Никто
не задумывался, почему так часто жалуются владельцы автомобилей Москвич
2141 на тепловой режим своих уфимских двигателей и практически никогда
хозяева ВАЗовских двигателей? С появлением умощненных версий двигателей
УЗАМ (1,7, 1,8, 2,0 л.) проблема стала еще более распространенной. Достаточно беглого взгляда на конструкцию системы охлаждения, чтобы все стало ясно.
Посмотрите на фото 1 разобранного блока цилиндров двигателя.
Рис. 1. Схема подачи охлаждающей жидкости.
Совершенно очевидно, что практически весь объем охлажденного хладагента поступает сразу же в головку блока цилиндров (рис.1).
Фото 2.
Маленькое
отверстие (Ø5мм) в стенке блока, подводящее охлаждающую жидкость к
нижней части 1 цилиндра не обеспечивает интенсивного движения
охлаждающей жидкости (в дальнейшем - ОЖ) по объему блока цилиндров
(фото 2).
Рис. 2.
Вывод
из этого и является ответом на первый вопрос: решающее отличие в
конструкциях систем охлаждения двигателей ВАЗ и Москвич в том, что в
последнем не используется принудительная циркуляция ОЖ в рубашке блока
цилиндров. По задумке разработчиков, в блоке цилиндров М-412 должна
происходить естественная (термосифонная) циркуляция ОЖ, возникающая
вследствие разницы температур жидкости в рубашке блока цилиндров и
рубашке головки блока. Более горячая жидкость из блока цилиндров
поступает в головку блока, а вместо нее поступает менее горячая
жидкость из рубашки головки. См. рис.2. Скорость такого «естественного»
процесса не нуждается в комментариях.
Фото 3. Прокладка головки двигателя 1,5литров (вверху) и "модифицированная" прокладка 2-литрового двигателя УЗАМ.
Возможно,
на момент разработки полутора литрового 412-двигателя такой метод
циркуляции и справлялся с отводом тепла от гильз двигателя, но при
увеличении количества этого тепла, с ростом объемов и мощностей
двигателей, а так же вследствие уменьшения сечения каналов ОЖ в рубашке
блока из-за установки гильз большего диаметра, разница температур
превысила допустимую, и гильзы стали перегреваться. Многим известна
проблема с перегревом 4-го цилиндра. И известно «заводское решение»
этой проблемы – это ликвидация части отверстий в прокладке головки в
районе 1, 2 и 3 цилиндров для «выравнивания температуры» (см. фото 3,
фото 4).
Фото 4. При сложении хоршо видно, что в 2,0л. прокладке часть отверстий перекрыто, а некоторые имеют уменьшенное сечение.
Вот только выравнивание методом ухудшения циркуляции может происходить только в сторону более высокой температуры.
Рис. 3, 4. Насосы систем охлаждения М-407 и М-412. Сравнивайте. Делайте выводы.
Еще
больше усугубляет ситуацию бутафорская помпа М-412.
«Усовершенствование» (в сравнении с помпой 407-го Москвича)
представляет собой уменьшение высоты и диаметра крыльчатки, с заменой
лопастей спиральной формы на прямые, короткие лопасти, развернутые
перпендикулярно вращению, которые едва вписываются в законы
гидродинамики. См. рис. 3, рис. 4, фото 5.
Что мы имеем в результате?
Фото 5. Так выглядит крыльчатка, помпы М-407, установленная на привод насоса М-412.
Имеем
большую неравномерность температуры внутри двигателя и локальный
перегрев отдельных его участков, достигающий критического при
неблагоприятных условиях эксплуатации (жаркая погода, движение в
пробках). Самое интересное, что при этом температура ОЖ, которую
регистрирует датчик температуры, может и не выйти за пределы рабочего
диапазона, поскольку ОЖ смешивается на выходе из двигателя, и показания
прибора являются усредненными. При этом двигатель проявляет все
признаки перегрева: становится «тупой», появляются детонационные стуки,
а после кратковременной остановки резко перегревается, перегревая и
бензонасос, в котором закипает бензин, образуя пробки, и он теряет
работоспособность. Правда, знакомая многим ситуация?
