Система жидкостного охлаждения мотоцикла – блог мотоклуба RC Crazy Snails

Система жидкостного охлаждения мотоцикла

Проблема заключалась в системе охлаждения, о которой подробнее пойдет речь дальше, и выражалась проблема в систематическом срабатывании лампы перегрева двигателя практически на пустом месте. Связано это было с двумя причинами: во-первых текла помпа и жидкость уходила из системы, во-вторых количество жидкости в системе не пополнялось из резервного бачка.

Начнем с того, что есть у меня мотоцикл Honda VTX1800. Это мотоцикл с жидкостной системой охлаждения. Это означает, что охлаждается он специальным термоагентом - охлаждающей жидкостью, которая циркулирует по каналам внутри двигателя и по системе трубок вне двигателя.

Хоть рассказ пойдет на примере VTX1800, все то же самое относится и ко всем мотоциклам с жидкостной системой охлаждения, поскольку в этой области ничего особо не менялось еще с зари автомобилестроения. Нужно отметить, что в качестве охлаждающей жидкости в VTX1800 используется антифриз на основе этилен-гликоля, хотя в других системах может для этих целей использоваться любая другая жидкость.

Основной же проблематикой статьи будет наличие на Honda VTX1800 расширительного бачка охлаждающей жидкости в самой нижней точке системы охлаждения. Суть проблемы заключается в том, как залить охлаждающую жидкость, чтобы система, которая, на первый взгляд, нарушает все законы физики, работала правильно. В статье будут рассмотрены физические основы процесса и даны рекомендации по работе с системой охлаждения.

Как это выглядит?

На рисунке показана общая схема работы системы охлаждения.

Из рисунка видно, что система охлаждения состоит из двух контуров: большого круга (отмечен зеленым) и малого круга (отмечен красным). Эти два контура соединены друг с другом через механическую систему, называющуюся термостат (3). Термостат по сути представляет собой клапан, который реагирует на изменение температуры охлаждающей жидкости. Термостат устанавливается на границе большого и малого контуров охлаждения и является “переключателем” между ними. При разогреве термостата клапан медленно открывается и пропускает охлаждающую жидкость из малого круга в большой.

Также в системе присутствует помпа (1), которая представляет собой насос, заставляющий жидкость циркулировать в системе охлаждения. Для мотоцикла Honda VTX1800 эта помпа напрямую соединена с главным валом двигателя (5) и скорость циркуляции жидкости напрямую зависит от оборотов двигателя.

Еще одной важной частью системы является радиатор(6). Он необходим для повышения площади теплоотдачи, поскольку, как известно из школьного курса физики, чем больше площадь рассеивания тепла, тем эффективнее тепло будет отдаваться. Радиатор представляет собой систему из множества тонких трубок, свернутых в змеевик. Каждая трубка покрыта снаружи тонкими ребрами, увеличивающими площадь рассеивания тепла.

Особо стоит выделить заливную горловину системы охлаждения (4), от которой зависит контроль давления в охлаждающей системе. Заливная горловина снабжена специальной пробкой, о которой пойдет речь подробнее ниже и шлангом для отвода излишков охлаждающей жидкости в расширительный бачок (2).

Зачем все это нужно?

Если Вы уже знаете ответ на этот вопрос, то следующие несколько абзацев статьи Вы можете спокойно пропустить.

Суть жидкостной системы охлаждения заключается в том, чтобы отводить излишнее тепло от горячей зоны двигателя. Как мы знаем из школьного курса физики, материалы при нагреве имеют свойство расширяться, однако различные материалы имеют различные коэффициенты расширения, а следовательно по-разному реагируют на нагрев. Поэтому, при перегреве двигателя, который состоит из деталей разных материалов, изменяются зазоры между элементами, что может привести к преждевременному износу деталей.

Кроме того, при работе двигателя внутреннего сгорания, необходимо учитывать свойства технических жидкостей, таких как масло и бензин.

Масла обладают смазочными свойствами в ограниченном производителем температурном диапазоне и перегрев может пагубно сказаться на их смазочных характеристиках.

