Приборы и механизмы системы жидкостного охлаждения

Радиатор,являющийся теплообменным узлом, предназначен для передачи теплоты от охлаждающей жидкости потоку воздуха.

Верхний 9 (см. рис. 5.2) и нижний 15 бачки радиатора соединены с сердцевиной 12. В верхний бачок впаяны заливная горловина 8 с пробкой 7 и патрубок для подсоединения гибкого шланга, который подводит

Рис.5.2. Радиатор (а) и схемы работы парового и воздушного клапанов (б): 1 — каркас; 2 — жалюзи; 3 — тяга; 4 — рукоятка привода жалюзи; 5 — фиксатор; 6 — стойка; 7 — пробка; 8 — горловина; 9 — верхний бачок; 10, 13 — гибкие шланги; 11 — отводной патрубок; 12 — серд­цевина радиатора; 15 — нижний бачок; 16 — направляющий кожух; 17 — пароотводная труб­ка; 18 — корпус пробки; 19 — пружина парового клапана; 20 — стойка; 21 — запирающая пружина; 22 — паровой (выпускной) клапан; 23 — прокладка выпускного клапана; 24 — про­кладка воздушного клапана; 25 — воздушный клапан; 26 — пружина воздушного клапана; 27 — седло воздушного клапана; 28 — отверстие для поступления воздуха

нагретую охлаждающую жидкость к радиатору. Сбоку заливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга 13. К верхнему и нижнему бачкам прикреплены боковые стойки 6, соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластины образуют каркас радиатора.

Сердцевины радиаторов автомобилей могут быть трубчато-пластинчатыми и трубчато-ленточными.

Для прохода охлаждающей жидкости применяют шовные или цельнотянутые трубки из латунной ленты толщиной до 0,15 мм.

В трубчато-пластинчатых радиаторах охлаждающие трубки располагаются относительно потока воздуха в шахматном порядке в ряд или под углом (рис. 5.3, а—г). Пластины оребрения выполняются плоскими или волнистыми. Для усиления теплоотдачи на них могут быть выполнены специальные турбулизаторы в виде отогнутых просечек, которые образуют узкие и короткие воздушные каналы, расположенные под уг­лом к потоку воздуха (рис. 5.3, д).

В трубчато-ленточныхрадиаторах (рис. 5.3, ё) охлаждающие трубки располагаются в ряд. Ленту для решетки изготовляют из меди толщиной 0,05—0,1 мм. Для усиления теплоотдачи создают завихрения воздушного потока путем выполнения на ленте фигурных выштамповок или отогнутых просечек (рис. 5.3, ж).

В последнее время получили широкое распространение радиаторы из алюминиевого сплава, которые легче латунных и дешевле, однако их надежность уступает традиционным радиаторам. Радиатор соединен с рубашкой охлаждения

Рис. 5.3. Решетки охлаждения радиаторов: а — трубчато-пластинчатый радиатор; б — рядное расположение трубок; в — шахматное расположение трубок; г — шахматное расположение трубок под углом к воздушному потоку; д — охлаждающая пластина с отогнутыми просечка­ми; е — трубчато-ленточный радиатор; ж — охлаждающая лента

двигателя патрубками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутами. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. При перемещении рукоятки 4 (см. рис. 5.2, а) вперед до отказа створки жалюзи 2 полностью открываются, и воздух свободно

проходит между трубками радиатора. Для регулирования температурного режима двигателя рукоятку можно установить на фиксаторе 5 в любом промежуточном положении.

Пробка 7, закрывающая горловину 8 радиатора, состоит из корпуса 18 (см. рис. 5.2, б), парового 22 и воздушного 25 клапанов и запирающей пружины 21.

На стойке 20, с помощью которой к корпусу прикреплена запирающая пружина, установлен паровой клапан, прижатый пружиной 19. Воздушный клапан 25 прижимается пружиной 26 к седлу 27. Плотное прилегание клапанов к седлам достигается установкой резиновых прокладок 23 и 24. При повреждении резиновых прокладок система охлаждения становится открытой и охлаждающая жидкость закипает при температуре 100 °С. При исправных клапанах давление в системе несколько больше давления окружающей среды и температура кипения охлаждающей жидкости составляет 108—119 °С.

