При проведении работ по форсированию двигателя, особенно связанных с увеличением его рабочего объема, зачастую параметры штатной системы охлаждения перестают удовлетворять возросшим требованиям по отводу тепла от нагревающихся деталей, поэтому в ряде случаев приходится применять дополнительные меры по увеличению эффективности системы охлаждения. Эффективность системы охлаждения также следует увеличить при установке кондиционера, так как помимо ощутимо возрастающей нагрузке на двигатель поглощаемое из салона тепло выделяется в моторном отсеке, вызывая значительное увеличение температуры в подкапотном пространстве.
Недостаточный отвод тепла вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя, что приводит к резкому снижению их прочности. При сильном перегреве нормальные зазоры между деталями нарушаются, следствием чего является повышенный износ, заедание, поломки. Перегрев вреден и потому, что вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.
Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно влечет за собой конденсацию частиц топлива на стенках цилиндров, ухудшение смесеобразования и воспламеняемости смеси, уменьшение скорости ее сгорания и как следствие уменьшение мощности, а также способствует образованию отложений на внутренних поверхностях масляных каналов.
Для увеличения эффективности работы системы охлаждения двигателя целесообразно уменьшить общее гидравлическое сопротивление системы охлаждения за счет увеличения проходного сечения в наиболее узких местах. На двигателях УЗАМ для этой цели можно установить дополнительную промежуточную прокладку толщиной 4 мм под переднюю заглушку водяного канала крышки механизма газораспределения [18].
Термостат. Исполнительным механизмом, непосредственно осуществляющим регулировку температуры двигателя, является термостат. В настоящее время на двигателях ВАЗ и УЗАМ применяются термостаты так называемого "нижнего" типа. Для двигателей ВАЗ существует достаточно большой выбор термостатов различных производителей, несколько различающихся также рабочей температурой, так что при необходимости несложно подобрать термостат с требуемыми характеристиками. Для двигателей УЗАМ по конструкции и расположению патрубков хорошо подходят термостаты от автомобиля ВАЗ-2121 "Нива", имеющие несколько меньшую по сравнению со штатным термостатом двигателей УЗАМ рабочую температуру, что благоприятно сказывается на поддержании стабильного теплового режима форсированного двигателя. Можно использовать как отечественные термостаты для автомобиля ВАЗ-2121, так и импортные, например итальянские FACET или французские VERNET. Владимирский завод "Автоприбор" выпускает также термостаты с импортным (французским) термосиловым элементом.
В последнее время предметом широкого обсуждения стало местоположение термостата в системе охлаждения. Существуют два основных варианта расположения термостата - система с так называемым "верхним" термостатом и система с "нижним" термостатом. Термостат совместно с радиатором охлаждения двигателя в системе охлаждения образует замкнутый контур в системе авторегулирования (САР). В системе с "нижним" термостатом термостат устанавливается перед водяным насосом, в термостат поступает охлажденная в радиаторе охлаждающая жидкость, а также неохлажденная жидкость непосредственно из водяной рубашки двигателя. В этом случае термостат обеспечивает поддержание постоянной температуры охлаждающей жидкости на входе в двигатель, смешивая в нужных пропорциях охлажденную и неохлажденную охлаждающую жидкость. В системе с верхним термостатом термостат устанавливается на выходе двигателя и на основании измеренной температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя термостат устанавливает требуемое соотношение потоков охлаждающей жидкости в радиатор для ее охлаждения и в обход радиатора для подачи ее непосредственно в водяной насос, стабилизируя таким образом температуру на выходе двигателя. Кибернетические схемы систем с "нижним" и "верхним" термостатом соответственно показаны на нижеприведенных рисунках (на кибернетической схеме САР с "верхним" термостатом смеситель охлажденной и неохлажденной ОЖ условно показан перед двигателем, что не влияет на принцип работы системы):
Рассмотрим преимущества и недостатки обеих систем. В первую очередь определим основные дестабилизирующие воздействия, влияющие на температуру охлаждающей жидкости. Дестабилизирующие воздействия на систему охлаждения двигателя в основном сводятся к следующим:
- изменение нагрузки на двигатель и связанное с этим изменение количества рассеиваемого двигателем тепла;
- изменение нагрузки на двигатель и температуры в подкапотном пространстве при работе дополнительных агрегатов (кондиционер, ГУР и т.д.);
- изменение температуры окружающей среды и связанное с этим изменение степени охлаждения рабочей жидкости в радиаторе охлаждения;
- изменение режима работы радиатора охлаждения двигателя вследствие изменения скорости потока воздуха через радиатор при изменении скорости автомобиля;
- изменение поглощения тепла дополнительными системами автомобиля, работающими в контуре системы охлаждения вследствие изменения режимов их работы, включения/выключения и т.д. (радиатор отопителя, газовые испарители в системах питания сжиженным газом и т.д.).
