Как работает система охлаждения автомобильного двигателя. Жидкостная система охлаждения

Как работает система охлаждения автомобильного двигателя. Жидкостная система 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.

Это возможно при условии, что с охлаждающей жидкостью уносится в окружающую среду 25…35 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. При этом в бензиновых двигателях величина отводимой теплоты больше, чем в дизелях.

Наприведена диаграмма распределения теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателей автомобилей при жидкостной системе охлаждения.

Рисунок 2 – Диаграмма распределения теплоты

Из диаграммы следует, что в механическую работу преобразуется 20…35% теплоты, уносится с отработавшими газами 35…40%, теряется на трение 5 % и уносится с охлаждающей жидкостью 25…35 % теплоты.

По сравнению сжидкостная система охлаждения более эффективная, менее шумная, обеспечивает меньшую среднюю температуру деталей двигателя, улучшение наполнения цилиндров горючей смесью и более легкий пуск двигателя при низких температурах, а также использование жидкости для подогрева горючей смеси и отопления салона кузова автомобиля. Однако в системе возможно подтекание охлаждающей жидкости и имеется вероятность переохлаждения двигателя в зимнее время.

В двигателях автомобилей жидкостная система охлаждения получила наиболее широкое распространение.

Устройство системы охлаждения двигателя

В настоящее время в подавляющем большинстве легковых и грузовых транспортных средств установлена жидкостная (или водяная) система охлаждения закрытого типа. Это обусловлено тем, что она позволяет добиться равномерного и достаточно быстрого охлаждения цилиндроблока, при этом не производит сильного шума. Рассмотрим устройство узла на ее примере.

Она состоит из следующих элементов:

• радиатор для хладагента;
• радиатор для масла (присутствует не на всех моделях);
• теплообменник;
• вентилятор;
• насос;
• расширительный бачок;
• термостат;
• система шлангов и патрубков.

Рубашка цилиндров также является составной частью узла.

Основная задача радиатора – понижение температуры жидкости, которая циркулирует по контуру узла. Для этого он имеет трубчатое устройство, которое существенно облегчает отдачу тепла.

Масляный радиатор используется для понижения температуры масла в автомобильной системе смазки. Дело в том, что во время работы оно тоже достаточно сильно нагревается. Это обусловлено интенсивным трением смазываемых деталей, а также поступлением тепла от цилиндров.

Теплообменник используется для нагрева воздуха, который через него проходит. Это необходимо для запуска двигателя в холодное время года.

Вентилятор при необходимости нагнетает воздушный поток на радиатор, тем самым делая его прохождение (а значит, и охлаждение) более интенсивным. Устройство приводится в движение коленвалом или сцеплением.

Насос обеспечивает стабильную циркуляцию жидкости в системе, поддерживая ее давление на одном и том же уровне. Он вращается за счет подключения к коленчатому валу.

Расширительный бачок нужен на случай, если объем жидкости существенно возрастет в результате ее нагрева. Это устройство предотвращает повышение давления в патрубках, тем самым не допуская нарушения их целостности и утечку.

Термостат определяет количество охладителя в зависимости от степени его нагрева. Его основное назначение – регулировка температуры в целях ее поддержания на одном и том же уровне. На современных моделях транспортных средств вместо термостата стоит температурный датчик, который передает информацию на ЭБУ. Он, в свою очередь, вычисляет необходимые давление и температуру и подает соответствующие команды на клапаны.

Патрубки и шланги служат для соединения между собой всех остальных составных элементов системы. Именно по ним циркулирует охладитель по пути от одной детали к другой.

Следует отметить, что описанное выше устройство используется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях.

Также на некоторых ДВС присутствует дополнительная система. Она помогает избежать перегрева, когда мотор длительное время работает вхолостую. Чаще всего ее устанавливают на пожарные машины, бетономешалки и другой транспорт специального назначения.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Назначение системы охлаждения двигателя

Сгорание топлива в камере сгорания двигателя происходит с температурой 2000-2500°C, поэтому спустя непродолжительное время вся конструкция силового агрегата сильно нагревается. Этот нагрев опасен для двигателя, так как из-за расширения деталей зазоры между ними уменьшаются, детали испытывают усиленный износ, а при слишком высоком нагреве и вовсе происходит заклинивание. Также из-за нагрева камеры сгорания происходит детонация топливно-воздушной смеси, и двигатель работает нестабильно. Поэтому излишнее тепло от двигателя необходимо постоянно отводить.

