Двигатель воздушного охлаждения: особенности, принцип работы
Двигатель воздушного охлаждения
Чтобы уберечь двигатель от перегрева, тем самым увеличивая срок безотказной эксплуатации автомобиля, необходима действенная система охлаждения. Предстоящее исследование посвящено «воздушникам», их устройству, а также достоинствам и недостаткам. Изучив предлагаемую информацию, можно сравнить принудительное охлаждение воздухом с жидкостным, чтобы сделать правильный выбор системы.
Чем привлекателен двигатель воздушного охлаждения
В функционирующем моторе температура цилиндров способна достигать 2000 градусов, тогда как оптимально допустимым считается режим 80-90 градусов. Разумеется, в таких экстремальных условиях ни одна деталь не прослужит долго. Для сохранности рабочих фрагментов автомашины двигатель нуждается в достаточно надежной системе охлаждения. Подобные конструкции имеют две разновидности:
- система, использующая воздушное охлаждение. Здесь в качестве защиты работающего агрегата от перегрева выступает воздух;
- жидкостное охлаждение ранее, в былые времена осуществлялось обычной водой. Технический прогресс отразился на создании специального вещества, названного антифризом. Также для снижения температуры мотора применяется тосол.
В настоящей публикации подробно рассматривается первая разновидность систем, оберегающих функционирующий двигатель от чрезмерного перегрева. Это позволит несведущему автолюбителю ознакомиться с устройством и принципом работы сложного технологического механизма.
Функции охлаждающих систем
Следует отметить, что поддержание оптимального температурного режима в двигателе автомобиля требует защиты не только от непомерного перегревания, но также от промерзания. Переохлаждение агрегата способно вызвать конденсацию топливно-воздушной смеси, вызванную соприкосновением горючего с прохладной поверхностью цилиндров.
Попадая в картер силовой установки, она приводит к разжижению смазочного вещества, что отражается потерей большинства его полезных характеристик.
Смешивание топлива с маслом вызывает досадное падение мощности мотора. Функционально важные детали двигателя быстрее изнашиваются. Также отрицательным моментом является загустевание масла в переохлажденном агрегате. Ухудшение своевременной подачи смазочного вещества в цилиндры приводит к непомерной растрате горючего, функциональная способность двигателя существенно понижается.
Помимо выполнения основной функции, системы охлаждения дополнительно обеспечивают:
- понижение температуры отработанных газов в системе рециркуляции;
- вентиляцию и кондиционирование воздуха в салоне автомобиля. Также они отвечают за отопление;
- своевременное охлаждение моторного масла;
- поддержание оптимального температурного баланса в турбокомпрессорных агрегатах;
- охлаждение рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат.
Назначение и принцип действия системы воздушного охлаждения
Установлено, что перегревающийся двигатель вызывает непомерный расход топлива, также тратится большое количество машинного масла. Важные для нормального функционирования автомобиля детали быстро выходят из строя вследствие скорого износа. К тому же, нарушение температурного режима может привести к необоснованной потере мотором необходимой мощности.
С помощью воздушной системы охлаждения в двигателе поддерживается оптимальная температура. Также ее предназначением является контроль подогрева воздуха в салоне автомобиля. Она следит за своевременным охлаждением смазочных материалов, снижает температуру рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат, а порой поддерживает оптимальный режим в дроссельном узле и приемном коллекторе.
Принцип действия системы заключается в отведении тепла потоком воздуха от чрезмерно нагревающихся деталей работающего двигателя. Таким путем охлаждаются цилиндры, головки блока и масляного радиатора.
Воздушный поток к двигателю нагнетается принудительно алюминиевыми лопастями вентилятора, защищенного специальной сеткой от нежелательного попадания случайных предметов, способных повредить агрегат. Дефлекторы равномерно распределяют воздух, поступающий через ребра охлаждения, между всеми деталями функционирующего мотора.
Конструкция вентилятора
Следует отметить, что принудительное воздушное охлаждение невозможно без специального устройства. Вентилятор, являющийся необходимым звеном рассматриваемой системы, состоит из следующих деталей:
- направляющего диффузора, оснащенного по окружности стационарными, радиально расположенными лопастями переменного сечения, влияющими на равномерное распределение воздушного потока;
- ротора, имеющего восемь особых лопаток, размещенных по радиусу;
- алюминиевых лопастей, нагнетающих поток воздуха в требуемом направлении;
- кожуха, предотвращающего попадание тепла из внешнего пространства;
- защитной сетки, предохраняющей механизм от случайного проникновения посторонних предметов внутрь устройства.
Лопастями диффузора изменяется направление воздушного потока, и он устремляется в сторону, противоположную вращению ротора. Это способствует увеличению атмосферного давления, вызывая лучшее охлаждение двигателя.
Преимущества и недостатки системы охлаждения двигателя воздухом
Отдельно следует заметить, что иногда для обеспечения нормального температурного режима вполне достаточно естественной циркуляции атмосферных потоков. Внешняя поверхность цилиндров мопедов, мотоциклов, поршневых и прочих простейших двигателей оснащается специальными ребрами, способствующими отдаче тепла во внешнюю среду.
Сложная конструкция автомобильного мотора требует принудительного охлаждения. Воздушному потоку необходимо придать определенное направление. Для этой цели используются вентиляторы.
Двигатели с воздушным охлаждением обладают следующими достоинствами:
- чрезвычайной простотой конструкции, значительно упрощающей процесс ремонта или замены пришедших в непригодность деталей;
- сравнительно небольшим весом;
- основательной надежностью;
- приемлемой стоимостью;
- хорошими характеристиками холодного запуска мотора.
