В системе жидкостного охлаждения циркулирующая жидкость воспринимает теплоту от стенок цилиндров, головки блока и других нагретых деталей и передает эту теплоту через радиатор окружающей среде.

По способу циркуляции охлаждающей жидкости различают термосифонные и принудительные (насосные) системы.

В термосифонных системах охлаждения циркуляция жидкости происходит вследствие разности плотностей нагретой и охлажденной жидкости. В насосных системах охлаждения циркуляция жидкости осуществляется с помощью специального насоса. Эта система является более надежной, кроме того, ее масса и объем значительно меньше, чем термосифонной системы охлаждения.

В автомобильных двигателях применяют системы принудительного охлаждения. В качестве теплоносителя обычно используют воду. Однако вследствие низкой температуры кипения и высокой температуры замерзания воды желательна замена ее другими видами теплоносителей. До сих пор еще не найден теплоноситель, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к нему (высокая температура кипения, низкая температура замерзания, достаточно высокая теплоемкость, малая вязкость, анти-коррозионность, хорошая смачиваемость, постоянство физических свойств и химического состава, малая стоимость, удобство хранения и эксплуатации). Широкое распространение при эксплуатации двигателей в зимних условиях получили водяные растворы глицерина и гликолей, понижающие температуру замерзания до минус 40—65° С.

Для двигателей с жидкостным охлаждением допускаемая температура охлаждающей жидкости в закрытых системах (система охлаждения герметично закрыта при помощи паро-воздушного клапана) равна 100° С (максимальная, кратковременно допустимая 105° С), а в открытых системах (система охлаждения сообщается с атмосферой через контрольную трубку) 90—95° С.

В современных автомобильных двигателях исключительно применяется система жидкостного охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости и с одной или двумя системами регулирования — потемпературамжидкости(термостат) и воздуха (жалюзи перед радиатором).

Принудительная система охлаждения состоит из следующих элементов: рубашек охлаждения цилиндров и головок цилиндров, водяного насоса, радиатора, вентилятора, вспомогательных устройств и контрольно-измерительных приборов (термостаты, жалюзи, термометры и манометры).

1. Рубашка охлаждения

Рубашки охлаждения цилиндров и головки цилиндров проектируют с учетом прочности блока и головки и технологичности их изготовления. Скорость протекания воды в рубашке колеблется в пределах 0,5—1,0 м/сек. Для равномерного охлаждения всех цилиндров охлаждающую жидкость подводят отдельно к каждому цилиндру. Для этого внутри блока цилиндров делают каналы, в которые подается вода, поступающая к цилиндрам через окна в стенках этих каналов. Перепуск воды осуществляется через несколько отверстий в блоке и головке цилиндров, причем эти отверстия расположены в зоне наиболее нагретых частей головки цилиндров. Полости головки цилиндров должны иметь такую форму, чтобы при заполнении системы водой, в них не могли образовываться паровые и воздушные пробки. Кроме того, в системе охлаждения не должна оставаться вода при сливе ее через выпускные краны.

Подвод охлаждающей жидкости может производиться: 1) к нижней части цилиндров, что позволяет избежать образования застойных зон и паро-воздушных пробок, нарушающих циркуляцию; 2) к верхней части блока, в этом случае нижняя часть рубашки исключается из принудительной циркуляции, вследствие чего повышается температура нижнего пояса гильз; 3) к головке цилиндров, откуда относительно небольшое количество жидкости поступает в блок, а остальное — в радиатор. В последнем случае рубашки блоков неполностью включены в систему принудительной циркуляции и цилиндры омываются жидкостью, предварительно нагретой в головке. При этом циркуляция жидкости в блоке создается путем отсоса ее насосом через торцовые окна. Эта система обеспечивает быстрое прогревание гильз после пуска двигателя.

2. Водяной насос

В системе охлаждения обычно применяется водяной насос центробежного типа. Валик насоса, объединенный с валиком вентилятора, приводится в действие клиновидным ремнем от шкива на переднем конце коленчатого вала. Радиальные зазоры между крыльчаткой и корпусом водяного насоса должны бытьнеболее1мм,осевые — неболее0,2 мм.Передаточное отношение привода насоса равно 0,98—1,95. Скорость жидкости во всасывающих патрубках одноступенчатых водяных насосов не превышает 2,5—3 м1сек. Наибольший напор, создаваемый водяным насосом, зависит от сопротивления системы охлаждения. Для нормальной работы системы охлаждения давление в любой точке жидкостного тракта не должно быть меньше давления парообразования жидкости. Напор, создаваемый водяным насосом в автомобильном двигателе, составляет 35—150 кн/м? (3,5— 15 м вод. ст.). Мощность, затрачиваемая на приведение в действие насоса, равна 0,2—0,5% эффективной мощности двигателя.