С другой стороны, нельзя допускать и чрезмерного охлаждения двигателя, так как в этом случае он будет работать нестабильно, с потерей мощности и большим расходом топлива. Дело в том, что при контакте топливно-воздушной смеси с холодными стенками камеры сгорания происходит конденсация топлива, из-за чего оно плохо сгорает и частично стекает в картер двигателя.

Таким образом, температуру двигателя необходимо поддерживать на некотором среднем уровне. Практика показывает, что температура мотора, при котором он выходит на оптимальный режим работы, составляет 85-90°C (и не должна превышать 105°C). И именно задачу поддержания оптимальной температуры двигателя и решает система охлаждения двигателя.

1. ведущий шкив привода вентилятора и генератора;
2. приводной ремень;
3. генератор;
4. ведомый шкив привода вентилятора;
5. защитная сетка;
6. вал вентилятора;
7. направляющий аппарат вентилятора;
8. ротор вентилятора;
9. кожух;
10. головка цилиндра;
11. задний дефлектор (направляющий щиток);
12. цилиндр;
13. средний дефлектор;
14. передний дефлектор;

Система охлаждения современного двигателя может выполнять и еще несколько функций:

- Нагрев холодного двигателя при пуске;
- Охлаждение масла в системе смазки;
- Нагрев воздуха в системе отопления;
- Охлаждение трансмиссионного масла в АКПП;
- При наличии системы рециркуляции отработанных газов — охлаждение выхлопных газов;
- При наличии турбонаддува — охлаждение воздуха перед подачей в турбокомпрессор.

Как нетрудно заметить, система охлаждения решает массу задач, и без нее работа двигателя и комфортная езда на автомобиле были бы просто невозможны.

Воздушная 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 неисправности. Возможные неисправности системы охлаждения двигателя

На современных автомобилях активно применяется комбинированная система охлаждения, которая представляет собой совокупность воздушной и жидкостной системы. Данное решение позволяет наиболее эффективно поддерживать заданный температурный режим для различных видовнезависимо от их типа и особенностей конструкции. В устройство таких систем включено большое количество различных элементов. По этой причине список, в который внесены основные неисправности системы охлаждения двигателя, является достаточно широким.

Начнем с того, что в системе охлаждения присутствует рабочая  охлаждающая жидкость (ОЖ). Ранее такой жидкостью была обычная вода, но сегодня повсеместно используется тосол или антифриз . Данная спецжидкость имеет определенные свойства, которые позволяют обеспечить не только быстрый выход ДВС на рабочие температуры и последующее качественное охлаждение мотора, но и сохранить работоспособность, а также продлить срок службы отдельных элементов охлаждающих систем.

При этом необходимо знать, что от уровня ОЖ, а также от состояния рабочей жидкости напрямую зависит эффективность работы всей системы охлаждения двигателя. Добавим, что срок службы такой жидкости ограничен. Тосол или антифриз рекомендуется менять каждые 2-3 года или через 40-50 тыс. км. пробега. В отдельных случаях, например, во время смены одного типа ОЖ на другой, рекомендуется дополнительно промывать систему охлаждения.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как и чем промыть систему охлаждения двигателя своими руками . Из этой статьи вы узнаете о доступных способах промывки системы, а также о различных средствах, которые позволяют удалить накипь, продукты распада антифриза и другие отложения.

