Система охлаждения двигателя автомобиля: устройство и принцип работы

Устройство автомобилей

Виды жидкостных систем охлаждения

Жидкостная система охлаждения может быть термосифонной и принудительной , открытой и закрытой .
Большинство современных автомобильных двигателей оснащены принудительной системой охлаждения закрытого типа из-за ряда существенных преимуществ.

При термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует по рубашке охлаждения и соединенному с ней радиатору благодаря разнице плотности горячей и холодной жидкости в верхней и нижней части системы (горячая жидкость поднимается, а холодная опускается самотеком, без применения перекачивающих устройств). Такая система проста, но малоэффективна и требует радиатор увеличенной емкости.
Поэтому термосифонная система жидкостного охлаждения распространения на автомобильных двигателях не получила; обычно применяется принудительная система охлаждения, в которой циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается жидкостным насосом.

Открытая система сообщается с окружающей средой (атмосферой) непосредственно, т. е. в такую систему постоянно может поступать воздух, а из системы выпускаться пар.
Закрытая система сообщается с окружающей средой посредством специальных клапанов, размещенных в пробке радиатора или крышке расширительного бачка. Такая система сообщается с атмосферой лишь в случае значительного превышения давления в ней, выпуская пар и горячий воздух через клапана. Это позволяют поднять давление и температуру кипения охлаждающей жидкости, благодаря чему можно уменьшить габаритные размеры радиатора.

Закипевшая охлаждающая жидкость резко снижает эффективность системы охлаждения, так как в этом случае в жидкости образуются пузырьки пара, препятствующие циркуляции жидкости и теплообменным процессам. Поэтому современные автомобильные двигатели оснащаются закрытой системой охлаждения, позволяющей использовать более высокий нагрев жидкости без закипания.

Устройство и работа жидкостной системы охлаждения

В классическом исполнении жидкостная система охлаждения двигателя состоит из жидкостного и воздушного трактов. Жидкостный тракт системы включает в себя (см. рис. 1) : рубашку 6 охлаждения, термостат, радиатор 1, жидкостный насос 5, расширительный бачок 4 и трубопроводы.

Воздушный тракт системы состоит из радиатора 1, вентилятора 9 и направляющих элементов тракта (диффузора).

Принцип действия системы охлаждения заключается в следующем: жидкостный насос 5, приводимый от коленчатого вала двигателя, засасывает охлаждающую жидкость из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения 6. Проходя по каналам и полостям рубашки, жидкость забирает избыток теплоты у цилиндров и головки блока цилиндров, охлаждая детали.
Затем охлаждающая жидкость через систему патрубков и термостат поступает в верхний бачок 12 (рис. 1,б) радиатора, откуда по множеству трубок, составляющих сердцевину радиатора, скатывается в нижний бачок, отдавая по пути теплоту и охлаждаясь.
Далее охлаждающая жидкость опять засасывается насосом и циркуляция повторяется.
Описанный путь охлаждающей жидкости называют циркуляцией по большому кругу (рис. 2,б) .

На пути охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в верхнем патрубке устанавливается специальный прибор — термостат, представляющий собой температурный клапан, который автоматически, в зависимости от степени нагрева, изменяет направление движения охлаждающей жидкости.
Если жидкость холодная, т. е. еще не прогрелась до рабочей температуры, клапан термостата перекрывает проход жидкости в радиатор и направляет ее сразу в насос, откуда она вновь поступает к рубашке охлаждения двигателя.
Такой путь жидкости, когда она перемещается, минуя радиатор, называется циркуляцией по малому кругу (рис. 2,а) .

По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев до рабочих температур. Когда двигатель прогревается, термостат обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по большому кругу, через радиатор.

Клапан термостата начинает открываться, пропуская охлаждающую жидкость в радиатор при температуре 70…87 ˚С.

Интенсивному охлаждению жидкости в радиаторе способствует поток воздуха, создаваемый вентилятором 9. Скорость потока охлаждающего воздуха зависит от скорости движения автомобиля. Изменить скорость воздушного потока можно с помощью жалюзи 2 (рис. 2,а) , установленных перед радиатором.
На современных автомобилях изменение интенсивности обдува радиатора воздухом осуществляется автоматическими устройствами, например, вентиляторами с приводом от управляемого термодатчиком электродвигателя, гидромуфтами различных конструкций и т. п.