Бензин, при различных температурах, также изменяет свои свойства и, в случае перегрева рабочей зоны, может начать самопроизвольно воспламеняться просто от соприкосновения паров с раскаленными стенками цилиндра.

Таким образом необходима система отвода тепла от горячей зоны, чтобы снизить вероятность возникновения пагубных для двигателя условий, описанных выше.

В большинстве мотоциклов не применяется система жидкостного охлаждения, поскольку им для отведения тепла вполне достаточно набегающего потока воздуха на оребрение горячей зоны. Однако в случаях, когда оребрение обдувается не достаточно или в случаях, когда двигатель очень “горяч”, необходимо использовать дополнительные системы отведения тепла, например жидкостную. То есть в этом случае двигатель нагревает жидкость, которая затем остывает на дополнительном оребрении, находящемся за пределами горячей зоны двигателя. В таком случает жидкость выступает в качестве “передатчика” тепла от горячей зоны к охлаждающему оребрению.

Как это работает?

  1. При запуске двигателя, термостат находится в закрытом состоянии, жидкость циркулирует только по малому кругу. Это необходимо для того, чтобы двигатель не охлаждался слишком сильно. Такая ситуация может возникнуть, например, в режиме разогрева, когда стоит задача быстро повысить температуру двигателя до рабочих значений, и отвод тепла будет только мешать. При движении по малому кругу, охлаждающая жидкость минует оребрение радиатора и практически не теряет своей температуры при циркуляции. На самом деле система охлаждения в этом режиме ничего не охлаждает.
  2. При достижении жидкостью температуры в 70-80 градусов, клапан термостата начинает открываться, направляя часть охлаждающей жидкости в большой круг. В большом круге жидкость циркулирует через радиатор, отдавая свое тепло обдувающему воздуху.
  3. При достижении жидкостью температуры 100-110 градусов срабатывает система принудительного обдува радиатора. Это необходимо для того, чтобы при недостаточном обдуве ребер радиатора исключить перегрев самой охлаждающей жидкости и увеличить отвод излишнего тепла. Нужно отметить, что отнюдь не все двигатели снабжены системой принудительного обдува. Зачастую возможен вариант, когда для охлаждения двигателя вполне достаточно окружающего воздуха или набегающего потока.
  4. При понижении температуры вентилятор отключается
  5. При дальнейшем понижении температуры клапан термостата закрывается, переводя систему на работу по малому кругу, чтобы исключить переохлаждение двигателя

Особо отмечу, что значения температур открытия термостата и включения принудительного обдува, для различных двигателей могут быть различны.

Зачем нужен расширительный бачок?

Дело в том, что при разогреве охлаждающей жидкости происходит ее расширение, точно так же, как любых веществ. При этом в системе охлаждения повышается давление и, если вовремя это давление не сбросить, то может произойти разрыв системы охлаждения  и проникновение охлаждающей жидкости в окружающую среду или, что гораздо хуже, в камеру сгорания двигателя.

Система охлаждения VTX1800 рассчитана на давления в пределах от одной до 1,35 атмосферы. Рабочее давление системы обычно указывают на крышке заливной горловины.

Вернемся к системе выпуска излишней охлаждающей жидкости при разогреве и расширении. Для этих целей предназначена крышка заливной горловины и расширительный бачок в системе.

Крышка имеет весьма интересную конструкцию. Чертеж ниже я взял из интернет и он напрямую не относится к Honda VTX1800, однако у моего мотоцикла крышка сделана точно так же.

На изображении видно, что крышка, на самом деле не просто крышка, а система из двух клапанов. Клапан 1 на рисунке а является запорным клапаном, реагирующим на повышение давления в системе. Этот клапан запирается пружиной, усилие которой расчитано на определенное давление внутри системы. При превышении давления, клапан открывается, выпуская охлаждающую жидкость.

Куда он ее выпускает? На рисунке ниже показана схема установки крышки с клапаном, относительно системы охлаждения моего мотоцикла. Для других мотоциклов расположение заливной горловины может немного отличаться.

Как можно понять, при открытии клапана жидкость попадает в дренажную трубку расширительного бачка, после чего стекает в бачок и держится там в качестве резерва на случай охлаждения жидкости и уменьшения ее объема.

