Часть 2.
Для нормальной работы конвертированного двигателя, помимо охлаждении блока цилиндров, огромную роль играет охлаждение масла. Лучше охлаждать его забортной водой. Дело в том, что масляные холодильники, охлаждаемые водой внутреннего контура, хотя и обеспечивают быстрый прогрев масла, не допуская его переохлаждения, слишком сложны и громоздки - площадь змеевика в них должна быть в 3-4 раза больше, чем в охлаждаемых забортной водой. Применяемое в двигателях автомобилей ("ГАЗ-51","-53") параллельное подключение масляного радиатора также нельзя рекомендовать для конвертированных катерных двигателей, так как трубки такого холодильника быстро забиваются липкими отложениями масла (шламом), чему немало способствуют малые скорости движения масла и его низкая температура.

Для охлаждения масла в маломощных двигателях (например, "МЗМА-401"; чаще на водоизмещающих лодках) применяются или наварка рубашки прямо на поддон картера, или размещение в нем змеевика охлаждения. Однако для более мощных автомобильных двигателей, а также для всех двигателей, установленных на глиссирующпх катерах и работающих, как правило, с большой нагрузкой, эффективность таких холодильников явно недостаточна.


[схема 6]. Водо-масляный холодильник, 1-корпус фильтра тонкой очистки; 2-крышка корпуса; 3-болт крепления крышки, М11х1; 4-ниппель; 5-накидная гайка; 6-штуцер; 7-заглушка; 8-проставка; 9-конусный штуцер.

Компактный водо-масляный холодильник для двигателя мощностью 70-80л.с., охлаждаемый забортной водой, показан на рис.6. Он достаточно прост в изготовлении и смонтирован в корпусе фильтра тонкой очистки двигателя "М-21" ("ГАЗ-51","М-20"). Масло прокачивается по змеевику, выполненному из медной трубки, с внутренним диаметром 12мм и длиной 2.5-3м. Для облегчения гибки трубку нужно отжечь, нагрев до температуры красного каления и затем погрузив в воду. Ввиду того, что давление масла при непрогретом двигателе может достигать 4-5 кг/см2, пайку трубок следует производить только твердым припоем ПМЦ. Подсоединять масляный холодильник лучше всего, развальцовывая трубки на ниппелях с коническими штуцерами МН2313-61, так как у припаянных штуцеров из-за вибрации часто возникают усталостные трещины. 

Через полнопроточный холодильник проходит все масло, циркулирующее в двигателе. Для отбора масла изготавливают специальную проставку, которую надо установить между блоком двигателя и корпусом фильтра грубой очистки (в двигателях "М-20", "М-21", "ГАЗ-51", "МЗМА-401", "МЗМА-408") или между блоком двигателя и полнопроточным масляным фильтром ("М-412", "ГАЗ-24", "ВАЗ-2101" Для контроля за температурой масла, которая должна быть в пределах 70-90°, можно использовать стандартный автомобильный датчик температуры охлаждающей воды ТМЗ, ввинчиваемый в заранее приваренную к картеру резьбовую втулку. Провод от датчика подсоединяется к указателю температуры через переключатель, дающий возможность периодически проверять температуру масла и воды. 

Двигатель на катере обычно устанавливается в слабовентилируемом моторном отсеке, поэтому обеспечить интенсивный обдув выхлопного коллектора невозможно и он нуждается в дополнительном водяном охлаждении. Впрочем, на водоизмещающих катерах, у которых двигатели работают в режиме частичных нагрузок, охлаждать выхлопной коллектор можно и при помощи штатного вентилятора, направляя поток воздуха от него на коллектор при помощи щитков. Но самое надежное - и здесь предусмотреть водяное охлаждение. Для глиссирующих же катеров такое охлаждение совершенно необходимо. Наилучшие результаты обеспечивают, конечно, специальные коллекторы, сварные или литые, имеющие развитые каналы охлаждения. Порядок изготовления такого коллектора подробно описан в литературе, например, в книге "15 проектов судов для любительской постройки". 

