О системе охлаждения двигателя

Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

• нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;
• охлаждение масла в системе смазки;
• охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
• охлаждение воздуха в системе турбонаддува;
• охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

• механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя);
• электрический (управляемый электродвигатель);
• гидравлический (гидромуфта).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

Принцип работы системы охлаждения

Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.

Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в “рубашке охлаждения” может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).

В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.

По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.

После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.

На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения, в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой – за охлаждение наддувочного воздуха.

Техническое обслуживание системы охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя автомобиля требует к себе повышенного внимания как в теплое время года, так и в зимний период. Поэтому правильное и своевременное техническое обслуживание охлаждающей системы поможет вам избавится от множества проблем с машиной, возникающих чаще всего из-за несоблюдения элементарных правил.

Автомобильная система охлаждения имеет достаточно сложное устройство, надежная работа которого возможна только при исправности всех её узлов и агрегатов. В идеале, техническое обслуживание системы должно сводиться всего к двум пунктам:

Но идеальных условий не бывает, поэтому в процессе эксплуатации автомобиля важно следить за герметичностью охлаждающей системы и за тем, что вы в неё заливаете. В этой статье мы расскажем на что нужно обращать внимание при обслуживании системы охлаждения двигателя для предупреждения возникновения неисправностей.

Подробно о том, как работает система охлаждения двигателя в автомобиле и об особенностях ее обслуживания смотрите видео внизу страницы.

Также, наверняка, вам будет полезно узнать основные причины перегрева двигателя.

Что заливать в систему охлаждения двигателя?

Для начала давайте вспомним, что залито в вашу систему охлаждения? Еще не так давно можно было довольно часто встретить автомобили с водой в системе охлаждения двигателя вместо антифриза. К счастью, в наши дни применение воды в качестве охлаждающей жидкости стало скорее исключением из правил. Обычно ее используют в аварийных ситуациях, когда что-то в систему залить нужно, а антифриза под рукой нет.

Если сравнивать характеристики воды и специальной охлаждающей жидкости (антифриза), то последняя имеет массу преимуществ – это и более высокая температура кипения, и низкая температура замерзания, и наличие в составе смягчающих и антикоррозионных присадок, предотвращающих образование накипи и ржавчины в системе охлаждения двигателя.

С этим вопросом мы определились – никакой воды в системе охлаждения двигателя! Но стоит иметь в виду, что долговечность работы системы во многом зависит и от качества охлаждающей жидкости. Не стоит покупать первую попавшуюся канистру с надписью “Антифриз” или “Тосол”, отдавать предпочтение нужно только продукции надежных производителей, имеющих все необходимые сертификаты.

Большинство поддельных жидкостей содержат в своем составе агрессивные кислоты, которые со временем разъедают не только детали охлаждающей системы, но и приводят к появлению “раковин” даже в головке блока цилиндров двигателя! Поэтому экономить на антифризе мы вам не советуем.

Очень подробно о видах автомобильных охлаждающих жидкостей, об их отличии друг от друга, и о том, как выбрать антифриз для своего автомобиля мы писали в этой статье, настоятельно рекомендуем ознакомиться!

Также одним из важных критериев качества охлаждающей жидкости является наличие в её составе специальных флуоресцентных добавок, которые помогают обнаруживать течи в системе охлаждения двигателя. Так как система должна быть герметичной, то течи в ней недопустимы.

Проверка системы охлаждения на герметичность

Проверка системы охлаждения двигателя на герметичность – очень важный этап в её обслуживании. Дело в том, что в герметичной системе антифриз кипит при температуре 130 °С, а в обычных условиях он закипает всего при 108 °С. Поэтому малейшая трещина, например, в радиаторе охлаждения, резиновом шланге или в расширительном бачке, нарушает герметичность и двигатель закипает.

Облегчить поиск микротрещин в системе охлаждения двигателя помогают специальные флуоресцентные добавки, входящие в состав современных антифризов – благодаря им он светится в лучах ультрафиолетовой лампы.

Но, к сожалению, далеко не у каждого автолюбителя есть такая лампа. Поэтому в процессе технического обслуживания системы охлаждения двигателя рекомендуем придерживаться нескольких простых правил:

1. Для проверки уровня жидкости на расширительном бачке имеются отметки MIN и MAX. При холодном двигателе уровень антифриза должен находиться между этими двумя отметками.
2. Если в расширительном бачке уровень охлаждающей жидкости постоянно снижается, то это свидетельствует об её утечке, то есть о нарушении герметичности системы охлаждения двигателя.
3. Внимательно осмотрите ваш радиатор и патрубки на отсутствие течей и подтёков, при необходимости подтяните соединительные хомутики и убедитесь в том, что крышка радиатора закрыта до упора.

При обнаружении подтеканий антифриза в радиаторе рекомендуем изучить нашу инструкцию по ремонту радиаторов своими руками.

Наличие воздуха в автомобильной системе охлаждения (так называемые, “воздушные пробки”) также способно нарушить её работу. Ниже мы раскроем вам самый простой способ, как выгнать воздух из системы охлаждения двигателя.

Наличие воздуха в системе охлаждения проверяется следующим образом:

• Откройте крышку расширительного бачка,
• Включите обогрев салона на полную мощность и дайте мотору поработать на холостых оборотах две-три минуты,
• Если в системе охлаждения есть воздух, то в расширительном бачке появятся пузырьки.

