ДОВОДКА АГРЕГАТОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
ЗИЛ-130
Трехрядный трубчато-ленточный радиатор имел лобовую поверхность 0,361 м2
и суммарную поверхность охлаждения 23,6 м2. В результате испытаний
радиатора в аэродинамической трубе при различных расходах воды были
получены зависимости приведенной теплоотдачи, коэффициента теплопередачи
и аэродинамического сопротивления от массовой скорости воздуха перед
радиатором (рис. 103).
На двигателе ЗИЛ-130 предусматривалась установка шестилопастного
вентилятора (наружный диаметр 485 мм) с лопастями, расположенными под
углом 38°. Передаточное отношение ременного привода вентилятора было
равно 1. В воздушном потоке перед водяным радиатором устанавливается
масляный радиатор, вследствие чего повышается температура воздуха перед
водяным радиатором и снижается его эффективность. В этих условиях
водяной радиатор должен рассеивать тепло, отдаваемое двигателем
охлаждающей жидкости и маслу.
Эффективность системы охлаждения автомобиля ЗИЛ-130 оценивалась на
стенде с беговыми барабанами в сравнении с эффективностью систем
охлаждения автомобилей ЗИЛ-164 и Додж. Нагрузка при испытаниях
устанавливалась таким образом, чтобы двигатели работали с частотой
вращения коленчатого вала 1800 об/мин при полностью открытой заслонке
карбюратора. Все опыты начинались при температуре выходящей из двигателя
воды 70° С и температуре масла в картере двигателя 65—71° С. Испытания
продолжались до стабилизации температуры воды на входе в радиатор или до
начала ее кипения в нем. В процессе испытания через каждые 5 мин
фиксировались температуры: воды на выходе из двигателя и радиатора;
масла в картере двигателя; воздуха в помещении испытательного стенда и в
подкапотном пространстве (около топливного насоса).
Температура воздуха в помещении во время испытаний
менялась не более чем на 5° С. В связи с этим результаты испытаний
приводились к температуре 20° С.
Испытания показали, что в указанных выше условиях стабилизация
температуры воды в системе автомобиля ЗИЛ-130 происходила при 108° С, а
автомобиля ЗИЛ-164 — при 96° С.
Для определения производительности вентиляторов к
облицовке радиатора монтировалась прямоугольная мерительная труба длиной
1200 мм. Скорость воздуха, поступающего в радиатор, измерялась в шести
точках сечения трубы лопастным анемометром, устанавливаемым на
расстоянии 900 мм от облицовки. Замеры проводились в диапазоне частоты
вращения коленчатого вала 1000—2500 об/мин. Для изучения распределения
воздуха в подкапотном пространстве был изготовлен прозрачный капот и под
ним установлена проволочная сетка с матерчатыми лентами. Направление
движения воздуха определялось визуально по отклонению этих лент.
На основании результатов замеров скоростей воздуха,
а также визуального наблюдения за направлением воздушных потоков в
подкапотном пространстве автомобиля ЗИЛ-130 (беспорядочность потока,
слабый поток вдоль наружных боковых стенок блока цилиндров, рециркуляция
части воздуха из подкапотного пространства в радиатор) стала очевидной
необходимость изменения конструкции вентилятора и условий выхода воздуха
нз подкапотного пространства.
В процессе испытаний были последовательно проведены следующие
конструктивные изменения:
— повышена частота вращения вентилятора путем увеличения передаточного
отношения с 1 до 1,17;
— улучшен выход воздуха из подпокапотного пространства вследствие
наличия щелей в правом и левом брызговиках и на левой стороне капота.
Эти мероприятия дали возможность повысить скорость воздуха перед
радиатором на 29% и снизить рабочую температуру воды до 93,5° С.
Применение вентилятора с лопастями, которые установлены под углом 30° и
концы которых отогнуты в направлении вращения, позволило дополнительно
увеличить скорость воздуха перед радиатором на 26% и уменьшить рабочую
температуру воды до 85,5° С.
На рис. 104 показаны изменения температуры воды на выходе из двигателя,
воздуха в подкапотном пространстве и масла в картере в процессе
испытаний. Таким образом, удалось понизить не только температуру воды,
но и температуры масла в картере двигателя и воздуха в подкапотном
пространстве. За счет увеличения скорости воздуха температура масла в
картере в окончательном варианте системы охлаждения снизилась на 16° С,
а воздуха в подкапотном пространстве — на 20° С. Снижение температуры
воздуха в подкапотном пространстве значительно улучшило работу системы
питания двигателя.
В первоначальном варианте системы охлаждения в процессе испытаний
наблюдались перебои в работе двигателя из-за образования паровых пробок
в системе питания. После введения указанных выше изменений паровые
пробки не возникали.