В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При давлении 145—160 кПа открывается паровой клапан 22, преодолевая сопротивление пружины 19. Система охлаждения двигателя сообщается с окружающей средой, и пар выходит из радиатора через пароотводную трубку 17. После охлаждения жидкости пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При давлении 1—13 кПа открывается воздушный клапан 25 и в радиатор через отверстие 28 и клапан начинает поступать воздух из окружающей среды. Паровой и воздушный клапаны предотвращают возможное повреждение радиатора вследствие высокого давления как с внешней, так и с внутренней стороны.

В случае использования в системе охлаждения расширительного бачка клапаны могут размещаться в его пробке.

Жидкостной насосслужит для создания принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Наибольшее распространение получили центробежные насосы, имеющие от 4 до 8 спиральных или радиальных лопаток.

Привод насоса осуществляется от коленчатого вала ремнями или зубчатыми шкивами.

На рис. 5.4 представлен жидкостной насос и вентилятор двигателя автомобиля ЗИЛ-431410 который состоит из корпуса 7, крыльчатки 5и корпуса 10 подшипников, соединенных между собой через прокладку 6. Вал 4 насоса вращается в двух шарикоподшипниках 3, снабженных уплотнительными манжетами для удержания масла. Передний подшипник фиксируется упорным кольцом 2, а задний удерживается от перемещения дистанционной втулкой 11. Крыльчатка 5 крепится на конце вала. При вращении крыльчатки охлаждающая жидкость из подводящего патрубка 9 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под давлением центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7, а оттуда через полые отводы 8 подается в рубашку охлаждения.

Рис. 5.4. Центробежный насос и вентилятор: / — вентилятор; 2 — упорное кольцо; 3 — шари­коподшипники; 4— вал; 5 — крыльчатка; 6— прокладка; 7— корпус; 8 — отвод; 9 — подво­дящий патрубок; 10 — корпус шарикоподшипников; 11 — дистанционная втулка; 12 — втул­ка; 13 — ступица; 14 — шкив; 15 — лопасть; 16 — резиновая манжета; 17 — уплотнительная шайба; 18 — обойма

Герметичность вращающихся деталей, расположенных в корпусе 7 насоса, обеспечивается самоподжимной уплотнительной манжетой, установленной в крыльчатке и состоящей из уплотнительной шайбы 17, резиновой манжеты 16 и пружины, прижимающей шайбу 77 к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба 17 входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 18. На переднем конце вала 4 с помощью втулки 12 установлена ступица 13, к которой крепится шкив 14 привода насоса и вентилятора.

Вентилятор служит для увеличения потока воздуха через радиатор. Если на привод жидкостного насоса затрачивается 0,5—1 % мощности двигателя, то на привод вентилятора эти затраты составляют 3—5 %. Наибольшее распространение получили осевые вентиляторы (направляют воздух вдоль оси своего вращения) с числом лопастей от четырех до восьми. Лопасти вентилятора выполняют литыми или клепаными. Клепаные лопасти штампуют из листовой стали. Литые вентиляторы изго­товляют из синтетических материалов, и они имеют более высокий КПД по сравнению с клепаными, хотя последние проще в изготовлении. Для снижения уровня шума лопасти устанавливают относительно друг друга с переменным шагом.

Лопасти вентилятора, как правило, располагают в направляющем кожухе 16 (см. рис. 5.2, а) (диффузоре), который повышает эффективность работы вентилятора.

Существуют следующие приводы вентиляторов:

• клиноременные (наиболее распространенные);

• зубчатые (от зубчатого колеса ГРМ);

• электрические;

• электромагнитные;

• гидравлические.

Электрический привод включает в себя электродвигатель, который включается и выключается автоматически в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в радиаторе, контролируемой датчиком.

