Зачем нужно охлаждение двигателя и как это работает

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (далее — ДВС) представляет собой строгую очередность микровзрывов горючей смести в цилиндрах. Соответственно повышается и температура двигателя, которая становится критической. Подобные процессы неминуемо приводят к выходу из строя силового агрегата любого транспортного средства. Именно поэтому во всех современных ДВС обязательно применяется система охлаждения.

1. Функции и виды системы
2. Структура системы
3. Принцип работы системы
4. Основные неисправности системы
5. Основы эксплуатации и обслуживания системы
6. Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости
7. Диагностика негерметичности системы
8. Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

Функции и виды системы

Основное назначение системы охлаждения и бензинового, и дизельного ДВС сводится к принудительному отводу тепла от деталей двигателя, которые нагреваются в процессе его работы, и поддержанию его рабочего температурного режима.
Помимо данной функции, система охлаждения автомобиля выполняет и ряд иных сопутствующих задач:

1. ускорение прогрева двигателя до рабочей температуры;
2. нагрев воздуха для отопления салона;
3. охлаждение системы смазки ДВС;
4. охлаждение выхлопных газов (при применении рециркуляции);
5. охлаждение воздуха (при турбонаддуве);
6. охлаждение смазки в коробке передач (при АКПП).

В зависимости от принципа действия и способа функционирования принято различать следующие системы охлаждения:

• жидкостную (основанную на отводе тепла потоком жидкости);
• воздушную (базирующуюся на охлаждении воздушным потоком);
• комбинированную (сочетающую в себе принцип действия жидкостной и воздушной систем).

Структура системы

Подавляющее большинство ДВС имеют жидкостную систему охлаждения (закрытого типа), использующую принцип принудительной циркуляции. Именно она, с одной стороны, способно обеспечить максимально эффективное охлаждение, а с другой, — является более эргономичным и комфортным способом отвода избыточного тепла от двигателя.

Устройство и принципиальная схема системы охлаждения двигателя (как дизельного, так и бензинового) включает в себя работу следующих компонентов:

1. радиатора с вентилятором (электрическим, механическим или гидравлическим);
2. радиатора отопителя («печки») с электрическим вентилятором;
3. рубашек охлаждения блока цилиндров и головки блока;
4. термостата;
5. циркуляционного (водяного) насоса («помпы»);
6. расширительного бачка;
7. крана радиатора «печки»;
8. соединительных патрубков и шлангов.

В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вода, тосол, антифриз. Система охлаждения подавляющего числа автомобилей использует тосол, как более оптимальный вариант, из-за хорошего соотношения стоимости и функциональных характеристик.

Принцип работы системы

Принцип функционирования системы охлаждения двигателя (и бензинового, и дизельного) весьма прост и основан на целенаправленной циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, забирая тепло у деталей двигателя (в рубашках охлаждения), под воздействием давления, создаваемого водяным насосом, начинает циркулировать по системе, осуществляя теплообмен.

Первоначально движение жидкости осуществляется при закрытом термостате по малому кругу, то есть без работы радиатора. Это делается для того, чтобы убыстрить процесс прогрева двигателя и доведения его до рабочей температуры. После возврата жидкости в рубашки охлаждения процесс циркуляции продолжается.

В том случае, когда температура достигает высоких показателей (в пределах 100 градусов), открывается термостат, и охлаждающая жидкость начинает двигаться по большому кругу, заходя в радиатор. Это сразу же остужает двигатель, ибо в систему охлаждения поступает жидкость, ранее не использовавшаяся (находившаяся в радиаторе). Сам радиатор охлаждается потоком атмосферного воздуха.

При дальнейшем нагреве двигателя (например, в летний период), когда жидкость не успевает остывать до необходимого температурного уровня, специальное устройство автоматически включает электрический вентилятор («ленивец»), дополнительно охлаждающий радиатор и частично двигатель. Вентилятор работает до достижения необходимого уровня температуры жидкости, и специальное устройство выключает его. Механический вариант вентилятора, соединенный с коленвалом ременной передачей, работает в постоянно действующем режиме.

При необходимости (например, в холодное время года) охлаждающая жидкость через открытый кран отопителя заходит в «печку», где с помощью радиатора, с одной стороны, дополнительно остывает, отдавая избыточное тепло, а с другой, — обогревает воздух в салоне автомобиля.

