Жидкостно-масляный теплообменник: плюсы и минусы

Что такое масляный теплообменник КАМАЗ?

Масляный теплообменник (жидкостно-масляный теплообменник, ЖМТ) — узел систем смазки и охлаждения дизельных силовых агрегатов высокой мощности; встраиваемый в систему жидкостного охлаждения двигателя теплообменник специальной конструкции, обеспечивающий охлаждение моторного масла за счет теплообмена с потоком охлаждающей жидкости.

Система смазки мощных дизельных агрегатов КАМАЗ работает в тяжелых условиях, масло постоянно подвергается действию высоких температур и постепенно теряет свои качества. На определенных режимах моторное масло может перегреваться, что ведет к уменьшению его вязкости и смазывающей способности, а также к интенсивному разложению и выгоранию. В конечном итоге перегретое масло ухудшает работу двигателя и даже может стать причиной его выхода из строя. Эта проблема решается введением в систему смазки двигателей КАМАЗ элемента для охлаждения масла — теплообменника.

Масляный теплообменник является составной частью систем смазки и охлаждения мотора, он обеспечивает отвод излишнего тепла от масла за счет активного теплообмена с омывающим потоком охлаждающей жидкости (ОЖ). Именно поэтому устройства данного типа называются жидкостно-масляными теплообменникам, или ЖМТ. Данный агрегат выполняет несколько функций:

• Частичное охлаждение масла при температуре двигателя менее 100 градусов;
• Охлаждение всего поступающего на мотор масла при температуре в пределах 100-110 градусов;
• Сокращение расхода масла на угар и продление его ресурса;
• Обеспечение оптимального температурного режима различных систем двигателя — благодаря ЖМТ температура масла никогда не падает ниже температуры ОЖ, что способствует более равномерному прогреву деталей мотора, снижению механических напряжений и т.д.;
• Упрощение конструкции системы охлаждения масла и сокращение стоимости двигателя при обеспечении нормальных характеристик его работы.

Сегодня теплообменники устанавливаются в большинстве дизелей КАМАЗ, соответствующих нормам Евро-2 и выше, они играют важную роль в обеспечении нормальных характеристик силового агрегата на всех режимах работы. Неисправный теплообменник подлежит скорейшему ремонту или полной замене, но прежде, чем покупать новую деталь, следует разобраться в конструкции и работе этих устройств.

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.

Устройство и принцип действия масляных теплообменников КАМАЗ

На двигателях КАМАЗ в настоящее время находят применение только ЖМТ кожухотрубного (трубчатого) типа различных модификаций. Конструктивно данный агрегат довольно прост, он состоит из следующих деталей:

• Корпус (кожух);
• Сердцевина с дефлектором;
• Подводящий коллектор;
• Отводящий коллектор.

Основу конструкции составляет алюминиевый цилиндрический корпус (кожух), на стенке которого выполнены каналы и привалочные поверхности для присоединения к блоку масляных фильтров (установка выполняется через прокладки). Торцы кожуха закрываются специальными крышками с патрубками — подводящим и отводящим коллекторами, первый обеспечивает подачу охлаждающей жидкости из водяной рубашки блока цилиндров внутрь корпуса, а второй отводит жидкость обратно в систему охлаждения двигателя. На корпусе выполнены сверления и каналы под установку перепускных клапанов, обеспечивающих перепуск масла в обход теплообменника при засорении его сердечника.

Внутрь корпуса устанавливается сердцевина — сборка тонкостенных медных или латунных трубок, помещенных в пакет поперечных металлических пластин. На сердцевине расположено пять пластин с выступающей частью, которые делят всю деталь на четыре секции, что обеспечивает изменение направления потока масла. С одной стороны сердцевины располагается фланец, который при монтаже упирается в торец корпуса, с противоположной стороны фланец имеет такой диаметр, чтобы плотно входить внутрь кожуха, на нем же располагается несколько уплотнительных колец. Такая конструкция обеспечивает разделение потока охлаждающей жидкости и масла, препятствуя их смешиванию. А для правильного направления потока масла с одной стороны сердцевины располагается дефлектор — незамкнутое металлическое кольцо с щелью.

В собранном ЖМТ образуется теплообменник с двумя изолированными потоками: по трубкам сердечника протекает ОЖ, а по пространству между трубками и стенками кожуха протекает масло. Благодаря разделению сердечника на четыре секции путь потока масла увеличивается, чем достигается более эффективная отдача тепла охлаждающей жидкости.

