Elementy układ chłodzenia
Pompa wody (rys. 6.5) wymusza krążenie cieczy w układzie chłodzenia. We współczesnych silnikach samochodowych są stosowane niemal wyłącznie pompy odśrodkowe. Ciecz znajdująca się między łopatkami obracającego się wirnika jest tłoczona na zewnątrz pod wpływem siły odśrodkowej. Z pompy ciecz przepływa elastycznym przewo-
dem do silnika. Jednocześnie pompa zasysa z chłodnicy następną porcję cieczy. Wirnik pompy jest zwykle napędzany za pomocą klinowej przekładna pasowej od wału korbowego silnika.
Kadłub pompy jest zwykle wykonany z żeliwa lub ze stopu lekkiego, a wirnik z żeliwa, brązu lub mosiądzu.
Wałek pompy na ogół wykonany jest ze stali nierdzewnej lub zabezpieczony powłoką ochronną przed korozją. Wałek jest osadzony z reguły w łożyskach tocznych. W kadłubie pompy niekiedy jest umieszczona smarowniczka do smarowania łożysk wałka pompy.
Uszczelnienie przestrzeni wodnej w sposób zabezpieczający łożyska przed przesączaniem się do nich cieczy chłodzącej osiąga się przez stosowanie płytek z tworzyw sztucznych łub podkładek z gumy syntetycznej, które są dociskane za pomocą sprężyn.
Na rysunku 6.6 pokazana jest przykładowo pompa wody (w rozłożeniu) silnika samochodu FIAT 125P. Jest to pompa odśrodkowa typu łopatkowego. Łożysko 1 pompy jest zakryte na końcach metalowymi osłonami. Specjalny uszczelniacz zabezpiecza przed przeciekaniem cieczy chłodzącej przez łożysko i wałek pompy. W skład uszczelniacza wchodzi zewnętrzna metalowa obudowa osłaniająca sprężynę, która dociska powierzchnię czołową uszczelniacza do tulejki wirnika. Dzięki temu zapewniony jest równomierny docisk uszczelniacza bez żadnej regulacji. Uszczelniacz jest wciśnięty w kadłub pompy wody tak, że
ciecz chłodząca nie może przeciekać między zewnętrzną powierzchnią uszczelniacza a kadłubem pompy.
Łożysko pompy nie wymaga okresowego smarowania, gdyż jest podczas montażu wypełnione między wałkiem a zewnętrznym pierścieniem łożyska smarem FIAT Jota 3.
Termostat służy do regulowania przepływu cieczy chłodzącej przez chłodnicę. W zależności od temperatury cieczy termostat powoduje zmianę przekroju, przez który nagrzana ciecz odpływa z silnika do chłodnicy. Termostat pokazany na rysunku 6.7 składa się z elastycznej puszki wypełnionej cieczą o niskiej temperaturze wrzenia oraz zaworu. Otwór wylotowy termostatu uszczelniony jest podkładką gumową. Uszkodzenie tej podkładki powoduje przenikanie wody do chłodnicy w czasie uruchamiania zimnego silnika, co przedłuża czas jego nagrzewania. Aby usunąć powietrze z płaszcza wodnego silnika i zapobiec powstawaniu pęcherzy powietrznych podczas nalewania cieczy do chłodnicy, w zaworze temostatu jest niewielki otwór. Dopóki ciecz chłodząca nie osiągnie temperatury, w której ciecz w puszce zaczyna wrzeć, zawór jest zamknięty.
W zależności od rodzaju cieczy wypełniającej puszkę termostatu jego zawór otwiera się w nieco różnych temperaturach. Na przykład w silniku samochodu Wołga M-21 zawór termostatu zaczyna się otwierać po osiągnięciu przez ciecz chłodzącą temperatury 68-4-72°C, a w temperaturze 80-f-86°C otwiera się całkowicie. Natomiast w silniku samochodu FIAT 125P zakres tych temperatur jest wyższy. Za-
wór powinien zacząć otwierać się w temperaturze 81-=-85°C, a całkowicie być otwarty dopiero w temperaturze 92-t-96°C.
