Система охлаждения жидкостная


Устройство автомобилей



Жидкостная система охлаждения может быть термосифонной и принудительной, открытой и закрытой. Большинство современных автомобильных двигателей оснащены принудительной системой охлаждения закрытого типа из-за ряда существенных преимуществ.

При термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует по рубашке охлаждения и соединенному с ней радиатору благодаря разнице плотности горячей и холодной жидкости в верхней и нижней части системы (горячая жидкость поднимается, а холодная опускается самотеком, без применения перекачивающих устройств). Такая система проста, но малоэффективна и требует радиатор увеличенной емкости. Поэтому термосифонная система жидкостного охлаждения распространения на автомобильных двигателях не получила; обычно применяется принудительная система охлаждения, в которой циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается жидкостным насосом.

Открытая система сообщается с окружающей средой (атмосферой) непосредственно, т. е. в такую систему постоянно может поступать воздух, а из системы выпускаться пар. Закрытая система сообщается с окружающей средой посредством специальных клапанов, размещенных в пробке радиатора или крышке расширительного бачка. Такая система сообщается с атмосферой лишь в случае значительного превышения давления в ней, выпуская пар и горячий воздух через клапана. Это позволяют поднять давление и температуру кипения охлаждающей жидкости, благодаря чему можно уменьшить габаритные размеры радиатора.

Закипевшая охлаждающая жидкость резко снижает эффективность системы охлаждения, так как в этом случае в жидкости образуются пузырьки пара, препятствующие циркуляции жидкости и теплообменным процессам. Поэтому современные автомобильные двигатели оснащаются закрытой системой охлаждения, позволяющей использовать более высокий нагрев жидкости без закипания.

***

Устройство и работа жидкостной системы охлаждения

В классическом исполнении жидкостная система охлаждения двигателя состоит из жидкостного и воздушного трактов. Жидкостный тракт системы включает в себя (см. рис. 1): рубашку 6 охлаждения, термостат, радиатор 1, жидкостный насос 5, расширительный бачок 4 и трубопроводы.

Воздушный тракт системы состоит из радиатора 1, вентилятора 9 и направляющих элементов тракта (диффузора).

Принцип действия системы охлаждения заключается в следующем: жидкостный насос 5, приводимый от коленчатого вала двигателя, засасывает охлаждающую жидкость из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения 6. Проходя по каналам и полостям рубашки, жидкость забирает избыток теплоты у цилиндров и головки блока цилиндров, охлаждая детали. Затем охлаждающая жидкость через систему патрубков и термостат поступает в верхний бачок 12 (рис. 1,б) радиатора, откуда по множеству трубок, составляющих сердцевину радиатора, скатывается в нижний бачок, отдавая по пути теплоту и охлаждаясь. Далее охлаждающая жидкость опять засасывается насосом и циркуляция повторяется.

Описанный путь охлаждающей жидкости называют циркуляцией по большому кругу (рис. 2,б).



На пути охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в верхнем патрубке устанавливается специальный прибор - термостат, представляющий собой температурный клапан, который автоматически, в зависимости от степени нагрева, изменяет направление движения охлаждающей жидкости. Если жидкость холодная, т. е. еще не прогрелась до рабочей температуры, клапан термостата перекрывает проход жидкости в радиатор и направляет ее сразу в насос, откуда она вновь поступает к рубашке охлаждения двигателя.

Такой путь жидкости, когда она перемещается, минуя радиатор, называется циркуляцией по малому кругу (рис. 2,а).

По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев до рабочих температур. Когда двигатель прогревается, термостат обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по большому кругу, через радиатор.

Клапан термостата начинает открываться, пропуская охлаждающую жидкость в радиатор при температуре 70…87 ˚С.

***

Интенсивному охлаждению жидкости в радиаторе способствует поток воздуха, создаваемый вентилятором 9. Скорость потока охлаждающего воздуха зависит от скорости движения автомобиля. Изменить скорость воздушного потока можно с помощью жалюзи 2 (рис. 2,а), установленных перед радиатором. На современных автомобилях изменение интенсивности обдува радиатора воздухом осуществляется автоматическими устройствами, например, вентиляторами с приводом от управляемого термодатчиком электродвигателя, гидромуфтами различных конструкций и т. п.

Охлаждающая жидкость может подводиться к рубашке охлаждения двигателя через нижний пояс цилиндров, верхний пояс и головку блока цилиндров. Подвод охлаждающей жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, которые допускают повышение температуры головки блока цилиндров, способствующее лучшему воспламенению рабочей смеси от сжатия.

В двигателях с принудительным воспламенением, склонных к детонации при наличии в камере сгорания перегретых зон, охлаждающая жидкость подводится через верхние пояса (рис. 1,б) или даже через головку блока цилиндров (рис. 1,в). В последнем случае нагретые участки головки блока цилиндров охлаждаются наиболее интенсивно.

Для подвода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения иногда применяют водораспределительные трубы 14 (рис. 1,в), имеющие окна против каждого цилиндра. Благодаря этому достигается параллельный подвод охлаждающей жидкости одинаковой температуры ко всем цилиндрам и улучшается равномерность их охлаждения.

Контроль над работой системы охлаждения осуществляется с помощью датчиков и указателя температуры, а также сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости.

Датчики устанавливаются в системе охлаждения двигателя, а указатель и сигнализатор – на приборной доске (щитке приборов) в кабине водителя.

Теплота, отводимая жидкостью от деталей двигателя, используется для подогрева впускного трубопровода, улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.

***

Назначение и устройство радиатора


Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

k-a-t.ru

Компьютеры и комплектующие - Как выбрать систему жидкостного охлаждения

Что такое система жидкостного (водяного) охлаждения и зачем она нужна.