Охлаждающая жидкость может подводиться к рубашке охлаждения двигателя через нижний пояс цилиндров, верхний пояс и головку блока цилиндров. Подвод охлаждающей жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, которые допускают повышение температуры головки блока цилиндров, способствующее лучшему воспламенению рабочей смеси от сжатия.

В двигателях с принудительным воспламенением, склонных к детонации при наличии в камере сгорания перегретых зон, охлаждающая жидкость подводится через верхние пояса (рис. 1,б) или даже через головку блока цилиндров (рис. 1,в) . В последнем случае нагретые участки головки блока цилиндров охлаждаются наиболее интенсивно.

Для подвода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения иногда применяют водораспределительные трубы 14 (рис. 1,в) , имеющие окна против каждого цилиндра. Благодаря этому достигается параллельный подвод охлаждающей жидкости одинаковой температуры ко всем цилиндрам и улучшается равномерность их охлаждения.

Контроль над работой системы охлаждения осуществляется с помощью датчиков и указателя температуры, а также сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости.

Датчики устанавливаются в системе охлаждения двигателя, а указатель и сигнализатор – на приборной доске (щитке приборов) в кабине водителя.

Теплота, отводимая жидкостью от деталей двигателя, используется для подогрева впускного трубопровода, улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:

• Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
• Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
• Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.

Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).

Что такое система охлаждения

Это система, посредством которой достигается отведение избытка тепла от автомобильного двигателя и других деталей.

Обычно это достигается путем кругового движения охлаждающей жидкости (тосол или антифриз), проходящей через специальные охлаждающие каналы. Есть два типа системы охлаждения: воздушный и водяной (жидкостный).

Некоторые двигатели охлаждаются воздушным потоком, проходящим непосредственно через корпуса цилиндров (воздушная система охлаждения).

Помимо поддержания нормальной рабочей температуры движка, данный автомобильный узел выполняет еще несколько важных функций:

• охлаждает автоматическую коробку передач;
• охлаждает выхлопные газы, а также масло;
• обеспечивает работу систем отопления и кондиционирования.

Устройство и принцип работы водяного типа

Для начала, давайте разберем, как работает водяная система охлаждения. На сегодняшний день, она наиболее распространена. Поскольку позволяет равномерно и эффективно охладить все детали, при любых условиях. Ее функционирование обеспечивают следующие элементы:

• термостат с клапаном;
• центробежная помпа;
• радиатор охлаждения масла;
• радиатор охлаждающей жидкости;
• вентилятор;
• расширительный бак;
• теплообменник обогревателя;
• патрубки: верхний, нижний;
• насос ОЖ;
• шланги.

Конструкция и устройство зависят от модели авто.

ГБЦ (головки блока цилиндров) мотора с водяным охлаждением имеют систему каналов, по которым движется тосол. Все они в верхней части конструкции сходятся к одному выходу.

Центробежная помпа, приводимая в движение шкивом и ремнем от коленвала, подает нагретый антифриз из мотора к радиатору, который является разновидностью теплообменника и имеет особую пластинчатую структуру. Такое строение, обеспечивает огромную площадь рабочей поверхности для более эффективного отвода тепла.

Отсюда избыток тепла отправляется в воздушный поток, а затем охлажденная жидкость возвращается во впускное отверстие, в нижней части блока и снова движется к двигателю. Цикл повторяется снова и снова.

Наряду с основным радиатором могут устанавливаться два дополнительных: для охлаждения масла и отработанных газов. Функционирование радиатора отработанных газов обеспечивается дополнительным насосом.

В отличие от радиатора, теплообменник отопителя нагревает проходящий, через него воздух, который направляется в салон. Для наибольшей эффективности он устанавливается на выходе нагретого тосола из мотора.

