В автомобиле призвана защитить рабочий агрегат от перегрева и тем самым контролирует работоспособность всего моторного блока. Охлаждение является важнейшей функцией в работе двигателя внутреннего сгорания.
Последствия неисправности охлаждения ДВС могут стать фатальными для самого агрегата, вплоть до полного выхода из строя блока цилиндров. Поврежденные узлы уже могут не подлежать восстановительным работам, их ремонтопригодность будет равна нулю. Следует со всей внимательностью и ответственностью отнестись к эксплуатации и проводить периодическую промывку системы охлаждения двигателя.
Контролируя систему охлаждения, автовладелец напрямую заботится о "здоровье сердца" своего железного "коня".
Назначение системы охлаждения
Температура в блоке цилиндров при работающем агрегате может подниматься до 1900 ℃. Из этого объема тепла только часть является полезной и используется в необходимых режимах работы. Остальное выводится системой охлаждения за пределы моторного отсека. Увеличение температурного режима сверх нормы чревато негативными последствиями, которые приводят к прогоранию смазочных материалов, нарушению технических зазоров между определенными деталями, особенно в поршневой группе, что приведет к уменьшению срока их службы. Перегрев мотора, как следствие неисправности системы охлаждения двигателя, является одной из причин детонации горючей смеси, поставляемой в камеру сгорания.
Переохлаждение двигателя также нежелательно. В "холодном " агрегате появляется потеря мощности, густота масла повышается, из-за чего увеличивается трение несмазанных узлов. Рабочая горючая смесь частично конденсируется, тем самым лишая стенки цилиндра смазки. Вместе с тем, поверхность стенки цилиндра подвергается процессу коррозии вследствие образования серных отложений.
Система охлаждения двигателя предназначена стабилизировать тепловой режим, необходимый для нормального функционирования мотора транспортного средства.
Типы системы охлаждения
Система охлаждения двигателя классифицируется по способу отвода тепла:
- охлаждение при помощи жидкостей в закрытом типе;
- охлаждение воздухом в открытом типе;
- комбинированная (гибридная) система отвода тепла.
В настоящее время воздушное охлаждение в автомобилях встречается крайне редко. Жидкостное может быть и открытого типа. В таких системах отвод тепла происходит через пароотводную трубку в окружающую среду. Закрытая система изолирована от внешней атмосферы. Поэтому такого типа намного выше. При высоком давлении увеличивается порог закипания охлаждающего элемента. Температура хладагента в закрытой системе может достигать 120 ℃.
Охлаждение воздухом
Естественное приточное охлаждение воздушными массами являет собой самый простейший способ отвода тепла. Двигатели с данным типом охлаждения выбрасывают тепло в окружающую среду при помощи радиаторных ребер, находящихся на поверхности агрегата. Такая система имеет огромный недостаток в функциональной возможности. Дело в том, что такой способ напрямую зависит от небольшой удельной теплоемкости воздуха. К тому же, присутствуют проблемы с равномерностью отвода тепла от мотора.
Такие нюансы препятствуют монтажу одновременно эффективной и компактной установки. В системе охлаждения двигателя воздух поступает неравномерно на все части, и тогда приходится избегать возможности локального перегрева. Следуя конструктивным особенностям, ребра для охлаждения монтируют в тех местах двигателя, где воздушные массы наименее всего активны, по причине аэродинамических свойств. Те части мотора, которые больше всего подвержены нагреву, располагают навстречу воздушным массам, при этом более "холодные" участки размещают сзади.
Принудительное охлаждение воздухом
Двигатели с таким типом отвода излишнего тепла оборудованы вентилятором и ребрами охлаждения. Такой набор конструктивных узлов позволяет искусственно нагнетать воздух в систему охлаждения двигателя для обдува охлаждающих ребер. Над вентилятором и ребрами устанавливается защитный кожух, который участвует в направлении воздушных масс для охлаждения и препятствует попаданию тепла извне.