Хорошее охлаждение центрального процессора и процессора видеокарты последние десятилетия является необходимым условием их бесперебойной работы. Но греются в компьютере не только процессор и видеокарта - отдельный кулер может потребоваться микросхеме чипсета, жестким дискам и даже модулям памяти. Производители корпусов добавляют дополнительные вентиляторы, увеличивают их мощность и габариты, улучшают устройство радиаторов. И, разумеется, жидкостные системы охлаждения не могли быть обойдены вниманием.

Вообще, жидкостное охлаждение процессоров – тема не новая: оверклокеры столкнулись с недостаточной эффективностью воздушного охлаждения уже давно. «Разогнанные» до теоретического максимума процессоры грелись так, что не справлялись никакие из имевшихся тогда в продаже кулеров. Систем жидкостного охлаждения в магазинах не было, и оверклокерские форумы полнились темами о самодельных «водянках». И сегодня многие ресурсы предлагают собрать систему жидкостного охлаждения самостоятельно, но смысла в этом уже немного. Стоимость комплектующих сравнима с ценой недорогих СЖО в магазинах, а качество (и, следовательно, надежность) заводской сборки обычно все же выше кустарной.

Почему эффективность СЖО выше, чем у простого кулера?

Рассматриваемые СЖО не имеют вырабатывающих холод элементов, охлаждение происходит за счет воздуха возле системного блока – как и в случае обычного воздушного охлаждения. Эффективность СЖО достигается за счет того, что скорость теплоотвода с помощью движущегося теплоносителя намного выше, чем скорость естественного теплоотвода с помощью теплопередачи внутри металлического радиатора. Но скорость теплоотвода зависит не только от скорости движения теплоносителя, но и от эффективности охлаждения этой жидкости и от эффективности её нагревания теплом процессора. И, если первая задача решается увеличением площади радиатора, площади теплообменника радиатора и улучшением воздухообдува, то во втором случае теплообмен ограничен площадью процессора. Поэтому общая эффективность системы ограничивается эффективностью водоблока процессора. Но даже с таким ограничением СЖО обеспечивают примерно в 3 раза лучший теплосъем по сравнению с обычным воздушным охлаждением. В числах это означает снижение температуры чипа на 15-25 градусов по сравнению с воздушным охлаждением при нормальной комнатной температуре.

Конструкция СЖО

Любая система жидкостного охлаждения содержит следующие элементы:

- Водоблок. Его назначение – эффективно снимать тепло с процессора и передавать протекающей воде. Соответственно, чем выше теплопроводность материала, из которого изготовлены подошва и теплообменник водоблока, тем выше и эффективность этого элемента. Но теплопередача также зависит и от площади соприкосновения теплоносителя и радиатора – поэтому конструкция водоблока важна ничуть не меньше материала.

Плоскодонный водоблокВодоблок с игольчатым дномВодоблок со змеевидным теплообменником
Поэтому плоскодонный (бесканальный) водоблок, в котором жидкость просто протекает вдоль стенки, прилегающей к процессору, намного менее эффективен, чем водоблоки со сложной структурой дна или теплообменниками (трубчатыми или змеевидными). Минусами водоблоков со сложной структурой является то, что они создают намного большее сопротивление водяному потоку и, следовательно, требуют более мощной помпы.

- Помпа. Распространенное мнение, что чем мощнее помпа, тем лучше и что СЖО без отдельной мощной помпы вообще неэффективна – некорректно. Функция помпы – обеспечить циркуляцию теплоносителя с такой скоростью, чтобы перепад температур между теплообменником водоблока и жидкостью был максимальным. Т.е., с одной стороны, нагревшаяся жидкость должна вовремя выводиться из водоблока, с другой стороны – поступать в водоблок она должна уже полностью охлажденной. Поэтому мощность помпы должна быть сбалансирована с эффективностью остальных элементов системы и замена помпы на более мощную в большинстве случаев не даст положительного эффекта. Маломощные помпы часто объединены в одном корпусе с водоблоком.

- Радиатор. Назначение радиатора – рассеивать тепло, приносимое теплоносителем. Соответственно, он должен быть изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, обладать большой площадью и быть укомплектован мощным вентилятором (вентиляторами). Если площадь радиатора СЖО сравнима с площадью радиатора процессорного кулера и вентилятор на ней установлен ничуть не мощнее, то не стоит ожидать от такой СЖО эффективности, превышающей эффективность того же кулера.

- Соединительные трубки должны быть достаточной толщины, чтобы не создавать большого сопротивления водяному потоку. По этой причине обычно используются трубки диаметром от 6 до 13 мм – в зависимости от скорости потока жидкости. В качестве материала трубок обычно используется ПВХ или силикон.

- Теплоноситель должен иметь высокую теплоемкость и высокую теплопроводность. Из доступных и безопасных жидкостей лучше всего этим условиям удовлетворяет обычная дистиллированная вода. Часто в воду добавляются присадки для снижения её коррозирующих свойств, для предотвращения размножения микроорганизмов (зацветания) и просто для эстетического эффекта (цветные присадки в системах с прозрачными трубками).

В мощных системах с большим объемом теплоносителя становится необходимым использование расширительного бачка – резервуара, в который будут уходить излишки жидкости при её термическом расширении. В таких системах помпа обычно объединяется с расширительным бачком.

Характеристики систем жидкостного охлаждения.

Обслуживаемая/необслуживаемая СЖО.