Основные неисправности системы

Если обратиться к пункту 2.3.1 ПДД и к «Перечню неисправностей…», с которыми ограничивается движение транспортных средств, то в них можно обнаружить полное отсутствие упоминаний о проблемах, связанных с системой охлаждения двигателя. Это означает, что поломки системы не позиционируются в качестве неисправностей, с которыми запрещается движение. А, следовательно, система охлаждения и ее ремонт – это личное дело каждого водителя, степень его комфорта на дороге.

Каковы же основные «несерьезные» проблемы, которые может испытывать система охлаждения ДВС?

Во-первых, наиболее распространена негерметичность или течь охлаждающей жидкости. Причем, ее причины могут заключаться в смене уличной температуры (чаще – наступления сезона морозов). Среди популярных причин – и закоксованность патрубков и шлангов, которые под постоянным воздействием высокой температуры теряют эластичность. Протекание охлаждающей жидкости обуславливается и физическими повреждениями основного радиатора и радиатора «печки», полученными либо химическим путем (например, реактивами, входящими в состав тосола), либо посредством механического воздействия (например, удара).

Во-вторых, не менее популярная неисправность – выход из строя (или заклинивание) термостата. Клапан термостата (устройство, находящееся в постоянном контакте с жидкостью), постепенно коррозирует. В конечном счете, происходит его заклинивание, что исключает срабатывание в системе «открыто-закрыто». Результаты подобного состояния термостата двояки:

1. при заклинивании в положении «открыто» охлаждающая жидкость двигается только по большому кругу (с постоянным использованием радиатора), что приводит к слабому и длительному прогреву двигателя и, соответственно, плохой обогреваемости салона автомобиля;
2. при заклинивании в положении «закрыто» охлаждающая жидкость, напротив, двигается только по малому кругу (без использования радиатора), что обусловливает перегрев двигателя и может привести к необратимым изменениям в структуре металла, уменьшению ресурса силового агрегата и даже к его поломке.

В-третьих, серьезной неприятностью представляется поломка циркуляционного насоса (или «помпы»). Чаще всего эта неисправность связана с выходом из строя подшипника «помпы» — ее основной детали. Причины банальны – износ или некачественная запчасть. Спрогнозировать поломку затруднительно, но уловить начало нестандартной работы «помпы» более чем возможно – по характерному свистящему звуку подшипника. Он означает, что циркуляционный насос требует немедленной замены.

В-четвертых, при определенных условиях возможно засорение системы охлаждения двигателя. Причинами подобного состояния является, как правило, отложение солей в каналах системы охлаждения (радиатора, блока, головки блока). При этом нарушается циркуляция охлаждающей жидкости и отвод излишнего тепла от двигателя и его деталей ухудшается. В конечном счете, это приводит к перегреву двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Основы эксплуатации и обслуживания системы

Контроль за состоянием системы охлаждения – это необходимое условие комфортного движения на транспортном средстве. Несмотря на то, что неисправности указанной системы не запрещают эксплуатации автомобиля, водитель должен понимать опасность перспективы выхода ее из строя. Перегрев двигателя, более чем возможный в теплое время года, и недостаточный обогрев салона автомобиля в зимнюю пору приводит к необходимости ремонта, порой весьма дорогостоящего.
Соблюдение элементарных правил эксплуатации системы охлаждения двигателя позволит избежать, вовремя предупредить или минимизировать воздействие неисправностей на нормальную работу автомобиля.

Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости

Расширительный бачок служит для визуального контроля за уровнем жидкости в системе охлаждения. Дело в том, что объем системы охлаждения постоянен, а вот объем жидкости изменяется в зависимости от условий эксплуатации. При понижении или повышении уровня охлаждающей жидкости (указанного на расширительном бачке) необходимо корректировать ее количество в системе.

Диагностика негерметичности системы

Постоянное понижение уровня охлаждающей жидкости чаще всего связано с ее протеканием. Многочисленные соединения патрубков с элементами системы охлаждения, коррозия основного радиатора или радиатора «печки» приводят к постоянному уменьшению уровня жидкости в расширительном бачке. Диагностирование проблемы связано с обнаружением темных пятен на узлах и агрегатах, расположенных в моторном отсеке, мокрым следам на проезжей части, а также по характерному сладковато-приторному запаха тосола. Более серьезный характер носит обнаружение следов тосола на масляном щупе, что приводит к дорогостоящему ремонту двигателя.

Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

Перегрев может быть связан с несколькими причинами:

1. заклиниванием термостата в положении «закрыто»;
2. засорением каналов системы;
3. недостаточным уровнем жидкости в системе.

А вот недостаточный нагрев двигателя автомобиля свидетельствует исключительно о заклинивании термостата, который работает только в положении «открыто».

