СИСТЕМЫ СМАЗКИ С СУХИМ КАРТЕРОМ

В некоторых высокофорсированных двигателях спортивных автомобилей, а также тракторов и специальных автомобилей, применяются системы смазки с сухим картером (рис. 2.46). Ис­ пользование таких систем гарантирует, что при резких маневрах на большой скорости или на­ клонах транспортного средства масло не переместится к одной из его стенок и маслозаборник не окажется выше уровня масла. Стекающее в поддон масло в двигателях с сухим картером постоянно выкачивается дополнительным масляным насосом в специальный масляный бак. Из этого бака масло затем подается под давлением в систему смазки двигателя.

Рис. 2.46. Системы смазки обычная (а) и с сухим картером (б):1 — емкость для масла (масляный бак); 2 — масляный фильтр; 3 — поддон картера; 4 — отсасывающий масляный насос; 5 — масляный насос; 6 — масляный радиатор

ВЕНТИЛЯЦИЯ КАРТЕРА

Рис. 2.47. Схема принудительной системы вентиляции картера:1, 2, 5 — вытяжные шланги; 3 — карбюратор; 4 — воздушный фильтр; 6 — сетка маслоотделителя; 7 — кор­ пус маслоотделителя

При работе двигателя через поршневые кольца прорываются газы и попадают в картер двигателя, поэтому эти газы на­ зываются — картерными. Они состоят из продуктов сгорания и частиц несгорев- шего топлива. Соединяясь с парами воды, имеющимися в воздухе, картерные газы образуют агрессивные кислоты, которые вызывают коррозию деталей двигателя, вступают в реакцию с маслом и ухудшают его свойства. Кроме того, прорвавшиеся газы повышают давление в картере, что может привести к нарушению уплотнений и выдавливанию масла из двигателя. Для удаления этих газов служит система вен­ тиляции картера.

Самым простым способом вентиляции картера является удаление газов в атмо­ сферу — так называемая открытая систе­ ма. На автомобилях ее широко применя­ ли в прежние годы, но т. к. картерные газы являются очень токсичными, то в со­ временных двигателях применяют только закрытые принудительные системы вен­ тиляции картера (рис. 2.47). В этих сис­ темах картерные газы направляются в камеры сгорания, через впускной тру­ бопровод.

§1 1

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

Во время работы двигателя внутреннего сгорания происходит большое выделение тепла (температура газов в камере сгорания в момент воспламенения смеси доходит до 2 500 °С). В процессе сгорания происходит интенсивный нагрев цилиндров, поршней, головки блока и других деталей. На нагрев деталей двигателя расходуется около 20-35 % энергии, выделя­ ющейся при сгорании топлива. Перегрев вызывает снижение мощности двигателя, большое температурное расширение металлических деталей, масло на многих движущихся деталях двигателя выгорает, что может привести к заклиниванию поршней в цилиндрах, обгоранию клапанов, выплавлению подшипников и последующей аварии двигателя, поэтому излишки тепла нужно принудительно отводить от нагретых деталей — другими словами, двигатель нуж­ но охлаждать. При охлаждении двигателя необходимо учитывать, что при изменении режи­ мов его работы, частоты вращения и нагрузки происходит изменение интенсивности нагре­ ва. Чрезмерное переохлаждение двигателя также нежелательно, потому что это приводит

к ухудшению топливной экономичности и повышенному износу движущихся деталей двигате­ ля из-за того, что присадки в масле «работают» только при достижении определенной темпе­ ратуры. Следовательно, двигатель должен иметь систему охлаждения, которая бы поддержи­ вала оптимальный тепловой режим.

Тепло от нагретых частей двигателя можно принудительно отводить потоком воздуха или жидкости. Существуют две системы охлаждения ДВС: воздушная и жидкостная. Воздушная система охлаждения успешно применяется в двигателях мопедов, мотоциклов, газонокоси­ лок и сравнительно маломощных двигателях автомобилей. Двигатели с воздушной системой охлаждения легче, компактнее и проще в обслуживании.

На автомобилях наибольшее распространение получили системы жидкостного охлажде­ ния (рис. 2.48). По сравнению с системами воздушного охлаждения, они обеспечивают более равномерное и эффективное охлаждение и являются менее шумными. Кроме того, жидкостная система охлаждения дает возможность создать простую и эффективную систему отопления салона (кабины) автомобиля. В современных двигателях с жидкостной системой охлаждения применяются антифризы — жидкости с низкой температурой замерзания. Боль­ шинство антифризов представляет собой смесь воды с этиленгликолем. Кроме этих двух составляющих, в состав антифриза входят различные присадки: антикоррозионные, анти­ пенные и др.