Почему жидкость не должна увеличиваться в объеме понятно, но вопрос уменьшения ее объема остался за кадром. Дело в том, что не только увеличение объема охлаждающей жидкости несет в себе угрозу системе в целом, но и уменьшение объема также может привести к ряду проблем. Дело в том, что система охлаждения герметична, то есть не сообщается с огружающей средой. Это значит, что при уменьшении объема охлаждающей жидкости образуется разряжение в системе. Это приводит к “схлопыванию” соединительных трубок и возникновению ситуации, когда через стыки трубок в систему может попасть атмосферный воздух.

Для того, чтобы избежать ситуации с разряжением также используется пробка заливной горловины. Дело в том, что в пробке кроме выпускного клапана также предусмотрен впускной клапан, который позволяет охлаждающей жидкости из расширительного бачка восполнить нехватку объема в системе. Впускной клапан отмечен номером 5 рисунка b, схемы устройства крышки заливной горловины.

Почему жидкость будет возвращаться из бачка, который внизу? Закон сообщающихся сосудов заставит всю жидкость просто стечь вниз!

А что делать и почему это так получилось?

Компоновка большинства мотоциклов предполагает вынужденную экономию места. В этом случае расширительный бачок оказывается зачастую в самом низу системы и с точки зрения привычной нам, жидкость должна только стекать вниз, но никак не подниматься по трубке без специального насоса. Однако это не так. Дело в том, что закон сообщающихся сосудов справедлив только в том случае, когда оба сосуда являются открытыми внешней среде. Попробуйте соединить трубкой шприц и открытую банку с водой. Выберите поршнем шприца некоторое количество воды и поднимите шприц вверх. Вы увидите, что вода из шприца не позвращается в банку. Это связано с тем, что шприц является герметичной системой по отношению к внешней среде. Вода может вытечь из него только в том случае, если ее чем-нибудь в шприце дополнить. Без увеличения объема жидкости в шприце, разряжение будет удерживать жидкость на месте.

Примерно таким же образом работает система охлаждения мотоцикла. При увеличении  объема охлаждающей жидкости, ей некуда деваться, кроме как в расширительный бачок. При уменьшении объема разряжение само вернет охлаждающую жидкость обратно из бачка в систему.

Примерная схема работы этой системы показана на рисунке

Однако в этой ситуации есть несколько потенциальных угроз. Дело в том, что при возникновении воздушного пузыря в дренажной трубке бачка система перестанет работать. Это связано с тем, что газы сжимаются и расширяются гораздо лучше жидкостей, значит при возникновении разряжения в системе охлаждения первым делом будет изменять свой объем воздух в трубке. Что приведет к тому, что жидкость так и останется в расширительном бачке.

Может хватит уже теории? Давай к мотоциклам!

Теперь переходим к теме статьи, а именно смене охлаждающей жидкости в VTX1800.

Я не буду описывать процесс снятия бензобака и слива жидкости. Там все достаточно очевидно и не вызвало вопросов даже у такого дилетанта, как я. Остановимся особо на процессе заполнения жидкостью системы.

Итак, согласно всему вышесказанному Вам нужно добиться того, чтобы в системе не осталось пузырей с воздухом и убедиться, что охлаждающая жидкость не только уходит в бачок, но и возвращается обратно. Делать это необходимо в несколько этапов.

Этап первый, заливаем жидкость.

Собственно ничего сложного тут нет. Заливаем жидкость точно в отверстие заливной горловины до тех пор, пока она не польется обратно. Однако после этого рано закрывать крышку. Дело в том, что каналы охлаждения достаточно тонкие и в них могут образовываться воздушные пробки. Чтобы от них избавиться необходимо: во-первых заливать жидкость медленно, а во-вторых после залития жидкости аккуратно покачать мотоцикл в разные стороны. Результатом будет понижение уровня жидкости в горловине и идущие из горловины пузыри воздуха. После этого нужно долить еще жидкости.

Повторять  этот процесс до тех пор, пока пузыри не перестанут выходить из горловины и уровень жидкости не стабилизируется.

Все, этап первый завершен, закрываем крышку.

Этап второй, прогон жидкости.

