Методические указания к выполнению работы
1. В ходе самостоятельной подготовки к выполнению данной практической работы повторите назначение системы охлаждения, ее устройство и рабочий процесс, особенности конструкций систем охлаждения различных двигателей, способы и приемы выполнения разборочно-сборочных работ. Проанализируйте влияние технического состояния системы охлаждения на экономичность двигателя.
2. Рассмотрите на двигателе трактора расположение агрегатов системы охлаждения. Используя рисунок 2.77. (Л.1. стр. 119) изучите общее устройство и уясните процесс работы системы охлаждения. На тракторе рассмотрите расположение радиатора, крепление его к раме и соединение с двигателем. Обратите внимание на способ уплотнения соединительных патрубков. Изучите, как соединяются верхний и нижний баки радиатора с его сердцевиной. Найдите место расположения сливного крана. Снимите крышку с заливной горловины радиатора, уясните устройство и действие воздушного и парового клапанов. Ознакомьтесь с расположением вентилятора и водяного насоса. Произведите частичную разборку, для этого ослабьте натяжение ремня привода вентилятора двигателя Д-243 и снимите его. Отверните гайку вала. Спрессуйте шкив вместе со ступицей и крестовиной вентилятора. Отверните болты крепления корпуса насоса и снимите корпус вместе с насосом. Изучите работу насоса. Отверните стопорный болт и спрессуйте с вала крыльчатку насоса. Снимите прижимную пружину, кольцо с манжетой и уплотнительные шайбы. Изучите их взаимное расположение. Выньте валик из корпуса и рассмотрите снятые детали.
Устройство системы охлаждения. Работа двигателя внутреннего сгорания сопровождается выделением большого количества теплоты.
В результате контакта горячих газов с цилиндрами, камерами сгорания, поршнями, клапанами и другими деталями температура этих деталей повышается. Чрезмерный нагрев деталей двигателя приводит к уменьшению зазоров в подвижных соединениях, ухудшению смазывания деталей и смазочных свойств масла, а также к нарушению процессов смесеобразования и сгорания (преждевременное воспламенение рабочей смеси, детонация и т. п.). Поэтому для обеспечения нормальной работы двигателя при различных скоростях и нагрузках его температурный режим должен быть определенным и постоянным.
Переохлаждение двигателя или его работа при недостаточном прогреве также отрицательно сказывается на смесеобразовании и сгорании (дополнительные потери теплоты на прогрев двигателя или отвод в систему охлаждения, плохое испарение, конденсация топлива, неоднородная рабочая смесь, смыв масла топливом), а следовательно, снижает эффективность работы двигателя.
Детали двигателя охлаждают путем отвода теплоты в атмосферу. В качестве теплоносителей в системах охлаждения двигателей используют жидкость или воздух. В зависимости от рода применяемого теплоносителя системы охлаждения подразделяют на жидкостные (водяные) и воздушные.
Жидкостные системы охлаждения могут быть с термосифонной и принудительной циркуляцией жидкости.
В термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует за счет разницы в плотности холодной и горячей жидкости. Термосифонная система охлаждения проста, но малоэффективна из-за медленной циркуляции жидкости. Ее применяют для охлаждения преимущественно пусковых двигателей.
Принудительная циркуляция жидкости осуществляется при помощи центробежного насоса. Вследствие интенсивной циркуляции жидкости отвод теплоты от деталей ускоряется.
Преимущественное применение нашли закрытые системы охлаждения, сообщающиеся с атмосферой периодически через паровоздушный клапан. Эти системы охлаждения отличаются малым расходом воды, простотой обслуживания и меньшим образованием накипи.
1 — клиновой ремень; 2 — масляный радиатор; 3 — водяной насос; 4 и 13 — шланги;
5 — вентилятор; 6 — кожух вентилятора; 7 — сердцевина (трубки) радиатора; 8 — маслопровод; 9 — верхний бак радиатора; 10 — трос; 11 — крышка заливной горловины; 12 — паровоздушная трубка; 14 — термостат; 15 — корпус термостата; 16 — водоотводящая труба; 17 — указатель температуры; 18, 19 и 22 — патрубки; 20 — датчик; 21 — амортизатор; 23 — нижний бак радиатора; 24 — сливной кран; 25 — шторка; 26 — радиатор.
Рис. 1. Система охлаждения дизеля Д-243Л (а) и схемы установки термостата на
Д-243 и Д-243Л
Жидкостная (водяная) система охлаждения современных двигателей состоит из следующих элементов (рис. 1): водяной рубашки, образуемой полостями блока и головки цилиндров, радиатора 26, водяного насоса 3, вентилятора 5, термостата 14, водораспределительной трубы, шлангов 4 и 13.