Дополнительно можно рекомендовать отжечь коллектор перед механической обработкой. Тогда в дальнейшем он не покоробится и, следовательно, не будет подсоса воздуха через фланцы, что затрудняет пуск двигателя. К недостаткам этой конструкции, помимо сложности изготовления, следует отнести отсутствии подогрева впускного трубопровода, что ухудшает экономичность и долговечность двигателя, особенно на частичных нагрузках.

[схема 7]. Охлаждаемый коллектор двигателя "ГАЗ-21": а-охлаждающая поверхность коллектора образована кожухом; б-охлаждающая поверхность коллектора образована трубками,1-соединительный шланг (внутренний диаметр не менее 14); 2-штуцер; 3-кожух медь b=2; 4-коллектор; 5-кожух, медь b=2; 7-трубка медная O16Х1 (трубку расплющить).

Более просто охлаждаемый коллектор можно изготовить, напаяв на штатный один или несколько кожухов для охлаждающей воды (рис.7). Наиболее легко эта задача решается в двигателях "Москвич-407", "-408" и "-412", где всасывающий и выхлопной коллекторы разделены и расположены с разных сторон. Здесь можно обойтись только одним кожухом. У тех двигателей, в которых всасывающие и выхлопной трубопроводы расположены с одной стороны («ГАЗ-21»), приходится припаивать несколько кожухов. При выборе размеров кожуха необходимо учитывать, что минимальная площадь коллектора, соприкасающаяся с oxлаждающей водой, должна быть равна 3-4 см2 на 1л.с., максимальное расстояние между кожухами или кожухом и блоком двигателя не должно превышать 6-8см. Если коллектор охлаждается водой внутреннего контура, то площадь поперечного сечения кожуха должна быть не менее F=0,15?0,2N,см2

Иногда для этого отдельные кожуха подключают параллельно так, чтобы выдержать их суммарную площадь в соответствии с требуемой.

При охлаждении коллектора забортной водой рекомендуемая величина минимального диаметра подводящих трубок указана на схемах рис.1.

Кожухи лучше изготовлять из меди и паять твердым припоем ПМЦ-42 или латунью. Перед пайкой целесообразно нагреть коллектор до 400-600°, чтобы избежать появления термических трещин. Следует иметь в виду, что при пайке происходит выгорание углерода, содержащегося в чугуне, что вызывает пористость шва и, следовательно, протечки. Поэтому приходится увеличивать катет шва. После пайки коллектор целесообразно нагреть до температуры 600-650°, выдержать в теченне 10-15 мин, после чего медленно охладить. В любом случае необходимо проверить на краске прилегание фланцев коллектора к плоскости блока (предварительно удалив прокладку) и при необходимости пришабрить. Если коллектор охлаждается водой внутреннего контура, то кожухи можно припаять и легкоплавким припоем ПОС. Однако при этом запускать двигатель даже на непродолжительное время при незаполненном контуре не рекомендуется, да и прочность такого соединения, естественно, невысокая.

Другой способ изготовления охлаждаемого выхлопного коллектора для катера состоит в припайке к автомобильному (припоем ПМЦ или ПОС) медных отожженых трубок. Наиболее целесообразно применять для этих целей трубки внутренним диаметром не менее 8-10мм. Следует иметь в виду, что основной тепловой поток передастся к трубкам по шву, поэтому дли обеспечения удовлетворительного охлаждения суммарная площадь швов должна быть не менее 2-3см2 на 1л.с. При необходимости трубки соединяются параллельно так, чтобы обеспечить требуемую суммарную площадь проходного сечения. У коллекторов, имеющих простую форму ("Москвич-407", "-412"), в этом случае трубки целесообразно обматывать вокруг отдельных колен, у имеющих же сложную форму - располагать в несколько рядов вдоль коллектора. Впрыск воды в выхлопную трубу рекомендуется производить на расстоянии 200-300мм от коллектора. Этот участок выхлопной трубы необходимо изолировать - обмотать асбестом. На наш взгляд, нет никакой необходимости сверлить большое число мелких отверстий в патрубке впрыска для увеличения испарения воды, так как одновременное испарение большого количества воды может увеличить противодавление на выхлопе, что приводит к снижению максимальной мощности. 