Однако, прежде чем выбрать автомобиль, имеющий двигатель воздушного охлаждения, следует ознакомиться и с недостатками рассматриваемых систем. Они характеризуются:
- непомерным шумом, который создается работающим вентилятором;
- увеличением размера двигателя в связи с необходимостью дополнительного пространства для размещения обдувающего устройства;
- неравномерностью направленности воздушных потоков, что определяет возможность локального перегрева;
- чрезмерной чувствительностью к качеству горючего, смазочных материалов, а также повышенными требованиями к состоянию запчастей.
Тем не менее, воздушное охлаждение приобрело свою нишу в автомобилестроении. Такими моторами оснащают грузовики, сельскохозяйственную технику и машины с дизельными ДВС.
Распространенные мифы о «воздушниках», истина или вымысел
К сожалению, недостатки «Запорожца» окончательно подорвали доверие отечественных автолюбителей к воздушной системе охлаждения двигателя. Ее обвиняли в сильном нагревании, недостаточной мощности и быстром выходе из строя. В то время, как немецкий «Жук», оснащенный подобной системой, пользуется неизменной популярностью у потребителей, радуя производителя постоянным повышенным спросом.
Равняясь на характеристики германского автомобиля, подробно исследуем некоторые довольно распространенные легенды, преследующие двигатели, охлаждаемые воздухом.
Утверждение 1. «Воздушник» проигрывает жидкостной системе за счет сильного нагревания
Отнюдь не является непреложной истиной. В действительности температурные особенности, наоборот, можно считать достоинством двигателя, охлаждаемого воздушным потоком. Разумеется, пониженная теплопроводность не позволяет воздуху отбирать тепло с достаточной скоростью, обеспечиваемой водой или антифризом.
Однако, отличие температур на поверхности цилиндров и во внешней среде значительно больше разницы между стенками и жидкостью, перемещающейся внутри системы. Поэтому, погодные условия в меньшей степени влияют на тепловой режим «воздушника». Возможность перегрева мотора с жидкостным охлаждением в жару намного выше.
Утверждение 2. Большие габариты
Также весьма спорно. При сравнении размеров двух двигателей, имеющих равные диаметры цилиндров и одинаковый ход поршня, но оснащенные разными системами охлаждения, преимущество зачастую оказывается на стороне «воздушника».
Несмотря на довольно внушительный вид вентилятора с дефлектором и достаточно громоздкие кожухи, окружающие цилиндры с головками, его параметры оказываются несколько компактнее, чем у жидкостного агрегата.
К тому же, «водянка» занимает значительно большее пространство за счет дополнительного оборудования, выносимого за пределы двигателя. На кузове находится весьма громоздкий радиатор, оснащенный вентилятором. Также большое количество всевозможных шлангов отнюдь не добавляют компактности.
Утверждение 3. Воздушные системы проигрывают жидкостным в надежности
Не соответствует действительности. Статистические исследования утверждают, что в одном из пяти случаев отказа двигателя вина ложится на жидкостное охлаждение. Причиной являются отказоопасные детали наподобие термостата, радиатора, помпы и пр.
Простота конструкции обеспечивает надежность вентилятора с дефлектором, объясняемую низкой вероятностью поломки. Кроме того, привлекательным моментом, свидетельствующим в пользу «воздушника», считается снижение расходов на обслуживание системы.
Утверждение 4. Воздушное охлаждение слишком громкое
К сожалению, является истинным. Конструктивными особенностями воздушной системы не предусмотрены эффективные звукопоглощающие устройства, которыми располагает жидкостной двигатель. Кроме того, ребра цилиндров и головок «воздушника» иногда, наоборот, усиливают шумы, производимые функционирующим мотором.
Конструкторы предусмотрели звукоизоляцию жидкостной системы, осуществляемую благодаря удвоенным стенкам рубашки охлаждения, внутри которой циркулирует антифриз или вода. Поэтому на этой позиции «воздушник» действительно оказался в проигрыше.
Утверждение 5. Воздушные двигатели быстрее изнашиваются
Является правильным применительно к устаревшим системам. Вентилятор просто нагнетал потоки воздуха на ребра цилиндров, не обеспечивая достаточной равномерности обдува. Современные двигатели характеризуются рациональным распределением тепла.
К тому же, более высокая температура на стенках цилиндров «воздушников» способствует сокращению потерь, вызываемых трением колец о цилиндры благодаря лучшему разжижению смазочных материалов. Это объясняет меньший износ деталей. Масло меньше подвергается окислению, что замедляет его старение, позволяя экономить на частой замене.
Утверждение 6. Недостаточная мощность
Не совсем верно. Причиной подобного обвинения является ухудшение весового наполнения цилиндров рабочей жидкостью, вызывающее непродолжительное падение мощности двигателя. Это происходит благодаря повышению температуры цилиндров и головок с увеличением нагрузки, что ведет к нежелательному нагреванию воздуха внутри системы.
Однако, при большем количестве оборотов разница в коэффициенте наполнения у воздушных двигателей и жидкостных моторов становится меньше 3,5%, установленных исследованиями, практически устремляясь к нулю. Поэтому, бороться с потерей отдачи можно, увеличивая обороты.
Заключение
Итак, проведенное исследование доказало, что охлаждение воздухом ничуть не хуже жидкостного, а по некоторым параметрам и вовсе превосходит его. Не пора ли производителям задуматься о возобновлении выпуска автомобилей с воздушными системами? Спрос потребителей будет расти, несмотря на печальный опыт злосчастного «Запорожца».
Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя
Нормальное функционирование силовой установки автомобиля возможно только при определенном температурном режиме. Для большинства авто оптимальный диапазон температуры составляет 80-90 град. С. При более низком показателе ухудшается смесеобразование в цилиндрах, а высокая температура приводит к расширению металла, что может стать причиной заклинивания узлов.
Общее устройство системы охлаждения
Чтобы температура силовой установки была в оптимальном диапазоне, в конструкцию мотора включена система охлаждения. Именно благодаря ей обеспечивается отвод тепла от самых разогреваемых элементов — цилиндров.
