Устройство тракторов

Тема 7: Система охлаждения.

Вопросы темы:

1. Классификация. Схема работы системы.

2. Устройство системы жидкостного охлаждения.

3. Устройство системы воздушного охлаждения.

4. Техническое обслуживание. Возможные неисправности.

1. Классификация. Схема работы системы.

Система охлаждения служит для отвода теплоты от нагретых деталей и поддержания нормального температурного режима работы двигателя, что достигается искусственным охлаждением с помощью жидкости (жидкостное охлаждение) или окружающего воздуха (воздушное охлаждение).

Двигатели с жидкостным охлаждением. В систему жидкостного охлаждения входят водяная рубашка 6 (рис. 1, а) охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор 2, водяной насос 9 и вентилятор 3, а также вспомогательные устройства: водораспределительный ка­нал 8, термостат 4, соединительные шланги, краники слива и тер­мометр 5.

Рис. 1. Схемы систем охлаждения:

а — жидкостного; б — воздушного; 1 — шторка радиатора; 2 — радиатор; 3 — вентилятор; 4 — термостат; 5 — термометр; 6 и 7 — водяные рубашки основного и пускового двигателей; 8 — водораспределительный канал; 9 — водяной насос; 10 — сливной краник; 11 — направляющий аппарат вентилятора; 12 — ротор вентиля­тора; 13 — воздухораспределительный кожух; 14 — масляный радиатор; 75 — охлаждающее ребро; 16— щиток дефлектора; 17— цилиндр;18 — головка цилиндра

При работе пускового двигателя до начала проворачивания ко­ленчатого вала основного двигателя происходит термосифонная цир­куляция воды, т.е. под воздействием разности температур вода цир­кулирует из водяной рубашки 7 цилиндра пускового двигателя в его головку, а затем направляется в водяную рубашку 6 головки блока основного двигателя. Отдав последней теплоту, вода по со­единительному патрубку поступает опять в рубашку цилиндров пус­кового двигателя.

Во время работы основного двигателя действует принудитель­ная циркуляция воды в системе охлаждения. Она создается центро­бежным водяным насосом 9, который забирает воду из нижнего бака радиатора и нагнетает под давлением в водяную рубашку го­ловки цилиндров. По каналам потоки воды движутся к перемычкам клапанных гнезд, подверженным наибольшему нагреву. В холодном двигателе вода направляется термостатом 4 из водяной рубашки к водяному насосу (по малому кругу), минуя радиатор 2, а в прогре­том - в верхний бак радиатора (по большому кругу). Проходя из верхнего бака радиатора в нижний по многочисленным трубкам, вода охлаждается потоком воздуха. Он создается вентилятором 3 и поступает между трубками. Из нижнего бака радиатора вода вновь нагнетается насосом в водяную рубашку двигателя.

Благодаря высокой скорости движения со­здается небольшая (4...7°С) разность темпе­ратур воды, выходящей из рубашки охлаждения и входящей в нее, что создает благоприятные ус­ловия для равномерного охлаждения двигателя.

На двигателях приме­няют закрытую систему охлаждения. Она характе­ризуется тем, что радиа­тор герметически закрыт и только при повышен­ном или пониженном давлении он сообщается с атмосферой через паро­воздушный клапан. В та­кой системе можно дос­тичь более высокой тем­пературы кипения воды, что благоприятно влияет на условия работы двига­теля. В закрытой системе охлаждения уменьшается потеря жидкости в ре­зультате испарения.

Двигатели с воздушным охлаждением. Теплота от­водится от деталей в результате принудительно­го обдува воздухом ци­линдров и их головок, для чего служит осевой вентилятор, состоящий из ротора 12 (рис. 1, б) с большим числом лопастей и неподвижного на­правляющего аппарата 11.

Рис. 2. Схема системы жидкостного охлаждения дизеля Д-243:

а — устройство; б — схема движения охлаждающей жидкости и воздуха в радиаторе; в — жалюзи радиатора; г — сливной краник; 1 — радиатор смазочной системы, 2 — вентилятор; 3 — кожух вентилятора; 4 — трос; 5 — радиатор; 6 — крышка заливной горловины; 7 - термостат; 8 - водоотводящая труба пускового двигателя; 9 — канал; 10 — водораспределительный канал; 11 - водяной насос; 12 — патрубок; 13 - ремень привода вентилятора; 14 — шторка; 75 - пластина жалюзи.

