Устройство радиатора жидкостной системы охлаждения двигателя. Схемы систем охлаждения двигателя, принцип работы
Вопрос38: Система охлаждения. Виды. Назначение, устройство, принцип действия.
Система охлаждения служит для отвода тепла от наиболее нагретых деталей двигателя, поддерживая в системе оптимальную температуру (80-95 C).
Существуют следующие виды систем охлаждения :
жидкостная (применяется закрытая жидкостная система охлаждения, связанная с атмосферой через клапан. Избыточное давление в системе позволяет увеличить температуру кипения жидкости, что исключает излишнее парообразование.)
воздушная (открытого типа);
комбинированная.
Схема жидкостной системы охлаждения:
1) Жидкостной циркуляционный насос (помпа)
2) Нагреватель жидкости (рубашка охлаждения блока цилиндров и головки блока)
3) Термостат
3а) Перепускной клапан
3б) Основной (радиаторный) клапан
3в) Термочувствительный элемент
4) Блок подогрева карбюратора и впускного коллектора
5) Указатель температуры
6) Радиатор отопителя салона
6а) Кран управления радиатора
7) Основной радиатор
8) Вентилятор с электродвигателем
9) Расширительный бачок
10) Пробка расширительного бачка
10а) Паровой клапан
10б) Воздушный клапан
11) Клапан слива охлаждающей жидкости
При запуске двигателя жидкость циркулирует по малому кругу:
насос (1) нагреватель (2) открытый клапан (3а) насос (1)
При прогреве двигателя ~80C клапан (3а) прикрывается, а клапан (3б) открывается. Работают оба круга циркуляции. При превышении 90С клапан (3а) полностью закрыт, а (3б) полностью открыт и вся жидкость циркулирует по большому кругу.
Система охлаждения предназначена для поддержания нормального теплового режима двигателя. При работе двигателя температура в его цилиндрах поднимается выше 2000 градусов, а средняя составляет 800 - 900оС! Если не отводить тепло от «тела» двигателя, то через несколько десятков секунд после запуска, он станет уже не холодным, а безнадежно горячим. Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта. Система охлаждения нужна для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, но это только половина ее предназначения, правда - большая половина. Для обеспечения нормального рабочего процесса также важно - ускорять прогрев холодного двигателя. И это вторая часть работы системы охлаждения. Как правило, применяется жидкостная система охлаждения, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости и расширительным бачком (рис. 25).
Система охлаждения состоит из:
рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров,
центробежного насоса,
термостата,
радиатора с расширительным бачком,
вентилятора,
соединительных патрубков и шлангов.
На рисунке 25 Вы без труда можете различить два круга циркуляции охлаждающей жидкости. Малый круг циркуляции (стрелки красного цвета) служит для скорейшего прогрева холодного двигателя. А когда к красным стрелкам присоединяются синие, то, уже нагревшаяся жидкость, начинает циркулировать и по большому кругу, охлаждаясь в радиаторе. Руководит этим процессом автоматическое устройство – термостат. Для контроля за работой системы, на щитке приборов имеется указатель температуры охлаждающей жидкости. Нормальная температура охлаждающей жидкости при работе двигателя должна быть в пределах 80- 90оС (см. рис. 63). Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Натяжение ремня регулируется отклонением корпуса генератора (см. рис. 59а) или натяжным роликом привода распределительного вала двигателя (см. рис. 11б). Термостат предназначен для поддержания постоянного оптимального теплового режима двигателя. При пуске холодного двигателя термостат закрыт, и вся жидкость циркулирует только по малому кругу (рис. 25) для скорейшего ее прогрева. Когда температура в системе охлаждения поднимается выше 80 - 85О, термостат автоматически открывается и часть жидкости поступает в радиатор для охлаждения. При больших температурах термостат открывается полностью и уже вся горячая жидкость направляется по большому кругу для ее активного охлаждения. Радиатор служит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора. В радиаторе имеется множество трубок и «перепонок», которые образуют большую площадь поверхности охлаждения. Расширительный бачок необходим для компенсации изменения объема и давления охлаждающей жидкости при ее нагреве и охлаждении. Вентилятор предназначен для принудительного увеличения потока воздуха проходящего через радиатор движущегося автомобиля, а также для создания потока воздуха в случае, когда автомобиль стоит без движения с работающим двигателем. Применяются два типа вентиляторов: постоянно включенный, с ременным приводом от шкива коленчатого вала и электровентилятор, который включается автоматически, когда температура охлаждающей жидкости достигает приблизительно 100 градусов. Патрубки и шланги служат для соединения рубашки охлаждения двигателя с термостатом, насосом, радиатором и расширительным бачком. В систему охлаждения двигателя включен также и отопитель салона. Горячая охлаждающая жидкость проходит через радиатор отопителя и нагревает воздух, подающийся в салон автомобиля. Температура воздуха в салоне регулируется специальным краном, которым водитель прибавляет или уменьшает поток жидкости, проходящий через радиатор отопителя.
Воздушное охлаждение.
Вентилятор направляет воздух вокруг оребренных стенок цилиндра. Преимущества: надежность, почти полное отсутствие ТО. Недостатки: увеличение массы и стоимости, недостаточное охлаждение при малых скоростях, неравномерность отвода тепла.