Виды систем охлаждения
Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.
Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки
Устройство воздушной системы охлаждения двигателя
В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.
Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.
На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:
- невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
- чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
- во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
- невозможно организовать обогрев салона.
Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).
Видео: Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы
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:
- Рубашка охлаждения
- Водяной насос
- Термостат
- Радиаторы
- Соединяющие патрубки
- 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».
Основные неисправности системы охлаждения
Неисправностей у системы охлаждения двигателя не так уж и много, но последствия от них могут быть очень серьезными. Основными из них являются:
- Утечка охлаждающей жидкости;
- Неисправность насоса, термостата;
- Повреждение проводки датчиков.
Видео: Все причины перегрева и кипения двигателя. Устранение причин перегрева двигателя ВАЗ НИВА
Утечка жидкости может произойти из-за пробоя рубашки охлаждения, прокладки ГБЦ, резиновых патрубков, радиатора или же из-за ненадежного крепления мест соединения.
Выявить эту неисправность несложно, поскольку в результате утечки под авто будет образовываться лужа из охлаждающей жидкости. Если своевременно не устранить течь, то большая часть охлаждающей жидкости может вытечь, и система уже не сможет поддерживать температурный режим.
Поломка насоса зачастую связана с выходом из строя его подшипника. Сопровождается это следами подтеков со стороны привода, повышенным шумом при работе мотора, неравномерным износом приводного ремня.
Если своевременно не заменить насос, то существует вероятность, что он заклинит и порвет приводной ремень, а это уже чревато достаточно серьезными проблемами, поскольку зачастую этим ремнем приводится в работу и ГРМ.
Проблема с термостатом обычно связана с тем, что он заклинивает в каком-то одном положении. Из-за этого перевод жидкости между кольцами не осуществляется, она движется либо только по малому, либо по большому кругу.
Повреждение же проводки или датчиков приводит к тому, что показания на приборную панель не передаются или не соответствуют действительности, а вентилятор не включается в требуемый момент или же работает постоянно, из-за чего нарушается температурный режим.
Воздушная система охлаждения двигателя
Воздушная система охлаждения
В двигателях с воздушным охлаждением для обеспечения нормального теплового состояния двигателя необходимо увеличить соприкасающуюся с воздухом площадь наружных поверхностей головок и блоков цилиндров для повышения теплоотдачи. Обычно это делают путём оребрения.
От поверхности оребрения тепло, поступающее к головке от стенок камеры сгорания и стенок цилиндра, отводится охлаждающим потоком воздуха.
Положительными особенностями системы воздушного охлаждения являются: несложное обслуживание, надежность в эксплуатации, меньший по сравнению с системой жидкостного охлаждения вес, простота конструкции, упрощение эксплуатации двигателя в безводных районах, а также отсутствие опасности замерзания охлаждающей жидкости в радиаторе и рубашке двигателя (в случае заполнения их водой) при низких температурах.
Для получения эффективного и равномерного охлаждения при минимальной затрате мощности в двигателях с воздушным охлаждением применяют дефлекторы. Дефлекторы представляют собой направляющие устройства для подачи охлаждающего потока воздуха к оребренным поверхностям с определенной скоростью и направлением.
При проектировании системы воздушного охлаждения стремятся обеспечить подачу охлаждающего воздуха в первую очередь к наиболее горячим местам головки цилиндров (перемычкам между гнездами клапанов и др.), а также к свечам зажигания (в бензиновых двигателях) и форсункам (в дизелях).
Для улучшения теплопередачи поток охлаждающего воздуха должен “омывать” поверхности охлаждения равномерно и с достаточно высокой скоростью.
Расчет системы воздушного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей сводится к определению параметров оребрения двигателя, производительности и размеров вентилятора, а также затрачиваемой на привод вентилятора мощности.
Проведение таких расчетов, вследствие влияния ряда трудно учитываемых факторов, а также из-за отсутствия данных о взаимозависимости расчетных параметров системы охлаждения, весьма сложно и связано с большими трудностями.
В особенности сложен теоретический расчет теплопередачи и аэродинамического сопротивления оребрения двигателя, поэтому на практике при проектировании системы воздушного охлаждения обычно задаются удельной поверхностью оребрения и используют экспериментальные данные прототипов двигателей. В начале расчета задаются исходные параметры, к которым относятся: а) температура, давление и влажность окружающего двигатель воздуха, б) рабочие температуры деталей двигателя, в) расчетный режим работы двигателя.
В качестве расчетной температуры окружающего воздуха принимают температуру равную 40 °С.
Превышение допустимых рабочих температур может вызвать нарушение работы: увеличение нагарообразования, коробление головки цилиндра, закоксовывание и зависание иглы форсунки в дизелях, детонация и калильное зажигание в бензиновых двигателях, повышенный износ цилиндра, поршня и поршневых колец.
Средняя температура у оснований чугунных ребер цилиндров 130–170 °С; у оснований чугунных ребер головки цилиндров – 170–220 °С. При алюминиевых сплавах средние температуры соответственно 130–150 и 160–200 °С. Минимальные температуры внутренних поверхностей цилиндра и его головки стремятся обеспечить не ниже 130–140 °С, т. е. значительно выше точки росы выпускных газов.
Система охлаждения автомобильного двигателя: устройство и принцип действия
Двигатели внутреннего сгорания (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:
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.
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:
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.
Как устроен ДВС с воздушным охлаждением?
Для нормальной работы двигателя необходима температура 80 – 90 градусов. А температура в цилиндре в рабочем состоянии может расти до 2000 градусов, что разрушительно влияет на детали.
Система охлаждения в машине позволяет мотору не перегреваться в жару и не промерзать в мороз.
Нарушение температурного режима чревато быстрым износом деталей, повышенным расходом топлива и масла, падением мощности двигателя.
Таким образом, система охлаждения контролирует температурные пределы для идеальной работы автомобиля.
