Система охлаждения служит для поддержания оптимального теплового режима двигателя путем принудительного отвода теплоты от нагретых деталей и передачи этой теплоты окружающей среде.
В современных двигателях в полезную работу превращается лишь 25...42% энергии, выделяющейся в цилиндрах двигателя, остальная энергия в виде теплоты уносится отработавшими газами, охлаждающей жидкостью или воздухом, рассеивается в окружающую среду внешними поверхностями двигателя.
Теплота, используемая на выполнение полезной работы, а также ее потери составляют тепловой баланс двигателя.
Так как сгорание в двигателе происходит при высоких температурах, достигающих 2 300 °С, то без принудительного охлаждения такие детали, как цилиндр, поршень и направляющие втулки клапанов, нагревались бы до температуры, значительно превышающей температуру воспламенения (вспышки) масла. Поэтому для поддержания нормального теплового режима работы узлов и механизмов необходимо принудительно отводить теплоту от взаимодействующих деталей, не допуская их перегрева. Количество теплоты, которое должна отводить система охлаждения, зависит от мощности ирежимов работы двигателя.
При перегреве двигателя увеличиваются силы трения и изнашивание деталей, уменьшаются тепловые зазоры, происходит нагарообразование, ухудшается наполнение цилиндров карбюраторных двигателей горючей смесью, а дизелей — очищенным воздухом. Однако при чрезмерном отводе теплоты возникает переохлаждение двигателя, которое вызывает изменение вязкостных свойств масла, что приводит также к увеличению изнашивания деталей и механических потерь на трение, снижению мощности и экономичности двигателя. Поэтому независимо от нагрузки двигателя следует поддерживать его тепловой режим в пределах 85...95°С. На современных двигателях применяют жидкостное или воздушное охлаждение. При воздушном охлаждении через оребренные поверхности блока и головки цилиндров излишняя теплота отводится потоком воздуха, создаваемым многолопастным вентилятором с устройством, регулирующим интенсивность охлаждения.
В воздушной системе охлаждения отсутствует радиатор, жидкостный насос, каналы и трубопроводы для охлаждающей жидкости, поэтому к преимуществам такой системы относятся простота конструкции, уменьшение массы, удобство обслуживания и, кроме того, исключается опасность размораживания двигателя зимой. Размораживание, т.е. замерзание воды в системе водяного охлаждения, приводит к образованию трещин в блоке цилиндров.
Несмотря на то что система воздушного охлаждения хотя и обеспечивает условия для необходимого отвода теплоты от сильно нагретых деталей, но при этом требуется сравнительно большая мощность двигателя для приведения в действие обдувочного вентилятора и затрудняется пуск двигателя при низкой температуре из-за отсутствия возможности прогрева его горячей водой.
Поэтому наибольшее распространение получили жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Такие системы более эффективны в работе и вместе с пусковыми устройствами обеспечивают легкий пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха и создают меньший шум при его работе.
В качестве охлаждающих жидкостей применяется вода или ее этиленгликолевые смеси — антифризы. Широкое распространение получили смеси, замерзающие при низкой температуре: Тосол А-40М, «Лена» ОЖ-40 и Тосол А-65. Антифризы получают разбавлением технического этиленгликоля водой, например Тосол А-40М представляет собой 50%-ную смесь воды с этиленгликолем, которая при температуре - 40 °С превращается не в лед, а в густую массу, не вызывающую повреждения блока цилиндров или радиатора.
Принципиальные схемы жидкостной системы охлаждения двигателей показаны на рис. 7.1. В зависимости от теплового состояния двигателя циркуляция жидкости в системе происходит по большому или малому кругу (рис. 7.1, а) и обеспечивается насосом 8, который приводится в действие от шкива 18, соединенного через клиноременную передачу со шкивом коленчатого вала. При нормальном тепловом режиме работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует по большому кругу. При этом клапан термостата 9 открыт и жидкость через патрубок 11 подается к верхнему бачку 13 радиатора 16, откуда по трубкам сердцевины радиатора поступает в нижний его бачок 20 (направление движения жидкости показано стрелками).
Жидкость, проходящая через радиатор, охлаждается воздухом, подаваемым под напором вентилятором 19, и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля и регулируемым при помощи жалюзи (пластин-створок) 17. Охлажденная жидкость через
Рис. Схемы жидкостных систем охлаждения двигателей: а – ЗМЗ-4021; б – ЗИЛ-5081
нижний патрубок 22 радиатора подается снова к насосу 8 и далее в рубашку охлаждения 7 блока и головки цилиндров.
При пуске и работе непрогретого двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 72°С, ее циркуляция происходит по малому кругу. В этом случае жидкость не поступает в радиатор, так как клапан термостата 9 закрыт, а проходит по рубашке 7 блока и головки цилиндра и через перепускной канал 10, омывая термостат 9, снова поступает к насосу, обеспечивая тем самым быстрый прогрев холодного двигателя. По мере повышения температуры охлаждающей жидкости клапан термостата открывается, и она начинает циркулировать по большому кругу.
В V-образных двигателях ЗИЛ-508, -5081, ЗМЗ-511 и других (рис. 7.1, б) жидкость через приливы 23 корпуса насоса подается в раструбы рубашки охлаждения левого и правого рядов цилиндров и далее через полость 24 впускного газопровода и термостат 9 поступает в радиатор 16, а затем к насосу. Одновременно из полости трубопровода по гибкому шлангу 26 жидкость также поступает в рубашку охлаждения компрессора, а по шлангу 25 — возвращается в насос.
Для нормальной работы двигателя температура охлаждающей жидкости при входе в водяную рубашку должна быть в пределах 75...80°С, а при выходе из нее — 85... 95°С.
Для повышения температуры кипения воды в современных двигателях применяют закрытую систему охлаждения, которая может сообщаться с атмосферой при помощи пароотводной трубки 15 только через паровоздушный клапан, расположенный в пробке 14 радиатора или в пробке 27 расширительного бачка 28, имеющего сливной кран 21.
Температуру охлаждающей жидкости в системах охлаждения контролируют с помощью дистанционных магнитоэлектрических термометров, состоящих из указателей 5 (см. рис. 7.1, а) и встроенных датчиков 6. О перегреве жидкости в системе охлаждения сигнализирует контрольная лампочка, установленная на щитке приборов (у автомобилей ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307 и -3110 «Волга») и соединенная с термодатчиком 12, ввернутым в верхний бачок радиатора.
Из-за расположения насоса в передней части двигателя теплоотдача от задних цилиндров и их камер сгорания и других деталей ухудшается, так как к ним поступает уже подогретая передними цилиндрами охлаждающая жидкость. Поэтому в отдельных конструкциях двигателей предусматривается циркуляция жидкости через распределительную трубу 4 или продольный канал с отверстиями, направленными к наиболее нагретым деталям (выпускные клапаны, стенки камеры сгорания, свечи зажигания и т.д.). Кроме основного назначения, систему охлаждения двигателя используют для отопления пассажирского помещения кузовов легковых автомобилей и автобусов, а также кабин грузовых автомобилей. Для этой цели в отопительной системе имеются специально встроенные в салон кузова или кабины радиаторы 3, к которым через кран 1 и шланги 2 нагретая жидкость подается из системы охлаждения двигателя.
