Система рідинного охолодження

Системи рідинного охолодження сучасних дизелів відрізняються від наведеної раніше принципової схеми:

• наявністю датчика і покажчика температури охолоджувальної рідини і місцем встановлення датчика;

• наявністю пристроїв для регулювання інтенсивності повітряного потоку через серцевину радіатора і способом керування цим пристроєм;

• конструкцією насоса і способом його приводу, місцем розташування термостата, їх кількістю і конструкцією.

Датчик температури охолоджувальної рідини може встановлюватись у верхньому патрубку радіатора після корпуса термостата (Д-65Н), в кінці відвідного трубопроводу головки циліндрів (СМД18Н, А-41) або в патрубку відведення рідини із сорочок охолодження кожного ряду циліндрів дизелів СМД-60. Термостат встановлюється в корпусі на головці циліндрів Д-65. Термостат кожної головки циліндрів дизеля СМД-60 розташований в загальному корпусі 15, який встановлено між патрубками 18 головок циліндрів, верхнім патрубком 12 радіатора і відвідною трубкою 17.

Інтенсивність повітряного потоку регулюється встановленням перед серцевиною радіатора полотняної шторки 8 або металевих пластин (жалюзі). Ці пристрої частково або повністю перекривають доступ повітря із атмосфери до серцевини, регулюючи тим самим інтенсивність охолодження рідини. Для керування шторкою 8 дизеля СМД-60 призначений тросик 13 і ланцюжок 14 (кільце ланцюжка— в кабіні трактора). Ланцюжок фіксується відносно вихідного штуцера. Для зменшення кількості повітря, що надходить в радіатор при охолодженні дизеля, ланцюжок за кільце втягують в кабіну і фіксують. Шторка 8 розмотується на валику і обмежує доступ повітря. Якщо ланцюжок відпустити, шторка автоматично скручується завдяки спеціальному пристрою.

Для зливання рідини із сорочки охолодження V-подібних двигунів служать два краники 24, розташовані внизу кожного ряду циліндрів. Для зручності керування дизелем СМД-60, на краниках встановлюється видовжений важіль, кінець якого виступає над захисним боковим кожухом капота. Важіль краника нижнього бачка радіатора виведений на передню частину радіатора.

В системі охолодження дизеля ЯМЗ-240 застосовано розширювальний бачок, система має гідравлічну муфту відключення вентилятора з автоматичним пристроєм для забезпечення оптимального теплового режиму незалежно від навантаження і температури навколишнього середовища.

Будова і робота приладів системи рідинного охолодження

Радіатор призначений для охолодження рідини. Він складається з верхнього 8 і нижнього 21 бачків, сполучених між собою серцевиною 6.

Тепла вода двома трубопроводами подається із сорочок охолодження головок циліндрів у верхній бачок 8, в якому є заливна горловина з паровідводною трубкою 4.

Корпус верхнього бачка радіатора за допомогою прокладки 10, верхньої опорної пластини 11 і болтів кріпиться до серцевини 6 радіатора.

Крайня верхня 11 і нижня 16 пластини серцевини радіатора опорні, їх виготовлено із товстішої стрічки, ніж пластини 14. Кінці трубок 13 трохи виступають над опорними пластинами 11 і 16.

До серцевини 6 радіатора за допомогою прокладки 17, нижньої опорної пластини 16 і болтів 20 прикріплюється нижній бачок 21 радіатора. Нижній бачок патрубком 19 і трубопроводом 15 з’єднується з корпусом рідинного насоса. Бокові частини серцевини закриті стальними листами — боковинами, до яких болтами кріпиться кожух 12 (дифузор). В кожусі є круглий отвір, трохи більший за діаметром від діаметра лопатей вентилятора. Кожух підвищує ефективність роботи вентилятора. Передня частина осердя радіатора закривається полотняною шторкою 1 або металевими жалюзі для регулювання інтенсивності повітряного потоку через осердя.

Серцевина радіатора може бути трубчасто-пластинчастою, трубчасто-стрічковою або щільниковою.

На більшості двигунів застосовуються трубчасті серцевини, тобто кілька рядів вертикально встановлених плоскоовальних або круглих латунних трубок із товщиною стінок 0,1.„0,2 мм. Для збільшення поверхні охолодження і підвищення жорсткості осердя на трубки надіто і припаяно тонкі горизонтальні пластини з латунної стрічки.

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

Заливна горловина закривається кришкою 7 з паровим і повітряним клапанами.

