(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:

1. Максимальная мощность.
2. Минимальный расход горючего.
3. 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:

1. Принудительного воздушного охлаждения.
2. 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:

1. заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);
2. поломка помпы;
3. повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;
4. утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).
5. 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 предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой . Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

• механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя );
• электрический (управляемый электродвигатель );
• гидравлический (гидромуфта ).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

Принцип работы системы охлаждения

Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.

Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).

В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.

По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.

После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.

На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения , в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.

Во время движения многие механизмы мотора находятся в постоянном движении. Их трение настолько сильно, что температура начинает очень быстро повышаться. Но самый главный «виновник» высокой температуры горючая смесь, в результате сгорания которой температура повышается до 2000-2500 °С. При этом двигатель может быстро выйти из строя, т.к. для его нормальной работы самая оптимальная температура 80-90 °С . Для того чтобы сохранить работоспособность двигателя его нужно охлаждать. Для этого в моторе и существует система охлаждения.

Самым простым способом охлаждения двигателя, является встречный поток воздуха. Для автомобилей такая система практически не используется, но зато она широко применяется для охлаждения двигателей мотоциклов. Иногда встречный воздух охлаждает и двигатель машин. Среди известных нам марок эта система использовалась на .

Принцип действия воздушной системы охлаждения основан на том, что воздух подается на двигатель с помощью вентилятора. А охлаждением автоматически управляет термостат, с помощью которого можно поддерживать нужный температурный режим, не допуская ни охлаждения, ни перегрева. Для большинства автомобильных двигателей используется жидкостная система охлаждения. Принцип действия этой системы намного проще, чем охлаждение воздухом. Основан он на том, что тепло, исходящее от цилиндров, поглощается охлаждающей средой. В качестве регулятора температуры, т.е. охлаждающей среды, используется специальная жидкость. Нагреваясь от стенок цилиндра, она поступает в радиатор, охлаждается там и снова проходит к стенкам цилиндра, поглощая тепло. Таким образом, охлаждающая жидкость постоянно циркулирует, в действие эту систему приводит насос. Для охлаждения используется антифриз - смесь этиленгликоля и спирта. В качестве охлаждающей среды можно использовать и обычную воду, но в холода ее применение недопустимо, поскольку, замерзнув, она выведет из строя двигатель. Антифриз же не замерзает до минус 40 °С .

А теперь речь пойдет о том, как устроена система охлаждения. В это устройство входит рубашка охлаждения цилиндров, радиатор, насос, термостат, вентилятор и вентиляторный ремень, жалюзи, соединительные патрубки и шланги с хомутиками, а также указатель температуры воды. Все перечисленные детали очень важны и при поломке одного из них, может выйти из строя вся система охлаждения.

Если двигатель - это сердце машины, то водяной насос можно назвать сердцем системы охлаждения. Основная его функция - обеспечить циркуляцию жидкости. Вентилятор создает поток воздуха, который охлаждает жидкость. Чем больше скорость машины, тем сильнее работает вентилятор.

Что такое рубашка охлаждения вы уже знаете: образуют ее двойные стенки цилиндров, а в пространство между ними поступает охлаждающая жидкость. Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачка, между которыми расположены трубки. В верхнем бачке находится горячая жидкость, которую и нужно охладить. Сразу большое количество воды остывает очень медленно. Но когда машина в пути ждать вам некогда, поэтому конструкторы изобрели такое устройство, чтобы вода в нем охлаждалась небольшими порциями.

Например, если чай в чашке очень горячий, то можно набрать его в чайную ложку и подуть. Работа радиатора основана на этом же принципе. Из верхнего бачка горячая жидкость тонкими струйками, которые хорошо обдуваются, поступает в нижний бачок. Там жидкость собирается уже охлажденная.

Горловина радиатора прочно закрыта пробкой. Но жидкость бывает такой горячей, что может даже закипеть. Для этих случаев предусмотрены клапаны, которые имеются на пробке. При возникновении избыточного давления через один клапан (выпускной) стравливается пар. Через другой клапан (впускной) в радиатор попадает воздух, когда давление в механизме ниже атмосферного. Если двигатель еще не остыл после долгой работы, то открывать пробку радиатора очень опасно, т.к. можно получить ожог горячим паром или водой.