Необслуживаемая система идет с завода полностью в сборе, залитая теплоносителем и загерметизированная. Установка такой системы отличается простотой – некоторые необслуживаемые СЖО установить ничуть не сложнее, чем обычный кулер. Минусы у необслуживаемой СЖО тоже есть:- Низкая ремонтопригодность. Трубки часто просто запаяны в неразъемные пластиковые штуцеры. С одной стороны, это обеспечивает герметичность, с другой стороны, замена поврежденного элемента такой системы может вызвать осложнения.- Сложность замены теплоносителя обычно тоже связана с ремонтом системы – если часть жидкости вытекла, снова заполнить необслуживаемую СЖО может оказаться весьма непросто – заливочными отверстиями такие системы, как правило, не снабжаются.- Низкая универсальность связана с неразборностью системы. Невозможно ни расширить систему, ни заменить какой-либо из её элементов на более эффективный.

- Фиксированная длина трубок ограничивает возможности по выбору места установки радиатора.

Обслуживаемые СЖО часто поставляются в виде набора элементов и установка такой системы потребует времени и некоторой сноровки. Зато и возможности по её кастомизации намного выше – можно добавлять водоблоки для чипсета и для видеокарты, менять все элементы на более подходящие для конкретного компьютера, выносить радиатор на любое (разумное) расстояние от процессора и т.д. Можно не бояться устаревания сокета (и системы охлаждения) при замене материнской платы – для восстановления актуальности потребуется только заменить водоблок процессора. К недостаткам обслуживаемых СЖО, кроме сложности установки и высокой цены, следует отнести большую вероятность протечек через разъемные соединения и большую вероятность загрязнения теплоносителя.

СЖО должна поддерживать сокет материнской платы, на которую устанавливается. И если обслуживаемую СЖО еще можно приспособить под другой сокет, купив дополнительно соответствующий водоблок, то необслуживаемая СЖО может использоваться только с теми сокетами, что перечислены в её характеристиках.

Количество вентиляторов не оказывает прямого влияния на эффективность СЖО , но большое их количество позволяет снизить скорость вращения каждого отдельного вентилятора при сохранении общего воздушного потока, и, соответственно, снизить шумность при сохранении эффективности. Будет ли СВО с большим количеством вентиляторов эффективнее – зависит от их суммарного максимального воздушного потока.

Максимальный воздушный поток считается в кубических футах в минуту (CFM) и определяет, какой объем воздуха прогоняется через вентилятор в минуту. Чем выше это значение, тем выше вклад этого вентилятора в эффективность радиатора. Размеры (длина, ширина, толщина) радиатора ничуть не менее важны – четыре мощнейших вентилятора, обдувающих простой тонкий радиатор с малой площадью пластин будут охлаждать теплоноситель ничуть не лучше, чем один вентилятор, хорошо подобранный к радиатору с большой площадью пластин.

Материал радиатора определяет его теплопроводность, т.е., с какой скоростью переданное ему тепло будет распределяться по всей площади радиатора. Теплопроводность меди почти в два раза выше, чем теплопроводность алюминия, но в данном случае эффективность радиатора больше зависит от его конструкции и площади, чем от материала..

Материал водоблока, в силу ограниченности его размеров, важнее материала радиатора. Фактически, медь является единственным приемлемым вариантом. Алюминиевые водоблоки (встречающиеся в дешевых СЖО) снижают эффективность системы настолько, что пропадает смысл использования жидкостного охлаждения.

Максимальный уровень шума зависит от максимальной частоты вращения вентиляторов. Если в системе не предусмотрена регулировка частоты вращения, на этот параметр следует обратить пристальное внимание. При наличии регулировки частоты вращения, внимание следует обратить на минимальный уровень шума.

Уровень шума выше 40 дБ уже может восприниматься как некомфортный (40 дБ соответствует обычному звуковому фону в жилом помещении - негромкая музыка, спокойный разговор). Чтобы шум вентиляторов не мешал сну, он не должен превышать 30 дБ.

Регулировка скорости вращения вентиляторов может быть ручной и автоматической. Ручная регулировка позволяет менять скорость вращения вентиляторов в соответствии с личными предпочтениями, автоматическая же подстраивает скорость под текущую температуру процессора и обеспечивает лучшие условия работы оборудования.

Тип коннектора питания может быть 3-pin и 4-pin.3-pin коннектор не имеет отдельного провода для изменения скорости вращения вентилятора. Управлять скоростью вращения такого вентилятора можно только изменяя его напряжение питания. Не все материнские платы поддерживают этот способ. Если ваша материнская плата не может управлять скоростью вращения 3-pin вентилятора, то кулеры и двигатель помпы СЖО с 3-pin коннектором питания будут всегда вращаться на максимальной скорости. Для изменения степени охлаждения придется дополнительно покупать реобас.4-pin коннектор предполагает управление скоростью вращения двигателей с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом питание подается полное - 12 вольт – но не постоянно, а импульсами, меняя продолжительность которых, можно очень точно задавать частоту вращения двигателей. Кроме того, при таком способе нет ограничения на минимальную скорость вращения – регулируемый таким способом двигатель может вращаться даже со скоростью 1 об/мин. Единственный недостаток такого способа – он сложнее в реализации, а следовательно, дороже.

Наличие подсветки и прозрачные трубки. Футуристический вид систем водяного охлаждения и возможности их кастомизации сделали СЖО чрезвычайно популярными в среде моддеров. Производители СЖО ответили на эту популярность прозрачными трубками, подсветкой и флуоресцирующими присадками к теплоносителю. Разумеется, вся эта красота имеет смысл только при размещении в системном блоке с прозрачной крышкой.

Варианты выбора.

Если вы ищете недорогую замену огромному башенному кулеру, выбирайте среди базовых необслуживаемых систем в пределах 3000 - 5000 рублей.

Если вы – фанат оверклокинга и всегда разгоняете свой процессор до максимально допустимых величин, но при этом не хотите возиться с установкой и настройкой обслуживаемой СЖО, вам понадобится мощная необслуживаемая СЖО. Это обойдется вам в 6000-11500 рублей.