(ДВС) и их составные части подвергаются сильному нагреву во время эксплуатации различных транспортных средств. При этом, как перегрев, так и переохлаждение мотора способны спровоцировать выход его из строя. В связи с этим одной из важнейших задач разработчиков силовых агрегатов является обеспечение оптимального теплового режима их работы. Грамотно организованная система охлаждения двигателя способствует получению наилучших эксплуатационных параметров ДВС, к которым относятся:
- Максимальная мощность.
- Минимальный расход горючего.
- Увеличенный срок эксплуатации.
Влияние температурных параметров на работу мотора
За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.
Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.
Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.
Для исключения негативных последствий, связанных с нарушением теплового режима, системы охлаждения проектируются так, чтобы исключить перегрев и переохлаждение мотора в процессе эксплуатации.
В результате химические свойства последнего ухудшаются, что способствует:
- увеличенному расходу моторного масла;
- интенсивному износу трущихся поверхностей;
- падению мощности силового агрегата;
- увеличению расхода горючего.
Классификация
При работе мотора необходимо обеспечить отвод от 25 до 35% выделяемого тепла. Для его эффективного поглощения (отвода) чаще всего используют воду, воздух или специальную жидкость (тосол, антифриз). Материал теплоносителя определяет способ охлаждения силового агрегата.
Различают системы:
- Принудительного воздушного охлаждения.
- Жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.
Жидкостная система охлаждения
В настоящее время для эффективного охлаждения автомобильных двигателей используют закрытую систему жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.
Конструкция
В обязательном порядке система содержит расширительный бачок, который служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Кроме того, через него заливают теплоноситель.
Также в состав системы входят:
- водяная рубашка силового агрегата (пространство между двойными стенками блока цилиндров и его головки в местах отвода чрезмерного количества тепла);
- датчик температуры;
- биметаллический или электронный термостат, обеспечивающий оптимальную температуру в системе;
- помпа-насос центробежного типа, обеспечивающий принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;
- вентилятор, с помощью которого усиливается поток встречного воздуха на основной радиатор системы;
- радиатор, осуществляющий передачу тепла окружающей среде;
- радиатор отопителя, предназначенный для передачи тепла непосредственно в салон автомобиля;
- контрольный прибор, встроенный в панель приборов автомобиля.
Принцип действия
Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Постоянно циркулируя внутри системы, она отводит тепло от составных частей мотора, нагревающихся в процессе работы, нагревается, попадает в радиатор, охлаждается в радиаторе встречным потоком воздуха и возвращается обратно.
При необходимости включается вентилятор, усиливая эффективность охлаждения. Для замкнутых систем охлаждения температура теплоносителя не должна превышать 126 градусов Цельсия. Таким образом, обеспечивается оптимальный тепловой режим работы силового агрегата.
Дополнительные функции
Кроме своей главной задачи – отвода тепла от нагревающихся элементов, жидкостная система охлаждения двигателя обеспечивает также:
- Прогрев силового агрегата в холодное время года
В современных системах жидкостного охлаждения предусмотрено два контура, по которым может циркулировать охлаждающая жидкость. Это сделано для того, чтобы в момент пуска холодного двигателя, когда его детали и сама жидкость имеют низкую температуру, циркуляция теплоносителя осуществлялась по малому кругу (мимо радиатора).
Обеспечивается это термостатом, который в момент, когда температура поднимется до определенного уровня (70-80 градусов Цельсия), открывается, давая возможность теплоносителю циркулировать по большому кругу (через радиатор). Таким образом, осуществляется ускоренный процесс прогрева двигателя.
- Нагревание воздуха в салоне автомобиля
В холодное время года с помощью горячего теплоносителя происходит нагревание воздуха в салоне автомобиля. Для этого служит дополнительный радиатор, установленный в салоне и оснащенный собственным вентилятором. С их помощью тепло, отобранное от горячей жидкости, распространяется по всему объему салона.
- Снижение температуры нагнетаемого в цилиндры воздуха
Специально для двигателей, оснащенных турбонагнетателями, предусмотрены двухконтурные системы, в которых один контур обеспечивает охлаждение жидкости, а второй – охлаждение воздуха.
Кроме того, контур охлаждения теплоносителя также представляет собой двухконтурную систему, один контур которой охлаждает головку блока цилиндров, а другой – сам блок.
Это вызвано тем, что в турбированном моторе температура головки блока цилиндров должна быть ниже температуры самого блока на 15…20 градусов Цельсия. Особенностью такой системы охлаждения является то, что каждый контур контролируется собственным термостатом.
Достоинства и недостатки
Жидкостная система охлаждения двигателя присутствует практически у всех современных автомобилей. Принципиально отличаясь от систем воздушного охлаждения, она гарантирует:
- равномерное и быстрое прогревание силового агрегата;
- эффективный отвод тепла в любых условиях эксплуатации двигателя;
- снижение затрат мощности;
- стабильный тепловой режим работы мотора;
- возможность использования выделяемого тепла для нагревания воздуха в салоне и пр.
Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно отметить:
- необходимость регулярного обслуживания и сложность ремонта;
- повышенную чувствительность к изменениям температуры.