Термостат регулирует работу системы охлаждения. Когда жидкость нагреется, то спирт, находящийся в гофрированном баллоне термостата, начнет испаряться, давление внутри баллона со спиртом повысится, и баллон, растягиваясь в высоту, откроет клапан термостата. Происходит это при температуре не ниже 80 °С. Как только температура поднимется до 90 °С, клапан откроется полностью и вода сможет циркулировать в системе свободно. Закроется клапан только тогда, когда температура понизится, это происходит, когда автомобилист снижает скорость машины или останавливается.

На дороге, даже если она очень хорошая и гладкая, машину все равно будет немного потряхивать. Поэтому положение двигателя по отношению к радиатору постоянно меняется, и на твердую опору ставить его нельзя. Допускается только резиновая опора. По той же причине не делают и жесткое соединение между двигателем и радиатором. А вот прорезиненные шланги и патрубки в самый раз. Они легкие и гибкие, поэтому овраги и кочки им не страшны.

Жалюзи необходимы для регулирования количества воздуха, который проходит через радиатор. Состоят они из ряда вертикально установленных пластинок, которые можно поворачивать с помощью рукоятки, находящейся в салоне автомобиля. Когда рукоятка находится в исходном положении, створки жалюзи открыты и воздух, не задерживаясь, свободно проходит к радиатору. Если выдвинуть рукоятку на себя, то створки жалюзи сомкнутся, и доступ воздуха к радиатору прекратится. Выдвинув рукоятку лишь наполовину, воздух хоть и не сильно, но будет поступать к радиатору. Жалюзи используются водителями нечасто и преимущественно в холодное время года, чтобы защитить радиатор от переохлаждения. При пуске двигателя в зимнее время жалюзи нужно закрыть, чтобы он быстрее прогрелся и не позволил замерзнуть воде в радиаторе.

Безусловно, работу системы охлаждения необходимо контролировать. Для этого на приборной панели имеется электрический указатель температуры воды. Он связан проводом с датчиком, помещенным в рубашку охлаждения. В дороге водителю нужно следить за показаниями этого прибора. Перегреваться двигатель не должен, т.к. это приводит к быстрому износу механизма. Чаще всего перегрев происходит из-за недостаточного количества охлаждающей жидкости или в результате нарушения в работе охлаждающей системы. Переохлаждение чаще всего возникает в зимнее время из-за неисправных жалюзи или отсутствия утеплительного чехла.

Перегрев и охлаждение значительно снижают мощность двигателя, поэтому необходимо регулярно проверять уровень охлаждающей жидкости в радиаторе, смотреть, не подтекает ли она.

Система охлаждения нуждается в регулярном осмотре , во время которого необходимо смазывать подшипники вентилятора и подтягивать его ремень и хомутики шлангов, если в этом есть необходимость. В том случае, если для охлаждения вы используете воду, то в холодную погоду, особенно при температуре ниже О °С, необходимо следить, чтобы вода в радиаторе не замерзла, иначе сам радиатор и цилиндр будут испорчены. Для защиты двигателя от мороза на облицовку радиатора надевают утеплительный чехол. 

Если вы хотите наглядно ознакомиться с системой охлаждения двигателя, то обязательно посмотрите это видео.

Еще статьи про ""

Заметили опечатку на сайте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Как отмечалось ранее, существует два типа систем охлаждения двигателей - жидкостные и воздушные. Они отличаются тепловым контуром и теплоносителем, обеспечивающим отвод теплоты от наиболее нагреваемых деталей. Основные компоненты типов систем охлаждения представлены на рис. 1.7. В зависимости от типа системы охлаждения могут иметь разное конструктивное исполнение.

В системах жидкостного охлаждения теплоноситель циркулирует по контуру «рубашка охлаждения - радиатор». Жидкостный теплоноситель нагревается вследствие перепада температур между стенками цилиндров и теплоносителем. Нагретый теплоноситель

Рис. 1.7.

переносит теплоту к радиатору, где она частично рассеивается в окружающую среду потоком воздуха, проходящим через радиатор. Этот процесс является непрерывным вследствие постоянной циркуляции жидкости. Отвод теплоты осуществляется принудительно и регулируется.

Системы жидкостного охлаждения могут быть проточными, испарительными и замкнутыми.

Проточные системы охлаждения забирают охлаждающую жидкость (воду) из естественных водоемов, направляют в рубашку охлаждения двигателя и после нагрева выбрасывают в водоем (рис. 1.8). Эти системы просты по конструкции, их эффективность зависит от качества и температуры воды. Применяются они в стационарных, судовых и лодочных навесных двигателях.

Рис. 1.8.