Если внешний вид компьютера имеет для вас не меньшее значение, чем его производительность, то СЖО с подсветкой и прозрачными трубками сделают ваш системный блок намного более эффектным за 4000-30500 рублей.

Если вы не любите лишний шум или если ваш компьютер стоит в спальне – вам потребуются СЖО с пониженным уровнем шума. Такие стоят от 3000 рублей.

И, наконец, если вы предпочитаете иметь возможность тонкой настройки всего на свете и хотите иметь возможность конфигурировать СЖО под свои нужды, обратите внимание на обслуживаемые СЖО. Правда, стоят они недешево – от 9000 до до нескольких десятков тысяч рублей.

Задать вопрос по выбору товара на форуме

club.dns-shop.ru

Жидкостная система охлаждения

30.09.2014 Мощностные, ресурсные, экономические показатели поршневых ДВС при прочих равных условиях зависят от температурного режима двигателя. Из рис. 9.1 видно, что имеется оптимальный диапазон температур 80...90°С (353...363°К), при котором двигатель развивает максимальную мощность, а расход топлива минимален. В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах выделяется большое количество тепла, вызывающее интенсивный нагрев деталей двигателя. Перегрев стенок цилиндров и камер сгорания, поршней и клапанов, т. е. работа двигателя при повышенном тепловом режиме, приводит к следующим основным отрицательным явлениям: вязкость смазочного масла уменьшается, в связи с чем оно плохо удерживается в зазорах трущихся пар, что приводит к увеличению износов и снижению срока службы; коэффициент наполнения уменьшается, что приводит к снижению мощности; возрастает опасность детонации из-за преждевременного воспламенения рабочей смеси; возможно заклинивание поршня в гильзе.Переохлаждение двигателя, т. е. работа при пониженном тепловом режиме, также приводит к ряду отрицательных явлений: вязкость масла увеличивается, силы трения возрастают, износ повышается, мощность снижается, ухудшаются условия смесеобразования, поэтому расход топлива увеличивается, происходит конденсация паров топлива в камере сгорания и разжижение масла в картере. В дизелях переохлаждение двигателя приводит к засмолению поршневых колец.Для обеспечения работы двигателя в наиболее благоприятном, оптимальном тепловом диапазоне необходимо 25...30% тепла, выделяющегося при сгорании топлива, принудительно отводить в окружающую среду. Для этой цели служит система охлаждения.Поскольку тепловое состояние двигателя существенно влияет на его мощность, экономичность, надежность, долговечность, к системе охлаждения предъявляются высокие требования. Главные из них: поддерживать оптимальный тепловой режим двигателя при работе в разнообразных климатических зонах и при различных нагрузках, расходовать для своей работы минимум мощности двигателя, иметь простую конструкцию, не требовать больших трудозатрат при техническом обслуживании и ремонте.В автотракторных двигателях внутреннего сгорания применяются два типа систем охлаждения — жидкостная и воздушная.Преимущественное распространение получила жидкостная система охлаждения, в которой тепло от нагретых деталей передается промежуточному теплоносителю — охлаждающей жидкости (воде или антифризу). Благодаря тому, что жидкий теплоноситель обладает в 20...25 раз большей, чем воздух, теплопроводностью, жидкостная система охлаждения обеспечивает необходимую интенсивность отвода тепла и достаточно равномерное температурное поле охлаждаемых деталей. Жидкостные системы охлаждения обеспечивают работу двигателей в оптимальном тепловом диапазоне на большинстве режимов.Наряду с этим решающим достоинством и широким применением, жидкостная система охлаждения имеет и значительные недостатки: сложность конструкции (большое число различных патрубков, шлангов и уплотнений, которые могут давать течь и требуют постоянного наблюдения); сложность обслуживания, особенно в зимнее время; потребность в жидком теплоносителе; низкая надежность в работе — около 20% отказов ДВС приходится на жидкостную систему охлаждения.В зависимости от факторов, вызывающих циркуляцию охлаждающей жидкости, различают три вида жидкостного охлаждения: термосифонное, смешанное и принудительное, В термосифонной системе циркуляция теплоносителя основана на разности удельных масс жидкости, нагретой в водяной рубашке и охлажденной в радиаторе. В смешанной системе термосифонная циркуляция усиливается центробежным насосом. В принудительной системе циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется исключительно за счет работы центробежного насоса, приводимого в движение от коленчатого вала двигателя.Наибольшее применение в автотракторных двигателях получила принудительная система, так как благодаря интенсивной циркуляции охлаждающей жидкости вместимость системы в этом случае невелика. Жидкостные системы охлаждения могут быть открытые и закрытые. В открытой системе охлаждающая жидкость постоянно соединяется через пароотводящую трубку с атмосферой. Недостатки открытой системы: большое испарение и расход воды; увеличенное отложение накипи и ухудшенный отвод тепла от нагретых деталей.На рис. 9.2 показана схема жидкостной системы охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (воды). Водяная рубашка блока цилиндров 11 и головки блока 10, радиатор и патрубки через заливную горловину заполнены водой. Вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания работающего двигателя и, нагреваясь, охлаждает их. Центробежный водяной насос 3 нагнетает воду в рубашку блока цилиндров, из которой нагретая вода поступает в рубашку головки блока и затем по верхнему патрубку 7 вытесняется в радиатор. Охлажденная в радиаторе вода по нижнему патрубку 15 возвращается к насосу.Циркуляция жидкости в зависимости от теплового состояния двигателя изменяется с помощью термостата 9. При температуре охлаждающей жидкости ниже 70...75°С (343...358°К) основной клапан термостата закрыт. В этом случае жидкость не поступает в радиатор, а циркулирует по малому контуру через патрубок 8, что способствует быстрому прогреву двигателя до оптимального теплового режима. При нагревании термочувствительного элемента термостата до 70...75°С (343...348°К) основной клапан термостата начинает открываться и пропускать воду в радиатор, где она охлаждается. Полностью термостат открывается при 83...90 °С (356...363 °К). С этого момента вода циркулирует по радиаторному, т. е. большому контуру. Температурный режим двигателя регулируется также с помощью поворотных заслонок-жалюзи 1 путем изменения воздушного потока, создаваемого вентилятором 4 и проходящего через радиатор.В последние годы наиболее эффективным и рациональным способом автоматического регулирования температурного режима двигателя является изменение производительности самого вентилятора.