Пароповітряний клапан ізолює систему охолодження від атмосфери при нормальному тепловому режимі; підтримує в системі надлишковий тиск 0,14 МПа, чим підвищує температуру кипіння, зменшує пароутворення і витрату охолоджувальної рідини; відводить пари рідини з системи в атмосферу при її закипанні, коли тиск в системі збільшується до 0,15...0,17 МПа, чим запобігає витіканню рідини через з’єднання трубопроводів і руйнуванню трубок серцевини радіатора; сполучає атмосферу із системою при остиганні рідини, коли її об’єм і тиск зменшуються до 0,099...0,088 МПа, запобігаючи сплющенню і деформації трубок серцевини. 

При встановленні кришки в горловину 10 виступи корпусу 9 взаємодіють з виступами горловини. Гумова прокладка 11 пружиною 6 і корпусом 5 парового клапана притиснута до горлови ни, а гумова прокладка 12 пружиною 2 і штоком 1 повітряного клапана — до гнізда 3 повітряного клапана. Система охолодження ізольована від атмосфери. При підвищенні тиску в системі пара діє на гніздо 3 повітряного клапана, прикріплене до корпуса 5 парового клапана. Корпус 5, стискуючи пружину 6, переміщається по штоку 7 вверх.

Рідинний насос забезпечує примусову циркуляцію рідини в системі.

Насос і вентилятор двигунів з рідинним охолодженням встановлюють на одному валу.

В чавунному корпусі 23 рідинного насоса двигуна СМД-60 на двох підшипниках 5 і 24 встановлений вал 21. Герметичність порожнини між корпусом 23 і валом 21 забезпечується самопідтискними гумовими манжетами 20 і 25. В цю порожнину через трубку 6 подається масло для мащення підшипників 5 і 24. Через отвір 22 масло по каналу 23 зливається в піддон картера дизеля. Від осьового переміщення вал 21 фіксується стопорним кільцем 3. Корпус 23 кріпиться на верхній площині передньої кришки блок-картера. На валу 21 за допомогою шпонки і гайки 27 нерухомо встановлена маточина 2. Самовідкручування гайки 27 не допускається і обмежується шплінтом. До маточини 2 болтами 28 прикріплюється шків 26 вала 21 і вентилятора 1.

Чавунний шків 26 з’єднаний зі шківом колінчастого вала через два клинових паси 4 довжиною 1450 мм і поперечним перерізом 16x11 мм. Передаточне число приводу — 1,21. Третій (менший) пас призначений для привода генератора.

У задній частині вала 21 встановлена крильчатка 9 рідинного насоса, закріплена болтом 10. Крильчатка — це литий чавунний диск з шістьма лопатками і маточиною з плавним переходом від маточини до диска. Для зменшення гідравлічного опору нижні кінці лопаток вигнуті у напрямі обертання.

Крильчатка 9 встановлена в розточці равликоподібної частини корпуса 23. На цій частині є вхідний патрубок, вилитий разом з корпусом, для подачі рідини на крильчатку і вихідний патрубок 2. До верхнього обробленого фланця прикріплено трубку 7 для відведення рідини від термостатів в приймальну камеру насоса. За крильчаткою 9 корпус насоса 23 закритий штампованою кришкою 8, закріпленою за допомогою шести шпильок і гайок 12 та ущільненою паронітовою прокладкою 13. У нижній частині корпуса є дві лапи для його кріплення на передній кришці блок-картера.

Рідинну і масляну порожнини корпуса розділяє торцеве ущільнення, запресоване між валом 21 і корпусом 23. Воно складається із обойми 14, гумової манжети 15 і кільця 17. Всередині манжети встановлено пружину 16, яка ущільнює торці манжети за допомогою розсувного каркасу 18. Кільце ковзання 17 утримується від обертання в обоймі 14 трьома півкруглими поглибленнями і може переміщатися в осьовому напрямку під дією пружини 16 до упору у виступи, відігнуті на обоймі.

В робочому положенні ущільнення підтискується крильчаткою і кільце ковзання 17 щільно притискується до полірованої поверхні втулки 11. Цим забезпечується герметизація між нерухомим ущільненням і крильчаткою, яка обертається. Кільце 17 виготовлене із металографітового матеріалу, що зменшує його спрацювання. Для запобігання корозії втулка 11 виготовлена із нержавіючої сталі, обойма 14 і каркас 18 пружини — з латуні, а пружина 16 - - з бронзового дроту. Для контролю за роботою ущільнення в корпусі виконаний отвір 19. Поява рідини із отвору 19 свідчить про недостатнє ущільнення.

Насос працює так.

При обертанні вала 5 вентилятора і крильчатки 4 рідина між лопатками крильчатки з великою силою викидається до корпуса 3 і у вихідний патрубок 2, які розширяються у напрямку обертання. Кінетична енергія при рухові рідини перетворюється в енергію тиску. При виході рідини з лопаток у центрі крильчатки утворюється розрідження, під дією якого рідина із нижнього бачка радіатора по патрубку 1 потрапляє до насоса. Звідси рідина подається в систему охолодження під тиском 0,04...0,08 МПа. Подача насоса становить 5000...7000 літрів за годину. На привод насоса і вентилятора витрачається 0,5...1,0 % потужності двигуна. 

