Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Зачем нужно охлаждение двигателя и как это работает». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Система охлаждения двигателя — это комплекс устройств, позволяющих поддерживать оптимальную температуру работающего двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Перегрев способен вывести ДВС из строя, поскольку его компоненты сохраняют заданные характеристики только до определенного температурного порога. Излишки тепла отводятся в атмосферу.
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).
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания предназначена для отвода излишнего тепла от деталей и узлов двигателя. На самом деле эта система вредна для вашего кармана. Приблизительно треть теплоты, полученной от сгорания драгоценного топлива, приходится рассеивать в окружающей среде. Но таково устройство современного ДВС. Идеальным был бы двигатель, который может работать без отвода теплоты в окружающую среду, а всю ее превращать в полезную работу. Но материалы, используемые в современном двигателестроении, таких температур не выдержат. Поэтому по крайней мере две основные, базовые детали двигателя — блок цилиндров и головку блока — приходится дополнительно охлаждать. На заре автомобилестроения появились и долго конкурировали две системы охлаждения: жидкостная и воздушная. Но воздушная система охлаждения постепенно сдавала свои позиции и сейчас применяется, в основном, на очень небольших двигателях мототранспорта и генераторных установках малой мощности. Поэтому рассмотрим подробнее систему жидкостного охлаждения.
Не обошлось и без недостатков. Прежде чем приобрести авто, оснащенный подобной системой охлаждения, следует знать основные минусы данных решений.
Так, работа двигателя сопровождается непомерно громким шумом. Шум этот создает работающий вентилятор. Еще один минус – это размеры, так как мотор комплектуется обдувающими устройствами. Даже при современных темпах развития технологий, воздушные потоки неравномерно направлены, а значит, есть риск локальных перегревов. Двигатели такого типа очень чувствительны к качеству бензина, масла, предъявляются высокие требования к состоянию основных деталей в моторе.
Но автомобили с такой системой прочно заняли свое место в автомобилестроении. Этими силовыми агрегатами оснащают грузовые авто, есть несколько легковых моделей. На воздушном охлаждении работает сельскохозяйственная и военная техника, некоторые дизельные двигатели.
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.
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).
Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС
Система охлаждения двигателя
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).
Устройство и принцип работы воздушной и жидкостной систем охлаждения.
Воздушная система охлаждения двигателя очень проста в устройстве. Ребристые головки цилиндров, а сами ребра расположены вдоль направления воздушного потока, которым они обдуваются. За счет ребер повышается площадь нагретой системы, которая обдувается воздухом, поэтому и отдача тепла происходит намного лучше. Ребра могут располагаться как вдоль оси цилиндра, так и поперек цилиндра.
Система воздушного охлаждения не только проста в устройстве, но и надежна. Вся система представляет собой обычный ребристый цилиндр, а за счет грамотного расположения и происходит качественное охлаждение двигателя. Рядом с простотой система имеет и ряд недостатков. Например, низкая эффективность – потоки воздуха недостаточно теплоемкие, поэтому нет возможности применять эту систему на очень мощных двигателях. Поэтому принято использовать воздушную систему на двигателях малой кубатуры – на мотоциклах и малолитражных автомобилях. Наиболее яркими представителями автопрома с воздушной системой охлаждения являются знаменитый Фольксваген «Жук» и не менее знаменитый «Запорожец».
Охлаждение двигателя за счет жидкостной системы устроено намного сложнее. В качестве теплоносителя используется вода, а ее необходимо еще подать к нагретым деталям двигателя. Именно при помощи так называемой «водяной рубашки» и решается эта задача. «Водяная рубашка» — это система полостей для воды в блоке цилиндров и головки блока цилиндров. Вода проходит сквозь двигатель по самых горячих его частях, отбирает тепло и отдает его в атмосферу.
Жидкостное охлаждение двигателя тоже имеет недостатки. Система не имеет принудительного охлаждения жидкости, то есть она теряет тепло только в расширительном бачке, что тоже не дает ее использовать в моторах большой мощности. Поэтому именно гибридная система вытеснила чисто жидкостную и воздушную системы.
О неисправностях системы
Этот подраздел необходим для того, чтобы водители знали, с чем им возможно придется столкнуться в дороге и были потенциально готовы к устранению неполадок. Самой распространенной является подтекание рабочей жидкости из системы. Обычно шланги и патрубки в ходе эксплуатации утрачивают свою эластичность и не могут обеспечить прежней герметичности.
Создается воздушная пробка, и антифриз начинает покидать систему в наиболее слабом месте. Подтверждением тому выступают пятна на асфальте после стоянки транспортного средства. Необходимо безотлагательно проверить места соединений, а также следить за уровнем в расширительном бачке. Если ремонт недоступен какое-то время, можно воспользоваться доливкой тосола (для этого в продаже имеются 1‑литровые емкости).
Еще один печально известный вариант — заклинивание термостата из-за его физического срабатывания. Если жидкость будет проходить лишь по малому кругу, то это приведет к перегреву мотора со всеми вытекающими последствиями. То же самое касается разгерметизации радиатора или отложение солей, которые нарушают отвод излишнего объема тепла.