Неисправности и способы их устранения
Всем системам жидкостного охлаждения свойственны характерные неисправности. Чаще всего встречаются:
- заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);
- поломка помпы;
- повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;
- утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).
- Кроме того, достаточно часто термостат заклинивает в положении «Открыто» (теплоноситель циркулирует по большому кругу), что увеличивает время прогрева холодного мотора и способствует нестабильности теплового режима при его дальнейшей работе.
Все эти неисправности характеризуются значительным повышением рабочей температуры силового агрегата, что может привести к закипанию теплоносителя и перегреву мотора.
Устраняются все дефекты путем замены неисправных и/или поврежденных деталей или комплектующих.
Воздушная система охлаждения
Моторами воздушного охлаждения оснащались транспортные средства в 50-70 годах прошлого века. Типичными представителями таких автомобилей являются «Запорожец» или FIAT 500. Сейчас моторы с воздушным охлаждением в автомобилестроении практически не встречаются.
Конструкция и принцип действия
Конструктивно система принудительного воздушного охлаждения монтируется в подкапотном пространстве транспортного средства и состоит из:
- отсасывающего или нагнетающего вентилятора;
- направляющих ребер рубашки охлаждения двигателя;
- органов управления (дроссельные заслонки, управляющие подачей воздуха или муфта, регулирующая частоту вращения вентилятора в автоматическом режиме);
- температурного датчика, установленного в силовом агрегате;
- контрольного прибора, выведенного на приборную панель в салоне автомобиля.
Охлаждение мотора осуществляется встречным холодным воздухом. Для усиления его потока чаще всего используют вентилятор нагнетающего типа. Он усиливает поток холодного плотного воздуха и обеспечивает его подачу в больших количествах при малых энергетических затратах.
Отсасывающий вентилятор требует больших затрат мощности, однако обеспечивает более равномерный отвод тепла от деталей силового агрегата.
Достоинства и недостатки
Моторы с принудительным воздушным охлаждением отличаются:
- простотой конструкции;
- низкими требованиями к изменению температуры окружающей среды;
- небольшим весом;
- несложным техническим обслуживанием.
К недостаткам системы воздушного охлаждения относят:
- большую потерю мощности мотора, которая расходуется на обеспечение работы вентилятора;
- высокий уровень шума во время работы вентилятора;
- недостаточное охлаждение отдельных элементов двигателя из-за неравномерного обдува;
- невозможность использования излишков тепла для обогрева салона.
Система охлаждения - это совокупность устройств, обеспечивающих принудительный отвод теплоты от нагревающихся деталей двигателя.
Потребность в системах охлаждения для современных двигателей вызвана тем, что естественное рассеивание теплоты наружными поверхностями двигателя и теплоотвод в циркулирующее моторное масло не обеспечивают оптимального температурного режима работы двигателя и некоторых его систем. Перегрев двигателя связан с ухудшением процесса наполнения цилиндров свежим зарядом, пригоранием масла, увеличением потерь на трение и даже заклиниванием поршня. На бензиновых двигателях возникает также опасность калильного зажигания (не от искры свечи, а вследствие высокой температуры камеры сгорания).
Система охлаждения должна обеспечивать автоматическое поддержание оптимального теплового режима двигателя на всех скоростных и нагрузочных режимах его работы при температуре окружающего воздуха -45…+45 °С, быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры, минимальный расход мощности на приведение в действие агрегатов системы, малую массу и небольшие габаритные размеры, эксплуатационную надежность, определяемую сроком службы, простотой и удобством обслуживания и ремонта.
На современных колесных и гусеничных машинах применяются воздушная и жидкостная системы охлаждения.
При использовании воздушной системы охлаждения (рис. а) теплота от головки и блока цилиндров передается непосредственно обдувающему их воздуху. Через воздушную рубашку, образов ванную кожухом 3, охлаждающий воздух прогоняется с помощью вентилятора 2, приводимого в действие от коленчатого вала с использованием ременной передачи. Для улучшения теплоотвода цилиндры 5 и их головки снабжены ребрами 4. Интенсивность охлаждения регулируется специальными воздушными заслонками 6, управляемыми автоматически с помощью воздушных термостатов.
Большинство современных двигателей имеет жидкостную систему охлаждения (рис. б). В систему входят рубашки охлаждения 11 и 13 соответственно головки и блока цилиндров, радиатор 18, верхний 8 и нижний 16 соединительные патрубки со шлангами 7 и 15, жидкостный насос 14, распределительная труба 72, термостат 9, расширительный (компенсационный) бачок 10 и вентилятор 77. В рубашке охлаждения, радиаторе и патрубках находится охлаждающая жидкость (вода или антифриз - незамерзающая жидкость).
