Введение

Необходимость системы охлаждения (СО) вызвана тем, что детали двигателя

во время работы сильно нагреваются (от раскаленных газов). Если их не охлаждать,

то может произойти выгорание смазки между деталями, они могут изменить размеры,

тогда произойдет заедание (заклинивание).

Нельзя допускать и переохлаждения двигателя, при этом увеличиваются зазоры

между деталями, возрастают потери на трение из-за загустевания смазки, ухудшаются

условия смесеобразования, снижается мощность и экономичность. Нормальный

тепловой режим работы СО - 80...950 С.

Быстрота и надежность запуска двигателя, определяющие время, необходимы

для приведения машины в готовность к выполнению боевой и транспортной задачи -

являются одними из важнейших требований армейской эксплуатации. В то же время

запуск поршневых двигателей внутреннего сгорания, особенно при отрицательной

температуре окружающего воздуха, является сложной и зачастую продолжительной

операцией.

Трудности запуска холодного двигателя сводятся к ухудшению

воспламеняемости топлива из-за его недостаточного испарения и увеличения

теплоотдачи в стенки цилиндра, а также затрудненному проворачивании механизмов

двигателя вследствие повышенной вязкости масла.

Способы охлаждения. Назначение, общее устройство и принцип работы систем

охлаждения и подогрева

Система охлаждения предназначена для создания и поддержания

оптимального температурного режима работы двигателя.

На современных двигателях внутреннего сгорания применяют жидкостное или

воздушное охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости применяется вода или ее

этиленгликолевые смеси – антифризы и тосолы. Состав жидкостной системы

охлаждения двигателя показан на рис. 1.

Рис. 1. Состав системы охлаждения двигателя

Рис. 2. Схема системы охлаждения двигателя КамАЗ-740

1 – перепускная трубка от двигателя к расширительному бачку; 2 – соединительная трубка от

компрессора к бачку; 3 – компрессор; 4 – водосборная правая трубка; 5 – водяная соединительная

труба;6 – водосборная левая труба; 7 – термостаты; 8 – водяной насос; 9 – колено отводящего

патрубка водяного трубопровода; 10 – вентилятор; 11 – сливной кран системы охлаждения; 12 –

подводящая труба правого полублока; 13 – патрубок подводящей трубы; 14 – головка цилиндров; 15

– выключатель гидромуфты привода вентилятора; 16 – коробка термостатов; 17 – патрубок отвода

воды из бачка в водяной насос; 18 – патрубок отбора воды в отопитель; 19 – кран контроля уровня

охлаждающей жидкости; 20 – воздухоотводящая труба от радиатора; 21 – расширительный бачок; 22

– паровоздушная пробка; 23 – перепускная труба термостатов

Водяной насос центробежного типа обеспечивает постоянную циркуляцию

жидкости

Вентилятор — для повышения скорости потока воздуха, проходящего через

радиатор -пятилопастный, установлен на ведомом валу гидромуфты в верхней части

двигателя, приводится во вращение через гидромуфту ремнями от шкива коленчатого

вала. Вентилятор вращается в кожухе, который способствует увеличению скорости

движения потока воздуха через радиатор.

Включатель гидромуфты привода вентилятора управляет работой гидромуфты

привода вентилятора, установлен в передней части двигателя на патрубке трубы,

подводящей охлаждающую жидкость к правому полублоку.

Гидромуфта привода вентилятора предназначена для передачи крутящего

момента от коленчатого вала к вентилятору и для предохранения от перегрузок

ременного привода вентилятора при резком изменении частоты вращения коленвала.

Радиатор — Радиатор является теплообменным узлом и предназначен для

передачи тепла от охлаждающей жидкости потоку воздуха. Радиатор трубчато-

пластинчатый, четырехрядный. На заливной горловине верхнего бачка радиатора

установлена герметичная пробка, (рис. 3) снабженная двумя клапанами. Выпускной

клапан открывается при избыточном давлении в системе 65 кПа, выпускает избыток

жидкости и пар в расширительный бачок, впускной клапан открывается при

разряжении 1...12 кПа, впускает жидкость из бачка в радиатор.