Положительными моментами в данном типе охлаждения принимается простота конструктивных особенностей, малый вес, отсутствие узлов подачи и циркуляции хладагента. Недостатками считаются высокий шумовой уровень функционирования системы и громоздкость устройства. Также в принудительном воздушном охлаждении не решена проблема с локальным перегревом агрегата и рассеянностью обдува, несмотря на установленные кожухи.
Такой тип предупреждения перегрева двигателей активно применялся вплоть до 70-х годов. Работа системы охлаждения двигателя с принудительным воздушным типом была популярна на малолитражных транспортных средствах.
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:
Устройство системы охлаждения двигателя
Конструкция жидкостного охлаждения имеет одинаковую структуру и элементы, как для бензинового двигателя, так и для дизельного. Система состоит из:
- радиаторного блока;
- масляного радиатора;
- вентилятора, с установленным кожухом;
- помпы (насос с центробежной силой);
- бачок для расширения нагретой жидкости и контроля уровня;
- термостат циркуляции хладагента.
При промывке системы охлаждения двигателя затрагиваются все данные узлы (кроме вентилятора) для более эффективной дальнейшей работы.
Охлаждающая жидкость циркулирует по магистралям внутри блока. Совокупность таких проходов называется "рубашкой охлаждения". Она охватывает наиболее подверженные нагреву участки двигателя. Хладагент, двигаясь по ней, вбирает в себя тепло и несет его к радиаторному блоку. Охлаждаясь, он повторяет круг.
Функционирование системы
Одним из основных элементов в устройстве системы охлаждения двигателя считается радиатор. Его задачей является остужать хладагент. Он состоит из радиаторной обрешетки, внутри которой проложены трубки для движения жидкости. Охлаждающая жидкость попадает в радиатор через нижний патрубок и выходит через верхний, который вмонтирован в верхний бачок. Сверху бачка имеется горловина, закрытая крышкой со специальным клапаном. Когда возрастает давление в системе охлаждения двигателя, клапан приоткрывается и жидкость поступает в расширительный бачок, прикрепленный отдельно в моторном отсеке.
Также на радиаторе находится датчик температуры, который сигнализирует водителю о предельном нагреве жидкости посредством прибора, установленного в салоне на информационной панели. В большинстве случаев к радиатору крепится вентилятор (бывает два) с кожухом. Вентилятор активируется автоматически при достижении критической температуры охлаждающей жидкости или работает принудительно от привода с помпой.
Помпа обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости по всей системе. Энергию вращения насос получает путем ременной передачи от шкива коленвала.
Термостат управляет большим и малым кругом циркуляции хладагента. При первом пуске двигателя термостат пускает жидкость по малому кругу для того, чтобы моторный агрегат быстрее прогрелся до рабочей температуры. После этого термостат открывает большой круг системы охлаждения двигателя.
Антифриз или вода
В качестве охлаждающей жидкости используется вода или антифриз. Современные автовладельцы стали все чаще применять последнее. Вода замерзает при минусовых температурах и является катализатором в процессах коррозии, что негативно сказывается на системе. Единственным плюсом является ее высокая теплоотдача и еще, пожалуй, доступность.
Антифриз не замерзает при холоде, предотвращает коррозию, препятствует серным отложениям в системе охлаждения двигателя. Но имеет более низкую теплоотдачу, что негативно сказывается в жаркое время года.
Неисправности
Последствиями неисправности охлаждения становятся перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев может быть вызван недостаточностью жидкости в системе, нестабильной работой помпы или вентилятора. Также неправильной работой термостата, когда он должен открыть большой круг охлаждения.
Могут быть вызваны сильным загрязнением радиатора, зашлакованностью магистралей, плохой работой крышки радиатора, расширительного бачка или некачественным антифризом.