ЖМТ монтируется на двигатель в сборе с блоком масляных фильтров (здесь же размещается термосиловой клапан, регулирующий поток масла через теплообменник), его подводящий и отводящий коллекторы соединяются с соответствующими патрубками на блоке цилиндров. В большинстве конструкций подводящий коллектор соединяется с блоком посредством короткой трубы, а отводящий коллектор — с помощью привалочной поверхности.

Работает ЖМТ следующим образом. При температуре двигателя ниже 95 градусов термосиловой клапан закрыт, поэтому весь поток масла от масляного насоса проходит через фильтры и сразу поступает в систему смазки двигателя. При повышении температуры выше 95 градусов клапан открывается, и часть масла от фильтров направляется на ЖМТ — здесь оно проходит внутри кожуха вокруг сердцевины, отдает излишнее тепло проходящей по трубам ОЖ, и только затем поступает в систему смазки двигателя. При росте температуры свыше 100 градусов термоклапан направляет в ЖМТ уже весь поток масла от фильтров. Если по каким-либо причинам температура двигателя превысила 115 градусов, охлаждение масла в ЖМТ становится неэффективным и может наступить перегрев — о наступлении аварийной ситуации предупреждает соответствующий индикатор на приборной панели.

Водомасляный теплообменник

Фильтр масляный с теплообменником установлен на масляном фильтре, кожух отрубного типа, сборный. Внутри трубок проходит охлаждающая жидкость из системы охлаждения двигателя, снаружи — масло. Со стороны масла трубки имеют оребрение в виде охлаждающих пластин. Поток масла в теплообменнике четыре раза пересекает трубки с водой, чем достигается высокая эффективность охлаждения масла. На двигатели 740.11-240 и 740.14-300 устанавливаются разные теплообменники, которые отличаются длиной. МАСЛЯНЫЙ КАРТЕР штампованный, крепится к блоку цилиндров через резин пробковую прокладку. Момент затяжки болтов крепления картера 14-17,8 Н.м (1,4-1,8 кгс. м).

Применяемость масляных теплообменников на автомобилях КАМАЗ

ЖМТ устанавливаются только на дизельные двигатели КАМАЗ 740 различных модификаций экологических классов Евро-2, 3 и 4. Сегодня используется два типа теплообменников:

• Каталожный номер 740.11-1013200 — короткая модификация;
• Каталожный номер 740.20-1013200 — длинная модификация.

Отличие данных деталей заключается в конструкции коллекторов и, следовательно, в способе подключения к системе охлаждения. В коротком ЖМТ отводящий коллектор имеет только привалочную поверхность на торце для присоединения патрубка с помощью болтов или шпилек. Теплообменники с таким коллектором являются универсальными, они подходят для большинства КАМАЗовских двигателей различных экологических классов. В длинном ЖМТ на отводящем коллекторе расположен патрубок для присоединения шланга с фиксацией металлическом хомутом. В остальном обе детали идентичны и могут присоединяться к стандартным сборкам фильтров.

Как верно подобрать и заменить масляный теплообменник КАМАЗ

Жидкостно-масляные теплообменники имеют простую конструкцию, что обуславливает их высокий ресурс и надежность. Однако с течением времени сердечник ЖМТ засоряется, пространство между пластинами забивается различными отложениями — это приводит к повышению сопротивления потоку масла и снижает эффективность теплообмена. При чрезмерном засорении срабатывает перепускной клапан, и масло из фильтров поступает в двигатель в обход теплообменника. В результате охлаждение масла ухудшается и даже при малой нагрузке высок риск перегрева. Если возникает такая ситуация (загорается соответствующая индикаторная лампа, наблюдается ухудшение работы мотора), масляный теплообменник необходимо проверить, демонтировать с двигателя, подвергнуть разборке и очистке.

Также в деталях теплообменника в результате процессов коррозии или при повреждении возникают трещины и щели, через которые масло попадает в охлаждающую жидкость. Эта же проблема наблюдается при износе или повреждении уплотнительных элементов. В этом случае ЖМТ подлежит ремонту или полной замене. Сегодня на рынке присутствуют различные по комплектации ремонтные комплекты, содержащие прокладки, сердечники, коллекторы и другие детали. Если же ремонт выполнить невозможно или нецелесообразно, то необходимо полностью заменить деталь. Все работы выполняются в соответствии с инструкцией по ремонту и обслуживанию транспортного средства. Перед ремонтом осуществляется слив охлаждающей жидкости и части масла, после замены все жидкости доводятся до нужного уровня. Впоследствии ЖМТ требует лишь регулярного осмотра и проверки клапанов при каждом регламентном ТО.

