Назначение и типы систем охлаждения двигателя

Назначение. Топливо, сгорающее в цилиндрах двигателя, содержит в своем составе небольшое количество серы. В процессе сгорания топлива сгорает и сера, образуя при этом сернистый SO₂ и серный SO₃ ангидриды.

Эти соединения при высокой температуре инертны и не вызывают коррозии металла. Но, как известно, при сгорании топлива образуется много водяных паров Н₂О, которые при определенных условиях могут конденсироваться на относительно холодных стенках цилиндров.

С водяными парами эти соединения образуют сернистую Н₂SО₃ и серную Н₂S0₄ кислоты. Кроме соединений серы, при сгорании топлива образуются также углекислый газ СО₂ и двуокись азота NO₂, которые при соединении с водяными парами образуют угольную Н₂СО₃ и азотную HNO₃ кислоты.

Все образовавшиеся в цилиндрах кислоты вызывают сильный коррозионный износ стенок цилиндров и поршневых колец (рис. 1).

Рис. 1. Процессы, проходящие в цилиндрах дизеля во время работы.

На уменьшение вредного действия кислот и конденсата воды оказывает влияние температура деталей дизеля во время работы. О степени нагрева деталей судят по температуре охлаждающей жидкости (или масла) в картере двигателя. Нормальной температурой принято считать 80…95 °С для жидкости и 50…120 °С для масла. Отклонения от указанных величин приводят к нежелательным последствиям.

Двигатель переохлажден (температура деталей ниже нормы). При температуре деталей ниже температуры росы на стенках цилиндров происходит конденсация паров воды, часть которой стекает в поддон картера двигателя. В поддоне картера вода и металлические продукты износа или коррозии образуют соли органических кислот (мыла), которые плохо растворяются в масле и выпадают в виде осадка, образуя шлам, нарушающий нормальную работу механизмов и приборов смазочной системы. Кроме солей, при этом образуются кислоты, вызывающие износы.

Наконец, при работе переохлажденного двигателя происходит неполное сгорание тяжелых фракций топлива и масла, отчего снижается мощность двигателя и увеличивается удельный расход топлива.

Кроме того, в результате неполного сгорания топлива на стенках камеры сгорания, поршнях, стержнях и тарелках клапанов образуется большой слой нагара, вызывающий залегание поршневых колец в канавках поршня.
Кольца при этом перестают пружинить и начинают пропускать газы из камеры сгорания в картер. Бывают случаи зависания клапанов во втулках, на стенках которых осели смолистые отложения.

Двигатель перегрет (температура его деталей выше нормы). При излишне нагретых деталях снижается массовое наполнение цилиндров свежим зарядом (воздухом), а следовательно, и кислородом, что вызывает падение мощности и увеличение удельного расхода топлива. На горячих стенках деталей сгорает масло, повышается трение, ослабляется прочность металла, из которого сделаны детали, и т. д. А это, в свою очередь, увеличивает износы трущихся поверхностей деталей двигателя.

Тепловой баланс дизеля. При сгорании топлива в цилиндрах дизеля выделяется большое количество теплоты, но только часть ее превращается в полезную механическую работу. Часть энергии расходуется на преодоление трения, возникающего между движущимися деталями, часть — на приведение в действие различных механизмов двигателя. Большое количество теплоты уносится в атмосферу с отработавшими газами. Одновременно с этим довольно большое количество теплоты идет на нагрев деталей. Поэтому если во время работы дизеля теплоту не отводить, то работоспособность сопряжений и самих деталей будет нарушаться.

Примерное количество теплоты, превращающейся в механическую работу, а также уходящей с отработавшими газами, показано на рисунке 2.

Рис. 2. Тепловой баланс дизеля.

Для отвода избыточной теплоты от дизеля во время работы и поддержания оптимального теплового режима прибегают к его искусственному охлаждению.

Типы искусственного охлаждения. Искусственное охлаждение двигателей внутреннего сгорания осуществляется двумя способами. При первом способе теплота от стенок цилиндра отводится в жидкость, а затем через нее в окружающую атмосферу (жидкостное охлаждение). При втором теплота передается непосредственно окружающему воздуху (воздушное охлаждение). [Семенов В. М., Власенко В. Н. Трактор. 1989 г.]