В проточных системах охлаждения температура воды на выходе из двигателя составляет около 85 °С. Перепад температур воды, выходящей из двигателя и входящей в него, не превышает

15...20 °С. Принято, что при охлаждении жесткой пресной и морской водой температура па выходе из двигателя не должна превышать 55 °С во избежание интенсивного выделения накипи и солей на внутренних полостях охлаждающих систем. Этот недостаток в судовых двигателях частично устраняется за счет использования проточно-замкнутых систем охлаждения.

Проточно-замкнутая система охлаждения состоит из двух жидкостных контуров, один из которых замкнутый, использующий пресную нежесткую воду, другой - проточный, использующий воду из водоема (рис. 1.9). Вода замкнутого контура из рубашки охлаждения двигателя охлаждается в холодильнике, циркуляция воды осуществляется принудительно и обеспечивается водяным насосом. К холодильнику вторым насосом подается вода из водоема, которая охлаждает воду замкнутого контура. В замкнутом контуре охлаждения предусмотрен расширительный бачок для компенсации увеличения объема воды при нагревании, отвода из воды воздуха и компенсации утечек воды из системы.

Температура воды, выходящей из двигателя, в сообщающихся с атмосферой замкнутых системах не поднимается выше 85...90 °С. При оснащении расширительного бачка паровоздушным клапа-

Рис. 1.9. Схема комбинированной проточно-замкнутой системы охлаждения пом давление в системе превышает атмосферное и составляет 0,12...0,13 МПа, температура воды увеличивается до 105 °С.

Рис. 1.10.

Перепад температур воды па выходе из двигателя и входе после холодильника должен быть не более 10... 15°.

Испарительные системы охлаждения (рис. 1.10) обеспечивают отвод теплоты за счет испарения охлаждающей жидкости (воды), омывающей наиболее нагреваемые детали двигателя. Выделяющиеся пары конденсируются в холодильнике системы охлаждения. Циркуляция воды происходит за счет перемещения слоев жидкости при образовании и перемещении паровой фракции. Испарительные системы охлаждения отличаются простотой конструкции, требуют большого количества воды вследствие испарения. Используются испарительные системы преимущественно па стационарных небольшой мощности калоризаторпых двигателях с низкой степенью сжатия и воспламенением рабочей смеси от калильной (калоризаторной) головки.

Замкнутой системой охлаждения с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости является тер моей фон пая система охлаждения (рис. 1.11). Циркуляция жидкости осуществляется вследствие напора, возникающего при разной плотности нагретой и охлажденной жидкости. Охлаждающая жидкость в полостях вокруг цилиндров и в головке при работе двигателя нагревается, поднимается вверх и поступает в верхний бак радиатора. В радиаторе жидкость под действием гравитационных сил опускается в нижний бачок. Потоком воздуха, который под воздействием вентилятора проходит через сердцевину радиатора, жидкость охлаждается. Из нижнего бачка радиатора охлажденная жидкость поступает в рубашку охлаждения двигателя, вытесняя нагретые слои жидкости в верхний бачок радиатора.

Термосифонпая система охлаждения обладает несложным устройством, менее эпергозатратна, но удовлетворительно работает

Рис. 1.11.

охлаждения

при большом объеме жидкости и значительной поверхности охлаждения радиатора. Перепад температур охлаждающей жидкости на выходе из двигателя и на входе после радиатора достигает 30 °С. На тракторах и автомобилях термосифонная система охлаждения вследствие больших габаритно-массовых параметров, нерегулируемое™ и большого перепада температур охлаждающей жидкости нс применяется.

Система охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости (рис. 1.12) отличается от термосифонной тем, что после радиатора устанавливается насос. Жидкость из нижнего бачка под давлением нагнетается в нижнюю полость рубашки охлаждения, а затем проходит в верхнюю полость и головку

Циркуляция жидкости из нижней полости рубашки охлаждения в верхнюю является недостатком этой системы, так как в зону камеры сгорания и к поверхностям головки, имеющим наибольшую температуру, жидкость поступает уже нагретой. Такая циркуляция охлаждающей жидкости нс способствует эффективному протеканию рабочего процесса двигателя.

Система охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости может выполняться как открытой, так и закрытой. Закрытая система разобщена с атмосферой и работает при избыточном давлении, вследствие чего температура кипения при заправке системы

Рис. 1.12.

жидкости

водой повышается до 105... 107 °С. Рабочая температура охлаждающей воды в закрытой системе составляет 98... 100 °С, а в открытой, сообщающейся с атмосферой, - 90...95 °С.