Предназначение воздушного охлаждения
Прямое предназначение системы охлаждения – поддерживать оптимальную температуру для работы двигателя. Система охлаждения отвечает и за нагрев воздуха в салоне, за охлаждение моторного масла и рабочей жидкости коробки-автомат, иногда охлаждается приемный коллектор и дроссельный узел. В результате сгорания топлива рассеивается 35% тепла.
Принцип работы воздушной системы охлаждения
Название говорит само за себя – поток воздуха главный в воздушной системе охлаждения. С воздухом отводится тепло от цилиндров, головки блока и масляного радиатора.
Вся система состоит из вентилятора (приводится в движение от шкива коленчатого вала ремнем), охладительных ребер цилиндров и головки, съемного кожуха, дефлекторов и контрольных приборов.
На вентиляторе стоит защитная сетка, чтобы исключить попадание посторонних предметов.
Воздушный поток принудительно поступает к двигателю при помощи алюминиевых лопастей вентилятора. Движется воздух между ребрами охлаждения, а потом равномерно распределяется с помощью дефлекторов на все детали мотора.
Вентилятор состоит из направляющего диффузора (по окружности в нем имеются неподвижные радиально расположенные лопасти переменного сечения, чтобы направлять поток воздуха) и ротора с 8 радиально расположенными лопатками. Лопасти диффузора меняют направление потока воздуха, и он движется в противоположную от вращения ротора сторону. Это увеличивает давление воздуха и лучше охлаждает двигатель.
Чтобы увеличить площадь поверхности для контакта с воздухом, на блок и головку блока цилиндров установлены дополнительные ребра. В минуту вентилятор может подать 30 кубов воздуха, что позволяет двигателю работать при температуре от –40° до +40°. Термостаты и заслонки позволяют регулировать интенсивность охлаждения двигателя.
Естественное воздушное охлаждение
Самым простым способом охлаждения двигателя является естественное воздушное охлаждение. На внешней поверхности цилиндров стоят ребра, через которые и отдается тепло. Такая система охлаждения стоит на мотоциклах, мопедах, поршневых двигателях и др.
Принудительное воздушное охлаждение
В системе принудительного воздушного охлаждения есть вентилятор и ребра охлаждения. Кожух покрывает вентилятор и ребра. Это способствует направлению воздушного потока и препятствует проникновению тепла извне.
Преимущества и недостатки
Преимущества двигателей с воздушным охлаждением:
1. Простота конструкции. Легко ремонтировать.
2. Незначительный вес.
3. Надежность.
4. Недорого.
5. Хорошие показатели холодного запуска мотора.
Недостатки:
1. Создает шум.
2. Увеличиваются размеры мотора.
3. Неравномерность обдува и локальный перегрев.
4. Чувствительность к качеству топлива, масла и запчастей.
Внимание! Даже тонкий слой грязи на корпусе мотора снижает продуктивность охлаждения. Поэтому нужно тщательно следить за чистотой корпуса двигателя.
Распространённые поломки
Датчик показывает повышение температуры масла в картере – охлаждающая система дает сбой в работе. Немедленно заглушите мотор и выясните причину. На приборной панели загорается лампа, которая сигнализирует о неполадках. Причина может быть в обрыве ремня вентилятора. Очень редко случаются проблемы в работе термостата.
Где применяются двигатели з воздушной системой охлаждения
Двигатели с воздушной системой охлаждения применяются все меньше (их вытесняет жидкостное охлаждение) в машиностроении (компактные малолитражки, дизельные ДВС, грузовики, техника сельского хозяйства).
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания –
Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) приводит к чрезмерному нагреванию всех его деталей и без их охлаждения функционирование главного агрегата транспортного средства невозможно. Эту роль выполняет система охлаждения двигателя, которая также отвечает за обогревание салона авто.
В турбированных двигателях с ее помощью снижается температура воздуха, нагоняемого в цилиндры, а в АКПП эта система охлаждает жидкость, которая применяется для ее работы.
Отдельные модели машин оснащают масляным радиатором, который принимает участие в терморегуляции масла, использующегося для смазки двигателя.
Система охлаждения ДВС бывает воздушная и жидкостная
Обе эти системы не идеальны и имеют как достоинства, так и недостатки.
Преимущества воздушной системы охлаждения:
- небольшой вес двигателя;
- простота устройства и его обслуживания;
- невысокая требовательность к температурным изменениям.
Недостатки воздушной системы охлаждения:
- большой шум от работы двигателя;
- перегрев отдельных деталей мотора;
- невозможность выстроить цилиндры блоками;
- затруднительность в использовании выделяемого тепла для обогревания салона авто.
В современных условиях автопроизводители предпочитают оснащать свои машины преимущественно двигателями с системами жидкостного охлаждения. Воздушные конструкции, охлаждающие узлы мотора, встречаются очень редко.
Преимущества жидкостной системы охлаждения:
- не такой шумный двигатель по сравнению с воздушной системой;
- высокая скорость начала работы при запуске мотора;
- равномерное охлаждение всех деталей силового механизма;
- меньшая предрасположенность к детонации.
Недостатки жидкостной системы охлаждения:
- дорогое техническое обслуживание и ремонт;
- возможное вытекание жидкости;
- частые переохлаждения мотора;
- замерзание системы в периоды морозов.
Структура жидкостной системы охлаждения двигателя
К основным составляющим жидкостной системы охлаждения ДВС относятся следующие детали:
- «водяная рубашка» двигателя
- вентилятор;
- радиатор;
- помпа (центробежный насос);
- термостат;
- бачок расширительный;
- теплообменник отопителя;
- составляющие элементы управления.
Водяная рубашка двигателя – это плоскость между стенками агрегата в тех местах, которым требуется охлаждение.