И система с "нижним", и система с "верхним" термостатом обеспечивает поддержание температуры двигателя в заданных пределах, но работают при этом они несколько по-разному. В системе с "нижним" термостатом параметром регулирования САР является температура охлаждающей жидкости на входе в двигатель, а в системе с "верхним" термостатом параметром регулирования является температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя, т.е. непосредственно температура двигателя. Однако в данном случае речь идет лишь о первичном (непосредственном) параметре регулирования. В системе с "нижним" термостатом первичный параметр регулирования обеспечивает компенсацию дестабилизирующих воздействий параметров внешней среды, а в системе с "верхним" термостатом первичный параметр регулирования обеспечивает компенсацию дестабилизирующих воздействий, возникающих от изменения нагрузки на двигатель. Однако необходимо учитывать, что в обеих случаях эти САР обеспечивают и компенсацию других дестабилизирующих воздействий, однако уже в качестве вторичного параметра регулирования. Так, в системе с "нижним" термостатом изменение нагрузки на двигатель вызывает изменение температуры рабочей жидкости на выходе двигателя, что в свою очередь вызывает изменение температуры рабочей жидкости после ее охлаждения в радиаторе и это соответствующим образом учитывает термостат при смешении охлажденной и неохлажденной рабочей жидкости. В системе же с "верхним" термостатом изменение степени охлаждения рабочей жидкости в радиаторе охлаждения при изменении параметров внешней среды в свою очередь приводит к изменению температуры двигателя, что также соответствующим образом учитывает термостат при распределении потоков. Таким образом, различие обеих систем достаточно условно, а сами различия определяют, какие дестабилизирующие параметры компенсируются при регулировании первично, т.е. наиболее быстро, а какие - вторично, т.е. с некоторой задержкой.
Ответ на вопрос, какая из этих систем более предпочтительна, зависит от того, какие дестабилизирующие воздействия в большей мере влияют на изменение температуры - параметры внешней среды или изменение тепловыделения двигателя. Параметры внешней среды и степень охлаждения рабочей жидкости в радиаторе охлаждения изменяются в очень широких пределах - так, температура наружного воздуха в практических условиях эксплуатации изменяется от -35 до +40 Co, при этом скорость потока воздуха через радиатор также варьируется в очень широких пределах в зависимости от скорости автомобиля. В какой-то степени изменение скорости потока воздуха через радиатор компенсируется своевременным включением и выключением вентилятора радиатора охлаждения, однако это происходит ступенчато. Степень влияния изменения нагрузки на двигатель на температуру рабочей жидкости зависит в первую очередь от параметров двигателя, назначения использования автомобиля, соответствия тяговых характеристик двигателя параметрам автомобиля, манеры езды. Очевидно, что чем мощнее двигатель для одного и того же автомобиля при прочих равных условиях, тем в меньших пределах изменение нагрузки на него сказывается на его рабочей температуре, и наоборот, чем мощность двигателя меньше, тем в больших пределах будет изменяться нагрузка на него. Поэтому для автомобилей с достаточно мощными двигателями в условиях повседневного применения более целесообразно использование системы охлаждения с "нижним" термостатом, так как в данном случае изменение параметров внешней среды является определяющим и является первичным параметром регулирования САР. Для автомобилей, мощность двигателей которых соответственно условиям эксплуатации невелика, при их эксплуатации в сложных дорожных условиях, на бездорожье, на горных дорогах, участии в ралли более целесообразно использование системы охлаждения с "верхним" термостатом, при этом первичным параметром регулирования САР является компенсация изменения нагрузки на двигатель.
Первоначально на двигателе УЗАМ рабочим объемом 1.5 л автомобиля "Москвич-412" устанавливался "верхний" термостат оригинальной конструкции. Как и было показано ранее, применение "верхнего" термостата вызывало значительную зависимость температуры охлаждающей жидкости от параметров внешней среды. Для компенсации влияния этих параметров на автомобиле "Москвич-412" устанавливались дополнительные элементы ручного регулирования температуры. Так, перед радиатором охлаждения двигателя устанавливались специальные жалюзи, посредством которых регулировался воздушный поток через радиатор. Жалюзи управлялись специальной ручкой из салона автомобиля, посредством которой изменялся угол наклона сегментов жалюзи. В холодное время года такой регулировки оказывалось недостаточно, поэтому применялось дополнительное утепление передней части автомобиля специальными щитками. Естественно, что все это снижало удобство управления автомобилем. Позднее при переходе на выпуск модели "Москвич-2140" на том же двигателе УЗАМ-412 рабочим объемом 1.5 л, устанавливаемом на этом автомобиле, был применен "нижний" термостат, что позволило отказаться от жалюзи и дополнительного утепления.
