Тема 10. Основные системы двигателя внутреннего сгорания

Содержание темы: Система питания. Система смазки. Система охлаждения. Система пуска двигателей. Электрооборудование.

Назначение, устройство и работа системы охлаждения. Тепло от нагретых деталей двигателя на 60 – 70% отводится системой охлаждения двигателя. Оставшиеся 30 – 40% тепла отводятся системой смазки и рассеиваются от корпусных деталей двигателя.           Система охлаждения может быть воздушной или жидкостной. При воздушной системе охлаждения тепло от деталей двигателя от камер сгорания и цилиндров передаётся обдувающему их воздуху, который циркулирует в воздушной рубашке охлаждения. Рубашку охлаждения образуют рёбра охлаждения цилиндров и кожух, внутрь которого эти цилиндры помещаются. Воздух через кожух прокачивается вентилятором системы охлаждения с приводом от электродвигателя или ременным приводом от коленчатого вала двигателя. Количество воздуха на входе в рубашку охлаждения регулируется заслонками, управляемыми водителем вручную, или автоматически, с помощью термостатов или иных специальных приспособлений.          Жидкостная система охлаждения имеет рубашку охлаждения, радиатор с расширительным бачком и паровоздушным клапаном горловины радиатора (расширительного бачка), жалюзи радиатора, насос охлаждающей жидкости, термостат, вентилятор, соединительные патрубки и шланги. Рубашка охлаждения, радиатор, патрубки и шланги заполняются охлаждающей жидкостью.          При работе двигателя насос, приводимый в движение от коленчатого вала через ременную передачу, создаёт циркуляцию охлаждающей жидкости. Если двигатель «холодный» жидкость не попадает в радиатор и циркулирует по малому кругу рубашки охлаждения. По мере прогрева двигателя часть жидкости, а затем и вся жидкость начинает циркулировать через радиатор по большому кругу рубашки охлаждения. В радиаторе жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, а при движении автомобиля ещё и встречным потоком воздуха. Охлаждённая жидкость забирается из радиатора насосом и подаётся в рубашку охлаждения.           Насос охлаждающей жидкости традиционной конструкции – центробежного типа, обычно состоит из корпуса и крышки.          Вентилятор системы охлаждения с электрическим приводом включается от датчика управления вентилятором (термореле) при достижении жидкостью охлаждения верхнего предела рабочей температуры и выключается при охлаждении жидкости до нижнего предела рабочей температуры. Механический привод вентилятора обеспечивает его постоянную работу при работающем двигателе независимо от температуры охлаждающей жидкости.           Термостат регулирует и поддерживает температурный режим двигателя, пропуская жидкость по малому кругу при прогреве холодного двигателя, и по большому кругу, при работе двигателя на рабочих температурах (85 - 110°C).           Термостаты имеют одно- или двух клапанную конструкцию. Термосиловой элемент термостата размещается в пластмассовом или металлическом корпусе термостата и представляет собой закрытый латунный цилиндр, внутри которого находится твёрдый или жидкий наполнитель. Объём наполнителя увеличивается при нагревании. Увеличение или уменьшение объёма наполнителя приводит к перемещению (открыванию – закрыванию) клапанов термостата.           Жидкостные системы охлаждения автомобилей относятся к типу закрытых и сообщаются с атмосферой только через паровоздушный клапан пробки расширительного бачка. В расширительный бачок жидкость поступает из радиатора вследствие расширения жидкости при нагревании. Закрытая система охлаждения способствует поддержанию в системе повышенного давления (в пределах 1,10 – 1,35 атм.), что необходимо для повышения температуры кипения охлаждающей жидкости выше 100°С.           В качестве охлаждающих жидкостей в системах охлаждения двигателей используются антифризы. Основой антифризов являются этиленгликоль или пропиленгликоль. Этиленгликоль – бесцветная сильно ядовитая жидкость с низкой температурой замерзания, маслянистая на ощупь и сладковатая на вкус. На основе этиленгликоля выпускаются антифризы с торговой маркой «Тосол». Пропиленгликоль меньше вреден для здоровья, но по рабочим характеристикам уступает этиленгликолю. В охлаждающие жидкости добавляются присадки сдерживающие коррозию металла и препятствующие образованию накипи на стенках рубашки охлаждения. Также антифризы имеют низкую температуру начала кристаллизации и обладают смазывающими свойствами. Применять в качестве охлаждающей жидкости воду не рекомендуется, так как при этом сокращается срок службы насоса системы охлаждения и двигателя в целом. Также не следует смешивать между собой антифризы разных производителей. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечиваюших подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы. В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000°С и более. Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и как следствие усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела. При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя. Состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки охлаждения блока цилиндров, радиатора, вентилятора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, датчика и указателя температуры.

 При работе двигателя на детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов действуют знакопеременные силы, высокая температура, давление, агрессивная среда рабочих, отработанных и картерных газов. Работа двигателя при температуре охлаждающей жидкости ниже или выше рабочей температуры приводит к ухудшению характеристик двигателя и повышенному износу его деталей. Перегрев двигателя, сопровождающийся закипанием жидкости в системе охлаждения, может иметь и более серьёзные последствия. Из-за уменьшения зазоров в паре трения поршень – цилиндр, усиливается трение между деталями, выгорает смазка, становится возможным заклинивание поршня в цилиндре, «сход» хрома с верхнего компрессионного кольца, появление задиров на юбке поршня и стенках цилиндров, а также частичное оплавление и деформация поршня. Вследствие возникающих напряжений на стыке привалочных плоскостей блока и головки блока возможны деформации этих плоскостей с последующим прогоранием прокладки головки блока. Перегрев головки блока приводит к деформации посадочных отверстий сёдел выпускных клапанов, потере натяга седла вплоть до его выпадения из гнезда.