а б

Рис. 3. Пробка радиатора

а – открыт паровой клапан; б – открыт воздушный клапан

Штора радиатора предназначена для регулирования интенсивности обдува

радиатора, управляется из кабины водителя. При обслуживании и эксплуатации

автомобиля не следует допускать попадания топлива, масла, смазок на полотно

шторы.

Термостаты с твердым наполнителем предназначены для автоматического

регулирования теплового режима работы двигателя.

Расширительный бачок служит для компенсации изменения объема

охлаждающей жидкости при ее расширении от нагревания.

Контроль за температурой охлаждающей жидкости в системе охлаждения

осуществляется указателем, установленным на панели приборов.

На двигателях КамАЗ-740, ЯМЗ-238 система охлаждения жидкостная,

закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Основными

элементами системы являются жидкостной насос, вентилятор, термостат, рубашки

охлаждения, выполненные в блоке цилиндров и в головке, соединительные трубы,

радиатор и жалюзи, кроме того, на двигателях КамАЗ-740 установлена гидромуфта

привода вентилятора с ее выключателем.

Рассмотрим работу системы охлаждения на примере двигателя КамАЗ-740. Во

время его работы циркуляция охлаждающей жидкости в системе создается

центробежным насосом. Жидкость нагнетается в водяную полость левого и правого

рядов цилиндров. Омывая наружные поверхности гильз цилиндров, охлаждающая

жидкость поступает в водяные полости головок цилиндров. Из головок цилиндров

горячая жидкость поступает в коробку термостатов, из которой в зависимости от

температуры направляется в радиатор или на вход жидкостного насоса. Температура

охлаждающей жидкости в системе 80-98 °С. Тепловой режим двигателя регулируется

автоматически термостатами и выключателем гидромуфты привода вентилятора. По

аналогичной схеме работают система охлаждения двигателя ЯМЗ-238. Система

охлаждения двигателя ЯМЗ-238 также — жидкостная, закрытая, с принудительной

циркуляцией охлаждающей жидкости, рассчитанная на применение

низкозамерзающих охлаждающих жидкостей.

При температуре воздуха до — 40 °С применяются антифризы марки 40 или

Тосол-А40М. При температуре +20 °С плотность антифриза марки 40 должна быть

1,067... 1,072 г1см3, а Тосол-А40М— 1,078...1,085 г1см3.

При температуре воздуха —40 °С и ниже следует применять антифризы марки

65 или Тосол-А65М. При температуре +20 0 С плотность антифриза марки 65 должна

быть 1,085...1,090 г/см3, а Тосол-А65М — 1,085...1,095 г/см3.

Допускается применение воды в случае внезапной потери охлаждающей

жидкости. Температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения должна быть

в пределах 80... 98 °С. Необходимый тепловой режим двигателя обеспечивается

двумя термостатами, гидравлической муфтой привода вентилятора и шторой

радиатора.

Охлаждающие жидкости (ОЖ) и требования к ним

Применяются: вода и этиленгликолевые смеси (антифризы).

Рис. 4. Охлаждающая жидкость

Требования:

обладать высокой теплоемкостью и теплопроводностью;

иметь низкую температуру замерзания;

иметь высокую температуру кипения;

иметь высокую температуру воспламенения;

иметь малую вязкость;

иметь малую вспениваемость.

иметь низкую коррозионную агрессивность по отношению к металлам,

сплавам, припоям и покрытиям;

быть инертными по отношению к резиновым шлангам и уплотнительным

деталям из резины и пластических масс;

иметь низкую токсичность.

Вода имеет ряд положительных свойств: высокая теплоемкость, оптимальная

вязкость, не токсичность, не горючесть.

Ее недостатки:

недостаточно низкая температура замерзания;

невысокая температура кипения;

увеличение объема при замерзании (до 10%);

образование накипи (ухудшение теплопроводности).

Образование накипи зависит от количества солей в воде. Чем выше содержание

солей, тем больше жесткость воды и больше образование накипи. Жесткость

измеряется в мг-эквивалентах/литр.