Практическое сравнение систем охлаждения автомобилей "Моквич-21412" с двигателями УЗАМ различного рабочего объема с "нижним" и с "верхним" термостатом показало, что в системе с "верхним" термостатом наблюдается большие по сравнению с системой с "нижним" термостатом колебания температуры охлаждающей жидкости, а также недогрев двигателя в зимний период, особенно при значительных низких температурах, худшая работа отопителя вследствие более низкой температуры рабочей жидкости. В то же время в летний период при работе двигателя в режимах значительных нагрузок наблюдается меньшая склонность к перегреву.
Таким образом, целесообразность применения "верхнего" термостата в системе охлаждения автомобиля "Москвич-2141" является спорной. Однако в случае необходимости и наличии показаний для подобной переделки она может быть достаточно легко осуществлена. Для этого есть два основных способа - использование "верхнего" термостата от автомобиля "Москвич-412" и установка термостата от системы с "нижним" термостатом в качестве "верхнего".
Рассмотрим установку термостата от автомобиля "Москвич-412" на автомобили "Москвич-21412" с двигателями УЗАМ. Для этого необходимо приобрести соответствующий термостат с корпусом. Термостат устанавливается на штатные шпильки крепления верхнего переднего патрубка отбора охлаждающей жидкости на головке блока цилиндров, при этом не возникает каких-либо затруднений. Необходимо лишь правильно подключить соединительные шланги. Ниже показан установленный на двигателе УЗАМ-3318 термостат от автомобиля "Москвич-412":
Конструкция и работа выполнены Zigfried'ом.
При установке термостата от автомобиля "Москвич-412" на автомобиль "Москвич-21412" с двигателем УЗАМ необходимо учитывать то, что верхняя часть корпуса термостата оказывается выше уровня заливной пробки горловины расширительного бачка системы охлаждения, что требует обязательного переноса расширительного бачка в более высокое место. Хорошие результаты могут быть достигнуты при установке расширительного бачка от автомобиля "Газель" или ВАЗ-2110 (старого образца) либо в коробке воздухопритока, либо в нише моторного отсека рядом с местом забора холодного воздуха от воздушного фильтра. Оба этих места выше верхней точки термостата автомобиля "Москвич-412". Применение расширительного бачка от автомобиля "Москвич-412" помимо прочего также позволяет установить датчик уровня охлаждающей жидкости - в этом расширительном бачке для этого есть специальная резьбовая горловина.
Второй вариант "верхнего" термостата предусматривает установку термостата, аналогичного по конструкции "нижнему", но на выходе из системы охлаждения двигателя. Необходимо отметить, что это не должен быть тот же термостат, что и использовался в качестве "нижнего" для данного двигателя. Очевидно, что температура на выходе двигателя выше, чем температура на его входе, поэтому термостат при его установке в качестве "верхнего" должен иметь более высокую рабочую температуру, иначе двигатель будет постоянно недогреваться. Тип термостата необходимо подобрать экспериментально при заездах в разные климатические сезоны и с различными нагрузками для достижения удовлетворительных характеристик стабильности температуры охлаждающей жидкости во всем диапазоне изменений условий эксплуатации. Как вариант, возможно первоначально установить термостат от автомобиля ВАЗ-21093 с двигателем рабочим объемом 1.5 л с последующим более тщательным подбором. Установка термостата заключается в правильном соединении патрубков системы охлаждения. Для смешения охлажденной и неохлажденной рабочей жидкости перед водяным насосом устанавливается тройник для шлангов большого сечения. Конструкция с "верхним" термостатом данного типа показана ниже:
Конструкция и работа выполнены Zigfried'ом.
Немалое влияние на работы системы охлаждения также оказывает радиатор отопителя. В штатной схеме его включения в системе охлаждения с "нижним" термостатом циркуляция охлаждающей жидкости через радиатор отопителя осуществляется минуя термостат, что выводит радиатор отопителя из контура регулирования температуры рабочей жидкости. Для устранения данного недостатка целесообразно шланг отбора охлаждающей жидкости от радиатора отопителя подключать не к водяному насосу непосредственно, а к специально врезанному в среднюю часть "нижнего" термостата дополнительного штуцера; тогда рабосая жидкость из отопителя совместно со всей охлажденной жидкостью будет проходить через термосиловой элемент термостата и влиять на процесс регулировки температуры. Для реализации такой доработки в средней части термостата напротив отводящего патрубка большого сечения необходимо проделать отверстие под штуцер диаметром 15мм, изготовить такой штуцер и закрепить его пайкой, сваркой или посредством резьбового соединения. Такая модификация была проведена на значительном количестве автомобилей "Москвич" и показала хорошие результаты, в частности, обеспечило более стабильную температуру охлаждающей жидкости, а также повысило эффективность работы радиатора отопителя.
