Система охлаждения легкового автомобиля

     ОГЛАВЛЕНИЕ      

Введение	3
Назначение и виды системы охлаждения легкового автомобиля	6
Виды системы охлаждения	6
Устройство и работа приборов системы охлаждения	12
Расчет системы охлаждения легкового автомобиля	20
Техническое обслуживание и ремонт системы охлаждения легкового автомобиля	45
Основные неисправности и ремонт системы охлаждения	45
Техническое обслуживания	56
Рекомендации по модернизации системы охлаждения легкового автомобиля	59
Обоснование модернизации системы охлаждения автомобиля Лада Калина	59
Процесс модернизации системы охлаждения Лада Калина	64
Заключение	71
Список  литературы	72
Приложения	76

    Введение

     Система охлаждения предназначена для принудительного  отвода от деталей двигателя лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Благодаря этому создается определенный температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается. Тепло в двигателях отводится двумя способами: жидкостью (жидкостная система охлаждения) или воздухом (воздушная система охлаждения). Эти системы поглощают 25 — 35 % тепла, выделяющегося во время сгорания топлива. Температура охлаждающей жидкости, находящейся в головке блока цилиндров, должна быть равна 80 —95 ⁰С. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не должен изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя. Температура в течение рабочего цикла двигателя изменяется от 80—120 °С (минимальная) в конце впуска до 2000 —2200 °С (максимальная) в конце сгорания смеси.

     Если  двигатель не охлаждать, то газы, имеющие  высокую температуру, сильно нагревают детали двигателя, и они расширяются. Масло на цилиндрах и поршнях выгорает, их трение и износ возрастают, а от чрезмерного расширения деталей происходит заклинивание поршней в цилиндрах двигателя, и двигатель может выйти из строя. Чтобы избежать отрицательных явлений, вызываемых перегревом двигателя, его необходимо охлаждать.

     Однако  чрезмерное охлаждение двигателя вредно отражается на его работе. При   переохлаждении   двигателя   на   стенках   цилиндров   конденсируются   пары топлива (бензина), смывая смазку, разжижают масло в картере. В этих условиях происходит интенсивный износ поршневых колец, поршней, цилиндров и снижается экономичность и мощность двигателя. Нормальная работа системы охлаждения способствует получению наибольшей мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока службы двигателя без ремонта.

     Большинство двигателей имеет жидкостные системы  охлаждения (открытые или закрытые). У открытой системы охлаждения внутреннее пространство непосредственно сообщается с окружающей атмосферой. Распространение получили закрытые системы охлаждения, у которых внутреннее пространство только периодически сообщается с окружающей средой при помощи специальных клапанов. В этих системах охлаждения повышается температура кипения охлаждающей жидкости и уменьшается ее выкипание.

     Актуальность: автомобиль стал неотъемлемой частью жизни человека, поэтому за счет модернизации системы охлаждения  легковых автомобилей можно добиться более долгой эксплуатации автомобиля. Это связано с тем, что система охлаждения способствует наименьшему износу двигателя.

     Выявленная  актуальность позволяет определить проблему исследования – «наличие потребности в модернизации системы охлаждения легкового автомобиля и тему исследования «Модернизация системы охлаждения легкового автомобиля».

     Объект  исследования: система охлаждения двигателя легкового автомобиля.

     Предмет исследования: модернизация системы охлаждения двигателя легкового автомобиля.

         Цель исследования: изучение системы охлаждения двигателя легкового автомобиля и ее модернизации.

     Задачи:

1. Рассмотреть назначение и виды системы охлаждения легкового автомобиля;
2. Исследовать техническое обслуживание системы охлаждения легкового автомобиля;
3. Обозначить требования безопасности ремонта автомобиля;
4. Разработать рекомендации по модернизации системы охлаждения легкового автомобиля.

     Методы  исследования: были использованы методы анализа научной литературы и теоретического обобщения, методы статистического анализа, синтеза, наблюдения, метод проектной разработки.

     Теоретическая значимость исследования определяется сбором и систематизацией, а также расширением и уточнением научных данных, теоретических материалов в области модернизации системы охлаждения двигателя легкового автомобиля.

     Практическая  значимость исследования определяется проведенным анализом и обобщением практических материалов, касающихся системы охлаждения двигателя легкового автомобиля и ее модернизацией, что в дальнейшем возможно использовать на практике.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Назначение  и виды системы  охлаждения легкового  автомобиля

1. Виды  системы охлаждения

     Система охлаждения предназначена для принудительного  отвода от деталей двигателя лишнего  тепла и передачи его окружающему  воздуху. Охлаждение двигателя применяется  в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для  обеспечения оптимального теплового  состояния двигателя и его  нормальной работы.

