Родичев В. А., Родичева Г. И.
«Тракторы и автомобили» Изложены сведения по устройству и работе механизмов и систем современных сельскохозяйственных тракторов и автомобилей.
В отличие от первого издания (вышло в 1982 г. в издательстве «Высшая школа») описано устройство основных механизмов автомобиля КамАЗ-5320,
а также приведены основные операции по регулировкам механизмов тракторов и автомобилей.
Для подготовки трактористов-машинистов широкого профиля в средних ПТУ.
Учебник может быть использован для профессионального обучения рабочих на производстве. КлассификацияСредняя температура газов в цилиндрах работающего двигателя составляет около 1000°С. Газы в процессе работы нагревают стенки цилиндра, поршня и головки цилиндров. Если двигатель не охлаждать, то сгорит пленка масла между трущимися деталями, в результате чего повысится износ деталей, могут возникнуть заклинивание поршней из-за их расширения и другие неисправности. Излишний отвод теплоты (переохлаждение) приводит к снижению его мощности и экономичности вследствие ухудшения процесса смесеобразования. При этом увеличиваются потери на трение, так как свойства масла ухудшаются. Пониженный тепловой режим двигателя вызывает неполное сгорание тяжелых фракций топлива, отчего на стенках камеры сгорания, поршня и тарелках клапанов образуется большой слой нагара. Происходит залегание поршневых колец в канавках поршня, возможно зависание клапанов. Таким образом, избыточный отвод тепла нежелателен так же, как и перегрев.
Для нормальной работы двигателя температура охлаждающей жидкости должна составлять 80...95°С.
Система охлаждения служит для отвода теплоты от нагретых деталей и поддержания нормального температурного режима работающего двигателя, что достигается искусственным охлаждением с помощью жидкости (жидкостное охлаждение) или окружающего воздуха (воздушное охлаждение).
Двигатели с жидкостным охлаждением получили наибольшее распространение. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или жидкость с низкой температурой замерзания — антифриз. В жидкостную систему охлаждения входят водяная рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор 2, водяной насос 9 и вентилятор 3, а также вспомогательные устройства: водораспределительный канал 8, термостат 4, соединительные шланги, краники слива и указатель 5 температуры жидкости (термометр).
При работе пускового двигателя до начала проворачивания коленчатого вала основного двигателя происходит термосифонная циркуляция воды, т. е. под воздействием разности температур вода циркулирует из водяной рубашки 7 цилиндра пускового двигателя в его головку, а затем направляется в водяную рубашку б головки блока основного двигателя. Отдав теплоту головке блока цилиндров, вода по соединительному патрубку поступит опять в рубашку цилиндров пускового двигателя.
Во время работы основного двигателя принудительная циркуляция воды в системе охлаждения создается центробежным водяным насосом 9, который забирает воду из нижнего бака радиатора и нагнетает под давлением в водяную рубашку 6, где она охлаждает стенки цилиндров. Из водяной рубашки блока вода направляется через отверстия и каналы в водяную рубашку головки цилиндров. По каналам потоки воды направляются к перемычкам клапанных гнезд, подверженным наибольшему нагреву. В холодном двигателе вода направляется термостатом из водяной рубашки к водяному насосу (по малому кругу), минуя радиатор, а в прогретом — в верхний бак радиатора (по большому кругу). Проходя из верхнего бака радиатора 2 в нижний по многочисленным трубкам, вода охлаждается. Воду охлаждает поток воздуха, создаваемый вентилятором 3 и поступающий между трубками. Из нижнего бака радиатора вода вновь нагнетается насосом в водяную рубашку двигателя.
Благодаря высокой скорости движения разность температур воды, выходящей из рубашки охлаждения и входящей в нее, небольшая (4...7°С), что создает благоприятные условия для равномерного охлаждения двигателя.
На современных двигателях применяется закрытая система охлаждения. Она характеризуется тем, что радиатор герметически закрыт, только при повышенном или пониженном давлении он сообщается с атмосферой, для чего на нем установлен паровоздушный клапан.
В такой системе можно достичь более высокой температуры кипения воды, что создает благоприятные условия для работы двигателя. В закрытой системе охлаждения уменьшается потеря жидкости в результате испарения.
Двигатели с воздушным охлаждением. Отвод теплоты от деталей таких двигателей происходит в результате принудительного обдува воздухом цилиндров и их головок, для чего имеется роторный вентилятор, состоящий из ротора с большим числом лопастей и неподвижного направляющего аппарата. Вращаясь с большой частотой, ротор нагнетает воздух под воздухораспределительный кожух .