Для повышения надежности работы системы охлаждения в корпусе насоса на входе перед крыльчаткой располагают винтовой направляющий аппарат для создания вращательного движения поступающей жидкости. Скорость жидкости во впускных каналах не превышает 2,5—3 м/сек.

3. Радиатор

Радиатор предназначен для передачи теплоты воды окружающему воздуху. Для повышения охлаждающего эффекта радиатора подводимый от двигателя поток горячей воды разбивается на ряд мелких струек, каждая из которых проходит по трубке или каналу, обдуваемому воздухом. В автомобильных двигателях радиатор должен иметь небольшую лобовую поверхность при значительной поверхности охлаждения.

Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы . Охлаждающая решетка таких радиаторов состоит из вертикальных трубок плоского, овального или круглого сечения, припаянных к верхнему и нижнему резервуарам радиатора. Эти трубки проходят через ряд тонких горизонтальных пластин, которые повышают эффективность охлаждения и жесткость конструкции. Овальные и плоские трубки лучше сопротивляются разрыву, лучше обтекаются воздухом и имеют большую относительную поверхность охлаждения, чем круглые.

В пластинчатых радиаторах охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям 2 пластин 1. Верхние и нижние концы пластин впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух проходит между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины делают волнистыми. Такие радиаторы быстро загрязняются, имеют большое количество паяных швов и требуют более тщательного ухода, поэтому их применяют сравнительно редко.

В трубчатом и пластинчатом радиаторах охлаждающая жидкость протекает по трубкам, омываемым снаружи воздухом.

В сотовом радиаторе воздух проходит по горизонтальным трубкам, омываемым снаружи охлаждающей жидкостью. К достоинствам радиатора такого типа относится большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения. Недостатки сотовых радиаторов те же, что и у пластинчатых, и это препятствует их широкому распространению.

Глубина сердцевины радиатора составляет 75—150 мм. Сердцевинурадиатораглубиной75—150ммнаглухосоединяют с резервуарами при помощи пайки. Радиатор устанавливается на резиновых подушках и крепится к раме автомобиля. В верхнем резервуаре расположен заливной патрубок с сетчатым фильтром. В этом патрубке находится конец контрольной трубки, которая внизу сообщается с окружающей средой и предохраняет трубки радиатора от разрыва.

У двигателей с закрытой системой охлаждения для предохранения ее от разрушения в пробке горловины радиатора устанавливают паро-воздушный клапан , состоящий из двух клапанов: парового и воздушного. Паровой клапан 2 предохраняет систему от разрушения при повышении температуры жидкости и регулируется на давление 20—30 кн/м2 (0,2—0,3 кГ/см2). При этом давлении паровой клапан перепускает пар в атмосферу.

Воздушный клапан 1 предохраняет систему от разрушения при падении давления в системе (при остывании жидкости), и его регулируют на разрежение открытия 1 —4 кн/м2 (0,01 —0,04 кГ/см2). Приэтом давленииклапанперепускаетвоздухизатмосферы.

Скорость жидкости в трубках радиатора должна быть 0,7— 0,9 м/сек. Скорость воздуха, отнесенная к сечению перед фронтом радиатора, изменяется в пределах 7—12 м/сек.

При проектировании размеры радиатора выбирают в соответствии с компоновкой автомобиля и целесообразными затратами мощности на привод вентилятора для обеспечения нормального теплового состояния двигателя. Количество воздуха, проходимого через радиатор автомобильного двигателя, равно (0,2 — т — 0,3) Nе л/ч [или (140 ч — 220) Nnкг/ч, если Neв л. с].

Ориентировочно охлаждающая поверхность радиатора для легковых автомобилей F= (13 -т — 20) 10~5 Neм2, где Nе в em [F= = (0,10 — 5 — 0,15) Neм2, если N(1 в л. с] и для грузовых автомобилей F= (20 ч — 40) 10 5 Neм2 [F= (0,15 -*■ 0,3) Neм2, если Neв л. с].

