Теплообменник на грузовом автомобиле
Astra J. Теплообменник для чайников. Теория, полезные статьи. Заваривать или нет?
Статья написана мной с целью расставить все точки над «i» в вопросе теплообменников на моторах A16XER, A18XER, A16LET, A14NET.
В данной статье я «на пальцах», максимально упрощённым языком, расскажу про сам теплообменник и нужно/можно ли его удалять и заваривать каналы.
Сначала мы рассмотрим теорию работы теплообменника, а в конце статьи — нужно/можно ли его заваривать?
1. Теплообменник — для чего и зачем.
Двигатели A16XER, A18XER, A16LET, A14NET — горячие. Температура открытия термостата 105° (!). Экология, форсирование, все дела.
Ну и пофиг, скажете Вы, ведь для масла 105° не являются чем-то критичным. Вполне рабочие температуры для современного масла.
Не всё так просто! Для понимания проблемы стоит уточнить кое-что:
Антифриз — это теплоноситель. Распределяет тепло по всему двигателю и «транспортирует» к месту, где его можно рассеять. Очень грубо (!) тепло рассеивается 4 способами: радиатор ОЖ, радиатор отопителя салона, выхлопная система, поверхность двигателя.
Масло в этом плане «мультиинструменталист». У него в двигателе много задач и перенос тепла — лишь одна из них. Но делает это оно гораздо хуже. Раза этак в 3-4. Меньше теплоёмкость и меньше теплопроводность.
Нам важно лишь то, что масло медленнее нагревается и медленнее остывает. Антифриз быстрее нагревается и быстрее остывает.
Это и порождает проблему. Термостат открывается на 105°, масло в этот момент продолжает нагреваться. К моменту, когда ситуацию удаётся развернуть вспять — масло может нагреться и до 115° и до 120°. Ничто не происходит моментально, на всё нужно время.
Но это ещё не всё. Есть же ещё повышенная нагрузка на двигатель. Например серия резких разгонов, подъём в гору и т.п. В общем ситуация, когда за короткий промежуток времени выделяется огромное количество тепла от сгораемого топлива. При таком раскладе температура масла может доходить и до 140°-150°. Нет запаса по температуре в отличие от «холодных» термостатов.
Ещё на двигателях A16XER A18XER, A16LET, A14NET нет датчика температуры масла. Мы видим только температуру антифриза. Но уверяю Вас, масло при интенсивных резких нагрузках гораздо горячее антифриза.
Инженеры для наших горячих моторов придумали 2 решения:
а) Теплообменник. Узел, где масло сможет эффективно отдавать тепло антифризу. Это по сути радиатор, в котором происходит интенсивный теплообмен между маслом и ОЖ.
При прогреве двигателя антифриз нагревает масло (что полезно — оно быстрее выходит на рабочую температуру), а при нагрузке отводит тепло, не позволяя ему перегреваться до критических значений.
б) Принудительное открытие термостата. В ЭБУ заложены алгоритмы, при которых термостат открывается раньше, чтобы иметь запас по охлаждению. Думаю вы уже поняли, что часть этих алгоритмов — высокие обороты и нагрузка на двигатель.
Кстати, на спортивных авто термостаты открываются и на 68°. Понятно почему? Большие нагрузки — нужен больше запас для охлаждения, потому что температура будет быстро расти и за ней нужно поспеть. Можно это сравнить с углами опережения зажигания.
И даже это не решает проблему окончательно. Даже при таких мерах масло может нагреваться до 130°.
Итак, мы разобрались для чего нужен теплообменник на наших моторах.
2. Заваривать теплообменник или нет?
Зная первую часть, мы можем здраво рассуждать по поводу второй части.
Давайте сразу обозначим один момент:
Если корректно говорить, то теплообменник — это собственно сам радиатор, который удаляется при заваривании. Остальное — корпус масляного фильтра с подводом каналов антифриза и масла.
Предположим, вы выкинули теплообменник и заварили каналы. Что происходит с температурой?
А вот что: мотор как был горячим, так им и остался. Но вы по сути сделали из системы охлаждения калеку. С этого момента нет места, где масло может эффективно отдавать тепло. Масло начинает испытывать ещё более высокие температурные нагрузки в определённых режимах работы двигателя.