• Теперь перейдем к самим неполадкам. Одними из самых частых проблем являются неисправности радиатора, помпы и термостата. Что касается радиатора, данный элемент начинает течь, может засориться его наружная поверхность или произойти закупорка внутренних каналов. В ряде случаев радиатору нужен ремонт . В случае проблем с термостатом двигатель может перегреваться или не выходить на рабочие температуры , оставаясь холодным. Это зависит от того, как термостат осуществляет перепускание жидкости по малому и большому кругу. В норме при нагреве ОЖ в малом кругу устройство открывает доступ к радиатору. Если этого не происходит, будет перегрев. В том случае, когда термостат постоянно держит открытым большой круг, жидкость не сможет прогреться, а мотор не выйдет на рабочую температуру.
• Неисправности водяного насоса (помпы) приводят к подтеканию ОЖ в области посадочного места насоса, а также к тому, что циркуляция жидкости может полностью или частично прекратиться. В результате ДВС перегревается, существует риск повреждения системы охлаждения продуктами износа помпы и т.п. Особо опасно заклинивание насоса на моторах, где помпа приводится в действие ремнем ГРМ. Если центробежный насос-помпу заклинит и оборвет приводной ремень, тогда на многих  силовых агрегатах в результате гнет клапана механизма газораспределения.

  Также следует отметить и неисправности вентилятора системы охлаждения . Чаще всего они связаны с приводом на автомобилях, где указанный элемент приводится в действие механически, возможна неполадка термореле или электродвигателя в случае с электрическим вентилятором, низкое давление масла в устройствах с гидравлическим приводом, проблемы с вискомуфтой и т.д.

• Еще одной частой поломкой является прогорание прокладки головки блока цилиндров , а также дефекты самой плоскости ГБЦ в области прилегания к блоку цилиндров. Также встречаются трещины в БЦ или ГБЦ , затрагивающие каналы системы охлаждения (рубашку охлаждения двигателя). Достаточно часто к потере герметичности приводят и проблемы с патрубками, которые могут растрескиваться или засоряться, утечки ОЖ появляются в месте их крепления.
• Отдельного внимания заслуживают и проблемы с электроникой, которая взаимодействует с системой охлаждения. Неисправности датчика температуры двигателя или проблемы с указателем температуры на приборной панели достаточно распространены. Добавим, что неполадки или сбои в работе температурных датчиков могут приводить к тому, что вентилятор охлаждения может работать некорректно, в результате чего происходят отклонения от оптимального температурного диапазона во время работы двигателя.

Система охлаждения двигателя устройство. 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. Схема и принцип работы системы охлаждения

Система охлаждения современного двигателя включает в себя:

• Расширительный бачок
• Рубашку головки и блока цилиндров
• Насос охлаждающей жидкости (ОЖ)
• Термостат
• Соединительные шланги
• Радиатор с вентилятором
• Теплообменик оотопителя

В некоторых силовых агрегатах охлаждающая жидкость используется еще и для обогрева дроссельного узла. В моторах с системой наддува антифриз подается в жидкостно-воздушные интеркулеры или в сам турбокомпрессор для снижения его температуры.

Принцип работы системы охлаждения довольно прост. После запуска холодного двигателя жидкость с помощью насоса начинает циркулировать по малому кругу. Она проходит по рубашке охлаждения блока и головки цилиндров, а затем возвращается в насос через байпасные (обходные) патрубки.

Параллельно (на подавляющем большинстве современных автомобилей) ОЖ циркулирует по большому кругу через теплообменник отопителя. Как только температура достигает рабочих значений (около +80-90 ˚С), открывается термостат. Его основной клапан направляет поток жидкости в радиатор, где она охлаждается встречным потоком воздуха.

Если такого обдува недостаточно, включается вентилятор системы охлаждения, в большинстве случаев имеющий электропривод. При этом движение антифриза продолжается постоянно.

Схемы современных систем охлаждения очень похожи. Имеются только два принципиальных различия:

• Расположение термостата: перед радиатором или на выходе из него
• Вид расширительного бачка: под давлением (циркуляционный) или без (резервный)

Расскажем о компонентах системы охлаждения подробнее.

Источник: https://alyuminievye-radiatory.aystroika.info/novosti/ustroystvo-radiatora-ohlazhdeniya-dvigatelya-ustroystvo-radiatora

Принцип работы системы охлаждения. Термостат

Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.

Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.

Устройство и принцип работы термостата

Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем антифриза или тосола увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.

Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).

Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.

Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.