В исправном двигателе охлаждающая жидкость имеет температуру чуть ниже точки кипения. Закипание антифриза предотвращается повышенным давлением, в результате чего температура кипения также становится несколько выше. Современные модели автомобилей имеют герметичную систему охлаждения, где для компенсации изменений в объеме тосола, используется расширительный бачок. Через него, также проводится долив жидкости в систему.

Чтобы система функционировала, радиатору необходим постоянный доступ сердечника к холодному воздуху. Когда автомобиль находится в движении, то радиатор получает достаточно сильный поток воздуха, но когда машина неподвижна, либо перемещается с малой скоростью, поток воздуха направляется силой вентилятора.

Вентилятор приходит в движение от мотора, но если двигатель работает при малой нагрузке, его использование не всегда является оправданным, поскольку это приводит к бесполезному расходу топлива.

В качестве решения данной проблемы, производители авто используют специальную муфту, работающую от термочувствительного клапана, который не включает вентилятор до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет заданного значения.

Некоторые машины имеют вентилятор с электроприводом, также включаемый и выключаемый датчиком температуры.

Чтобы, дать двигателю быстро набрать необходимую рабочую температуру, циркуляция жидкости к радиатору перекрывается термостатом, обычно расположенным над помпой. Термостат имеет клапан, работающий от камеры, заполненной воском. Когда движок нагревается, он плавится, расширяется и переводит клапан в положение «открыто», позволяя тосолу течь через радиатор.

Когда работа мотора останавливается, а температура снижается, клапан снова закрывается.

Контроль за работой системы охлаждения осуществляется системой управления двигателем. За основу берется математическая модель, учитывающая в себе множество параметров (температуру антифриза, масла, воздушного потока и многих других). На основании этих данных, рассчитываются наилучшие условия работы всех исполнительных устройств.

Воду не желательно использовать, в качестве охлаждающей жидкости. В летний период, есть вероятность перегрева двигателя. Зимой ее использование, чревато серьезными поломками. Так замерзание в системе, может привести к разрыванию патрубков и даже блока мотора.

Как и все тела, вода при понижении температуры начинает уменьшаться в объеме. Так происходит до 4 °С. При приближении к нулю и переходе в твердое состояние она начинает расширяться. Если она замерзает в моторе, то может разорвать блок или радиатор. Поэтому желательно использовать всевозможные антифризы, которые представляют собой воду с добавлением к ней различных присадок. Их введение снижает температуру замерзания до безопасного уровня и препятствует появлению коррозии.

Антифриз не следует сливать каждое лето, его можно менять один раз в 2-3 года или каждые 40000 км пробега.

Воздушная система охлаждения

В таком моторе ГБЦ имеет на своей наружной поверхности специальные ребра. Они несколько шире в верхней части, где выделяется наибольшее количество тепла.

Основные элементы при данном типе охлаждения:

• ребра на головках цилиндов;
• воздуховоды;
• вентилятор, который приводится в работу мотором;
• масляный радиатор.

Воздуховод проходит вокруг ребер, а вентилятор направляет воздушный поток через него, чтобы отводить тепло.

Термочувствительный клапан контролирует объем воздуха, подаваемого вентилятором, и поддерживает постоянную температуру даже в холодную погоду.

Данный тип охлаждения имеет ряд недостатков:

• потеря мощности на приводе вентилятора;
• чрезмерное нагревание отдельных деталей;
• повышенный шум;
• трудности с использованием полученного тепла для обогрева салона;
• невозможность установить блочный тип расположения цилиндров.

Ввиду данных особенностей, такая система охлаждения используется крайне редко.

Возможные неисправности

Как видим, система охлаждения является очень важной для нормальной работы вашего авто. И любые неисправности могут привести к серьезным последствиям, прежде всего к перегреву двигателя.

Итак, существуют следующие типы неисправностей данного автомобильного узла:

1. Проблемы с радиатором. Наиболее часто причиной выхода из строя данной детали, является наружное и внутреннее загрязнение. Наружное связано с попаданием в него с потоком воздуха грязи, пыли, листьев, насекомых. Внутреннее – с образованием налета из-за использования грязной воды или некачественного тосола, который буквально закупоривает отверстия в сердечнике.
2. Разгерметизация и потеря жидкости. Чаше всего это происходит из-за ослабления стяжки и других соединительных элементов, повреждения соединительных шлангов, износа резиновых элементов, рассыхания пластика.
3. Не работает термостат или его клапан.
4. Поломка насоса, в результате чего будет наблюдаться полное либо частичное прекращение циркуляции охлаждающей жидкости.
5. Сломан вентилятор. Причин у данной поломки несколько: вышел из строя электродвигатель или муфта, отошла проводка.