За стабильную и безотказную работу ДВС (двигателя внутреннего сгорания) в каждом автомобиле отвечает система охлаждения двигателя. Ведь если должным образом не будет происходить охлаждение, это может привести к перегреву ДВС, а далее к дорогостоящему ремонту. Речь в представленной статье пойдет о системе охлаждения двигателя, ее принципе работы и устройстве, а также решении некоторых проблем, возникающих во время работы.
Принцип работы и основная функция
Главная функция системы охлаждения заключается в отведение избыточного тепла, исходящего от ДВС и предотвращение его перегрева. А в зимний период времени она обеспечивает, обогрев салона автомобиля при помощи радиатора отопителя. В стандартных системах циркуляции она охлаждает нагреваемые детали, а в современных автомобилях выполняет еще ряд дополнительных функций, таких как:
- Охлаждает рабочую жидкость АКПП.
- Охлаждает масло в системе смазки.
- Нагревает воздух .
- Охлаждает отработанные картерные газы .
Принцип работы системы охлаждения двигателя выглядит таким образом: цилиндры, находящиеся в блоке цилиндров, окружены так называемой «водяной подушкой» из охлаждающей жидкости (ОЖ), которая постоянно циркулирует, благодаря чему достигается оптимальная рабочая температура.
В качестве ОЖ используют антифриз и тосол, а в качестве исключения можно добавить дистиллированной воды.
Со временем эти жидкости выпадают в осадок, что негативным образом сказывается на нормальном охлаждении. Для того, чтобы это не допустить, следует выполнять замену ОЖ согласно регламенту сервисной книжки. Чтобы понять, как работает система охлаждения двигателя, первым делом необходимо рассмотреть схему устройства.
Схема устройства
Схема системы охлаждения двигателя состоит из таких непосредственных деталей:
- радиатор охлаждения основной;
- вентилятор радиатора ;
- насос водяной (помпа);
- рубашка охлаждения (водяная подушка);
- термостат ;
- радиатор отопителя ;
- бачок расширительный .
Такие схемы практически схожи для дизельных и бензиновых двигателей, есть лишь небольшая разница в самом принципе работы дизельного движка. Каждая из деталей играет важную роль для стабильной и правильной работы системы охлаждения двигателя, и, если одна из них выйдет из строя, это может повлечь за собой перегрев ДВС, и в следствие приведет затратному по времени и деньгам ремонту. Необходимо каждый элемент рассмотреть по отдельности.
Радиатор и вентилятор
Радиатор системы охлаждения двигателя является одним из главных элементов и предназначен для рассеивания в атмосферу тепла, отведенного от ДВС охлаждающей жидкостью, а также отвечает за состояние температуры движка. Конструктивно радиатор изготовлен из множества трубочек с ребрами, которые увеличивают теплоотдачу.
Вентилятор системы охлаждения двигателя предназначен для повышения эффективности работы радиатора. Их существует 3 вида, в зависимости от привода:
- Электрический .
- Гидравлический .
- Механический .
Наиболее распространенные вентиляторы с электрическим приводом. Работа вентилятора приводится в действие при срабатывании датчика ОЖ, тем самым усиливая воздушный поток. В случае, когда забились соты радиатора, их можно попробовать почистить при помощи специальных средств, иногда такой способ помогает.
Насос водяной
Помпа в автомобиле предназначена для постоянной циркуляции, работающей ОЖ. В водяном насосе зачастую существует два привода: ременный или шестеренный. В автомобили, у которых ДВС дополнительно оснащен турбонадувом, помимо основной помпы, устанавливается еще дополнительная, которая обеспечивает более эффективное охолаживание турбокомпрессора и надувочного воздуха.
«Водяная рубашка» — это система каналов для циркуляции ОЖ, которые проходят через головку блоков цилиндров (ГБЦ) и служат для вывода избыточного тепла, тем самым охлаждая двигатель внутреннего сгорания.
Термостат
Следующий не маловажный узел – это термостат. Главное его предназначение в системе охлаждения двигателя заключается в регулировке потоков ОЖ, ускорении прогрева двигателя и поддержании заданной рабочей температуры при всех режимах работы ДВС. Устанавливается термостат зачастую в патрубке, выходящем из радиатора.