Если теплообменник подобран и установлен правильно, то моторное масло всегда будет иметь оптимальную температуру, обеспечивая эффективную работу силового агрегата.

Смазочная система двигателя

Рис. 2-22. Схема смазочной системы: 1 — насос масляный; 2 — клапан; 3 — фильтр; 4 — перепускной клапан; 5 — частично-поточный фильтроэлемент; 6 — водомасляный теплообменник; 7, 8 и 9 — приборы контроля; 10 — форсунки охлаждения поршней; 11 — термоклапан; 12 — полнопоточный фильтроэлемент; 13 — картер масляный; 14 — клапан предохранительный.

Смазочная система двигателя комбинированная, с «мокрым» картером. Система включает масляный насос, фильтр очистки масла, водомасляный теплообменник, картер масляный, маслоналивную горловину, направляющую трубку и указатель уровня масла.

Различные комплектации двигателя могут отличаться формой картера масляного, расположением и глубиной копильника масла. Соответственно, масляный насос имеет различные маслозаборники. Двигатели оснащаются маслозаливной горловиной и указателем уровня масла, расположенными в передней крышке или на картере маховика.

Схема смазочной системы показана на рис. 2-22. Из картера 13 масляный насос 1 подает масло в фильтр очистки масла 3 и через водомасляный теплообменник 6 в главную магистраль, и далее к потребителям. В смазочную систему также включены клапан 2 системы, обеспечивающий давление в главной масляной магистрали 392. 539 кПа (4,0. 5,5 кгс/см 2 ) при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и температуре масла 80. 95 °С, перепускной клапан 4, отрегулированный на срабатывание при перепаде давления на фильтре 147-216 кПа (1,5-2,2 кгс/см 2 ) и термоклапан 11 включения водомасляного теплообменника.

При температуре масла ниже 95 °С, клапан открыт и основной поток масла поступает в двигатель минуя теплообменник. При температуре масла более 110 °С, термоклапан закрыт и весь поток масла проходит через теплообменник, где охлаждается водой. Тем самым обеспечивается быстрый прогрев двигателя после запуска и поддержание оптимального температурного режима в процессе эксплуатации. Конструктивно термоклапан расположен в корпусе масляного фильтра. Максимальная температура масла в системе смазки 115 °С.

Рис. 2-23. Насос масляный: 1 — крышка; 2 — корпус; 3 — шестерня ведущая; 4 — ведомое зубчатое колесо; 5 — шпонка; 6 — гайка; 7 — зубчатое колесо; 8 — ось; 9 — шплинт; 10 — пробка; 11, 12 — пружины; 13 — клапан; 14 — шарик; 15 — шайбы регулировочные.

Масляный насос (рис. 2-23) закреплен на нижней плоскости блока цилиндров. Ведущее зубчатое колесо напрессовано на передний носок коленчатого вала и имеет 64 зуба, ведомое 52.

Сроки замены масляного фильтра

Согласно сервисной книжке автомобиля, замена масляных фильтров двигателя на КАМАЗе проводится одновременно со сменой масла. Цикл пробега автомобиля, при котором выполняется обязательный слив и залив новой смазки авто, составляет 15-20 тыс км.

Не рекомендуется менять смазку системы очистки, не выполнив смену масляных фильтров. На всех моделях автомобиля КАМАЗ (включительно после выпуска 79 года) установлены сменные бумажные фильтры. Выполняется замена обоих фильтрующих колпачков системы очистки. Следовательно нельзя допускать ситуацию, при которой меняется только один фильтр авто, а второй остается или меняется спустя длительное время после регулярной эксплуатации машины. В этом случае, абразивные вещества, сажа и другая грязь все равно попадут в масляный картер системы блока цилиндров.

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.

Типы, устройство и работа масляных теплообменников

На современных двигателях находят применение два типа масляных теплообменников:

• Кожухотрубные (или просто трубчатые);
• Пластинчатые.

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).

Термоклапан

включения водомасляного теплообменника состоит из подпружиненного поршня с термосиловым датчиком. При температуре ниже 93С поршень находится в верхнем положении и основная часть потока масла, минуя теплообменник, поступает в двигатель. При достижении температуры масла (95+2)0С омывающего термосиловой датчик, активная масса, находящаяся в баллоне, начинает плавиться и, увеличиваясь в объеме, перемещает шток датчика и поршень. При температуре масла (110+2)0С поршень разобщает полости в фильтре до и после теплообменника и весь поток масла идет через теплообменник. При превышении температуры масла выше 111_.С срабатывает датчик температуры и на щитке приборов загорится сигнальная лампочка.

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.