Система охлаждения двигателя

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Принцип работы узла (на примере жидкостной системы) выглядит следующим образом.

• При пуске двигателя начинает вращаться коленвал, а вместе с ним и насос. В результате в системе образуется давление, достаточное для циркуляции по ней охладителя.
• По патрубкам жидкость идет сперва к наиболее горячим частям мотора (то есть к цилиндровой группе). Когда она их полностью омывает и забирает большую часть тепла на себя, она направляется к радиатору.
• В радиаторе охладитель теряет накопленное тепло за счет распределения по системе трубок. Это происходит благодаря прохождению через нее воздуха в результате движения транспортного средства, а также с помощью вентилятора.
• После того, как охлаждение завершено, жидкость опять поступает в насос. Цикл повторяется снова.

При этом необходимая температура поддерживается термостатом. Чем горячее цилиндровый блок, тем больше просвет его клапана, благодаря чему охладитель циркулирует по контуру более интенсивно. При относительно холодном цилиндроблоке просвет клапана уменьшается, а вместе с ним уменьшается и циркуляция. В современных моделях транспортных средств роль термостата выполняет термодатчик, который посылает информацию о температуре на блок управления, контролирующий клапаны.

Кроме того, при низкой температуре цилиндров жидкость может циркулировать по так называемому малому кругу. Это означает, что она не поступает в радиатор, а протекает между цилиндроблоком и насосом. Подобная схема функционирования необходима для достижения мотором оптимальной температуры работы. Когда желаемая температура обеспечена, термостат (или клапан под управлением ЭБУ) открывают охладителю путь для циркуляции по большому кругу, после чего он начинает поступать в том числе в радиатор и охлаждаться более интенсивно.

В расширительный бачок при сильном нагреве охладителя отводят его излишки, а также образовавшийся в ходе работы пар. Кроме того, эта деталь содержит некоторый запас жидкости, предназначенный для восполнения ее потерь (они могут происходить в результате испарения или утечек).

Схема циркуляции охлаждающей жидкости. Схема системы охлаждения двигателя

В любом автомобиле используется двигатель внутреннего сгорания. Широкое распространение получили жидкостные системы охлаждения – только на старых «Запорожцах» и новых «Тата» используется обдув воздухом. Нужно отметить, что схема циркуляции охлаждающей жидкости на всех машинах практически похожа – присутствуют в конструкции одинаковые элементы, выполняют они идентичные функции.

Малый круг охлаждения

В схеме системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания присутствует два контура – малый и большой. Чем-то она схожа с анатомией человека – движением крови в организме. Жидкость двигается по малому кругу тогда, когда необходимо произвести быстрый прогрев до рабочей температуры. Проблема в том, что мотор может нормально функционировать в узком диапазоне температур – около 90 градусов.

Нельзя ее повышать или понижать, так как это приведет к нарушениям – изменится угол опережения зажигания, топливная смесь будет сгорать несвоевременно. В контур включен радиатор отопителя салона – ведь нужно, чтобы внутри машины было тепло как можно раньше. Подача горячего антифриза перекрывается с помощью крана. Место его установки зависит от конкретного автомобиля – на перегородке между салоном и моторным отсеком, в области бардачка и т.д.

Большой контур охлаждения

В схему системы охлаждения двигателя при этом включается еще и основной радиатор. Он устанавливается в передней части автомобиля и предназначен для экстренного снижения температуры жидкости в двигателе. Если на автомобиле имеется кондиционер, то радиатор его устанавливается рядом. На автомобилях «Волга» и «Газель» применяется масляный радиатор, который также ставится в передней части автомобиля. На радиаторе обычно ставится вентилятор, который приводится в движение электромотором, ремнем или муфтой.

Жидкостный насос в системе

Это устройство входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости «Газели» и любого другого автомобиля. Привод может осуществляться следующим образом:

1. От ремня газораспределительного механизма.
2. От ремня генератора.
3. От отдельного ремня.

Конструкция состоит из таких элементов:

1. Металлическая или пластиковая крыльчатка. От количества лопастей зависит эффективность работы насоса.
2. Корпус – обычно выполняется из алюминия и его сплавов. Дело в том, что именно этот металл хорошо работает в агрессивных условиях, практически не действует на него коррозия.
3. Шкив для установки ремня привода – зубчатый или клиновидный.
4. Вал – стальной ротор, на одном конце которого находится крыльчатка (внутри), а снаружи шкив для установки приводного шкива.
5. Бронзовая втулка или подшипник – смазка этих элементов осуществляется при помощи специальных присадок, которые имеются в антифризе.
6. Сальник позволяет избежать вытекания жидкости из системы охлаждения.