По той же причине диаметр выхлопной трубы на катере, особенно в районе впрыска и далее, целесообразно увеличить на 20% по сравнению с диаметром выхлопной трубы на автомобиле. Трубку впрыска воды следует вваривать под острым углом к выхлопной трубе (ок.30°) по направлению движения выхлопных газов, так как при вварке трубки под прямым углом брызги, возникающие при ударе струи воды в противоположную стенку выхлопной трубы, могут на малых оборотах двигателя попадать на выхлопной клапан и вызывать его коррозию. Для уменьшения шума, а это в первую очередь относится к глиссирующим катерам, систему выхлопа целесообразно дополнить глушителем. Диаметр его должен быть не менее 2-3 диаметров выхлопной трубы. В глушителе устанавливается несколько дырчатых перегородок общей площадью проходного сечения больше площади выхлопной трубы. Для компенсации тепловых и вибрационных перемещений выхлопного трубопровода в месте прохода через борт или транец необходимо установить компенсационное звено. Наиболее удобно использовать для этого дюритовое соединение. Однако в тех случаях, когда возможен перебой в поступлении охлаждающей воды (например, в схеме III, рис.1, где для подачи забортной воды используется скоростной напор воды), целесообразно использовать сальник с асбестовой набивкой. 

Для прокачки забортной воды применяются различные конструкции самовсасывающих насосов, производительность которых для схем с водо-водяным холодильником должна быть не менее 40-50л/ч на 1л.с. и не менее 8-12л/ч на 1л.с. для схем с забортным холодильником.

В любительских условиях для прокачки забортной поды можно применять центробежные насосы автомобильных двигателей. В одних случаях насос практически не требует переделок ("MЗMA-401", "ВАЗ", "ГАЗ-21"), в других придется установить заднюю стенку с приваренным нагнетательным патрубком. 

Следует отметить, что производительность автомобильных насосов. как правило, превышает требуемую для катера, а их напор невелик, поэтому нужно стремиться понижать гидравлическое сопротивление внешнего контура, например, подключая водо-водяной и водо-масляиый холодильники параллельно. По этой же причине лучше применять насосы от двигателей меньшей мощности. Нужно помнить такую особенность центробежных насосов, как резкое падение напора с уменьшением числа оборотов - напор прямо пропорционален квадрату числа оборотов, а расход прямо пропорционален оборотам в первой степени. При этом может оказаться, что на холостых оборотах развиваемого насосом напора может не хватить для подъема забортной воды в двигатель и преодоления гидравлических сопротивлений. Для того, чтобы обеспечить нормальную работу системы, напор насоса забортной воды на холостых оборотах двигателя должен быть не менее 1 м. Минимальное число оборотов насоса, обеспечивающего такой напор, можно определить как

        6000-8000
n= ——————, об/мин.
                D

где D-диаметр крыльчатки насоса, см.

Из отношения минимального числа оборотов насоса n к минимальным оборотам коленвала на холостом ходу данного двигателя (500-700об/мин) находится передаточное отношение клиноременной передачи от двигателя к насосу. Как правило, число оборотов насоса получается больше числа оборотов двигателя.

Для прокачки забортной воды можно воспользоваться деталями центробежных насосов, применяемых в станкостроении, хозяйственных насосов и т.д. На [схеме 8] показан самодельный насос, изготовленный на базе деталей хозяйственного электронасоса "Кама". Этот насос имеет относительно небольшой расход в сочетании с достаточным напором, поэтому при его установке водо-водяной и водо-масляный холодильники могут быть подключены последовательно. В тех случаях, когда производительность центробежного насоса неизвестна, подобрать насос можно по диаметрам его патрубков, не слишком отличающихся от указанных на схемах.

[схеме 8] Центробежный насос забортной воды. 1-всасывающий трубопровод 3/4"с кронштейном; 2-корпус насоса "Кама"; 3-кронштейн крепления; 4-уплотнение; манжета 28х12; 5-подшипник №201, 2 шт.; 6-корпус подшипников; 7-пресс-масленка; 8-стопорная гайка с манжетой; 9-шкив; 10-гайка М8; 11-шплинт; 12-валик; 13-крыльчатка; 14-гайка М6

Центробежный насос следует устанавливать так, чтобы он был расположен ниже ватерлинии и, следовательно, всегда залит водой. В тех случаях, когда такая установка невозможна, между насосом и фильтром на всасывающем патрубке устанавливается обратный клапан. Тогда достаточно будет залить насос только перед первым запуском, а после остановки обратный клапан удержит необходимое количество воды. 

