10 – пружина; 11 – фиксатор; 12 – крышка; 13 – регулировочные шайбы; 14 – гайка; 15 – термосиловой датчик; Б – выходной канал; В – канал для подвода масла из системы смазки двигателя

Рисунок 5.10 - Выключатель гидромуфты

- вентилятор отключен – рычаг установлен в положение «О» (рисунок 5.11,б);

Рисунок 5.11 -Схема работы выключателя гидромуфты

- вентилятор включен постоянно – рычаг установлен в положение «П» (рисунок 5.11,в); масло подается независимо от температурного режима двигателя, вентилятор вращается постоянно.

Основной режим работы гидромуфты – автоматический.

Термостаты. Для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического поддержания его теплового режима в заданных пределах служит термостат.

1, 8 – стойки; 2 – баллон; 3 – активная масса (церезин); 4, 12 – клапан; 5, 7 – пружина; 6, 10 – регулировочные гайки; 9 – шток; 11 – резиновая вставка с шайбой; 13 – основание

Рисунок 5.12 - Термостат двигателя КамАЗ-740.11

Термостаты могут быть с твердым или жидкостным наполнителем. На двигателях КамАЗ-740.11 и УМЗ-417 применяются термостаты с твердым наполнителем (рисунок 5.12 и 5.13). Баллон термостата 2 заполнен активной массой 3, состоящей из смеси церезина (нефтяного воска) и медного порошка.

а б

а – клапан термостата закрыт; б – клапан термостата открыт; 1 – корпус насоса системы охлаждения; 2 – кронштейн; 3 – прокладка; 4 – корпус термостата; 5 – выпускной патрубок; 6 – клапан термостата; 7 – шток термостата; 8 – возвратная пружина; 9 – баллон термостата

Рисунок 5.13 - Схема работы термостата двигателя УМЗ-417

Термостаты ЯМЗ-238 – двухканальные, гармошечного типа с жидкостным наполнителем. Герметично закрытый гофрированный баллон 5 (рисунок 5.14, а) заполнен на 1/2 объема легкоиспаряющейся жидкостью.

а б

а – термостат закрыт; б – термостат открыт; 1 – шток; 2 – боковое окно; 3 – крышка; 4 – корпус; 5 – баллон; 6 – обойма; 7 – кольцевой клапан; 8 – центральный клапан

Рисунок 5.14 - Термостат двигателя ЯМЗ-238

При температуре окружающей жидкости (70±2)°С активная масса начинает плавиться, а у жидкостных термостатов испаряться и, расширяясь, (рисунок 5.13,б) перемещает вниз баллон 9 с клапаном 6, полное открытие которого произойдет при температуре (83±2) °С.

На двигателях КамАЗ-740.11 термостатов два и установлены они в одной коробке, закрепленной на переднем торце правого ряда блока цилиндров. У дизеля ЯМЗ-238 термостаты установлены в специальных коробках, прикрепленных к верхним трубопроводам блока цилиндров соединенных между собой перепускной трубой.

Радиатор является теплообменным узлом и предназначен для передачи тепла от охлаждающей жидкости потоку воздуха. Каркас радиатора образован боковыми стойками 1 (рисунок 5.15,а), соединенными пластиной, припаянными к нижнему бачку. Он крепится к поперечине рамы автомобиля на резиновых подушках 5.

а – трубчато-пластинчатая; б – трубчато-ленточная

Рисунок 5.15 - Радиатор и типы его сердцевин

Радиатор состоит из верхнего 4 и нижнего 6 бачков и теплорассеивающей сердцевины 7. В радиаторах (рисунок 5.15) применяют два типа сердцевин – трубчато-пластинчатые (ЯМЗ-238) и трубчато-ленточные (КамАЗ-740.11 и УМЗ-417).

В системах охлаждения закрытого типа горловина радиатора с установленной в ней пароотводной трубкой 5 (рисунок 5.16, а) герметически закрывается пробкой, а температура кипения жидкости находится в пределах 108-119°С. При избыточном давлении около 0,1 МПа паровой клапан 3 открывается, и пар или жидкость поступают к пароотводной трубке 5. Из-за разрежения, возникающего после выхода пара, давление в системе снижается и при его уменьшении на 0,01 МПа открывается воздушный клапан 4 (рисунок 5.12,б).

На двигателях УМЗ-417 и КамАЗ-740.11 в системе охлаждения установлены расширительные бачки 25 (рисунок 5.1) и 21 (рисунок 5.2), служащие для поддержания постоянного объема циркулирующей жидкости. В пробке 26 расширительного бачка размещаются выпускной и впускной клапаны, аналогичные описанным выше паровому и паровоздушному клапанам.

а б

а – открыт паровой клапан; б – открыт воздушный клапан

Рисунок 5.16 - Пробка радиатора

Охлаждающую жидкость сливают через краны 11, расположенные соответственно на нижнем патрубке радиатора и в нижней части блок-картера, при этом пробки радиатора и расширительного бачка должны быть открыты.

5.3 Возможные неисправности систем охлаждения, причины, признаки и способы их устранения

Течь охлаждающей жидкости

Причина неисправности:

- ослабление гаек (болтов) крепления головок блока цилиндров;

- ослабление крепления хомутов шлангов и патрубков;

- повреждение шлангов, патрубков и уплотнительных прокладок;

- износ сальников водяного насоса.

Признаками течи могут быть:

- подтеки жидкости на двигателе, радиаторе, патрубках, шлангах и приборах;

- частая потребность долива жидкости в систему.

Для устранения неисправности необходимо:

- подтянуть крепления и заменить неисправные детали.

Переохлаждение двигателя

Причины неисправности

- не прикрыты жалюзи или шторки радиатора;

- не утеплен капот;

- неисправен термостат;

- неисправен или неправильно включен выключатель гидромуфты привода вентилятора.

Признаки неисправности

- понижение температуры охлаждающей жидкости ниже 70°С;

- перерасход топлива, потеря мощности.

Для устранения неисправности необходимо:

- прикрыть шторку или жалюзи радиатора;

- неисправный термостат заменить;

- проверить установку переключателя гидромуфты, при необходимости отрегулировать его.

Перегрев двигателя

Причины неисправности:

- недостаточное количество жидкости в системе;

- прикрыты жалюзи;

- слабо натянуты ремни привода вентилятора и жидкостного насоса;

- засорен радиатор;

- большие отложения накипи в рубашке охлаждения;

- неисправен термостат или выключатель гидромуфты привода вентилятора.

Признаки неисправности

- высокая температура охлаждающей жидкости (выше 100 °С);

- горит лампочка аварийной сигнализации;

- падение мощности;

- интенсивное выделение пара через пароотводную трубку.

Для устранения неисправности необходимо:

- долить охлаждающей жидкости до нормы;

- открыть жалюзи;

- отрегулировать ремни привода вентилятора и жидкостного насоса;

- промыть систему охлаждения и заменить термостат.

Попадание охлаждающей жидкости в систему смазки

Причины неисправности:

- повреждение прокладки головки блока цилиндров;

- повреждение уплотнений гильз блока цилиндров.

Признаки неисправности:

- повышенный уровень масла в картере;

- понижение уровня охлаждающей жидкости в системе без видимых признаков ее подтекания;

- при пуске двигателя после его остановки масло в поддоне приобретает белесый цвет.

Для устранения неисправности необходимо:

- заменить неисправные уплотнения;

- заменить масло в системе смазки