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 (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).

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.