Расширительные бачки устанавливают также в системе охлаждения
двигателей автомобилей «Жигули» и ГАЗ-24 «Волга».
Жалюзи 14 (см. рис. 1) створчатого типа предназначены для изменения
количества воздуха, проходящего через радиатор. Управляет ими водитель с
помощью троса и рукоятки, выведенной в кабину.
Водяной насос (рис. 2, в) служит для создания циркуляции воды в системе
охлаждения. Он состоит из корпуса 8. вала б, крыльчатки 7 и самоуплотняющегося
сальника. Располагается насос обычно в передней части блока цилиндров и имеет
привод клиновидным ремнем от коленчатого вала двигателя. Шкив 2 приводит во
вращение одновременно крыльчатку 7 водяного насоса и ступицу 3 вентилятора.
Самоуплотняющийся сальник состоит из резинового уплотнителя 9,
графитизированной текстолитовой шайбы 10, обоймы 11 и пружины, прижимающей
шайбу 10 к торцу подводящего патрубка 12.
Вентилятор предназначен для усиления потока воздуха, проходящего через
радиатор. Вентилятор имеет обычно четыре—шесть лопастей 1. Для снижения шума
лопасти располагают Х-образно, попарно под углом 70 и 110°. Изготовляют лопасти
из листовой стали или пластмассы («Москвич-2140», ГАЗ-24 «Волга»).
Лопасти имеют отогнутые концы (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130), что улучшает вентиляцию
подкапотного пространства и повышает производительность вентиляторов. Иногда
вентилятор располагают в кожухе, который способствует повышению скорости
воздуха, просасываемого через радиатор.
Для уменьшения мощности, необходимой для привода вентилятора, и улучшения
работы системы охлаждения применяют вентиляторы с электромагнитной муфтой.
Эта муфта автоматически отключает вентилятор, когда температура воды в верхнем
бачке радиатора ниже 350—358 К (78 85°С).
В привод вентилятора двигателя КамАЗ-740 включена гидромуфта,
обеспечивающая плавную передачу вращения от коленчатого вала к вентилятору.
Гидромуфта включается автоматически: по мере увеличения температуры
Жидкости в системе охлаждения активная масса, находящаяся в баллоне
включателя, плавится, и объем ее увеличивается, а это вызывает перемещение
золотника, открывающего доступ масла из системы смазки в гидромуфту, Частота
вращения вентилятора зависит от количества масла, поступающего в гидромуфту.
При прекращении подачи масла вентилятор отключается.
В настоящее время стремительно развиваются «разумные» системы регулирования
температуры охлаждающей жидкости т.к., например классический постоянный привод
вентилятора и водяного насоса отнимает часть мощности двигателя при этом на
относительно больших установившихся скоростях (движение по шоссе) зачастую
работа вентилятора не нужна. Поэтому ниже будут описаны некоторые системы
разумных вентиляторов.
Вентилятор — неотъемлемая часть системы охлаждения любого современного двигателя.
При жидкостном охлаждении он просасывает воздух через радиатор, а при воздушном
— подает этот самый воздух (здесь он выступает в роли охлаждающего тела) к нагретым
частям мотора. И можно сказать, с момента появления вентиляторов инженеры
решают, как сделать его привод оптимальным. Познакомимся с некоторыми результатами
из усилий.
Простейшая конструкция привода вентилятора хорошо известна – клиновым
ремнем от шкива, установленного на носке коленчатого вала. Но простое не всегда
означает самое лучшее. Вентилятор работает постоянно, а значит, постоянно
шумит, потребляет мощность, и немалую (3–6% от мощности двигателя), и, главное,
охлаждает двигатель независимо от его температурного режима. Именно большая потребляемая
мощность побудила отказаться от ременного привода в пользу шестерен на тяжелых
двигателях. Чтобы привод не испытывал больших нагрузок при резкой смене режимов
работы мотора (не забудьте – вентилятор тоже своего рода маховик и момент
инерции его отнюдь не мал), устанавливают фрикционные, гидравлические или
упругие резиновые муфты (рис. 3).