Радиатор системы охлаждения – это механизм, который предназначен для отдачи созданного работой двигателя тепла. Узел представляет собой конструкцию из многих изогнутых алюминиевых трубой, которые также имеют дополнительные ребра, способствующие большей теплоотдаче.
Вентилятор используется для ускорения циркуляции воздуха, обволакивающего радиатор. Вентилятор включается при граничном нагревании охлаждающей жидкости.
Центробежный насос (другими словами – помпа) обеспечивает беспрерывное движение жидкости во время работы двигателя. Привод для помпы может быть разным: ременной, например, или шестеренный. На авто с турбированными двигателями часто устанавливают добавочные насосы, которые способствуют циркуляции жидкости и запускаются из блока управления.
Термостат – это устройство в виде биметаллического (или электронного) клапана, расположенного между входным отверстием радиатора и «рубашкой охлаждения». Этот прибор обеспечивает нужную температуру жидкости, служащей для охлаждения ДВС.
Когда мотор остывший, термостат закрыт, поэтому принудительная циркуляция остужающей жидкости проходит внутри двигателя, не затрагивая радиатор. В момент нагревания жидкости до граничной температуры клапан открывается.
В этот момент система начинает функционировать во всю свою мощь.
Расширительный бачок используется для заливания охлаждающей жидкости. Этот узел компенсирует также изменение количества жидкости в системе во время изменения температуры.
Радиатор отопителя – механизм, предназначенный для подогрева воздуха в салоне транспортного средства. Его рабочая жидкость набирается непосредственно возле входа в «рубашку» мотора.
Главным элементом координации системы охлаждения ДВС есть датчик (температурный), электронный блок управления, а также исполнительные устройства.
Особенность работы системы охлаждения двигателя
Система охлаждения работает под контролем системы управления силовым агрегатом. Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя. Учитывая степень нагрева, жидкость перемещается либо по малому, либо по большому кругу.
Чтобы двигатель быстрее прогрелся после запуска, жидкость циркулирует по кругу малому. После ее нагревания термостат открывается, предоставляя жидкости возможность циркулировать через радиатор, на выходе с которого на жидкость воздействует поток воздуха (встречного или от работающего вентилятора), который ее охлаждает.
Далее остывшая жидкость поступает опять в «рубашку охлаждения» и весь процесс повторяется снова и снова.
В моторах с турбонаддувом может использоваться двухконтурная система охлаждения. Особенностью ее работы есть то, что один контур контролирует охлаждение нагнетаемого воздуха, а второй – охлаждение двигателя.
Система воздушного охлаждения двигателей
Систему воздушного охлаждения двигателя применяют для отвода теплоты от цилиндров, их головок и масляного радиатора смазочной системы. Масляный радиатор расположен с правой стороны двигателя.
В систему охлаждения входят ребра охлаждения цилиндров 12 (рис. 29) и их головок 10, вентилятор, съемный кожух 9, дефлекторы и приборы контроля работы системы.
Рис. 29. Схема воздушного охлаждения дизеля Д-120: 7 — ведущий шкив вентилятора и генератора; 2 — приводной ремень; 3 — генератор; 4 — ведомый шкив привода вентилятора; 5 — защитная сетка; 6 — вал вентилятора; 7 — направляющий аппарат вентилятора; 8 — ротор вентилятора; 9— кожух; 10 — головка цилиндра; 11, 13 и 14— соответственно задний (направляющий щиток), средний и передний дефлекторы; 12 — цилиндр
Вентилятор состоит из рабочего колеса (ротора) 8 и неподвижного направляющего аппарата 7, отлитых из алюминиевого сплава. На роторе имеются восемь радиально расположенных лопаток, а на направляющем аппарате — 23 лопасти переменного сечения, равномерно размещенные по окружности. Ротор закреплен на одном валу 6 со шкивом 4, который приводится во вращение клиновидным ремнем 2 от шкива коленчатого вала. Вал 6 вращается на двух шариковых подшипниках одноразового смазывания, установленных в ступице направляющего аппарата. Последний прикреплен к кронштейну крышки распределительных шестерен.
Вентилятор подает в систему охлаждения около 30 м3 воздуха за 1 мин. Этого количества воздуха достаточно для нормальной работы двигателя, когда температура окружающего воздуха 40 оС. Чтобы в вентилятор не попадали посторонние предметы, на направляющий аппарат надевают быстросъемную защитную сетку 5.
Воздух, нагнетаемый вентилятором, направляется кожухом в межреберное пространство цилиндров и головок.
Тепловое состояние двигателя с воздушным охлаждением регулируют дроссельным диском, установленным под защитную сетку 5 вентилятора (на входе охлаждающего воздуха в вентилятор), а также включением и отключением масляного радиатора переключателем, расположенным на корпусе центрифуги.
В холодное время года (при установившейся температуре 5°С и ниже) масляный радиатор отключают от смазочной системы, а диск крепят под защитную сетку вентилятора.
При установившейся температуре окружающего воздуха выше 5°С радиатор включают в смазочную систему двигателя, а диск снимают с вентилятора.
Показатель работы системы воздушного охлаждения — температура масла в картере двигателя, контролируемая термометром, расположенным на щитке приборов. Там же находится красная лампа, которая загорается при обрыве ремня вентилятора.
Методы и способы предупреждения неисправностей. Основные неисправности систем охлаждения, их признаки, причины, способы устранения.
Для достижения работоспособного состояния системы охлаждения необходимы: оптимальная температура охлаждающей жидкости (85…95°С) или оптимальная температура масла (55…100°С); хорошая теплопроводность стенок водяной рубашки и трубок радиатора; наличие регулируемого потока воды и воздуха.
При снижении температуры охлаждающей жидкости от оптимального значения на 30…40°С увеличивается расход топлива на 10%. В результате длительной работы двигателя с перегревом охлаждающей жидкости нарушается смесеобразование, что приводит к неполному износу трущихся деталей двигателя.