Вода по жесткости делится на:

мягкую - до 2;

умеренно жесткую - 2-4:

средней жесткости - 4-6;

жесткая - 6-8;

очень жесткая - выше 10.

Вода из ключей и колодцев обычно жесткая (8-12) и применение в СО

нежелательно (без смягчения).

Смягчение воды:

кипячение 30-40 минут;

добавление технического порошка Трилона - Б (2 кг на 1 литр)

Трилон-Б - порошок белого цвета, не ядовит, хорошо растворяется в воде не

вспенивает воду при нагреве и кипячении.

Промывать двигатели с деталями из алюминиевых сплавов нельзя щелочными и

кислотными растворами.

Промывка: 20 г Трилона-Б на 1 литр воды в течении 6-7 часов работы двигателя на

протяжении 4-5 дней меняя раствор ежедневно. Затем промывают систему чистой

мягкой водой и заливают воду с 2 г Трилона-Б на 1 литр.

Антифризы - водные растворы этиленгликоля с антикоррозионными присадками

(динатрийфосфат, декстрин).

Марки антифризов:

«40» - tз = -400 С светло-желтого цвета,

«65» - tз = -650 С оранжевого цвета.

Правила и техника безопасности при их использовании

Этиленгликолевые антифризы - сильные яды, поэтому требования техники

безопасности при обращении с ними следующие: Тара, где хранится антифриз, должна

иметь надпись «Яд» и пломбироваться.

Личный состав, работающий с антифризами, инструктируется на предупреждение

от попадания жидкости внутрь организма.

При работе с жидкостью нельзя курить и принимать пищу.

Нельзя переливать шлангом путем засасывания ртом.

После работы мыть руки с мылом.

При случайном попадании жидкости вовнутрь организма немедленно

госпитализировать.

Заливать в двигатель на 6-8% меньше положенного количества воды, т.к. антифриз

увеличивается в объеме при нагревании больше чем вода.

При уменьшении количества в СО - доливать только воду: вода испаряется

быстрее этиленгликоля.

Тепловой режим двигателя и контроль за температурой

охлаждающей жидкости

Тепловой режим двигателя и контроль за температурой охлаждающей

жидкости осуществляются контрольно-измерительными приборами (рис. 5).

Рис. 5. Приборы контроля

Для контроля температуры охлаждающей жидкости устанавливаются

датчики температуры.

Тепловой режим двигателя регулируется автоматически: двумя

термостатами, которые управляют направлением потока жидкости в зависимости от

температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя (рис. 6). Номинальная

температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя должна находиться в

пределах 85…90 С.

При повышении температуры до 98-104 С на щитке приборов загорается контрольная лампа аварийного перегрева охлаждающей жидкости.

Рис. 6. Термостат

вязкостной муфтой привода вентилятора в зависимости от температуры

воздуха перед вентилятором (рис. 7), электромагнитной или

гидродинамической муфтой привода вентилятора в зависимости от

температуры охлаждающей жидкости на входе в двигатель.

Рис.7. Вязкостная муфта

Термостаты могут быть с твердым или жидкостным наполнителем. На

двигателе КамАЗ-740 применяются термостаты с твердым наполнителем. Баллон

термостата заполнен активной массой , состоящей из смеси церезина (нефтяного

воска) и медного порошка.

Термостаты ЯМЗ-238 – двухканальные, гармошечного типа с жидкостным

наполнителем. Герметично закрытый гофрированный баллон заполнен на 1/2 объема

легкоиспаряющейся жидкостью.

При температуре окружающей жидкости (70±2)°С активная масса начинает

плавиться, а у жидкостных термостатов испаряться и, расширяясь, перемещает вниз

баллон, полное открытие которого произойдет при температуре (83±2) °С.

На двигателях КамАЗ-740 термостатов два и установлены они в одной коробке,

закрепленной на переднем торце правого ряда блока цилиндров. У дизеля ЯМЗ-238

термостаты установлены в специальных коробках, прикрепленных к верхним

трубопроводам блока цилиндров соединенных между собой перепускной трубой.

Предпусковой подогреватель

К индивидуальным средствам разогрева относятся предпусковые

подогреватели, установленные на двигателе.