В качестве обратных клапанов можно применять резиновые лепестковые (по типу клапанов, применяемых в переносных ручных насосах или в электронасосе "Кама"), грузовые тарельчатые, применяемые в насосах БКФ, и грузовые шариковые. Последние, пожалуй, наиболее надежны. Шарик изготавливается из текстолита или пустотелым из металла. Однако как бы надежно ни работал обратный клапан, всегда возможна утечка воды из насоса, особенно при больших промежутках между запусками двигателя. Для того чтобы каждый раз при этом не заливать в насос через штуцер воду, рекомендуется для этих целей устанавливать ручной или электрический насос. Для подачи воды в насос можно использовать скоростной напор струи от винта, укрепляя водозаборную трубку сразу за ним. Это особенно целесообразно для мореходных быстроходных катеров, которые на волнении временами полностью вылетают из воды.

Для схемы с забортным холодильником на быстроходных катерах (скорость не менее 30км/ч) можно вообще отказаться от насоса забортной воды, а для питания масляного холодильника использовать скоростной напор струи от винта. По этой схеме выхлопной коллектор охлаждается водой внутреннего контура.

В любительских условиях находят применение также шестеренчатые насосы. Они надежно обеспечивают подъем воды в двигатель на самых малых оборотах. В таких насосах важно подобрать передаточное отношение привода, обеспечивающее заданный расход на режиме максимальной мощности. В тех случаях. когда производительность насоса неизвестна, ее можно определить по следующей формуле.

        0,19D²·B·n 
Q=——————, л/ч,
                z

где D - наружный диаметр шестерни, см; В - ширина шестерни, см; z - число зубьев; n - число оборотов в мин.

Следует иметь в виду, что при установке шестеренчатого насоса большей, чем нужно, производительности давление в напорных магистралях может возрасти настолько, что порвутся шланги, да и мощность, потребляемая насосом, будет излишне большой.

К недостаткам шестеренчатых насосов следует отнести их быстрый износ при работе в илистой воде и коррозию шестерен, если они сделаны из обычной стали. Лучшим материалом для ведущей шестерни является латунь, для ведомой - пластмасса или резина.

[схеме 9]. Лопастной насос забортной воды. 1-штуцер; 2-корпус, нерж. сталь; 3-крыльчатка с ПМ "Вихрь" или "Нептун"; 4-прокладка, паронит b=0,5; 5-стенка, лист b=1,0; сталь нерж.; 6-корпус подшипников; 7-пресс-масленка; 8-уплотнение, манжета (с ПМ "Нептун"; 16,02 59100); 9-шкив; 10-подшипник №203; 11-кольцо распорное; 12-валик; 13-манжета 40х15;

Можно использовать и лопастные насосы [схеме 9] с резиновым ротором от ПМ "Вихрь", "Нептун" и т.п. Эти насосы, как и шестеренчатые, - самовсасывающие, объемные и обеспечивают стабильную подачу воды на малых оборотах, а в том случае, когда их корпус выполнен из нержавеющей стали, обладают и большим ресурсом. Однако производительность лопастных насосов невелика и они могут использоваться в схемах с забортными холодильниками. Увеличить подачу такого насоса можно установкой двух крыльчаток в одном корпусе.

Производительность лопастного насоса можно определить по формуле:

Q=0,12B·A·D·n, л/ч,

где D - внутренний диаметр корпуса насоса, см; В - ширина крыльчатки, см; А - смещение оси вала относительно оси корпуса, см (не рекомендуется принимать больше, чем у ПМ), n - число оборотов в мин.