Для обеспечения нормальной работы системы охлаждения необходимо выполнять следующие правила.
В систему жидкостного охлаждения следует заливать чистую, желательно мягкую воду. Признак мягкой воды — способность хорошо мылиться. К наиболее простым способам смягчения жесткости воды, взятой из колодцев, рек, родников, прудов и озер, относятся: предварительное кипячение; добавление соды или антинакипинов (например, 10… 12 мг тринатрийфосфата на 1 л воды).
Заполнять радиатор надо до уровня горловины верхнего бака. Во время работы нельзя допускать, чтобы уровень воды был ниже 8 см от верхней плоскости заливной горловины.
Доливать воду в систему охлаждения перегретого двигателя нужно постепенно и обязательно при работающем двигателе. В зимнее время года нельзя заливать слишком горячую воду в холодный двигатель: от резкой Смены температуры в головке цилиндров и блоке могут образоваться трещины.
Зимой вода может замерзнуть в системе охлаждения двигателя, что приводит к образованию трещин на его деталях, поскольку при замерзании воды ее объем увеличивается. Вследствие этого стенки блоков цилиндров, головки и трубок радиатора разрываются. Поэтому перед длительной стоянкой воду из системы охлаждения необходимо слить.
Следует помнить, что у У-образных двигателей воду сливают через три краника (два на блоке цилиндров и один на радиаторе), а у рядных — через два (из блока цилиндров и радиатора).
Желательно в зимнее время в систему охлаждения заливать антифриз, самый распространенный из которых Тосол А-40М. Он предназначен для круглогодичного использования в системе охлаждения в течение двух лет.
Антифриз при нагревании расширяется больше, чем вода, поэтому в систему его не доливают примерно 2 л. При понижении уровня антифриза в радиаторе, если не было его утечки через неплотности, доливают воду, так как она испаряется из антифриза.
Следует помнить, что антифриз очень ядовит и при попадании в желудок и кишечник вызывает отравление. Запрещается переливать жидкость без резиновых перчаток, засасывать ртом в шланг, а также курить и принимать пищу во время работы с ним.
При ЕТО проверяют уровень воды в радиаторе. Открывая крышку заливной горловины радиатора перегретого двигателя, следует оберегать лицо и руки от ожогов горячей водой и парами, которые могут вырваться из горловины. Сильная утечка воды из сливного отверстия в корпусе водяного насоса свидетельствует о том, что детали уплотнительного устройства насоса износились и их следует заменить.
При ТО-1 смазывают подшипники водяного насоса. Для этого необходимо очистить масленку от пыли и нагнетать солидол 3…4 раза шприцем.
Проверяют натяжение ремня вентилятора. Нормальным натяжением ремня вентилятора считают такое, при котором от нажатия на ремень в его средней части с определенным усилием образуется прогиб. Натяжение ремня вентилятора регулируют перемещением генератора или специальным натяжением роликом.
В последнем случае ослабляют контргайку и ввертывают натяжной болт 15 (см. рис. 26), после чего гайку плотно затягивают. При установке новых ремней через 3…4 ч работы дизеля их повторно подтягивают.
Следует иметь в виду, что при чрезмерном натяжении ремня вентилятора возникает преждевременный износ подшипников и ремня, а при слабом натяжении — перегрев двигателя и повышенный износ ремня.
При ТО-3 необходимо промыть систему охлаждения Специальным раствором.
Для удаления накипи из двигателей с чугунной головкой используют раствор каустической соды (100 г соды и 15 г керосина на 1 л воды). Сняв термостат, заполняют систему охлаждения раствором и прогревают двигатель.
По истечении 10 ч снова пускают двигатель и, прогрев его на малой частоте вращения коленчатого вала около 15 мин, останавливают.
Отъединив нижний шланг, сливают раствор и промывают систему охлаждения чистой водой для удаления шлама.
В двигателях с воздушным охлаждением нужно очистить защитную сетку вентилятора и межреберное пространство цилиндров и головок.
При СТО проверяют работу термостата и термометра. Термостат вынимают из корпуса и опускают в посуду с горячей водой. При температуре 70 °С отверстие основного клапана термостата начинает открываться, а при температуре 85 °С оно полностью откроется. Показания дистанционного термометра сравнивают с показателями жидкостного термометра, опущенного в заливную горловину радиатора
В процессе работы могут возникнуть следующие неисправности системы охлаждения (табл. 3)
Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 1148;
Виды и типы систем охлаждения в современных двигателях внутреннего сгорания — ДВС
На данной схеме отображена наиболее распространенная схема водяного охлаждения типового ДВС. С такими системами работает подавляющее большинство современных автомобилей.
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 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).
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
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.
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.
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.
Система охлаждения двигателя
Надежная и безаварийная работа ДВС (двигателя внутреннего сгорания) не может быть осуществлена без системы охлаждения. Ее основные принципы функционирования удобно представить в виде схемы системы охлаждения двигателя.
Основное предназначение системы – отвод избыточного тепла от двигателя и предохранение его от перегрева. Дополнительная функция – обогрев автомобиля печкой отопителя салона.
Устройство и принцип работы, отображенный на схеме, у разных типов автомобилей примерно одинаковы.
Схема, элементы системы охлаждения и их работа
Основные элементы, из которых состоит схема системы охлаждения двигателя, встречаются и схожи у разных типов моторов: инжекторных, дизельных и карбюраторных.
Общая схема жидкостной системы охлаждения двигателя
Жидкостное охлаждение мотора дает возможность в равной мере забирать тепло со всех узлов и деталей двигателя не зависимо от степени тепловой нагрузки. Двигатель с использованием водяного охлаждения создает меньше шума, чем двигатель с воздушным охлаждением, обладает большей скоростью прогрева при пуске.