Самое плохое в этом то, что это приводит к локальным перегревам узлов внутри двигателя. Масло не может охладить детали до температуры ниже, чем у него самого. При этом у масла происходит серьёзная просадка вязкости, оно быстрее деградирует и теряет свои свойства.
Что же делать? Ну, многие уже давно догадались до решения — нужно понизить температуру двигателя, создать запас «прочности» для системы охлаждения. Этакий буфер.
Меняем термостат на «холодный», прошиваем температуру включения вентилятора — всё, мы нивелировали отсутствие теплообменника. Плюс снизили нагрузку со всех резинотехнических изделий в двигателе.
Вы однозначно снизите абсолютный ресурс работы двигателя. Коварство ситуации в том, что ущерб этот не виден на коротких дистанциях и развивается на протяжении десятков тысяч километров.
Частично скомпенсировать эту ситуацию можно частой заменой масла и внимательным отношением ко всем узлам автомобиля.
3. Разбор спорных моментов
Некоторые считают, что теплообменник на наших моторах вообще не выполняет свою функцию, так как находится между ГБЦ и выпускным коллектором, а он очень горячий.
а) Во-первых не просто так радиатор развернут к ГБЦ. Между радиатором и выпуском находится корпус масляного фильтра. Плюс воздушная прослойка, а не прямой контакт поверхностей.
б) Во-вторых масло и антифриз двигаются под давлением и постоянно циркулируют, не задерживаясь в теплообменнике. Это не кастрюля на плите.
И ещё хочу отметить, что это не сумрачный гений инженеров GM. Двигатели A16XER, A18XER, A16LET, A14NET — это не с нуля спроектированные двигатели. Это глубоко модернизированные движки родом из 80-90х годов двадцатого века.
Такое расположение выпуска, каналов масла и ОЖ — наследство, эволюционные особенности. А это всегда накладывает свои ограничения, что привело к такому расположению теплообменника.
Тут я полностью на стороне камрадов dimm33 (тык) и morfiche (тык). Заваривать только трубками и т.п., не заужая пропускную способность масляного канала. Никаких пластин вплотную.
Не рискуйте системой смазки, вы же хотите как лучше, удаляя теплообменник, верно?
Я вижу картину так:
а) Идеальное решение — понижение температуры двигателя путём замены на холодный термос+прошивка при сохранении теплообменника. Но это для тех, кто хочет грамотной работы двигателя, а не мелочной экономии на 1 прокладке.
UPD: Камрад Vlad-2015 дал так же информацию по замене штатного радиатора на комплектациях с МКПП на радиатор большей площади (от комплектации с АКПП) — как более эффективного в плане рассеивания тепла. Речь про мотор A16XER.
б) Два хороших решения — своевременная замена масла (5-7.5 ткм) на исправной системе ОЖ. Никаких вязких масел. Выше вязкость — хуже охлаждение маслом.
И удаление теплообменника с заменой термостата на холодный+прошивка.
в) Плохое решение — удаление теплообменника без понижения температуры. Хотя бы часто меняйте масло.
Готов к конструктивной критике и обсуждению проблематики.
Устройство теплообменника КамАЗа и особенности ремонта
В процессе работы двигателя внутреннего сгорания выделяется большое количество тепла, часть которого отводится штатной системой охлаждения. Некоторые детали, работающие в напряженном температурном режиме (коленвал, шатуны, пальцы и др.), охлаждаются маслом системы смазки двигателя, которое тоже должно отдать полученное тепло окружающему воздуху. Для этих целей предназначен жидкостно-масляный теплообменник (ЖМТ) КамАЗ.
Устройство и принцип работы
При работе автомобильного двигателя вместе с деталями нагревается и масло. Чем мощнее двигатель, тем больше образуется тепла и тем выше поднимается температура масла. При достижении предельных значений этого параметра теряются свойства смазочной жидкости, что приводит к выходу из строя элементов и всего мотора. Для отвода избыточного тепла от масла в системе смазки применяются теплообменники.
