Современный автолюбитель, все больше интересуется устройством автомобиля. В изучении автомобильного устройства, сложно обойти стороной такую важную часть, как поддержание температурного режима в движке авто. СО (Система охлаждающая движок), важнейшая составляющая любой машины. От правильности ее функционирования, зависим износ и продуктивность движка машины. Исправная СО, существенно снижает нагрузку на рабочие элементы двигателя. Для поддержания корректного функционирования системы, необходимо хорошо понимать ее составляющие. Изучив полезные материалы, вы сможете обслуживать СО со знанием дела.
В ходе эксплуатации автомобиля, рабочие части движка способны набирать высокую температуру. Во избежание перегрева рабочих частей, авто оснащается системой охлаждения. Система охлаждения автомобиля, существенно снижает температуру рабочих частей двигателя. Поддержание оптимального температурного режима, происходит благодаря рабочей жидкости. Рабочая смесь, циркулирует по специальным проводникам, предотвращая перегрев. Система, на всех автомобилях, выполняет ряд дополнительных функций.
На сегодняшний день, существует несколько видов систем охлаждения. Системы, разделяют в частности от способа понижения температуры рабочих частей.
Наиболее популярной в машиностроении, стала система охлаждения двигателя использующая ОЖ. Рассматриваемая система охлаждения, стала наиболее действенной и практичной к эксплуатации. Система охлаждения, равномерно осуществляет понижение температуры рабочих частей двигателя. Рассмотрим устройство и способ функционирования системы, используя наиболее популярный пример.
Вне зависимости от особенностей двигателя, конструкция и функционирование охладительной системы, отличаются не сильно. Таким образом, двигатели с различным видом топлива, обладают практически идентичной системой поддержания температурного режима. Система охлаждения, включает в себя составные части, обеспечивающие ее функционирование. Каждая составляющая, является крайне важна для полноценной работы. При нарушении работы одной составляющей, нарушается корректная оптимизация температурного режима.
Для функционирования рабочей смеси, в системе существуют специальные проводники. Контроль работы системы, осуществляется благодаря центральной системы управления.
Теплообменник, осуществляет понижение температуры жидкости, потоком холодного воздуха. Для изменения тепловой отдачи, теплообменник оснащается определенным механизмом, представляющим небольшую трубку.
Вместе с штатным передатчиком, некоторые производители, оснащают систему теплообменником масла и переработанных газов. Теплообменник масла, осуществляет понижение температуры жидкости, смазывающей рабочие составляющие. Второй, необходим для понижения температуры выхлопной смеси. Регулятор циркуляции выхлопа — снижает температуру выработки совокупности топлива и воздуха. Тем самым, снижается количество получаемого азота, в процессе функционирования двигателя. За правильную работу рассматриваемого устройства, отвечает специальный компрессор. Компрессор, приводит в движение рабочую смесь, перемещая ее по системе. Устройство, является встроенным в ОС.
Теплообменник, отвечает за противоположное действие. Устройство производит увеличение температуры, функционирующего по системе, потока воздуха. Для обеспечения максимальной продуктивности, механизм находиться на выходной части ОЖ из двигателя автомобиля.
Расширительный бочок, предназначен для заполнения системы рабочей смесью. Благодаря данному, в проводники поступает свежая ОЖ, восстанавливающая объем отработанной. Тем самым, уровень смеси, всегда остается необходимым.
Движение ОЖ, происходит благодаря центральному насосу. В зависимости от производителя, насос приводиться в действие различными методами. Большинство насосов, имеют привод в виде ремня или шестеренки. Некоторые производители, оснащают ОС еще одним насосом. Дополнительный насос, необходим при оснащении механизма компрессором, для охлаждения воздушного потока. Блок управления двигателя, отвечает за функционирование всех насосов системы.
Для создания оптимальной температуры жидкости, предусмотрен термостат. Данное устройство выявляет объем жидкости (движущейся через радиатор), который необходимо охладить. Тем самым, создаются необходимый температурный режим, для корректной работы двигателя. Устройство находиться между радиатором и проводника смеси.
Двигатели с большим объемом, оснащаются электрическими термостатами. Данный вид устройств, осуществляют изменение температуры жидкости в несколько этапов. Устройство имеет несколько режимов работы: свободный, замкнутый и промежуточный. Когда, нагрузка на двигатель становиться предельной, благодаря электрическому приводу, термостат приводиться в свободный режим. В данном случае, температура снижается до необходимого уровня. В частности от давления на двигатель, термостат работает в режиме поддержания оптимальной температуры.