Автоматическое регулирование теплового режима изменением частоты вращения ротора вентилятора введено на некоторых дизелях с жидкостным и воздушным охлаждением. С этой целью между шкивом 16 привода вентилятора и ротором установлена гидродинамическая муфта 17 переменного наполнения маслом, а в головке цилиндра — регулятор 12 подачи масла. Гидромуфта 17 имеет два колеса с лопатками: ведущее — насосное (переднее по ходу двигателя) и ведомое — турбинное. Последнее жестко связано с ротором 19 и не связано с насосным колесом.
Действует автоматическое устройство следующим образом. Когда двигатель не прогрет и температура головки цилиндра недостаточна, золотник 13 не пропускает масло из смазочной системы в гидромуфту, в результате чего турбинное колесо с вентилятором не вращается. Двигатель быстро прогревается. При достижении нужной температуры прогрева чувствительный датчик регулятора 12 перемещает золотник 13 и открывает доступ масла в гидромуфту. Масло, попавшее внутрь муфты, захватывается лопатками ведущего колеса и отбрасывается на лопатки ведомого. Это заставляет последнее вращаться вместе с ротором вентилятора, а у двигателей с жидкостным охлаждением — вместе с вентилятором.
В кожухе гидромуфты расположены отверстия через которые масло непрерывно сливается в картер двигателя.
Чем выше температура двигателя, тем большим количеством масла заполнена гидромуфта и тем с большей частотой вращается ротор вентилятора.
При снижении температуры до определенного значения золотник ограничивает поступление масла в муфту и вентилятор замедляет вращение.
Устройство составных частей системы жидкостного охлажденияРадиатор служит для охлаждения воды, поступающей в него из водяной рубашки двигателя.
Он состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления.
Баки и сердцевина радиатора многих двигателей для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.
В сердцевине радиатора имеется ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество плоских вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, проходящая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.
Верхний и нижний баки патрубками соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижнем баке предусмотрен краник для слива воды из радиатора. Для спуска воды из водяной рубашки двигателя в нижней части блока цилиндров также имеется краник.
В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую крышкой.
В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя: шторкой (или жалюзи) и термостатом.
Шторка радиатора представляет собой полотно, один конец которого закреплен на барабане, а второй присоединен к нижней части радиатора. Шторку поднимают и опускают из кабины с помощью троса.
В системе охлаждения некоторых двигателей вместо шторки имеется жалюзи створчатого типа. Жалюзи состоят из набора створок (пластин), шарнирно закрепленных в планке, которая тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи, размещенной в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.
Вентилятор и водяной насос. Вентилятор включает в себя шесть или четыре лопасти, приклепанные к крестовине. Последняя привернута к шкиву, который приводится в движение от коленчатого вала через ременную передачу. Шкив шпонкой и гайкой жестко закреплен на валике, который свободно вращается в корпусе 1 водяного насоса на шариковых подшипниках. С другой стороны на валик 3 жестко посажена крыльчатка 2 водяного насоса, которая представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками, направляющими воду в водяную рубашку двигателя.
На заднем конце валика предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. В уплотнение входят текстолитовая уплотняющая шайба и резиновая манжета, которая прижимается пружиной к упорной втулке. Просочившаяся при работе насоса через уплотнение вода сливается наружу через отверстие в корпусе насоса.
Водяной насос закреплен на передней стенке блока цилиндров. Между корпусом насоса и блоком установлена паронитовая прокладка. Корпус насоса имеет два патрубка: боковой соединяет полость крыльчатки водяного насоса с нижним патрубком радиатора, а верхний 6 — с корпусом термостата.
Термостат необходим для автоматического регулирования температуры воды. Он изготовлен из латуни. К днищу корпуса термостата припаян сильфон 5, несущий на себе вспомогательный клапан 4 и полый шток 6 с основным клапаном 3. Сильфон термостата, изготовленный в виде цилиндрической гармошки из тонкой латуни, заполнен легкокипящей жидкостью — смесью воды и этилового спирта.
При температуре воды ниже 70°С давление насыщенных паров жидкости в сильфоне низкое и он сжат, основной клапан полностью закрыт, а вспомогательный открыт. Вода циркулирует по малому кругу (минуя радиатор). При температуре воды выше 70°С под давлением паров стакан растягивается, а шток и клапаны выдвигаются. Через открывшийся основной клапан вода проходит в радиатор. При температуре воды выше 85°С вспомогательный клапан полностью закрывает боковые окна корпуса. Доступ воды из термостата в водяной насос по малому кругу прекращается.
В основном клапане сделано небольшое отверстие 2, через которое выходит воздух при заполнении системы охлаждения водой.
Главный недостаток жидкостных термостатов — чувствительность их к изменению давления в системе, что делает их работу нечеткой. Термостаты с твердым наполнителем лишены этого недостатка.