Система охлаждения двигателя содержит следующие детали и элементы:
- рубашка охлаждения (водяная рубашка);
- радиатор;
- вентилятор;
- термостат;
- жидкостный насос (помпа);
- расширительный бачок;
- соединительные патрубки и сливные краны;
- отопитель салона.
- Рубашкой охлаждения («водяной рубашкой») принято считать сообщающиеся между двойными стенками полости в тех местах, где наиболее нужен вывод избыточного тепла.
- Радиатор. Предназначен для рассеивания тепла в окружающую атмосферу. Он конструктивно состоит из множества изогнутых трубочек с дополнительными ребрами для увеличения теплоотдачи.
- Вентилятор, включающийся электромагнитной, реже гидравлической муфтой, при срабатывании температурного датчика охлаждающей жидкости усиливает набегающий на авто воздушный поток. Вентиляторы с “классическим” (постоянно включенным) ременным приводом встречаются в наши дни редко, в основном, на старых автомобилях.
- Центробежный жидкостный насос (помпа) в системе охлаждения обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости. Привод помпы чаще всего реализован с помощью ремня или шестерней. Двигатели с турбонаддувом и с непосредственным впрыском топлива, как правило, снабжены дополнительной помпой.
- Термостат – главный узел, регулирующий потоки охлаждающей жидкости, устанавливается обычно между входным патрубком радиатора и «водяной рубашкой» двигателя, конструктивно выполнен в виде биметаллического или электронного клапана. Назначение термостата – поддержание заданного рабочего температурного диапазона охлаждающей жидкости при всех режимах работы двигателя.
- Радиатор отопителя очень похож на радиатор системы охлаждения меньших размеров и расположен в салоне авто. Принципиальное отличие состоит в том, что радиатор отопителя передает тепло в салон, а радиатор системы охлаждения – в окружающую среду.
Принцип работы
Принцип работы жидкостного охлаждения двигателя состоит в следующем: цилиндры окружены «водяной рубашкой» из охлаждающей жидкости, отбирающей лишнее тепло и переносящей его к радиатору, откуда оно передается в атмосферу. Жидкость, непрерывно циркулируя, обеспечивает оптимальную температуру двигателя.
Принцип работы системы охлаждения двигателя
Охлаждающие жидкости – антифризы, тосол и вода – в процессе эксплуатации образуют осадок и накипи, нарушающие нормальную работу всей системы.
Вода не бывает химически чистой в принципе (за исключением дистиллированной) – в ней содержатся примеси, соли и всевозможные агрессивные соединения. При повышенной температуре они выпадают в осадок и образуют накипь.
В отличие от воды антифризы не создают накипи, но в процессе эксплуатации разлагаются, а продукты распада отрицательным образом сказываются на работе механизмов: на внутренних поверхностях металлических элементов появляется коррозионный налет и наслоения органических веществ.
Кроме этого, в систему охлаждения могут попадать различные посторонние загрязняющие субстанции: масло, моющие средства или пыль. Также могут попасть и специальные герметики, используемые для аварийной заделки повреждений в радиаторах.
Все эти загрязнения оседают на внутренних поверхностях узлов и агрегатов. Они характеризуются плохой теплопроводностью и забивают тонкие трубки и соты радиатора, нарушая эффективную работу системы охлаждения, что приводит к перегреву двигателя.
Видео о том, как устроено охлаждение мотора, принцип работы и неисправности
Ещё кое-что полезное для Вас:
Промывка
Промывка системы охлаждения двигателя — процесс, которым очень многие водители нередко пренебрегают, что рано или поздно может вызвать фатальные последствия.
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
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
Работы по промывке системы охлаждения просты и доступны: их могут выполнять даже неопытные автовладельцы.
Эта операция существенно продлевает моторесурс двигателя и поддерживает его эксплуатационные характеристики на высоком уровне.
Неисправности
Существует ряд наиболее распространенных неисправностей в системе охлаждения двигателя:
Видео — определение неисправностей системы охлаждения в автосервисе
Регулярный уход, своевременная замена охлаждающей жидкости гарантирует длительную эксплуатацию автомобиля в целом.
Как развоздушить систему охлаждения двигателя?
Наличие завоздушенности в системе охлаждения чревато проблемами как для двигателя, так и других узлов автомобиля. В частности, может случится перегрев или печка будет плохо греть. Поэтому, любому автомобилисту полезно знать, как выгнать воздушную пробку из системы охлаждения. Данная процедура довольно тривиальна, так что будет под силу даже начинающему и неопытному, автолюбителю.
Ввиду своей важности, мы расскажем о трёх методах удаления воздуха. Но сначала поговорим, как понять, что имеют место воздушные пробки и о причинах их появления.
Как понять, что в системе охлаждения появилась воздушная пробка? При возникновении этого явления, возникает несколько типовых симптомов. Среди них:
- Проблемы в работе термостата. А конкретнее, если после запуска двигателя вентилятор охлаждения включается очень быстро, то велика вероятность того, что термостат вышел из строя. Другая причина этого, может заключаться в том, что в патрубке насоса скопился воздух. В случае, если клапан термостата будет закрыт, то антифриз циркулирует по малому кругу. Возможна и другая ситуация, когда стрелка температуры охлаждающей жидкости находится в «нолях», когда двигатель уже достаточно нагрелся. Тут снова возможны два варианта — неисправность термостата, или наличие в нем воздушной пробки.
- Утечка антифриза. Ее можно проверить визуально по следам тосола на отдельных элементах двигателя или ходовой части машины.
- Помпа начинает шуметь. При ее частичном выходе из строя появляется посторонний шум.
- Проблемы в работе печки. Причин неисправностей этому существует много, однако одной из, как раз и является образование воздушной пробки в системе охлаждения.
Если вы обнаружили хотя бы один из описанных выше признаков, то необходимо провести диагностику системы охлаждения. Однако перед этим будет полезно разобраться, что стало причиной возможных проблем.
Причины возникновения воздушных пробок
Завоздушивание системы охлаждения может быть вызвано рядом неисправностей.
