Роль расширительного бачка в системе охлаждения автомобиля. Конструкция и принцип действия

Роль расширительного бачка в системе охлаждения автомобиля. Конструкция и принцип действия

Современные расширительные ёмкости для автомобилей представляют собой резервуар, изготовленный из прочной толстостенной пластмассы с заливной горловиной и штуцерами для подключения к элементам охлаждающей системы. Форма резервуара не имеет значения в функциональном плане, так что производители подгоняют её под место установки резервуара.

Форма бачка зависит от места его установки и может быть разной — круглой, прямоугольной или плоской

Вместительность сосуда для расширяющегося тосола рассчитывается для каждой модели авто и зависит от полного объёма жидкости в патрубках и агрегатах. Причём в холодном состоянии бачок заполняется антифризом только наполовину, остальное пространство занимает воздух, способный сжиматься под давлением. Горловина резервуара закрыта пробкой со встроенным воздушным клапаном. Принцип работы ёмкости следующий:

1. При «холодном» моторе бачок наполовину пуст — уровень антифриза находится между минимальной и максимальной отметкой на корпусе.
2. После запуска двигателя тосол начинает расширяться и его уровень в сосуде повышается, а воздушная прослойка сжимается. Клапан крышки остаётся герметичным.
3. При достижении жидкостью рабочей температуры 90—95 °С и максимального увеличения в объёме давление в баке достигает порога срабатывания воздушного клапана (1—1,2 Бар или 120 кПа). Он открывается и сбрасывает воздух в атмосферу.
4. В процессе остывания мотора наблюдается обратная картина — клапан пропускает воздух в обратную сторону до тех пор, пока количество антифриза не перестанет уменьшаться. Это предотвращает появление воздушных пробок в шлангах и радиаторах.

Устройство ёмкости довольно простое — корпус бачка закрыт пробкой со встроенным клапаном

В аварийной ситуации, когда тосол или вода по разным причинам начинает кипеть, предохранительный клапан сбрасывает не только воздух, но и пар.

Встроенный датчик подаёт сигнал о недостаточном уровне жидкости на панель приборов

В некоторых моделях автомобилей, например, ВАЗ 2110—2115 ёмкость оснащена второй горловиной, куда вкручивается датчик уровня охлаждающей жидкости. Если в силу поломки либо протечки какого-то узла антифриз начнёт вытекать наружу и его уровень в ёмкости упадёт до минимума, датчик сработает и предупредит водителя сигналом соответствующей лампочки на панели приборов.

Существуют автомобили (как отечественного производства, так и импортного), в которых расширительный бачок закрывается простой пробкой, не оснащённой клапаном и сообщающейся с атмосферой. В подобных системах функцию сброса давления и обратного впуска воздуха выполняет крышка основного радиатора, а резервуар только компенсирует расширение жидкости.

В расширительном бачке. Расширительный бак

Расширительный бак  — элемент жидкостной системы отопления (или охлаждения, например, двигателей внутреннего сгорания), предназначенный для приёма избытка теплоносителя, возникающего при его тепловом расширении в результате нагревания.

Внутреннее пространство всех элементов системы отопления ( трубопроводов , отопительных приборов, арматуры , оборудования и т. д.) заполнено теплоносителем. Получающийся при заполнении объём теплоносителя в процессе эксплуатации системы претерпевает изменения: при повышении температуры теплоносителя он увеличивается, при понижении — уменьшается. Соответственно изменяется внутреннее давление . Однако эти изменения не должны отражаться на работоспособности системы отопления и, прежде всего, не должны приводить к превышению предела прочности и разрушению любых её элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент для вмещения расширения объёма воды — расширительный бак.

Расширительный бак может быть открытым , сообщающимся с атмосферой, и закрытым ( мембранным ), находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.