Назначение, устройство и работа системы смазки.

Система смазки несёт три основных функции:

1) обеспечивает смазку трущихся поверхностей деталей;

2) отводит тепло от деталей;

3) выносит продукты износа из пар трения.

По способу подвода масла к деталям различают систему смазывания под давлением, смазывания разбрызгиванием и комбинированную систему.           Подавляющее большинство смазочных систем автомобильных двигателей это системы комбинированного типа . В комбинированных системах наиболее нагруженные детали двигателя смазываются под давлением, а остальные разбрызгиванием. Под давлением смазываются все валы двигателя - коленчатый вал, распределительный вал, вал вспомогательных механизмов, балансирные валы, вал турбокомпрессора и др. Пульсирующей струёй через отверстие в шатуне смазываются стенки цилиндров. В некоторых конструкциях пульсирующая струя масла через специальные форсунки подаётся под головку поршня для её охлаждения. Масло, которое попадает на вращающиеся и движущиеся детали двигателя разбрызгивается этими деталями, образуя «масляный туман». В масляном тумане работают и смазываются детали двигателя, к которым масло не подаётся под давлением.           Комбинированная система смазки имеет масляный насос с маслоприёмником и встроенным редукционным клапаном , масляный фильтр, масляный радиатор и резервуар для масла, которым является масляный поддон у двигателей традиционной конструкции, или масляный бак двигателей, имеющих, так называемый «сухой картер».           Масляный насос шестерёнчатого или роторного типа приводится в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя либо через распределительный вал или вал вспомогательных механизмов. На двигателях, имеющих сухой картер, привод масляного насоса может осуществляться от электродвигателя. Рабочие шестерни масляного насоса имеют внутреннее или внешнее зацепление. Насосы с шестернями внутреннего зацепления более компактные и размещаются в крышке коленчатого вала, а ведущая шестерня посажена на передний носок КВ. Масляный насос нагнетает масло к деталям и создаёт необходимое давление в системе смазки. Величина давления во многом зависит от частоты вращения коленчатого вала. Для двигателей различных конструкций эта величина составляет 0,4 – 0,8 кгс/см2, при оборотах КВ до 1000 об/мин. (оборотах холостого хода), и 4,0 – 5,0 кгс/см2, при оборотах КВ 5000 – 7000 об/мин. (оборотах максимальной мощности). Максимальное давление в системе регулируется посредством редукционного клапана.           Редукционный клапан встроен в корпус насоса и  перепускает часть «лишнего» масла с выхода насоса на его вход. Рабочим элементом клапана является подпружиненный шарик, поршенёк или плоская металлическая шайба.           Масло, поступающее к деталям двигателя от масляного насоса, очищается от механических примесей в масляном фильтре. Различают одинарные и двойные системы очистки масла. Одинарные полнопоточные системы получили наибольшее распространение на двигателях легковых автомобилей. Масло на входе в масляную магистраль фильтруется через единственный масляный фильтр тонкой очистки. Двойная очистка масла подразумевает наличие двух фильтров: полнопоточного фильтра грубой очистки масла, включённого в систему последовательно, и фильтра тонкой очистки, подключаемого в систему параллельно. Через фильтр грубой очистки фильтруется всё масло, имеющееся в двигателе. Через фильтр тонкой очистки масло фильтруется «порционно».    Масляный фильтр тонкой очистки может иметь разборную или неразборную конструкцию.           Фильтр разборной конструкции имеет корпус, стационарно прикреплённый к двигателю и съёмный фильтрующий элемент, заменяемый при каждой смене масла.           Неразборные фильтры имеют корпус, фильтрующий элемент и несколько встроенных клапанов. Используются три основных типа клапанов: 1) противодренажный клапан – предотвращает стекание масла из фильтра обратно в картер при неработающем двигателе; 2) обратный клапан (противосливной) – исключает вытекание масла из фильтра при снятии фильтра с двигателя; 3) перепускной клапан – пропускает масло в масляную магистраль минуя фильтрующий элемент в случае повышении давления масла на входе в фильтр. Помимо функции смазывания трущихся деталей система смазки несёт функцию охлаждения этих деталей. При этом само масло не должно сильно нагреваться во избежание снижения вязкости и способности удерживаться на деталях а, следовательно, и смазывающей способности. Охлаждение масла происходит в поддоне картера и частично в корпусе наружного фильтра вследствие их обдува встречным потоком воздуха при движении автомобиля и воздухом от вентилятора системы охлаждения двигателя. На части двигателей, имеющих высокую теплонагруженность, для охлаждения масла применяют масляные радиаторы.           Масляный радиатор подключается к масляной магистрали параллельно, снабжается предохранительным клапаном, отключающим радиатор от системы смазки при падении давления ниже 0,4 – 0,8 кгс/см2 и термостатом, включающим/выключающим радиатор в соответствии с заданной температурой. Масляные радиаторы бывают с воздушным и жидкостным охлаждением. На легковых автомобилях первый тип радиаторов имеет большее применение. Масляный радиатор с воздушным охлаждением пластинчатого или трубчатого типа, устанавливается перед радиатором системы охлаждения.