Водяной насос. Установка гильз цилиндров увеличенного диаметра в стандартный блок цилиндров двигателя уменьшает объем охлаждающей жидкости непосредственно в рубашке охлаждения блока цилиндров, в результате чего необходимо увеличить скорость ее протока. Для этого можно увеличить число оборотов водяного насоса, заменив стандартный шкив водяного насоса шкивом меньшего диаметра. Пример такого решения для автомобиля автора (Ahlen) "Москвич-2142" с двигателем УЗАМ-248, кондиционером и поликлиновым ремнем привода вспомогательных агрегатов показан ниже. Использован шкив насоса гидроусилителя руля двигателя Renault F3R, вал водяного насоса изготовлен заново и выполнен укороченным, укорочен и непосредственно корпус водяного насоса:
Применение укороченного водяного насоса также позволяет в перспективе рассмотреть вопрос о переносе радиатора охлаждения двигателя УЗАМ на место непосредственно перед двигателем, что позволит более рационально скомпоновать пространство моторного отсека.
Радиатор. Радиатор обеспечивает отдачу тепла, поглощенного охлаждающей жидкостью при ее протекании через водяную рубашку двигателя, в окружающую среду. Для повышения эффективности системы охлаждения целесообразно установить радиатор повышенной производительности, например, для автомобиля "Москвич-2141" с кондиционером японская фирма SANDEN производит специальные трехрядные медные радиаторы, такие радиаторы целесообразно устанавливать на автомобилях, оснащенных кондиционером, а также при форсировании двигателя. По посадочным и крепежным местам и расположению и диаметрам патрубков радиатор полностью аналогичен стандартному радиатору автомобиля "Москвич-2141", за исключением мест крепления кожуха вентилятора охлаждения двигателя, так как для данного радиатора предусматривался оригинальный вентилятор охлаждения с оригинальным кожухом. Для установки стандартного вентилятора автомобиля "Москвич-2141" со стандартным кожухом в комплекте радиатора SANDEN имеется 2 переходных пластины - верхняя и нижняя, выполненные из листовой стали толщиной 3 мм.
Ниже показан внешний вид радиатора SANDEN для автомобилей "Москвич-2141":
Вентилятор охлаждения двигателя. Для обеспечения необходимой скорости потока воздуха через радиатор во время стоянки автомобиля, движении на небольших скоростях, движении с высокими нагрузками, буксованнии автомобиля и других режимах, требующих повышенной отдачи от системы охлаждения при недостаточной скорости обтекания радиатора встречным потоком воздуха используется вентилятор охлаждения двигателя. В форсированных двигателях, а также при оснащении автомобиля кондиционером целесообразно установить усиленный вентилятор охлаждения радиатора. Для двигателей ВАЗ и УЗАМ целесообразно установить восьмилопастной вентилятор от автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-402 взамен штатного четырехлопастного, который вместе с приводным двигателем устанавливается на штатное место кожуха вентилятора. Для еще лучшего охлаждения неплохо применить одиннадцатилопастной вентилятор с приводом от автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-406, однако в этом случае придется изготовить новый кожух вентилятора.
Управление включением вентилятора охлаждения двигателя. Включение вентилятора охлаждения двигателя на автомобилях "Москвич" семейства 2141 осуществляется специальными датчиками, контакты которых замыкаются при достижении определенной температуры. Датчик включения вентилятора устанавливается в нижней части радиатора охлаждения двигателя; таким образом, включение вентилятора охлаждения происходит только тогда, когда встречный поток воздуха, продувающий радиатор, перестает обеспечивать достаточного теплообмена в радиаторе и требуется дополнительный поток воздуха. Такое расположение датчика позволяет избежать излишних включений вентилятора охлаждения на режимах, на которых система охлаждения в состоянии обеспечить нормальный теплообмен без включения вентилятора, что обеспечивает снижение расхода топлива за счет снижения энергетических затрат на привод вентилятора.
Существует достаточно большой ассортимент биметаллических датчиков включения вентилятора отечественного и зарубежного производства. Датчики маркируются двумя цифрами, разделенными дефисом. Первая цифра означает температуру включения датчика в градусах Целься, а вторая - температуру его выключения. Серийно на автомобилях "Москвич" с двигателями ВАЗ и УЗАМ применяется датчик ТМ-108, имеющий характеристики срабатывания 92-87. В форсированных двигателях целесообразно установить датчик с пониженной температурой срабатывания, например, 87-82, а в двигателях повышенного рабочего объема - даже 82-67. Такие датчики встречаются в продаже. Не следует удивляться тому, что температура срабатывания датчиков выбирается ниже рабочей температуры охлаждающей жидкости, так как во-первых, датчик находится близко к отводному штуцеру радиатора, где циркулирует уже охлажденная жидкость, а во-вторых, циркуляция охлаждающей жидкости в области расположения датчика происходит только при наличии циркуляции через радиатор при полном открывании термостата. При частично открытом термостате циркуляция охлаждающей жидкости через радиатор невелика, поэтому его охлаждения даже слабым встречным потоком достаточно для снижения температуре на его выходе до требуемых значений. Применение датчика срабатывания с пониженной температурой позволяет раньше включить вентилятор охлаждения в момент открывания термостата, обеспечить запас заданного объема более холодной жидкости для охлаждения и тем самым повысить стабильность температуры охлаждающей жидкости.