В пробке 6 заливной горловины радиатора установлен паровоздушный клапан, который служит для поддержания давления в системе охлаждения в заданных пределах. Вода из системы охлаждения сливается через сливные краники 14, установленные на нижнем патрубке 15 и в нижней части рубашки блока цилиндров.

industrial-wood.ru

Жидкостная система охлаждения

Жидкостная система охлаждения может быть термосифонной и принудительной, открытой и закрытой.

При термосифонной системе охлаждения охлаждающая жидкость циркулирует по рубашке охлаждения и соединенному с ней радиатору благодаря различной плотности горячей и холодной жидкости в верхней и нижней части системы (горячая жидкость поднимается, а холодная опускается).

Данная система охлаждения проста, но малонадежна и требует радиатор увеличенной емкости. Поэтому на автомобильных двигателях применяется принудительная система охлаждения (рис. 5.1), в которой движение охлаждающей жидкости осуществляется жидкостным насосом.

Принципиальная система охлаждения состоит из жидкостного и воздушного трактов.

Жидкостной тракт системы включает в себя: рубашку 6 охлаждения, термостат, радиатор 7, жидкостной насос 5, расширительный бачок 4 и трубопроводы.

Воздушный тракт системы состоит из радиатора 7, вентилятора 9 и направляющих элементов тракта.

Рис. 5.1. Жидкостные системы охлаждения с различным подводом охлаждающей жидкости: а — через нижний пояс цилиндров; б — через верхний пояс цилиндров; в — в головку блока цилиндров через водораспределительную трубу; 1 — радиатор; 2 — пароотводная трубка; 3 — коробка термостатов; 4 — расширительный бачок; 5 — жидкостной насос; 6 — рубашка охлаждения двигателя; 7— обходная трубка; 8 — одноклапанный термостат; 9 — вентилятор; 10 — нижний бачок радиатора; 11 — сердцевина радиатора; 12 — верхний бачок радиатора; 13 —

двухклапанный термостат; 14 — водораспределительная труба

Открытая система сообщается с окружающей средой непосредственно, а закрытая — с помощью специальных клапанов, размещенных, как правило, в пробке радиатора, которые позволяют поднять давление и температуру кипения охлаждающей жидкости, тем самым повысить рабочую температуру жидкости, благодаря чему можно уменьшить габаритные размеры радиатора.

Закипевшая охлаждающая жидкость резко снижает эффективность системы охлаждения, так как в этом случае в жидкости образуются пузырьки пара, в результате принудительная циркуляция жидкости замедляется. Поэтому современные ДВС имеют закрытую жидкостную систему охлаждения.

Принцип действия системы охлаждения заключается в следующем: жидкостной насос 5, приводимый от коленчатого вала, засасывает охлаждающую жидкость из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения 6. Проходя по каналам рубашки, охлаждающая жидкость охлаждает цилиндры и головку блока цилиндров. Затем охлаждающая жидкость проходит через верхний бачок 12 (рис. 5.1, б) радиатора, куда по множеству трубок поступает в нижний бачок радиатора. Протекая через сердцевину радиатора, охлаждающая жидкость передает теплоту окружающему воздуху и охлаждается. Далее охлаждающая жидкость снова засасывается насосом. Этот путь охлаждающей жидкости называют циркуляцией по большому кругу.

На пути охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в верхнем патрубке устанавливается термостат, представляющий собой клапан, который автоматически в зависимости от температуры изменяет направление движения охлаждающей жидкости. Если жидкость холодная, клапан термостата перекрывает проход жидкости в радиатор и направляет ее сразу в насос — циркуляция по малому кругу.

Клапан термостата начинает открываться, пропуская охлаждающую жидкость в радиатор при температуре 70—87 °С.

Интенсивному охлаждению охлаждающей жидкости в радиаторе способствует поток воздуха, создаваемый вентилятором 9. Скорость потока охлаждающего воздуха зависит от скорости движения автомобиля. Изменить скорость потока можно с помощью жалюзи 2 (рис. 5.2, а), установленных перед радиатором.

Охлаждающая жидкость может подводиться в рубашку охлаждения двигателя через нижний пояс цилиндров, верхний пояс и головку блока цилиндров.

Подвод охлаждающей жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, которые допускают повышение температуры головки блока цилиндров, способствующее лучшему протеканию процесса воспламенения от сжатия.

В двигателях с принудительным воспламенением, склонных к детонации при наличии в камере сгорания перегретых зон, охлаждающая жидкость подводится через верхние пояса (рис. 5.1, б) или даже через головку блока цилиндров (см. рис. 5.1, в). В последнем случае нагретые участки головки блока цилиндров охлаждаются наиболее интенсивно.

Для подвода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения иногда применяют водораспределительные трубы 14 (см. рис. 5.1, в), имеющие окна против каждого цилиндра. Благодаря этому достигается параллельный подвод охлаждающей жидкости одинаковой температуры ко всем цилиндрам и улучшается равномерность их охлаждения.