Подведем итог. Система охлаждения двигателя выполняет функции отвода излишнего тепла от силового агрегата, образовавшегося в процессе работы, и поддержания нормального (рабочего) режима его эксплуатации.

Как работает система охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя автомобиля разработана для того, чтобы избежать перегрева ДВС. Во время работы двигатель непрерывно производит тепло и преобразует его в мощность. Это тепло получается при сжигании топлива в двигателе. Но в мире нет двигателя, который был бы на 100% эффективен. Всегда остается некоторое количество тепловой энергии, которая теряется в процессе работы.

Если не передать ее в атмосферу, это тепло будет перегревать двигатель, что приведет к его заклиниванию. При заклинивании из-за перегрева поршень расплавляется внутри цилиндра. Во избежание этой проблемы в автомобиле и стоит система охлаждения.

Что такое система охлаждения двигателя и как работает

По сути это система, интегрированная с двигателем. Она отводит избыточное тепло с помощью специальной жидкости.

В системе жидкостного охлаждения двигатель окружен водяными рубашками. С помощью насоса эта вода циркулирует в этой водяной рубашке.

Вода, текущая в этих рубашках, отводит тепло от двигателя. Эта горячая вода затем течет через радиатор, где охлаждается от холодного тепла, выдуваемого через вентилятор.

В этой системе вода отбирает тепло у двигателя, и охлаждается воздухом, а затем снова циркулирует в двигателе.

Это косвенный процесс охлаждения, когда фактическое охлаждение, то есть воздух, не охлаждает систему напрямую. При этом воздух охлаждает воду, а вода охлаждает двигатель.

Система жидкостного или непрямого охлаждения используется в больших двигателях, в таких как легковые и грузовые автомобили.

Преимущества жидкостной системы охлаждения

1. Компактный дизайн.
2. Обеспечивает равномерное охлаждение двигателя.
3. Двигатель может быть установлен в любом месте автомобиля.
4. Может использоваться как на малых, так и на больших двигателях.

Недостатки системы жидкостного охлаждения

1. В ней водяная рубашка становится еще одной частью двигателя. При этом в случае выхода из строя системы охлаждения двигатель может получить серьезные повреждения.
2. Она требует регулярного технического обслуживания и, таким образом, создает дополнительные расходы на обслуживания.

Система воздушного или прямого охлаждения

В системе прямого охлаждения двигатель охлаждается непосредственно с помощью воздуха, проходящего через него. Это такая же система охлаждения, которая используется для мотоциклетных двигателей.

В ней воздух находится в непосредственном контакте с двигателем, следовательно, она также известна как система прямого охлаждения.

Система воздушного охлаждения используется для небольших двигателей, таких как велосипеды, газонокосилки и т. д.

Преимущества системы воздушного охлаждения

1. Конструкция двигателя становится проще.
2. Ремонт легко в случае повреждений.
3. Отсутствие громоздкой системы охлаждения облегчает обслуживание системы.
4. Нет опасности утечки охлаждающей жидкости.
5. Двигатель не подвержен заморозкам.
6. Это автономное устройство, так как оно не требует радиатора, жатки, резервуаров и т.д.
7. Установка системы воздушного охлаждения проста.

Недостатки двигателей воздушного охлаждения

1. Их можно использовать только в местах, где температура окружающей среды ниже.
2. Охлаждение не равномерное.
3. Более высокая рабочая температура по сравнению с двигателями с водяным охлаждением.
4. Производят больше аэродинамического шума.
5. Удельный расход топлива выше.
6. Более низкие максимально допустимые коэффициенты сжатия.
7. Вентилятор, если он используется, потребляет почти 5% мощности, вырабатываемой двигателями.

Эффективная система охлаждения двигателя: какая она

Она должна быть способна отводить около 30% тепла, выделяемого двигателем, при этом поддерживая оптимальную рабочую температуру.

Она должна отводить тепло с большей скоростью, когда двигатель горячий, и снимать двигатель с меньшей скоростью, когда двигатель холодный.

Примечание: двигатели в автомобилях повышенной проходимости и внедорожниках необходимо охлаждать по крайней мере по двум причинам. Одна основана на температуре горящих газов в цилиндрах, превышающей температуру плавления материала блока и цилиндров.

Если не убрать тепло, двигатель может выйти из строя. Вторая причина – поддержание оптимальной температуры двигателя помогает поддерживать его эффективную работу (подумайте об экономии топлива) и оптимизирует объемную эффективность (подумайте о лошадиных силах).