Одним из самых дорогостоящих является выход из строя помпы охлаждения (водяного насоса). Свидетельством тому является характерный свистящий звук подшипника насоса. Решение только одно — замена данного узла новым.
Что происходит на холодном моторе
Пока двигатель внутреннего сгорания функционирует, он выделяет значительные объемы тепла. Вследствие этого множество самых разных деталей подвергается действию высоких температур. Для отвода излишнего тепла была предусмотрена схема движения антифриза по разным кругам: так называемым ”большому” и ”малому”. Каждый из них является замкнутым, но отличается списком оборудования и деталей, которые в нем участвуют.
Подробнее о том, как устроена система охлаждения, мы говорим в отдельном материале. Итак, запускаем мотор, и сразу же начинает циркулировать антифриз. Обеспечивается это работой водяного насоса – помпы, который, в свою очередь, функционирует благодаря приводному ремню. Вначале движок у нас еще холодный, поэтому жидкость циркулирует между ним и водяной помпой. Это называется малым кругом, и происходит так до тех пор, пока мотор не прогреется до определенного температурного уровня.
После этого термостат автоматически закрывает малый круг, но открывает движение по большому кругу. Помпа снова закачивает антифриз в силовой агрегат. Как только его температура повысится до уровня рабочей, он через патрубки достигнет радиатора. С его помощью излишки тепла выводятся в окружающую среду, и двигатель снова работает в приемлемом температурном режиме.
[Жидкостная система охлаждения]
Вспомним ещё раз немного про данную систему охлаждения.
В жидкостной системе охлаждения используются специальные охлаждающие жидкости — антифризы различных марок, имеющие температуру загустевания — 40 °С и ниже. Антифризы содержат антикоррозионные и антивспенивающие присадки, исключающие образование накипи. Они очень ядовиты и требуют осторожного обращения. По сравнению с водой антифризы имеют меньшую теплоемкость и поэтому отводят теплоту от стенок цилиндров двигателя менее интенсивно.
Так, при охлаждении антифризом температура стенок цилиндров на 15…20°С выше, чем при охлаждении водой. Это ускоряет прогрев двигателя и уменьшает изнашивание цилиндров, но в летнее время может привести к перегреву двигателя.
Оптимальным температурным режимом двигателя при жидкостной системе охлаждения считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в двигателе составляет 80 …100 °С на всех режимах работы двигателя.
В двигателях автомобилей применяется закрытая (герметичная) жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.
Внутренняя полость закрытой системы охлаждения не имеет постоянной связи с окружающей средой, а связь осуществляется через специальные клапаны (при определенном давлении или вакууме), находящиеся в пробках радиатора или расширительного бачка системы. Охлаждающая жидкость в такой системе закипает при 110… 120 °С. Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается жидкостным насосом.
Система охлаждения двигателя состоит из:
- рубашка охлаждения головки и блока цилиндров;
- радиатор;
- насос;
- термостат;
- вентилятор;
- расширительный бачок;
- соединительные трубопроводы и сливные краники.
Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.
Как циркулирует охлаждающая жидкость?
Сами системы в бензиновых и дизельных авто похожи, принципиальных различий в их конструкции и работе нет. Они включают в себя множество компонентов, а для их регулирования применяются элементы управления. Чтобы понять, как антифриз циркулирует, рассмотрим основные компоненты СО:
| Основные компоненты СО | |
| Радиатор | Нужен для охлаждения горячей ОЖ воздушным потоком. |
| Масляный радиатор | Охлаждает моторное масло. |
| Теплообменник отопителя | Служит для нагревания воздушного потока, который проходит через этот элемент. Чтобы компонент функционировал эффективней, его устанавливают у места выхода горячего антифриза из мотора. |
| Расширительный бачок для жидкости | Через него осуществляется заполнение системы расходником, а его предназначение заключается в компенсации изменения объема ОЖ от температуры в СО. |
| Центробежный насос или помпа | С его помощью осуществляется непосредственный процесс циркуляции жидкости по СО. В зависимости от конструкции двигателя, на нем может быть установлен дополнительный насос. |
| Термостат | Обеспечивает оптимальную температуру в СО, регулируя поток ОЖ, который проходит через радиатор. |
| Датчик температуры ОЖ | В случае ее увеличения выше нормы, сигнализирует водителю об этом при помощи электронного блока управления. |
Непосредственное функционирование СО обеспечивает система управления мотором. В современных моторах принцип работы основывается на математической модели, учитывающей множество параметров и определяющей нормальные условия активации и работы всех компонентов.
Понятное дело, что «Тосол» не может проходить по СО сам, поэтому его поток обеспечивается центробежным насосом. Циркуляция охлаждающей жидкости происходит через «рубашку охлаждения». В результате этого мотор транспортного средства охлаждается, а «Тосол» нагревается. Сам ход движения ОЖ в агрегате может происходить либо от первого цилиндра к последнему, или от выпускного коллектора к впускному.