После того, как первый этап пройден, заводим мотоцикл. Это нужно, чтобы жидкость окончательно побежала по всем охлаждающим каналам и заполнила их.

Для этого нужно на заведенном мотоцикле несколько раз резко погазовать. В таком случае помпа, напрямую соединенная с валом двигателя, резко повысит давление в системе и выгонит оставшиеся пузыри. Однако не нужно забывать, что система еще не до конца заполнена и серьезный прогрев мотоциклу противопоказан.

На этом второй этап завершен.

Этап третий, долив жидкости.

На VTX1800 очень оригинально расположена горловина, так что мне пришлось придумать вот такую систему для залива.

Собственно это трубка из аквариумного магазина, стойка для растений и воронка из садоводческого магазина. Очень удобно.

Итак открываем крышку и заливаем еще жидкости. Вы будете удивлены тем, сколько ее еще войдет. В процессе долива жидкости уже необходимо контролировать уровень в расширительном бачке. Если уровень после долива жидкости в систему будет не между рисками, то мы рискуем или облиться горячей охлаждающей жидкостью(если жидкость выше рисок), или получить воздушный пузырь в системе при всасывании остывающей жидкости(если жидкость ниже рисок). Так что в бачок необходимо долить жидкости до уровня. На моем VTX1800 для этого есть отдельная горловина расширительного бачка. Она находится слева под водительским сиденьем, за пластиковой крышкой. Крышка держится на резинках, так что смело дергайте, болтов там нет.

После долива, закрываем все крышки и готовимся заводить мотоцикл на этапе четыре.

Этап четыре, контроль работы.

На этом этапе мы избавимся от последего воздушного пузыря в трубке идущей от горловины в расширительный бачок и окончательно приведем систему в готовность.

Еще немного теории того, что будет происходить:

  1. Жидкость начнет разогреваться и выталкивать остатки воздуха из трубки
  2. Воздух выйдет пузырями из трубки
  3. Трубка заполнится жидкостью, окончательно загерметизировав систему

Заводим мотоцикл и прогреваем его до тех пор, пока не сработает датчик температуры и не включится вентилятор. Теоретически это самая горячая точка разогрева системы и следовательно самый больший объем охлаждающей жидкости.

В процессе разогрева контролируем бачок. Вначале из трубки в бачок пойдут пузырьки воздуха. это нормально, из трубки разогревающейся жидкостью выпирает воздушную пробку. Затем уровень жидкости начнет медленно повышаться

На рисунках показано, как повышался уровень в моем случае

После того, как запустится вентилятор, выключаем двигатель и начинаем внимательно следить за уровнем жидкости в бачке.

Уровень жидкости начнет медленно понижаться, поскольку охлажлающая жидкость сжимается и понемногу уходит обратно в систему. Естественно, что без циркуляции жидкость остывает очень медленно и процесс может затянуться. Теоретически, если дождаться остывания жидкости до комнатной температуры, то ее уровень должен быть чуть ниже, чем в начале этапа. Однако объем трубки достаточно мал и отследить это понижение очень сложно, да и не очень нужно.

Если уровень жидкости в бачке уменьшается, то все сделано правильно и мотоцикл можно собирать и выводить на дорогу. Если нет, то необходимо повторить этапы начиная со второго. В системе где-то еще остались пузырьки воздуха. Пожалуйста, будьте аккуратны и дождитесь остывания жидкости в системе. Я не выполнил этой рекомендации и получил пару мелких ожогов в процессе настройки.

А дальше что?

А дальше необходимо периодически смотреть на бачок и отслеживать уровень жидкости.

Резкое уменьшение уровня жидкости будет указывать на разгерметизацию системы охлаждения. Разгерметизацию имеет смысл быстро обнаружить и устранить в домашних условиях, поскольку посреди шоссе это будет сделать весьма проблематично.

Прекращение же теплового колебания уровня жидкости будет указывать не только на разгерметизацию системы, но и на то, что в систему попал воздух.

Автор

Опубликовал Завуч в категории Статьи от 13.04.2016

RC Crazy Snails Road Captain

Комментарии

0 комментария

Оставьте комментарий

Только авторизованные пользователи могут писать коментарии: авторизация, регистрация