Silnik pracuje prawidłowo, gdy termostat działa w określonym zakresie temperatur. Jeżeli zawór termostatu otwiera się w niższej temperaturze, zwiększa się czas osiągnięcia normalnej temperatury przez pracujący silnik. Gdy natomiast termostat otwiera się w temperaturze wyższej niż powinien, powoduje to niedostateczne chłodzenie silnika, a tym samym stwarza niebezpieczeństwo przegrzania różnych jego części. Uszkodzony termostat należy wymienić, gdyż jego regulacja jest niemożliwa.
Mały obieg cieczy (rys. 6.8a) odbywa się wówczas, gdy zawór termostatu jest zamknięty, a ciecz chłodząca z głowicy silnika powraca do pompy wody i następnie do kadłuba silnika. W szczególnie niskich temperaturach w zimie, a zwłaszcza przy małym obciążeniu silnika, prawie cała ilość ciepła jest odbierana przez opływające silnik zimne powietrze i nie ma obiegu cieczy przez chłodnicę. Kiedy jednak ciecz chłodząca osiągnie odpowiednią temperaturę, ciecz w puszce zaczyna intensywnie parować, a prężność jej par powoduje wydłużenie się puszki i jednocześnie otwarcie zaworu zamykającego przepływ cieczy do chłodnicy.
Duży obieg cieczy (rys. 6.8b) odbywa się wówczas, gdy ciecz chłodząca przepływa z głowicy silnika do chłodnicy, a następnie, po Oddaniu ciepła, do pompy wody i kadłuba silnika. Im wyższa jest tem-
peratura cieczy chłodzącej, tym większe otwarcie zaworu termostatu. Wskutek tego zwiększa się przekrój przepływu cieczy i większa jej ilość przepływa przez chłodnicę. W ten sposób termostat samoczynnie utrzymuje odpowiednią temperaturę cieczy chłodzącej w silniku, włączając do obiegu lub wyłączając chłodnicę.
Chłodnica służy do obniżania temperatury cieczy chłodzącej, która wypływa z płaszcza wodnego silnika i powraca ponownie do kadłuba silnika. Chłodnica składa się z trzech zasadniczych części:
zbiornika górnego, który ma u góry wlew zamykany pokrywą oraz króciec do połączenia z silnikiem;
części środkowej, tzw. rdzenia, który jest właściwym wymiennikiem ciepła;
— zbiornika dolnego, który ma króeiec do połączenia z rurą ssawną pompy wody oraz kurek spustowy.
Część górna, środkowa i dolna chłodnicy zlutowane są w jedną całość i wspólnie obudowane. Chłodnica jest przymocowana do ramy lub nadwozia samochodu za pośrednictwem gumowych poduszek, a z silnikiem połączona jest elastycznymi przewodami gumowymi. Połączenia takie zapewniają dobrą amortyzację chłodnicy.
W celu umożliwienia regulacji przepływu powietrza przez rdzeń chłodnicy, co jest szczególnie istotne w okresie zimowym, niektóre
chłodnice wyposażone są w żaluzje lub zasłony. Żaluzja pokazana na rysunku 6.9 składa się z pionowo ustawionych stalowych blaszek ocynkowanych, które są zamocowane obrotowo w ramkach. Żaluzja sterowana jest z miejsca kierowcy za pośrednictwem cięgła giętkiego. Gdy rękojeść cięgła jest wciśnięta, blaszki są otwarte. W przeciwnym położeniu rękojeści blaszki obracają się dookoła osi pionowych, szczelnie zasłaniając chłodnicę. Żaluzja jest przymocowana do wsporników na bocznych oporach chłodnicy w czterech punktach.
W układach chłodzenia nowoczesnych silników stosowane są chłodnice o trzech rodzajach budowy rdzenia: komorowe, rurkowo-płytko-we i rurkowo-taśmowe.