Рис. 3. Привод вентилятора с упругой муфтой: 1 –
вентилятор; 2 – упругая муфта; 3 – шкив; 4 – шестерня привода вентилятора.
|
Теперь о том, как заставить вентилятор работать таким образом, чтобы зря
не остужать холодный двигатель, и интенсивно трудиться, когда мотору жарко.
Одной из самых первых и простых систем регулирования была... замена вентилятора.
В жаркое время года использовалась крыльчатка большей производительности, зимой
– меньшей. Само собой, что регулирование осуществлялось очень грубо – вряд ли
можно представить себе водителя, выбирающего вентиляторы в соответствии с прогнозом
погоды и меняющего их чуть ли не ежедневно.
Такая система не решает и другой важной проблемы. Понятно, что
конструкция вентилятора и его привода должна обеспечивать достаточное
охлаждение, начиная с самых низких оборотов коленчатого вала. На больших же
оборотах при жесткой механической связи это приведет к огромному перерасходу
энергии: скажем, для машины среднего класса такой вентилятор на максимальных оборотах
"съедал" бы около 8 кВт мощности двигателя, в то время как
достаточная в таких условиях – не превышает 3–3,5 кВт. В этом причина того, что
жесткая механическая передача в наше время почти не применяется.
Как известно, устройства, передающие и преобразующие крутящий момент, в
технике называют трансмиссиями, значит, привод вентилятора тоже трансмиссия.
Интересно, что многие
Рис. 4. Электромагнитная муфта включения вентилятора:
1 – шкив; 2 – контактное кольцо; 3 – угольная щетка; 4 – стальное кольцо; 5 –
плоская пружина; 6 – вентилятор; 7 – электромагнит.
|
конструкции, призванные решать указанную выше проблему этого привода,
обладают определенным сходством с "большой" трансмиссией автомобиля,
передающей крутящий момент на его колеса. Здесь мы можем найти и сцепления, и
гидромуфты, и вискомуфты (вязкостные муфты, напомним, сейчас нередко используют
вместо межосевого дифференциала), и электрический привод. Рассмотрим наиболее
распространенные из этих систем.
Электромагнитное сцепление (рис. 4) автоматически включает вентилятор по
достижении определенной температуры охлаждающей жидкости.
Такая система применялась на автомобилях ГАЗ–24 ранних серий и многих
современных им зарубежных. В этой системе на шкиве помещали мощный кольцевой
соленоид. Когда срабатывает датчик, цепь соленоида замыкается и металлическое
кольцо, связанное с вентилятором через пластинчатые пружины, примагничивается к
шкиву: вентилятор включен и работает до тех пор, пока температура не снизится и
управляющий датчик не снимет питания с электромагнита. Подобный же принцип
реализован и в автомобилях с поперечным расположением двигателя: датчик
температуры включает электродвигатель вентилятора.
В последнее время появились двухскоростные электродвигатели, позволяющие
обеспечить ступенчатое регулирование: вентилятор отключен, работает в частичном
режиме или на полную производительность. Есть машины и с двумя вентиляторами, которые
вводятся в работу последовательно. Попутно заметим, что на тяжелых грузовых
машинах и автобусах электровентиляторы – редкость. Представьте себе мощность
электрооборудования (генератора, аккумулятора), которая потребуется, чтобы
обеспечить необходимые такому вентилятору 10–12кВт. Вот почему здесь все еще
царствует "чистая" механика.
На популярных автобусах "Икарус" ставят фрикционную муфту с
пневмоприводном – своего рода сцепление, только на условную педаль здесь нажимает
не нога, а сжатый воздух. Регулирование включения-отключения осуществляется,
естественно, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.
Самые сложные системы умеют плавно регулировать скорость вентилятора. На
многих легковых автомобилях (в качестве примера назовем большинство БМВ,
"Мерседесов"), а также на некоторых грузовиках (в том числе и на
отечественном ЗИЛ-4331) в привод вентилятора встроена вискомуфта (рис. 5).