Термостат и его особенности

Сложно сказать, какой именно элемент обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. С одной стороны, помпа создает давление и антифриз двигается по патрубкам с ее помощью.

Но с другой стороны, если бы не было термостата, движение происходило бы исключительно по малому кругу. Конструкция содержит такие элементы:

1. Корпус из алюминия.
2. Выходы для соединения с патрубками.
3. Пластина биметаллического типа.
4. Механический клапан с возвратной пружиной.

Принцип работы заключается в том, что при температуре ниже 85 градусов двигается жидкость только по малому контуру. При этом клапан внутри термостата находится в таком положении, при котором не попадает антифриз в большой контур.

Как только достигнет температура 85 градусов, начнет деформироваться биметаллическая пластина. Она воздействует на механический клапан и открывает доступ антифризу к основному радиатору. Как только снизится температура, клапан термостата вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Расширительный бачок

В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания имеется расширительный бачок. Дело в том, что любая жидкость, в том числе и антифриз, при нагреве увеличивает объем. А при охлаждении объем уменьшается. Следовательно, необходим какой-то буфер, в котором будет храниться небольшое количество жидкости, чтобы в системе всегда ее было вдоволь. Именно с этой задачей и справляется расширительный бачок – туда выплескивается излишек во время нагрева.

Крышка расширительного бачка

Еще один незаменимый компонент системы – это пробка. Существует два типа конструкции – герметичная и негерметичная. В том случае, если на автомобиле применяется последняя, пробка расширительного бачка имеет только дренажное отверстие, через которое уравновешивается давление в системе.

Компоненты системы охлаждения

Сначала разберем основные элементы СО и их предназначение.

Расширительный бачок

Резервуар располагается в моторном отсеке. Через него в охладительную систему поступает расходный материал. Емкость для компенсации меняющегося в ходе эксплуатации, а также при расширении объема вещества.

Жидкостный насос

Один из основных компонентов СО. С помощью этого устройства выполняется непосредственно процедура циркуляции хладагента по магистралям охладительной системы. Жидкостный насос может быть оборудован дополнительным насосным устройством, в зависимости от конструктивных особенностей силового агрегата.

Пользователь Astragaz S. в своем ролике показал, как работает СО.

Радиаторы

Предназначение этого устройства заключается в понижении температурного режима охлаждающей жидкости под воздействием постоянного холодного воздушного потока. Это позволяет сильнее отдавать устройству тепло, таким образом, увеличивая эффективность свойства охлаждения. В СО используется радиатор охлаждения силового агрегата, а также радиаторное устройство отопителя. В холодное время года тепло, которое отдает двигатель, передается через радиатор на печку в салон авто. Чтобы понизить температуру горения топливовоздушной смеси, используется еще один тип радиаторного устройства, предназначенный для охлаждения выхлопных газов.

Датчики

Контроллеры СО применяются для фиксации температуры работы мотора. Показания с датчиков выводятся на приборную панель автомобиля. Благодаря этому водитель может своевременно узнать о перегреве двигателя. Есть еще один датчик — вентилятора. Он вступает в работу, когда фиксирует слишком высокую температуру хладагента.

Термостат

Предназначение этого устройства заключается в том, что прибор устанавливает определенный уровень и объем охлаждающей жидкости. Расходный материал контролируется термостатом, что позволяет ему поддерживать оптимальный температурный уровень. Располагается устройство между радиатором, а также рубашкой охлаждения, в шланге.

Простая схема циркуляции хладагента

Теперь поговорим о том, по какому пути в ДВС автомобиля происходит циркуляция жидкости. Информация, приведенная ниже, актуальна для всех моторов, независимо от того, сколько цилиндров в них стоит.