Rdzeń chłodnicy komorowej (rys. 6.10) składa się z cienkościennych pasków tłoczonych w różnych kształtach. Paski blachy są wzajemnie zlutowane. Pionowymi kanałami przepływa ciecz chłodząca, a wolne przestrzenie poziome służą do przepływu powietrza. Niekiedy między komory cieczy chłodzącej wstawiane są dodatkowe płytki -poziome. Chłodnice tego typu są obecnie stosowane coraz rzadziej.
Rdzeń chłodnicy rurkowo-płytkowej (rys. 6.11) składa się z zespołu pionowych rurek o przekroju okrągłym lub płaskoowalnym. Przez rurki te przepływa ciecz chłodząca. Na rurki nasadzony jest i przylu-towany szereg płytek, które stanowią żebra chłodzące. Chłodnice tego typu są proste w budowie i łatwe do naprawy. Dzięki tym zaletom są obecnie dość szeroko stosowane.
Rdzeń chłodnicy rurkowo-taśmowej (rys. 6.12) stanowi odmianę konstrukcyjną rdzenia chłodnicy rurkowo-płytkowej. Ciecz chłodząca przepływa przez szereg rurek pionowych, które łączą oba zbiorniki chłodnicy. Między rurki wstawione są płytki z taśmy falistej o różnym kształcie. Chłodnice tego typu przy jednakowej wydajności cieplnej są lżejsze od chłodnic rurkowo-płytkowych, w związku z czym są one obecnie coraz szerzej stosowane.
Rdzenie chłodnic najczęściej wykonuje się z miedzi lub 'mosiądzu. Są to wprawdzie drogie materiały, lecz o konieczności ich stosowania decyduje wysoki współczynnik przewodności cieplnej.
Pokrywa wlewu chłodnicy (rys. 6.13) jest zwykle zaopatrzona w dwa zawory zwrotne. Na przykład zawór nadciśnieniowy pokrywy wlewu chłodnicy samochodu FIAT 125P otwiera się, gdy nadciśnienie w chłodnicy przekracza 0,4 kG/cm2. Zawór nadciśnieniowy chroni rdzeń chłodnicy przed rozsadzeniem w przypadku przegrzania silnika. W razie przekroczenia określonego nadciśnienia w chłodnicy zawór nadciśnieniowy otwiera się i para uchodzi na zewnątrz (rys. 6.13a). Dzięki nadciśnieniu w układzie chłodzenia temperatura wrzenia wody podnosi się do około 107°C. Zapobiega to intensywnemu parowaniu wody przy niewielkim przegrzaniu silnika.
W tym samym silniku zawór podciśnieniowy pokrywy otwiera się, gdy podciśnienie w chłodnicy przekracza 0,2 kG/cm2. Zawór podciśnieniowy zabezpiecza rdzeń chłodnicy przed uszkodzeniem wskutek wytworzenia się podciśnienia w układzie chłodzenia, który częściowo jest napełniony wodą dość szybko stygnącą. Gdy podciśnienie w chłodnicy przekroczy określoną wartość, otwiera się zawór podciśnieniowy (rys. 6.13b) i do chłodnicy napływa powietrze z zewnątrz, dzięki czemu ciśnienie w układzie chłodzenia wyrównuje się.
W nowoczesnych silnikach coraz częściej jest stosowany tzw. zamknięty układ chłodzenia. Taki układ ma m. in. FIAT 125P (rys. 6.14) Zamknięty układ chłodzenia różni się od zwykłego układu zmienionym wlewem chłodnicy, zmienioną pokrywą wlewu i zastosowaniem zbiornika wyrównawczego połączonego z chłodnicą.
Dzięki zastosowaniu układu zamkniętego w razie przegrzania silnika pary z chłodnicy nie są odprowadzane do atmosfery (ubytek cieczy), lecz przewodem 19 do zbiornika wyrównawczego 9, w którym się skraplają. Podczas stygnięcia silnika skropliny zasysane są do chłod-
wskutek nieszczelności układu, a nie wskutek odparowania. Ma to i tę dodatkową zaletę, że ciecz nie zmienia swego składu, a więc i temperatury krzepnięcia.