Электромагнитный привод имеет электромагнитную муфту (рис. 5.5), совмещенную с жидкостным насосом. Она состоит из электромагнита 6, установленного вместе со шкивом / на ступице 5 насоса и ступицы 3 вентилятора, соединенной пластинчатой пружиной с якорем, свободно вращающимся вместе со ступицей на двух шарикоподшипниках 4.

Катушка электромагнита соединена с тепловым реле, датчик которого расположен в верхнем бачке радиатора. При температуре охлаждающей жидкости в верхнем бачке радиатора 85—90 °С тепловое реле подает ток в катушку электромагнита. Якорь притягивается к электромагниту, и ступица вместе с лопастями вентилятора начинает вращаться. Когда температура снизится до 80 °С, контакты реле разомкнутся и вентилятор отключится.

Гидравлический привод реализуется посредством гидромуфты (рис. 5.6), которая передает крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору и гасит инерционные нагрузки, возникающие при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

Передняя крышка 7 и корпус 2 подшипника соединены винтами и образуют полость, в которой установлена гидромуфта. Ведущий вал 6 в

Рис. 5.5. Жидкостной насос в сборе с электромагнитной муфтой вентилятора: 1 — шкив; 2 —

муфта; 3, 5 — ступицы; 4 — подшипники; 6 — электромагнит; 7 — вал; 8 — уплотнительная

манжета; 9 — крыльчатка; 10 — корпус; /7 — лопасти

Рис. 5.6. Гидромуфта вентилятора: / — передняя крышка; 2 — корпус подшипника; 3 — ко­жух; 4, 8, 13, 19 — подшипники; 5— трубка корпуса подшипника; 6 — ведущий вал; 7— шли-цевой валик; 8 — уплотнительное кольцо; 9 — ведомое колесо; 10 — ведущее колесо; 11 — шкив; 12 — вал шкива; 14 — упорная втулка; 15 — ступица вентилятора; 16 — ведомый вал; 17, 20 — уплотнительные манжеты; 18 — прокладка

сборе с кожухом 3, ведущее колесо 10, вал 12 шкива и шкив 11 соединены между собой болтами и составляют ведущую часть гидромуфты, которая вращается в шарикоподшипниках 8 и 19. Ведущая часть гидромуфты приводится во вращение от коленчатого вала через шлицевой валик 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 77и 20.

На внутренних тороидальных поверхностях ведущего и ведомого колес отлиты радиальные лопатки. Межлопаточное пространство колес образует рабочую полость гидромуфты.

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

Масло поступает через выключатель (рис. 5.7), который управляет работой гидромуфты вентилятора. Выключатель имеет три фиксированных положения, обеспечивающих различные режимы работы вентилятора.

Положение «В» (рис. 5.7, а) — автоматический режим, поддерживается температура охлаждающей жидкости 80—95 °С. При повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик 15, активная масса, находящаяся в баллончике датчика, начинает плавиться и увеличиваться в объеме, шток датчика и золотник 5 перемещаются. Золотник при температуре 85—90 °С открывает масляный канал в корпусе 2 выключателя. Масло из главной масляной магистрали смазочной системы двигателя по каналам в корпусе выключателя, блока и его -

-

Рис. 5.7. Выключатели гидромуфты: а — обычный; б — усовершенствованный; 1 — крышку 2 — корпус; 3 — шайба; 4 — возвратная пружина; 5 — золотник; 6, 7— уплотнительные коль­ца; 8 — пробка; 9 — рычаг; 10 — пружина; И — фиксатор; 12 — крышка; 13 — регулировоч­ные шайбы; 14 — гайка; 15 — термосиловой датчик; 16 — рычаг; 17, 21 — шарики; 18 — крышка; 19 — пробка крана; 20 — корпус; 22 — термосиловой клапан в сборе; Б — отверстие для подвода масла из смазочной системы; В —

передней крышке, трубке 5 (см. рис. 5.6) и каналам в ведущем валу поступает в рабочую полость гидромуфты. При этом находящееся в гидромуфте масло через отверстие в кожухе 3 сливается в картер двигателя.