При высокой температуре ДВС в термостате отрывается клапан и ОЖ циркулирует по большому кругу, подключая к работе радиатор. Иными словами, в том случае, когда термостат закрыт, он продвигает охлаждающую жидкость по малому кругу в «водяной рубашке», а когда он открыт, то направляет жидкость в радиатор.
Визуально радиатор отопителя схож с основным радиатором, однако он меньших размеров и устанавливается внутри салона автомобиля. Главная его задача заключается в обогреве салона автомобиля в зимний период времени. К слову, его поломка является распространенной неисправностью зимой, а, например, у автомобилей Калина, он часто проваливается из-за неудобного крепления, и в следствии перестает поступать тепло в салон автомобиля.
Бачок расширительный с пробкой-клапаном
Расширительный бачок системы охлаждения двигателя предназначен для поддержания необходимого уровня ОЖ. Со временем при работе и изменении температуры жидкости, меняется и ее объем, что необходимо компенсировать доливкой ОЖ. Необходимо всегда следить за уровнем и в случае минимально допустимого уровня доливать ее. Также немаловажной деталью является крышка-клапан расширительного бачка.
Самые распространенные неисправности
За время эксплуатации автомобиля могут возникать различные неисправности с охлаждением. Следует рассмотреть наиболее распространенные: воздух в системе охлаждения, давление в системе, поломка термостата или помпы, течь.
Завоздушеность, пожалуй, самая распространенная неисправность, которая встречается, виной ее является воздух, попавший в систему во время доливки ОЖ. Для того, чтобы устранить, следует стравить воздух.
Избыточное давление в системе охлаждения двигателя может повредить резиновые патрубки или радиаторы. Проще говоря, их может просто разорвать. Допустимые показатели варьируются в пределах от 1,2 до 2,0 атмосфер. За нормальное давление отвечает крышка-клапан расширительного бачка, которая в случае необходимости открывается и выпускает лишний пар.
В случае выхода из строя термостата или помпы такая поломка устраняется путем замены на новую деталь. Бывают случаи, когда автомобилист обнаружил следы течи, а до ближайшего СТО еще необходимо доехать, тогда чтобы не перегреть ДВС используют герметик для системы охлаждения двигателя. Он предназначен для создания пломбы в месте утечки, однако, часто его использовать не рекомендуется, это лишь крайняя мера.
Ремонт системы охлаждения двигателя можно выполнить самостоятельно, однако если у автомобилиста мало навыков, лучше это дело доверить специалистам с СТО.
Итог
Пришло время подвести итоги по изложенной информации. Охлаждение ДВС играет немаловажную роль для правильной и стабильной работы автомобиля. Следует не забывать следить за состоянием узлов, отвечающих за охлаждение, а по мере ухода ОЖ из расширительного бачка доливать ее.
На рисунке показана жидкостная система охлаждения карбюраторного V-образного двигателя. Каждый ряд блока имеет обособленную водяную рубашку. Нагнетаемая вода водяным насосом 5 разделяется на два потока - в распределительные каналы и далее в водяную рубашку своего ряда блока, а из них - в рубашки головок цилиндров.
Рис. Система охлаждения двигателя ЗМЗ-53: а - устройство; б - сердцевина; в - жалюзи; 1 - радиатор; 2 - датчик сигнализатора перегрева жидкости; 3 - пробка радиатора; 4 - кожух; 5 - водяной насос; 6 - перепускной шланг; 7 и 12 - соответственно отводящий и подводящий шланги; 8 - термостат; 9 - датчик температуры жидкости; 10 - штуцер сливного краника; 11 - рубашка охлаждения; 13 - ремень вентилятора; 14 - сливной краник; 15 - вентилятор; 16 - жалюзи; 17 - вентилятор отопителя; 18 - отопитель кабины; 19 - пластина жалюзи; 20 - тросик
При работе системы охлаждения значительное количество жидкости подается к наиболее нагретым местам - патрубкам выпускных клапанов и гнездам искровых свечей зажигания. У карбюраторных двигателей вода из рубашек головок цилиндров предварительно проходит через водяную рубашку впускной трубы, омывает стенки и нагревает смесь, поступающую из карбюратора по внутренним каналам трубы. При этом улучшается испарение бензина.
Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.
В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число мелких струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.
Верхний и нижний баки шлангами 7 и 12 соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижем баке предусмотрен краник 14 для слива воды из радиатора. Для ее спуска из водяной рубашки в нижней части блока цилиндров также имеются краники (с обеих сторон).
В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую пробкой 3.
К отопителю кабины 18 горячая вода поступает от водяной рубашки головки блока и отводится трубой к водяному насосу. Количество воды, поступающей к отопителю (или температура в кабине водителя), регулируется краном.
В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя - с помощью жалюзи 16 и термостата 8. Жалюзи состоят из набора пластин 19, которые шарнирно закреплены в планке. В свою очередь, планка тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи. Рукоятка размещена в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.
Водяной насос и вентилятор объединены в одном корпусе, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках установлен валик 4. На его переднем конце с помощью ступицы закреплен шкив 2. К его торцу привернута крестовина, к которой приклепана крыльчатка 1 вентилятора. При работе двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень. Лопасти крыльчатки 1, расположенные под углом к плоскости вращения, забирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сердцевину радиатора, отнимая у него теплоту.
На заднем конце валика 4 жестко посажена крыльчатка 5 центробежного водяного насоса, который представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 8 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7 и через прилив подается в водяную рубашку двигателя.
Рис. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-508: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - шкив; 3 - подшипник; 4 - валик; 5 - крыльчатка насоса; 6 - прокладка; 7 - корпус насоса; 8 - подводящий патрубок; 9 - корпус подшипников; 10 - манжета; 11 - уплотняющая шайба; 12 - обойма сальникового уплотнения
На заднем конце валика 4 также предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. Оно состоит из текстолитовой уплотняющей шайбы 11, резиновой манжеты 10 и пружины, которая прижимает шайбу к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 12.
На двигателе автомобиля КамАЗ вентилятор расположен отдельно от водяного насоса и приводится в действие через гидравлическую муфту. Гидромуфта (рис. а) включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью. В кожухе помещены два (с поперечными лопастями) сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.
Принцип работы гидромуфты основан на действии центробежной силы жидкости. Если быстро вращать сферический сосуд Д (насосный), заполненный рабочей жидкостью, то под действием центробежной силы жидкость скользит по криволинейной поверхности этого сосуда и попадает во второй сосуд Г (турбинный), заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость снова попадает в первый сосуд, разгоняется в нем, и процесс повторяется. Таким образом, передается вращение с ведущего вала А, соединенного с одним сосудом Д, на ведомый вал Б, соединенный жестко с другим сосудом Г. Этот принцип гидродинамической передачи используется в технике при конструировании различных механизмов.
Рис. Гидромуфта: а - принцип действия; б - устройство; 1 — крышка блока цилиндров; 2 - корпус; 3 - кожух; 4 - валик привода: 5 - шкив; 6 - ступииа вентилятора; А - ведуши вал; Б — ведомый вал; В - кожух; Г, Д - сосуды; Т - турбинное колесо; Н - насосное колесо
Гидромуфта размещена в полости, образованной передней крышкой 1 блока цилиндров и корпусом 2, соединенных винтами. Гидромуфта состоит из кожуха 3, насосного Н и турбинного Г колес, ведущего А и ведомого Б валов. Кожух соединен через ведущий вал А с коленчатым валом с помощью валика привода 4. С другой стороны кожух 3 соединен с насосным колесом и шкивом 5 привода генератора и водяного насоса. Ведомый вал Б опирается на два шариковых подшипника и соединен одним концом с турбинным колесом, а другим - со ступицей 6 вентилятора.