Вентилятор, отвечает за улучшение продуктивности регулирования температуры жидкости. В зависимости от модели ОС и производителя, привод вентилятора различается.
Виды привода вентилятора:
Благодаря возможности регулировки и множеству режимов работы, наиболее популярным стал — электрический привод.
Важными составляющими совокупности являются датчики. Датчик уровня и температуры охладительной жидкости, позволяют следить за необходимыми параметрами и своевременно их восстанавливать. Так же, в устройстве располагаются центральный блок управления и элементы регулировки.
Датчик температуры ОЖ, определяет показатель рабочей жидкости и переводит его в цифровой формат, для передачи устройству. На выходе радиатора, устанавливается отдельный датчик, для расширения функциональности охладительной системы.
Электрический блок, принимает показатели от датчика и передает его специальным устройствам. Блок, так же изменяет показатели для воздействия, определяя необходимое направление. Для этого, в блоке существует специальная программная установка.
Для осуществления действий и регулировки температуры охлаждающей жидкости, механизм оснащается рядом специальных устройств.
Контроль за работой охладительной совокупности, осуществляет центральный блок управления двигателя. Большинство автомобилей оборудованы системой, в основе которой лежит определенный алгоритм. Необходимые условия работы и период определенных процессов, определяются с использованием соответствующих показателей. Оптимизация происходит, исходя из показателей датчиков (температура и уровень ОЖ, температура смазывающей жидкости). Тем самым, задаются оптимальные процессы для поддержания температурного режима в движке автомобиля.
Центральный насос, отвечает за постоянное движение охлаждающей жидкости по проводникам. Под давление, жидкость непрерывно движется по проводникам ОС. Благодаря данному процессу, происходит понижение температуры рабочих частей двигателя. В зависимости от особенностей определенного механизма, различают несколько направлений движения смеси. В первом случае, смесь направляется из начального цилиндра в конечный. Во втором, от коллектора выхода до входного.
Исход из показателей температуры, жидкость поступает по узкой или широкой дуге. При запуске двигателя, рабочие элементы и жидкость, в том числе, обладают низкой температурой. Для быстрого повышения температуры, смесь движется по узкой дуге, не охлаждая радиатор. Во время этого процесса, термостат находиться в замкнутом режиме. Тем самым, достигается оперативный прогрев двигателя.
По ходу повышения температуры элементов двигателя, термостат переходит в свободный режим (открывая крышку). При этом, жидкость начинает проходить через радиатор, двигаясь по широкой дуге. Поток воздуха в радиаторе, охлаждает нагретую жидкость. Вспомогательным элементом для охлаждения, так же, может являться вентилятор.
После создания необходимой температуры, смесь переходит в проводники, расположенные на двигателе. Во время работы автомобиля, процесс оптимизации температуры постоянно повторяется.
На автомобилях — оснащенных турбиной, устанавливается специальный механизм охлаждения с двумя уровнями. В данном, происходит разделение проводников ОЖ. Один из уровней — отвечает за охлаждения двигателя автомобиля. Второй — охлаждает воздушный поток.
Охладительное устройство, является особо важным для правильной работы автомобиля. При возникновении неполадок в нем, двигатель может перегреться и выйти из строя. Как и любая составляющая автомобиля, ОС, требует своевременного обслуживания и ухода. Одним из важнейший элементов для поддержания температурного режима, является охлаждающая жидкость. Данную смесь, необходимо регулярно менять, согласно рекомендациям производителя. При возникновении неисправностей в ОС, не рекомендуется эксплуатировать автомобиль. Это может подвернуть двигатель, влиянию высоких температур. Во избежание серьезных неисправностей, необходимо оперативно диагностировать устройство. Изучив устройство и принцип функционирования, вы сможете определить характер неисправности. При возникновении серьезных неисправностей, обратитесь к профессионалам. Данные знания, так же пригодятся вам в этом. Обслуживайте устройство своевременно и вы существенно увеличите срок ее эксплуатации. Удачи в изучении полезного материала.
Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя.
Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси.
Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии.
Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов).