Рис. Схемы воздушной (а) и жидкостной (б) систем охлаждения двигателя:
1 - ременная передача; 2, 17 - вентиляторы; 3 - кожух; 4 - ребра цилиндра; 5 - цилиндр; 6 - воздушная заслонка; 7, 15 - шланги; 8, 16 - верхний и нижний соединительные патрубки; 9 - термостат; 10 - расширительный бачок; 77, - рубашки охлаждения головки и блока цилиндров; 12 - распределительная труба; 14 - жидкостный насос; 18 - радиатор
При работе двигателя приводимый в действие от коленчатого вала жидкостный насос создает в системе циркуляцию охлаждающей жидкости. По распределительной трубе 12 жидкость направляется сначала к наиболее нагретым деталям (цилиндры, головка блока), охлаждает их и по патрубку 8 поступает в радиатор 18. В радиаторе поток жидкости разветвляется по трубкам на тонкие струйки и охлаждается воздухом, продуваемым через радиатор. Охлажденная жидкость из нижнего бачка радиатора по патрубку 16 и шлангу 15 снова поступает в жидкостный насос. Поток воздуха через радиатор обычно создает вентилятор 77, приводимый в действие от коленчатого вала или специального электродвигателя. На некоторых гусеничных машинах для,обеспечения потока воздуха применяется эжекционное устройство. Принцип действия этого устройства заключается в использовании энергии отработавших газов, вытекающих с большой скоростью из выпускной трубы и увлекающих за собой воздух.
Регулирует циркуляцию жидкости в радиаторе, поддерживая оптимальную температуру двигателя, термостат 9. Чем выше температура жидкости в рубашке, тем значительнее открыт клапан термостата и больше жидкости поступает в радиатор. При низкой температуре двигателя (например, непосредственно после его пуска) клапан термостата закрыт, и жидкость направляется не в радиатор (по большому кругу циркуляции), а сразу в приемную полость насоса (по малому кругу). Этим достигается быстрый прогрев двигателя после пуска. Интенсивность охлаждения регулируется также с помощью жалюзи, установленных на входе воздушного тракта или выходе из него. Чем больше степень закрытия жалюзи, тем меньше воздуха проходит через радиатор и хуже охлаждение жидкости.
В расширительном бачке 10, расположенном выше радиатора, имеется запас жидкости для компенсации ее убыли в контуре из-за испарения и утечек. В верхнюю полость расширительного бачка часто отводят образовавшийся в системе пар из верхнего коллектора радиатора и рубашки охлаждения.
Жидкостное охлаждение по сравнению с воздушным имеет следующие преимущества: более легкий пуск двигателя в условиях низкой температуры окружающего воздуха, более равномерное охлаждение двигателя, возможность применения блочных конструкций цилиндров, упрощение компоновки и возможность
изоляции воздушного тракта, меньший шум от двигателя и более низкие механические напряжения в его деталях. Вместе с тем жидкостная система охлаждения, имеет ряд недостатков, таких, как более сложная конструкция двигателя и системы, потребность в охлаждающей жидкости и более частой смене масла, опасность подтекания и замерзания жидкости, повышенный коррозионный износ, значительный расход топлива, более сложное обслуживание и ремонт, а также (в ряде случаев) повышенная чувствительность к изменению температуры окружающего воздуха.
Жидкостный насос 14 (см. рис. б) обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Обычно применяются центробежные крыльчатые насосы, но иногда используются шестеренные и поршневые насосы. Термостат 9 может быть одно- и двухклапанным с жидкостным термосиловым элементом или элементом, содержащим твердый наполнитель (церезин). В любом случае материал для термосилового элемента должен иметь очень большой коэффициент объемного расширения, чтобы при нагреве стержень клапана термостата мог перемещаться на довольно большое расстояние.
Практически, все двигатели наземных ТС с жидкостным охлаждением снабжены так называемыми закрытыми системами охлаждения, которые не имеют постоянной связи с атмосферой. При этом в системе образуется избыточное давление, что приводит к повышению температуры кипения жидкости (до 105… 110°С), увеличению эффективности охлаждения и уменьшению потерь, а также снижению вероятности появления в потоке жидкости пузырьков воздуха и пара.
Поддержание необходимого избыточного давления в системе и обеспечение доступа в нее атмосферного воздуха при разрежении осуществляется с помощью двойного паровоздушного клапана, который устанавливается в самой высокой точке жидкостной системы (обычно в крышке наливной горловины расширительного бачка или радиатора). Паровой клапан открывается, позволяя избытку пара уйти в атмосферу, если давление в системе превышает атмосферное на 20… 60 кПа. Воздушный клапан открывается, когда давление в системе снижается на 1… 4 кПа по сравнению с атмосферным (после остановки двигателя охлаждающая жидкость остывает, и ее объем уменьшается). Перепады давления, при которых открываются клапаны, обеспечиваются подбором параметров клапанных пружин.
В жидкостной вентиляционной системе охлаждения радиатор омывается потоком воздуха, создаваемым вентилятором. В зависимости от взаимного расположения радиатора и вентилятора могут применяться следующие типы вентиляторов: осевые, центробежные и комбинированные, создающие как осевой, так и радиальный потоки воздуха. Осевые вентиляторы устанавливают перед радиатором или за ним в специальном воздухоподводящем канале. К центробежному вентилятору воздух подводится по оси его вращения, а отводится - по радиусу (или наоборот). При нахождении радиатора перед вентилятором (в области всасывания) поток воздуха в радиаторе более равномерный, а температура воздуха не повышена из-за его перемешивания вентилятором. При нахождении радиатора за вентилятором (в области нагнетания) поток воздуха в радиаторе турбулентный, что повышает интенсивность охлаждения.
