Устройство и работа агрегатов системы охлаждения двигателей

Устройство автомобилей

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался во время работы, поскольку и перегрев и переохлаждение вредны двигателю.

Сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается выделением значительного количества теплоты. Если двигатель не охлаждать, или охлаждать недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, а это уменьшает их прочность, вызывает значительные тепловые деформации и изменение размеров, ухудшает свойства и снижает вязкость масла смазочной системы, отрицательно сказывается на наполнении цилиндров горючей смесью, вызывает интенсивное отложение нагара на деталях.
Все это может привести к снижению эффективности работы двигателя и даже его отказу из-за потери работоспособности отдельных деталей, агрегатов и узлов.

Переохлаждение двигателя тоже крайне нежелательно. Оно сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания (особенно в дизелях), следствием чего являются повышенный расход топлива, снижение эффективности работы двигателя, интенсивный коррозийный износ деталей из-за отложения конденсата, и увеличение выброса в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива.

Оптимальным для работы двигателя внутреннего сгорания является узкий температурный диапазон, который, например, у двигателей с жидкостной системой охлаждения, характеризуется температурой охлаждающей жидкости 85. 95 ˚С.

Требования к системе охлаждения

В связи с основным назначением, к системе охлаждения двигателя предъявляются следующие требования:

• автоматическое поддержание оптимального теплового режима в двигателе, независимо от режима его работы и внешних условий;
• надежная работа в условиях повышенных вибраций;
• малые габариты, масса и металлоемкость;
• технологичность и удобство в техническом обслуживании;
• быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры;
• длительное сохранение теплоты после остановки двигателя;
• малые энергетические затраты на функционирование (затраты энергии двигателя, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения);
• экологическая безопасность и минимальное коррозийное воздействие применяемых теплообменных материалов на детали двигателя.

Способы охлаждения двигателя

Отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется при помощи различных способов – применением принудительной системы охлаждения, охлаждением маслом смазочной системы, теплообменом с более массивными сопрягаемыми деталями, работающими в благоприятном температурном режиме, рассеиванием теплоты с рабочих поверхностей перегретых деталей и т. п.

Очевидно, что естественного теплообмена с перегретыми деталями двигателя недостаточно, чтобы поддерживать их оптимальную температуру в рабочем режиме, поэтому в современных двигателях применяется принудительный отвод теплоты от деталей, несмотря на то, что это связано с увеличением энергетических затрат и тепловых потерь рабочего цикла двигателя.
Принудительное охлаждение осуществляется с помощью жидкости или воздуха, поэтому различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Преимущества и недостатки систем охлаждения

Каждый из способов принудительного охлаждения имеет свои преимущества и недостатки.
Воздушная система охлаждения проста в эксплуатации, однако не может полностью обеспечить нормального теплового состояния деталей двигателя из-за неравномерности их охлаждения. Возникает необходимость использования принудительного направления движения воздуха в сочетании с оребрением двигателей, что приводит к увеличению уровня шума при работе двигателя, снижению его мощности, а также удорожанию деталей.

Теплопроводность жидких теплоносителей в 20…25 раз выше, чем у воздуха, поэтому жидкостная система охлаждения обеспечивает более эффективный теплоотвод и создает равномерное температурное поле охлаждения. Такая система охлаждения более инерционна — двигатель медленно прогревается, но и медленнее охлаждается.
Однако жидкостная система сложнее устроена, содержит в своей конструкции дорогостоящие узлы и детали для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости и теплообмена с внешней средой (радиатор).
Кроме того жидкостная система включает различные трубопроводы (патрубки, трубки), каналы и полости в охлаждаемых деталях для подвода и циркуляции жидкости, которые могут давать течь, снижая надежность и повышая стоимость двигателя в целом.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур в жидкостной системе охлаждения приходится применять специальные низкозамерзающие жидкости, имеющие достаточно высокую стоимость, что тоже отрицательно сказывается на экономических показателях.
Кроме того, применяемые в современных двигателях низкозамерзающие жидкости имеют более низкую теплопроводность, по сравнению с обычной водой, уменьшая тем самым основное преимущество жидкостной системы охлаждения перед воздушной.