Предпусковой подогреватель предназначен для нагрева жидкости в системе

охлаждения и масла в картере двигателя перед его пуском в холодный период

времени. На автомобилях устанавливаются пусковые подогреватели, работающие на

том же топливе, что и двигатель автомобиля (рис. 8, 9).

Рис. 8. Предпусковой подогреватель ПЖД-30

Рис. 9. Установка предпускового подогревателя ПЖД-30 на автомобиле 1 – электромагнитный клапан; 2 – теплообменник с горелкой; 3 – воронка для залива жидкости; 4

– двигатель; 5 – топливный бачок; 6 – передняя поперечина рамы; 7 – насосный агрегат.

Техническая характеристика ПЖД-30 дана в табл. 1.

Таблица 1. Техническая характеристика ПЖД-30

Тип ПЖД-30

Теплопроизводительность, МДж/ч (ккал/ч) 108,9 (26000)

Топливо Применяемое для двигателя

Расход топлива, кг/ч 4,5

Воспламенение топлива Электроискровой свечой от

транзисторного коммутатора

с катушкой зажигания

2

3

4

1

5

67

Время работы свечи, с, не более 30

Предпусковой нагреватель топлива Штифтовая электрическая

свеча мощностью 200 W

Высоковольтная свеча СН 423, электроискровая

Коммутатор высокого напряжения ТК 107 А, транзисторный

Электромагнит клапана PC 335

Электронагреватель топлива 11.3741060

Электродвигатель подогревателя МЭ 252 мощностью 180 Вт

Контактор цепи электродвигателя КТ 127

Кнопочный выключатель 11.3704

Переключатель режимов работы ВК 354

Подогреватель установлен под передней поперечиной рамы автомобиля и

состоит из следующих сборочных единиц и систем (рис.9): теплообменника 2 в сборе

с горелкой, электромагнитного топливного клапана с форсункой и

электронагревателем топлива в сборе, насосного агрегата 7 с электродвигателем,

вентилятором, жидкостным и топливным насосами, системы электроискрового

розжига с искровой свечой и транзисторным коммутатором, системы дистанционного

управления подогревателем с переключателем режимов работы, контактором

электродвигателя и кнопочного выключателя.

В горелке топливо смешивается с воздухом. Образовавшаяся смесь

воспламеняется и сгорает. Горелка съемная, прикреплена к теплообменнику

подогревателя болтами. На горелке установлены электроискровая свеча и топливный

электромагнитный клапан в сборе с форсункой и электронагревателем топлива.

Теплообменник подогревателя (рис. 10) изготовлен из листовой

нержавеющей стали, предназначен для передачи тепла циркулирующей через него

жидкости от сгорающего топлива. По принципу действия теплообменник является

рекуперативным и состоит из двух жидкостных рубашек и двух газоходов. Продукты

сгорания из горелки 4 направляются в прямой газоход 3, затем проходят по обратному

газоходу 2 и отводятся из теплообменника к картеру двигателя для подогрева масла.

На выходе из обратного газохода установлен нагреватель 5 топлива, обеспечивающий

подогрев топлива, подаваемого к форсунке, до температуры 60 - 80°С отработавшими

газами.

Рис. 10. Теплообменник подогревателя

1 – теплообменник; 2 – газоход обратный; 3 – газоход прямой; 4 - горелка; 5 – нагреватель газовый

топлива; 6 – патрубок подвода жидкости; 7 - электронагреватель топлива; 8 – клапан

электромагнитный; 9 - патрубок отвода жидкости из теплообменника; 10 – свеча электроискровая;

11 – штуцер подвода топлива к нагревателю в теплообменнике; 12 – форсунка; 13 - патрубок отвода

отработавших газов; 14 – фильтр топливный; 15 – датчик защиты от перегрева

Электромагнитный топливный клапан 8 предназначен для

дистанционного отключения или включения подачи топлива в горелку

подогревателя. Клапан открывается под действием электромагнитного поля

катушки-соленоида, закрывается возвратной пружиной. В корпус клапана

ввернута форсунка 12. В форсунке и клапане установлены фильтры тонкой

очистки топлива.