Контроль над работой системы охлаждения осуществляется с помощью датчиков и указателя температуры, а также сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости.

Датчики устанавливаются в системе охлаждения двигателя, а указатель и сигнализатор — на приборной доске в кабине водителя.

Page 2

Радиатор, являющийся теплообменным узлом, предназначен для передачи теплоты от охлаждающей жидкости потоку воздуха.

Верхний 9 (см. рис. 5.2) и нижний 15 бачки радиатора соединены с сердцевиной 12. В верхний бачок впаяны заливная горловина 8 с пробкой 7 и патрубок для подсоединения гибкого шланга, который подводит

Рис. 5.2. Радиатор (а) и схемы работы парового и воздушного клапанов (б): 1 — каркас; 2 — жалюзи; 3 — тяга; 4 — рукоятка привода жалюзи; 5 — фиксатор; 6 — стойка; 7 — пробка; 8 — горловина; 9 — верхний бачок; 10, 13 — гибкие шланги; 11 — отводной патрубок; 12 — сердцевина радиатора; 15 — нижний бачок; 16 — направляющий кожух; 17 — пароотводная трубка; 18 — корпус пробки; 19 — пружина парового клапана; 20 — стойка; 21 — запирающая пружина; 22 — паровой (выпускной) клапан; 23 — прокладка выпускного клапана; 24 — прокладка воздушного клапана; 25 — воздушный клапан; 26 — пружина воздушного клапана;

27 — седло воздушного клапана; 28 — отверстие для поступления воздуха

нагретую охлаждающую жидкость к радиатору. Сбоку заливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга 13. К верхнему и нижнему бачкам прикреплены боковые стойки 6, соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластины образуют каркас радиатора.

Сердцевины радиаторов автомобилей могут быть трубчато-пластинчатыми и трубчато-ленточными.

Для прохода охлаждающей жидкости применяют шовные или цельнотянутые трубки из латунной ленты толщиной до 0,15 мм.

В трубчато-пластинчатых радиаторах охлаждающие трубки располагаются относительно потока воздуха в шахматном порядке в ряд или под углом (рис. 5.3, а—г). Пластины оребрения выполняются плоскими или волнистыми. Для усиления теплоотдачи на них могут быть выполнены специальные турбулизаторы в виде отогнутых просечек, которые образуют узкие и короткие воздушные каналы, расположенные под углом к потоку воздуха (рис. 5.3, д).

В трубчато-ленточных радиаторах (рис. 5.3, е) охлаждающие трубки располагаются в ряд. Ленту для решетки изготовляют из меди толщиной 0,05—0,1 мм. Для усиления теплоотдачи создают завихрения воздушного потока путем выполнения на ленте фигурных выштамповок или отогнутых просечек (рис. 5.3, ж).

В последнее время получили широкое распространение радиаторы из алюминиевого сплава, которые легче латунных и дешевле, однако их надежность уступает традиционным радиаторам.

Радиатор соединен с рубашкой охлаждения двигателя патрубками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутами. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. При перемещении рукоятки 4 (см. рис. 5.2, а) вперед до отказа створки жалюзи 2 полностью открываются, и воздух свободно

Воздух Воздух Воздух

^^7^7 ^^7^7 ^^7^7

Жидкость ^

Воздух

д)

в) г)

Рис. 5.3. Решетки охлаждения радиаторов: а — трубчато-пластинчатый радиатор; б — рядное расположение трубок; в — шахматное расположение трубок; г — шахматное расположение трубок под углом к воздушному потоку; д — охлаждающая пластина с отогнутыми просечками; е — трубчато-ленточный радиатор; ж — охлаждающая лента

проходит между трубками радиатора. Для регулирования температурного режима двигателя рукоятку можно установить на фиксаторе 5 в любом промежуточном положении.

Пробка 7, закрывающая горловину 8 радиатора, состоит из корпуса 18 (см. рис. 5.2, б), парового 22 и воздушного 25 клапанов и запирающей пружины 21.

На стойке 20, с помощью которой к корпусу прикреплена запирающая пружина, установлен паровой клапан, прижатый пружиной 19. Воздушный клапан 25 прижимается пружиной 26 к седлу 27. Плотное прилегание клапанов к седлам достигается установкой резиновых прокладок 23 и 24. При повреждении резиновых прокладок система охлаждения становится открытой и охлаждающая жидкость закипает при температуре 100 °С. При исправных клапанах давление в системе несколько больше давления окружающей среды и температура кипения охлаждающей жидкости составляет 108—119 °С.

В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При давлении 145—160 кПа открывается паровой клапан 22, преодолевая сопротивление пружины 19. Система охлаждения двигателя сообщается с окружающей средой, и пар выходит из радиатора через пароотводную трубку 17. После охлаждения жидкости пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При давлении 1 — 13 кПа открывается воздушный клапан 25 и в радиатор через отверстие 28 и клапан начинает поступать воздух из окружающей среды. Паровой и воздушный клапаны предотвращают возможное повреждение радиатора вследствие высокого давления как с внешней, так и с внутренней стороны.

В случае использования в системе охлаждения расширительного бачка клапаны могут размещаться в его пробке.

Жидкостной насос служит для создания принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Наибольшее распространение получили центробежные насосы, имеющие от 4 до 8 спиральных или радиальных лопаток.

Привод насоса осуществляется от коленчатого вала ремнями или зубчатыми шкивами.

