Знакомьтесь - автомобиль - Иван Максимович Серяков
Ответим вопросом на вопрос: можно ли вскипятить воду в бумажном стакане? Думаете нет? А попробуйте проделать опыт и убедитесь сами, что бумага может выдержать длительное соприкосновение с огнем и не воспламениться. Поставьте бумажный стаканчик с водой на спиртовку или нагревайте на пламени свечи. Через некоторое время вода вскипит, а со стаканчиком ничего не случится.
В чем дело? Почему бумага не горит? Оказывается, вода отнимает у стаканчика теплоту и он не перегревается. По той же причине не плавятся чугунные цилиндры. Вода, циркулирующая в системе охлаждения, омывает цилиндры и охлаждает их.
На некоторых двигателях применяется воздушное охлаждение.
Вам приходилось кипятить молоко? Помните, как оно нагревается и начинает подниматься, бурлить. Вот-вот, кажется, бросится через края кастрюли и зальет плиту. Но стоит дунуть на него, и молоко моментально успокоится, словно усмиренное. Почему? Молоко охладилось. Воздух отнял у него и унес некоторое количество теплоты.
Воздух проносится над поверхностью молока и охлаждает его
Так и при воздушном охлаждении. Двигатель автомобиля омывается воздухом. Проносясь мимо цилиндров двигателя, воздух нагревается и уносит с собой избыточное тепло.
В одной комнате установлен радиатор, в другой, равной ей, два таких же. Естественно, теплее будет во второй комнате. Почему? Да по той причине, что поверхность соприкосновения с воздухом у двух радиаторов больше, и, значит, воздух отнимает больше теплоты. В двигателях с воздушным охлаждением тоже важно увеличить поверхность цилиндров, соприкасающуюся с воздухом. Поэтому наружные стенки цилиндров снабжаются специальными ребрами. Теперь больше частиц встречного воздушного потока непосредственно соприкасаются с двигателем и больше тепла отберут у него.
Соответственно охлаждение прямо зависит и от скорости движения автомобиля. Чем больше скорость, тем большее количество воздуха «омоет» цилиндры и двигатель лучше охладится. Существуют и искусственные усилители воздушного потока – вентиляторы, установленные, в частности, на «Запорожце».
Принцип действия воздушного охлаждения
Следует заметить, что воздушное охлаждение для мощных двигателей оказалось ненадежным. Оно применяется лишь на мало- или микролитражных автомобилях, мотоциклах, мотороллерах, на некоторых видах тракторов.
На большинстве же автомобилей используется более надежное водяное охлаждение. Цилиндры двигателя и их головка имеют двойные стенки, которые образуют пространство, так называемую водяную рубашку. Здесь и находится вода. Когда стенки цилиндра нагреваются, вода отнимает у них часть тепла, но при этом температура ее поднимается. Может статься, вода так нагреется, что закипит и не сможет хорошо охлаждать цилиндры. Как же быть? Очевидно, надо, чтобы вода циркулировала – к цилиндрам подходила охлажденная, а нагревшаяся уходила, и, кроме того, воду необходимо охлаждать.
Так и сделали: воду гоняет по водяной системе специальный насос, а для охлаждения из водяной рубашки она поступает в радиатор, находящийся спереди автомобиля и снабженный множеством трубок малого диаметра. Трубки отдают теплоту воздуху.
Схема водяного охлаждения
Радиатор состоит из верхней и нижней коробок (бачков), которые соединяются сердцевиной из множества трубок. Трубки вставлены в пластинчатые ребра – и для прочности, и для лучшей теплоотдачи.
Как работает радиатор? Чтобы понять это, рассмотрим простой пример. Всем ясно, что горячий чай в стакане охлаждается медленнее, чем налитый в блюдце. Почему? Да потому, что сравнительно тонкий слой его в блюдце имеет большую поверхность соприкосновения с воздухом, поэтому и отдача тепла здесь идет быстрее. Кроме того, желая остудить чай, мы дуем на него. При этом большее количество воздуха омоет чай и унесет больше теплоты.