На тяжелых колесных и гусеничных ТС приведение вентилятора в действие обычно осуществляется от коленчатого вала двигателя. Могут использоваться карданные, ременные и зубчатые (цилиндрические и конические) передачи. В целях снижения динамических нагрузок на вентилятор в его приводе от коленчатого вала часто применяются разгружающие и демпфирующие устройства в виде торсионных валиков, резиновых, фрикционных и вязкостных муфт, а также гидромуфт. Для привода вентилятора относительно маломощных двигателей широко используются специальные электродвигатели, питание которых осуществляется от бортовой электросистемы. Это, как правило, уменьшает массу силовой установки и упрощает ее компоновку. Кроме того, применение электродвигателя для привода вентилятора позволяет регулировать частоту его вращения, а следовательно, и интенсивность охлаждения. При низкой температуре охлаждающей жидкости возможно автоматическое отключение вентилятора.
Радиаторы связывают друг с другом воздушный и жидкостный тракты системы охлаждения. Назначение радиаторов - передача теплоты от охлаждающей жидкости атмосферному воздуху. Основные части радиатора - входной и выходной коллекторы, а также сердцевина (охлаждающая решетка). Сердцевина изготавливается из меди, латуни или алюминиевых сплавов. По типу сердцевины различают следующие виды радиаторов: трубчатые, трубчато-пластинчатые, трубчато-ленточные, пластинчатые и сотовые.
В системах охлаждения колесных и гусеничных машин наибольшее распространение получили трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные радиаторы. Они жестки, прочны, технологичны в производстве и обладают высокой тепловой эффективностью. Трубки таких радиаторов имеют, как правило, плоскоовальное сечение. Трубчато-пластинчатые радиаторы могут также состоять из трубок круглого или овального сечения. Иногда трубки плоскоовального сечения располагают под углом 10… 15° к воздушному потоку, что способствует турбулизации (завихрению) воздуха и повышает теплоотдачу радиатора. Пластины (ленты) могут быть гладкими или гофрированными, с пирамидальными выступами или отогнутыми просечками. Гофрирование пластин, нанесение просечек и выступов увеличивают охлаждающую поверхность и обеспечивают турбулентное течение потока воздуха между трубками.
Рис. Решетки трубчато-пластинчатого (а) и трубчато-ленточного (б) радиаторов
Система охлаждения
Система охлаждения предназначена для поддержания нормального теплового режима двигателя.
При работе двигателя температура в цилиндрах двигателя периодически поднимается выше 2000 градусов, а средняя температура составляет 800–900°С!
Если не отводить тепло от двигателя, то через несколько десятков секунд после запуска он станет уже не холодным, а безнадежно горячим. Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта.
Система охлаждения необходима для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, но это только половина ее предназначения, правда, большая половина.
Для обеспечения нормального рабочего процесса важно также ускорять прогрев холодного двигателя. И это вторая часть работы системы охлаждения.
Как правило, на автомобилях применяется жидкостная система охлаждения, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости и расширительным бачком (рис. 29).
Система охлаждения состоит из:
рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров,
центробежного насоса,
термостата,
радиатора с расширительным бачком,
вентилятора,
соединительных патрубков и шлангов.
На рис. 29 вы без труда можете различить два круга циркуляции охлаждающей жидкости.
Рис. 29. Схема системы охлаждения двигателя: 1 – радиатор; 2 – патрубок для циркуляции охлаждающей жидкости; 3 – расширительный бачок; 4 – термостат; 5 – водяной насос; 6 – рубашка охлаждения блока цилиндров; 7 – рубашка охлаждения головки блока; 8 – радиатор отопителя с электровентилятором; 9 – кран радиатора отопителя; 10 – пробка для слива охлаждающей жидкости из блока; 11 – пробка для слива охлаждающей жидкости из радиатора; 12 – вентилятор
Малый круг циркуляции (красные стрелки) служит для скорейшего прогрева холодного двигателя. А когда к красным стрелкам присоединяются синие, то уже нагревшаяся жидкость начинает циркулировать по большому кругу, охлаждаясь в радиаторе. Руководит этим процессом автоматическое устройство – термостат.
Для контроля за работой системы охлаждения, на щитке приборов имеется указатель температуры охлаждающей жидкости (см. рис. 67). Нормальная температура охлаждающей жидкости при работе двигателя должна быть в пределах 80–90°С.
Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.
Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Натяжение ремня регулируется отклонением корпуса генератора (см. рис. 63 а) или натяжным роликом привода распределительного вала двигателя (см. рис. 11 б).
Термостат предназначен для поддержания постоянного оптимального теплового режима двигателя. При пуске холодного двигателя термостат закрыт, и вся жидкость циркулирует только по малому кругу (рис. 29 а) для скорейшего ее прогрева. Когда температура в системе охлаждения поднимается выше 80–85°С, термостат автоматически открывается и часть жидкости поступает в радиатор для охлаждения. При больших температурах термостат открывается полностью, и теперь уже вся горячая жидкость направляется по большому кругу для ее активного охлаждения.
Радиатор служит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора. В радиаторе имеется множество трубок и перегородок, образующих большую площадь поверхности охлаждения.
Расширительный бачок необходим для компенсации изменения объема и давления охлаждающей жидкости при ее нагреве и охлаждении.