На грузовых автомобилях КамАЗ устанавливаются кожухотрубные (трубчатые) ЖМТ. Они состоят из литого алюминиевого корпуса и сердцевины. Последняя представляет собой пучок тонкостенных трубок, в большинстве случаев медных, развальцованных во фланцах, одновременно являющимися торцевыми крышками масляной полости. Для увеличения площади теплопередачи внешняя сторона трубок имеет оребрение, выполненное в виде пластин.
На стенке алюминиевого корпуса находятся специальные каналы, которые осуществляют связь с масляными фильтрами. Подводящий и отводящий коллекторы служат циркуляции охлаждающей жидкости от системы охлаждения к теплообменнику и наоборот. На одной из частей сердечника находится дефлектор, направляющий поток масла в нужную сторону.
Внутри трубок циркулирует антифриз системы охлаждения. Масло подается через фланцы в корпус теплообменника. Благодаря установленным перегородкам оно 4 раза пересекает трубный пучок, что намного повышает эффективность охлаждения среды. В связи с тем, что температура масла не может быть ниже температуры жидкости системы охлаждения, это снижает термонапряжение смазываемых деталей.
Теплообменник устанавливается на корпус блока фильтров. В нем размещен термоклапан (термостат) подключения теплообменника. При температуре +93°С и ниже, основной поток масла проходит мимо ЖМТ. Повышение параметра выше +95°С приводит к перемещению поршня термоклапана. Поток рабочей жидкости системы смазки направляется в теплообменник. При температуре +115°С наступает перегрев масла, о чем сигнализирует красный индикатор, расположенный на приборном щитке водителя. После этого машина должна быть остановлена и приняты меры по приведению значений параметра в норму.
Где находится на КамАЗе
Где находится и зачем нужен теплообменник? ЖМТ встроен в систему жидкостного охлаждения дизельных двигателей КамАЗ.
Этот узел необходим для того, чтобы моторное масло сохраняло вязкость и смазывающие свойства. Масло, проходя через теплообменник, связанный с системой жидкостного охлаждения, остывает, тем самым помогает сохранять рабочие качества двигателя.
Назначение масляного теплообменника КамАЗ и его отличие от радиатора
Основные функции масляного теплообменника:
Способствует поддерживанию температурного режима
Главное отличие ЖМТ от радиатора в том, что радиатор охлаждает за счет потоков воздуха, а теплообменник использует охлаждающую жидкость. Такой режим охлаждения более эффективен, однако, при нарушении работы узла (смешивании охлаждающей жидкости и масла) может выйти из строя весь силовой агрегат.
Обслуживание
Техническое обслуживание жидкостно-масляного теплообменника заключается в своевременной промывке детали от загрязнений. В процессе работы возникает осадок, который засоряет сердечник. Также изнашиваются прокладки, соединительные элементы, что приводит к потере герметичности.
Все эти неисправности приводят к перегреву двигателя, снижению его мощности.
Регулярное ТО с демонтажом теплообменника поможет продлить срок эксплуатации устройства. Необходимо очищать пространство между пластинами от осадка, регулярно менять прокладки, при необходимости произвести замену сердечника. Очень важно использовать качественное масло, рекомендованное производителем. При любых работах с теплообменником обязательно сливается охлаждающая жидкость.
Почему возникают сбои в работе теплообменника КамАЗ
Основная неисправность, которая может случиться с теплообменником – смешивание охлаждающей жидкости с маслом. Такая проблема может вывести из строя весь двигатель, потому что нарушится система охлаждения, а кроме того, масло потеряет свои смазочные свойства, что приведет к быстрому износу деталей.
Проблема возникает из-за разгерметизации какого-либо из участков теплообменника: неплотное соединение трубок, трещины на корпусе, пробой прокладок, неверная регулировка клапанов.
Обнаружить проблему можно по некоторым косвенным признакам:
Как снять и разобрать
Для проведения планового технического обслуживания или устранения дефекта ЖМТ необходимо демонтировать. Снять теплообменник на КамАЗе своими руками трудно, но возможно. Для этого необходимо демонтировать узлы, мешающие свободному доступу к устройству. Затем отсоединяются водяные патрубки и только после этого масляные. Все отверстия на двигателе закрывают чистой ветошью, чтобы в полости не попала грязь.
