Принцип работы системы охлаждения двигателя. Принцип работы системы

Принцип работы системы охлаждения двигателя. 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.

Принцип работы жидкостной системы охлаждения. Система жидкостного охлаждения

Третий в моем обзоре тип системы охлаждения, пожалуй, один из самых интересных, эффектных и эффективных.Как я уже говорил, с законами физики не поспоришь. Рост тактовых частот и производительности современного компьютера неизбежно сопровождается повышением энергопотребления его элементов, следствием этого является увеличение тепловыделения. В свою очередь, это заставляет производителей создавать все новые и все более эффективные системы охлаждения.Первый раз с такой системой я познакомился поздно – в конце 2006 года на выставке Home Interactive Technologies (HIT) в Питере. Тогда я участвовал в конкурсе моддинга и рядом с моим модом стоял мод парня, который сделал шикарнейший мод с применениям водяного охлаждения.Система жидкостного охлаждения – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость.Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда — масло, другие специальные жидкости.Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо нетеплоемкого воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью.Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля — через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод. В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.

журчит ручей

типичная система состоит из водоблока, в котором происходит передача тепла от процессора теплоносителю, помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы, радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов.Поверхность соприкосновения водоблока с процессором обычно отполирована до зеркального отражения, по уже озвученным мною причинам. Через знакомый термоинтерфейс водоблок крепится на охлаждаемый объект. Обычно он крепится с помощью специальных скоб, что исключает его возможность двигаться. Бывают водоблоки и для видеокарт, но явных отличий от принципа действия процессорных водоблоков нет – все различия в креплении и форме радиатора.Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорно-сокетных элементов материнской платы, которые могут греться ни чуть не хуже своего старшего брата. Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха. Как этого избежать? Совет, пожалуй, один – выбирайте системы (совмещайте) с дополнительным кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся силовые элементы.Водоблок через специальные трубки соединяется с радиатором, крепиться который может как внутри системного блока, так и снаружи (например, с задней стороны системника). Второй вариант, пожалуй, предпочтительнее. Судите сами: больше свободного места внутри системного блока, более низкая температура окружающей среды положительно влияет на радиатор. Плюс он дополнительно обдувается корпусным вентилятором.Резервуар для жидкости, или иначе, расширительный бачок, так же может находиться снаружи системного блока. Его объем в штатных системах варьируется от 200мл до литра.Производители систем охлаждения стараются заботиться о своих пользователях и прекрасно понимают, что для хорошей системы охлаждения место найдется внутри не каждого системного блока. Тем более, нужно учитывать, что каждый производитель как-то хочет выделиться на фоне других. Поэтому существует огромный выбор внешних систем жидкостного охлаждения (понятное дело, что без соединительных трубок с радиатором на конце никак не пренебречь). Их не стыдно выставить напоказ; обычно внутри таких систем скрывается сразу все – помпа, резервуар, продуваемый вентиляторами радиатор. Но и стоят они, обычно, демонстративно дорого.

Итог по системам водяного охлаждения

Для чего же применять жидкостные системы охлаждения? Ведь если посудить строго, то обычных штатных кулеров всегда достаточно, в обычных условиях работы ПК (если бы это было не так, то их бы не ставили, а ставили системы жидкостного охлаждения). Поэтому чаще всего такую систему следует рассматривать с позиции разгона – тогда, когда возможностей воздушной системы охлаждения будет не хватать.Другим плюсом жидкостной системы охлаждения является возможность ее установки в ограниченном пространстве корпуса. В отличие от воздуха, трубки с жидкостью можно задать практически любые направления.Ну и еще один плюс такой системы – ее беззвучность. Чаще всего помпы заставляют циркулировать поток воды по системе, не создавая шума больше значения в 25 дБ.Минус, как я уже отметил – зачастую, дороговизна установки.

Устройство системы охлаждения. Типы и виды систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения, которые отличаются по заложенным в основу их работы физическим принципам и используемым теплоносителям:

- Воздушная;
- Жидкостная;
- Гибридная.

Воздушная система, как нетрудно догадаться, использует для охлаждения двигателя воздушный поток, обдувающий ребристые головки цилиндров. В жидкостной системе охлаждения работает поток воды, который отбирает тепло у двигателя, а охлаждается в расширительном бачке. Гибридная система сочетает оба принципа — двигатель охлаждается жидкостью (сегодня это не обязательно вода — применение находят специальные жидкости), а нагретая вода охлаждается в теплообменнике ( радиаторе ) с помощью потока воздуха.

Здесь нужно сделать важное замечание. В классическом понимании жидкостная система охлаждения не имеет радиатора — вода охлаждается непосредственно в расширительном бачке. Такая система появилась на заре автомобилестроения, но быстро вышла из употребления, так как не могла обеспечивать эффективное охлаждение ДВС. Сейчас в большинстве автомобилей используется гибридная система охлаждения, но в обиходе ее называют жидкостной.