Вентилятор предназначен для принудительного увеличения потока воздуха, проходящего через радиатор движущегося автомобиля, а также для создания потока воздуха в случае, когда автомобиль стоит без движения с работающим двигателем.
Применяются два типа вентиляторов: постоянно включенный, с ременным приводом от шкива коленчатого вала и электровентилятор, который включается автоматически, когда температура охлаждающей жидкости достигает приблизительно 100°С.
Патрубки и шланги служат для соединения рубашки охлаждения с термостатом, насосом, радиатором и расширительным бачком.
В систему охлаждения двигателя включен также отопитель салона. Горячая охлаждающая жидкость проходит через радиатор отопителя и нагревает воздух, подающийся в салон автомобиля.
Температура воздуха в салоне регулируется специальным краном, с помощью которого водитель увеличивает или уменьшает поток жидкости, проходящей через радиатор отопителя.
Основные неисправности системы охлаждения
Подтекание охлаждающей жидкости может появиться в результате повреждений радиатора, шлангов, уплотнительных прокладок и сальников.
Для устранения неисправности необходимо подтянуть хомуты крепления шлангов и трубок, а поврежденные детали заменить на новые. В случае повреждения трубок радиатора можно попробовать залатать дырки и трещины, но, как правило, все заканчивается заменой радиатора.
Перегрев двигателя происходит по причине недостаточного уровня охлаждающей жидкости, слабого натяжения ремня вентилятора, засорения трубок радиатора, а также при неисправности термостата.
Для устранения перегрева двигателя следует восстановить уровень жидкости в системе охлаждения, отрегулировать натяжение ремня вентилятора, промыть радиатор, заменить термостат.
Нередко перегрев двигателя случается и при исправных элементах системы охлаждения, когда машина движется с малой скоростью и большими нагрузками на двигатель. Это происходит при движении в тяжелых дорожных условиях, таких как проселочные дороги и всем надоевшие городские "пробки". В этих случаях стоит подумать о двигателе своего автомобиля, да и о себе тоже, устраивая периодические, хотя бы кратковременные "передышки".
Будьте внимательны за рулем и не допускайте аварийного режима работы двигателя! Помните о том, что даже разовый перегрев двигателя нарушает структуру металла, при этом продолжительность жизни "сердца" автомобиля значительно уменьшается.
Эксплуатация системы охлаждения
При эксплуатации автомобиля следует периодически заглядывать под капот. Своевременно замеченная неисправность в системе охлаждения позволит вам избежать капитального ремонта двигателя.
Если уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке понизился или жидкость вообще отсутствует, то для начала необходимо ее долить, а затем следует разобраться (самостоятельно или с помощью специалиста), куда она делась.
В процессе работы двигателя жидкость нагревается до температуры, близкой к точке кипения. Это означает, что вода, входящая в состав охлаждающей жидкости, будет понемногу испаряться.
Если за полгода ежедневной эксплуатации автомобиля уровень в бачке немного понизился, то это нормально. Но если вчера был полный бачок, а сегодня в нем только на донышке, то надо искать место утечки охлаждающей жидкости.
Подтекание жидкости из системы можно легко определить по темным пятнам на асфальте или снегу после более или менее продолжительной стоянки. Открыв капот, вы без затруднений сможете найти место утечки, сопоставив мокрые следы на асфальте с расположением элементов системы охлаждения под капотом.
Уровень жидкости в бачке необходимо контролировать хотя бы раз в неделю. Если уровень заметно понизился, то надо определить и устранить причину его снижения. Иными словами, систему охлаждения надо привести в порядок, иначе двигатель может серьезно "заболеть" и потребовать "госпитализации".
Практически на всех отечественных автомобилях в качестве охлаждающей жидкости используется специальная низкозамерзающая жидкость с названием Tосол А-40. Цифра 40 показывает отрицательную температуру, при которой жидкость начинает замерзать (кристаллизоваться). В условиях Крайнего Севера применяется Тосол А-65 , и соответственно замерзать он начинает при температуре минус 65°С.
Тосол представляет собой смесь воды с этиленгликолем и присадками. Такой раствор сочетает в себе массу достоинств. Во-первых, замерзать он начинает лишь после того, как уже замерзнет сам водитель (шутка), а во-вторых, Тосол обладает антикоррозионными, антивспенивающими свойствами и практически не дает отложений в виде обычной накипи, так как в его состав входит чистая дистиллированная вода. Поэтому доливать в систему охлаждения можно только дистиллированную воду.
При эксплуатации автомобиля необходимо контролировать не только натяжение, но и состояние ремня привода водяного насоса, так как его обрыв в дороге всегда неприятен. Рекомендуется иметь в дорожном комплекте запасной ремень. Если не вы сами, то кто-нибудь из добрых людей поможет вам его поменять.
Охлаждающая жидкость может закипеть и привести к поломке двигателя в том случае, если вышел из строя датчик электропривода вентилятора. Если электровентилятор не получил команды на включение, то жидкость продолжает нагреваться, приближаясь к точке кипения, не имея остужающей помощи.