Вращаясь с большой частотой, ротор нагнетает воздух под воздухораспределительный кожух 13. Оттуда он поступает направленно к охлаждающим ребрам 15 цилиндров и их головкам 18, забирает у них теплоту и выходит в атмосферу на противоположную сторону. По сравнению с системой жидкостного охлаждения система воз­душного охлаждения имеет следующие преимущества: простота и удобство в эксплуатации; меньшая масса двигателя; быстрый про­грев в холодное время года. К недостаткам относятся: большая теплонапряженность отдельных деталей двигателя вследствие их неравномерного охлаждения; большой расход мощности двигателя на привод вентилятора. Вот почему двигатели с системой воздушного охлаждения устанавливают на машины с малой мощностью.

2. Устройство системы жидкостного охлаждения.

Радиатор. Для охлаждения воды, поступающей из водяной ру­башки двигателя, служит радиатор. Он состоит из верхнего и ниж­него баков, сердцевины и деталей крепления. Для лучшей прово­димости теплоты баки и сердцевина изготовлены из латуни.

В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые про­ходит множество плоских вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число струек. При таком строении сердцевины вода ин­тенсивно охлаждается благодаря увеличению площади ее соприкосновения со стенками трубок.

Верхний и нижний баки соединены патрубками с рубашкой охлаждения двигателя. В нижнем баке и блоке цилиндров размещен краник для слива воды из радиатора и блока.

В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую крышкой 6 (рис. 2). В этой системе предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя: штор­кой (или жалюзи) и термостатом.

Шторка 14 радиатора представляет собой полотно, один конец которого закреплен на барабане, а другой присоединен к нижней части радиатора. Шторку поднимают и опускают из кабины тросом.

Вместо шторки иногда применяют жалюзи створчатого типа. Они состоят из набора пластин 15, которые шарнирно закреплены в планке.

Водяной насос и вентилятор. Водяной насос центробежного типа объединен с вентилятором в одном блоке, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 1 (рис. 3) насоса на шариковых подшип­никах установлен валик 3. На его переднем конце закреплен шкив 9 с помощью шпонки и гайки. К его торцу привернута крестовина, на которой прикреплены лопасти 13 вентилятора. При работе дви­гателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень 16. Лопасти, расположенные под углом к плоскости вращения, за­бирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сер­дцевину радиатора, отнимая у него теплоту.

На заднем конце валика 3 жестко посажена крыльчатка 2 водя­ного насоса, которая представляет собой диск с равномерно рас­положенными на нем криволинейными лопатками, направляющими воду из нижнего бака радиатора в водяную рубашку двигателя че­рез полость нагнетания Б.

На заднем конце валика предусмотрено сальниковое уплотне­ние, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. В уплотнение входят текстолитовая уплотняющая шайба и резиновая манжета, которая прижимается пружиной к упорной втулке.

Рис. 3. Устройство водяного насоса (а) дизеля А-41 и привод вентилятора (б):

1 — корпус, 2 — крыльчатка; 3 — валик; 4 — масленка; 5 — резиновый чехол, 6— пружина; 7— шайба; 8— втулка; 9— шкив, 10 — подшипник, 11 — сальники; 12 — крестовина; 13 — лопасть вентилятора, 14 — натяжной ролик, 15 — регули­ровочный болт; 16 — ремень; А и Б — полости всасывания и нагнетания.

Корпус насоса имеет патрубок, который соединяет полость вса­сывания А водяного насоса с нижним патрубком радиатора. Под­шипники смазываются через масленку 4, ввернутую в корпус. Самоподжимные сальники 11 предотвращают утечку солидола из кор­пуса.

Термостат. Для автоматического регулирования температуры воды служит термостат.

На рис. 4 изображен жидкостный термостат. Он изготовлен из латуни и включает в себя сильфон (гофрированный латунный ци­линдр), заполненный раствором этилового спирта с эфиром, и закрепленные на нем основной и вспомогательный клапаны.

Рис. 4. Схема термостата:

а — основной клапан открыт; б — основной клапан закрыт; 1 — стержень; 2 — корпус; 3 и 8 — основной и перепускной клапаны; 4 — наполнитель; 5 — вставка; 6 — пружины, 7 — скоба; 9 — цилиндр

Главный недостаток жидкостных термостатов — чувствительность к изменению давления в системе, что делает их работу нечеткой. У термостатов с твердым наполнением этот недостаток отсутствует.

На двигателях применяют двухклапанные термостаты с твердым наполнителем — церезином (нефтяным воском). При температуре 7О...83°С церезин плавится и, расширяясь, перемещает клапан 3, который открывается. Охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор. При снижении температуры церезин затверде­вает и уменьшается в объеме. Под действием возвратной пружины основной клапан 3 закрывается, а перепускной клапан 8 открывает боковые отверстия, и вода циркулирует по малому кругу, минуя радиатор.