По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:
Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ). В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор, насос ОЖ, вентилятор, термостат, патрубки, шланги, расширительный бачок. В систему охлаждения также включается радиатор отопителя.
ОЖ, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее - за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от 6 до 12 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора.
Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ. Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые. Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы. Сердцевина таких радиаторов состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора. Наличие пластин улучшает теплоотдачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее круглых, так как поверхность охлаждения их больше; кроме того, в случае замерзания ОЖ в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.
В пластинчатых радиаторах сердцевина устроена так, что охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям пластин. Верхние и нижние концы пластин, кроме того, впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается вентилятором через проходы между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины обычно выполняют волнистыми. Пластинчатые радиаторы имеют большую охлаждающую поверхность, чем трубчатые, но вследствие ряда недостатков (быстрое загрязнение, большое количество паяных швов, необходимость более тщательного ухода) применяются реже.
В сердцевине сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи ОЖ. Чтобы сделать возможной спайку концов трубок, края их развальцовывают так, что в сечении они имеют форму правильного шестиугольника. Достоинством сотовых радиаторов является большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения.
В верхний бачок впаяны заливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга, подводящего ОЖ к радиатору. Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. Шланги прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения от окружающей среды. Она состоит из корпуса, парового (выпускного) клапана, воздушного (впускного) клапана и запорной пружины. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При превышении определенного значения открывается паровой клапан и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При этом возникает опасность сдавливания трубок радиатора. Для предотвращения этого явления служит воздушный клапан, который, открываясь, пропускает внутрь радиатора воздух.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок . В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.
Насос ОЖ обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала - сальник.
Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор . Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры.
Вентилятор может приводиться не от коленвала двигателя, а отдельным электродвигателем. Такое подключение используется наиболее часто, так как позволяет довольно просто осуществлять автоматическое регулирование моментов включения и выключения с помощью термисторного датчика (его электрическое сопротивление изменяется в зависимости от нагрева). Если же работой системы охлаждения управляет контроллер двигателя, то появляется возможность изменения и частоты вращения. Кроме того, вентилятор «реагирует» и на режимы движения. Например, он включается на холостом ходу при езде в пробках для предотвращения перегрева и выключается при загородной езде на высокой скорости, когда естественного обдува радиатора вполне достаточно для его охлаждения.
В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат . Термостат устанавливают в рубашке охлаждения головки цилиндров на пути циркуляции жидкости из рубашки в верхний бачок радиатора. В системах охлаждения используются термостаты с жидкостным и с твердым наполнитетелем.
Термостат с жидкостным наполнителем состоит из корпуса, гофрированного латунного цилиндра, штока и двойного клапана. Внутри гофрированного латунного цилиндра налита жидкость, температура кипения которой 70-75 градусов. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и циркуляция происходит по малому кругу: насос ОЖ - рубашка охлаждения - термостат - насос.
При нагреве ОЖ до 70-75 градусов в гофрированном цилиндре термостата жидкость начинает испаряться, давление повышается, цилиндр, разжимаясь, перемещает шток и, поднимая клапан, открывает путь для жидкости через радиатор. При температуре жидкости в системе охлаждения 90 градусов клапан термостата полностью открывается, одновременно скошенной кромкой закрывает выход жидкости в малый круг, и циркуляция происходит по большому кругу: насос - рубашка охлаждения - термостат - верхний бачок радиатора - сердцевина - нижний бачок радиатора - насос.
Термостат с твердым наполнителем состоит из корпуса, внутри которого помещен медный баллон, заполняемый массой, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Баллон сверху закрыт крышкой. Между баллоном и крышкой расположена диафрагма, сверху которой установлен шток, воздействующий на клапан. В непрогретом двигателе масса в баллоне находится в твердом состоянии, и клапан термостата закрыт под действием пружины. При прогреве двигателя масса в баллоне начинает плавиться, объем ее увеличивается и она давит на диафрагму и шток, открывая клапан.
Контроль температуры ОЖ осуществляется по указателю температуры и при помощи сигнальной лампы перегрева двигателя на щитке приборов. Управление сигнальной лампой и указателем осуществляют датчики, ввернутые в верхний бачок радиатора и в рубашку охлаждения головки цилиндров.
В качестве теплоносителя может применяться вода (в устаревших конструкциях двигателей) или антифриз. Качество ОЖ, применяемой для системы охлаждения двигателя, имеет не меньшее значение для долговечности и надежности его работы, чем качество топлива и смазочных материалов.
