Системы охлаждения двигателей

Классификация систем охлаждения

Во время работы двигателя днище поршня, стенки камеры сгорания и цилиндров, головки клапанов и некоторые другие его детали периодически омываются раскаленными газами. Для обеспечения нормальной работы двигателя его детали, соприкасающиеся с горячими газами, необходимо охлаждать, чтобы они не перегревались. Перегрев вызывает ухудшение условий смазывания, повышает трение и износ деталей, цилиндры плохо наполняются воздухом, зазоры в сочленениях уменьшаются, возможно заедание поршней. Однако слишком большое переохлаждение нежелательно, так как могут возрасти потери на трение вследствие повышения вязкости масла и ухудшатся условия смесеобразования и сгорания топлива.

Для обеспечения нормального теплового режима работы двигателя служит система охлаждения, которая отводит от нагретых деталей теплоту, передаваемую им газами, и отдает ее окружающему воздуху. По виду среды, которая непосредственно воспринимает теплоту от деталей двигателя, охлаждение может быть воздушным или жидкостным. Двигатели тракторов для лесного хозяйства, в основном, имеют жидкостную систему охлаждения. В качестве охлаждающей жидкости и основном применяется вода.

Воздушное охлаждение применяется на двигателях мотоблоков и маломощных тракторов тяговых классов 0,2 и 0,6, а также на некоторых типах тракторов класса 0,9.

При жидкостном охлаждении блок и головку цилиндров двигателя изготавливают с двойными стенками. Пространство между ними образует рубашку охлаждения, которая заполняется водой или другой жидкостью. Жидкость, циркулируя в рубашке, отнимает теплоту от нагретых стенок цилиндра и головки, а затем, поступая в специальный охладитель — радиатор, отдает эту теплоту окружающему воздуху.

В зависимости от циркуляции жидкости различают термосифонную и принудительную системы охлаждения.

В термосифонной системе охлаждения циркуляция происходит за счет разности плотностей холодной и горячей жидкости. Жидкость, находящаяся в рубашке охлаждения 3 (рис. 71, а), при нагревании поднимается вверх и по отводящему патрубку 2 перемещается в радиатор 6.

В сердцевине радиатора жидкость охлаждается, плотность ее повышается и по подводящему патрубку 4 она поступает в рубашку охлаждения, вытесняя жидкость меньшей плотности. Для большей интенсивности охлаждения жидкости за радиатором установлен вентилятор 5, увеличивающий скорость движения воздуха, охлаждающего жидкость.

Рис. 71. Системы жидкостного охлаждения:

а — термосифонная; 6 — принудительная с жидкостным насосом в нижней части двигателя; в — принудительная с жидкостным насосом в верхней части двигателя: 1 — верхний бак радиатора; 2 — отводящий патрубок; 3 — рубашка охлаждения; 4 — подводящий патрубок; 5 — вентилятор; 6 — радиатор;

• 7 — термостат; 8 — центробежный насос; 9 — патрубок нижнего бака радиатора;
• 10 — перепускная трубка

К положительным качествам термосифонной системы охлаждения следует отнести:

• • простоту устройства;
• • быстрый прогрев двигателя при пуске (так как жидкость еще не циркулирует);
• • саморегулирование интенсивности охлаждения в зависимости от нагрузки двигателя (чем больше нагреты детали двигателя, тем интенсивнее циркуляция жидкости и больше отводится теплоты).

Недостатки системы:

• • сравнительно медленная циркуляция охлаждающей жидкости, что ведет к необходимости делать широкие проходы в рубашке охлаждения и патрубках и увеличивать вместимость системы;
• • недостаточная надежность работы из-за возможного прекращения циркуляции охлаждающей жидкости при снижении ее уровня до места ввода в радиатор верхнего патрубка.

Эти недостатки ограничивают применение термосифонной системы. В настоящее время она используется только на пусковых двигателях ПД-10У, ПД-10УД и П-350.

В принудительной системе охлаждения (рис. 71, б, в) циркуляция охлаждающей жидкости создается центробежным насосом 8, соединенным патрубками 4 и 9 с нижним баком радиатора 6. Охлажденная в радиаторе жидкость нагнетается насосом в рубашку охлаждения 3 блока, при этом нагретая жидкость по отводящему патрубку 2 вытесняется в верхний бак 1 радиатора и, проходя через сердцевину, отдает теплоту потоку воздуха, создаваемому вентилятором 5. Такую схему имеет двигатель ЯМЗ-238НБ. Кроме того, в этом двигателе предусмотрен расширительный бак, соединенный патрубками с верхним бачком радиатора и головкой цилиндров. Остальные изучаемые двигатели работают по такой же схеме, но в них нет расширительного бака, а центробежный насос (рис. 71, в) выполнен в общем узле с вентилятором.

Интенсивность циркуляции охлаждающей жидкости и потока воздуха, создаваемого вентилятором, в принудительной системе охлаждения зависит главным образом от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Поэтому, чтобы при понижении температуры окружающего воздуха и уменьшении нагрузки двигатель не переохлаждался, а также для более быстрого прогрева после пуска, в месте выхода жидкости из рубашки охлаждения головки двигателя в верхнем баке радиатора некоторых двигателей (Д-240, ЯМЗ-238НБ и СМД-14БН, СМД-18БН и др.) устанавливают термостат 7. Кроме термостата для регулирования степени охлаждения перед радиатором устанавливают шторку или жалюзи.

Принудительная система охлаждения может быть открытой, т. е. постоянно сообщающейся с атмосферой пароотводной трубкой, установленной в верхнем баке радиатора, или закрытой, когда она сообщается с атмосферой через специальный паровоздушный клапан. Закрытая система обладает рядом преимуществ. В ней предотвращается возможность выплескивания и испарения охлаждающей жидкости; повышается температура кипения жидкости; снижение потерь жидкости упрощает техническое обслуживание и уменьшает образование накипи и паровых мешков в рубашках охлаждения; удается поддерживать более высокую температуру жидкости, что создает более благоприятные условия для работы двигателя. Поэтому на большинстве тракторных двигателей применяется закрытая система охлаждения.