Термостат автоматично підтримує необхідну температуру охолодженої рідини при різних навантаженнях двигуна і температурах навколишнього повітря, а також забезпечує швидке прогрівання двигуна після його пуску. Залежно від температури охолоджувальної рідини термостат спрямовує її потік із сорочки охолодження у верхній бачок радіатора або до насоса через відвідну трубку.

Термостати бувають рідинні (сильфонні) і з твердим наповнювачем. Застосовують обидва типи термостатів.

Термостат складається із слідкуючого і виконуючого пристроїв, встановлених в корпусі. Виконуючий пристрій має основний і допоміжний клапани.

Слідкуючим пристроєм рідинного термостата є гофрований латунний циліндр 5, встановлений у нижній частині корпуса 13. З корпусом 7 нижня частина циліндра 5 з’єднується за допомогою скоби 4, а верхня — скобою 14 зі штоком 11, на якому встановлені клапани 8 і 6. В корпусі 7 є вікна 10. Допоміжний клапан 6 також має вікна 12 і виступи. В основному клапані 8 виконаний отвір 9 для виходу повітря у верхній бачок радіатора.

Внутрішня герметична порожнина циліндра 5 заповнена рідиною, яка легко випаровується (суміш із 2/3 дистильованої води і 1/3 етилового спирту).

При роботі двигуна з температурою охолоджувальної рідини нижче 70°С тиск в циліндрі 5 знижений і він стиснутий до мінімальних розмірів (рис. 5.10, а). При цьому основний клапан 8 притиснутий до корпуса 7. Рідина із сорочки охолодження 3 прохо дить крізь вікна 12 і 10 у відвідну трубку 2 і надходить до рідинно го насоса. Повітря із сорочки охолодження 3 через отвір 9 потрап ляє у верхній бачок радіатора.

При температурі охолоджувальної рідини 70...80°С рідина в циліндрі 5 починає випаровуватись, а тиск підвищується і циліндр розширюється. При цьому основний клапан 8 переміщується вверх відносно корпуса 7, а виступи допоміжного клапана 6 перекривають вікна 10 корпуса 7. Рідина із сорочки охолодження 3 одночасно надходить в патрубок 1 і відвідну трубку 2.

Максимальних розмірів циліндр 5 досягає при температурі охолоджувальної рідини 85...95°С (рис. 5.10, б). При цьому основний клапан 8 повністю відкритий, а виступи допоміжного клапана 6 повністю перекривають вікна 10 корпуса 7. Вся рідина із сорочки охолодження 3 переходить в радіатор.

Термостати рідинного типу мають обмежений термін роботи через утворення мікроскопічних тріщин в стінках циліндра, що призводить до порушення його герметичності.

Слідкуючим пристроєм термостата із твердим наповнювачем є балон 16, всередині якого вмонтовані гумова вставка 14, шток 12, прокладка 8 і головка вставки 11. Простір між гумовою вставкою 14 і внутрішньою стінкою балона 16 заповнений спеціальним наповнювачем 15. Наповнювач являє собою суміш церезину (нафтовий кристалічний віск) з алюмінієвим або мідним порошком. Така суміш при підвищенні температури понад 69°С плавиться і значно збільшується за обсягом.

Балон 16 встановлений між верхнім 10 і нижнім 5 стояками корпуса 13. До верхнього стояка 10 балон кріпиться за допомогою штока 12 і гайки 9. В центральному отворі нижнього стояка 5 балон може вільно переміщатися. До верхньої частини його прикріплений основний клапан 7, між ним і нижнім стояком 5 корпусу 13 встановлено пружину 6. В нижній частині балона є шток, на якому за допомогою гайки 18 закріплений допоміжний клапан 4, що може вільно переміщатися відносно штока балона. Між балоном 16 і клапаном 4 встановлена пружина 17.

При роботі двигуна з температурою охолоджувальної рідини нижче 70°С об’єм наповнювача 15 мінімальний. Пружина 6 притискує основний клапан 7 до корпуса 13. При цьому шток балона 16 займає таке положення, що утворюється зазор між допоміжним клапаном 4 і корпусом відвідної трубки 3. Охолоджувальна рідина із системи охолодження 2 поступає у відвідну трубку 3.