Антифризы - охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля, не замерзающие при отрицательной температуре. Даже если температура внешней среды будет ниже минимальной рабочей температуры антифриза, он превратится не в лед, а в рыхлую массу. При дальнейшем понижении температуры эта масса затвердеет, не увеличившись в объеме и не повредив при этом двигатель. Основа антифризов - водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Пропиленгликолевая основа применяется реже. Ее главное отличие – безвредность для человека и окружающей среды, но и более высокая цена при тех же потребительских качествах. Этиленгликоль агрессивен к материалам двигателя, поэтому в него добавляют присадки. Всего их может быть до полутора десятков – противокоррозионных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплектом присадок и определяется качество и область применения антифриза. По типу присадок все антифризы делятся на три большие группы: неорганические, органические и гибридные.
Неорганические (или силикатные) – наиболее «древние» жидкости, в которых в качестве ингибиторов коррозии применяются силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. К этой группе антифризов относится и широко распространенный у нас Тосол (хотя многие ошибочно считают его особым типом ОЖ). Главный их недостаток – малый срок службы из-за быстрого разрушения присадок. Пришедшие в негодность компоненты присадок образуют отложения в системе охлаждения, ухудшая теплообмен. Также возможно образование силикатных гелей (сгустков) в ОЖ.
В наиболее современных органических (или карбоксилатных) антифризах используются присадки на основе солей карбоновых кислот. Такие антифризы, во-первых, образуют значительно более тонкую защитную пленку на поверхностях системы охлаждения, а во-вторых, ингибиторы действуют только в местах появления коррозии. Следовательно, присадки расходуются намного медленнее, тем самым существенно повышая срок службы антифриза.
Промежуточное положение между органическими и неорганическими антифризами занимают гибридные. Их пакет присадок в основном включает соли карбоновых кислот, но и небольшую долю силикатов или фосфатов.
Антифризы выпускаются либо в виде концентратов, либо в виде готовых к применению жидкостей. Концентрат перед применением нужно разбавить дистиллированной водой. Пропорция определяется необходимой минимальной температурой замерзания антифриза. Основа антифризов бесцветна, поэтому производители окрашивают их в разные цвета с помощью красителей. Это делается для облегчения контроля уровня антифриза и предупреждения о токсичности жидкостей. Совпадение цвета не всегда является свидетельством совместимости антифризов.
В современных двигателях система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения отработавших газов в системе их рециркуляции (EGR), охлаждения масла в автоматической коробке передач, охлаждения турбокомпрессора. Некоторые двигатели с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом имеют двухконтурную систему охлаждения. Один контур предназначен для охлаждения головки блока цилиндров, другой – блока цилиндров. В контуре, охлаждающем ГБЦ, поддерживается температура на 15-20 градусов ниже. Это позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации. Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом.
Внешними признаками неисправностей системы охлаждения является перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев двигателя возможен в результате следующих причин: недостаточное количество ОЖ, слабое натяжение или обрыв ремня насоса ОЖ, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность выпускного (парового) клапана пробки радиатора или расширительного бачка, неисправность насоса ОЖ.
Заедание термостата в закрытом положении прекращает циркуляцию жидкости через радиатор. В этом случае двигатель перегревается, а радиатор остается холодным. Недостаточное количество ОЖ возможно в случае ее утечки или выкипания. Если уровень ОЖ понизился в результате выкипания – следует долить дистиллированной воды, если жидкость вытекла – доливается антифриз. Открывать пробку радиатора или расширительного бачка можно только когда ОЖ достаточно остынет (10-15 минут после остановки двигателя). В противном случае находящаяся под давлением ОЖ может выплеснуться и причинить ожоги. Вытекание жидкости происходит через неплотности в соединениях патрубков, трещин в радиаторе, расширительном бачке и рубашке охлаждения, при повреждении сальника насоса ОЖ, пробки радиатора или повреждении прокладки головки блока цилиндров. При эксплуатации автомобиля необходимо следить не только за уровнем, но и за состоянием антифриза. Если его цвет становится рыже-бурым, значит, детали системы уже коррозируют. Такой антифриз подлежит немедленной замене.