Wentylator służy do wymuszania przepływu przez chłodnicę koniecznej ilości powietrza do wymiany ciepła między cieczą chłodzącą i otoczeniem. W tym celu wentylator jest umieszczony przed chłodnicą lub z tyłu — za chłodnicą. Często wentylator otoczony jest osłoną (pierścieniem), która umożliwia lepsze wykorzystanie powierzchni wymiany ciepła chłodnicy.
Wentylatory stosowane w wielu samochodach mają wirniki blaszane. Wirnik składa się najczęściej z odkutej lub wytoczonej piasty, do której są przymocowane ramiona wykonane z blachy stalowej o grubości około 4 mm. Do ramion przynito-wane są właściwe łopaki z blachy o grubości od 0,7 do 1,5 mm. Małe wentylatory silników samochodów osobowych mają konstrukcję uproszczoną. W ostatnich latach coraz więcej wytwórni stosuje wentylatory wykonane z tworzyw sztucznych, szczególnie w samochodach osobowych.
W celu zmniejszenia szumu powodowanego przez pracujący wentylator, jego łopatki mają niejednakową długość lub są niesymetrycznie rozmieszczone. Liczba łppatek waha się od 2 do 6 (najczęściej 4).
W razie gdy wentylator nie może być umieszczony na wysokości chłodnicy, stosuje się tzw. tunel między chłodnicą a wentylatorem, który umożliwia wymuszenie przepływu powietrza przez chłodnicę. Wentylator jest napędzany od wału korbowego, najczęściej za pomocą jednego lub dwóch pasków klinowych.
Nowoczesne silniki, szczególnie samochodów osobowych, wyposażone są w wentylatory uruchamiane za pomocą sprzęgła elektromagnetycznego (patrz rys. 6.4). W ten sposób też uruchamiany jest wentylator silnika 1500 samochodu FIAT 125P (rys. 6.15). Napęd paskiem klinowym jest przenoszony na wentylator przez sprzęgło elektromagnetyczne. Wentylator ze sprzęgłem elektromagnetycznym składa się z dwóch podzespołów: iz koła pasowego kompletnego, złożonego z właściwego koła pasowego 6, piasty 7, służącej jako połączenie koła z wałkiem pompy i jako gniazdo uzwojenia elektromagnesu i pierścienia ślizgowego 5 (komutatora), oraz z piasty wentylatora kompletnej, składającej się z właściwej piasty, do której mocowany jest wentylator, i tarczy (zwory) elektromagnesu.
Piasta 7 elektromagnesu może obracać się niezależnie od koła pasowego, osadzonego na łożysku kulkowym. Kiedy silnik pracuje i elektromagnes nie jest włączony, koło pasowe obraca się napędzane przez pasek klinowy, natomiast piasta z wentylatorem pozostaje jedynie pod działaniem bardzo małego momentu obrotowego, wywołanego przez tarcie w łożysku oraz przez ciąg powietrza na łopatkach wentylatora.
Pierścień ślizgowy jest połączony elektrycznie z obwodem zewnętrznym za pośrednictwem szczotki 8. Elektromagnes jest włączany i wyłączany przez wyłącznik cieplny 12 wmontowany w dolną część chłodnicy i zanurzony w cieczy chłodzącej. Gdy temperatura cieczy chłodzącej osiągnie 90±2°C, wyłącznik zamyka obwód elektryczny i powoduje włączenie wentylatora. Gdy natomiast temperatura cieczy chłodzącej w chłodnicy obniży się do 80±2°C, wyłącznik cieplny przerywa obwód prądu w elektromagnesie i wyłącza wentylator.
W celu utrzymania prawidłowej pracy wentylatora ze sprzęgłem elektromagnetycznym musi być pozostawiona odpowiednia szczelina między tarczą i korpusem elektromagnesu. Szczelina powinna wynosić 0,25-4-0,45 mm. W razie potrzeby wielkość szczeliny można wyregulować.