Положение «О» (см. рис. 5.7) — вентилятор отключен. Масло в гидромуфту не подается при любой температуре. Вентилятор может вращаться с небольшой частотой, увлекаемый трением в подшипниках и набегающим встречным потоком воздуха.

Положение «П» — вентилятор включен постоянно. В гидромуфту постоянно подается масло независимо от температуры двигателя.

Гидравлический, электрический и электромагнитный приводы вентилятора в отличие от механического (ременный и зубчатый) обеспечивают более выгодный тепловой режим двигателя. Они не охлаждают непрогретый двигатель и снижают потери мощности на привод вентилятора, уменьшая расход топлива.

Термостаты предназначены для ускоренного прогрева двигателя при пуске и поддержания наивыгоднейшего теплового режима.

Различают термостаты с жидкостным и твердым наполнителями.

Жидкостной термостат состоит из корпуса 7 (рис. 5.8, а) с окнами, гофрированного баллона 2 и клапана 5. Нижняя часть гофрированного баллона жестко соединена с кронштейном 8 корпуса. К верхней части баллона прикреплен шток 3 с клапаном. Шток может перемещаться в направляющей корпуса. Иногда в клапане термостата делают небольшое отверстие и канавку на его кромке для выхода воздуха при заливке жидкости в систему охлаждения.

В запаянном гофрированном баллоне находится охлаждающая жидкость (70 % этилового спирта и 30 % воды). Воздух из баллона откачан, и при нормальных условиях, т. е. при температуре охлаждающей жидкости менее 70 °С, баллон сжат, а клапан закрыт. Охлаждающая жидкость по перепускному каналу поступает к насосу, минуя радиатор (малый круг циркуляции). По мере прогрева двигателя охлаждающая жидкость нагревается. При температуре свыше 73 °С охлаждающая жидкость, находящаяся в баллоне, начинает испаряться, давление в баллоне повышается и клапан открывается, направляя охлаждающую жидкость через радиатор (большой круг циркуляции). При температуре 88—94 °С клапан термостата открыт полностью.

В термостатах с твердым наполнителем в качестве рабочего тела используется церезин (нефтяной воск) с медной стружкой, обладающий большим коэффициентом объемного расширения.

К корпусу /термостата (рис. 5.8, б) пружиной 13 постоянно прижимается клапан 5, шарнирно соединенной со штоком 3. Шток опирается на резиновую мембрану 11, которая зажата баллоном 9 и направляющей втулкой. Пока двигатель не прогрет, наполнитель (церезин) нахо­дится в твердом состоянии и клапан термостата закрыт.

Рис.5.8. Работа термостатов: а — жидкостного; б — с твердым наполнителем; / — корпус жидкостного насоса; 2 — гофрированный баллон; 3 — шток; 4 — прокладка; 5 — клапан тер­мостата; 6 — патрубок для отвода горячей охлаждающей жидкости; 7 — корпус термостата; 8 — кронштейн; 9 — баллон термостата; 10 — твердый наполнитель; Л — резиновая мембра­на; 12 — направляющая втулка; 13 ^— возвратная пружина; 14 — коромысло клапана; 75 — бу­фер; 16 — впускной трубопровод; I, II — рабочие фазы

При достижении температуры охлаждающей жидкости 70 °С церезин плавится и объем его увеличивается. При этом он нажимает на мембрану, она прогибается вверх и давит через буфер 15 на шток, который поворачивает клапан 5, вследствие чего охлаждающая жидкость поступает в радиатор. При снижении температуры охлаждающей жидкости объем наполнителя уменьшается и клапан термостата под действием возвратной пружины закрывается.

Общим недостатком термостатов является уменьшение циркуляции охлаждающей жидкости через радиатор при низкой температуре окружающей среды. В случае заполнения системы охлаждения водой это может привести к ее замерзанию в нижнем бачке или трубках сердцевины радиатора и вывести его из строя. Поэтому в системах охлаждения двигателей с термостатами в зимнее время года желательно применять низкозамерзающие охлаждающие жидкости или утеплять радиатор.