На некоторых двигателях не предусмотрена установка термоста­та в системе охлаждения.

Паровоздушный клапан. С помощью этого клапана внутренняя полость радиатора сообщается с атмосферой. Он смонтирован в крышке 6 (рис. 5) заливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 4. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением паровой клапан открывается и избыток пара выходит наружу.

Рис. 5 Паровоздушный клапан:

а — паровой клапан открыт; б — воздушный клапан открыт; 1 и 4 — паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 — пружины парового и воздушного клапанов; 3 — пароотводная трубка; 6 — крышка заливной горловины радиатора

Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиа­тор попадает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиато­ра уравновешивается с атмосферным.

Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть расположены в головке цилиндров, водоотводящей трубе, впуск­ном трубопроводе или верхнем баке радиатора.

3. Устройство системы воздушного охлаждения.

Систему воздушного охлаждения двигателя применяют для от­вода теплоты от цилиндров, их головок и масляного радиатора сма­зочной системы. Масляный радиатор расположен с правой сторо­ны двигателя.

В систему охлаждения входят ребра охлаждения цилиндров 12 (рис. 6) и их головок 10, вентилятор, съемный кожух 9, дефлек­торы и приборы контроля работы системы.

Вентилятор состоит из рабочего колеса (ротора) 8 и неподвиж­ного направляющего аппарата 7, отлитых из алюминиевого сплава. На роторе имеются восемь радиально расположенных лопаток, а на направляющем аппарате — 23 лопасти переменного сечения, равномерно размещенные по окружности. Ротор закреплен на од­ном валу 6 со шкивом 4, который приводится во вращение клино­видным ремнем 2 от шкива коленчатого вала. Вал 6 вращается на двух шариковых подшипниках одноразового смазывания, установ­ленных в ступице направляющего аппарата. Последний прикреп­лен к кронштейну крышки распределительных шестерен.

Вентилятор подает в систему охлаждения около 30 м³ воздуха за 1 мин. Этого количества воздуха достаточно для нормальной рабо­ты двигателя, когда температура окружающего воздуха 40 ^оС. Чтобы в вентилятор не попадали посторонние предметы, на направляю­щий аппарат надевают быстросъемную защитную сетку 5.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, направляется кожухом в межреберное пространство цилиндров и головок.

Рис. 6. Схема воздушного охлаждения дизеля Д-120:

1 - ведущий шкив вентилятора и генератора; 2 - приводной ремень; 3 - ге-нератор; 4 - ведомый шкив привода вентилятора, 5 - защитная сетка; 6 — вал вентилятора, 7 - направляющий аппарат вентилятора; 8 - ротор вентилятора, 9 - кожух; 10 - головка цилиндра; 11, 13 и 14 - соответственно задний (направляющий щиток), средний и передний дефлекторы, 12 - цилиндр

Тепловое состояние двигателя с воздушным охлаждением регулируют дроссельным диском, установленным под защитную сетку 5 вентилятора (на входе охлаждающего воздуха в вентилятор), а также включением и отключением масляного радиатора переключателем, расположенным на корпусе центрифуги. В холодное время года (при установившейся температуре 5 °С и ниже) масляный радиатор отключают от смазочной системы, а диск крепят под защитную сетку вентилятора. При установившейся температуре окружающего воздуха выше 5°С радиатор включают в смазочную си¬стему двигателя, а диск снимают с вентилятора.

Показатель работы системы воздушного охлаждения — температура масла в картере двигателя, контролируемая термометром, расположенным на щитке приборов. Там же находится красная лампа, которая загорается при обрыве ремня вентилятора.

4. Техническое обслуживание. Возможные неисправности.

Для достижения работоспособного состояния системы охлажде­ния необходимы: оптимальная температура охлаждающей жидко­сти (85...95°С) или оптимальная температура масла (55...100°С); хорошая теплопроводность стенок водяной рубашки и трубок ра­диатора; наличие регулируемого потока воды и воздуха.

При снижении температуры охлаждающей жидкости от оптимального значения на ЗО...4О°С увеличивается расход топлива на 5...10%. В результате длительной работы двигателя с перегревом ох­лаждающей жидкости нарушается смесеобразование, что приводит к неполному износу трущихся деталей двигателя.

Для обеспечения нормальной работы системы охлаждения не­обходимо выполнять следующие правила.