      Температура в течение рабочего цикла двигателя  изменяется от 80—120°С (минимальная) в  конце впуска до 2000—2200 °С (максимальная) в конце сгорания смеси.

     Если  двигатель не охлаждать, то газы, имеющие  высокую температуру, сильно нагревают  детали двигателя и они расширяются. Масло на цилиндрах и поршнях выгорает, их трение и износ возрастают, а от чрезмерного расширения деталей происходит заклинивание поршней в цилиндрах двигателя, и двигатель может выйти из строя. Чтобы избежать отрицательных явлений, вызываемых перегревом двигателя, его необходимо охлаждать.

     Однако чрезмерное охлаждение двигателя вредно отражается на его работе. При переохлаждении двигателя на стенках цилиндров конденсируются пары топлива (бензина), смывая смазку, разжижают масло в картере. В этих условиях происходит интенсивный износ поршневых колец, поршней, цилиндров и снижается экономичность и мощность двигателя. Нормальная работа системы охлаждения способствует получению наибольшей мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока службы двигателя без ремонта.

     Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая –  системой смазки и непосредственно  окружающей средой.

     Благодаря этому создается определенный температурный  режим, при котором двигатель  не перегревается и не переохлаждается. Тепло в автомобильных и тракторных двигателях отводится двумя способами, в зависимости от рода используемого  теплоносителя: жидкостью (жидкостная система охлаждения) или воздухом (воздушная система охлаждения). Эти системы поглощают 25—35 % тепла, выделяющегося во время сгорания топлива. Температура охлаждающей жидкости, находящейся в головке блока цилиндров, должна быть равна 80—95°С для систем охлаждения без давления и до 126°С для систем охлаждения, работающих под давлением. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не долженизменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя.

     Рис.1. Жидкостная система охлаждения

     Жидкостная  система охлаждения автомобильного двигателя (рис. 1) состоит из водяной рубашки, радиатора, вентилятора, термостата, насоса с крыльчаткой, отводящего и подводящего патрубков, ремня привода вентилятора, датчика указателя температуры жидкости, сливных краников и других деталей. Вокруг цилиндров двигателя и головки блока имеется пространство с двойными стенками (водяная рубашка), где циркулирует охлаждающая жидкость.

     Во  время работы двигателя охлаждающая  жидкость нагревается и водяным  насосом подается в радиатор, где  охлаждается, а затем снова поступает  в рубашку блока цилиндров. Для  надежной работы двигателя необходимо, чтобы охлаждающая жидкость постоянно  циркулировала по замкнутому кругу: двигатель — радиатор — двигатель. Жидкость может циркулировать по малому кругу, минуя радиатор (непрогретый двигатель, термостат закрыт), или по большому кругу, поступая в радиатор (прогретый двигатель, термостат открыт).

     Водяная рубашка двигателя состоит из рубашки блока цилиндров и  рубашки головки блока, соединенных между собой отверстиями в прокладке между головкой и блоком. Крыльчатка водяного центробежного насоса и вентилятор приводятся в действие приводным устройством. При вращении крыльчатки насоса охлаждающая жидкость нагнетается в водораспределительную трубку, расположенную в головке блока. Через отверстия в трубке жидкость направляется к патрубкам выпускных клапанов, благодаря чему охлаждаются наиболее нагретые части головки блока и цилиндров. Нагретая жидкость проходит в верхний отводящий патрубок. Если термостат закрыт, то по перепускному каналу жидкость снова поступает к центробежному насосу. При открытом термостате охлаждающая жидкость проходит в верхний бачок радиатора, охлаждается, протекая по трубкам, и поступает в нижний бачок радиатора. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему подводящему патрубку подводится к насосу,

     Водяной насос нагнетает жидкость в систему, и основной ее поток проходит по водяной рубашке блока цилиндров  от его передней части к задней. Омывая гильзы цилиндров со всех сторон и проходя через отверстия  в привалочных поверхностях блока  цилиндров и головок блока, а  также в прокладке, расположенной  между ними, охлаждающая жидкость поступает в рубашки головок  блока. При этом значительное количество охлаждающей жидкости подается к  наиболее нагретым местам — патрубкам  выпускных клапанов и гнездам  свечей зажигания. В головках блока  охлаждающая жидкость движется в  продольном направлении от заднего  торца к переднему благодаря  наличию отверстий соответствующего диаметра, просверленных в приварочных  поверхностях блока цилиндров и  головок, и дозирующих вставок, установленных  в задних каналах впускного трубопровода. Отверстие во вставке ограничивает количество жидкости, поступающей в рубашку впускного трубопровода. Теплая жидкость, проходящая по рубашке впускного трубопровода, нагревает горючую смесь, поступающую из карбюратора (по внутренним каналам трубопровода), и улучшает смесеобразование.

     Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют дистанционным термометром, приемник которого расположен в кабинете водителя на щитке приборов, а датчик в  водораспределительной коробке (дизель автомобиля КамАЗ), в водяном канале впускного трубопровода (двигатели  автомобилей ГАЗ и ЗИЛ), в головке  блока (двигатель автомобиля ГАЗ-24 «Волга»). Если температура воды в системе  охлаждения превышает определенную величину, то на щитке приборов загорается сигнальная лампа, например красная  при температуре воды 105-108°С.

     Рис. 2. Воздушная система охлаждения

     Система воздушного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей состоит из ряда элементов, регулирующих ее работу и поддерживающих заданное тепловое состояние двигателя.

     Принципиальная  схема воздушного охлаждения включает в себя подкапотное пространство, закрытое соответствующими кузовными панелями; аксиальный или центробежный вентилятор с направляющим аппаратом, приводимый от коленчатого вала двигателя; направляющие панели рубашки охлаждения, а также органы, управляющие расходом воздуха, например в виде управляемых термостатами заслонок, дросселирующих вход или выход воздуха, или автоматической муфты регулирования частоты вращения вала вентилятора. В потоке охлаждающего воздуха помещают масляный радиатор. Для контроля теплового состояния двигателя служат датчик температуры и показывающий прибор в кабине водителя. 

     Рис. 3. Схемы воздушного охлаждения

     Простейшую  систему воздушного охлаждения –  напором встречного воздуха применяют  для мотоциклетных двигателей. Равномерность  охлаждения достигается как соответствующей  формой оребрения, так и установкой, в ряде случаев, направляющих пластин.

     В наиболее распространенных системах с  вентилятором применяют две принципиальные схемы подачи охлаждающего воздуха: с нагнетающим вентилятором и  отсасывающим вентилятором.

     Нагнетающий вентилятор работает в потоке холодного  и более плотного воздуха, обладает большей подачей и требует  меньших энергетических затрат. Менее  экономичный просасывающий вентилятор обеспечивает более равномерное  охлаждение цилиндров без сложных  направляющих и распределительных  дефлекторов.

     Для поддержания оптимального теплового  режима двигателя регулируют количество воздуха, подаваемого в систему. Простейшие варианты – дросселирование  потока воздуха в системе с  помощью заслонок, управляемых вручную  или термостатом.

     Каждая  из указанных систем охлаждения имеет преимущества и недостатки.

     К преимуществам жидкостного охлаждения следует отнести:

1. более эффективный отвод тепла от нагретых деталей двигателя при любой тепловой нагрузке;
2. быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске; 
   допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя;
3. меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях;
4. более стабильное тепловое состояние двигателя при изменении режима его работы;
5. меньшие затраты мощности на охлаждение и возможность использования тепловой энергии, отводимой в систему охлаждения.

     Недостатки системы жидкостного охлаждения:

1. большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации;
2. пониженная надежность работы двигателя при отрицательных температурах окружающей среды и большая чувствительность к ее изменению.

     К преимуществам воздушной системы охлаждения относят следующие:

1. простота и удобство в эксплуатации из-за отсутствия жидкости;
2. меньшая масса двигателя с воздушным охлаждением по сравнению с массой аналогичного двигателя с жидкостным охлаждением;
3. пониженная чувствительность к колебаниям температуры, особенно ценная при эксплуатации автомобиля в районах с жарким или холодным климатом.

     К недостаткам двигателей с воздушным охлаждением относятся следующие:

1. значительный расход мощности на привод вентилятора;
2. некоторое ухудшение наполнения цилиндра, приводящее к тому, что при одинаковых частотах вращения коленчатого вала и других параметрах двигатель с воздушным охлаждением развивает несколько меньшую мощность, чем двигатель с жидкостным охлаждением;
3. повышенный шум при работе;
4. большая тепловая напряженность отдельных деталей.

