Cechy urządzenia
Zamknięty układ chłodzenia pod ciśnieniem. W korku zbiornika wyrównawczego znajduje się zawór bezpieczeństwa. Układ chłodzenia silnika obejmuje nagrzewnicę kabiny pasażerskiej, która znajduje się pod deską rozdzielczą.
Objętość napełnienia układu chłodzenia silnika:
- K4M i K7M (w komplecie z klimatyzacją) - 5,45 l;
- K4M i K7M (kompletny zestaw bez klimatyzacji) - 4,5 l.
Temperatura, przy której zawór termostatu zaczyna się otwierać wynosi 89°C.
Temperatura pełnego otwarcia zaworu termostatycznego wynosi 99 ±2°C.
Wartość kalibracji zaworu w korku zbiornika wyrównawczego wynosi 1,4 bara.
Silnik 1.6 (16V)
Silnik 1.6 (8v)
Tekst artykułu pobrano ze strony internetowej: ladaman
Rysunek 13-1 – Schemat układu chłodzenia silnika: 1 - silnik; 2 - pompa wodna; 3 - termostat; 4 - odpowietrznik; 5 - grzejnik grzejnikowy; 6 - chłodnica układu chłodzenia silnika; 7 - zbiornik wyrównawczy
Cel i zasada działania układu chłodzenia
Efektywność układu chłodzenia zależy od jego konstrukcji i warunków pracy. Konstrukcja układu chłodzenia zależy od mocy silnika, rozmiaru chłodnicy, rodzaju stosowanego płynu chłodzącego i mocy pompy wodnej (pompa obiegowa płynu chłodzącego), rodzaj wentylatora, termostat i ciśnienie w układzie. Niestety, często zaniedbuje się układ chłodzenia do momentu wystąpienia problemów. Prawidłowa, planowa konserwacja może pomóc zapobiec występowaniu takich problemów.
Układ chłodzenia musi umożliwiać jak najszybsze rozgrzanie silnika do wymaganej temperatury roboczej, a następnie utrzymanie tej temperatury. Musi działać efektywnie w zakresie temperatur otoczenia od -30°F (-35°C) do 110°F (45°C).
Maksymalna temperatura spalania silnika okresowo wzrasta do poziomu od 2200°C do 3000°C (od 4000°F do 6000°F). Średnia temperatura w komorze spalania wynosi od 650°C do 925°C (od 1200°F do 1700°F). Ciągłe podgrzewanie do tak wysokich temperatur spowodowałoby spadek wytrzymałości podzespołów silnika, dlatego konieczne jest odprowadzenie ciepła z silnika. Układ chłodzenia utrzymuje temperaturę ścianek komory spalania w zakresie zapewniającym maksymalną wydajność silnika (rysunek 7.1).
Rysunek 7.1. Typowa temperatura spalania mieszanki roboczej i typowa temperatura spalin w otworze wylotowym
Problemy występujące w silniku przy niskich temperaturach roboczych
Aby silnik mógł pracować normalnie, jego temperatura robocza musi być wyższa od pewnego minimalnego akceptowalnego poziomu. Jeśli temperatura pracy jest zbyt niska, nie ma wystarczającej ilości ciepła do prawidłowego odparowania paliwa, niezbędnego do uzyskania wymaganego składu mieszanki paliwowo-powietrznej. W rezultacie konieczne jest zwiększenie zużycia paliwa, aby uzyskać stężenie jego par zapewniające palność mieszanki roboczej. Cięższe, mniej lotne składniki benzyny nie odparowują i pozostają w postaci niespalonego paliwa ciekłego. Ponadto część mieszanki roboczej, stykając się z zimnymi ściankami silnika, ulega schłodzeniu, co powoduje niepełne spalanie paliwa i powstawanie osadów węglowych.