Все эти неисправности могут нарушить циркуляцию охлаждающей жидкости, в результате чего температура двигателя повысится до критической. Перегрев ведет к нарушению герметичности, плавлению резиновых деталей, задиру головок блока цилиндров, появлению дефектов в металле, потере масло-смазочных свойств и многих других неприятностей.

Первым, на что стоит обратить внимание при осмотре деталей, следы подтеков охлаждающей жидкости, элемент будет выглядеть «запотевшим». Антифриз является довольно текучей жидкостью, поэтому протекает даже в самые маленькие трещинки и зазоры. Он может распространиться на рабочие узлы, которые находятся далеко за пределами системы охлаждения.

Еще одним важным параметром, выход за нормы которого, может привести к неполадкам — давление. Как известно, оно является довольно высоким и в норме составляет 1,2-2 атм. Для его регулировки используется расширительный бачок с клапаном, куда выводится избыток тосола. Если по какой-то причине клапан не сработал, то значение данного параметра становится критическим. Это может привести к разрыву и поломке многих деталей. В первую очередь страдают резиновые шланги и патрубки, а также прокладки.

Чтобы избежать проблем, регулярно проводите профилактические осмотры, вовремя меняйте износившиеся детали, следите за уровнем антифриза в баке и доливайте при необходимости. Используйте только качественный антифриз и старайтесь, без острой необходимости, не использовать обычную воду, в качестве охлаждающей жидкости.

Регулярно поглядывайте на приборную панель, на термометре охлаждающей жидкости не должно быть резких скачков значений. Если же данное явление имеет место быть, то это свидетельствует о возможной неисправности термостата или помпы, а также о завоздушивании системы. Значительно увеличить срок службы деталей, поможет регулярная промывка системы охлаждения двигателя.

Типы привода вентилятора радиатора

Привод вентилятора осуществляет его вращение.
Привод бывает трех видов:

• механический;
• гидромеханический;
• электрический.

Самый простой тип — механический. Он представляет собой постоянный привод от коленчатого вала посредством ременной передачи. Запуск вентилятора происходит одновременно с включением двигателя. Стоит принять во внимание, что данный привод снижает мощность мотора, так как тратит много энергии на вращении вентилятора.

В настоящее время такой тип привода вентилятора практически не используется.

У гидромеханического типа привода в отличии от предыдущего, лопасти соединяются со шкивом с помощью муфты (вязкостной или гидравлической).

Вязкостная муфта соединена с коленвалом мотора. Блокировка муфты происходит, если температура силиконовой жидкости, заполняющей муфту, повышается. Это приводит в повышению нагрузки на двигатель. В свою очередь, блокировка муфты способствует включению вентилятора. В гидравлической муфте блокировка происходит за счет изменения объема масла.

Самый распространенный тип привода в современных легковых машинах — электрический.
Он состоит из датчика, электронного блока управления двигателем, реле включения двигателя и непосредственно электродвигателя. Датчик фиксирует температуру охлаждающей жидкости в двигателе. Если она поднимается выше нормы, датчик передает сигнал в электронный блок управления, который, в свою очередь, его обрабатывает и активирует реле включения вентилятора.

В автомобилях с климат-контролем, обычно находятся два вентилятора, которые обслуживают каждый свой реле включения.

Жидкостная система охлаждения

Жиддкостная система охлаждения более инерционна, двигатель медленно прогревается, но и медленно остывает. Кроме того, большая теплоемкость охлаждающей жидкости обеспечивают интенсивный и равномерный теплоотвод и меньшую температуру деталей.

Теплота, отводимая от двигателей, используется для подогрева впускного трубопровода и улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.