Нагретая в водяной рубашке двигателя вода под напором водяного насоса 10 (рис. 2) ис. гов 4 нелительной трубы 81ки масла?ляный насос? проходит через открытый клапан термостата 6 и верхний соединительный шланг 4 в радиатор 1. Протекая по трубкам радиатора, которые подвергаются обдуву потоком воздуха, всасываемым вентилятором 13, вода охлаждается. Из нижнего бачка радиатора охлажденная вода подсасывается через нижний шланг 11 к насосу 10 и направляется далее по водораспределительной трубе 8 к наиболее нагревающимся частям двигателя.
При перегреве двигателя, когда давление в системе охлаждения повышается вследствие парообразования, часть пара отводится в атмосферу через паровоздушный клапан 2 и трубку 3. Быстрое охлаждение нагретого двигателя приводит к конденсации пара в системе охлаждения и образованию вакуума. В этом случае атмосферный воздух подсасывается в систему через трубку 3 и клапан 2.
Прогрев двигателя происходит при закрытом клапане термостата 6. В этом случае вода в верхний шланг 4 не поступает, а отводится по обводному трубопроводу 5 во всасывающую камеру водяного насоса. Вода циркулирует от водяного насоса 10 к водораспределительной трубе 8, попадает в водяную рубашку двигателя, затем по обводному трубопроводу снова идет к насосу 10. Радиатор 1 оказывается выключенным, вода циркулирует по малому кругу, прогрев воды интенсивный. Циркуляция воды по малому кругу замедляется по мере открытия клапана термостата 6: поток воды получает доступ в радиатор.
1 — радиатор; 2 — паровоздушный клапан; 3— трубка; 4, 11— соединительные шланги; 5 — обводной трубопровод; 6 — термостат; 7 — головка; 8 — распределительная труба; 9 — блок; 10 — насос; 12 — кран;
13 — вентилятор.
Рис. 2. Схемы работы жидкостной системы охлаждения
При нормальной работе двигателя под нагрузкой температура воды, поступающей в радиатор, составляет 85...90 °С, а температура воды на входе в водяную рубашку — 70...75 °С. В радиаторе вода снижает температуру на 10... 15°.
Воздушная система охлаждения (рис. 3) состоит из вентилятора 1, кожуха 3 и щитков-дефлекторов 7. При работе двигателя вентилятор засасывает атмосферный воздух через сетку 2 и направляет его при помощи кожуха 3 к ребристым поверхностям цилиндров 5 и их головок. Поток воздуха обдувает цилиндры и головки и выходит через окна 8 между дефлекторами. Чем больше открыты окна 8, тем меньше сопротивление потоку воздуха и интенсивнее обдув цилиндров и их головок. Под кожухом 3 устанавливают масляный радиатор 4, который также охлаждается потоком воздуха.
1 — вентилятор; 2 — сетка; 3 — кожух; 4 — масляный радиатор; 5 — цилиндр; 6 — ребра цилиндра;
7 — щитки-дефлекторы; 8 — окна.
Рис. 3. Схемы работы воздушной системы охлаждения:
По сравнению с водой воздух как теплоноситель имеет более низкие теплопроводность и теплоемкость. Поэтому в двигателях с воздушным охлаждением наиболее нагревающиеся детали (цилиндры, головки цилиндров) имеют увеличенную поверхность контакта с теплоносителем за счет оребрения, а вентилятор повышенной подачи обеспечивает интенсивный обдув двигателя.
Система воздушного охлаждения удобнее в эксплуатации, позволяет снизить массу и габариты двигателя, однако отличается повышенной шумностью и значительными затратами мощности на привод вентилятора (от 5 до 10% мощности двигателя).
Водяные насосы и вентиляторы. На тракторных двигателях с водяной системой охлаждения и принудительной циркуляцией воды применяют центробежные водяные насосы (рис. 4).
В чугунном корпусе 14 (рис. 4, б) водяного насоса дизеля Д-243 в двух шариковых подшипниках 15 вращается валик насоса 4. На переднем конце валика 4 на шпонке 3 насажена ступица 2, а на заднем конце на лыске – крыльчатка 9. Крыльчатка крепится болтом 10. Задний конец валика уплотнен сальником 11. Насос установлен на передней стенке блок-картера. К ступице 2 болтами привернут шкив 5. Шкив и, следовательно, валик 4 приводятся во вращение ремнем 16 от шкива коленчатого вала двигателя.
Вентилятор 1 – осевого типа с четырьмя лопастями из листовой стали, прикреплен болтами к шкиву 5 и ступице 2.
Вращение к крыльчатке 2 (рис. 4, а) передается через валик 3. Вода поступает внутрь корпуса 1 к центру вращающейся крыльчатки. Из подводящего патрубка 4 вода захватывается крыльчаткой и действием центробежной силы отбрасывается к стенке корпуса. Отсюда она вытесняется в водяную рубашку двигателя по отводящему патрубку 5, который расположен по касательной к камере насоса.