Spalanie benzyny to gwałtowny proces utleniania, który jest reakcją chemiczną polegającą na łączeniu się paliwa węglowodorowego z tlenem zawartym w powietrzu. Reakcja ta zachodzi wraz z wydzieleniem ciepła. Przy spaleniu pięciu litrów paliwa powstaje jeden litr wody w postaci pary. Część wilgoci ulega skropleniu i osadza się w misce olejowej wraz z niespalonym paliwem i sadzą, powodując tworzenie się osadów. Skroplona wilgoć reaguje z niespalonymi węglowodorami i dodatkami, w wyniku czego powstają kwasy: węglowy, siarkowy, azotowy, bromowodorowy i solny. Kwasy te są odpowiedzialne za zużycie silnika spowodowane wewnętrzną korozją i rdzą. Gdy temperatura płynu chłodzącego spadnie poniżej 130°F (55°C), natychmiast pojawia się rdza. W temperaturach poniżej 45°C (110°F) woda powstająca podczas spalania paliwa gromadzi się w oleju. Gdy temperatura płynu chłodzącego spada poniżej 165°F (65°C), następuje szybkie zużycie ścianek cylindra.
Aby ograniczyć negatywne procesy zachodzące w silniku w niskich temperaturach i ułatwić rozruch silnika w chłodne dni, większość producentów oferuje podgrzewacze bloku cylindrów jako dodatkowe wyposażenie silnika. Te ogrzewacze podłączane są do zwykłej sieci elektrycznej (sieci prądu przemiennego 110 V) a element grzewczy podgrzewa płyn chłodzący (rysunek 7.2).
Rysunek 7.2. Aby zdemontować element grzejny, należy odkręcić śrubę mocującą go w otworze technologicznym w ściance bloku cylindrów (a). Element grzejny wyjmuje się z bloku cylindrów. Płyn chłodzący, ogrzany przez zanurzony w nim element grzejny, rozszerza się i unosząc się ku górze, wypiera zimny płyn chłodzący. W wyniku konwekcyjnej wymiany ciepła płyn chłodzący jest ogrzewany w całym silniku (b)
Problemy występujące w silniku przy wysokich temperaturach roboczych
Aby zabezpieczyć silnik przed przegrzaniem, jego temperatura robocza nie może przekraczać maksymalnej dopuszczalnej temperatury. Wysokie temperatury powodują utlenianie oleju. Pod ich wpływem ropa ulega dysocjacji, tworząc koks i oleje schnące. Przy dłuższym przegrzewaniu na pierścieniach tłokowych osadza się koks, powodując ich zatkanie. Osady węglowe przypominające lakier powodują zacieranie się tłoków hydraulicznych popychaczy zaworów. Pod wpływem wysokiej temperatury lepkość oleju nieuchronnie spada, a grubość warstwy smaru ulega zmniejszeniu. Jeżeli warstwa smaru stanie się zbyt cienka, może dojść do suchego styku powierzchni ruchomych części. Jednocześnie wzrasta współczynnik tarcia, co powoduje spadek mocy silnika i przyspieszone zużycie jego podzespołów.
Przegrzanie silnika jest kosztowne
Główną przyczyną awarii silnika jest awaria układu chłodzenia. Mechanikom samochodowym często śnią się koszmary o tym, jak serwisanci instalują świeżo naprawiony silnik w samochodzie, którego chłodnica jest zatkana. Po remoncie lub naprawie silnika należy z reguły wymienić pompę wody i wszystkie węże. Zawsze po naprawie lub wymianie silnika należy sprawdzić, czy w chłodnicy nie ma nieszczelności i zatorów. Przegrzanie jest najczęstszą przyczyną awarii silnika.
Projekt układu chłodzenia
Płyn chłodzący przepływa przez silnik i pochłania wytwarzane w nim ciepło. Następnie przepływa do chłodnicy, która oddaje ciepło do otoczenia. Płyn chłodzący ciągle krąży w układzie chłodzenia, jak pokazano na rysunku 7.3 i 7.4. Płyn chłodzący przepływając przez silnik, nagrzewa się nawet o 15°F (8°C). Następnie, przepływając przez chłodnicę, schładza się. Przepływ płynu chłodzącego może osiągnąć 4 litry na minutę na każdy koń mechaniczny mocy silnika.