Кроме биметаллических датчиков включения вентилятора используются электронные устройства, использующие показатели значений датчика температуры охлаждающей жидкости - как датчика для индикации температуры, так и специально устанавливаемых дополнительных датчиков. Эти датчики устанавливаются в зоне циркуляции охлаждающей жидкости, а не в радиаторе, однако в случае недостаточности потока встречного воздуха для охлаждения вентилятора температура охлаждающей жидкости поднимается достаточно быстро и устройство, реагирующее на повышение этой температуры, включает вентилятор охлаждения двигателя. Многие такие устройства дополнительно снабжены элементами световой и звуковой индикации перегрева, а также имеют электронные регулировки порогов срабатывания температуры включения.
Улучшение равномерности распределения охлаждающей жидкости по цилиндрам. При модернизации системы охлаждения двигателя также целесообразно сделать байпасный канал диаметром 5-6 мм для обхода охлаждающей жидкости через задний штуцер головки блока цилиндров при закрытом кране отопителя так, чтобы при закрытом кране отопителя через байпасный канал охлаждающая жидкость поступала из задней части двигателя в водяной насос. При открытом кране отопителя малое проходное сечение байпасного канала не влияет сколь-нибудь заметным образом на работу отопителя. Аналогичный байпасный канал также целесообразно сделать для отвода тепла от нижней части блока цилиндров под выпускной трубой в районе четвертого цилиндра, заменив имеющуюся там заглушку для слива охлаждающей жидкости на штуцер и соединив его шлангом внутренним диаметром 5-6 мм с водяным насосом. Указанные меры необходимы для предотвращения перегрева четвертого цилиндра, плохо обдуваемого напором встречного воздуха и имеющему ограниченную циркуляцию теплоносителя.
Обеспечение необходимого избыточного давления в системе охлаждения двигателя. В двигателях автомобилей "Москвич" семейства 2141 применяется система охлаждения закрытого типа, т.е. компоненты системы охлаждения герметичны, что обеспечивает отсутствие ее потерь вследствие вытекания и испарения, а также повышенное рабочее давление, что обеспечивает повышение температуры кипения охлаждающей жидкости, которая напрямую зависит от давления. Компенсация увеличения объема охлаждающей жидкости при ее нагревания осуществляется посредством расширительного бачка, расположенного в наиболее высоком месте подкапотного пространства. Для обеспечения возможности компенсации расширения жидкости в верхней части расширительного бачка при заправке всегда должен оставаться воздух, т.к. жидкость практически несжимаема. Для поддержания требуемого давления в системе охлаждения используются специальные клапаны, конструктивно вмонтированные в крышку расширительного бачка. Один из клапанов (перепускной) обеспечивает поддержание в системе избыточного давления, т.е. открывается при превышении значения давления в системе охлаждения свыше заданного, что необходимо при расширении охлаждающей жидкости при ее нагревании. Второй клапан обеспечивает впуск в систему охлаждения воздуха при остывании охлаждающей жидкости во избежание появления чрезмерного разрежения в системе.
На автомобилях "Москвич" семейства 2141 применяются клапаны расширительных бачков 2-х типов - для двигателей ВАЗ и УЗАМ применяются клапаны отечественного производства, для двигателей Renault - клапаны зарубежного производства. Внешний вид этих клапанов показан на рисунках ниже - соответственно отечественного и зарубежного производства:
Наличие в системе охлаждения избыточного давления позволяет повысить температуру кипения охлаждающей жидкости. Перепускной клапан отечественного производства открывается при избыточном давлении 0.7 кгс/см2, а перепускной клапан зарубежного производства - при избыточном давлении 1.4 кгс/см2. Двигатели Renault имеют повышенную рабочую температуру (это обеспечивает лучший КПД двигателя), поэтому применение перепускного клапана, рассчитанного на повышенное избыточное давление, в этом случае необходимо для поддержания баланса работы термостата при рабочей температуре охлаждающей жидкости, близкой к температуре ее кипения. Однако повышенное рабочее давление в системе охлаждения в ряде случаев неблагоприятно сказывается на других ее компонентах, в частности, на герметичности радиатора отопителя. Радиаторы отопителей автомобилей с двигателями Renault теряют герметичность и дают течь значительно чаще, чем аналогичные радиаторы отопителей автомобилей "Москвич" с двигателями ВАЗ и УЗАМ. В ряде случаев на автомобилях с двигателями Renault также наблюдалось разрушение хомутов крепления шлангов системы охлаждения с их последующим срывом. По этим причинам не следует применять перепускные клапаны зарубежного производства, рассчитанных на повышенное избыточное давление, на автомобилях с двигателями ВАЗ и УЗАМ, т.к. рабочая температура этих двигателей существенно ниже и охлаждающая жидкость имеет достаточный запас по температуре кипения при заданном избыточном давлении, кроме того, применяемые радиаторы охлаждения двигателя для этих автомобилей не рассчитаны на повышенное избыточное давление, что может вызвать их разрушение.