На рис. 5.4 представлен жидкостной насос и вентилятор двигателя автомобиля ЗИЛ-431410, который состоит из корпуса 7, крыльчатки 5 и корпуса 10 подшипников, соединенных между собой через прокладку 6. Вал 4 насоса вращается в двух шарикоподшипниках 3, снабженных уплотнительными манжетами для удержания масла. Передний подшипник фиксируется упорным кольцом 2, а задний удерживается от перемещения дистанционной втулкой 11. Крыльчатка 5 крепится на конце вала. При вращении крыльчатки охлаждающая жидкость из подводящего патрубка 9 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под давлением центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7, а оттуда через полые отводы 8 подается в рубашку охлаждения.

Рис. 5.4. Центробежный насос и вентилятор: / — вентилятор; 2 — упорное кольцо; 3 — шарикоподшипники; 4 — вал; 5 — крыльчатка; 6 — прокладка; 7 — корпус; 8 — отвод; 9 — подводящий патрубок; 10— корпус шарикоподшипников; 11 — дистанционная втулка; 12 — втулка; 13 — ступица; 14 — шкив; 15 — лопасть; 16 — резиновая манжета; 17 — уплотнительная

шайба; 18 — обойма

Герметичность вращающихся деталей, расположенных в корпусе 7 насоса, обеспечивается самоподжимной уплотнительной манжетой, установленной в крыльчатке и состоящей из уплотнительной шайбы 17, резиновой манжеты 16 и пружины, прижимающей шайбу 17 к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба 17 входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 18. На переднем конце вала 4 с помощью втулки 12 установлена ступица 13, к которой крепится шкив 14 привода насоса и вентилятора.

Вентилятор служит для увеличения потока воздуха через радиатор. Если на привод жидкостного насоса затрачивается 0,5—1 % мощности двигателя, то на привод вентилятора эти затраты составляют 3—5 %. Наибольшее распространение получили осевые вентиляторы (направляют воздух вдоль оси своего вращения) с числом лопастей от четырех до восьми. Лопасти вентилятора выполняют литыми или клепаными. Клепаные лопасти штампуют из листовой стали. Литые вентиляторы изготовляют из синтетических материалов, и они имеют более высокий КПД по сравнению с клепаными, хотя последние проще в изготовлении. Для снижения уровня шума лопасти устанавливают относительно друг друга с переменным шагом.

Лопасти вентилятора, как правило, располагают в направляющем кожухе 16 (см. рис. 5.2, а) (диффузоре), который повышает эффективность работы вентилятора.

Существуют следующие приводы вентиляторов:

  • • клиноременные (наиболее распространенные);
  • • зубчатые (от зубчатого колеса ГРМ);
  • • электрические;
  • • электромагнитные;
  • • гидравлические.

Электрический привод включает в себя электродвигатель, который включается и выключается автоматически в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в радиаторе, контролируемой датчиком.

Электромагнитный привод имеет электромагнитную муфту (рис. 5.5), совмещенную с жидкостным насосом. Она состоит из электромагнита 5 насоса и ступицы 3 вентилятора, соединенной пластинчатой пружиной с якорем, свободно вращающимся вместе со ступицей на двух шарикоподшипниках 4.

Катушка электромагнита соединена с тепловым реле, датчик которого расположен в верхнем бачке радиатора. При температуре охлаждающей жидкости в верхнем бачке радиатора 85—90 °С тепловое реле подает ток в катушку электромагнита. Якорь притягивается к электромагниту, и ступица вместе с лопастями вентилятора начинает вращаться. Когда температура снизится до 80 °С, контакты реле разомкнутся и вентилятор отключится.

Гидравлический привод реализуется посредством гидромуфты (рис. 5.6), которая передает крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору и гасит инерционные нагрузки, возникающие при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

Передняя крышка / и корпус 2 подшипника соединены винтами и образуют полость, в которой установлена гидромуфта. Ведущий вал 6 в

Рис. 5.5. Жидкостной насос в сборе с электромагнитной муфтой вентилятора: 1 — шкив; 2 — муфта; 3, 5 — ступицы; 4 — подшипники; 6 — электромагнит; 7 — вал; 8 — уплотнительная

манжета; 9— крыльчатка; 10 — корпус; 11 — лопасти

Рис. 5.6. Гидромуфта вентилятора: 7 — передняя крышка; 2 — корпус подшипника; 3 — кожух; 4, 8, 13, 19 — подшипники; 5 — трубка корпуса подшипника; 6 — ведущий вал; 7— шлицевой валик; 8 — уплотнительное кольцо; 9 — ведомое колесо; 10 — ведущее колесо; 11 — шкив; 12 — вал шкива; 14 — упорная втулка; 15 — ступица вентилятора; 16 — ведомый вал;

17, 20— уплотнительные манжеты; 18— прокладка

сборе с кожухом 3, ведущее колесо 10, вал 12 шкива и шкив 11 соединены между собой болтами и составляют ведущую часть гидромуфты, которая вращается в шарикоподшипниках 8 и 19. Ведущая часть гидромуфты приводится во вращение от коленчатого вала через шлицевой валик 7. Ведомое колесо 9 в сборе с валом 16, на котором закреплена ступица 15 вентилятора, составляет ведомую часть гидромуфты, вращающуюся в шарикоподшипниках 4 и 13. Гидромуфта уплотнена резиновыми манжетами 17 и 20.

На внутренних тороидальных поверхностях ведущего и ведомого колес отлиты радиальные лопатки. Межлопаточное пространство колес образует рабочую полость гидромуфты.

Передача крутящего момента с ведущего колеса 10 на ведомое колесо 9 происходит при заполнении рабочей полости маслом. Частота вращения ведомой части гидромуфты зависит от количества масла, поступающего в гидромуфту.

Масло поступает через выключатель (рис. 5.7), который управляет работой гидромуфты вентилятора. Выключатель имеет три фиксированных положения, обеспечивающих различные режимы работы вентилятора.