Как с этим бороться?
Фото 6. Крыльчатки насосов. Стандарного размера слева и справа. Левая - со спиральными лопастями. Увеличенная - по центру.
В
идеальном случае для устранения этой проблемы необходимо организовать
интенсивную принудительную циркуляцию ОЖ как в головке, так и в блоке
двигателя, об этом позже.
Несколько снизить неравномерность температуры можно, увеличив
скорость циркуляции ОЖ. Для этого многие владельцы Москвичей оснащают
помпу модифицированными крыльчатками. Такие крыльчатки могут быть
стандартного размера, но со спиральными лопастями, либо еще большие по
размеру и производительности (при условии растачивания полости насоса в
блоке двигателя). См. фото 6, фото 7
Фото 7. Пример подготовки полости в блоке двигателя для установки насоса с крыльчаткой увеличенного размера.
Можно
установить приводной шкив помпы уменьшенного диаметра, обеспечивающий
большие обороты крыльчатки. Но при использовании помпы со стандартной
крыльчаткой я этого делать не рекомендую. Дело в том, что конструкция
крыльчатки с прямыми поперечными лопастями является не оптимальной: при
работе на больших оборотах возникает эффект, близкий к кавитации, а
именно - создаются зоны пониженного давления. В этих зонах при
достаточно высокой температуре ОЖ происходит преждевременное закипание.
При этом производительность помпы не увеличивается, а уменьшается.
(Кстати не забывайте, что грязный, забитый изнутри радиатор имеет не
только меньшую рассеиваемую мощность, но и замедляет циркуляцию ОЖ
через двигатель, усугубляя «застойные явления»).
Иногда внедряют всевозможные отводы из рубашки блока в районе 4
цилиндра, которые направляют часть потока ОЖ от головки к цилиндрам.
При, наличии положительного эффекта, недостатком такого решения
является то, что вышедшая из блока двигателя ОЖ не участвует ни в
дальнейшем процессе отвода тепла от головки, (а в ней, все же,
выделяется наибольшее количество тепла) ни в процессе охлаждения в
радиаторе, поскольку для обеспечения потока без дополнительного
электронасоса отвод может быть подсоединен только к входу помпы.
Иной
способ частичного «лечения» состоит в снижении температуры
авторегулирования системы охлаждения. Чаще всего для этого переходят на
схему с «верхним термостатом» (фото 8).
Фото 8. Пример "верхней" установки термостата.
В
штатной системе охлаждения, термостат фиксирует температуру охлаждающей
жидкости на входе двигателя, а температуру самого двигателя регулирует
только косвенно. При условии достаточно быстрой и эффективной
циркуляции ОЖ через двигатель, выделение количества теплоты для
расчётного диапазона нагрузок не должно приводить к превышению
критической температуры охлаждающей жидкости на выходе двигателя. Но,
по описанным выше причинам, это условие, похоже, выполняется только в
двигателях ВАЗ, откуда разработчики М-2140,М-2141 неоправданно
позаимствовали «нижнюю» схему расположения термостата.
При «верхнем» же положении, термостат поддерживает заданную
температуру ОЖ на выходе двигателя. Очевидно, что на входе двигателя
температура ОЖ будет несколько ниже, и тем ниже, чем больше выделится
двигателем тепла при увеличении нагрузки. Таким образом, осуществляется
полноценная отрицательная обратная связь системы охлаждения, которая
может уменьшить опасность перегрева. Правда не решается главная
проблема – неравномерное охлаждение двигателя.
Фото 9. На фото хорошо видно, насколько уменьшается сечение водяных каналов при установке гильз с внутренним диаметром 92,5мм.
А
для решения этой проблемы альтернативы более быстрой принудительной
циркуляции ОЖ - нет. Все описанные выше доработки, плюс организация
интенсивной принудительной циркуляции ОЖ в рубашке блока обеспечат
надежное охлаждение, даже серьезно форсированного двигателя. В
последнем случае, без такой схемы и вовсе не обойтись.