Радиатор охлаждения двигателя

В то время как существуют разные типы радиаторов, распространенный тип называется радиатором с зазубренной трубкой. Он состоит из трубок (для переноса жидкости), к которым прикреплены кольца или ребра для рассеивания тепла.

Горячая вода подается по трубам в верхний резервуар (верх радиатора) с помощью водяного насоса. Охлажденная вода направляется из нижнего резервуара (нижняя часть радиатора) обратно в двигатель для циркуляции через блок двигателя через небольшие каналы.

Жидкость, проходящая через блок двигателя, помогает отводить тепло, в дополнение к дополнительному воздуху, пропускаемому через него вентилятором и при движении.

Помпа

Водяной насос обычно устанавливается в передней части двигателя и приводится в движение ремнем. Нижняя часть радиатора (нижняя емкость) соединена со стороной всасывания насоса.

Шпиндель насоса приводится в движение ремнем, который соединяется со шкивом, установленным на конце коленчатого вала. Назначение насоса — просто извлекать горячую и впрыскивать более холодную жидкость (часто смесь воды и охлаждающей жидкости на основе спирта).

Приводы вентилятора

Вентилятор радиатора прикрепляется с помощью шкива и ремня. Скорость его вращения определяется частотой вращения двигателя и механической конструкцией механизма шкива / ремня.

Вентиляторы для системы охлаждения

Вентиляторы различаются по многим параметрам, включая материал, из которого они состоят, и способ их изготовления или сборки, по диаметру, количеству лопастей, длине лопасти, шагу лопасти и типу ступицы. Материалы включают нейлон или пластик, металл и гибридные материалы, например, вентилятор Horton HTEC (термореактивный композит).

Формованные вентиляторы являются наиболее распространенными и интенсивно используются как на дорогах, так и вне дорог. Они изготавливаются из пластика или нейлона и имеют цельный дизайн.

Модульные вентиляторы обычно используются в условиях бездорожья и обеспечивают значительную гибкость конструкции. При этом в одной и той же втулке могут использоваться различные длины лезвий, их шаг, конфигурации и материалы для оптимизации производительности. Различные варианты ступиц увеличивают их пригодность для многих применений.

Металлические вентиляторы используются в внедорожных транспортных средствах, а также в транспортных средствах, предназначенных для дорог. Прочные и относительно легкие, они могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с учетом точных требований к воздушному потоку, размеру, длине лопасти, ширине лопасти, типу кожуха, зазору наконечника, диапазону скоростей передаточного числа вентилятора и другим факторам.

Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Помимо главной функции отвода тепла от основных узлов двигателя автомобиля, система охлаждения решает ряд дополнительных задач. Фактически она участвует в работе системы смазки, отопления салона, выхлопа и рециркуляции отработавших газов, турбонаддува и коробки передач. О том, как она устроена, а также в чем заключается принцип работы охлаждающей системы и пойдет речь далее.

1. Виды систем охлаждения двигателя
2. Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС
3. Как устроен радиатор охлаждения двигателя
4. Особенности работы датчика температуры ОЖ
5. Что используют в качестве охлаждающих жидкостей

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).

Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС

Наиболее популярной в современных автомобилях является комбинированная система охлаждения двигателя с принудительной циркуляцией воздуха и жидкости. Она состоит из следующих элементов:

• Радиатор системы охлаждения.
• Вентилятор радиатора.
• Малый и большой охлаждающие контуры.
• Рубашка системы охлаждения (система каналов в блоке цилиндров).
• Датчик температуры.
• Термостат.
• Расширительный бачок.
• Насос (помпа).
• Радиатор печки.
• Масляный радиатор (опционально).
• Радиатор системы рециркуляции отработавших газов (опционально).

В момент запуска двигателя насос начинает перекачку жидкости по малому контуру. Когда двигатель нагревается до рабочей температуры, срабатывает термостат и открывает второй (большой) контур охлаждения. Проходя через узлы мотора, охлаждающая жидкость нагревается и расширяется. При увеличении температуры часть жидкости поступает в расширительный бачок. Это позволяет компенсировать излишний объем, независимо от того, какое давление установилось в системе.

Большой и малый круги циркуляции ОЖ

Проходя через участок радиатора системы охлаждения, антифриз вновь остывает и возвращается на новый цикл. Если этот режим снижения температуры оказывается недостаточным, срабатывает температурный датчик, передающий сигнал блоку управления двигателя и запускающий вентилятор воздушного охлаждения. Если и его оказывается недостаточно, на приборную панель (индикатор) поступает сигнал о перегреве двигателя.