Контроль состояния системы охлаждения двигателя. Система охлаждения двигателя - технически сложная система, состояние которой непосредственно влияет на показатели работы двигателя и даже на его работоспособность. Поэтому в форсированном двигателе система охлаждения должна находиться под постоянным контролем водителя. Нет необходимости говорить о правильной работе указателя температуры охлаждающей жидкости. В дополнению к этому указателю в форсированном двигателе желательно также иметь указатель температуры масла, так как значения параметров температуры охлаждающей жидкости и температуры масла во многом взаимосвязаны, так что косвенно в некоторых случаях, например, в аварийных режимах, можно судить об одном из параметров посредством другого. Установка указателя температуры масла рассмотрена в разделе "Усовершенствование системы смазки". Указатель температуры масла позволит своевременно обнаружить перегрев двигателя, вызванный аварийными вытеканием охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя вследствие потери ее герметичности, т.к. в этом случае перегретая охлаждающая жидкость не будет поступать ни к датчику температуры охлаждающей жидкости, ни к аварийному сигнализатору и они покажут перегрев слишком поздно - только тогда, когда вся масса двигателя будет чрезмерно перегрета и предпринимать что-либо будет уже поздно.
При движении в сложных дорожных условиях, на горных дорогах, спортивных соревнованиях, длительной езде на предельных режимах зачастую водителю остается недостаточно времени для контроля абсолютных значений температуры охлаждающей жидкости. Для выхода из этой ситуации применяются аварийные сигнализаторы температуры охлаждающей жидкости, представляющие собой датчик, замыкающий контакты при превышении температуры выше заданного значения. Датчик своими контактами замыкает контрольную лампу на панели приборов. Целесообразно также одновременно с зажиганием контрольной лампы включать звуковой сигнализатор, чтобы обратить внимание водителя на появление экстремальной ситуации. В некоторых панелях приборов, например, панели приборов ГАЗ-3110, зажигание критических для автомобиля контрольных ламп, в частности, контрольной лампы перегрева охлаждающей жидкости, сопровождается зажиганием контрольной лампы "STOP", что должно дополнительно привлечь внимание водителя. Совместно с зажиганием контрольной лампы "STOP" целесообразно включать звуковой сигнализатор.
На автомобилях "Москвич" семейства 2141 с двигателями Renault сигнализатор перегрева охлаждающей жидкости устанавливается серийно и физически выполнен в одном корпусе с датчиком температуры охлаждающей жидкости, что является несомненным плюсом. На двигателях других типов сигнализатор перегрева целесообразно установить дополнительно. В частности, на автомобилях ГАЗ-3110 и ряде других, в особенности, на грузовых автомобилях, такие датчики устанавливаются отдельно. Датчики-сигнализаторы имеют некоторый гистерезис для компенсации влияния флуктуаций температуры на индикацию перегрева. Отечественная промышленность выпускает достаточно большой ассортимент датчиков-сигнализаторов, характеристики которых приведены в нижеследующей таблице:
|
Тип датчика |
ТМ 104 | ТМ 104-Т | ТМ 111, -01 | ТМ 111-02, -03 | ТМ 111-04, -05 | ТМ 111-06, -07 | ТМ 111-08 |
|
Температура замыкания контактов, оС |
95+3-4 | 105+4-3 | 100+4-3 | 105+4-3 | 115+3-5 | 120+4-3 | 95+3-4 |
Для двигателей ВАЗ и УЗАМ с системой охлаждения, в качестве рабочей жидкости которой используется тосол или антифриз, наиболее подходящим по температуре срабатывания является датчик-сигнализатор ТМ 111-02. При исключительно летней эксплуатации автомобиля и использовании воды в качестве рабочей охлаждающей жидкости целесообразно использовать датчики-сигнализаторы ТМ 111-01 или ТМ 104.