Комбинированная система охлаждения (рис. 1.13) отличается тем, что охлаждающая жидкость насосом подастся в верхнюю полость рубашки охлаждения. Водяной насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости. В отводящем патрубке

Рис. 1.13.

устанавливается термостат, от полости установки термостата выполняется канал (патрубок), соединенный с всасывающей полостью водяного насоса. При прогреве двигателя термостат направляет жидкость, минуя радиатор, к насосу, чем обеспечивается интенсивный прогрев двигателя. После достижения рабочей температуры в системе охлаждения клапан термостата открывается и направляет жидкость через радиатор. В системе охлаждения поддерживается избыточное давление 0,045...0,05 МПа, вследствие чего температура кипения воды повышается до 107...110 °С, что снижает вероятность ее закипания при повышенных нагрузочных режимах.

Перепад температур жидкости на выходе из двигателя и после радиатора составляет 5...6 °С, что обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя. Комбинированные закрытые системы с принудительной циркуляцией и автоматическим регулированием температуры жидкости экономичнее ранее рассмотренных и широко применяются на тракторах и автомобилях.

Воздушные системы охлаждения, в отличие от жидкостных, не имеют многообразия схем по принципу работы. Охлаждение двигателя осуществляется потоком воздуха, проходящим через оребренную поверхность цилиндра. Наружные поверхности блока двигателя воздушного охлаждения имеют кожуха, дефлекторы, которые образуют воздушный тракт. Поток воздуха в воздушном тракте направляется к наиболее нагретым деталям двигателя. Движение потока воздуха может осуществляться путем нагнетания или всасывания. Существенный недостаток второго способа в том, что оребренные поверхности интенсивно загрязняются и эффективность охлаждения уменьшается. Наибольшее применение получил способ нагнетания воздуха в воздушный тракт охлаждения двигателя. Конструкция схем воздушного охлаждения зависит от расположения и компоновки цилиндров .

Схема движения воздушного потока определяется компоновкой вентилятора, его приводом. Вентилятор приводится в движение непосредственно от коленчатого вала или ременной передачей. Для эффективного и равномерного охлаждения двигателя при наименьших затратах мощности воздух должен обдувать поверхности охлаждающих деталей равномерно и с достаточно высокой массовой скоростью. Поток воздуха первоначально должен охладить головку цилиндров, включая свечи зажигания и форсунки.

Рис. 1.14.

На рис. 1.14 представлены компоновочные схемы воздушного охлаждения двигателей с вертикальным рядным расположением цилиндров. Поток воздуха нагнетается в воздушный тракт, который формируется вдоль одной из боковых сторон ряда цилиндров двигателя.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта зависит от места установки и привода вентилятора. При установке вентилятора на оси коленчатого вала траектория движения частиц воздуха удлиняется, поток воздуха совершает несколько поворотов, прежде чем поступить к оребренной поверхности цилиндров.

При V-образном расположении цилиндров (рис. 1.15) возможно применение одного или двух нагнетательных вентиляторов. Вентилятор может приводиться в движение непосредственно от коленчатого вала или устанавливаться так, чтобы направлять поток воздуха к каждому ряду цилиндров и иметь ременный привод. При оппозитном расположении цилиндров поток воздуха нагнетается в воздушный тракт и поступает на каждый ряд цилиндров (рис. 1.16).

Независимо от схемы компоновки цилиндров, установки и привода вентилятора принцип работы системы охлаждения неизменен. Основным недостатком воздушной системы охлаждения является неравномерность охлаждения и более высокий температурный режим двигателя. Температура внутренних поверхностей цилиндров и головки достигает 130... 140 °С. Температура в системах воздушного охлаждения поддерживается при помощи устройств, регулирующих расход потока воздуха путем движения его по межреберным каналам охлаждающих поверхностей, и другими способами. Воздушное охлаждение широко применяется на малогабаритных двигателях малой мощности, на двигателях большой мощности его использование ограничено.

Рис. 1.15.

На данной схеме отображена наиболее распространенная схема водяного охлаждения типового ДВС. С такими системами работает подавляющее большинство современных автомобилей.

Типы систем охлаждения

В современных двигателях насчитывают два механизма и три (либо четыре) системы:

• механизм распределения потоков топливовоздушной смеси и отработавших газов - называется ГРМ ;
• кривошипно-шатунный (КШМ) - это механизм «координации» движения поршней в цилиндрах с работой систем питания и, если это предусмотрено конструкцией - системы зажигания;
• система питания;
• система смазки;
• система зажигания - только для бензиновых (инжектор и/или карбюратор) и газовых ДВС, в дизельных эта система не нужна;
• система теплоотвода, то есть - охлаждения.