Рис. 5. Вискомуфта вентилятора: 1 – крышка камеры; 2
– лепестковый клапан; 3 – биметаллический терморегулятор; 4 – крышка муфты; 5
– корпус муфты; 6 – ведущий диск; А – резервная полость.
|
Коротко познакомим с работой такого устройства. Пока мотор не прогрелся,
рабочая полость муфты пуста – специальная силиконовая жидкость находится в резервной
полости. Двигатель прогревается, термоэластичная пластина постепенно открывает
клапан, жидкость поступает в рабочую полость, и, когда проскальзывает между
дисками, ее вязкость растет – муфта начинает передавать момент. С ростом
температуры рабочая полость заполняется все больше, обороты вентилятора
увеличиваются. Таким вот образом плавно регулируется производительность
вентилятора. Вискомуфта сконструирована так, что на малых оборотах ее проскальзывание
невелико, а при высоких – вентилятор заметно отстает. Это, повторим, позволяет
заметно экономить энергию (а значит, и топливо) на высокой скорости, когда
обдув радиатора достаточен.
Рис. 6. Гидромуфта привода вентилятора: 1 – шкив; 2
– ступица вентилятора; 3 – ведущее колесо гидромуфты; 4 – ведомое колесо
гидромуфты; 5 – трубки подачи масла в рабочую полость; 6 – ведущий вал; А –
рабочая полость.
|
На тяжелых дизельных двигателях для бесступенчатого регулирования
оборотов в механике привода нередко используется гидравлическая муфта (рис. 6),
подобная той, что работает в автоматических коробках передач. Обороты
вентилятора изменяются здесь в зависимости от заполнения полости между ведущим
и ведомым колесами муфты. Количество масла, которое поступает из системы смазки
двигателя, регулируется автоматически
по температуре охлаждающей жидкости.
Гидромуфта используется и на некоторых двигателях воздушного охлаждения,
например на известных у нас с давних пор дизелях "Дойц", стоявших на
грузовых автомобилях "Магирус". Охлаждающей жидкости в "воздушнике",
понятное дело, нет, и подачей масла в муфту управляет терморегулятор, который
учитывает температуру воздуха на выходе из системы охлаждения и температуру
выхлопных газов. Работа системы зависит и от температуры масла: с ростом ее
вязкость последнего снижается, а значит, горячего (и жидкого) масла в рабочую
полость муфты поступает больше. Интересная особенность: корпус муфты
одновременно служит центрифугой для очистки масла.
На современных легковых автомобилях, легких грузовиках и микроавтобусах радиатор
двигателя чаще всего оснащают электрическим вентилятором (рис. 7), у которого немало
преимуществ по сравнению с механическим. Электрический включается только по
достижении некоего верхнего предела температуры, а когда она придет в норму,
тут же выключается.
Результат – более стабильный температурный режим двигателя. К
тому же он быстрей прогревается после пуска, меньше расходует топлива.
Включившийся электровентилятор вращается достаточно быстро даже при низких оборотах
двигателя – и этим снижает риск перегрева при больших нагрузках в тяжелых
дорожных условиях. Механический вентилятор в таких случаях не всегда
эффективен. Примерные схемы электроприводов вентилятора приведены на рисунках ниже.
Рис. 7. Штатная схема включения
электродвигателя вентилятора (ВАЗ, ГАЗ)
Казалось бы, перечнем достоинств тему можно и закрыть, да качество
электротехники не позволяет. В чем же главная причина капризов электровентилятора?
Его мотор потребляет ток до 15–20 А, включаясь по команде датчика температуры
охлаждающей жидкости в радиаторе (рис. 7). Чтобы большой ток не шел напрямую
через нежные контакты датчика 1, в штатной конструкции применили разгрузочное
реле 2. Решение естественное, но не безупречное – на российских автомобилях
самым ненадежным элементом в системе охлаждения зарекомендовал себя как раз
датчик температуры. Его контакты обгорают – и конец! И это, заметьте, при
исправной работе разгрузочного реле.
Рис. 8. Схема включения электродвигателя
вентилятора без разгрузочного реле на некоторых зарубежных автомобилях: 1 –
датчик температуры; 2 – добавочный резистор; 3 – электродвигатель.