Тем не менее, несмотря на перечисленные недостатки, в двигателях современных автомобилей наибольшее распространение получило жидкостное охлаждение, как более полно удовлетворяющее требованиям, перечисленным выше. Несмотря на сложность конструкции и связанные с этим удорожание и снижение надежности, жидкостная система охлаждения обеспечивает надежное поддержание рабочей температуры двигателя в заданных интервалах, и способна автоматически поддерживать ее в широком диапазоне нагрузочных режимов.

Особенности работы двигателя и системы в целом

Рассмотрев, каким является назначение системы охлаждения двигателя, невозможно не выделить и то, с какими нагрузками и режимами работы будет функционировать система. А это ведь наиболее актуально, принимая во внимание, что в самом центре цилиндра возникает температура в пределах 2000 градусов, а порой даже более, что и предусматривает система дополнительного охлаждения двигателя. Для чего служит система охлаждения?

Факт: Двигатель воздушного охлаждения помогает стабильно поддерживать значение температуры в пределах до 90 градусов, что, следовательно, будет оценено по достоинству.

Схема системы охлаждения двс включает в себя ряд ключевых элементов оборудования, которые, взаимодействуя, гарантируют получение необходимого эффекта. В частности, оборудование включает в себя нагреватель системы охлаждения двигателя, удобный и практичный в эксплуатации. Принцип работы системы охлаждения двс основан на подводе жидкости к нагретой детали, что способствует быстрому остыванию элементов конструкции. Одним из элементов является рубашка системы охлаждения, которая может быть заменена при необходимости.

А это, конечно же, минимальный возможный риск выхода всего основного оборудования из строя в результате некорректной его работы и совсем не правильной настройке агрегатов в электродвигателе системы охлаждения. Основным элементом является непосредственно насос системы охлаждения двигателя, посредством которого можно заполучить в свое распоряжение совершенную, мощную и полностью функционирующую схему.

Исключает система охлаждения двигателя внутреннего сгорания также и образование такой неприятной неисправности, как заклинивание деталей, вызванное возникновением различной степени деформаций. Фактически, вне зависимости от того, какими были выбраны виды систем охлаждения двигателя, это позволит увеличить срок службы оборудования и таким образом снизить эксплуатационные затраты на транспортные средства владельцем. Помимо прочего, установленная жидкостная система охлаждения двигателя не вызовет такого некорректного признака неисправности, как существенное снижение общего параметра мощности агрегата, нежелательного воспламенения горючей смеси.

В противном случае последствия такого решения могут быть чрезвычайно опасными и, как правило, приведут лишь к выходу всей конструкции из строя, что исключает открытая система охлаждения двигателя. На ремонт оборудования потребуется в результате затратить огромное количество средств, материальных ресурсов, что вряд ли порадует владельца, в отличие от того, как действуют установленные типы системы охлаждения двигателя. Важно, чтобы водяное охлаждение двигателя оказывало не только требуемый специальный эффект, но и, в частности, и ликвидировало эффект нагрева и соприкосновения различных газов при высоких температурах с деталями. Насос для системы охлаждения автомобиля также относится к элементам оборудования.

Факт: Охлаждает двигатель система, таким образом, либо же непосредственно в атмосфере, либо как альтернатива, через специальное тело, установленное последовательно в общую схему оборудования.

Охлаждающие жидкости двигателя

Исправно работающая система охлаждения должна не допускать перегрева, однако для нормального функционирования системы требуется использование качественной охлаждающей жидкости. Незамерзающие при низких температурах технические жидкости называются антифризами (от англ. antifreeze). Сегодня антифризы производятся, как правило, на основе моноэтиленгликоля, представляющего собой густую жидкость с температурой кипения около 200 °C.

Задачей охлаждающей жидкости является не только охлаждение мотора, но и теплопередача для отопления салона, подогрева топлива зимой. Охлаждающая жидкость автомобиля должна удовлетворять следующим требованиям:

• не замерзать во всей области рабочих температур двигателя;
• иметь высокие значения теплоёмкости и теплопроводности;
• не образовывать пену;
• не разъедать пластик и резину патрубков;
• не повреждать уплотнения;
• смазывать, защищать от коррозии детали системы охлаждения и двигателя;
• не откладывать накипь и другие отложения разного рода на внутренних стенках рабочей поверхности системы охлаждения

Принято различать понятия «тосол» и «антифриз». Считается, что тосол — это готовый продукт, а антифриз — концентрат. Хотя, конечно, по составу это одно и то же, просто с разным названием.