Масляный радиатор и радиатор рециркуляции отработавших газов может присутствовать не во всех системах охлаждения. Они необходимы для синхронного снижения температуры смазки и выхлопа, что делает эксплуатацию автомобиля более безопасной и экономичной. В автомобилях с турбонаддувом также может присутствовать еще один охлаждающий контур для снижения температуры воздуха наддува.

Как устроен радиатор охлаждения двигателя

Радиатор системы охлаждения ДВС состоит из следующих элементов:

• Сердцевина. Она может быть трубчатой (вертикальные трубки овального или круглого сечения, объединенные тонкими горизонтальными пластинами), пластинчатой (изогнутые пары пластин, спаянные по краям) и сотовой (спаянные трубки с сечением в виде правильного шестиугольника).
• Верхний бачок. Оснащен заливной горловиной с герметичной пробкой, а также патрубком для установки шланга, подводящего антифриз. В горловине выполнено отверстие для установки пароотводящей трубки. Последняя имеет паровой клапан, который открывается в случае закипания.
• Воздушный клапан. Он необходим для наполнения радиатора воздухом после остановки двигателя. Когда охлаждающая жидкость полностью остывает, без подачи дополнительного объема воздуха в системе может возникнуть сильное разрежение, провоцирующее сдавливание трубок.
• Нижний бачок. Оснащен патрубком для крепления шланга отвода жидкости.
• Крепления.

Принцип работы радиатора основан на многоуровневой циркуляции воздуха в его сердцевине, что делает снижение температуры охлаждающей жидкости, проходящей через него, более интенсивным.

Наиболее эффективными являются радиаторы пластинчатого типа, но они подвержены быстрому загрязнению, а потому самой популярной конструкцией стали трубчатые.

Особенности работы датчика температуры ОЖ

Температурный датчик позволяет контролировать состояние системы. Определить, где находится датчик температуры охлаждающей жидкости просто: как правило, он расположен в канале головки блока цилиндров. Он представляет собой терморезистор в герметичном корпусе, который может быть изготовлен из бронзы, пластика и латуни. На корпусе имеется резьба для установки в канал.

Принцип работы датчика основан на следующем эффекте: при повышении температуры сопротивление чувствительного элемента снижается, а при ее уменьшении увеличивается. Показатель сопротивления передается на электронный блок управления двигателем. Чтобы при этом данные состояния охлаждающей жидкости были точными, датчик должен быть полностью погружен в нее. При температуре 100°C сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости должно быть порядка 177 Ом. С учетом погрешностей измерения допускается показатель сопротивления 190 Ом. Если же отклонения больше допустимых, датчик необходимо заменить.

В некоторых моделях автомобилей может быть предусмотрено два датчика температуры. Один отвечает исключительно за включение вентилятора радиатора, а второй представляет собой датчик указателя текущей температуры охлаждающей жидкости.

Что используют в качестве охлаждающих жидкостей

В роли рабочей жидкости в системах охлаждения изначально применялась дистиллированная или деионизированная вода. Однако для современных двигателей она не обеспечивает нужный диапазон рабочих температур. Помимо этого, она склонна к коррозионной активности в отношении металлов, что снижает срок эксплуатации системы охлаждения. Для устранения этих недостатков в качестве охлаждающей жидкости сегодня применяются составы со специальными присадками (этиленгликоль, ингибиторы коррозии), что повышает характеристики всей системы. Чаще всего используется антифриз, который имеет более низкий порог замерзания.

При возникновении ситуации, когда требуется экстренный долив охлаждающей жидкости, можно использовать обычную чистую воду. Однако для корректной работы системы при первой возможности такой раствор необходимо заменить на качественный антифриз.

Замена охлаждающей жидкости проводится каждые 60-100 тысяч километров пробега. В охлажденном состоянии (при выключенном двигателе) ее количество должно быть на уровне нижнего края патрубка расширительного бачка охлаждающей системы. Для удобства на нем выполнены отметки “Min” и “Max”. Когда количество жидкости ниже минимальной отметки – выполняют долив. Если после работы уровень вновь упал – это свидетельствует о разгерметизации системы.

Значимость системы охлаждения двигателя не вызывает сомнений. А потому стоит регулярно проводить профилактический осмотр ее основных узлов. Это позволит избежать перегрева двигателя и возникновения критических поломок.

Источник Источник http://znanieavto.ru/otvod-tepla/sistema-oxlazhdeniya-dvigatelya-avtomobilya.html
http://autoexpert174.ru/sistema-ohlazhdenija-dvigatelja/
Источник Источник http://techautoport.ru/dvigatel/sistema-ohlazhdeniya/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html