Приборы системы охлаждения:

радиатора 3, вентилятора 1, жидкостного насоса 8, рубашки охлаждения блока цилиндров, рубашки охлаждения головки блока цилиндров, термостата 10, патрубков 6,17 шлангов 9, расширительного бачка, приборов контроля температуры жидкости 13, сливных краников 18, 19.

Промывка

Промывка системы охлаждения двигателя — процесс, которым очень многие водители нередко пренебрегают, что рано или поздно может вызвать фатальные последствия.

Производить подобные работы рекомендуется одновременно с заменой охлаждающей жидкости. Принимая во внимание модель автомобиля и его марку, делать это необходимо от 1-го раза в календарный год до одного раза в три года.

Признаки того, что пора промывать

1. Если стрелка указателя температуры находится не в середине, а стремится к красной зоне во время движения;
2. В салоне холодно, печка отопления не дает достаточную температуру;
3. Вентилятор радиатора включается слишком часто

Промыть систему охлаждения простой водой невозможно, поскольку в системе концентрируются загрязнения, которые не удаляются даже водой, нагретой до высоких температур.

Накипь удаляется с помощью кислоты, а жиры и органические соединения – исключительно щелочью, заливать же в радиатор одновременно оба состава нельзя, так как они согласно законам химии взаимонейтрализуются. Производители средств для промывки, пытаясь решить эту проблему, создали целый ряд средств, которые условно можно разделить на:

• щелочные;
• кислотные;
• нейтральные;
• двухкомпонентные.

Первые два слишком агрессивны и в чистом виде почти не используются, так как опасны для системы охлаждения и требуют нейтрализации после использования. Реже встречаются двухкомпонентные виды очистителей, содержащие оба раствора — щелочной и кислотный, которые заливаются поочередно.

Наибольшую востребованность имеют нейтральные очистители, не содержащие в своем составе сильных щелочей и кислот. Эти средства обладают разной степенью эффективности и могут использоваться как для профилактики, так и для капитальной промывки охлаждающей системы мотора от сильных загрязнений.

Промывка системы охлаждения

Промывка системы охлаждения

1. Сливается антифриз, тосол или вода. Перед этим необходимо на пару минут завести двигатель.
2. Залить в систему воду и очиститель.
3. Включить двигатель на 5-30 минут (зависит от марки очистителя) и включить обогрев салона.
4. По истечении обозначенного в инструкции времени двигатель нужно заглушить.
5. Слить отработанный очиститель.
6. Произвести промывку водой либо специальным составом.
7. Залить свежую охлаждающую жидкость.

Работы по промывке системы охлаждения просты и доступны: их могут выполнять даже неопытные автовладельцы. Эта операция существенно продлевает моторесурс двигателя и поддерживает его эксплуатационные характеристики на высоком уровне.

Основные элементы системы охлаждения

Радиатор

Рисунок 4.33 Радиатор.

Представляет собой набор тонких трубок, на которые нанизаны тонкие пластины для увеличения площади поверхности, предназначенной для отвода тепла. Вся работа радиатора заключается в том, чтобы охлаждать жидкость, которая циркулирует в его трубках.

На рисунке 4.34 приведен пример участка радиатора с различными вариантами исполнения.

Рисунок 4.34 Варианты исполнения радиатора системы охлаждения.

На верхней и нижней частях радиатора могут быть бачки, к которым подсоединены верхний и нижний патрубки системы охлаждения соответственно. Если есть бачки, то в верхнем, обычно расположена горловина для заливания охлаждающей жидкости. Если бачков нет, то горловина располагается прямо на радиаторе.

Для лучшего охлаждения жидкости трубки делают плоскими и располагают рядами в шахматном порядке. Поперек трубок установлены в большом количестве тонкие латунные пластины, называемые охлаждающими ребрами, которые увеличивают поверхность охлаждения сердцевины и способствуют более интенсивной отдаче тепла от воды воздуху, проходящему через сердцевину.