А ведь у водителя перед глазами есть прибор со стрелкой и красным сектором! Мало того, практически всегда при включении вентилятора ощущается небольшой дополнительный шум. Было бы желание контролировать, а способы всегда найдутся.
Если в пути (а чаще в "пробке") вы заметили, что температура охлаждающей жидкости приближается к критической, а вентилятор работает, то и в этом случае есть выход из положения. Надо включить в работу системы охлаждения дополнительный радиатор – радиатор отопителя салона. Полностью открывайте кран отопителя, на все обороты включайте вентилятор отопителя, опускайте стекла дверей и "потейте" до дома или до ближайшего автосервиса. Но при этом продолжайте внимательно следить за стрелкой указателя температуры двигателя. Если она все-таки зайдет в красную зону, немедленно останавливайтесь, открывайте капот и "остывайте".
Со временем может доставить неприятность термостат, если он перестанет пускать жидкость по большому кругу циркуляции. Определить, работает ли термостат, не трудно. Радиатор не должен нагреваться (определяется рукой) до тех пор, пока стрелка указателя температуры охлаждающей жидкости не дойдет до среднего положения (термостат закрыт). Позже, горячая жидкость начнет поступать в радиатор, быстро его нагревая, что говорит о своевременном открытии клапана термостата. Если радиатор продолжает оставаться холодным, то тогда есть два пути. Постучать по корпусу термостата, может быть, он все-таки откроется, или сразу, морально и материально, готовиться к его замене.
Немедленно "сдавайтесь" механику, если на масляном щупе вы увидите капельки жидкости, попавшей из системы охлаждения в систему смазки. Это означает, что повреждена прокладка головки блока цилиндров и охлаждающая жидкость просачивается в поддон картера двигателя. Если продолжать эксплуатацию двигателя с маслом, наполовину состоящим из Тосола, то износ деталей двигателя приобретает катастрофическую скорость.
Подшипник водяного насоса не ломается "вдруг". Сначала появится специфический свистящий звук из-под капота, и если водитель "думает о будущем", то своевременно заменит подшипник. Иначе, его все равно придется менять, но уже с последствием опоздания в аэропорт или на деловую встречу, из-за "внезапно" сломавшейся машины.
Каждый из водителей должен знать и помнить о том, что на горячем двигателе система охлаждения находится в состоянии повышенного давления!
Если двигатель вашего автомобиля перегрелся и "закипел", то, конечно, надо остановиться и открыть капот машины, но нельзя открывать пробку радиатора или расширительного бачка. Для ускорения процесса охлаждения двигателя это практически ничего не даст, а получить сильнейшие ожоги можно.
Все знают, чем оборачивается для нарядно одетых гостей неумело открытая бутылка шампанского. В автомобиле все намного серьезнее. Если быстро и бездумно открыть пробку горячего радиатора, то оттуда вылетит фонтан, но уже не вина, а кипящего Тосола! При этом может пострадать не только водитель, но и оказавшиеся рядом пешеходы. Поэтому, если вам когда-нибудь придется открывать пробку радиатора или расширительного бачка, то предварительно стоит предпринять меры предосторожности и делать это не спеша.
Надежная и безаварийная работа ДВС (двигателя внутреннего сгорания) не может быть осуществлена без системы охлаждения. Ее основные принципы функционирования удобно представить в виде схемы системы охлаждения двигателя. Основное предназначение системы – отвод избыточного тепла от двигателя и . Дополнительная функция – обогрев автомобиля печкой отопителя салона. Устройство и принцип работы, отображенный на схеме, у разных типов автомобилей примерно одинаковы.
Схема, элементы системы охлаждения и их работа
Основные элементы, из которых состоит схема системы охлаждения двигателя, встречаются и схожи у разных типов моторов: инжекторных, дизельных и карбюраторных.
Общая схема жидкостной системы охлаждения двигателя
Жидкостное охлаждение мотора дает возможность в равной мере забирать тепло со всех узлов и деталей двигателя не зависимо от степени тепловой нагрузки. Двигатель с использованием водяного охлаждения создает меньше шума, чем двигатель с воздушным охлаждением, обладает большей скоростью прогрева при пуске.
Система охлаждения двигателя содержит следующие детали и элементы:
- рубашка охлаждения (водяная рубашка);
- радиатор;
- вентилятор;
- жидкостный насос (помпа);
- расширительный бачок;
- соединительные патрубки и сливные краны;
- отопитель салона.
- Рубашкой охлаждения («водяной рубашкой») принято считать сообщающиеся между двойными стенками полости в тех местах, где наиболее нужен вывод избыточного тепла.
- Радиатор. Предназначен для рассеивания тепла в окружающую атмосферу. Он конструктивно состоит из множества изогнутых трубочек с дополнительными ребрами для увеличения теплоотдачи.
- Вентилятор, включающийся электромагнитной, реже гидравлической муфтой, при срабатывании температурного датчика охлаждающей жидкости усиливает набегающий на авто воздушный поток. Вентиляторы с “классическим” (постоянно включенным) ременным приводом встречаются в наши дни редко, в основном, на старых автомобилях.
- Центробежный жидкостный насос (помпа) в системе охлаждения обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости. Привод помпы чаще всего реализован с помощью ремня или шестерней. Двигатели с турбонаддувом и с непосредственным впрыском топлива, как правило, снабжены дополнительной помпой.