И чем больше потрудился датчик температуры, тем выше вероятность отказа
из за противоиндукции: в момент разрыва контактов исчезающее электромагнитное
поле не только создает высокое напряжение на вторичной обмотке катушки
зажигания, необходимое для свечи, но и немалое, до 400 В, напряжение противоиндукции
в первичной обмотке. Вот оно-то и «прожигает» контакты: каждое их размыкание не
проходит бесследно – а за тысячу километров пути их накапливается около 4 миллионов.
Результат – эрозия контактов. Система работает хуже и хуже. Задавая себе
шекспировский вопрос «кипеть или не кипеть?», водителю надо чаще глядеть на
указатель температуры и прислушиваться к шуму под капотом. Но еще вернее –
вовремя заменить старенький датчик, дабы зря не рисковать. Однако есть и другие
возможности.
Рис. 9. Доработанная схема включения
электровентилятора: 1 – датчик температуры; 2 – реле; 3 – электродвигатель; 4 –
диод
Первая: установить датчик включения вентилятора с тремя выходами – схема
на рис. 8. Здесь уже нет разгрузочного реле. Электромотор включается постепенно
– сначала через контакты 1 и 2 с добавочным резистором, а затем уже напрямую,
через контакты 1 и 3. Результат – гораздо меньший эрозионный износ. Во многих
случаях (при невысоких нагрузках на двигатель автомобиля) пара 1–3 почти не
используется.
Второй вариант – на рис. 9: здесь сохраняется разгрузочное реле. Однако
в цепи есть новый элемент – диод 4 (типа КД105 и близкие к нему). Зачастую диод
впаивается непосредственно в реле (так удобней). В момент разрыва контактов
датчика 1 тлетворное влияние на них ЭДС самоиндукции исключено – ток через диод
уходит на «массу».
Подобное применение диодов
очень характерно для зарубежных автогигантов «Мерседес», БМВ и т.д. В последнее
время в продаже стали появляться готовые колодочки под такие реле – уже с впаянными
туда диодом и проводками.
Завершая разговор о приводах вентиляторов, заметим: как ни совершенны
многие из этих устройств, все же они не способны избавить двигатель внутреннего
сгорания от одного из его серьезных недостатков – до 30% энергии топлива,
"уходящие" в систему охлаждения, теряются безвозвратно.
Термостат 5 (см. рис. 1) автоматически поддерживает устойчивый тепловой
режим двигателя. Как правило, термостат устанавливают на выходе охлаждающей
жидкости из рубашек охлаждения головок цилиндров или впускного трубопровода
двигателя.
Термостаты могут быть жидкостные и с твердым наполнителем.
В жидкостном термостате (рис. 10, б) имеется гофрированный баллон 7,
заполненный легко испаряющейся жидкостью. Нижний конец баллона закреплен в
корпусе б термостата, а к штоку 5 верхнего конца припаян клапан 4.При
температуре охлаждающей жидкости ниже 351 К (78°С) клапан термостата закрыт
(рис. 10, а) и вся жидкость через перепускной шланг 2 (байпас) направляется
обратно в водяной насос, минуя радиатор. Вследствие этого, ускоряется прогрев
двигателя и впускного трубопровода.
Когда температура превысит 351 К (78°С), давление в баллоне 7 увеличивается,
он удлиняется и приподнимает клапан 4. Горячая жидкость через патрубок 3 и
шланг направляется в верхний бачок радиатора. Клапан 4 полностью открывается
при температуре 364 К (9ГС) (ЗМЗ-53).
Термостат с твердым наполнителем (ЗИЛ-130, «Москвич-2140», КамАЗ-740)
имеет баллон 7 (рис. 10, в), заполненный церезином нефтяным воском) в и
закрытый резиновой диафрагмой 9. При температуре 343 К (70°С) церезин плавится
и, расширяясь, перемещает вверх диафрагму 9, буфер 12 и шток 5. При этом
открывается клапан 4 и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через
радиатор (рис. 10, г). .
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
|