Автомобильные антифризы окрашиваются в заметные, яркие цвета:

• зелёный,
• оранжевый, или оттенки красного
• голубой (синий),
• бирюзовый

Делается это ради безопасности, ведь антифриз весьма ядовит. По мере использования жидкость теряет необходимые свойства — постепенно утрачиваются смазывающие и антикоррозийные параметры, повышается склонность к образованию пены.

Важно: Срок службы антифризов находится в пределах 2–7 лет.

О неисправностях системы

Этот подраздел необходим для того, чтобы водители знали, с чем им возможно придется столкнуться в дороге и были потенциально готовы к устранению неполадок. Самой распространенной является подтекание рабочей жидкости из системы. Обычно шланги и патрубки в ходе эксплуатации утрачивают свою эластичность и не могут обеспечить прежней герметичности.

Создается воздушная пробка, и антифриз начинает покидать систему в наиболее слабом месте. Подтверждением тому выступают пятна на асфальте после стоянки транспортного средства. Необходимо безотлагательно проверить места соединений, а также следить за уровнем в расширительном бачке. Если ремонт недоступен какое-то время, можно воспользоваться доливкой тосола (для этого в продаже имеются 1‑литровые емкости).

Еще один печально известный вариант — заклинивание термостата из-за его физического срабатывания. Если жидкость будет проходить лишь по малому кругу, то это приведет к перегреву мотора со всеми вытекающими последствиями. То же самое касается разгерметизации радиатора или отложение солей, которые нарушают отвод излишнего объема тепла.

Одним из самых дорогостоящих является выход из строя помпы охлаждения (водяного насоса). Свидетельством тому является характерный свистящий звук подшипника насоса. Решение только одно — замена данного узла новым.

Уберечь от появления солевых отложений поможет промывка системы, к которой периодически прибегают опытные автолюбители. Это вполне реально выполнить самостоятельно, используя специально предназначенные средства. Сначала мотору дают остыть, затем удаляют весь объем рабочей жидкости из системы. После заливки можно проехать в течение 1–2 тысяч километров — за это время нагары и отложения отмываются специальными активными компонентами.

На этом будем подводить итоги, уважаемые подписчики и читатели. Если у вас есть вопросы по поводу функционирования и ремонта охлаждающей системы — можете задавать их в комментариях. Не забывайте подписаться на обновления блога! С вами был Андрей Кульпанов. Пока!

Схема системы охлаждения двигателя

Для бензинового и дизельного двигателей применяются схожие конструкции систем охлаждения. Их стандартный набор элементов следующий:

обычный, масляный радиатор и радиатор охлаждающей жидкости;

рубашка охлаждения двигателя;

Рассмотрим каждый из этих элементов по отдельности:

1. Радиаторы.

В обычном радиаторе нагретая жидкость охлаждается встречным потоком воздуха. Чтобы повысить его эффективность, в конструкции используется специальное устройство трубчатого вида.

Масляный радиатор предназначен для уменьшения температуры масла системы смазки.

2. Вентилятор радиатора. Для повышения эффективности работы радиатора в нём используется вентилятор, который может иметь различный приводной механизм:

механический (соединен на постоянной основе с коленчатым валом мотора автомобиля);

Наиболее распространен электрический вид вентиляторов, управление которым осуществляется в достаточно широких пределах.

3. Центробежный насос. При помощи насоса в системе охлаждения обеспечивается циркуляция её жидкости. Центробежный насос может быть оснащен различным типом привода, например, ременным или же шестеренным. У двигателей с турбонаддувом помимо основного может быть использован дополнительный центробежный насос для более эффективного охлаждения турбокомпрессора и наддувочного воздуха. Для управления работой насосов используется блок управления двигателем.

4. Термостат. При помощи термостата осуществляется регулировка количества жидкости, попадающей в радиатор. Устанавливается термостат в патрубке, ведущем к радиатору от рубашки охлаждения мотора. Благодаря термостату можно управлять температурным режимом системы охлаждения.В автомобилях с мощным двигателем может быть использован термостат несколько иного вида — с электрическим подогревом. Он способен обеспечить регулирование температурного режима жидкости системы в двухступенчатом диапазоне при трех рабочих положениях.

В открытом состоянии такой термостат находится во время максимальной работы двигателя. При этом температура охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, понижается до 90 °С, благодаря чему снижается вероятность детонации двигателя. В остальных двух рабочих положениях термостата (открытое и полуоткрытое) температура жидкости будет поддерживаться на отметке 105 °С.