Для того, чтобы удалить воздух из системы охлаждения двигателя, автомобиль нужно поставить под наклоном, таким образом, чтобы “передок” был немного “задран” к верху. Далее последовательность действий будет следующей:

1. Откройте крышку радиатора и заведите машину.
2. Включите печку и дайте поработать двигателю несколько минут, чтобы воздух мог выйти из ситемы.
3. После этого мотор можно заглушить и пробку радиатора закрыть.

А теперь давайте рассмотрим еще несколько нюансов, на которые стоит обратить внимание при обслуживании системы охлаждения двигателя для профилактики появление неисправностей или их устранения.

На что следует обратить внимание при обслуживании системы охлаждения двигателя

Чтобы предупредить неисправности системы охлаждения двигателя, необходимо регулярно выполнять следующие операции по ее техническому обслуживанию:

• Проверка плотности охлаждающей жидкости. Плотность антифриза проверяется ареометром. При повышенной плотности, разбавьте вашу жидкость дистиллированной водой, а при пониженной – аналогичной охлаждающей жидкостью.
• Натяжение приводного ремня. Одной из самых распространенных причин перегрева двигателя автомобиля (особенно с механическим приводом вентилятора) является слабое натяжение приводного ремня. Пробуксовка ремня снижает производительность помпы и, соответственно, скорость вращения крыльчатки.
• Чистка системы охлаждения двигателя. Также не забывайте проверять внешнее состояние мотора и радиатора. И радиатор, и двигатель нуждаются в регулярной чистке, так как грязь и мусор мешают нормальному охлаждению мотора. Зачастую радиатор забивается грязью, пылью, тополиным пухом и прочей гадастью. Весь этот мусор легко устраняется сильной струей воды или мощным пылесосом. Потёки масла на двигателе и прилипшая к ним пыль также должны регулярно смываться.
• Проверка термостата. Важным элементом системы охлаждения является термостат, благодаря которому поддерживается оптимальная рабочая температура мотора, а также быстрый прогрев двигателя сразу после запуска. Подробно о том как устроен автомобильный термостат и методах его диагностики мы писали в статье об устройстве и принципе работы автомобильного термостата.
• Вентилятор системы охлаждения двигателя. Еще один элемент, требующий внимания при уходе за системой охлаждения двигателя – это вентилятор. На большинстве современных автомобилей установлены электрические вентиляторы охлаждения, которые управляются термоэлектрическим датчиком, вкрученным в радиатор. При достижении заданной температуры контакты датчика замыкаются, и вентилятор начинает работать, охлаждая поверхность радиатора.

Если при нагревании двигателя вентилятор не включается, то причина этого может крыться в датчике температуры. Работоспособность датчика определяется очень просто, для этого нужно просто замкнуть его контакты:

• если вентилятор заработал, значит неисправен датчик,
• если нет – причина или в электродвигателе вентилятора, или в электрической цепи его питания.

Видео об особенностях обслуживания системы охлаждения двигателя

4.8 Система охлаждения двигателя

Внимание
Система охлаждения двигателя выполняет одну из самых важных функций в ДВС, поэтому выход из строя всей системы или какого-либо элемента может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Движение и эксплуатация транспортного средства с неисправной системой охлаждения нежелательна или запрещена.

Назначение и действие системы охлаждения

Рисунок 4.31 Принципиальная схема системы охлаждения двигателя.

Система охлаждения служит для принудительного отвода тепла от цилиндров двигателя и передачи его окружающему воздуху. Необходимость в системе охлаждения вызвана тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскаленными газами, при работе сильно нагреваются. Если не охлаждать внутренние детали двигателя, то вследствие перегрева может произойти выгорание слоя смазки между деталями и заедание движущихся деталей вследствие чрезмерного их расширения.

Системы охлаждения практически всех современных автомобилей не отличаются друг от друга. Принципиальная, обобщенная схема работы системы охлаждения приведена на рисунке 4.31, где красным цветом отмечена жидкость нагретая от деталей двигателя и синим – охлажденная в радиаторе системы.

В систему водяного охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости входят водяные рубашки соответственно головки и блока цилиндров (о рубашках мы писали выше, изучая одноцилиндровый двигатель), радиатор, нижний и верхний соединительные патрубки со шлангами и водяной насос с водораспределительной трубой, вентилятор и термостат.

При работе двигателя, приводимый от него в действие водяной насос (он же —помпа) создает круговую циркуляцию воды через водяную рубашку, патрубки и радиатор. По водораспределительной трубе вода в первую очередь направляется к наиболее нагреваемым местам блока. Проходя по водяной рубашке блока и головки, вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания, охлаждая двигатель. Нагретая вода по верхнему патрубку поступает в радиатор, где, разветвляясь по трубкам на тонкие струйки, охлаждается воздухом, который просачивается мимо трубок под действием тяги, создаваемой вращающимися лопастями вентилятора. Охлажденная вода вновь поступает в водяную рубашку двигателя.

Рисунок 4.32 Схема системы охлаждения.

Основные элементы системы охлаждения

Радиатор

Рисунок 4.33 Радиатор.

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

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

Рисунок 4.34 Варианты исполнения радиатора системы охлаждения.

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

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

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

Рисунок 4.35 Крышка радиатора.

Водяной насос

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

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

Рисунок 4.36 Водяной насос. Крыльчатка.

Вентилятор

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

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

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

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

Термостат

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

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

Рисунок 4.37 Работа термостата.