Rysunek 7.3. Schematyczny diagram przepływu płynu chłodzącego przez silnik
Rysunek 7.4 Na tym zdjęciu bloku cylindrów z odciętą płytą widoczne są kanały układu chłodzenia otaczające cylindry. Należy pamiętać, że płyn chłodzący omywa cylindry ze wszystkich stron, a także przepływa przez szczeliny między nimi
Temperatura silnika i toksyczność spalin
W wielu obszarach obowiązują kontrole emisji spalin pojazdów. Emisje węglowodorów (HC) to po prostu niespalone paliwo. Aby ograniczyć emisję niespalonych węglowodorów i zaliczyć test emisji, należy upewnić się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej przed testem. Producenci samochodów definiują "normalną temperaturę pracy" jako:
- 1. Górny wąż chłodnicy nagrzewa się i znajduje się pod zwiększonym ciśnieniem.
- 2. Wentylator elektryczny włącza się i wyłącza dwa razy (wentylatory) systemy chłodzenia.
Przed wykonaniem testu emisji należy upewnić się, że silnik osiągnął normalną temperaturę roboczą. Najlepiej przejechać pojazdem dystans 20 mil (32 km), aby mieć pewność, że katalizator, olej i płyn chłodzący osiągnęły normalną temperaturę roboczą. Szczególnie ważne jest zadbanie o to w chłodne dni. Większość kierowców uważa, że aby rozgrzać silnik, wystarczy pozwolić mu pracować na biegu jałowym, aż z nagrzewnicy w kabinie zacznie wydobywać się ciepłe powietrze. Ogrzewacz wnętrza pobiera ciepło z płynu chłodzącego. Producenci samochodów zalecają, aby nie pozostawiać silnika na biegu jałowym dłużej niż 5 minut, a aby się rozgrzał, należy pozwolić mu pracować na biegu jałowym przez jedną do dwóch minut, po czym, aby rozgrzać się jeszcze bardziej, należy powoli jechać samochodem, aby zwiększyć ciśnienie oleju w układzie smarowania.
Gorący płyn chłodzący przepływa przez zawór termostatu, który jest zamontowany w najwyższym punkcie silnika, do chłodnicy. Rura wylotowa układu chłodzenia połączona jest z górną rurą dolotową chłodnicy za pomocą węża, który mocuje się za pomocą opasek zaciskowych. Płyn chłodzący w chłodnicy jest chłodzony przez przepływ powietrza opływającego ją. W miarę stygnięcia płyn chłodzący spływa do chłodnicy i przez dolną rurę wylotową dostaje się do pompy wodnej, która zapewnia wymuszony obieg płynu chłodzącego w silniku.
Notatka
W wielu nowych konstrukcjach silników termostat montowany jest na wlocie pompy wody. Gdy schłodzona ciecz wpłynie do termostatu, zamyka się on i pozostaje zamknięty, dopóki temperatura płynu chłodzącego nie osiągnie temperatury otwarcia. Umieszczenie termostatu na wlocie pompy wody zmniejsza zakres wahań temperatury płynu chłodzącego, redukując nagłe zmiany temperatury, które mogłyby spowodować naprężenia cieplne w silniku, szczególnie w silnikach z aluminiowymi głowicami cylindrów i żeliwnymi blokami.
Efektywność odprowadzania ciepła przez układ chłodzenia zależy przede wszystkim od wydajności chłodnicy. Konstrukcję grzejników zaprojektowano tak, aby zapewnić maksymalną wydajność wymiany ciepła przy minimalnych wymiarach. Przepływ powietrza nad chłodnicą zwiększany jest za pomocą wentylatora chłodzącego z napędem pasowym lub elektrycznym.