В системе охлаждения закрытого типа горловину радиатора плотно закрывают специальной пробкой с двойным паровоздушным клапаном (смотрите рисунок 4.35). Воздушный клапан пробки нагружен слабой пружиной и пропускает внутрь радиатора атмосферный воздух, устраняя возможность возникновения в бачке радиатора разрежения, появляющегося при конденсации паров воды. Паровой клапан нагружен более сильной пружиной и открывается для выпуска пара только тогда, когда давление в радиаторе превышает атмосферное и доходит до 1,28—1,38 кг/см2.

Рисунок 4.35 Крышка радиатора.

Водяной насос

Водяной насос (он же помпа) заставляет охлаждающую жидкость циркулировать по системе. Тип насоса – центробежный. Вращается насос при помощи приводного ремня, установленного на шкив коленчатого вала.

Насос представляет собой довольно простую конструкцию: вал, на одном конце которого установлена крыльчатка (показана на рисунке 4.36), а на втором – шкив для приводного ремня. Вал опирается на подшипник, установленный в крышке помпы. Зачастую корпусом для насоса служит полость или прилив в блоке цилиндров. Вода по подводящему патрубку поступает внутрь корпуса и подводится к центру вращающейся крыльчатки. При этом вода увлекается крыльчаткой, приобретает вращательное движение, под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса и через выходной канал под напором поступает в водяную рубашку двигателя.

Рисунок 4.36 Водяной насос. Крыльчатка.

Вентилятор

В былые времена вентилятор устанавливался на одной оси с валом водяного насоса, жестко крепился к приводному шкиву и гнал воздух для дополнительного охлаждения радиатора постоянно, пока работал двигатель, так как привод был от коленчатого вала. Летом это, может, и хорошо, а вот зимой, когда температуры окружающего воздуха и так достаточно для охлаждения, дополнительное охлаждение не на пользу. Так же при движении на автомобиле летом, когда часто приходится стоять в пробках, а двигателю работать на низких оборотах, охлаждение будет недостаточное ввиду отсутствия нормального потока воздуха от вентилятора.

Примечание
Здесь стоит отметить важность определенного (довольно узкого) диапазона рабочей температуры двигателя вне зависимости от времени года или нагрузки при работе. Как вывод: перегрев плохо, но и переохлаждение далеко не на пользу.

Но прогресс не стоял и не стоит на месте, потому, поняв, что в постоянно «включенном» вентиляторе пользы ни зимой, ни летом нет, решили установить вентилятор с электромотором, который включается по команде датчика температуры. Удобно – автомобиль быстро прогревается, а при достижении определенной температуры, начинает работать электровентилятор. В современных автомобилях у электровентилятора еще и два режима работы: быстрый и медленный. Управляет этим электроника.

Но есть и еще один способ заставить без электроники работать вентилятор в заданных режимах работы – установить вяскостную муфту. Эта муфта приводится во вращения ремнем от шкива коленчатого вала. Вентилятор «сидит» на оси и при отсутствии надобности в нем не вращается. Как только возникает необходимость в охлаждении, муфта срабатывает и вентилятор начинает вращаться, как бы соединяясь через приводной ремень с коленчатым валом.

Термостат

Термостат — это клапан, установленный в корпус, который открывается при прогреве охлаждающей жидкости до нормальной рабочей температуры. Пример устройства и работы термостата приведен на рисунке 4.37. Система охлаждения двигателя устроена так, что имеет два круга обращения – малый и большой. Когда клапан термостата закрыт, охлаждающая жидкость при помощи водяного насоса циркулирует только в пределах головки и блока цилиндров, таким образом она быстро прогревается (малый круг). По мере прогрева охлаждающей жидкости, в частности, и двигателя в целом, начинает открываться клапан термостата, пуская охлаждающую жидкость циркулировать через радиатор – большой круг.

Примечание
При чрезмерном перегреве охлаждающей жидкости мощность двигателя и его экономичность снижаются. Если же охлаждающая жидкость, а следовательно, и двигатель, не прогреваются, то увеличивается конденсация топлива, вызывающая смывание смазки со стенок цилиндров и разжижение ее в картере, а также возрастают тепловые потери, что ведет к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива.

Рисунок 4.37 Работа термостата.