На современных двигателях применяют двух- и одноклапанные термостаты с твердым наполнителем — церезином (нефтяным воском). При температуре 70...83°С церезин плавится и, расширяясь, перемещает клапан, который открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор. При снижении температуры церезин затвердевает и уменьшается в объеме. Под действием возвратной пружины клапан закрывается, и вода циркулирует по малому кругу.
Действие термостата с одним клапаном отличается от термостата с двумя клапанами тем, что клапан регулирует количество воды, которое поступает в радиатор, и не препятствует проходу воды по патрубку в водяной насос.
На некоторых двигателях не предусмотрена установка термостата в системе охлаждения.
Паровоздушный клапан, с помощью которого внутренняя полость радиатора сообщается с атмосферой, смонтирован в крышке заливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана и размещенного внутри него воздушного клапана. Паровой клапан под действием пружины плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельной (для данного двигателя), то под давлением паровой клапан открывается и избыток пара выходит наружу.
Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор входит атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Воздушный клапан позволяет полностью сливать воду из системы охлаждения при закрытой крышке горловины и предохраняет трубки радиатора от разрушения под влиянием атмосферного давления при остывании двигателя.
Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть размещены в головке цилиндров, водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или верхнем баке радиатора.
Устройство составных частей системы воздушного охлажденияСистему воздушного охлаждения двигателя применяют для отвода теплоты от цилиндров, их головок и масляного радиатора смазочной системы. Масляный радиатор расположен под кожухом с правой стороны двигателя.
В систему охлаждения входят ребра охлаждения цилиндров и их головок, вентилятор, съемный кожух, дефлекторы и приборы контроля работы системы.
Ребра на цилиндрах и головках двигателей с воздушным охлаждением предназначены для увеличения поверхности охлаждения. Они расположены так, что поток охлаждающего воздуха проходит вдоль них и отводит теплоту от всех частей двигателя.
Вентилятор состоит из рабочего колеса (ротора) и неподвижного направляющего аппарата, отлитых из алюминиевого сплава. На роторе имеются восемь радиально расположенных лопаток, а на направляющем аппарате лопасти переменного сечения, равномерно расположенных по окружности. Ротор закреплен на одном валу б со шкивом 4, который приводится во вращение клиновидным ремнем от шкива коленчатого вала. Вал 6 вращается на двух шариковых подшипниках одноразового смазывания, установленных в ступице направляющего аппарата, который прикреплен к кронштейну крышки распределительных шестерен.
Вентилятор подает в систему охлаждения около 30 м3 воздуха за 1 мин. Этого количества воздуха достаточно для нормальной работы двигателя, когда температура окружающего воздуха 40°С. Направляющий аппарат своими лопастями меняет направление проходящего через него воздуха против вращения ротора, что позволяет получить более высокое давление. Чтобы в вентилятор не попадали посторонние предметы, на направляющий аппарат надевают быстросъемную защитную сетку.
Воздух, нагнетаемый вентилятором, направляется кожухом в межреберное пространство цилиндров и головок. Передний, средний и задний дефлекторы, изготовленные в виде тонких металлических пластин, направляют потоки воздуха, улучшая его распределение по поверхности цилиндров и головок и способствует равномерному охлаждению деталей.
Регулирование теплового состояния двигателя. Тепловое состояние двигателя с воздушным охлаждением регулируют дроссельным диском, установленным под защитную сетку 5 вентилятора (на входе охлаждающего воздухав вентилятор), а также включением и отключением масляного радиатора переключателем, расположенным на корпусе центрифуги. В холодное время года (при установившейся температуре 5°С и ниже) масляный радиатор отключают от смазочной системы, а диск устанавливают под защитную сетку вентилятора. При установившейся температуре окружающего воздуха выше 5°С радиатор включают в смазочную систему двигателя, а диск снимают с вентилятора. Зимой при температуре до минус 25°С температура масла в двигателе не ниже 40°С обеспечивается установкой на вентиляторе дроссельного диска и загрузкой двигателя не менее 40% от эксплуатационной мощности.
На некоторых двигателях применяют автоматическое регулирование теплового режима двигателя, действие которого было изложено в § I данной главы. Показатель работы системы воздушного охлаждения — температура масла в картере двигателя, контролируемая термометром, установленным на щитке приборов. Там же находится красная лампа, которая при загорании сигнализирует об обрыве ремня вентилятора.
Возможные неисправности и техническое обслуживание системы охлажденияДля обеспечения нормальной работы системы охлаждения необходимо выполнять следующие правила.
Заливать в систему жидкостного охлаждения чистую, желательно мягкую воду. Признак мягкой воды — способность ее хорошо мылиться.