Открытые расширительные баки размещают над верхней точкой систем - в чердачном помещении, на лестничной клетке или на кровле зданий и в ряде случаев покрывают тепловой изоляцией . Их изготовляют цилиндрическими или прямоугольными из листовой стали и сверху снабжают люком для осмотра и окраски. В корпусе бака имеется два или более патрубков:

Кроме того, открытый расширительный бак предназначен для восполнения убыли объёма воды в системе при утечке и при понижении её температуры, ограничения гидравлического давления в системе, сигнализации об уровне воды в системе, удаления воды в канализацию при переполнении системы, управления действием подпиточных приборов и, наконец, в отдельных случаях он может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком. Благодаря непрерывному и безотказному выполнению этих разнообразных функций открытый расширительный бак является необходимым и надежным прибором, чем объясняется его широкое распространение. Открытые расширительные баки вместе с тем имеют недостатки: они могут быть громоздки в системах с большим объёмом теплоносителя, в связи с чем затрудняется их размещение в зданиях и увеличивается бесполезная потеря тепла через их стенки при установке их в местах с отрицательной температурой. При открытых баках вследствие излишнего охлаждения воды в них возможно поглощение воздуха и усиление внутренней коррозии труб и отопительных приборов. Наконец, в ряде случаев требуется прокладка дополнительных труб.

Закрытые расширительные баки, располагаемые непосредственно в тепловых пунктах зданий или на тепловых станциях , лишены многих из недостатков открытых баков. Однако их ёмкость значительно превышает ёмкость открытых баков для отопительной системы с таким же объёмом воды, а для уменьшения объёма путём искусственного увеличения внутреннего давления требуются дополнительное оборудование и затрата электрической энергии. Бак имеет две полости разделённые гибкой диафрагмой. Одна для воздуха под давлением, вторая для воды. Воздух закачивается через ниппель, вода из системы подаётся через патрубок.

Полезный объём расширительного бака должен соответствовать увеличению объёма воды, заполняющей систему отопления, при её нагревании до средней расчётной (предельной) температуры. Увеличение объёма воды в системе отопления $\Delta V_0$ составит:

где $V_0$  — общий внутренний объём арматуры, труб, отопительных приборов и теплообменника системы отопления или, что то же, объём воды в системе при начальной температуре;
$\beta$  — среднее значение коэффициента объёмного расширения воды, возрастающее с увеличением температуры;
$\Delta t$  — изменение температуры воды от начальной до средней расчетной.

Расширительный бачок ниже радиатора. Назначение расширительного бачка

Охлаждающие жидкости на основе водного раствора пропилен- или этиленгликоля имеют более высокий коэффициент теплового расширения, чем у дистиллированной воды. Если таким охладителем наполнить радиатор «под завязку», то при запуске двигателя жидкость под воздействием высоких температур значительно расширится, образовав излишки. Далее она начнёт выдавливаться наружу из радиатора через предохранительный клапан и попадёт в тот самый такой простой расширительный бачок, который служит резервуаром для накопления излишков антифриза.

Когда двигатель заглушат, и он остынет, объём охлаждающей жидкости в радиаторе снова нормализуется, и в охладительной системе возникнет разрежение.

Клапан радиаторной крышки сработает и засосёт воздух, таким образом, высока вероятность появления воздушных тромбов в «охлаждающих «рубашках». Это повлечёт за собой более глобальные нарушения процесса теплообмена и перегрев силового агрегата. Вот поэтому и возникла потребность в установке дополнительной ёмкости для излишней жидкости, которая бы не давала поступать воздуху в радиатор, заполняя свободное пространство антифризом. Таким элементом и стал расширительный бачок.

На сегодняшний день имеют место для существования такие системы, в которых клапан, схожий с перепускным на радиаторной крышке, присутствует на крышке расширительного бачка. Его назначение – выпускать лишний пар и даже перегретый тосол. В данном случае на расширительный бачок возлагается функция своеобразной верхней части радиатора, что даёт ему полное право считаться важным элементом системы охлаждения.

Функция расширительного бачка в системе отопления. Установка расширительного бака в системе отопления открытого и закрытого типа

В современных отопительных системах для компенсации температурного расширения теплоносителя устанавливаются расширительные баки открытого либо закрытого типа, которые имеют особые требования к монтажу, условиям эксплуатации и обладают различными преимуществами и недостатками.

В данной статье рассмотрим основные моменты выбора и установки расширительного бака в системе отопления с принудительной и естественной циркуляцией теплоносителя.

Основным параметром бака является его полезный объем, который должен превышать величину изменения объема жидкости системы в результате максимального изменения ее температуры.