- Разгерметизация системы. Она может возникнуть в самых разных местах — на шлангах, штуцерах, патрубках, трубках и так далее. Разгерметизация может быть вызвана механическим повреждением отдельных ее частей, их естественным износом, снижением давления в системе. Если после того как вы устранили воздушную пробку, в системе снова появился воздух, значит, она разгерметизирована. Следовательно, необходимо делать диагностику и ее визуальный осмотр с целью выявления поврежденного места.
- Неверная процедура долива антифриза. Если он был залит широкой струей, то велика вероятность возникновения явления, когда воздух не может выйти из бачка, поскольку зачастую горловина у него узкая. Поэтому, чтобы этого не происходило, необходимо заливать охлаждающую жидкость не спеша, давая воздуху покидать систему.
- Неисправность воздушного клапана. Его задача состоит в том, чтобы убрать лишний воздух из системы охлаждения, и не допустить попадания его извне. В случае неисправности воздушного клапана происходит подсос воздуха, который распространяется по рубашке охлаждения двигателя. Исправить ситуацию можно ремонтом или заменой крышки с упомянутым клапаном (чаще всего).
- Неисправность помпы. Здесь ситуация аналогична предыдущей. В случае, если фибра или сальник помпы пропускают воздух извне, то он естественным образом попадает в систему. Соответственно, при появлении описанных симптомов рекомендуется проверить этот узел.
- Утечка охлаждающей жидкости. По сути, это является той же разгерметизацией, поскольку вместо антифриза в систему попадает воздух, образуя в ней пробку. Утечки могут быть в самых разных местах — на прокладках, патрубках, радиаторах и так далее. Проверить эту неисправность не так сложно. Обычно потеки антифриза видны на элементах двигателя, ходовой или других частях машины. При их обнаружении необходимо провести ревизию системы охлаждении.
- Выход из строя прокладки ГБЦ. При этом антифриз может попадать в цилиндры двигателя. Одним из ярких симптомов такой неполадки является появления белого дыма из выхлопной трубы. При этом часто в расширительном бачке охлаждающей системы наблюдается значительное бурление, обусловленное попаданием в нее выхлопных газов.
Каждая из описанных выше причин может навредить узлам и механизмам автомобиля. В первую очередь страдает двигатель, поскольку нарушается его нормальное охлаждение. Он перегревается, из-за чего износ повышается до критического. А это может привести к деформации его отдельных частей, выходу из строя уплотнительных элементов, а в особо опасных случаях даже к его заклиниванию.
Также завоздушивание приводит к плохой работе печки. Причины этого аналогичны. Антифриз плохо циркулирует и не переносит достаточного количества тепла.
Далее перейдем непосредственно к методам, с помощью которых можно убрать воздушную пробку из системы охлаждения. Они отличаются по способу выполнения, а также сложности.
Методы удаления воздушной пробки из системы охлаждения
Существует три основных метода, с помощью которых можно устранить воздушную пробку. Перечислим их по порядку. Первый метод отлично подходит для автомобилей ВАЗ. Алгоритм его будет следующим:
Второй метод проводится в соответствии со следующим алгоритмом:
При выполнении этого будьте аккуратны, поскольку температура антифриза может быть высокой и доходить до значения +80…90°С.
Третий метод того, как удалить воздушную пробку из системы необходимо выполнять так:
Что касается последнего метода, то на машинах с автоматически включаемым вентилятором системы охлаждения можно даже не перегазовывать, а спокойно дать двигателю нагреться и дождаться, пока вентилятор включится.
Одновременно с этим движение охлаждающей жидкости усилится, и под действием циркуляции воздух выйдет из системы. При этом важно добавить охлаждающую жидкость в систему, с тем, чтобы вновь не допустить завоздушивания.
Как видите, методы того, как избавиться от воздушной пробки в системе охлаждения двигателя, достаточно простые. Все они основаны на том факте, что воздух легче жидкости.
Поэтому необходимо создать условия, при которых воздушная пробка будет вытеснена из системы под давлением.
Однако лучше всего не доводить систему до того состояния и вовремя предпринимать профилактические меры. О них мы расскажем далее.
Общие рекомендации по профилактике
Первое, на что нужно обращать внимание, это уровень антифриза в системе охлаждения. Всегда контролируйте его, а при необходимости доливайте.
Причем если приходится доливать охлаждающую жидкость очень часто, то это первый звонок, говорящий о том, что с системой что-то не в порядке, и необходима дополнительная диагностика.
Также контролируйте отсутствие пятен от утечки антифриза. Делать это лучше на смотровой яме.
Старайтесь пользоваться тем антифризом, который рекомендован производителем вашего автомобиля. А покупки совершайте в проверенных лицензированных магазинах, сводя к минимуму вероятность приобретения подделки.
Дело в том, что некачественная охлаждающая жидкость в процессе многократного нагрева может постепенно испаряться, а вместо нее в системе образуется воздушная пробка.
Поэтому не пренебрегайте требованиями производителя.
Вместо заключения
Напоследок хотелось бы отметить, что при появлениях описанных признаков завоздушивания системы, необходимо как можно быстрее выполнить диагностику и ее проверку. Ведь воздушная пробка значительно снижает эффективность работы системы охлаждения. Из-за этого двигатель работает в условиях повышенного износа, что может привести к его преждевременному выходу из строя.
Поэтому постарайтесь при обнаружении завоздушивания избавиться от пробки как можно быстрее. Благо, сделать это может даже начинающий автолюбитель, поскольку процедура несложна и не требует использования дополнительных инструментов или приспособлений.
Источник http://avtodvigateli.com/vidy/drugie/dvigatel-vozdushnogo-oxlazhdeniya.html
Источник Источник http://remkasam.ru/vozdyshnaia-sistema-ohlajdeniia-dvigatelia.html