Положение «В» (рис. 5.7, а) — автоматический режим, поддерживается температура охлаждающей жидкости 80—95 °С. При повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик 15, активная масса, находящаяся в баллончике датчика, начинает плавиться и увеличиваться в объеме, шток датчика и золотник 5 перемещаются. Золотник при температуре 85—90 °С открывает масляный канал в корпусе 2 выключателя. Масло из главной масляной магистра-

Рис. 5.7. Выключатели гидромуфты: а — обычный; б — усовершенствованный; 1 — крышка; 2 — корпус; 3 — шайба; 4 — возвратная пружина; 5 — золотник; 6, 7 — уплотнительные кольца; 8 — пробка; 9 — рычаг; 10 — пружина; 11 — фиксатор; 12 — крышка; 13 — регулировочные шайбы; 14 — гайка; 15 — термосиловой датчик; 16 — рычаг; 17, 21 — шарики; 18 — крышка; 19 — пробка крана; 20 — корпус; 22 — термосиловой клапан в сборе; Б — отверстие

для подвода масла из смазочной системы; В — выходное отверстие

ли смазочной системы двигателя по каналам в корпусе выключателя, блока и его передней крышке, трубке 5 (см. рис. 5.6) и каналам в ведущем валу поступает в рабочую полость гидромуфты. При этом находящееся в гидромуфте масло через отверстие в кожухе 3 сливается в картер двигателя.

Положение «О» (см. рис. 5.7) — вентилятор отключен. Масло в гидромуфту не подается при любой температуре. Вентилятор может вращаться с небольшой частотой, увлекаемый трением в подшипниках и набегающим встречным потоком воздуха.

Положение «П» — вентилятор включен постоянно. В гидромуфту постоянно подается масло независимо от температуры двигателя.

Гидравлический, электрический и электромагнитный приводы вентилятора в отличие от механического (ременный и зубчатый) обеспечивают более выгодный тепловой режим двигателя. Они не охлаждают непрогретый двигатель и снижают потери мощности на привод вентилятора, уменьшая расход топлива.

Термостаты предназначены для ускоренного прогрева двигателя при пуске и поддержания наивыгоднейшего теплового режима.

Различают термостаты с жидкостным и твердым наполнителями.

Жидкостной термостат состоит из корпуса 7 (рис. 5.8, а) с окнами, гофрированного баллона 2 и клапана 5. Нижняя часть гофрированного баллона жестко соединена с кронштейном 8 корпуса. К верхней части баллона прикреплен шток 3 с клапаном. Шток может перемещаться в направляющей корпуса. Иногда в клапане термостата делают небольшое отверстие и канавку на его кромке для выхода воздуха при заливке жидкости в систему охлаждения.

В запаянном гофрированном баллоне находится охлаждающая жидкость (70 % этилового спирта и 30 % воды). Воздух из баллона откачан, и при нормальных условиях, т. е. при температуре охлаждающей жидкости менее 70 °С, баллон сжат, а клапан закрыт. Охлаждающая жидкость по перепускному каналу поступает к насосу, минуя радиатор (малый круг циркуляции). По мере прогрева двигателя охлаждающая жидкость нагревается. При температуре свыше 73 °С охлаждающая жидкость, находящаяся в баллоне, начинает испаряться, давление в баллоне повышается и клапан открывается, направляя охлаждающую жидкость через радиатор (большой круг циркуляции). При температуре 88—94 °С клапан термостата открыт полностью.

В термостатах с твердым наполнителем в качестве рабочего тела используется церезин (нефтяной воск) с медной стружкой, обладающий большим коэффициентом объемного расширения.

К корпусу 7термостата (рис. 5.8, б) пружиной 13 постоянно прижимается клапан 5, шарнирно соединенной со штоком 3. Шток опирается на резиновую мембрану 77, которая зажата баллоном 9 и направляющей втулкой. Пока двигатель не прогрет, наполнитель (церезин) находится в твердом состоянии и клапан термостата закрыт. При достиже-

К жидкостному насосу

К жидкостному насосу

Рис. 5.8. Работа термостатов: а — жидкостного; б — с твердым наполнителем; / — корпус жидкостного насоса; 2 — гофрированный баллон; 3 — шток; 4 — прокладка; 5 — клапан термостата; 6 — патрубок для отвода горячей охлаждающей жидкости; 7 — корпус термостата; 8— кронштейн; 9— баллон термостата; 10— твердый наполнитель; 11 — резиновая мембрана; 12 — направляющая втулка; 13 — возвратная пружина; 14 — коромысло клапана; 15 — буфер; 16— впускной трубопровод; І, II — рабочие фазы

нии температуры охлаждающей жидкости 70 °С церезин плавится и объем его увеличивается. При этом он нажимает на мембрану, она прогибается вверх и давит через буфер 15 на шток, который поворачивает клапан 5, вследствие чего охлаждающая жидкость поступает в радиатор. При снижении температуры охлаждающей жидкости объем наполнителя уменьшается и клапан термостата под действием возвратной пружины закрывается.

Общим недостатком термостатов является уменьшение циркуляции охлаждающей жидкости через радиатор при низкой температуре окружающей среды. В случае заполнения системы охлаждения водой это может привести к ее замерзанию в нижнем бачке или трубках сердцевины радиатора и вывести его из строя. Поэтому в системах охлаждения двигателей с термостатами в зимнее время года желательно применять низкозамерзающие охлаждающие жидкости или утеплять радиатор.

studref.com


Смотрите также


Интересующую Вас информацию Вы можете уточнить у наших специалистов, заполнив форму, приведенную ниже. Мы с радостью Вас проконсультируем!
Почта:
Ваше Имя:
Сообщение:
30+5