Объем жидкости в системе отопления не является постоянным, так как в процессе работы теплоноситель может расширяться и сжиматься. Нагрев теплоносителя, а соответственно и увеличение его объема при постоянном размере внутреннего пространства системы отопления приводит к увеличению давления на стенки трубопроводов и отопительного оборудования, что может стать причиной их разрушения.

Для компенсации изменения объема жидкости и стабилизации давления на внутренние стенки компонентов системы отопления в её схему вводят расширительный бак (также известный как экспанзомат, от англ. глагола «expanse», что означает «расширять»). При расширении теплоносителя, его количество, превышающее объем внутреннего пространства системы, поступает в расширитель, а после падения температуры – возвращается обратно.

Расширительный бачок охлаждающей жидкости. Предназначение и месторасположение расширительного бачка

Крайне важно во время эксплуатации автомобиля контролировать уровень антифриза в системе, поэтому обычно такие расширительные бачки располагают под капотом на видном месте. Каких-либо проблем с тем, чтобы отыскать бачок расширения системы охлаждения обычно не возникает. Их часто выполняют из полупрозрачного пластика, что позволяет, даже не открывая крышку, контролировать уровень охлаждающей жидкости. В зависимости от конкретной модели бачок расширения устанавливают справа или слева от двигателя, ближе к моторному щитку или же в других видных местах под капотом.

Основное назначение бачка расширения - это компенсация давления и изменения объёма антифриза при нагреве охлаждающей жидкости. По сути, бачок не только принимает на себя увеличившийся объём антифриза в системе, но и способен эффективно регулировать давление в системе, не допуская её разрыва при максимальной нагрузке.

Крышка имеет специальный клапан, который позволяет при необходимости стравливать давление, неизменно увеличивается при нагреве двигателя и охлаждающей жидкости. Со временем такой клапан в крышке может засоряться или выходить из строя, а ремонт автомобиля в подобном случае будет заключаться лишь в замене вышедшей из строя крышки бачка расширения.

Такое расположение клапана в крышке бачка расширения, а не в радиаторе, как-то было ранее, имеет массу преимуществ. В первую очередь это уменьшение расходов на ремонт, так как заменить повреждённый бачок куда проще, чем разорванный дорогостоящий радиатор. Также такая схема расположения клапана позволяет исключить появление в системе воздушных пробок, которые могут полностью остановить движение антифриза, а это приводит к серьезным поломкам и перегреву двигателя.

Что заливать в расширительный бачок. Сколько заливать антифриза

Правильный долив антифриза в систему способствует нормальной работе мотора. Объем системы охлаждения двигателя для каждой модели автомобиля указывается в технической документации. На расширительном бачке производителем нанесены две метки:

• Минимально допустимый уровень охлаждающей жидкости.
• Максимальный уровень антифриза в системе.

Водителю в процессе эксплуатации автомобиля необходимо регулярно методом визуального осмотра контролировать уровень теплоносителя. При осмотре холодного двигателя возможны следующие варианты уровня охлаждающей жидкости:

• Ниже минимального уровня – требуется срочно подлить ОЖ, в противном случае силовой агрегат может перегреться. Также возможно попадание воздуха в контур.
• Между минимальным и максимальным уровнем – нормальное количество антифриза.
• Выше верхней метки. Нужно убрать лишний состав. При высоком давлении в горячем состоянии возможен выброс антифриза в подкапотное пространство через клапан крышки расширительного бачка.

При падении уровня теплоносителя в системе до критического значения на приборной панели загорается контрольная лампочка. Водитель обязан сразу среагировать на сигнал ошибки: проверить систему и, зная, как правильно доливать антифриз, устранить неисправность. Если уровень антифриза в жаркое время года опустился незначительно, то можно подливать в расширительный бачок дистиллированную воду, но не более 150–200 мл.

В зимний период эксплуатации воду не использовать по причине опасности замерзания состава при низкой температуре. При существенном снижении уровня теплоносителя в системе (более чем на треть) рекомендуется поменять весь объем антифриза.

Для чего нужен расширительный бачок в системе охлаждения. Для чего предназначен и где находится расширительный бачок системы охлаждения двигателя

Итак, достаточно открыть капот, чтобы обнаружить указанный бачок. Как правило, данный элемент всегда на виду, чтобы водитель мог с легкостью контролировать уровень ОЖ, а также доливать тосол или антифриз при необходимости. На разных автомобилях бачок может быть установлен слева или справа от силового агрегата, ближе к моторному щиту или дальше от него.