Блок цилиндров и головка блока двигателя с жидкостной системой охлаждения имеют каналы для прохода охлаждающей жидкости. Такой канал называется рубашкой охлаждения. Рубашка охлаждения соединяется эластичными патрубками с радиатором, который слу­ жит для охлаждения нагретой жидкости и является теплообменником. В нем тепло от жидко­ сти передается воздуху, проходящему через сердцевину радиатора. Рубашка охлаждения и радиатор заполняются охлаждающей жидкостью через заливную горловину, закрывающую­ ся пробкой. В пробке имеются специальные клапаны, через которые система охлаждения со­ общается с атмосферой. Такая система называется закрытой. В закрытой системе охлажде­ ния поддерживается избыточное давление (до 100 кПа). Оптимальным температурным режи­ мом двигателя является такой, при котором температура охлаждающей жидкости находится в пределах 80-110 °С. Повышенное давление в системе охлаждения поднимает температуру

кипения до 120 °С, вследствие чего происходит меньшее выкипание жидкости.

Антифризы меняют свой объем при изменении температуры: при нагревании объем уве­ личивается, а при охлаждении уменьшается. Для компенсации температурного изменения объема служит расширительный бачок, подключаемый к системе охлаждения.

При работе двигателя охлаждающая жидкость принудительно циркулирует в системе охлаж­ дения с помощью насоса, который приводится в действие от коленчатого вала или от электро­ двигателя. Охлаждающая жидкость соприкасается с нагретыми стенками цилиндров и головка­ ми блока, после чего поступает в радиатор. Движение воздуха через радиатор обеспечивается встречным напором при движении автомобиля и принудительно с помощью вентилятора.

Для того чтобы система охлаждения обеспечивала оптимальный температурный режим и быстрый прогрев двигателя после пуска, в контур циркуляции жидкости включают специ­ альное устройство — термостат. В термостате имеется клапан, управляемый теплочувстви- тельным элементом.

Пока жидкость в системе охлаждения холодная, клапан термостата закрыт и жидкость циркулирует по так называемому малому кругу циркуляции — от насоса по рубашке охлаж­ дения, минуя радиатор. Поскольку жидкость не попадает в радиатор и не охлаждается в нем, она быстро нагревается. Когда температура жидкости поднимается до оптимальной, клапан термостата открывается и жидкость начинает проходить через радиатор и охлаждаться в нем (большой круг циркуляции). Проходное сечение термостата изменяется при изменении тем­ пературы, и это дает возможность в определенных пределах автоматически регулировать температурный режим двигателя.

Рис. 2.48. Схема жидкостной сис­ темы охлаждения двигателей ЗМЗ-402 и УМЗ-4215:I — с одним

отопителем; II — с двумя отопителя- ми и электронасосом (для фургонов с двумя рядами сидений и автобусов); 1 — расширительный бачок; 2 — тер­ мостат; 3 — датчик указателя темпе­ ратуры охлаждающей жидкости; 4 — радиатор; 5 — сливная пробка (кран) радиатора; 6 — вентилятор;

7 — ремень привода вентилятора;

8 — ремень привода насоса охлаж­ дающей жидкости; 9 — насос охлажда­ ющей жидкости; 10 — сливной кран блока цилиндров; 12 — электронасос системы отопления; 11 ; 13 — кран отопителя; 14 — радиатор дополни­ тельного отопителя; 15,16 — радиатор основного отопителя; 17 — основной клапан термостата; 18 — байпасный клапан

УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Радиаторсостоит из двух бачков, между которыми находятся соединительные трубки. Бач­ ки могут изготавливаться из цветного сплава или из пластмассы. Они располагаются сверху и снизу радиатора или по его бокам (рис. 2.49).

Для того чтобы радиатор эффективно отдавал тепло, необходимо выполнение двух условий: трубки радиатора должны быть выполнены из материала, который имеет хоро­ шую теплопроводность, и радиатор должен иметь достаточную площадь поверхности. Раньше радиаторы изготавливали из меди и сплавов на ее основе, т. к. медь имеет вы­ сокую теплопроводность и коррозионную стойкость. Трубки, которые, как правило, име­ ли плоскую форму, припаивались к бачкам. Для увеличения теплоотдачи (увеличения площади поверхности) между трубками устанавливались гофрированные металличе­ ские ленты.