Разборка теплообменника предполагает демонтаж сердцевины для последующей чистки или устранения возникших дефектов. После демонтажа обязательно снимите, а если не получится, соскоблите с фланцев старые паронитовые прокладки. Необходимо помнить, что в трубках может остаться тосол, а в корпусе остатки масла. Снятый теплообменник осматривается на предмет наличия трещин, загрязненности поверхности охлаждения.
В связи с тем, что корпус ЖМТ выполнен из алюминия, применять при демонтаже молоток не рекомендуется.
Ремонт
Основными неисправностями теплообменника являются потеря герметичности трубного пучка и снижение мощности устройства из-за заиливания проточной части одной или обеих полостей. При таких поломках работоспособность устройства восстанавливается путем чистки, сварки или глушением трубок. Однако порой возникают дефекты, когда их устранение нецелесообразно. В такой ситуации проводят агрегатную замену ЖМТ.
В большинстве случаев течь в трубной системе происходит в районе крепления теплообменных трубок к торцевым фланцам. Признаками течи является появление масляной суспензии в системе охлаждения двигателя. Места выявленных дефектов запаиваются. Если же свищ появился в самой трубке, то ее глушат. Допускается вывод из действия не более 10% охлаждающих элементов. После устранения неисправности теплообменник опрессовывают, проверяя тем самым качество выполненных работ.
Очистку трубок от накипи проводят в большинстве случаев механическим способом при помощи шарошки или специальных винтовых насадок, устанавливаемых в дрель. При невозможности очистить ЖМТ таким способом, проводят химическую промывку при помощи моющих жидкостей. Для этого применяют 5% водный раствор соляной кислоты. Сердцевину замачивают в нем и оставляют в таком состоянии на 30-40 минут. После этого деталь тщательно промывают в 3% растворе бикарбоната натрия.
Очистку проводят до тех пор, пока грязь не удалится. После этого сердцевина промывается горячей водой и хорошо просушивается (продувается воздухом).
Многие водители считают, что при потере герметичности устройства или неплотности трубок теплообменник нужно заменить на исправный, т.к. через некоторое время этот же дефект возникает повторно.
При любой разборке ЖМТ необходимо устанавливать только новые прокладки.
Как установить
Сборка теплообменника проводится после получения положительных результатов проверки устранения дефекта. Перед установкой устройства на штатное место необходимо подготовить посадочные поверхности масляной системы на блоке фильтров. Для этого удаляют остатки старых уплотнений, очищаются фланцы. Паронитовые прокладки устанавливают на консистентную смазку и затягивают болты крепления. Использовать герметик не рекомендуют.
После установки ЖМТ на штатное место его подсоединяют к системе охлаждения двигателя. После этого заполняются рабочими средами масляная и водяная полости. Затем запускают двигатель, и проверяют отсутствие протечек и параметры работы ремонтируемых систем. После проведенной проверки ремонт теплообменника считается завершенным.
Каталог моделей ЖМТ: для каких КамАЗов применяются
Теплообменники для дизельных двигателей КамАЗ серии 740 бывают универсальными, а бывают подходящими конкретному типу двигателя.
Например, длинный масляный теплообменник для Евро-1 подойдет только 55111, 65115 и другим моделям с таким классом двигателя.
Универсальные теплообменники бывают нескольких типов:
Перед покупкой универсального ЖМТ обязательно необходимо уточнить перечень моделей КамАЗ, которым подойдет такое устройство.
ЖМТ, рассчитанные на Евро-2 подойдут следующим моделям: 6520, 4326, 43115, 53229, 6540 и др.
Теплообменник для Евро-3 подойдет для двигателей 740.60, 740.61, 740.62 и 740.63. Модели КамАЗ с такими двигателями: 6520, 5460, 65116 и другие.
Модели КамАЗ Евро-4: 43502,4308, 65116, 65111, 65222 и т.д.
Теплообменник КамАЗ Евро-1
ЖМТ применяется для охлаждения масла в дизельном двигателе КамАЗ. Такую деталь можно встретить только на КамАЗовских двигателях серии 740.
