Дипломная работа: Модернизация системы охлаждения двигателя "Газели"

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).              .

Рис. 10. Термостаты:

жидкостный: о—в закрытом положении, в —в открытом положении; с твердым наполнителем; я —в за­крытом положении, г— в открытом положении; 1 —впускной трубопро­вод, 2 —перепускной шланг, 3 — патрубок, 4 —клапан термостата, 5 —шток,  б —корпус  термостата, 7 баллон, 8— церезин, 9— диаф­рагма, 10 - направляющая втулка, 11—возвратная   пружина,   12— буфер

При снижении температуры церезин затверде­вает и уменьшается в объеме. Под действием воз­вратной пружины 11 клапан 4 закрывается, а диаф­рагма 9 опускается вниз (рис. 10, в),

В двигателях автомобилей ВАЗ термостат выпол­нен двухклапанным и устанавливается перед во­дяным насосом. При холодном двигателе большая часть охлаждающей жидкости будет циркулиро­вать по кругу: водяной насос — блок цилиндров — головка цилиндров термостат — водяной насос. Параллельно жидкость циркулирует через рубаш­ку впускного трубопровода и смесительной камеры карбюратора, а при открытом кране отопителя пас­сажирского помещения — через его радиатор,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11