Современные радиаторы, как правило, изготавливают из алюминиевых сплавов, с пла­ стмассовыми бачками, которые прижаты к трубкам радиатора через резиновые прокладки. Такие радиаторы дешевле, легче, технологичнее в производстве, но плохо ремонтируются в случае повреждения.

Заливная горловина системы охлаждения, которая может располагаться на радиаторе или расширительном бачке, закрывается пробкойс двумя клапанами: паровым и воздуш­ ным (рис. 2.50).

Паровой клапан, прижимаемый к седлу горловины пружиной, предохраняет систему от повреждения в случае чрезмерного повышения давления. Если охлаждающая жидкость пе­ регревается и закипает, то за счет избыточного давления преодолевается сопротивление пружины клапана, клапан открывается и пар выходит наружу. При охлаждении двигателя да­ вление внутри системы может упасть ниже атмосферного, что может привести к поврежде­ нию тонких трубок радиатора. В этом случае открывается воздушный клапан пробки и в сис­ тему поступает воздух из атмосферы.

Рис. 2.49. Радиатор системы охлаждения двигателя легкового автомобиля с автомати­ ческой коробкой передач:1 — бачок радиато­ ра; 2 — охладитель жидкости автоматической трансмиссии; 3 — прокладка; 4 — радиатор сис­ темы охлаждения; 5 — боковая соединитель­ ная скоба; 6 — основание каркаса; 7 — бачок масляного радиатора; 8 — масляный радиа­ тор; 9 — муфта VISC0; 10 — вентилятор

Рис. 2.50. Устройство пробки радиатора системы охлаждения:1 — крышка; 2 — пружина впускного клапана; 3 — стер­ жень впускного клапана; 4 — пружина вы­ пускного клапана; 5 — тарелка пружины выпускного клапана; 6 — выпускной кла­ пан; 7 — впускной клапан; 8 — корпус пробки

Рис. 2.51. Центробежный насос системы охлаждения четырехцилиндрового дви­ гателя Valvetronic BMW объединен в один узел с насосом гидроусилителя и корпу­ сом термостата

Рис.2.52. Устройство термостата с твер­ дым наполнителем:1 — нижняя рамка; 2 — верхняя рамка; 3 — регулировочный винт; 4 — шток; 5 — резиновая буфер-мем­ брана; 6 — седло основного клапана; 7 — ос­ новной клапан; 8 — пружина; 9 — капсула; 10 — направляющее кольцо; 11 — перепуск­ ной клапан; 12 — упругое кольцо; 13 — под­ жимная пружина; 14 — седло перепускного клапана

Для обеспечения интенсивной циркуля­ ции охлаждающей жидкости в системе исполь­ зуется насосцентробежного типа (рис. 2.51). Основу насоса составляет крыльчатка, уста­ новленная на вале, который вращается в под­ шипниках и приводится в действие от колен­ чатого вала двигателя или от электродви­ гателя. Крыльчатка вращается в полости, имеющей каналы для подвода и отвода жид­ кости. В центробежных насосах жидкость подводится к центру крыльчатки, переносит­ ся лопастями по окружности и отбрасывает­ ся центробежной силой наружу.

Особое внимание в конструкции жидко­ стных насосов уделяется уплотнению и гер­ метизации, чтобы жидкость не могла вытечь из системы или повредить подшипники.

Термостат(рис. 2.52) способствует уско­ рению прогрева двигателя и регулирует ко­ личество охлаждающей жидкости, проходя­ щей через радиатор. Термостат устанавли­ вается в патрубке или канале, соединяю­ щем радиатор с рубашкой охлаждения.

Внутри термостата закреплен металли­ ческий баллон с твердым наполнителем — церезином (кристаллический воск) и медными опилками. Баллон герметично закрыт рези­ новой мембраной. При нагревании церезин расплавляется и увеличивает свой объем, (медные опилки нужны для лучшей тепло­ проводности). Мембрана прогибается и пе­ ремещает шток, управляющий клапаном термостата. Когда двигатель холодный, кла­ пан термостата закрыт. При нагревании охла­ ждающей жидкости до температуры свыше 70 °С шток термочувствительного элемента начинает открывать клапан, позволяя части жидкости проходить в радиатор, а если тем­ пература поднимается выше 80 "С, клапан открывается полностью, и вся жидкость на­ чинает циркулировать по большому кругу.