В современном автомобилестроении нашли применение две системы - жидкостная и воздушная. Еще называют третью - комбинированную, но это, как говорится, «по науке» - в теоретической механике и теории автомобиля.

В момент возгорания рабочей смеси температура в цилиндрах может достигать выше 2000° (двух тысяч градусов) Цельсия, а система охлаждения призвана поддерживать расчетный температурный баланс, который колеблется от 90 до 120 градусов. С точки зрения теоретической механики, применяемые в современных ДВС жидкостные системы, на самом деле, являются гибридными или комбинированными. Однако на практике, да и сами сервисмены, называют ее жидкостной, а чаще - водяной, хотя вместо воды уже давно используют антифризы .

Жидкостные системы охлаждения - специфика

Почему вода? Почему водяная система охлаждения двигателя? Ответ очевиден, в автомобильных моторах как раз она и была. Еще и сегодня ездят по нашим дорогам автомобили старых конструкций, в которых даже не был предусмотрен расширительный бачок. За ненадобностью. А рабочая температура колебалась в районе 70-90 градусов. В современных же ДВС применяется так называемая герметичная система, и повышенное давление (до 1,4 атмосферы) позволяет современным антифризам не кипеть при температурах до 120 градусов и - конечно же - не замерзать до минус 70-80 градусов по Цельсию.

Подавляющее большинство жидкостных систем охлаждения работают от центробежного водяного насоса (помпы), а также под действием естественных законов физики - конвекции, нагревания и охлаждения.

Основные составляющие жидкостной системы охлаждения

Системы эти бывают одноконтурными, двух- и многоконтурными. Устройство системы охлаждения двигателя - не сложно, в ее «стандартный перечень» входят:

• рубашка охлаждения самого блока цилиндров;
• рубашка охлаждения головки (или головок) блока цилиндров, обе имеют так называемые рёбра охлаждения, они – наружные, именно поэтому теория автомобиля и называет данную систему комбинированной;
• один или несколько радиаторов охлаждения ;
• один или несколько вентиляторов принудительного охлаждения радиаторов (или радиатора, если он один);
• жидкостный насос, который механики между собой называют водяным насосом или помпой; конструктивно является насосом центробежного типа, приводы - шестеренчатый, ременной или электрический;
• термостат (в двухконтурных системах старого типа моторов без применения электроники);
• расширительный бачок с крышкой не герметичной, а тарированной под определенное давление;
• соединительные патрубки системы охлаждения двигателя;
• теплообменник отопителя салона (или теплообменники отопителей частей салона в многозонных системах климат-контроля);
• датчик (или датчики) температуры ОЖ;
• электронный блок управления охлаждением, а также вентиляцией и отоплением салона.

В руке у механика тот самый пресловутый термостат, разделяющий систему на два контура. При разогреве двигателя охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому, так называемому «малому кругу», не попадая в радиатор. Прогрев рубашек охлаждения блока и головки блока цилиндров до рабочих температур происходит быстрее.

Система охлаждения дизельного двигателя принципиально не отличается от системы бензинового. Различия - в конструкциях, объемах, мощностях и некоторых других параметрах, но не в типе применяемого топлива.

Охлаждение масла

Система смазки в современных автомобильных моторах, помимо своей главной задачи - смазки трущихся деталей, - выполняет еще одну – теплоотводную: моторное масло отбирает часть тепла от работающих сопряженных частей мотора. Во многих современных двигателях даже предусмотрен собственный маслоохладитель, который в иных технологических картах и наставлениях так и называется - масляный радиатор.

Применяется ли сегодня воздушное охлаждение?

Да, применяется, и вполне успешно. В современном моторостроении различают два их типа: естественное (обдувом набегающего воздуха) и принудительное (при помощи вентиляторов).

Естественное охлаждение чаще применяется в моторной авиации. Принудительное - например, в таких конструкциях, как водные и колесные скутеры (мотороллеры), в мотоблоках и других сельхоз- и коммунальных агрегатах и механизмах.

В автомобилестроении можно вспомнить некоторые модели Volkswagen Group - Porsche, Beetle, он же – Kafer, а также итальянский Fiat-500, французский Citroën 2CV, чешскую легковушку Tatra-613 или родной и до боли знакомый всенародный автомобиль СССР - Запорожец.