Рекомендуется использовать воду, слитую из системы охлаждения, так как в ней меньше содержится известковых солей.
Наиболее простые способы смягчения жесткой воды, взятой из колодцев, рек, родников, прудов и озер: предварительное кипячение,
добавление соды или антинакипинов (например, 10...12 мг тринатрийфосфата на 1 л воды).
Наиболее современный метод борьбы с накипью в системе охлаждения двигателей — это электромагнитная обработка воды.
Сущность этого метода заключается в том, что при прохождении воды через магнитное силовое поле содержащиеся в ней соли не образуют накипи, а выпадают в виде осадка.
Заполнять радиатор надо до уровня горловины верхнего бака, а во время работы не допускать, чтобы уровень воды был ниже 8 см от верхней плоскости заливной горловины.
Доливать воду в систему охлаждения перегретого двигателя следует постепенно и обязательно при работающем двигателе.
В зимнее время года нельзя заливать слишком горячую воду в холодный двигатель. От резкой смены температуры в головке цилиндров и блоке могут образоваться трещины.
Зимой вода может замерзнуть в системе охлаждения двигателя, что приводит к образованию трещин на его деталях, поскольку при замерзании воды ее объем увеличивается.
Вследствие этого происходит разрыв стенок блоков цилиндров, головки и трубок радиатора. Поэтому перед длительной стоянкой воду из системы охлаждения необходимо слить.
Желательно в зимнее время в систему охлаждения заливать антифриз, самый распространенный из которых — «Тосол А-40». Он предназначен для круглогодичного использования в системе охлаждения в течение двух лет.
Следует помнить, что антифриз очень ядовит и при попадании в желудок и кишечник вызывает отравление. Запрещается переливать жидкость без резиновых перчаток,
засасывать ртом в шланг, а также курить и принимать пищу во время работы с ним.
При ежесменном техническом обслуживании проверяют уровень воды в радиаторе. При этом, открывая крышку заливной горловины радиатора, следует оберегать лицо и руки от ожогов горячей водой и парами, которые могут вырваться из горловины. При испарении антифриза доливают воду. Сильная утечка воды из сливного отверстия в корпусе водяного насоса свидетельствует о том, что детали уплотнительного устройства насоса износились, их следует заменить. Если при отсутствии утечек наблюдается большой расход воды, проверяют состояние паровоздушного клапана.
Через каждые 60 моточасов (при ТО-1) смазывают подшипники водяного насоса. Для этого необходимо очистить масленку от пыли и сделать три-четыре нагнетания солидола шприцем. Проверяют натяжение ремня вентилятора. Нормальным натяжением ремня вентилятора считают такое, при котором от нажатия на ремень в средней его части с определенным усилием образуется прогиб, величина которого указана в приложении 3.
Силу натяжения и прогиб приводных ремней следует измерять специальным приспособлением. Натяжение ремня вентилятора регулируют перемещением генератора или специальным натяжным роликом.
Следует иметь в виду, что чрезмерное натяжение ремня вентилятора вызывает преждевременный износ подшипников, а слабое натяжение ремня приводит к перегреву двигателя и повышенному износу ремня.
Через каждые 960 моточасов (при ТО-3) необходимо промыть систему охлаждения специальным раствором.
Для удаления накипи из двигателей с чугунной головкой используют раствор каустической соды (100 г стиральной соды и 15 г керосина на 1 л воды), а для двигателей с головкой и блоком цилиндров из алюминиевого сплава— хромпик или хромовый ангидрид (20 г на 1 л воды). При этом, сняв термостат, заполняют систему охлаждения раствором и прогревают двигатель. По истечении 10 ч снова пускают двигатель и, прогрев его на малой частоте вращения около 15 мин, останавливают. Отъединив нижний шланг, сливают раствор и промывают систему охлаждения чистой водой для удаления шлама.
В двигателях с воздушным охлаждением нужно очистить защитную сетку вентилятора и межреберное пространство цилиндров и их головок.
При сезонном техническом обслуживании проверяют работу термостата и термометра. Термостат вынимают из корпуса и опускают в посуду с горячей водой.
При температуре 70°С отверстие основного клапана термостата начинает открываться, и при температуре 85°С оно полностью откроется.
Полный ход клапана — около 9 мм. Показания дистанционного термометра сравниваются с показателями жидкостного термометра, опущенного в заливную горловину радиатора.
Для автомобилей периодичность технического обслуживания устанавливают не в моточасах (часах работы), а в пройденных километрах.
В основной период эксплуатации автомобилям проводят: ежедневное, два периодических (продолжительность пробега зависит от категории условий эксплуатации)
и сезонное техническое обслуживание.