5. Теплообменник отопителя. Поступающий в теплообменник воздух нагревается для последующего его использования в отопительной системе автомобиля. Для повышения эффективности работы теплообменника его размещают непосредственно на выходе охлаждающей жидкости, прошедшей через двигатель и имеющей высокую температуру.

6. Расширительный бачок. Вследствие изменения температуры охлаждающей жидкости меняется и её объем. Чтобы компенсировать его, в систему охлаждения встраивается расширительный бачок, поддерживающий объем жидкости в системе на одном уровне.

7. Рубашка охлаждения двигателя. В конструкции такая рубашка представляет собой каналы для жидкости, проходящие через головку блока двигателя и блок цилиндров.

8. Система управления. В качестве элементов управления системы охлаждения двигателя в ней могут быть представлены следующие устройства:

Температурный датчик циркулирующей жидкости. Датчик температуры преобразует величину температуры в соответствующую величину электрического сигнала, который подается на блок управления. В тех случаях, когда система охлаждения используется для охлаждения отработавших газов или в других задачах, в ней может быть установлен ещё один температурный датчик, устанавливаемый на выходе радиатора.

Блок управления на электронной основе. Получая от датчика температуры электрические сигналы, блок управления автоматически реагирует и выполняет соответствующие воздействия на другие исполнительные элементы системы. Обычно, блок управления имеет программное обеспечение, выполняющее всю функции по автоматизации процесса обработки сигналов и настройки работы системы охлаждения.

Охлаждение при помощи жидкостей

Жидкостная система охлаждения на сегодня является самой популярной и распространенной. Процесс отвода тепла происходит при помощи жидкого хладагента, циркулирующего по основным элементам двигателя по специальным закрытым магистралям. Гибридная система сочетает в себе элементы воздушного охлаждения одновременно с жидким. Жидкость охлаждается в радиаторе, имеющем ребра и вентилятор с кожухом. Также такой радиатор охлаждается приточными воздушными массами при движении транспортного средства.

Жидкостная система охлаждения двигателя выдает минимальный уровень шума при эксплуатации. Данный тип повсеместно собирает тепло и отводит его от двигателя с высокой эффективностью.

По методу движения жидкого хладагента системы классифицируются:

• принудительная циркуляция – движение жидкости происходит при помощи насоса, являющегося частью двигателя и непосредственно системы охлаждения;
• термосифонная циркуляция – движение осуществляется за счет разницы в плотности нагретого и охлажденного хладагента;
• комбинированный метод – циркуляция жидкости действует одновременно первыми двумя способами.

Замена жидкости и промывка

Хладагент меняют примерно раз в 2 года (или через каждые 45 000 километров пробега). Для этого сначала необходимо слить жидкость, для чего нужно:

• ослабить пробку, находящуюся в расширительном бачке;
• открыть кран, расположенный в радиаторе, предварительно подставив под него емкость для сбора охладителя.

При сливе лучше обеспечит наклон авто вперед, чуть приподняв его заднюю часть. Так хладагент будет вытекать гораздо быстрее. Наклон обеспечивают путем установки небольших брусочков под задние колеса или с помощью домкрата.

После требуется промыть систему. Для этого надо выполнить следующие действия:

• залить в систему дистиллированную воду (в идеале – чуть подкисленную лимонной или уксусной кислотой);
• запустить мотор и дать ему поработать некоторое время (не больше 20 минут в общей сложности);
• заглушить двигатель и слить воду описанным выше способом.

Зачем нужна промывка? Дело в том, что в результате коррозии, а также наличия в охладителе специальных примесей на патрубках узла образуется налет, который существенно затрудняет их проходимость. В результате отъем тепла от цилиндрогруппы и его перенос на радиатор становятся куда менее эффективными. Для очистки можно использовать не только воду, но и специальные составы, которые можно приобрести в автомобильных магазинах. Однако следует учитывать, что это обойдется гораздо дороже. Впрочем, результат очистки будет гораздо лучше.

Затем необходимо заправить новый хладагент. Это делают через расширительный бачок, предварительно отсоединив его с посадочного места и освободив одно из отверстий. Когда заправка завершена, бачок устанавливают на прежнее место и на некоторое время запускают мотор. Это необходимо для того, чтобы охладитель равномерно разошелся по системе. После заправки обязательно нужно проверить уровень хладагента и убедится в отсутствии подтеканий.