     Таким образом, систему жидкостного охлаждения наиболее целесообразно использовать в форсированных двигателях и в двигателях с относительно большим рабочим объемом цилиндра; систему воздушного охлаждения – в двигателях с рабочим объемом цилиндра до 1 л независимо от степени форсировки и в двигателях с небольшой литровой мощностью.

     На  автомобиле «Жигули» применена жидкостная система охлаждения закрытого типа с принудительной двухконтурной  циркуляцией охлаждающей жидкости.  

2. Устройство  и работа приборов системы охлаждения

     К системе жидкостного охлаждения относятся: полость охлаждения блока и головок цилиндров (рубашка охлаждения), радиатор, водяной насос, вентилятор, жалюзи, термостат, соединительные шланги, указатель температуры охлаждающей жидкости. Кроме того, в системе есть еще расширительный бачок.

          Нагретые детали работающего двигателя охлаждаются, отдавая тепло жидкости, которая с помощью насоса поступает в рубашки охлаждения. Эта жидкость нагнетается в радиатор, охлаждается в нем и вновь поступает в рубашку охлаждения цилиндров и далее в головку цилиндров. Таким образом, в системе охлаждения осуществляется беспрерывная циркуляция жидкости. Охлаждению жидкости в радиаторе способствует вентилятор, создающий интенсивный поток воздуха через его сердцевину.

     Интенсивность  охлаждения регулируется термостатом  или жалюзи.

     Для контроля нагрева охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения головки  цилиндров установлен электрический  датчик, соединенный с указателем температуры охлаждающей жидкости, который находится на щитке приборов.

    На шкале указателя  имеются две контрольные риски  и красная зона. Положение стрелки  у правой черной риски соответствует  температуре нагрева жидкости  до 30°С, у второй риски – до 60°С. Если

стрелка  входит в красную зону шкалы, это  свидетельствует о повышении  температуры до 108°С. Расположение стрелки указателя в красной зоне сигнализирует о перегреве двигателя. Поэтому двигатель необходимо немедленно остановить.

      Радиатор служит для охлаждения нагретой жидкости за счет отдачи тепла через стенки трубок в окружающую атмосферу. Он состоит из верхнего и  
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 4. Закрытая система  жидкостного охлаждения

нижнего бачков, сердцевины, деталей крепления  и патрубков. Материалом для радиатора  чаще всего служит латунь. Сердцевина радиатора выполнена из отдельных вертикальных трубок, между которыми находятся поперечные горизонтальные пластины, придающие радиатору жесткость и увеличивающие поверхность охлаждения. Трубки, а вернее концы их впаяны в верхний и нижний бачки.

     В нижнем и верхнем бачках имеются  патрубки для соединения с рубашкой охлаждения двигателя.

     Закрытая  система жидкостного охлаждения называется так потому, что у такой  системы радиатор не имеет непосредственного  сообщения с атмосферой, то есть это сообщение осуществляется через  клапаны пробки: воздушный и паровой (рис.4).

     Паровой клапан не допускает повышения давления в системе охлаждения выше атмосферного более, чем на 0,25-0,5 кГ/кв.см. (0,02-0,05 Мпа). За счет этого повышается температура  кипения жидкости в системе и  значительно снижаются

потери  ее от испарения. При большом давлении в системе клапан автоматически  открывается.

     При охлаждении жидкости открывается воздушный  клапан, препятствуя образованию  разрежения в системе и предохраняя  тем самым бачки и трубки радиатора  от деформации под действием атмосферного давления.

     В результате применения герметичной  системы охлаждения повышается температура  кипения охлаждающей жидкости, обычно для герметичных систем она находится  в пределах 110-115°С. Герметичность системы обеспечивается применением специальной пробки заливной горловины радиатора (см. рисунок) с двумя клапанами. Пароотводная трубка горловины сообщается шлангом с расширительным (конденсационным) бачком. В случае нагрева жидкости она расширяется и давление в верхнем бачке повышается. В связи с тем, что бачок герметизирован, давление в нем возрастает, но кипение жидкости до определенного времени не происходит.

     Когда избыточное давление в верхнем бачке  радиатора достигнет величины в 0,5 кгс/кв.см., открывается выпускной (паровой)  клапан и кипящая жидкость по пароотводному патрубку и шлангу устремляется в расширительный бачок. При выходе кипящей жидкости (пара) через отверстия трубки в расширительный бачок происходит конденсация пара, и жидкость, удаленная от источника  тепла, постепенно остывает.