Вентиляторслужит для повышения ско­ рости прохождения воздуха через радиатор с целью улучшения охлаждения. Вентилятор обычно располагают за радиатором в спе­ циальном направляющем кожухе. Вентилято­ ры системы охлаждения могут иметь различный привод. Самый простой привод — постоян­ ный, с помощью ременной или другой пере­ дачи от коленчатого вала двигателя, но та-

Рис. 2.53. Привод вентилятора дизеля V8 Duramax производства GM осуществляется с помощью вязкостной муфты

кой способ — самый неэффективный. Любой вентилятор забирает часть мощности двигате­ ля, и поэтому, если температура охлаждающей жидкости не превышает оптимального значения, вентилятор можно отключить.

В современных автомобилях широко применяются вентиляторы с электроприводом. Электродвигатель такого вентилятора включается только в том случае, если электрический датчик температуры, установленный в системе охлаждения, сигнализирует о превышении температуры выше определенного значения. В наиболее совершенных системах охлажде­ ния работой вентилятора управляет процессор, который не только дает команду на включе­ ние-выключение вентилятора, но и регулирует частоту его вращения в зависимости от режи­ ма работы.

В системах охлаждения большого числа двигателей современных легковых автомобилей используются вентиляторы с вязкостной муфтой (рис. 2.53).

Ступица такого вентилятора имеет постоянный привод от вала двигателя, а лопасти со­ единяются со ступицей через муфту, внутри которой находится специальная жидкость, кото­ рая увеличивает свою вязкость при увеличении температуры. Если воздух, проходящий че­ рез радиатор, имеет низкую температуру, между ступицей и лопастями нет жесткой связи. По мере нагревания воздуха вязкость жидкости повышается и муфта начинает блокировать­ ся, а при температуре воздуха 80 °С происходит полная блокировка муфты и лопасти венти­ лятора вращаются с максимальной частотой при данных оборотах коленчатого вала.

Рис. 2.54. Установка гидравлической муфты в приводе вентилятора:1 — вал привода вентилятора; 2, 6 — сальники (манжеты); 3 — гайка вала; 4 — стопорная шайба; 5 — втулка сальника; 7 — рабочее колесо; 8 — гидромуфта; 9 — корпус вентилятора; 10 — крышка; 11 — уплотнительное кольцо; 12 — корпус центрифуги; 13 — шайба; 14 — маслопроводный болт; 15 — подшипник скольжения

В конструкциях некоторых двигателей для привода вентилятора используются более сложные, гидравлические, муфты (рис. 2.54), которые изменяют скорость вращения венти­ лятора системы охлаждения в зависимости от температурного режима двигателя путем из­ менения количества масла внутри муфты.

Температурный режим ДВС оказывает большое влияние на расход топлива и токсичность отработавших газов, поэтому совершенству системы охлаждения современных двигателей уделяется большое внимание. В некоторых конструкциях используются дополнительные на­ сосы охлаждающей жидкости с электроприводом. Все больше появляется автомобилей, тем­ пературным режимом двигателей которых управляют компьютеры. В двигателе автомобиля New Range Rover, например, используется термостат, соединенный с электронным блоком управления двигателем. Компьютер анализирует сигналы, поступающие от температурных датчиков, установленных в радиаторе и рубашке охлаждения, и управляет специальным на­ гревателем в термостате, который ускоряет его срабатывание.

Очень неблагоприятным для долговечности двигателя режимом является его пуск при от­ рицательных температурах. Для обеспечения подогрева двигателя используют предпуско­ вые подогреватели. В таких подогревателях используются специальные котлы, соединенные с рубашкой системы охлаждения. Жидкость нагревается при сгорании автомобильного топ­ лива в камере сгорания котла. Наиболее совершенные предпусковые подогреватели рабо­ тают автоматически, а водителю достаточно установить с помощью таймера время включе­ ния подогревателя.

В некоторых странах с холодным климатом широко используется подогрев жидкости в си­ стеме охлаждения двигателя с помощью небольших термоэлектрических нагревателей (ТЭНов), вмонтированных в рубашку охлаждения. При постановке автомобиля на длительную стоянку в холодное время года водители подключают такие нагреватели к электророзеткам, имею­ щимся в гаражах или на автомобильных стоянках.

§12