Итак, жидкость циркулирует следующим образом:

1. Вы заводите движок, расходный материал сразу начинает проходить по магистралям СО. На этом этапе циркуляция осуществляется с помощью насосного устройства. Он вступает в работу в результате воздействия ремешка ГРМ или специального ремня.
2. Охлаждающая жидкость еще не нагрелась, поэтому она закачивается в силовой агрегат с применением насосного устройства. Расходный материал начинает греться в результате его циркуляции по цилиндрам ДВС, которые отдают тепло. Антифриз начинает забирать тепло, таким образом повышая свою температуру. После этого хладагент поступает на насос. Это малый круг и он повторяется до того момента, пока хладагент до конца не прогреется.
3. Большой круг циркуляции расходного материала вступает в работу после того, как жидкость прогреется до нужной температуры. В момент начала его работы термостат блокирует малый круг. С помощью насосного устройства расходный материал начинает закачиваться в двигатель. Жидкость, обладая повышенной температурой, циркулирует по магистралям и поступает в радиатор. Здесь она оставляет часть тепла, передавая его в отопительную систему или в окружающую среду.
4. После этого хладагент опять закачивается в двигатель машины насосным устройством. Если расходный материал не может обеспечить должное охлаждение мотора, при этом температура жидкости продолжает расти, в работу вступает датчик вентилятора. Он обычно монтируется в нижней части радиаторного устройства. Его активация приводит к началу работы вентилятора.
5. После охлаждения антифриза до нужной температуры вентиляторы выключаются.

Канал Fusion Plus опубликовал видео, где продемонстрировал схему работы охладительной системы.

Авторемонт

Процесс сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается высвобождением большого количества тепла, которое нагревает двигатель. Если не охлаждать двигатель во время работы, то через несколько минут его температура превысит критическую, и он разрушится. Чтобы этого не произошло, в автомобиле применяется система охлаждения двигателя.

Состав системы охлаждения двигателя:

• охлаждающая жидкость (тосол или антифриз);
• радиатор;
• вентилятор;
• термостат;
• водяной насос (помпа);
• соединительные патрубки;
• расширительный бачок;
• отопитель салона.

Водяной насос (помпа) начинает работать вместе с двигателем. Как только двигатель заработал, вращающиеся лопасти помпы заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по малому кругу системы охлаждения (минуя радиатор). Это надо для того, чтобы двигатель как можно быстрее прогрелся и вышел на свою рабочую температуру.

Когда температура охлаждающей жидкости работающего двигателя достигла рабочего значения, открывается термостат и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу — через радиатор.

Охлаждающая жидкость (тосол, антифриз) подается в радиатор через верхний патрубок, проходит сверху вниз по его сотам, и через нижний патрубок (уже охлажденная жидкость) подается обратно в рубашку двигателя.

Когда температура охлаждающей жидкости поднимается к верхним значениям (100 °C и более), включается вентилятор, который усиливает поток воздуха через решетку радиатора и увеличивает эффективность охлаждения. На старых машинах вентилятор соединен жестко ремнем с валом помпы и вращается постоянно.

Чтобы жидкость в системе охлаждения не замерзала при низких температурах и не закипала при 100 °C, применяются специальные охлаждающие жидкости: тосол или антифриз. Эти жидкости содержат этиленгликоль или пропиленгликоль — химические соединения, не дающие воде замерзать. Кроме того, охлаждающие жидкости содержат ингибиторы ржавчины, коррозии и вспенивания, что предотвращает образование ржавчины на металлических поверхностях двигателя и радиатора, смазывает водяной насос и не дает жидкости вспениваться, циркулируя по системе.

ВНИМАНИЕ! Не используйте в качестве охлаждающей жидкости воду!!!!. Вода — довольно агрессивная среда, которая быстро разрушает все металлические детали системы охлаждения

При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме

Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку

При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме. Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку.

В салоне автомобиля находится еще один небольшой радиатор, спрятанный под торпедо, который принято называть отопителем салона автомобиля, или просто — печкой. В холодное время года водитель открывает заслонку печки, и нагретая охлаждающая жидкость начинает циркулировать через теплообменник, нагревая воздух в салоне автомобиля.

Система охлаждения довольно проста и при нормальной работе не требует какого-либо обслуживания. Если утечек охлаждающей жидкости нет, то можно спокойно ездить пару лет. Раз в два года рекомендуется полностью менять охлаждающую жидкость в системе охлаждения автомобиля. Также, надо следить за состоянием резиновых патрубков, поскольку резина со временем пересыхает и растрескивается. Очень будет неприятно, если в дороге вдруг произойдет разрыв патрубка — дальнейшее движение будет практически невозможно. Поэтому, имеет смысл через 5-6 лет проводить полную замену всех резиновых патрубков на новые.

В начало страницы

Структура жидкостной системы охлаждения двигателя

К основным составляющим жидкостной системы охлаждения ДВС относятся следующие детали:

• «водяная рубашка» двигателя
• вентилятор;
• радиатор;
• помпа (центробежный насос);
• термостат;
• бачок расширительный;
• теплообменник отопителя;
• составляющие элементы управления.