Также и в радиаторе. Чтобы вода охладилась быстрее, увеличили поверхность соприкосновения ее с воздухом. Для этого верхнюю и нижнюю коробки соединили не одной большой трубой, а множеством маленьких. Проходя по трубкам сверху вниз, вода отдает им свою теплоту. Наружный же воздух, который нагнетает вентилятор, с большой скоростью проносится через сердцевину и забирает теплоту от трубок и ребер.
Так охлаждается вода. Потом она снова поступает в рубашку, снимает тепло с цилиндров и уходит в радиатор охлаждаться. Стенки цилиндров словно постоянно находятся под холодным душем.
Что такое хорошо, что такое плохо
До сих пор мы говорили о необходимости охлаждать воду. А до какой температуры? Если она будет очень холодной, хорошо это или плохо?
Оказывается, слишком охлаждать воду тоже не рекомендуется. Двигатель может переохладиться, температура горения понизится, смесь станет гореть медленнее и даже не успеет сгореть. Мощность двигателя упадет.
Ну, а если вода в водяной рубашке охлаждается недостаточно? Это тоже плохо. Смесь, поданная в цилиндр, соприкасаясь с накаленными цилиндрами, моментально расширяется, давление в цилиндре повысится. Это будет мешать поступлению новых порций смеси, наполнение цилиндра ухудшится, и мощность двигателя опять же упадет.
Не вынесет высокой температуры и масло, оно может разложиться и потерять смазочные качества.
Словом, двигатель надо оберегать как от переохлаждения, так и от перегрева, а температура воды должна находиться в определенных пределах. Регулирует температуру особый прибор – термостат, помещенный в патрубок, через который вода поступает в радиатор. Он состоит из гофрированного цилиндра, гофры которого напоминают меха маленькой гармоники. Внутри цилиндра помещена легкоиспаряемая смесь из воды и спирта. В корпусе имеются два окна, которые открываются и закрываются клапанами.
Схема термостата
В гармонике мехи разводит гармонист. В термостате эту роль выполняет смесь. Если вода, поступающая в радиатор, будет холодной – ниже 70 градусов – смесь охладится, превратится в жидкость, и цилиндр сожмется. При этом клапан закроет окно, через которое вода поступает в радиатор. Зато откроется отверстие, через которое оно пойдет к цилиндрам, минуя радиатор. В таком случае, естественно, вода будет нагреваться быстрее.
Но как только температура ее достигнет 90 градусов, жидкость в цилиндре превратится в пар, «гармоника» растянется и клапаны придут в движение. Верхний откроет путь воде в радиатор, а нижний перекроет доступ ей в перепускной канал. Вода станет охлаждаться.
В зимнее время вентилятор гонит холодный поток воздуха. Чтобы вода не переохлаждалась, некоторые автомобили перед радиатором имеют закрывающиеся створки – жалюзи. Если жалюзи закрыты, встречный воздух не станет проходить через радиатор, вода будет охлаждаться меньше. Жалюзи можно закрывать не полностью, уменьшая или увеличивая доступ холодной воздушной струи и этим регулируя температуру воды в системе охлаждения.
Установлено, что наиболее выгоден тепловой режим для двигателя, когда температура охлаждающей воды достигнет 105-107 градусов. Но ведь уже при 100 градусах – вода испарится и превратится в пар. Как же быть? А нельзя ли использовать в системе повышенное давление?
Что такое кипение? Это бурное выделение частиц жидкости. Чтобы частицы могли оторваться, пар должен преодолеть не только сцепление между молекулами, но и давление окружающего воздуха. Где быстрее вскипит вода, на вершине высокой горы или у её подножия? Очевидно, на вершине высокой горы, где давление воздуха меньше.
Где быстрее вскипит вода? Конечно, на вершине горы. Это свойства