Гибридные системы охлаждения можно классифицировать еще по нескольким признакам.

По количеству контуров охлаждения:

- Одноконтурные — вода циркулирует по единой для блока и головки блока цилиндров водяной рубашке;
- Двухконтурные — вода циркулирует по разобщенным водяным рубашкам блока цилиндров и головки блока цилиндров.

По направлению потока теплоносителя в водяной рубашке:

- С продольным направлением — вода поступает в районе первого цилиндра, а выходит у последнего;
- С поперечным направлением — вода подается в районе выпускного коллектора, а выводится в районе впускного.

О каждом типе системы охлаждения расскажем отдельно, а на гибридной системе остановимся наиболее подробно в следующей части статьи.

Система охлаждения двигателя это. Общая картина системы охлаждения

Независимо от того какой тип двигателя установлен в автомобиле и какая марка машины, система охлаждения имеет в целом схожее устройство. Обеспечение нормальной рабочей температуры силового агрегата достигается путём циркуляции охлаждающей жидкости по каналам системы. Таким образом, каждый узел ДВС охлаждается в равной степени независимо от температурной нагрузки.

Гидравлическая система охлаждения также может быть нескольких разновидностей:

• Термосифонная  — циркуляция осуществляется благодаря разнице в плотности горячей и холодной жидкости. Таким образом, охлаждённый антифриз вытесняет из силового агрегата горячую жидкость, отправляя её в каналы радиатора.
• Принудительная  — циркуляция охлаждающей жидкости происходит благодаря насосу.
• Комбинированная  — отвод тепла от большей части двигателя происходит принудительным путём, а отдельные участки охлаждаются термосифонным способом.

Принудительная система, пожалуй, наиболее эффективна и используется в большинстве современных легковых автомобилей.

Схема принудительного охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Основные элементы

Система охлаждения двигателя содержит следующие элементы:

• Рубашка охлаждения или «водяная рубашка». Представляет собой систему каналов проходящих в блоке цилиндров.
• Радиатор охлаждения — устройство для охлаждения самой жидкости. Состоит из каналов изогнутых труб и металлических рёбер для лучшей теплоотдачи. Охлаждение происходит как благодаря встречному потоку воздуха, так и внутренним вентилятором.
• Вентилятор. Элемент системы охлаждения, предназначенный для усиления потока воздуха. На современных автомобилях он включается только при срабатывании температурного датчика, когда радиатор неспособен полноценно охладить жидкость встречным потоком воздуха. В старых моделях автомобилей вентилятор работает постоянно. Вращение на него передаётся от коленчатого вала через ременной привод.
• Насос или помпа. Обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по каналам системы. Приводится в действие с помощью ременного или шестерёнчатого привода от коленчатого вала. Как правило, мощные двигателя с прямым впрыском топлива комплектуются дополнительным насосом.
• Термостат. Важнейшая деталь системы охлаждения, контролирующая циркуляцию по большому кругу охлаждения. Основной задачей является обеспечение нормального температурного режима при эксплуатации транспортного средства. Обычно установлен на стыке входного патрубка и рубашки охлаждения.
• Расширительный бачок — ёмкость необходимая для сбора избытка охлаждающей жидкости возникающего в процессе её нагревания.
• Радиатор отопления или печка. По своему устройству похож на радиатор охлаждения в меньшем размере. Однако, используется исключительно для обогрева салона автомобиля в зимний период и непосредственной роли в охлаждении ДВС не играет.

Жидкостная система охлаждения двигателя. 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.

Система охлаждения двигателя. Как работает система охлаждения двигателя?

Компоненты системы охлаждения включают в себя радиатор, один или несколько вентиляторов, шланги, водяной насос и термостат, а также переливной резервуар. Охлаждающая жидкость представляет собой смесь воды и антифриза, которая не только предотвращает замерзание жидкости, как следует из ее названия, но и содержит химические вещества для уменьшения коррозии и накопления накипи. В некоторых юрисдикциях, таких как Британская Колумбия, требуется, чтобы антифриз включал добавку с горьким вкусом.

Для выполнения своей работы охлаждающая жидкость движется непрерывным циклом и проталкивается водяным насосом через двигатель. Двигатель содержит внутренние полые конструкции, называемые водяными рубашками. Через них протекает охлаждающая жидкость, поглощая его избыточное тепло. Затем она проходит через шланги к радиатору и там остывает. Оттуда антифриз возвращается в двигатель, где заменяет горячую охлаждающую жидкость, чтобы повторить процесс.