Водяная рубашка двигателя – это плоскость между стенками агрегата в тех местах, которым требуется охлаждение.

Радиатор системы охлаждения – это механизм, который предназначен для отдачи созданного работой двигателя тепла. Узел представляет собой конструкцию из многих изогнутых алюминиевых трубой, которые также имеют дополнительные ребра, способствующие большей теплоотдаче.

Вентилятор используется для ускорения циркуляции воздуха, обволакивающего радиатор. Вентилятор включается при граничном нагревании охлаждающей жидкости.

Центробежный насос (другими словами – помпа) обеспечивает беспрерывное движение жидкости во время работы двигателя. Привод для помпы может быть разным: ременной, например, или шестеренный. На авто с турбированными двигателями часто устанавливают добавочные насосы, которые способствуют циркуляции жидкости и запускаются из блока управления.

Термостат – это устройство в виде биметаллического (или электронного) клапана, расположенного между входным отверстием радиатора и «рубашкой охлаждения». Этот прибор обеспечивает нужную температуру жидкости, служащей для охлаждения ДВС. Когда мотор остывший, термостат закрыт, поэтому принудительная циркуляция остужающей жидкости проходит внутри двигателя, не затрагивая радиатор. В момент нагревания жидкости до граничной температуры клапан открывается. В этот момент система начинает функционировать во всю свою мощь.

Расширительный бачок используется для заливания охлаждающей жидкости. Этот узел компенсирует также изменение количества жидкости в системе во время изменения температуры.

Радиатор отопителя – механизм, предназначенный для подогрева воздуха в салоне транспортного средства. Его рабочая жидкость набирается непосредственно возле входа в «рубашку» мотора.

Главным элементом координации системы охлаждения ДВС есть датчик (температурный), электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Замкнутая система (Гибридный тип)

Сейчас гибридную систему называют также жидкостной. Фактически она всё же гибридная, так как там тоже участвует воздух.

Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра

наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

Система сохлаждения остоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от неё тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки — принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя). При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

Воздушное охлаждение

Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным.

Естественное воздушное охлаждение является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов — более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных — назад и т.п. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. С систематическим ростом форсировки моторов мотоциклов на наиболее совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. По причине малой массы естественное воздушное охлаждение широко применялось и на поршневых авиационных двигателях, где близкие к цилиндрическим и имевшие малую окружную скорость комли лопастей винта практически не работали как вентилятор, но скорость набегающего на самолёт потока была сама по себе очень высока.

Стационарные или плотно закапотированные двигатели оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе, большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува. На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. В основном это небольшие машины типа Фольксваген Жук, Fiat 500, Citroën 2CV; особняком стоит представительская Tatra 613. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда — тяжёлые, например Т-330; чаще — малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. В настоящее время (2015-е) принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (Briggs & Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость.

Контроль уровня охлаждающей жидкости

Контролировать этот уровень следует постоянно. К слову, в процессе эксплуатации (в течение рабочего дня) он в бачке может (и должен) меняться. Это — нормально. Ненормально — когда этот уровень опускается ниже нижней отметки, что означает потерю жидкости, либо – выше, что может означать, например, прорыв картерных газов в систему охлаждения. И это — уже крайне тревожный звонок.

В условиях профильной СТО контроль уровня и давления в системе осуществляется при помощи специального оборудования и инструмента. Рядовой автовладелец имеет в своем арсенале только один прием — систематический визуальный контроль уровня в верхнем бачке радиатора (на автомобилях старых конструкций, без расширительного бачка) либо — в расширительном бачке по специальным рискам – max и min.

Прозеваешь — беда!

Источники

• https://ustroistvo-avtomobilya.ru/sistemy-ohlazhdeniya/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya-avtomobilya/
• https://www.zr.ru/content/articles/909838-sistema-okhlazhdeniya-nuzhno-li-e/
• https://ZnanieAvto.ru/otvod-tepla/sistema-oxlazhdeniya-dvigatelya-avtomobilya.html
• https://dvigatels.ru/uhod/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html
• https://avtoyoutubb.ru/sistema-okhlazhdeniya-avtomobilya.php
• http://AvtoMotoProf.ru/obsluzhivanie-i-uhod-za-avtomobilem/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya/
• https://avtofirst.ru/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html
• https://FB.ru/article/447908/vozdushnoe-ohlajdenie-dvigatelya-printsip-rabotyi-preimuschestva-i-nedostatki
• https://auto-gl.ru/tipy-sistem-ohlazhdeniya/

Post Views:
1 389