Для повышения эффективности охлаждения вентилятор устанавливают в направляющем кожухе 6 (см. рис. 1, а), который крепят на рамке радиатора.
а — схема устройства и работа насоса: 1 — корпус насоса;
2 —крыльчатка; 3 — валик;
4 и 5 — патрубки;
б — водяной насос и вентилятор дизеля Д-243:
1 — вентилятор; 2 — ступица шкива; 3 — сегментная шпонка; 4 — валик водяного насоса;
5 — шкив; 6 — стопорное кольцо; 7 — масленка;
8 — упорная пружина сальника; 9 — крыльчатка насоса; 10 — болт; 11 — сальник; 12 — шайба сальника; 13 — каркасный самоподжимной сальник;
14 — корпус насоса;
15 — шарикоподшипник;
16 — клиновидный ремень;
17 — самоподжимной сальник.
Рис. 4. Центробежный водяной насос.
Радиатор предназначен для снижения температуры циркулирующей в системе охлаждения жидкости путем передачи части его теплоты потоку воздуха. Он состоит (рис. 5, а) из верхнего 9 и нижнего 5 бачков, связанных трубчатой сердцевиной 7.
Заливная горловина верхнего бачка закрывается крышкой 1. В закрытых системах охлаждения в этой крышке устанавливают паровоздушный клапан. Полость верхнего бачка сообщается с водяной рубашкой двигателя через патрубок 2, а с атмосферой через паровоздушный клапан и трубку 3. Нижний бачок связан с водяной рубашкой патрубком 4.
Сердцевина радиатора 7 может быть трубчато-пластинчатой (рис. 5, б), трубчато-ленточной (рис. 5, в) или в виде сот (рис. 5, г). Ее изготовляют отдельно или совместно с бачками. В случае отдельного изготовления сердцевину крепят к бачкам болтами, она имеет уплотнительные прокладки. При изготовлении сердцевины совместно с бачками концы трубок припаивают к бачкам или уплотняют резиновыми втулками-кольцами.
Радиатор монтируют в рамке 8 и крепят к специальным кронштейнам или раме трактора на резиновых подушках 6 или прокладках.
Детали радиатора, через которые осуществляется теплообмен, изготовляют из теплопроводных материалов — латуни, меди и т. п.
а — устройство радиатора;
1 — крышка с паровоздушным клапаном; 2 и 4 — соединительные патрубки;
3 — пароотводная трубка; 5 — нижний бачок; 6 — опорные подушки; 7 — сердцевина; 8 — рамка; 9 — верхний бачок;
б — трубчатая сердцевина; в — трубчато-ленточная сердцевина; г — сотовая сердцевина.
Рис. 5. Радиатор и его элементы
Паровоздушный клапан, устанавливаемый в крышке заливной горловины радиатора, изолирует систему охлаждения от атмосферы и поддерживает в ней давление 0,14 МПа, что повышает температуру кипения, снижает парообразование и расход охлаждающей жидкости. В случае образования вакуума в системе охлаждения (при быстром охлаждении горячего двигателя) через воздушный клапан подсасывается атмосферный воздух, благодаря чему исключается деформация тонких латунных трубок сердцевины. Воздушный клапан открывается при разрежении 0,001...0,01 МПа.
Отвод теплоты от охлаждающей жидкости можно ограничивать путем уменьшения обдува сердцевины радиатора (выключением вентилятора, прикрытием радиатора шторкой или жалюзи) или изменения интенсивности циркуляции жидкости через радиатор (автоматическим открытием клапана термостата).
На многих тракторных двигателях перед радиатором устанавливается шторка из плотной ткани. Она позволяет прикрывать лобовую поверхность сердцевины радиатора и тем самым регулировать интенсивность обдува радиатора. На некоторых тракторных двигателях на радиаторе оборудуют жалюзи. Они представляют собой металлические пластинки-створки, шарнирно связанные подвижной и неподвижной планками. Створки управляются тросовым приводом путем перемещения подвижной планки. Жалюзи регулируют проход воздуха через радиатор, а следовательно, степень охлаждения жидкости в радиаторе.
3. Соберите водяной насос в обратной последовательности.
4. Рассмотрите термостат. Изучите его конструкцию и рабочий процесс.
Термостат автоматически поддерживает необходимую температуру охлаждающей жидкости, регулируя ее циркуляцию через радиатор. Его устанавливают в канале входа горячей жидкости в верхний бачок радиатора.
Принцип работы термостата состоит в следующем. Легко кипящее (расширяющееся) вещество, заключенное в закрытый баллон термостата, при изменении температуры значительно изменяет свой объем. Это и используется для управления клапанами, перекрывающими соответствующие каналы циркуляции воды.