Воздушная и жидкостная системы охлаждения

Существуют две разновидности систем охлаждения двигателя: воздушная и жидкостная. В современном автотранспорте, как правило, применяют жидкостную систему охлаждения — воздушную же используют в мототехнике и небольших генераторных установках.

Воздушная система охлаждения

Как следует из названия, в такой системе для отвода излишнего тепла от двигателя используется поток воздуха. Это конструктивное решение широко применяли в 60-70-х годах ХХ века такие производители как Fiat, Volkswagen и другие — в том числе, отечественный «Запорожец».

При воздушной системе охлаждения тепловой режим двигателя определяют температурой масла в системе смазки, которая должна находиться в пределах 70-110 °С.

Основные недостатки воздушной системы охлаждения:

• значительные затраты мощности на привод вентилятора;
• повышенный уровень шума при работе;
• ухудшение наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью;
• воздушные потоки направляются неравномерно — это может привести к локальному перегреву;
• большая тепловая напряженность отдельных деталей может привести к перегреву двигателя.

Именно поэтому современные производители отдают предпочтение жидкостной системе охлаждения.

Жидкостная система охлаждения

Эту систему охлаждения устанавливают на современные автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Детали двигателя, подвергающиеся нагреву, охлаждаются при помощи жидкости. В отдельных случаях это может быть вода или тосол, но самое распространенное решение — антифриз.

Для предупреждения неполадок обычному автовладельцу достаточно знать несколько ключевых моментов.

Функции системы охлаждения двигателя автомобиля

Помимо основной функции в виде отвода тепла от мотора, система охлаждения двигателя (сокращенно СОД) выполняет и другие задачи:

• Охлаждения смазывающих жидкостей в автоматических коробках передач;
• Охлаждения выхлопных газов в системе рециркуляции отработавших газов;
• Охлаждения воздуха в системе турбонаддува;
• Охлаждения систем смазки двигателя;
• Нагрева воздуха в системе отопления и кондиционирования.

Выход из строя или низкая эффективность работы системы охлаждения ведет к повышенному износу и выходу из строя двигателя деталей двигателя. Рабочая температура современных бензиновых двигателей составляет 100-120°C (или 70-90°C для дизельных моторов), а с учетом облегченных конструкций нынешних моторов и увеличенной мощностью по отношению к объему даже кратковременный перегрев гарантирует мгновенную или очень скорую поломку двигателя. Поэтому правильная работа системы охлаждения в современных автомобилях является гарантом работоспособности и ресурса силовой установки.

Устройство, конструкция, принцип работы

Жидкостная система охлаждения

Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.

В ее состав входит:

1. Рубашка охлаждения
2. Водяной насос
3. Термостат
4. Радиаторы
5. Соединяющие патрубки
6. Вентилятор

При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – антифриз, при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.

1. Рубашка охлаждения

Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.

2. Помпа

Так выглядит водяная помпа

В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.

Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.

3. Радиатор

При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть двигатель быстро бы перегревался. Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен радиатор.

Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними. Чтобы обеспечить лучший теплообмен, радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь). Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.

Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.

Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и отопление салона. Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.

Видео: Перегрев двигателя. Последствия перегрева.

4. Термостат

Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.

Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.

Устройство и принцип работы термостата

Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем антифриза или тосола увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.

Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).

Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.

Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.

5. Вентилятор, датчики

Принцип работы вентилятора системы охлаждения

Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.

Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.

Дополнительно в конструкцию входит также температурный датчик, который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».

Уход за системой охлаждения

Элементарные правила эксплуатации СО и их соблюдение позволяет автовладельцам избегать, или минимизировать негативное воздействие неисправностей на работу машины. Следует постоянно контролировать уровень охлаждающей жидкости в системе. Её объём может меняться, а зависит это от условий эксплуатации автомобиля. Если уровень ОЖ понижается постоянно, значит, нужно искать место утечки тосола. Нередко пятна ОЖ обнаруживаются на узлах и агрегатах в моторном отсеке. Перегрев двигателя может происходить, когда:

• Заклинивает термостат,
• Засоряются каналы,
• Уровня ОЖ в системе недостаточно.

Причину же недостаточного нагрева двигателя следует искать в заклиненном термостате.