4. Вентилятор

В автомобильных двигателях преимущественно применяют вентиляторы осевого типа. Диаметры вентиляторов колеблются в пределах 0,3—0,7 м (большие значения относятся к вентиляторам грузовых автомобилей). Наивыгоднейший угол атаки для плоских лопастей 40—45°, а для выпуклых — около 35°. Ширина лопастей равна 30—70 мм. Число лопастей, изготовляемых из листовой стали толщиной 1,25—1,8 мм, не превышает 4-6.

Для уменьшения вибрации и шума лопасти вентилятора располагают Х-образно, попарно под углами 70 и 110°. Вентиляторы устанавливают на одном валу с водяным насосом. Привод вентилятора осуществляется с помощью ременной передачи, ведущий шкив которой установлен на коленчатом валу двигателя. Расстояние между радиатором и вентилятором достигает 80— 100 мм при установке направляющего кожуха и 10—15 мм без него.

Для повышения экономичности могут применяться вентиляторы с переменной производительностью, у которых число оборотов изменяется от максимального до нуля или изменяется угол наклона лопаток к направлению воздушного потока. Эта регулировка осуществляется с помощью термостата. При пуске холодного двигателя термостат устанавливает лопасти вентилятора в положение, при котором воздух через радиатор не просасывается или отсасывается от двигателя к радиатору для ускорения прогрева последнего.

Для уменьшения мощности, необходимой для привода вентилятора, и улучшения работы системы охлаждения разработаны и применяются отключающиеся вентиляторы с автоматическим приводом (двигатели ГАЗ-53А и др.). В этом случае шкив привода вентилятора снабжается электромагнитной муфтой с обмоткой, а сам вентилятор со ступицей устанавливается свободно па подшипниках. При нормальной температуре воды в системе охлаждения температурный датчик, расположенный в верхнем бачке радиатора, размыкает электрическую цепь муфты, и вращение от шкива вентилятору не передается — вентилятор выключен. При повышении температуры до 90—95° С датчик замыкает электрическую цепь, включая муфту, которая притягивает ступицу вентилятора и последний начинает вращаться вместе со шкивом.

При подборе вентилятора следует учитывать, что количество воздуха, подаваемого вентилятором, пропорционально первой степени числа оборотов коленчатого вала, создаваемый напор — второй степени числа оборотов, а потребляемая мощность — третьей степени числа оборотов.

5. Термостат

Принцип действия двухклапанного термостата состоит в следующем.

Когда вода в системе холодная, то клапан 1 перекрывает отверстие, ведущее в радиатор, а вода из головки цилиндров поступает через окна 2 в корпус 4 к впускному патрубку водяного насоса, минуя радиатор. Когда температура воды поднимается до 65° С (по ГОСТу температура начала открытия клапана равна 70—75° С), гофрированный баллон 5 термостата вследствие увеличенияупругостипаровсмесибудетдеформироватьсяи клапан 1 начнет открываться, а клапан 3 перекроет окна 2 в корпусе термостата. В результате этого поток воды направляется в радиатор, а перепуск к водяному насосу прекращается. Клапан 1 открывается полностью при температуре воды 90° С (по ГОСТу температура полного открытия клапана равна 83—90° С). При охлаждении воды термостат возвращает клапаны в первоначальное положение. Суммарная площадь окон термостата должна быть не менее 70% площади проходного сечения основного клапана.

Недостатком жидкостных термостатов является их зависимость от внешнего давления, что может вызвать значительное колебание температуры открытия клапана.

В некоторых моделях двигателей (ЗИЛ-130 и др.) получил применение более надежно работающий термостат с твердым наполнителем. Такой термостат представляет собой баллон 13, закрытый герметично крышкой 10 . Между баллоном и его крышкой закреплена резиновая мембрана 11. Внутренность баллона заполнена активной массой 12, состоящей из церезина (кристаллический нефтяной воск), перемешанного с медным порошком. Эта масса имеет значительный коэффициент’ объемного расширения, что обусловливает большие перестановочные усилия и нечувствительность термостата к изменению внешнего давления. Наибольшее расширение достигается при температуре 75—80° С.

На мембрану опирается шток 9, расположенный в направляющей части крышки и шарнирно соединенный с клапаном 7, который установлен на шарнирной опоре в горловине 6 водяного патрубка. Клапан 7 постоянно прижимается к краям горловины пружиной 8.

Для дополнительного регулирования температурного режима системы охлаждения служат шторки и решетки из поворачивающихся пластин (жалюзи), устанавливаемые перед радиатором и регулируемые вручную или автоматически (с помощью термостата).