Термостаты могут иметь жидкий заполнитель баллона (эфир или смесь 1/3 этилового спирта 2/3 дистиллированной воды) или твердый (смесь церезина с медным порошком). По количеству клапанов термостаты подразделяют на одно- и двухклапанные.
Схема работы двухклапанного термостата показана на рисунке 6. Пока двигатель не прогрет и охлаждающая жидкость холодная, баллон 1 термостата сжат. При этом основной клапан 4 закрыт и жидкость в радиатор не поступает. Клапан же 5 в этом случае не препятствует проходу жидкости через перепускные окна 3 к водяному насосу. Нагревающаяся в водяной рубашке жидкость в радиатор на охлаждение не поступает, а циркулирует по так называемому малому кругу. Идет интенсивный нагрев охлаждающей жидкости, а следовательно, и прогрев двигателя.
При температуре охлаждающей жидкости 60...75°С термостат начинает открывать основной клапан 4 (при этом одновременно прикрывается перепускной клапан 5). При 80...90°С основной клапан полностью открывается, а перепускной закрывается; охлаждающая жидкость теперь циркулирует по большому кругу, подвергаясь охлаждению в радиаторе.
Система охлаждения обеспечивает в этом режиме максимальный отвод теплоты.
:
а — закрытое положение; б — открытое;
1 — баллон с легко расширяющимся веществом; 2 — корпус термостата; 3 — перепускные окна; 4 — основной клапан;
5 — перепускной клапан.
Рис. 6. Схема работы двухклапанного термостата
Термостаты с твердым заполнителем работают по такому же принципу, однако они проще и дешевле в изготовлении, более надежны в работе. Такие термостаты менее чувствительны к «изменению давления в системе охлаждения, вследствие чего их работа отличается большей четкостью переключения каналов циркуляции жидкости.
5. Произведите контроль технического состояния системы охлаждения двигателя.
Техническое обслуживание системы охлаждения двигателя включает в себя такие основные операции, как заполнение системы охлаждающей жидкостью, проверка системы охлаждения на утечку теплоносителя и устранение подтекания охлаждающей жидкости или утечки воздуха из-под кожуха и дефлекторов в системе воздушного охлаждения, проверка и регулировка натяжения ремней вентилятора, смазывание подшипников водяного насоса и вентилятора, промывка системы жидкостного охлаждения.
Уровень воды в радиаторе проверяют перед пуском и при прогреве двигателя. При открытии крышки горловины радиатора надо остерегаться горячей воды и пара, которые могут вырваться из горловины. Заполняют систему чистой и мягкой (с пониженным содержанием растворимых минеральных солей) водой – речной, дождевой или бывшей в употреблении в двигателе. Применяют химические способы умягчения воды тринатрийфосфатом, известью, кальцинированной содой и др.
В холодное время года во избежание замораживания двигателя вместо воды используют жидкости с низкой температурой замерзания – антифризы, которые обладают большой теплоемкостью и теплопроводностью, а также высокой физической стабильностью. Температура замерзания антифризов – 60...– 65°С, температура кипения более 120°С.
Наиболее распространены антифризы Тосол А40 (tзамерз = – 40 °С) и Тосол А65 (tзамерз = – 65°С). Применяется и концентрированный антифриз Тосол 40, который при добавлении 46 % дистиллированной воды дает tзамерз = – 40 °С.
При морозах воду из системы выпускают сразу после окончания работы.
После заправки системы охлаждения водой, а затем и при работающем двигателе проверяют, нет ли подтеканий. Наиболее вероятные места подтеканий – уплотнения водяного насоса, трубки и соединения радиатора, места соединения шлангов, спускные краники, прокладки патрубков.
Натяжение ремня вентилятора можно проверить по величине прогиба соответствующей ветви ремня путем нажатия на него в средней части большим пальцем руки (см. табл. 1). В случае, если прогиб ремня не соответствует требуемым данным, производят регулировку ремня. Эту операцию выполняют на неработающем двигателе, изменяя положение генератора или специального натяжного ролика.
При длительной работе водяной системы охлаждения образуются илообразный осадок (шлам) и накипь, которые значительно снижают теплоотвод и циркуляцию воды.
Для удаления шлама в систему охлаждения заливают шламоудаляющий раствор, пускают двигатель и прогревают его, после чего двигатель останавливают, сливают раствор и промывают систему чистой водой.
Накипь удаляют специальными растворами (например, 750...800 г каустической соды, 250 г керосина и 10 л воды). Заправляют систему одним из таких растворов, дают двигателю проработать смену, затем раствор сливают, а систему промывают чистой водой.
Эффективность работы системы воздушного охлаждения может быть снижена из-за засорения сетки на входе воздуха в вентилятор и межреберного пространства на цилиндрах и их головках. Поэтому эту сетку и наружную поверхность цилиндров с головками следует периодически очищать.
Таблица 1. Номинальные значения регулировочных параметров