Следует отметить, что вентилятор с отогнутыми концами лопастей
потребляет на 15% больше мощности, чем первоначально устанавливаемый
вентилятор. Однако при этом расход воздуха возрастает на 26%. На рис.
105 приведены кривые потребляемой мощности нового и первоначально
запроектированного вентиляторов в зависимости от их производительности.
Вентилятор с отогнутыми концами лопастей при одинаковой
производительности потребляет почти вдвое меньшую мощность. При равной
мощности его производительность на 22% больше, чем у первоначально
запроектированного вентилятора.
Таким образом, проведенные в процессе доводки автомобиля испытания
показали, что обеспечение требуемого расхода воздуха
через радиатор является важным моментом при
проектировании и доводке системы охлаждения двигателя. Система
охлаждения автомобиля ЗИЛ-130 в окончательном варианте остается
работоспособной при температуре окружающего воздуха до 50° С.
Сохранение запроектированных характеристик агрегатов системы охлаждения
при массовом выпуске автомобилей также следует отнести к задачам,
решаемым в процессе доводки автомобиля.
Проведение регулярных испытаний радиаторов в
аэродинамической трубе позволило установить, что одним из основных
факторов, влияющих на теплоотдачу радиаторов, является высота
пирамидальной выдавки на охлаждающей ленте. В случае уменьшения этой
высоты (см. рис. 93) уменьшается поверхность охлаждения лент и
ухудшается турбулизация воздушного потока, что приводит к сокращению
теплоотдачи. При уменьшении высоты выдавки на 10% теплоотдача радиатора
понижается на 2—3%.
Основное внимание при доводке водяного насоса было уделено повышению
прочности и надежности его основных элементов: подшипников, ступицы
вентилятора, валика и уплотнения, а также улучшению циркуляции воды в
системе охлаждения (в частности, увеличению циркуляции воды по малому
кругу).
Привод водяного насоса осуществляется двумя
клиновыми ремнями, один из которых одновременно приводит в движение вал
генератора, а другой—вал насоса гидроусилителя рулевого механизма. От
шкива вентилятора приводится во вращение также компрессор. Таким
образом, через шкив вентилятора валик водяного насоса нагружается силами
натяжения трех ремней.
На первых образцах двигателей валики водяных насосов ломались по
переднему торцу большого подшипника или по 5; шпоночному пазу, который
располагался вблизи торца подшипника— самого нагруженного места валика
водяного насоса двигателя ЗИЛ-130 (рис. 106).
Прочность валика водяного насоса значительно повысилась после замены
улучшенной стали 40Х сталью 45 и введения закалки т. в. ч. его
поверхности (.HRC 52—62). Кроме того, было изменено расположение шпонки,
чтобы удалить ее из опасной зоны (зоны действия высоких напряжений). При
этом продолжительность работы закаленного валика в условиях
форсированных стендовых испытаний возросла по сравнению с валикам и
других вариантов более чем в 10 раз.
Для увеличения продолжительности работы были применены подшипники с
повышенным коэффициентом работоспособности (у переднего подшипника он
равен 29 000, а у заднего 17 100, вместо соответственно 17 100 и 11
300), улучшены условия наполнения смазкой полости между подшипниками без
разрушения
их уплотнений. Устранена возможность попадания воды
и вымывания смазки из полости подшипников.
Во время эксплуатации автомобилей при отсутствии пробки в канале для
контрольного выхода смазки из полости между подшипниками, смазка в нем
твердела и при повторной набивке не выходила из него, а просачивалась
через уплотнения подшипников, разрушая их. В дальнейшем смазка вытекала
из подшипников через эти уплотнения, что приводило к выходу из строя
всего узла. С установкой контрольной пробки, которую необходимо
вывертывать при очередной набивке смазки, отвердение смазки не
наблюдается — дефект был устранен.
Чтобы обеспечить легкость разборки, ремонта и замены наиболее часто
выходящих из строя деталей, рабочее колесо водяного насоса сделано
легкосъемным. Это позволяет производить монтаж и демонтаж его без
использования специального оборудования. Герметичность сопряжения
поверхностей валика и рабочего колеса была достигнута применением
отожженной медной шайбы и выполнением с повышенной точностью и чистотой
торцов рабочего колеса и болта крепления.
Значительные трудности в отношении герметичности представляла установка
шпилек, соединяющих корпуса подшипников и водяного насоса и выходящих в
полость нагнетания. В результате стендовых испытаний была достигнута
требуемая герметичность вследствие применения тугой резьбы и установки
шпилек на резиновой смоле.