Подогрев топлива, необходимого для зажигания устойчивого пламени в

горелке, обеспечивает штифтовым электронагреватель топлива 7,

установленный в приливе корпуса электромагнитного клапана.

Насосный агрегат (рис. 11) представляет собой устройство, состоящее

из вентилятора (нагнетателя), топливного и жидкостного насосов,

приводимых от одного электродвигателя. Жидкостный насос и вентилятор,

выполненные в литом алюминиевом корпусе, установлены с одной стороны

приводного электродвигателя; топливный насос, имеющий автономный

корпус, закреплен с противоположной стороны электродвигателя. Такая

конструкция насосного агрегата не вызывает трудностей при установке и

удобна в обслуживании.

Рис. 11. Насосный агрегат:

1 – краник сливной; 2 – корпус жидкостного насоса; 3 – колесо рабочее жидкостного насоса;

4, 11 – манжеты уплотнительные; 5 – крыльчатка вентилятора; 6 – корпус; 7 -

электронагреватель; 8 – муфта топливного насоса; 9 – ведущее зубчатое колесо топливного

насоса; 10 - ведомое зубчатое колесо; 11 – клапан редукционный.

Жидкостный насос центробежного типа предназначен для обеспечения

циркуляции теплоносителя между предпусковым подогревателем и системой

охлаждения двигателя. Рабочее колесо 3 установлено непосредственно на вал

электродвигателя 7 и закреплено гайкой. Со стороны вентилятора рабочая

полость насоса уплотнена резиновой манжетой 4. Жидкость к насосу

подводится через патрубок на крышке насоса, а отводится через патрубок на

корпусе насоса. Для слива жидкости из полости насоса служит краник 1.

Вентилятор центробежного типа обеспечивает подачу воздуха в

гopелку подогревателя. Крыльчатка 5 вентилятора установлена на вал

электродвигателя на шпонке и закреплена гайкой. Необходимый зазор между

крыльчаткой и корпусом вентилятора обеспечивается распорной втулкой,

установленной между подшипником электродвигателя и ступицей

крыльчатки.

Топливный насос шестеренного типа обеспечивает подачу топлива под

давлением к форсунке подогревателя. Вал насоса со стороны

электродвигателя уплотнен резиновой манжетой 11. Вал ведущего зубчатого

колеса насоса соединен с валом электродвигателя эластичной муфтой 8.

Подача топливного насоса регулируется редукционным клапаном 12,

обеспечивающим перепуск топлива из нагнетательной полости насоса во

всасывающую полость.

Система электроискрового розжига (рис. 12) предназначена для

обеспечения искрового разряда в горелке при пуске подогревателя. Топливная

смесь в горелке теплообменника подогревателя воспламеняется

высоковольтным разрядом, который образуется между электродами свечи 3.

Высокое напряжение на электродах свечи создается транзисторным

коммутатором и индукционной катушкой 2.

Рис. 12. Схема электрооборудования ПЖД-30

Система дистанционного управления подогревателем дает возможность

управлять работой подогревателя как при транспортном положении кабины

автомобиля, так и при поднятой кабине.

Подогреватель работает следующим образом. Топливный насос

подогревателя подает топливо из бачка 14 (рис. 13), которое через открытый

электромагнитный клапан подводится к форсунке и впрыскивается во

внутреннюю полость горелки теплообменника подогревателя. Распыленное

топливо смешивается с подаваемым вентилятором воздухом, воспламеняется

и сгорает, нагревая в теплообменнике 4 охлаждающую жидкость. Продукты

сгорания топлива через трубу 3 направляются под масляный картер 1

двигателя и нагревают в нем масло.

Рис. 13. Схема работы предпускового подогревателя:

1 – картер двигателя; 2 – насосный агрегат; 3 – труба отвода газов; 4 – теплообменник

подогревателя; 5 – воздухопровод к горелке подогревателя; 6 – труба подвода жидкости из

подогревателя в блок; 7, 11 - труба отвода жидкости в из блока в подогревателя; 8 – фильтр

тонкой очистки топлива; 9 – подводящая трубка насоса низкого давления; 10 - топливная

сливная трубка; 12 – ручной топливоподкачивающий насос; 13 – жидкостный насос

системы охлаждения двигателя; 14 – топливный бачок подогревателя; 15 – топливный кран

подогревателя; 16 – подводящая трубка топливного насоса подогревателя.