Ниже показано размещение датчика-сигнализатора перегрева охлаждающей жидкости на впускном коллекторе двигателя УЗАМ-248. Датчик установлен вместо передней (или в случае другого расположения штуцеров отбора охлаждающей жидкости подогрева карбюратора - задней) водяной заглушки впускного коллектора. Датчик-сигнализатор имеет ту же резьбу, что и заглушка. На нижеприведенном рисунке датчик-сигнализатор виден под кронштейном крепления троса дроссельной заслонки:
Кроме контроля температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения, имеет смысл контролировать и ее давление. К сожалению, нередки случаи разгерметизации системы охлаждения в процессе работы в связи с разрывами шлангов, ослаблением хомутов с последующим срывом шлангов с посадочных мест, коррозии радиаторов охлаждения двигателя и отопления, различных механических повреждений. Немаловажное значение также имеет состояние перепускного клапана в пробке расширительного бачка или заправочной горловины, а также обеспечение герметичности системы охлаждения даже при отсутствии течи охлаждающей жидкости, так как нормальное давление в системе охлаждения необходимо для поддержания требуемой для нормальной работы двигателя температуры ее кипения. В исправной системе охлаждения с прогревом двигателя и повышением температуры теплоносителя вследствие температурного расширения давление в системе охлаждения повышается с нулевого или отрицательного (возникающего при остывании двигателя) до 0.7 - 1.4 кгс/см2. Конкретное значение давления определяется перепускным двухходовым клапаном, установленным в крышке расширительного бачка. Среднее нормальное значение давления соответствует значению 0.7 кгс/см2 для двигателей ВАЗ и УЗАМ и 1.4 кгс/см2 для двигателей Renault и AUDI. Контролировать давление в системе охлаждения двигателя значительно сложнее, чем его температуру, так как текущее оптимальное значение давления зависит от многих параметров, к тому же не является стабильным - так, при работе двухходового перепускного клапана в пробке расширительного бачка происходят значительные броски изменения давления, что само по себе является нормальным. Поэтому контролировать абсолютное значение давления в системе охлаждения двигателя стрелочным прибором не представляется целесообразным, а наиболее подходящим для этой цели является сигнализатор, работающий совместно с сигнальной лампой. Задача состоит в том, чтобы индицировать лишь критические отклонения от требуемых параметров, при этом целесообразно контролировать не только недостаточное давление в системе охлаждения, но и избыточное давление, что позволит диагностировать неисправность двухходового перепускного клапана.
С учетом вышеперечисленных требований целесообразно иметь в системе охлаждения 2 сигнализатора давления. Один сигнализатор давления должен индицировать наличие избыточного давления в системе охлаждения двигателя после начала его прогрева. В качестве такого сигнализатора могут быть использованы сигнализаторы аварийного давления масла автомобилей "Москвич" или "ВАЗ" типов 2602.3829 или 30.2829. Недостатком применения этих датчиков является достаточно большой разброс пределов их срабатывания, составляющий 0.4 - 0.8 кгс/см2 [7], поэтому датчики необходимо подобрать по нижнему значению порога срабатывания. Однако более целесообразно применение специализированных регулируемых прецизионных датчиков от спецаппаратуры. Датчики-сигнализаторы целесообразно установить в тройниках, установленных в одном из шлангов системы охлаждения, например, шланге отвода охлаждающей жидкости от радиатора отопителя. Дополнительно на этом же тройнике можно закрепить стрелочный механический манометр с диапазоном измерений до 2.5кгс/см2 и установить его стационарно в подкапотном пространстве для контроля давления охлаждающей жидкость при диагностике автомобиля. Такой манометр позволит быстро проверить состояние духходового перепускного клапана крышки расширительного бачка и оценить герметичность системы охлаждения в целом .
Алгоритм работы системы автоматизированного контроля давления в системе охлаждения двигателя может быть следующим. При достижении температуры охлаждающей жидкости 60о, что контролируется либо специальным температурным датчиком в системе охлаждения, либо при наличии на автомобиле Микропроцессорной Системы Зажигания может контролироваться по наличию напряжения на старшей адресной части ее ПЗУ, что индицирует завершение прогрева, либо по размыканию контакта контрольной лампы привода воздушной заслонки карбюратора, что также индицирует завершение прогрева двигателя, начинается контроль давления в системе охлаждения двигателя. При этом замкнутые контакты датчика давления при его отсутствии будут зажигать контрольную лампу. При превышении давления в системе охлаждения сверх допустимого срабатывает второй датчик аварийного давления и контрольная лампа также зажигается. Контроль превышения допустимого давления в системе охлаждения является достаточно важным, так как избыточное давление разрушает радиаторы охлаждения двигателя и отопителя, вызывает течи соединений системы, разрушение хомутовых соединений и другие механические повреждения.