Главной функцией бачка является компенсация изменяющегося объема ОЖ. Такой эффект возникает в результате изменения температуры жидкости. Устройство системы охлаждения может отличаться, в одних случаях бачок является простой емкостью для избытков жидкости, тогда как в других это целое устройство, способное регулировать давление в системе.

Расширительный бачок необходим жидкостной системе на современных ДВС. Дело в том, что ОЖ (тосол, антифриз) являются водным раствором на основе этилен или пропиленгликоля. Такая жидкость отличается более высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению с водой.

Если просто, залив такую жидкость в радиатор, после нагрева ДВС и его выхода на рабочие температуры, жидкость также нагреется и произойдет ее расширение. Получается, фактически образуются излишки, происходит рост давления и т.д.

Если же заглушить мотор, после остывания ОЖ снова происходит уменьшение объема жидкости, а в системе создается разрежение. Это приводит к тому, что через клапан в крышке радиатора засасывается наружный воздух. Вполне очевидно, что в этом случае будут создаваться воздушные пробки, которые становятся причиной нарушения теплообмена, перегревов двигателя , некорректной работы системы охлаждения и т.п.

Для того чтобы этого не происходило, устанавливается отдельная емкость (бачок системы охлаждения), куда попадают излишки горячей ОЖ из радиатора. Также наличие жидкости в бачке позволяет избежать создания разрежения и образования воздушных пробок, так как при уменьшении объема в результате остывания жидкость из бачка заполняет собой пустоты.

Сегодня конструкторы пошли еще дальше, перенеся перепускной клапан, который раньше был в крышке радиатора,  на крышку расширительного бачка. Получается, сброс давления и излишков антифриза при закипании происходит через крышку бачка. Другими словами, бачок взял на себя функцию верхней части радиатора и перестал быть простым резервуаром.

Как уже было сказано выше, бачок может быть установлен в разных местах в подкапотном пространстве, однако место его установки должно быть реализовано так, чтобы добиться эффекта сообщающихся сосудов. Емкость и радиатор соединяются при помощи патрубков.

Такое решение позволяет реализовать доступ для излишков горячего антифриза в расширительный бачок. При остывании ОЖ также получается добиться компенсации недостающего объема в системе путем поступления жидкости из бачка. Такая схема исключает попадание воздуха в радиатор и образование воздушных пробок в системе.

Принцип работы расширительного бачка автомобиля. Назначение расширительной ёмкости

В системах охлаждения различных автомобилей содержится от 5 до 20 и более литров незамерзающей жидкости — антифриза (тосола). В процессе эксплуатации двигатель, а вместе с ним и антифриз разогревается от низкой температуры зимой до высокой в летний период.

Перепад температур может достигать 100 °С и более. Например, при эксплуатации машины в северных регионах, где прогрев мотора начинается от минус 20 °С и заканчивается рабочей температурой 90 °С, эта разница составит 110 °С.

Во время работы двигателя в расширительном баке возникает давление около 1 Бар

Поскольку любая жидкость расширяется в объёме при нагревании, в охладительном контуре авто образуется излишек, который нужно куда-то направить. Антифриз является средой несжимаемой, поэтому при расширении он создаст в системе высокое давление, способное разорвать патрубки и соты радиаторов. И наоборот, при охлаждении жидкость уменьшится в объёме и создаст разрежение (вакуум), воздействующий с такой же силой.

Чтобы обеспечить нормальную работу системы охлаждения силового агрегата и избежать скачков давления, в неё интегрирован расширительный бачок. Его функции следующие:

• воспринимать дополнительный объём антифриза, расширяющегося при нагреве;
• сбрасывать излишки давления через пробку со встроенным предохранительным клапаном;
• отдавать жидкость обратно в систему при остывании мотора, препятствуя возникновению воздушных пробок.

На грузовиках применяются расширительные баки больших размеров

Антифриз, являющийся смесью дистиллированной воды с этиленгликолем (иногда — пропиленгликолем), при нагревании от нуля до 100 °С прибавляет в объёме порядка 5%. В контуре, рассчитанном на 10 л тосола, после полного прогрева образуется целых 500 мл, которые уходят в расширительный бачок.