В систему жидкостного охлаждения следует заливать чистую, же­лательно мягкую воду. Признак мягкой воды — способность хоро­шо мылиться. К наиболее простым способам смягчения жесткости воды, взятой из колодцев, рек, родников, прудов и озер, относят­ся: предварительное кипячение; добавление соды или антинаки-пинов (например, 10... 12 мг тринатрийфосфата на 1 л воды).

Заполнять радиатор надо до уровня горловины верхнего бака. Во время работы нельзя допускать, чтобы уровень воды был ниже 8 см от верхней плоскости заливной горловины.

Доливать воду в систему охлаждения перегретого двигателя нужно постепенно и обязательно при работающем двигателе. В зимнее время года нельзя заливать слишком горячую воду в холодный двигатель: от резкой смены температуры в головке цилиндров и блоке могут образоваться трещины.

Зимой вода может замерзнуть в системе охлаждения двигателя, что приводит к образованию трещин на его деталях, поскольку при замерзании воды ее объем увеличивается. Вследствие этого стенки блоков цилиндров, головки и трубок радиатора разрыва­ются. Поэтому перед длительной стоянкой воду из системы охлаждения необходимо слить.

Следует помнить, что у V-образных двигателей воду сливают через три краника (два на блоке цилиндров и один на радиаторе), а у рядных - через два (из блока цилиндров и радиатора).

Желательно в зимнее время в систему охлаждения заливать антифриз, самый распространенный из которых Тосол А-40М. Он предназначен для круглогодичного использования в системе ох­лаждения в течение двух лет.

Антифриз при нагревании расширяется больше, чем вода, по­этому в систему его не доливают примерно 2 л. При понижении уровня антифриза в радиаторе, если не было его утечки через неплотности, доливают воду, так как она испаряется из антифриза.

Следует помнить, что антифриз очень ядовит и при попадании в желудок и кишечник вызывает отравление Запрещается переливать жидкость без резиновых перчаток, засасывать ртом в шланг, а так­же курить и принимать пищу во время работы с ним.

При ЕТО проверяют уровень воды в радиаторе. Открывая крышку заливной горловины радиатора перегретого двигателя, следует оберегать лицо и руки от ожогов горячей водой и парами, кото­рые могут вырваться из горловины. Сильная утечка воды из слив­ного отверстия в корпусе водяного насоса свидетельствует о том, что детали уплотнительного устройства насоса износились и их следует заменить.

При ТО-1 смазывают подшипники водяного насоса. Для этого необходимо очистить масленку от пыли и нагнетать солидол 3...4 раза шприцем.

Проверяют натяжение ремня вентилятора. Нормальным натяжением ремня вентилятора считают такое, при котором от нажатия на ремень в его средней части с определенным усилием образуется прогиб. Натяжение ремня вентилятора регулируют перемещением генератора или специальным натяжением роликом.

В последнем случае ослабляют контргайку и ввертывают натяжной болт 15 (см. рис. 48), после чего гайку плотно затягивают. При установке новых ремней через 3...4 ч работы дизеля их повторно подтягивают.

Следует иметь в виду, что при чрезмерном натяжении ремня вентилятора возникает преждевременный износ подшипников и ремня, а при слабом натяжении — перегрев двигателя и повышен­ный износ ремня.

При ТО-3 необходимо промыть систему охлаждения специальным раствором.

Для удаления накипи из двигателей с чугунной головкой используют раствор каустической соды (100 г соды и 15 г керосина на 1 л воды). Сняв термостат, заполняют систему охлаждения раствором и прогревают двигатель. По истечении 10 ч снова пускают двигатель и, прогрев его на малой частоте вращения коленчатого вала около 15 мин, останавливают. Отъединив нижний шланг, сливают раствор и промывают систему охлаждения чистой водой для удаления шлама

В двигателях с воздушным охлаждением нужно очистить защитную сетку вентилятора и межреберное пространство цилиндров и головок.

При СТО проверяют работу термостата и термометра. Термостат вынимают из корпуса и опускают в посуду с горячей водой. При температуре 70°С отверстие основного клапана термостата начинает открываться, а при температуре 85 °С оно полностью откроется. По­казания дистанционного термометра сравнивают с показателями жид­костного термометра, опущенного в заливную горловину радиатора.

В процессе работы могут возникнуть следующие неисправности системы охлаждения (табл. 5).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите основные части системы жидкостного охлаждения двигателя?

2. Каково назначение термостата?

3. Для какой цели в крышке заливной горловины радиатора смонтирован паровоздушный клапан?

4. Как проверить и отрегулировать натяжение ремня вентилятора?

5. Как удалить накипь из системы охлаждения?

6. Как проверить работу термостата и дистанционного термометра?

7. Назовите причины перегрева воды в системе жидкостного охлаждения?