[схеме 10] Компоновка всасывающей линии забортной воды.1-насос; 2-корпус обратного клапана; 3-уплотнительное кольцо, резина; 4-шарик; 5-ребро, ограничивающее подъем шарика; 6-фильтр; 7-латунная сетка (крепится к крышке фильтра); 8-всасываюший трубопровод; 9-отверстия в водозаборной трубе суммарной площадью не менее площрди сечения всасываюшей трубы.

Особое внимание нужно обратить на выбор схемы и правильность прокладки всасывающей линий забортной воды до насоса. Необходимо предусмотреть возможность очистки на плаву как фильтра, так и участка трубопровода от заборного отверстия до фильтра. На рис.10 показана схема всасывающей линии с фильтром, смонтированным в корпусе масляного фильтра тонкой очистки. Для очистки фильтра и внешнего участка трубопровода корпус его поднимают на 20-30см так, чтобы он оказался выше ватерлинии, после чего, сняв крышку и вынув сетку, длинной проволокой прочищают внешний участок трубопровода. Наличие на этом участке трубопровода запорного крана - кингстона - облегчило бы прочистку фильтра, его не нужно было бы поднимать, но практически сделало бы невозможным прочистку участка трубопровода от кингстона до приемного отверстия.

Могут быть и несколько иные решения схемы водозаборного участка. Например с прямой трубой и крышкой, расположенной выше ватерлинии [схеме 10а], или когда заборная трубка расположена за винтом. Ее целесообразно крепить к внешней части транца так, чтобы можно было произвести прочистку как самой трубки, так и подводящего дюритового шланга [схеме 10б].

Трубопроводы, особенно внутреннего контура, следует располагать таким образом, чтобы исключить образование воздушных мешков. Если это невозможно, то в наиболее высоких точках трубопроводов устанавливаются воздушные трубки или пробки, которые необходимо открывать для выпуска воздуха при заливке воды. Особенно сложно избежать воздушных мешков в охлаждаемых коллекторах, имеющих несколько параллельно расположенных трубок. При образовании воздушного мешка в одной из трубок циркуляция воды в ней прекратится и часть коллектора может перегреться. Поэтому для всех коллекторов с параллельными охлаждающими трубками, а также для коллекторов, охлаждаемых водой внутреннего контура, схему расположения, трубок или кожухов целесообразно выбирать с постоянным наклоном, чтобы исключить образование воздушных мешков. Также следует избегать возможности образования воздушных мешков на участке от водозаборника до центробежного насоса, так как при запуске воздух из мешка доходит до центробежного насоса, что, как правило, приводит к срыву его работы. При разработке схемы охлаждения следует предусмотреть возможность полного слива воды перед зимним сезоном, установив спускные пробки или разъемные соединения.

Обязательный элемент замкнутых систем - расширительный бачок, который располагается выше самой высокой точки внутреннего контура; сюда же выводятся все воздушные трубки. Емкость бачка составляет 15-20% емкости системы, материалы применяются самые разнообразные. Возможно применение в качестве расширительного бачка и полиэтиленовой банки емкостью 2-3л.

Основные неисправности системы охлаждения - это перегрев двигателя и кипение воды в системе. О признаках перегрева двигателя при нормальной температуре охлаждающей жидкости рассказано в первой части статьи. Причиной перегрева может быть не только отложение накипи в рубашке, но и засорение отверстий в водораспределительной трубке двигателя, в результате чего охлаждение отдельных цилиндров нарушается. В этих случаях кроме удаления накипи и промывки блока необходимо при помощи специального крючка вынуть водораспределительную трубку для осмотра и чистки.

Кипение воды во внутреннем контуре может быть вызвано различными причинами. Из-за недостаточной производительности насоса забортной воды температура воды на выходе из водо-водяного холодильника превышает температуру в водоеме более чем на 25-30". Увеличить расход забортной воды можно изменением передаточного отношения привода насоса или увеличением диаметров трубопроводов. Причиной уменьшения производительности насоса может быть и его износ.