Касательно принудительной циркуляции, хочу отметить, что движение
ОЖ можно организовать в горизонтальной плоскости, т.е. от цилиндра к
цилиндру – последовательно, либо с низу цилиндров к их верху –
параллельно, распределив ОЖ индивидуально по цилиндрам. В связи с тем,
что при применении гильз увеличенного диаметра (особенно в версиях с
объемом двигателя 2,0, 2,2, 2,3 л.) сечение каналов водяной рубашки
становится крайне не удовлетворительным, вариант горизонтальной
циркуляции следует признать не оптимальным (фото 9). Очевидно, что
суммарная площадь сечений каналов охлаждения для вертикального
направления циркуляции в блоке двигателя несоизмеримо выше. При этом
возможно прокачать больший объем ОЖ, что приведет к уменьшению ▲t°,
т.е. к меньшей неравномерности температуры внутри системы охлаждения, к
чему мы и стремимся. Поэтому в дальнейшем буду описывать именно этот
вариант.
Как это реализовать?
Фото 10.
Конструкция
блока двигателя, в общем, располагает для проведения такой доработки.
Охлажденная жидкость через поперечный канал в передней крышке поступает
к правой стенке блока. Вдоль стенки расположен продольный канал,
закрытый штампованной крышкой, направляющий ОЖ в рубашку головки блока
цилиндров. Необходимо направить ОЖ с этого канала вначале в область
гильз двигателя, а после - в каналы рубашки головки.
Фото 11.
Для
этого в нижней части внутреннего простенка бокового канала, напротив
каждой гильзы, просверливается по 2 отверстия. А в верхней части
простенка вырезаются фрагменты и привариваются (используя технологию
сварки в среде аргона) к боковой стенке, под наклоном, таким образом,
чтобы перекрыть сообщение канала с рубашкой головки (фото 10, фото 11).
Фото 12, фото 13.
Для подвода ОЖ к левой стенке блока двигателя изготавливается короб из П-образного алюминиевого профиля (фото 12, фото 13).
Фото 14, фото 15.
На
участке корпуса блока, накрываемого коробом, также просверливаются
отверстия для подачи ОЖ в нижнюю область каждого цилиндра (фото 14).
Подача ОЖ в короб осуществляется через отверстие, просверленное на
участке высокого давления в полости помпы (фото 15).
Фото 16. Короб после приваривания к блоку .
Рис. 5.
Отвод
горячей ОЖ из двигателя целесообразно осуществлять из рубашки головки
блока цилиндров симметрично, одновременно с двух сторон, чем
достигается большее суммарное сечение каналов и равномерность
охлаждения головки. Для этого необходимо вместо задней пробки рубашки
головки ввинтить штуцер со шлангом, соединенным со штатным отводным
патрубком, расположенным в передней части головки. Отвод на отопитель
салона лучше сделать по центру головки, ввинтив штуцер в полость
обогрева впускного коллектора (см. рис. 5).
Фото 17. Трехрядный радиатор автомобиля ГАЗ 2705, доработанный для установки в Москвич 2141.
Для
того чтобы не терять скорости циркуляции ОЖ, не сложно изменить схему
ее движения в радиаторе М2141. В стандартном радиаторе М2141 правый
бачок разбит на 2 секции. ОЖ движется по теплорассеивающим трубкам
последовательно через верхнюю и нижнюю части радиатора. Такая схема
вдвое уменьшает проходное сечение радиатора, не увеличивая его мощности
рассеяния. Удалив внутреннюю перегородку в правом бачке и перенеся
входной патрубок в левый бачок можно существенно снизить сопротивление,
оказываемое течению ОЖ радиатором (фото 17).
Фото 18.
После
сварочных работ для снятия внутренних напряжений блок двигателя
проходит процесс пристаривания в печи при 200°С в течение суток, после
чего необходимо заверить все плоскости на координатно-расточном станке,
а также обработать притиром постели коренных подшипников (Фото18).