Популярная модель грузовых автомобилей 65115 имеет двигатель экологического класса Евро-1, который оснащен теплообменником 740.11-1013200. Такой ЖМТ является универсальным и подойдет для любых двигателей КамАЗ 740. Эта деталь является короткой модификацией, отличается от другой модели устройством отводящего коллектора.
Теплообменник КамАЗ Евро-2, 3
Длинная модификация теплообменника 740.20-1013200 отличается способом подключения. Фиксация шланга к патрубку осуществляется хомутом.
Такой теплообменник подходит для двигателей Евро-2, Евро-3. Применяется на различных моделях грузовиков с двигателями такого класса, например, самосвал КамАЗ 6520.
При возникновении неисправностей, возникает вопрос как снять ЖМТ. Прежде всего, необходимо слить охлаждающую жидкость, отключить от источника электроэнергии. Далее нужно ослабить хомут и другие фиксирующие элементы.
Новый ЖМТ стоит по-разному (в зависимости от модификации). Средняя цена длинного теплообменника для Евро-1 – 13 тыс. руб. Универсальный теплообменник 740.11-1013200, подходящий практически ко всем моделям КамАЗ, стоит 13-14 тыс. руб. Приобретая узел оптом, можно сэкономить около 2-3 тысяч рублей.
Масляный теплообменник: надежное охлаждение масла дизельного двигателя
Масло мощных двигателей подвержено значительному нагреву, поэтому такие моторы оснащаются системами охлаждения масла. В ряде двигателей для этой цели используются жидкостно-масляные теплообменники — о теплообменниках, их назначении, устройстве, работе и техническом обслуживании читайте в данной статье.
Назначение теплообменника масляного и его отличие от радиатора
При нагреве двигателя нагреву подвергается и масло, циркулирующее в системе смазки, и чем мощнее двигатель, тем в более сложных тепловых условиях работает масло. Перегрев моторного масла чреват серьезными проблемами — изменяется вязкость масла, повышается интенсивность его выгорания и разложения, и в целом ухудшаются его рабочие характеристики. Перегретое масло обеспечивает недостаточно качественную смазку трущихся деталей, а также усложняет охлаждение двигателя, а это уже может вылиться в разнообразные поломки силового агрегата вплоть до заклинивания.
Поэтому на многих двигателях внутреннего сгорания в систему смазки вводится дополнительный элемент, обеспечивающий охлаждение масла. На бензиновых моторах чаще применяется традиционный масляный радиатор, а на дизелях, которые в целом нагреваются меньше своих бензиновых собратьев, используются жидкостно-масляные теплообменники (ЖМТ или водомасляные теплообменники).
В чем отличие между радиатором и ЖМТ? Главное — используемый способ охлаждения масла. Отвод тепла от радиатора осуществляется просто набегающим потоком воздуха, а в теплообменнике тепло от масла отводится потоком охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения силового агрегата. ЖМТ имеет как преимущества перед традиционным радиатором, так и недостатки.
Из преимуществ стоит отметить два. Во-первых, температура масла в ЖМТ не опускается ниже температуры охлаждающей жидкости, а это значит, что в деталях двигателя, соприкасающихся одновременно с маслом и ОЖ, возникает меньше напряжений, и в целом мотор работает в лучшем температурном режиме. Во-вторых, теплообменник можно устанавливать в любом удобном месте на двигателе, при этом можно отказаться от длинных трубопроводов и множества соединений. Для работы радиатора, как известно, необходим поток воздуха, что вызывает сложности с его установкой и требует применения дополнительных деталей.
Из недостатков водомасляного теплообменника можно отметить его более сложную конструкцию, необходимость технического обслуживания и ремонта. Кроме того, ЖМТ — это довольно сложный агрегат, в котором необходимо обеспечить герметичность, что иногда становится причиной проблем (в частности, из-за старения прокладок и разбалтывания креплений). Радиатор в этом плане более надежен и прост. Однако в большинстве случаев на дизельных двигателях эффективнее работают именно теплообменники.
В настоящее время водомасляные теплообменники широко применяются на отечественных двигателях КАМАЗ и ЯМЗ, также ЖМТ нашли применение во многих современных грузовиках зарубежного производства и даже в компактных моторах легковых автомобилей.
