Автоматичне регулювання теплового режиму двигуна з рідинним охолодженням

При нормальному температурному режимі двигуна температура охолоджувальної рідини під час виходу її з головки блока циліндрів повинна бути у межах 85-98°С. Після охолодження в радіаторі на виході з його нижнього бачка температура рідини на 10-15°С нижча.

Для автоматичного регулювання теплового режиму двигуна застосовують два способи. Перший ґрунтується на зміні інтенсивності потоку рідини крізь радіатор. Другий складається з регулювання потоку повітря, що обдуває радіатор. Як правило, на сучасних двигунах обидва способи застосовують одночасно.

Регулювання потоку рідини в системі охолодження забезпечує термостат 4 (див. рис. 4.38). Принципом його роботи є зменшення потоку охолоджувальної рідини крізь радіатор - коли температура двигуна низька, і поступове збільшення цього потоку - коли двигун прогрівається до робочої температури. У минулі роки в системах охолодження двигунів широко застосовували двоклапанні термостати з рідинними наповнювачами.

Термостат з рідинним наповнювачем (рис. 4.21) складається з гофрованого циліндра 4, корпусу 2, головного 1 і допоміжного 3 клапанів і штока 5.

Циліндр виготовлений із латуні і заповнений водним розчином етилового спирту. При температурі охолоджувальної рідини нижче 65-75°С, тиск усередині гофрованого циліндра низький, і гофри його стиснені. Зв'язаний з циліндром головний клапан 9 закритий, а допоміжний 3 відкритий, і охолоджувальна рідина не надходить до радіатора, а йде по малому колу циркуляції: через сорочки охолодження блока і головки блока циліндрів. Отже, рідина у радіаторі не охолоджується, а температура її швидко підвищується до робочої. Завдяки цьому час прогрівання двигуна значно скорочується.

Після того, як температура охолоджувальної рідини досягне 70-75°С, наповнювач гофрованого циліндра інтенсивно випаровується, внутрішній тиск у циліндрі підвищується і він починає розтягуватись (рис. 4.21, б), відкриваючи головний клапан і одночасно закриваючи допоміжний. Таке положення клапанів дає змогу направити потік теплої рідини через радіатор. При температурі рідини у системі охолодження вище 80°С головний клапан повністю відкритий, а допоміжний - закритий і вся рідина циркулює по великому колу — через радіатор, інтенсивно охолоджуючись. У такому стані термостат забезпечує максимальне відведення теплоти від двигуна.

Термостати з рідинним наповнювачем у системах охолодження сучасних двигунів поступилися місцем більш простим за конструкцією, дешевшим і значно надійнішим у роботі термостатам з твердим наповнювачем.

Термостат з твердим наповнювачем (рис. 4.22), складається з латунного корпусу 6, в якому розміщені основний 5 і перепускний 10 клапани, а також балон 8 з термочутливим елементом 9 - сумішшю церезину (нафтового воску з алюмінієвим пилом). Усередині балона розміщена гумова вставка 4 з шайбою і штоком 2.

Основний клапан 5 термостата притискається пружиною 13 до балона 8.

У режимі прогрівання двигуна основний клапан 5 закритий і охолоджувальна рідина не проходить до радіатора, а через перепускний клапан 10 і перепускний канал надходить до насоса, циркулюючи по малому колу.

Коли рідина прогріється до температури 78-84°С, тверда активна маса 9 розплавляється і, збільшуючи свій об'єм, переміщує балон 8, відкриваючи клапан 5 і одночасно закриваючи клапан 10. Рідина починає рухатись по великому колу. При охолодженні непрацюючого двигуна пружина 13 повертає клапани у вихідне положення.

Оптимальний тепловий режим двигуна, одночасно з термостатним регулюванням, підтримується за допомогою зміни потоку повітря, що проходить крізь радіатор. Таке регулювання досягають за допомогою автоматичного керування робочим процесом вентилятора (вентиляторів). В системах охолодження сучасних двигунів застосовують декілька способів такого керування.

Привод вентилятора (вентиляторів) за допомогою електродвигунівнайбільш розповсюджений на сучасних двигунах. Електродвигун (електродвигуни) із закріпленим на валу вентилятором (вентиляторами) розміщують безпосередньо за радіатором (див. рис. 4.15). Вмикання і вимикання його відбувається за допомогою термореле, розміщеного в сорочці охолодження головки блока циліндрів.

В деяких системах охолодження для автоматичного керування роботою вентиляторів з пасовим приводом використовують електромагнітні муфти.

На сучасних двигунах вантажних автомобілів досить поширені автоматичні гідравлічні муфтиприводу вентиляторів. Така муфта встановлена, наприклад, на двигунах автомобілів КамАЗ (рис. 4.23). її основними елементами є ведуче 10 і ведене 9 колеса тороїдальної форми, які розміщені на підшипниках в герметичному корпусі 9. Внутрішні тороїдальні порожнини обох коліс розділені радіальними лопатками. Ведуче колесо 10 зв'язане зі шківом 11 пасового приводу вентилятора. Ведене колесо 9 зв'язане із валом 7 вентилятора. Крутний момент від колінчастого вала двигуна за допомогою паса підводиться до шківа 11, а далі - до ведучого колеса 10 гідромуфти.

При низькій температурі двигуна простір між ведучим та веденим колесами нічим не заповнений, крутний момент на ведене колесо 9 не передається, і воно разом з вентилятором (на рис. не вказаний) не обертається.

При підвищенні температури двигуна термосиловий клапан, розміщений у сорочці охолодження двигуна, нагріваючись, відкривається і звільняє шлях для мастила із системи мащення двигуна у внутрішній простір між ведучим і веденим колесами гідромуфти. Під дією відцентрової сили мастило починає рухатись від лопаток ведучого до веденого колеса, передаючи йому свою кінетичну енергію і примушуючи обертатись разом із вентилятором.

Незважаючи на підвищену складність конструкції, автоматичні гідравлічні муфти, подібні до описаної, знайшли досить широке застосування на двигунах вантажних автомобілів великої вантажопідйомності.

Для автоматизації роботи вентиляторів на сучасних двигунах легкових автомобілів досить часто застосовують прості за конструкцією і, разом з тим, надійні віскозійні муфти.

Така муфта (рис. 4.24) повністю герметична. її корпус 1 жорстко зв'язаний з лопастями вентилятора. Всередині корпуса розміщений ведучий диск 2, який знаходиться на валу шківа приводу вентилятора. На торцевих поверхнях корпуса і ведучого диска зроблені декілька концентричних кільцевих виступів з невеликим зазором між собою.

Передача крутного моменту від ведучого диска 2 до корпуса 1 відбувається завдяки в'язкості спеціальної силіконової рідини, яка починає надходити у простір між кільцевими виступами під час прогрівання двигуна і підвищення температури повітря, що проходить через радіатор. Автоматичне керування потоком цієї рідини досягається за допомогою клапана (на рис. не вказаний), яким керує біметалева пластинчаста пружина 3. Нагріваючись, пружина розкручується і відкриває клапан, звільняючи шлях для силіконової рідини у простір між концентричними торцевими виступами.