Промывка системы охлаждения двигателя
Отдельно стоит упомянуть промывку системы. Эта профилактическая процедура позволяет сохранить полости магистрали в чистоте. Многие автомобилисты пренебрегают этой процедурой. В зависимости от модели авто промывать систему нужно раз в год или через каждые три года.
Теперь давайте рассмотрим более внимательно систему охлаждения современного легкового автомобиля. Нужно отметить, что на всех машинах она практически идентична. Отличия касаются в основном мелочей, а также в размещении элементов. Сейчас, применяется в основном принудительная разновидность, для массовых авто она показала себя более эффективной. Состоит она из следующих элементов:
-
Вентилятор
. Этот элемент выполняет вспомогательную функцию. Его задача создавать дополнительный поток воздуха, который обдувая радиатор, охлаждает его. Сейчас обычно вентилятор оснащается электродвигателем. Но, на некоторых моделях применяется принудительный привод от коленвала; - В самом двигателе находится рубашка охлаждения.
Она представляет собой сеть взаимосвязанных между собой каналов, которые и выполняют основную часть работы по отведению тепла от мотора. Часто именно рубашку называют малым кругом; -
Насос для воды
(помпа). Задачей этого элемента является перекачка антифриза из двигателя в радиатор. Собственно, это один из основных компонентов принудительной охлаждающей системы, при отказе насоса дальнейшая работа становится невозможной; - Термостат. Обеспечивает направление потоков по малому кругу или по всей системе. Регулировка производится в зависимости от температуры теплоносителя;
- Отопитель (печка). Так как для отопления салона используется тепло антифриза, то печка является частью системы охлаждения;
-
Датчики
. Обычно устанавливается 2 датчика. Один стоит в моторе, и подключен к приборной панели, другой в радиаторе, он включает вентилятор охлаждения. Если привод вентилятора принудительный, то в радиаторе установлена заглушка; -
Расширительный бак
. Он включает в себя сразу 2 функции. Первое, это наличие запаса жидкости, которая может испаряться в процессе эксплуатации. В таком случае недостающий объем подается в систему, которая соединена с бачком по принципу сообщающихся сосудов. Другая функция – возможность сброса пара при перегреве двигателя. Часть охлаждающей жидкости испаряется, чтобы не произошло аварийной разгерметизации, сброс происходит в расширительный бак.
Назначение системы охлаждения
Температура в блоке цилиндров при работающем агрегате может подниматься до 1900 ℃. Из этого объема тепла только часть является полезной и используется в необходимых режимах работы. Остальное выводится системой охлаждения за пределы моторного отсека. Увеличение температурного режима сверх нормы чревато негативными последствиями, которые приводят к прогоранию смазочных материалов, нарушению технических зазоров между определенными деталями, особенно в поршневой группе, что приведет к уменьшению срока их службы. Перегрев мотора, как следствие неисправности системы охлаждения двигателя, является одной из причин детонации горючей смеси, поставляемой в камеру сгорания.
Переохлаждение двигателя также нежелательно. В «холодном » агрегате появляется потеря мощности, густота масла повышается, из-за чего увеличивается трение несмазанных узлов. Рабочая горючая смесь частично конденсируется, тем самым лишая стенки цилиндра смазки. Вместе с тем, поверхность стенки цилиндра подвергается процессу коррозии вследствие образования серных отложений.
Система охлаждения двигателя предназначена стабилизировать тепловой режим, необходимый для нормального функционирования мотора транспортного средства.
Принудительное охлаждение воздухом
Двигатели с таким типом отвода излишнего тепла оборудованы вентилятором и ребрами охлаждения. Такой набор конструктивных узлов позволяет искусственно нагнетать воздух в систему охлаждения двигателя для обдува охлаждающих ребер. Над вентилятором и ребрами устанавливается защитный кожух, который участвует в направлении воздушных масс для охлаждения и препятствует попаданию тепла извне.
Положительными моментами в данном типе охлаждения принимается простота конструктивных особенностей, малый вес, отсутствие узлов подачи и циркуляции хладагента. Недостатками считаются высокий шумовой уровень функционирования системы и громоздкость устройства. Также в принудительном воздушном охлаждении не решена проблема с локальным перегревом агрегата и рассеянностью обдува, несмотря на установленные кожухи.
Такой тип предупреждения перегрева двигателей активно применялся вплоть до 70-х годов. Работа системы охлаждения двигателя с принудительным воздушным типом была популярна на малолитражных транспортных средствах.
Последствиями неисправности охлаждения становятся перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев может быть вызван недостаточностью жидкости в системе, нестабильной работой помпы или вентилятора. Также неправильной работой термостата, когда он должен открыть большой круг охлаждения.
Могут быть вызваны сильным загрязнением радиатора, зашлакованностью магистралей, плохой работой крышки радиатора, расширительного бачка или некачественным антифризом.
Приветствую всех! Любой автолюбитель прекрасно осведомлен, что транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания не может функционировать без ряда систем и конструкций. Возьмем к примеру, систему охлаждения двигателя – это уникальная совокупность деталей и узлов, которая призвана регулировать теплообмен силового агрегата. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе детальнее.