Рідинна система охолодження

Рідинна система охолодження складається з двох контурів: рідинного, заповненого проміжним теплоносієм, і повітряного.

Рідинна система забезпечує примусову циркуляцію рідини і нормальне функціонування теплоносія. Повітряна система створює і регулює натиск охолоджуючого повітря.

Загальним агрегатом для рідинного і повітряного трактів є радіатор, в якому відбувається розсіювання основної кількості теплоти, що відводиться від двигуна.

Конструктивна схема і площа прохідних перетинів рідинної системи повинні забезпечити можливість інтенсивної циркуляції охолоджуючої рідини, достатньою для ефективного і рівномірного охолодження найбільш нагрітих деталей двигуна.

У транспортних двигунах застосовуються системи охолодження тільки з примусовою циркуляцією, створюваної насосами, що приводяться від колінчастого вала двигуна. Основний контур циркуляції охолоджуючої рідини в двигунах включає водяні сорочки, розташовані навколо циліндрів і в голівці навколо камер згоряння, канали для проходу рідини в радіаторі, з'єднувальні трубопроводи і водяний насос. Рідкий теплоносій забезпечує безперервне відведення заданої кількості теплоти від деталей двигуна.

Ефективність роботи рідинного контуру визначається інтенсивністю циркуляції проміжного теплоносія. Зі збільшенням швидкості руху рідкості підвищується турбулентність потоку, значно зростає коефіцієнт тепловіддачі і поліпшуються умови охолодження деталей. Максимальне використання можливостей примусової циркуляції досягається при раціональній конструкції рідинної системи.

Для запобігання системи від надмірного підвищення або зниження тиску, які спостерігаються при коливанні температури теплоносія, рідинної контур зазвичай з'єднується з атмосферою, тобто виконується неізольованим.

Неізольовані рідинні системи можуть бути відкритими або закритими.

Закрита система з атмосферою повідомляється за з'єднується парового і повітряного клапанів, розташованих в пробці, герметично закриває рідинної контур (Мал. 1).

Мал. 1. Пробка радіатора:

а - при підвищеному тиску в системі; б - при пониженому тиску в системі;

1 - паровий клапан; 2 - повітряний клапан.

У двигунах відкриті системи не застосовуються з причини значних втрат охолоджуючої рідини внаслідок природного випаровування і кипіння при перегріві двигуна. Крім того, при роботі в гірських умовах закипання рідини у відкритій системі охолодження є однією з причин, що знижують надійність роботи двигуна.

У закритих системах гранична температура охолоджуючої рідини, обумовлена можливістю її закипання, може бути підвищена при відповідному підвищенні тиску в системі.

Важливою перевагою закритої системи є менша небезпека виникнення кавітації, яка сприяє перегріву двигуна, прискореному зносу і руйнування деталей, розташованих в зоні кавітації.

Для нормальної роботи системи охолодження необхідно, щоб тиск у будь-якій точці рідинної системи перевищував тиск насиченої пари не менше ніж на 10-15%. Таке перевищення називається кавітаційним запасом.

Надмірне підвищення або зниження тиску в закритій системі обмежується паровим і повітряним клапанами. Коли тиск у системі перевищує розрахункове, відкривається паровий клапан, і пар з системи виходить в атмосферу, в результаті тиск у системі знижується. При охолодженні рідини в системі створюється розрідження, яке може бути причиною зминання тонкостінних трубок під дією атмосферного тиску. Небезпеку такого руйнування запобігає повітряний клапан, який при зниженні тиску в системі на 6-13 кПа нижче атмосферного відкривається, з'єднуючи систему з атмосферою, і зниження тиску в системі припиняється.

Підвищення ефективності і надійності системи охолодження може бути досягнуто установкою у верхню частину дренажно-компенсаційного контуру розширювального бачка, за допомогою якого компенсується зміна об'єму рідини в основному контурі. У основний контур відводиться і конденсується пара з верхніх точок сорочки охолодження і радіатора.

В даний час в автомобільних двигунах набули поширення повністю герметичні (запаяні) системи охолодження, заповнені спеціальною рідиною, що охолоджує. Такі системи відрізняються високою експлуатаційною надійністю.

Надійність роботи двигунів багато в чому залежить від стану системи охолодження і якості охолоджуючої рідини, яка повинна відповідати певним вимогам.

Охолоджуюча рідина має високу температуру кипіння, низьку температуру замерзання, володіє певною в'язкістю, не повинна допускати корозії з дотичними з нею металами, руйнувати гумові вироби, має високу питому теплоємність і малу здатність до утворення накипу.

Охолоджуюча рідина повинна мати низьку вартість, бути безпечною в пожежному відношенні і нешкідлива для здоров'я людини.

Вода має найвищу з усіх рідин питому теплоємність, низьку в'язкість, а також досить високу температуру кипіння при тиску 0,11 - 0,12 МПа в закритих системах охолодження. Вода негорюча, практично доступна в будь-яких кількостях, має низьку вартість, нейтральну реакцію і нешкідлива для здоров'я людини.

Однак воді властиві і деякі недоліки. Вода може містити домішки у вигляді дрібних зважених часток розчинених газів і солей, які відкладаються на омиваних гарячих поверхнях систем охолодження у вигляді шару накипу. При цьому знижується теплопровідність і настає різке порушення теплового режиму двигуна.

Антифриз - відповідна концентрація суміші води з етиленгликолем. Температура замерзання антифризу марки 40 не перевищує 233 К, а температура замерзання антифризу марки 65 не вище 338 К.

Експлуатація двигунів із застосуванням антифризів має ряд особливостей, викликаних специфічними властивостями етиленгліколю.

При выкопана (випаровуванні) охолоджуючої рідини в систему охолодження необхідно додавати воду, оскільки температура кипіння етиленгликолю і води відповідно дорівнює 470,5 і 373 К. Температурний коефіцієнт об'ємного розширення етіленгликолевих антифризів більше, ніж у води, тому систему охолодження необхідно заповнювати не підігрітим антифризом об'ємом меншим, ніж обсяг води (при використанні антифризу марки 40 на 5-6%, при використанні марки 65 на 6-8%). Этиленгликоль та його водні розчини дуже отруйні.

ТОСОЛ представляє собою водний розчин етиленгликолю і різних присадок. У системах охолодження автомобілів ВАЗ, КамАЗ і інших застосовуються ТОСОЛ-А 40 і ТОСОЛ-А 65 з температурою замерзання відповідно не вище 193 та 208 К.

При температурі нижче температури замерзання ТОСОЛ перетворюється не в лід, а в густу масу, що не викликає пошкодження радіатора і блоку циліндрів, крім того, ТОСОЛ володіє антикорозійними властивостями.