Вентилятор двигателя расположен соосно с коленчатым валом, передний конец которого соединен шлицевым валом с ведущим валиком 4 привода гидромуфты. Поворотом рычага включателя гидромуфты можно задать один из требуемых режимов работы вентилятора: «П» - вентилятор включен постоянно, «А» - вентилятор включается автоматически, «О» - вентилятор отключен (рабочая жидкость выпущена из кожуха). На режиме «П» допустима только кратковременная работа.
Автоматическое включение вентилятора происходит при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик. При температуре охлаждающей жидкости 85 °С клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и рабочая жидкость - моторное масло - поступает в рабочую полость гидромуфты из главной магистрали смазочной системы двигателя.
Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования его теплового режима в заданных пределах. Он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.
На изучаемых двигателях применяют одноклапанные термостаты с твердым наполнителем - церезином (нефтяным воском). Термостат состоит из корпуса 2, внутри которого помещен медный баллон 9, заполненный активной массой 8, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Масса в баллоне плотно закрыта резиновой мембраной 7, на которой установлена направляющая втулка 6 с отверстием для резинового буфера 12. На последнем установлен шток 5, связанный рычагом 4 с клапаном. В исходном положении (на холодном двигателе) клапан плотно прижат к седлу (рис. б) корпуса 2 спиральной пружиной 1. Термостат установлен между патрубками 10 и 11, отводящими нагретую жидкость в верхний бак радиатора и водяной насос.
Рис. Термостат с поворотным (а-в) и простым (г) клапанами: а - устройство термостата с поворотным клапаном (карбюраторный двигатель ЗИЛ-508); б - клапан закрыт; в - клапан открыт; г - устройство термостата с простым клапаном (карбюраторный двигатель 3M3-53); 1 - спиральная пружина; 2 - корпус; 3 - клапан (заслонка); 4 - рычаг; 5 - шток; 6 - направляющая втулка; 7 - мембрана; 8 - активная масса; 9 - баллон; 10 и 11 - патрубки отвода жидкости в радиатор и водяной насос; 12 - резиновый буфер; 13 - клапан; 14 - пружина; 15 - седло корпуса; А - ход клапана
При температуре охлаждающей жидкости выше 75 °С активная масса Оплавится и расширяется, воздействуя через мембрану, буфер и шток 5 на рычаг 4, который, преодолевая силу пружины 1, начинает открывать клапан 3 (рис. в). Полностью клапан откроется при температуре охлаждающей жидкости 90 °С. В интервале температур 75…90 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и тем самым поддерживает нормальный температурный режим двигателя.
На рисунке г показан термостат с простым клапаном 13 в положении, когда он открыт полностью для прохода жидкости в радиатор, т.е. когда его ход равен расстоянию А. При температуре 90 °С, когда активная масса баллона расплавлена, клапан вместе с баллоном садится вниз, преодолевая сопротивление пружины 14. По мере остывания масса в баллоне сжимается и пружина поднимает клапан вверх. При температуре 75 °С клапан 13 прижимается к седлу 15 корпуса, закрывая выход жидкости в радиатор.
Рис. Паровоздушный клапан: а — открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан; 1 и 6 - соответственно паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 - пружины парового и воздушного клапанов; 3 - пароотводная трубка; 4 - пробка (крышка) наливной горловины радиатора
Паровоздушный клапан необходим для сообщения внутренней полости радиатора с атмосферой. Он смонтирован в пробке 4 наливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 6. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением пара паровой клапан открывается и его избыток выходит наружу.
Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор поступает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Посредством воздушного клапана вода сливается из системы охлаждения при закрытой крышке горловины. При этом трубки радиатора предохраняются от разрушения под влиянием атмосферного давления в процессе остывания двигателя.
Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть в головке цилиндров, в водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или в верхнем баке радиатора.
Нормальное функционирование силовой установки автомобиля возможно только при определенном температурном режиме. Для большинства авто оптимальный диапазон температуры составляет 80-90 град. С. При более низком показателе ухудшается смесеобразование в цилиндрах, а высокая температура приводит к расширению металла, что может стать причиной заклинивания узлов.
Общее устройство системы охлаждения
Чтобы температура силовой установки была в оптимальном диапазоне, в конструкцию мотора включена система охлаждения. Именно благодаря ей обеспечивается отвод тепла от самых разогреваемых элементов — цилиндров.
Виды систем охлаждения
Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.
Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки
Устройство воздушной системы охлаждения двигателя
В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.
Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.
На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:
- невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
- чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
- во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
- невозможно организовать обогрев салона.
Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).
Видео: Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы
Устройство, конструкция, принцип работы
Жидкостная система охлаждения
Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.
В ее состав входит:
- Рубашка охлаждения
- Водяной насос
- Термостат
- Радиаторы
- Соединяющие патрубки
- Вентилятор
При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – , при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.
1. Рубашка охлаждения
Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.
2. Помпа
Так выглядит водяная помпа
В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.
Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.
3. Радиатор
При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть . Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен .
Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними. Чтобы , радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь). Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.
Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.
Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и . Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.
Видео: Перегрев двигателя. Последствия перегрева.
4. Термостат
Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.
Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.
Устройство и принцип работы термостата
Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.
Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).
Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.
Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.
5. Вентилятор, датчики
Принцип работы вентилятора системы охлаждения
Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.
Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.
Дополнительно в конструкцию входит также температурный , который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».
Основные неисправности системы охлаждения
Неисправностей у системы охлаждения двигателя не так уж и много, но последствия от них могут быть очень серьезными. Основными из них являются:
- Утечка охлаждающей жидкости;
- Неисправность насоса, термостата;
- Повреждение проводки датчиков.
Видео: Все причины перегрева и кипения двигателя. Устранение причин перегрева двигателя ВАЗ НИВА
Утечка жидкости может произойти из-за пробоя рубашки охлаждения, прокладки ГБЦ, резиновых патрубков, радиатора или же из-за ненадежного крепления мест соединения.
Выявить эту неисправность несложно, поскольку в результате утечки под авто будет образовываться лужа из охлаждающей жидкости. Если своевременно не устранить течь, то большая часть охлаждающей жидкости может вытечь, и система уже не сможет поддерживать температурный режим.
Поломка насоса зачастую связана . Сопровождается это следами подтеков со стороны привода, повышенным шумом при работе мотора, неравномерным износом приводного ремня.
Если своевременно не заменить насос, то существует вероятность, что он заклинит и порвет приводной ремень, а это уже чревато достаточно серьезными проблемами, поскольку зачастую этим ремнем приводится в работу и ГРМ.
Проблема с термостатом обычно связана с тем, что он заклинивает в каком-то одном положении. Из-за этого перевод жидкости между кольцами не осуществляется, она движется либо только по малому, либо по большому кругу.
Повреждение же проводки или датчиков приводит к тому, что показания на приборную панель не передаются или не соответствуют действительности, а вентилятор не включается в требуемый момент или же работает постоянно, из-за чего нарушается температурный режим.
Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.
Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.
Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.
С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.
История системы охлаждения двигателя
Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.
Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.
Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.
Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.
В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.
Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.
Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.
Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.
В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:
- Fiat 500,
- Citroën 2CV,
- Фольксваген Жук.
В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.
Как работает жидкостная система охлаждения двигателя
Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.
Устройство
Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:
- Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
- Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
- Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
- Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
- Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
- Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.
Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.
Принцип работы
В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.
Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.
Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.
Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.
Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.
Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.
Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.
Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения
Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.
Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.
Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.
Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.
Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.
Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.
Частые неисправности системы
Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.
Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:
- Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
- Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
- Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
- Потеря эластичности в результате высоких температур.
- Механическое повреждение.
Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.
Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.
Итоги
Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.