Иногда кипение воды во внутреннем контуре начинается с возникновения пристенного кипения и попадания паровых пузырьков в помпу. Это явление чаще наблюдается в схемах, где вода из коллектора, охлаждаемого водой внутреннего контура, попадает прямо в насос (конвертированные двигатели "М-51У", "М-625У") при температуре воды более 90°. В этом случае за счет гидравлического сопротивления коллектора и холодильника, особенно при их засорении, давление перед входом в насос будет значительно ниже атмосферного. Температура воды в тонком слое у стенок коллектора будет несколько выше, чем в массе воды, и из-за пониженного давления вода около стенок может закипеть. Смываемые потоком воды пузырьки пара, опять же вследствие пониженного давления, не могут сконденсироваться до входа в насос, что приводит к уменьшению производительности насоса и дальнейшему повышению температуры воды и ее закипанию.

По этой причине коллектор, охлаждаемый пресной водой, лучше подключать после насоса (рис.1, схема III), удалив штатный, а для регулировки температуры использовав отдельно установленный термостат. Для этих целей удобно применять термостат двигателя "ВАЗ". В связи с тем, что в описываемой схеме образуется новый малый круг охлаждения, перепускной канал в двигателе необходимо заглушить. Если у данной схемы и дополнительное достоинство - при прогреве двигателя коллектор не выключается из циркуляции. Это ускоряет прогрев двигателя и предотвращает возможность закипания воды в коллекторе.

Впрочем избавиться от закипания можно и за счет установки автомобильной крышки от горловины радиатора, имеющей паровые клапаны, отрегулированные на давление выше атмосферного, так что температура кипения воды повышается до 109-110°.

Уменьшение расхода воды внутреннего контура в других схемах (рис.1) в основном связано с увеличением гидравлического сопротивления из-за неправильного выбора сечения трубопроводов, холодильников или ,при их засорении. Повышение гидравлического сопротивления приводит к появлению больших разрежений перед входом в насос и к подсосу воздуха в него через сальник Это может произойти и при нормаль ных гидравлических сопротивлениях в случае сильного износа упорной текстолитовой шайбы сальника и уменьшения силы поджатия шайбы за счет распрямления пружины. Тогда даже небольшое понижение давления перед входом в насос приведет к тому, что шайба сожмет пружину и отойдет от торца уплотнения, открыв доступ воздуху в насос. При попадании воздуха в насос производительность его резко падает что приводит к закипанию воды. Характерный признак подсоса воздуха - выброс воды из горловины расширительного бачка на непрогретом двигателе (аналогичное явление может наблюдаться и при повреждени прокладки блока).

Неправильный выбор теплообменной поверхности холодильника, а также ряд причин, характерных для автомобильных двигателей (неправильная установка зажигани или регулировка карбюратора, про буксовка ремней привода насосов поломка термостата, тугая сборка в сопряжении поршень - цилиндр и т.д.), могут привести к кипению воды. 

Особенно тщательно нужно следить за температурным режимом при обкатке катерных двигателей. Обкатка двигателя, устанавливаемого на водоизмещающем катере и эксплуатируемого, как правило, на частичных нагрузках, производится течение 20-30 часов при нормальной температуре охлаждающей воды с постепенным увеличением нагрузки. Несколько сложнее производить обкатку двигателя на глиссирующем катере. Это объясняется тем, что при выходе на глиссирование нагрузка на двигатель резко увеличивается (практически до максимальной). Заметим, что большинство механиков-автомобилистов предпочитают производить "тугую" сборку двигателя, не учитывая весьма напряженный режим работы его на глиссирующем катере. Поэтому, чтобы избежать появления надиров цилиндров, особенно при "тугой" сборке двигателя, можно рекомендовать после проведения 15-20-часовой обкатки в режиме плавания дальнейшую обкатку производить при пониженной до 50-60°С температуре охлаждающей воды. Для этого удаляется термостат, заглушается перепускной канал и максимально облегченный катер выводится на глиссирование. После нескольких минут глиссирования катер переводится в режим плавания. Постепенно время движения на глиссирующем режиме увеличивается. Если при обкатке появятся признаки перегрева двигателя, нагрузку необходимо уменьшить. После того, как двигатель будет стабильно работать в течение нескольких часов на режиме глиссирования, температуру охлаждающей воды можно постепенно повышать, доводя ее до нормы так, чтобы продолжительность обкатки составила не менее 50 часов.