- Термостат – главный узел, регулирующий потоки охлаждающей жидкости, устанавливается обычно между входным патрубком радиатора и «водяной рубашкой» , конструктивно выполнен в виде биметаллического или электронного клапана. Назначение термостата – поддержание заданного рабочего температурного диапазона охлаждающей жидкости при всех режимах работы двигателя.
- Радиатор отопителя очень похож на радиатор системы охлаждения меньших размеров и расположен в салоне авто. Принципиальное отличие состоит в том, что радиатор отопителя передает тепло в салон, а радиатор системы охлаждения – в окружающую среду.
Принцип работы
Принцип работы жидкостного охлаждения двигателя состоит в следующем: цилиндры окружены «водяной рубашкой» из охлаждающей жидкости, отбирающей лишнее тепло и переносящей его к радиатору, откуда оно передается в атмосферу. Жидкость, непрерывно циркулируя, обеспечивает оптимальную температуру двигателя.
Принцип работы системы охлаждения двигателя
Охлаждающие жидкости – антифризы, тосол и вода – в процессе эксплуатации образуют осадок и накипи, нарушающие нормальную работу всей системы.
Вода не бывает химически чистой в принципе (за исключением дистиллированной) – в ней содержатся примеси, соли и всевозможные агрессивные соединения. При повышенной температуре они выпадают в осадок и образуют накипь.
В отличие от воды антифризы не создают накипи, но в процессе эксплуатации разлагаются, а продукты распада отрицательным образом сказываются на работе механизмов: на внутренних поверхностях металлических элементов появляется коррозионный налет и наслоения органических веществ.
Кроме этого, в систему охлаждения могут попадать различные посторонние загрязняющие субстанции: масло, моющие средства или пыль. Также могут попасть и , используемые для аварийной заделки повреждений в радиаторах.
Все эти загрязнения оседают на внутренних поверхностях узлов и агрегатов. Они характеризуются плохой теплопроводностью и забивают тонкие трубки и соты радиатора, нарушая эффективную работу системы охлаждения, что приводит к перегреву двигателя.
Видео о том, как устроено охлаждение мотора, принцип работы и неисправности
Ещё кое-что полезное для Вас:
Промывка
Промывка системы охлаждения двигателя - процесс, которым очень многие водители нередко пренебрегают, что рано или поздно может вызвать фатальные последствия.
Признаки того, что пора промывать
- Если стрелка указателя температуры находится не в середине, а стремится к красной зоне во время движения;
- В салоне холодно, печка отопления не дает достаточную температуру;
- Вентилятор радиатора включается слишком часто
Промыть систему охлаждения простой водой невозможно, поскольку в системе концентрируются загрязнения, которые не удаляются даже водой, нагретой до высоких температур.
Накипь удаляется с помощью кислоты, а жиры и органические соединения – исключительно щелочью, заливать же в радиатор одновременно оба состава нельзя, так как они согласно законам химии взаимонейтрализуются. Производители средств для промывки, пытаясь решить эту проблему, создали целый ряд средств, которые условно можно разделить на:
- щелочные;
- кислотные;
- нейтральные;
- двухкомпонентные.
Первые два слишком агрессивны и в чистом виде почти не используются, так как опасны для системы охлаждения и требуют нейтрализации после использования. Реже встречаются двухкомпонентные виды очистителей, содержащие оба раствора - щелочной и кислотный, которые заливаются поочередно.
Наибольшую востребованность имеют нейтральные очистители, не содержащие в своем составе сильных щелочей и кислот. Эти средства обладают разной степенью эффективности и могут использоваться как для профилактики, так и для капитальной промывки охлаждающей системы мотора от сильных загрязнений.
Промывка системы охлаждения
Промывка системы охлаждения
- Сливается антифриз, тосол или вода. Перед этим необходимо на пару минут завести двигатель.
- Залить в систему воду и очиститель.
- Включить двигатель на 5-30 минут (зависит от марки очистителя) и включить обогрев салона.
- По истечении обозначенного в инструкции времени двигатель нужно заглушить.
- Слить отработанный очиститель.
- Произвести промывку водой либо специальным составом.
- Залить свежую охлаждающую жидкость.
Работы по промывке системы охлаждения просты и доступны: их могут выполнять даже неопытные автовладельцы. Эта операция существенно продлевает моторесурс двигателя и поддерживает его эксплуатационные характеристики на высоком уровне.
Неисправности
Существует ряд наиболее распространенных неисправностей в системе охлаждения двигателя:
- Завоздушивание системы охлаждения двигателя: устранить воздушную пробку.
- Недостаточная производительность помпы: заменить помпу. Выбрать помпу с максимальной высотой крыльчатки.
- Неисправен термостат: устраняется заменой на новое устройство.
- Низкая производительность радиатора охлаждающей жидкости: промывка старого или замена стандартного на модель с более высокими теплоотводящими качествами.
- Недостаточный уровень производительности основного вентилятора: установка нового вентилятора с более высокой производительностью.
Видео — определение неисправностей системы охлаждения в автосервисе
Регулярный уход, своевременная замена охлаждающей жидкости гарантирует длительную эксплуатацию автомобиля в целом.