При понижении  температуры жидкости в верхнем  бачке радиатора уменьшается  ее объем. В бачке образуется разрежение. При этом открывается впускной (вентиляционный) клапан пробки и жидкость из расширительного  бачка поступает в верхний  бачок радиатора. Таким образом, уравновешивается давление и исключается потеря жидкости на испарение. При значительном перегреве двигателя, когда расширительный бачок находится под чрезмерно большим избыточным давлением, открывается смонтированный в корпусе пробки расширительного бачка резиновый клапан и выпускает избыток пара в атмосферу. Обязательно  после остывания двигателя в расширительный бачок необходимо долить охлаждающую жидкость. Доливать ее нужно на 3-4 см выше риски «MIN». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 5. Жалюзи

     Жалюзи  служат для регулирования интенсивности обдува радиатора встречным потоком воздуха. Они состоят из отдельных пластин, укрепленных шарнирно впереди радиатора (рис. 5). Управляют жалюзи рукояткой, выведенной в кабину. При затягивании рукоятки пластины, поворачиваясь на шарнирах, уменьшают объем встречного потока воздуха, поступающего к радиатору. Это требуется при прогреве холодного двигателя и во время движения при низких температурах окружающего воздуха. По достижении нормальной температуры, створки жалюзи открывают.

     Рубашка охлаждения состоит из полостей и каналов, выполненных при отливке в блоке цилиндров, головке блока, вокруг впускного трубопровода и около смесительной камеры карбюратора. Жидкость, поступающая из головки цилиндров в рубашку впускных трубопроводов и смесительной камеры карбюратора, служит не для охлаждения, а для подогрева их, так как при прохождении воздуха с большой скоростью происходит значительное охлаждение впускных патрубков, в результате чего ухудшается образование рабочей смеси.

      Термостат служит для ускорения подогрева двигателя после его пуска и для поддержания необходимой температуры охлаждающей жидкости. Он состоит из корпуса, термоэлемента, имеющего высокий коэффициент объемного расширения, двух (основного и перепускного) клапанов и горловин.

     Рис. 6. Термостат

     При горячем двигателе  охлаждающая  жидкость в системе охлаждения двигателя  циркулирует по большому контуру  – от нижнего бачка радиатора  по шлангу она подается в корпус термостата и через канал, открытый основным клапаном, в корпус водяного насоса.

     При холодном двигателе основной клапан термостата закрыт и байпасный (перепускной)  клапан открыт. При  этом охлаждающая  жидкость циркулирует по малому контуру  – от водяного насоса подается в  рубашку охлаждения блока и головки  цилиндров. Далее по перепускному шлангу через канал, открытый байпасным  клапаном, жидкость поступает в термостат  и к водяному насосу, что обеспечивает быстрый подогрев двигателя.

Рис. 7. Термочувствительный  элемент термостата

        Термочувствительный элемент  термостата состоит из стакана, внутри которого завальцована резиновая вставка и находится твердый наполнитель [смес церезина (нефтяной воск) с медным порошком]. В резиновой вставке размещен полированный стальной поршень, посаженный на резьбе в держателе и стопорящийся регулировочной гайкой. На стакане установлен основной клапан термостата, на который воздействует пружина, прижимая его к седлу держателя. При закрытом клапане перекрывается доступ жидкости от нижнего бачка радиатора и входного патрубка. Сверху стакана в обойме установлен байпасный клапан, на который воздействует пружина.

     Основной  клапан находится в закрытом положении, пока температура охлаждающей жидкости ниже 80°С.

     При дальнейшем повышении температуры  жидкости твердый наполнитель расширяется, сжимает резиновую вставку и  вытесняет поршень. Однако в действительности в связи с жестким креплением поршня происходит обратный процесс  – резиновая вставка начинает скользить по поршню и вместе со стаканом и основным клапаном поднимается  вверх. При этом открывается перепускной  канал термостата и сжимается  пружина основного клапана, одновременно начинает закрываться байпасный  клапан.

     Таким образом, некоторое время при  температуре в пределах 80-94°С циркуляция идет одновременно по двум контурам, а при нагреве жидкости до 94-96°С байпасный клапан полностью закроется и будет продолжаться циркуляция охлаждающей жидкости только по большому контуру. Под температурой, соответствующей началу открытия клапана, понимается такая температура, при которой ход основного клапана составит 0,1 мм. Эта температура должна находиться в пределах 80-83°С. Полный ход клапана при нагреве жидкости до 94-96°С должен быть не менее 8 мм.