Топливо очищается фильтрами, установленными в электромагнитном

клапане и форсунке.

Топливо для подогревателя поступает из специального топливного

бачка 14 (рис. 13), который заполняется автоматически при работающем

двигателе. При неработающем двигателе бачок может быть наполнен с

помощью ручного топливоподкачивающего насоса, установленного на ТНВД.

Расход топлива регулируется с помощью редукционного клапана,

размещенного на топливном насосе.

При достижении температуры на датчике котла (76…85)ºС отключится

электромагнитный клапан подачи топлива и подогреватель работает в режиме

продувки. Повторный запуск возможен только при его полном отключении.

При эксплуатации предпускового подогревателя нужно следить, чтобы

не было течи охлаждающей жидкости и топлива в соединениях топливных

трубок, шлангов и кранов. Соединения топливных трубок с подогревателем

должны быть герметичны, так как подсос воздуха в систему питания топливом

не допускается. Наличие воздуха или течь в системе питания топливом

подогревателя приводит к ненадежной работе и произвольной остановке

подогревателя.

Работа подогревателя с открытым пламенем на выпуске недопустима.

Электрофакельное устройство

Электрофакельное устройство (ЭФУ) предназначено для облегчения

пуска холодного двигателя за счёт подогрева всасываемого воздуха факелами

свечей, установленных во впускные коллекторы (рис.14). ЭФУ обеспечивает

надёжный пуск холодного двигателя до минус 22оС и рекомендуется

применять в диапазоне температур окружающего воздуха от минус 5 до

минус 15оС.

Рис. 14. Электрофакельное устройство

При более низких температурах окружающего воздуха следует

применять предпусковой подогреватель. Сила тока, потребляемого ЭФУ, не

превышает 24А. Такое значение потребляемого тока не оказывает

отрицательного влияния на последующий стартерный разряд

аккумуляторных батарей.

Электрическая схема ЭФУ является составной частью общей схемы

электрооборудования автомобиля и обеспечивает работу и управление

устройством.

ЭФУ состоит из свечей факельных штифтовых, термореле, реле

включения электрофакельных свечей, реле выключения обмотки

возбуждения генератора, электромагнитного топливного клапана,

контрольной лампы и кнопки включения.

Свечи факельные штифтовые обеспечивают образование факелов во

впускных коллекторах. Штифтовые факельные свечи имеют номинальное

напряжение 19V. Это связано с большим падением напряжения в бортовой

сети при стартерной прокрутке коленчатого вала двигателя. Для

предохранения свечей от повышенного напряжения, предусмотрено

термореле, реле ЭФУ и реле отключения обмотки генератора.

Термореле, представляет собой добавочный резистор с электрическим

реле и предназначено для снижения подводимого к штифтовым факельным

свечам напряжения до 19В, а также для включения контрольной лампы-

сигнализатора.

Реле ЭФУ шунтирует сопротивление термореле для поддержания

рабочего напряжения на свечах при работе стартера.

Реле отключения обмотки генератора защищает свечи ЭФУ от высокого

напряжения, вырабатываемого генератором при пуске двигателя.

Электромагнитный топливный клапан обеспечивает подачу топлива из

системы питания к штифтовым факельным свечам при пуске двигателя.

Включение ЭФУ осуществляется кнопкой ЭФУ и контролируется

лампой-сигнализатором. При нажатии и удержании кнопки во включенном

состоянии начинается разогрев нагревательных элементов штифтовых

факельных свечей. После разогрева свечей, термореле включает лампу-

сигнализатор и открывает электромагнитный топливный клапан. Не отпуская

кнопку ЭФУ, включают стартер и топливо из системы питания поступает к

разогретым штифтовым факельным свечам. Во впускных коллекторах

возникают факелы, которые перемешиваются с холодным воздухом и

разогревают его.