История моторостроения может вспомнить и тракторные двигатели с воздушным охлаждением, а также грузовые автомобили с многоцилиндровыми дизельными моторами. Та же, например, чешская 12-тонная Tatra выпускалась вплоть до 2010 годов и до сих пор «в строю». К слову, кабина водителя этого самосвала нагревается специальным электрическим отопителем, а салон Запорожца - автономным… бензиновым.

На фото - «тот самый» 8-цилиндровый V-образный дизельный силовой агрегат Tatra с непосредственным воздушным охлаждением. Рабочий объем 12,7 литра с турбонаддувом и интеркулером, мощностью - от 312 до 442 л.с., с крутящим моментом - от 1400 до 2100 Нм, в рамках соответствия требованиям стандартов от Евро 2 до Евро 5.

Испарительные системы охлаждения

В современном автомобилестроении широкого применения не нашла. Механика ее работы сводится к тому, что вода доводится до температуры значительно выше точки кипения, и температура падает в результате ее испарения. Применялась в экспериментальных моделях авиастроения в самом начале XX века, а сегодня подобную конструкцию можно встретить на дизелях мощностью до 20 л.с. - на минитракторах, в мобильных мотоблоках и тп.

Неисправности системы охлаждения двигателя

Наиболее слабым звеном большинства систем являются радиаторы. Как правило, они устанавливаются в передних частях авто, даже если двигатель установлен в базе или за задней осью. Делается это для того, чтобы охлаждающая жидкость отдавала тепло набегающему потоку воздуха.

Соты радиаторов забиваются мелкой пылью, насекомыми и другими дорожными загрязнениями, в результате теплопроводность радиатора падает, и температурный режим двигателя нарушается. Кроме того, радиаторы подвержены механическим повреждениям на высоких скоростях, именно поэтому, например, отличительным признаком мощной и высокоскоростной машины является мелкоячеистая сетка в широких и огромных воздухозаборниках.

Кавитационное разрушение жидкостного насоса классической конструкции.

Наиболее затратной неисправностью автомеханики называют поломку водяного (жидкостного) насоса. Стоит водителю прозевать стрелочный указатель в красной зоне температурного указателя или загоревшийся красным светом индикатор на панели приборов, и последствия могут оказаться весьма печальными. Вплоть до капитального ремонта двигателя.

В моторах старых конструкций особенной головной болью автовладельцев была потеря работоспособности термостата.

Также периодически выходят из строя:

• датчики и указатели;
• может прохудиться патрубок или ослабнуть хомут на соединениях патрубков;
• не включаются вовремя вентиляторы охлаждения;
• иногда выходит из строя клапан давления в пробке расширительного бачка.

Эти и многие другие неисправности приводят к утере антифриза , перегреву блока и его головки (головок) и, в конце концов, к выходу мотора из строя. Любое подозрение на неисправность в системе охлаждения должно быть водителем немедленно установлено и устранено.

Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

При критическом перегреве происходит:

• периодический уход стрелки указателя температуры на приборной панели к красному сектору (либо появление красного индикатора в тех автомобилях, где указатель не предусмотрен);
• потеря мощности двигателя казалось бы «в безобидных ситуациях»;
• неадекватно высокий жар в районе моторного отсека.

При недостаточном нагреве:

• стрелка «не отрывается» от нижнего сектора указателя температуры на приборной панели;
• не тухнет желтый (или, в некоторых конструкциях, – белый) индикатор указателя температуры;
• в результате двигатель «тупит», не развивает должной мощности – и особенно тогда, «когда это нужно» - на подъеме, при обгоне, при экстренном маневрировании и/или разгоне.

Эти, а также многие иные, весьма специфические и малопонятные водителю, «неадекватности» в поведении двигателя, его агрегатов и автомобиля в целом.

Диагностика негерметичности охлаждающей системы

Одной из главных причин неисправности системы является падение уровня антифриза в расширительном бачке. Помимо банальных потёков в негерметичных соединениях, может выйти из строя и пробка на бачке с тарированным клапаном контроля давления. Охлаждающая жидкость, а точнее вода из раствора этиленгликоля (пропиленгликоля) банально испаряется, и уровень ОЖ – падает, мотор перегревается.

За уровнем охлаждающей жидкости в расширительном бачке следить не трудно. Об этом постоянно напоминают и упоминают: и преподаватели в автошколах, и различные наставления для водителей… а моторы как кипели, так и продолжают кипеть. На радость механикам и мотористам…

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!

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них