В современных автомобилях важное значение имеет система предвыездного контроля параметров, позволяющая перед поездкой не выходя из автомобиля и не заглядывая под капот оценить готовность автомобиля к поездке. Одной из частей такой системы является контроль уровня охлаждающей жидкости. Для этого используется либо специальный расширительный бачок, оснащенный датчиком уровня охлаждающей жидкости, либо дополнительный небольшой расширительный бачок, устанавливаемый в высоком месте под капотом автомобиля, соединенный снизу шлангом с полостями системы охлаждения, а верхним шлангом - с пароотводящей трубкой расширительного бачка. В качестве такого бачка наиболее целесообразно использовать расширительный бачок автомобиля "ОКА", в крышке которого удаляется двухходовой перепускной клапан, в верхней части крышки на месте клапана вырезается отверстие и в него вставляется индикатор уровня охлаждающей жидкости от автомобиля ВАЗ-2109. Этот расширительный бачок имеет весьма компактные размеры, заливная горловина в нем после такой переделки отсутствует и поэтому его несложно разместить в подкапотном пространстве, например, рядом с воздушным фильтром двигателя УЗАМ.
Для автомобилей, оснащенных двигателем Renault, более предпочтительно иное решение в связи со значительно большими рабочими давлениями и более высокой рабочей температурой в системе охлаждения. По причине повышенных давлений многие компоненты системы охлаждения двигателя, спроектированные для работы с двигателями ВАЗ и УЗАМ, рассчитанными на меньшие рабочие давления, зачастую выходят из строя. В первую очередь страдает радиатор отопителя. Сам расширительный бачок на автомобилях с этими двигателями, хотя и имеет новую конструкцию, рассчитанную на работу при повышенных давлениях, тем не менее зачастую также не выдерживает повышенного давления и температуры. Для автомобилей с двигателями зарубежного производства целесообразно применение расширительных бачков от автомобилей AUDI. который по геометрическим размерам хорошо вписываются на штатное место расширительного бачка; кроме того, эти расширительные бачки имеют встроенный датчик уровня охлаждающей жидкости. Расширительный бачок устанавливается совместно с пробкой и встроенным в нее двухходовым перепускным клапаном, параметры которого очень близки к параметрам аналогичного клапана для автомобилей "Москвич" с двигателем Renault. В связи с тем, что это давление выше оптимального значения рабочего давления в системе охлаждения двигателей ВАЗ и УЗАМ, применение такого расширительного бачка от автомобиля AUDI на автомобилях с этими двигателями нецелесообразна, так как в этом случае более вероятны повреждения радиаторов охлаждения двигателя и отопителя. Для этих двигателей целесообразно применить второй расширительный бачок от автомобиля "ОКА" с установленным датчиком уровня.
Индикация недостаточного уровня охлаждающей жидкости осуществляется разными способами. После включении зажигания до пуска двигателя сигнализатор уровня всегда индицирует низкий ее уровень зажиганием контрольной лампочки. После пуска двигателя на разных автомобилях система работает по-разному. Так, на автомобилях семейства ВАЗ-2109 и ВАЗ-2110 после пуска двигателя индикация недостаточного уровня охлаждающей жидкости попросту отключается во избежания его ложных срабатываний вследствие приливно-отливных явлений в бачке при движении и кренах автомобиля. Такое решение нельзя признать удачным, так как фактически лишает водителя контроля за состоянием системы охлаждения в процессе движения. Более удачным представляется решение с электронным или гидравлическим интегрированием (демпфированием) показаний сигнализатора. В качестве электронного интегратора может быть использован "замедлитель" указателя резервного остатка топлива из комбинации приборов автомобиля "Москвич", представляющий собой конденсатор большой емкости, две времязадающие цепи для его заряда и разряда и транзисторный ключ; устройство может быть изготовлено по схеме комбинации приборов автомобиля или приобретено отдельно (устройство встречается в з/ч для панели приборов автомобиля "Москвич" Рижского завода RAR, в которой оно выполнено на отдельной печатной плате). Гидравлический интегратор может быть применен при установке второго расширительного бачка от автомобиля "ОКА" с датчиком; для этого в нижнем подводящем шланге устанавливают шайбу с внутренним диаметром порядка 1мм. Через такое отверстие охлаждающая жидкость не может быстро перетекать, что стабилизирует ее уровень в бачке на среднем уровне.
Ниже показана установка расширительного бачка от автомобиля AUDI на автомобили "Москвич-214145 Святогор" с двигателем Renault F3R:
Конструкция выполнена nuclid
Расширительный бачок может быть ориентирован классически вдоль оси автомобиля с изготовлением новых оригинальных кронштейнов его крепления или под некоторым углом к продольной оси автомобиля, что позволяет использовать в качестве одного из креплений штатный задний кронштейн, в котором просверливается отверстие для крепления. Третья точка закрепляется либо через промежуточный кронштейн на колесной нише, либо на отбортовке левой панели боковины моторного отсека на шпильке; т.е. в принципе расширительный бачок может быть установлен без применения каких-либо дополнительных кронштейнов.
Расширительный бачок от автомобиля AUDI имеет маркировку W.Germany 4A0 121 403 AUDI GPO PPH. Маркировка крышки 443 121 321.
© Ahlen SoftWare, 2005