Переохлаждение двигателя может происходить из-за заедания термостата в открытом положении, а также при отсутствии утеплительных чехлов в зимнее время. Если закрытая система охлаждения негерметична, то повышенное давление в ней не создается и двигатель не прогревается до рабочей температуры. А раз двигатель не прогревается, ЭБУ постоянно обогащает смесь. Таким образом, негерметичная система охлаждения увеличивает расход топлива. Систематическая работа двигателя на обогащенной смеси приводит к разжижению масла, увеличению нагарообразования, быстрому выходу из строя каталитического нейтрализатора.
За стабильную и безотказную работу ДВС (двигателя внутреннего сгорания) в каждом автомобиле отвечает система охлаждения двигателя. Ведь если должным образом не будет происходить охлаждение, это может привести к перегреву ДВС, а далее к дорогостоящему ремонту. Речь в представленной статье пойдет о системе охлаждения двигателя, ее принципе работы и устройстве, а также решении некоторых проблем, возникающих во время работы.
Главная функция системы охлаждения заключается в отведение избыточного тепла, исходящего от ДВС и предотвращение его перегрева. А в зимний период времени она обеспечивает, обогрев салона автомобиля при помощи радиатора отопителя. В стандартных системах циркуляции она охлаждает нагреваемые детали, а в современных автомобилях выполняет еще ряд дополнительных функций, таких как:
Принцип работы системы охлаждения двигателя выглядит таким образом: цилиндры, находящиеся в блоке цилиндров, окружены так называемой «водяной подушкой» из охлаждающей жидкости (ОЖ), которая постоянно циркулирует, благодаря чему достигается оптимальная рабочая температура.
В качестве ОЖ используют антифриз и тосол, а в качестве исключения можно добавить дистиллированной воды.
Со временем эти жидкости выпадают в осадок, что негативным образом сказывается на нормальном охлаждении. Для того, чтобы это не допустить, следует выполнять замену ОЖ согласно регламенту сервисной книжки. Чтобы понять, как работает система охлаждения двигателя, первым делом необходимо рассмотреть схему устройства.
Схема системы охлаждения двигателя состоит из таких непосредственных деталей:
Такие схемы практически схожи для дизельных и бензиновых двигателей, есть лишь небольшая разница в самом принципе работы дизельного движка. Каждая из деталей играет важную роль для стабильной и правильной работы системы охлаждения двигателя, и, если одна из них выйдет из строя, это может повлечь за собой перегрев ДВС, и в следствие приведет затратному по времени и деньгам ремонту. Необходимо каждый элемент рассмотреть по отдельности.
Радиатор системы охлаждения двигателя является одним из главных элементов и предназначен для рассеивания в атмосферу тепла, отведенного от ДВС охлаждающей жидкостью, а также отвечает за состояние температуры движка. Конструктивно радиатор изготовлен из множества трубочек с ребрами, которые увеличивают теплоотдачу.
Вентилятор системы охлаждения двигателя предназначен для повышения эффективности работы радиатора. Их существует 3 вида, в зависимости от привода:
Наиболее распространенные вентиляторы с электрическим приводом. Работа вентилятора приводится в действие при срабатывании датчика ОЖ, тем самым усиливая воздушный поток. В случае, когда забились соты радиатора, их можно попробовать почистить при помощи специальных средств, иногда такой способ помогает.
Помпа в автомобиле предназначена для постоянной циркуляции, работающей ОЖ. В водяном насосе зачастую существует два привода: ременный или шестеренный. В автомобили, у которых ДВС дополнительно оснащен турбонадувом, помимо основной помпы, устанавливается еще дополнительная, которая обеспечивает более эффективное охолаживание турбокомпрессора и надувочного воздуха.
«Водяная рубашка» — это система каналов для циркуляции ОЖ, которые проходят через головку блоков цилиндров (ГБЦ) и служат для вывода избыточного тепла, тем самым охлаждая двигатель внутреннего сгорания.
Следующий не маловажный узел – это термостат. Главное его предназначение в системе охлаждения двигателя заключается в регулировке потоков ОЖ, ускорении прогрева двигателя и поддержании заданной рабочей температуры при всех режимах работы ДВС. Устанавливается термостат зачастую в патрубке, выходящем из радиатора.