При этом радиатор охлаждает горячую жидкость, используя более холодный воздух, который поступает через решетку автомобиля. Хладагент течет через узкие трубки внутри радара, чтобы тепло могло рассеиваться как можно быстрее. Если через решетку не поступает достаточное количество воздуха, например, когда автомобиль работает на холостом ходу, вентилятор позади радиатора пропускает через него воздух.

Примечание: какая-то часть горячей охлаждающей жидкости отводится прямо из двигателя в небольшие шланги, которые подводят ее к сердечнику нагревателя - это миниатюрная версия радиатора. Когда охлаждающая смесь проходит через нее, это тепло отводится в кабину для системы климат-контроля.

Но хотя двигатель не должен быть горячим, также он не может быть слишком холодным. Хотя диапазон для работы мотора варьируется в зависимости от модели, минимальная температура обычно составляет от 85 C до 95 C.

Система охлаждения двигателя неисправности. Основные неисправности системы

Условно можно выделить несколько основных групп поломок, связанных с эксплуатацией именно комбинированной системы охлаждения ДВС современного автотранспорта, выделим основные:

• разгерметизация;
• нарушение температурного режима эксплуатации двигателя;
• выход из строя взаимосвязанных компонентов других систем, в том числе выхлопной, отопления и вентиляции.

Проблема разгерметизации связана с тем, что система охлаждения состоит из замкнутого контура. Таких контуров бывает не один, порой два, иногда и три. Нарушение герметичности приводит к утечке охлаждающей жидкости. Ее отсутствие или низкий уровень в системе ведет к отказу других компонентов и нарушению температурного режима работы двигателя. Он банально перегревается, что приводит к очень серьезным поломкам. Причины разгерметизации контуров охлаждения бывают различными. В целом это повреждения в рубашке охлаждения головки и блока цилиндров, патрубках и уплотнителях (среди них особое место занимает прокладка ГБЦ ), расширительном бачке, других компонентах системы охлаждения и взаимосвязанных, например, отопления, то есть с общим контуром.

Причиной перегрева ДВС может служить не только отсутствие антифриза в системе охлаждения, но и неисправности ее основных компонентов. К этому приводят поломки радиатора, помпы (водяного насоса), термостата, вентилятора и его привода. Иногда проблемы в электронной части (выходят из строя ЭСУД (электронная система управления двигателем), датчики и ряд исполнительных устройств). Еще одна из поломок – выход из строя устройств контроля, например, индикаторов температуры охлаждающей жидкости на панели приборов.

Среди поломок, приводящих к перегреву ДВС, стоит еще отметить:

• завоздушивание системы, попадание в нее воздуха по самым разным причинам;
• загрязнение патрубков из-за наличия посторонних примесей;
• отсутствие циркуляции (принудительной, под определенным давлением) охлаждающей жидкости (сейчас антифриза, его еще называют промежуточным теплоносителем).

Помимо того что поломки системы приводят к перегреву ДВС, может складываться и обратная ситуация, когда неисправности ведут к тому, что двигатель не может набрать свою рабочую температуру. Это также ведет к снижению эксплуатационных характеристик ДВС, повышению расхода топлива и другим негативным последствиям.

Что касается взаимосвязанных компонентов, то, прежде всего, речь о моторе и системе смазки. Деформация прокладки головки блока цилиндров (далее будем использовать термин ГБЦ), коробление поверхности ГБЦ приводят не только к разгерметизации замкнутого контура системы охлаждения. Зачастую из-за этого моторное масло попадает в систему охлаждения и приводит к ее выходу из строя, а антифриз попадает в систему смазки, далее проблемы возникают еще у самого двигателя, выхлопной системы, системы зажигания, ряда других.

Во-вторых, в преобладающем числе современных легковых автомобилей отопитель не используется обособленно (автономные системы есть, но ставятся редко). А это значит, и на это указывали выше, что неисправности системы охлаждения приводят к поломкам системы отопления, по крайней мере, утере ею своей функциональности (воздух в салоне не сможет нагреваться до заданной температуры). Это обусловлено тем, что данные системы тесно взаимосвязаны и контур, по которому циркулирует охлаждающая жидкость, у них общий.

В-третьих, все зависит от используемых конструкционных решений. По причине поломки компонентов системы охлаждения могут выйти из строя турбокомпрессор, компоненты системы рециркуляции выхлопных газов, порой и элементы автоматической коробки переключения передач, других взаимосвязанных узлов и агрегатов.

То есть все достаточно вариативно и взаимосвязано, а в случае поломок нужно не допустить перегрев двигателя, выход из строя связанных систем, вплоть до прекращения эксплуатации автомобиля. Затем выполнить комплексную диагностику, выявить причины неисправностей и оперативно их устранить.