При прогріванні охолоджувальної рідини до температури 70...80°С наповнювач починає плавитись і його об’єм збільшується. Він тисне на вставку 14, це зусилля передається на шток 12. Оскільки шток закріплений на верхньому стояку 10 корпуса, то він не може переміщатися. Під дією зусилля наповнювача балон 16 переміщається вниз відносно штока 12, стискуючи пружину 6. Основний клапан 7 відходить від корпуса 13, допоміжний клапан 4 переміщується до відвідної трубки 3. Рідина із системи охолодження 2 одночасно надходить в патрубок 1 і відвідну трубку 3.

Коли температура охолоджувальної рідини становитиме 90...95°С, зазор між основним клапаном 7 і корпусом 13 буде максимальним, а між допоміжним клапаном 4 і відвідною трубкою 3 — відсутній. Вся рідина із системи охолодження направляється в радіатор.

Пружина 17 забезпечує переміщення балона 16 вниз при упорі допоміжного клапана 4 у відвідну трубку 3 і подальшому розширенні наповнювача.

Пружина 6 повертає термостат в початкове положення при зниженні температури охолоджувальної рідини нижче 70°С.

Дистанційними термометрами вимірюють температуру охолодної рідини. Вони бувають з рідинним наповнювачем і електричні.

Термометр з рідинним наповнювачем складається із датчика 1, трубки 2 і вимірювача з циферблатом, на якому нанесено градуйовану шкалу.

Датчик являє собою циліндр з напівсферичним дном. Корпус датчика встановлюється в спеціальний отвір верхнього бачка радіатора або верхнього патрубка бачка і кріпиться до них гайкою 3. Ззовні датчик омивається охолодною рідиною.

Вимірювач встановлюється на щитку приладів в кабіні трактора. Він має трубчасту пружину, вигнуту у формі півкільця або підкови. Один кінець пружини закріплений нерухомо відносно корпуса, а інший за допомогою передаточного механізму з’єднаний зі стрілкою.

Датчик 1 із трубчастою пружиною 4 з’єднаний капілярною трубкою 2. Від механічних пошкоджень трубка захищається обо- лонкою і металевим обплетенням. Циліндр датчика, трубка і трубчаста пружина заповнені хлорметилом.

При нагріванні охолоджувальної рідини хлорметил випаровується, тиск в трубчастій пружині підвищується і рухомий кінець пружини вигинається і переміщається відносно корпуса. Стрілка відхиляється від нульового положення на необхідну величину.

Дистанційний електричний термометр складається з датчика і покажчика, підключених до електричної схеми, яка, крім них, має опір 10, вимикач запалювання 2 і акумуляторну батарею 1.

Корпус 8 датчика (ікручується в отвір трубопроводу подачі рідини до термостатів або у верхній бачок радіатора. До корпуса 8 припаяно латунну гільзу 7, всередині якої встановлено біметалеву рухому 6 і нерухому 3 пластини, остання з’єднана з гільзою 7 (масою двигуна або мінусовою клемою акумуляторної батареї 1). Рухома пластина 6 ізольована від гільзи, на ній — обмотка 5, один кінець якої з’єднаний з контактом 4 рухомої пластини 6, а другий за допомогою клеми 9 — з плюсовою клемою акумуляторної батареї.

В корпусі 14 покажчика встановлено біметалеву пластину 12, один кінець її закріплений нерухомо відносно корпуса 14, а другий через тягу з’єднується зі стрілкою 13. На пластині є обмотка 11, яка з’єднана ізольованими затискачами з відповідними клемами акумуляторної батареї.

При включенні електричної схеми вимикачем 2 струм проходить від плюсової клеми акумуляторної батареї через обмотку 11 покажчика, обмотку 5 датчика, контакт 4 і пластину 3 до мінусової клеми акумуляторної батареї. При проходженні струму через біметалеву пластину 6 вона нагрівається, вигинається і контакт між пластинами 6 і 3 зникає, відповідно зникає і струм в електричній схемі. При остиганні пластини 6, контакт 4 знову притискується до пластини З, вібруючи з певного частотою, і електрична схема починає діяти.

Коли рідина в системі холодна, то пластина 6 нагрівається лише під дією струму. Нагрівання її при цьому незначне. Контакт 4 притискується до пластини 3 на більший відрізок часу. Це забезпечує проходження струму більшої напруги по обмотці 11. Біметалева пластина 12 нагрівається сильніше, вигинається і стрілка 13 відхиляється у бік менших значень температури (на рис. наведено пунктирною лінією).

При прогріванні рідини біметалева пластина б нагрівається під дією струму і охолоджувальної рідини. Частота вібрації контакту збільшується, а час замикання пластин 6 і 3 зменшується. Через обмотку 11 проходить струм меншої напруги. Біметалева пластина 12 остигає, її вигин зменшується і стрілка 13 відхиляється до вищих значень температури.