Типы, устройство и работа масляных теплообменников
На современных двигателях находят применение два типа масляных теплообменников:
Кожухотрубные ЖМТ устанавливаются преимущественно на двигателях КАМАЗ, пластинчатые используются на агрегатах ЯМЗ и других. Эти теплообменники имеют серьезные отличия в конструкции и некоторые особенности работы.
Кожухотрубный ЖМТ. Его основу составляет литой алюминиевый цилиндрический корпус, внутри которого устанавливается сердцевина. Сердцевина состоит из ряда параллельных тонкостенных трубок, заключенных в кожух. Кожух разделен на несколько секций (в КАМАЗ таких секций четыре) поперечными пластинами. Корпус теплообменника с одной стороны закрыт подводящим коллектором, с другой стороны — отводящим коллектором (они устанавливаются через прокладки). Непосредственно в корпусе выполнены фланцы для монтажа сборки из масляных фильтров и термосилового клапана (который помещен в корпус с каналами).
Водомасляный теплообменник монтируется непосредственно на блок двигателя, его коллекторы соединяются с системой охлаждения двигателя. Таким образом, теплообменник становится частью системы охлаждения двигателя, и через него пропускается определенное количество охлаждающей жидкости. Жидкость проходит через сердцевину теплообменника, причем из-за наличия поперечных пластин в кожухе путь охлаждающей жидкости увеличивается (она четыре раза пересекает систему трубок) и эффективность отвода тепла повышается.
Работает такой теплообменник просто. Масло из картера двигателя с помощью насоса нагнетается в фильтры, а из них — в каналы двигателя. При повышении температуры масла до 95-97°C срабатывает термоклапан, и часть потока масла направляется в теплообменник — здесь масло проходит по системе труб, омываемых потоком охлаждающей жидкости, охлаждается до необходимой температуры и поступает в двигатель. При повышении температуры до 110-112°C через ЖМТ проходит уже весь поток масла, поступающий на фильтры. При температуре 115°C наступает перегрев масла, с которым ЖМТ уже не справляется, в этом случае загорается индикаторная лампа, сообщающая о необходимости остановить автомобиль и охладить мотор.
Пластинчатый теплообменник. Его основу тоже составляет корпус, внутри которого находится пакет гофрированных металлических пластин (или теплопередающих элементов). Пластины установлены таким образом, что их гофры образуют два встречных и много раз пересекающихся потока: один — поток охлаждающей жидкости, второй — поток горячего масла. Тепло от масла через пластины передается охлаждающей жидкости, за счет чего и обеспечивается поддержание температуры масла на необходимом уровне.
Пластинчатый ЖМТ монтируется на блок двигателя, при этом теплообменник отделен от масляных фильтров и оснащается только перепускным клапаном. Такое решение упрощает конструкцию, обслуживание и ремонт теплообменника (так как для ремонта или демонтажа данного узла не нужно снимать другие детали).
Вопросы обслуживания и ремонта жидкостно-масляного теплообменника
Водомасляный теплообменник нуждается в периодическом осмотре и техническом обслуживании. При плановом ТО проводится осмотр ЖМТ на предмет утечек охлаждающей жидкости и масла, все утечки устраняются заменой прокладок или поврежденных деталей. Также проверяется работа всех клапанов — термосилового и перепускных.
С течением времени теплообменник засоряется, вследствие чего поток масла и воды (в пластинчатых ЖМТ) испытывает повышенное сопротивление — обычно это приводит к срабатыванию перепускного клапана, вследствие чего масло обходит теплообменник. Засорение водомасляного теплообменника затрудняет охлаждение масла, поэтому данная неисправность приводит к перегреву масла и срабатыванию соответствующего индикатора на приборной панели. Засоренный теплообменник снимается и промывается, в некоторых случаях проще заменить узел в сборе.
Обычно водомасляные теплообменники имеют длительный срок службы, а при регулярном обслуживании и своевременной промывке и ремонте эта деталь не будет доставлять проблем, обеспечивая эффективное охлаждение масла на всех режимах работы двигателя.