При высокой температуре ДВС в термостате отрывается клапан и ОЖ циркулирует по большому кругу, подключая к работе радиатор. Иными словами, в том случае, когда термостат закрыт, он продвигает охлаждающую жидкость по малому кругу в «водяной рубашке», а когда он открыт, то направляет жидкость в радиатор.
Визуально радиатор отопителя схож с основным радиатором, однако он меньших размеров и устанавливается внутри салона автомобиля. Главная его задача заключается в обогреве салона автомобиля в зимний период времени. К слову, его поломка является распространенной неисправностью зимой, а, например, у автомобилей Калина, он часто проваливается из-за неудобного крепления, и в следствии перестает поступать тепло в салон автомобиля.
Расширительный бачок системы охлаждения двигателя предназначен для поддержания необходимого уровня ОЖ. Со временем при работе и изменении температуры жидкости, меняется и ее объем, что необходимо компенсировать доливкой ОЖ. Необходимо всегда следить за уровнем и в случае минимально допустимого уровня доливать ее. Также немаловажной деталью является крышка-клапан расширительного бачка.
За время эксплуатации автомобиля могут возникать различные неисправности с охлаждением. Следует рассмотреть наиболее распространенные: воздух в системе охлаждения, давление в системе, поломка термостата или помпы, течь.
Завоздушеность, пожалуй, самая распространенная неисправность, которая встречается, виной ее является воздух, попавший в систему во время доливки ОЖ. Для того, чтобы устранить, следует стравить воздух.
Избыточное давление в системе охлаждения двигателя может повредить резиновые патрубки или радиаторы. Проще говоря, их может просто разорвать. Допустимые показатели варьируются в пределах от 1,2 до 2,0 атмосфер. За нормальное давление отвечает крышка-клапан расширительного бачка, которая в случае необходимости открывается и выпускает лишний пар.
В случае выхода из строя термостата или помпы такая поломка устраняется путем замены на новую деталь. Бывают случаи, когда автомобилист обнаружил следы течи, а до ближайшего СТО еще необходимо доехать, тогда чтобы не перегреть ДВС используют герметик для системы охлаждения двигателя. Он предназначен для создания пломбы в месте утечки, однако, часто его использовать не рекомендуется, это лишь крайняя мера.
Ремонт системы охлаждения двигателя можно выполнить самостоятельно, однако если у автомобилиста мало навыков, лучше это дело доверить специалистам с СТО.
Пришло время подвести итоги по изложенной информации. Охлаждение ДВС играет немаловажную роль для правильной и стабильной работы автомобиля. Следует не забывать следить за состоянием узлов, отвечающих за охлаждение, а по мере ухода ОЖ из расширительного бачка доливать ее.
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 двигателя дает возможность быстрого прогрева двигателя и предохраняет его от перегрева, поддерживая оптимальную температуру. Радиатор соединен трубкой с расширительным бачком. Горловину радиатора закрывает пробка, оснащенная предохранительным клапаном, сбрасывающем излишек нагретой жидкости из радиатора в расширительный бачок, а также впускной клапан, дающий возможность возврата жидкости в радиатор в случае снижения температуры двигателя.
У пробки в положении «закрыто» выступы должны прилегать к бачку. Уровень жидкости проверяется на расширительном бачке. В случае снижения уровня жидкости ниже метки «LOW», необходимо ее долить столько, чтобы уровень поднялся до отметки «FULL».
Насос охлаждающей жидкости, установленный в передней части корпуса двигателя, приводится в движение зубчатым ремнем механизма газораспределения.
Рис. Составные части системы охлаждения в машине (радиатор, расширительный бачок, вентилятор): 1 — радиатор, 2 — пробка радиатора, 3,4,5 — элементы крепления, 6 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 8 — двигатель вентилятора, 9 — расширительный бачок, 10 — трубка, соединяющая радиатор с расширительным бачком
Рис. Составные части системы охлаждения (магистрали подачи жидкости): 1 — крышка термостата, 2 — прокладка крышки, 3 — термостат, 4 — подводящий шланг радиатора, 5 — отводящий шланг радиатора, 6 — подводящий шланг двигателя, 7 — приемный патрубок двигателя, 8 — прокладка, 9 — подводящий шланг радиатора обогревающего устройства, 10 — отводящий подводящий шланг радиатора обогревающего устройства.
В жидкостных системах охлаждения поршневых двигателей циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора.
Основные части жидкостной системы охлаждения:
