За счет чего циркулирует жидкость в принудительной системе охлаждения

Система охлаждения двигателя

image

Назначение и классификация систем охлаждения Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя. Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси. Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии. Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов).

Устройство системы охлаждения

Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ).

Закрытая система охлаждения с принудительной циркуляцией ОЖ

В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор, насос ОЖ, вентилятор, термостат, патрубки, шланги, расширительный бачок. В систему охлаждения также включается радиатор отопителя. ОЖ, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее — за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от 6 до 12 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора. Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ.

Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые.

Виды сердцевин радиаторов

Устройство пробки радиатора

Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. Шланги прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения от окружающей среды. Она состоит из корпуса, парового (выпускного) клапана, воздушного (впускного) клапана и запорной пружины. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При превышении определенного значения открывается паровой клапан и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При этом возникает опасность сдавливания трубок радиатора. Для предотвращения этого явления служит воздушный клапан, который, открываясь, пропускает внутрь радиатора воздух. Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок.

В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.

Насос ОЖ

Насос ОЖ Устройство насоса ОЖ

обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала — сальник. Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор. Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры. Вентилятор может приводиться не от коленвала двигателя, а отдельным электродвигателем. Такое подключение используется наиболее часто, так как позволяет довольно просто осуществлять автоматическое регулирование моментов включения и выключения с помощью термисторного датчика (его электрическое сопротивление изменяется в зависимости от нагрева). Если же работой системы охлаждения управляет контроллер двигателя, то появляется возможность изменения и частоты вращения. Кроме того, вентилятор «реагирует» и на режимы движения. Например, он включается на холостом ходу при езде в пробках для предотвращения перегрева и выключается при загородной езде на высокой скорости, когда естественного обдува радиатора вполне достаточно для его охлаждения.

В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат.

Малый и большой круг охлаждения Работа термостата

Контроль температуры ОЖ осуществляется по указателю температуры и при помощи сигнальной лампы перегрева двигателя на щитке приборов. Управление сигнальной лампой и указателем осуществляют датчики, ввернутые в верхний бачок радиатора и в рубашку охлаждения головки цилиндров.

Датчики системы охлаждения

В качестве теплоносителя может применяться вода (в устаревших конструкциях двигателей) или антифриз. Качество ОЖ, применяемой для системы охлаждения двигателя, имеет не меньшее значение для долговечности и надежности его работы, чем качество топлива и смазочных материалов. Антифризы — охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля, не замерзающие при отрицательной температуре. Даже если температура внешней среды будет ниже минимальной рабочей температуры антифриза, он превратится не в лед, а в рыхлую массу. При дальнейшем понижении температуры эта масса затвердеет, не увеличившись в объеме и не повредив при этом двигатель. Основа антифризов — водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Пропиленгликолевая основа применяется реже. Ее главное отличие – безвредность для человека и окружающей среды, но и более высокая цена при тех же потребительских качествах. Этиленгликоль агрессивен к материалам двигателя, поэтому в него добавляют присадки. Всего их может быть до полутора десятков – противокоррозионных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплектом присадок и определяется качество и область применения антифриза. По типу присадок все антифризы делятся на три большие группы: неорганические, органические и гибридные. Неорганические (или силикатные) – наиболее «древние» жидкости, в которых в качестве ингибиторов коррозии применяются силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. К этой группе антифризов относится и широко распространенный у нас Тосол (хотя многие ошибочно считают его особым типом ОЖ). Главный их недостаток – малый срок службы из-за быстрого разрушения присадок. Пришедшие в негодность компоненты присадок образуют отложения в системе охлаждения, ухудшая теплообмен. Также возможно образование силикатных гелей (сгустков) в ОЖ. В наиболее современных органических (или карбоксилатных) антифризах используются присадки на основе солей карбоновых кислот. Такие антифризы, во-первых, образуют значительно более тонкую защитную пленку на поверхностях системы охлаждения, а во-вторых, ингибиторы действуют только в местах появления коррозии. Следовательно, присадки расходуются намного медленнее, тем самым существенно повышая срок службы антифриза. Промежуточное положение между органическими и неорганическими антифризами занимают гибридные. Их пакет присадок в основном включает соли карбоновых кислот, но и небольшую долю силикатов или фосфатов. Антифризы выпускаются либо в виде концентратов, либо в виде готовых к применению жидкостей. Концентрат перед применением нужно разбавить дистиллированной водой. Пропорция определяется необходимой минимальной температурой замерзания антифриза. Основа антифризов бесцветна, поэтому производители окрашивают их в разные цвета с помощью красителей. Это делается для облегчения контроля уровня антифриза и предупреждения о токсичности жидкостей. Совпадение цвета не всегда является свидетельством совместимости антифризов. В современных двигателях система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения отработавших газов в системе их рециркуляции (EGR), охлаждения масла в автоматической коробке передач, охлаждения турбокомпрессора. Некоторые двигатели с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом имеют двухконтурную систему охлаждения. Один контур предназначен для охлаждения головки блока цилиндров, другой – блока цилиндров. В контуре, охлаждающем ГБЦ, поддерживается температура на 15-20 градусов ниже. Это позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации. Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом.

Основные неисправности системы охлаждения

Выбор антифриза

Система охлаждения двигателя

Системой охлаждения называется совокупность устройств, осуществляющих принудительный регулируемый отвод и передачу теплоты от деталей двигателя в окружающую среду.

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального температурного режима, обеспечивающего получение максимальной мощности, высокой экономичности и длительного срока службы двигателя.

При сгорании рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2500 °С и в среднем при работе двигателя составляет 800. 900°С. Поэтому детали двигателя сильно нагреваются, и если их не охлаждать, то будут снижаться мощность двигателя, его экономичность, увеличиваться изнашивание деталей и может произойти поломка двигателя.

При чрезмерном охлаждении двигатель также теряет мощность, ухудшается его экономичность и возрастает изнашивание.

Для принудительного и регулируемого отвода теплоты в двигателях автомобилей применяют два типа системы охлаждения (рисунок 1). Тип системы охлаждения определяется теплоносителем (рабочим веществом), используемым для охлаждения двигателя.

Рисунок 1 – Типы систем охлаждения

Применение в двигателях различных систем охлаждения зависит от типа и назначения двигателя, его мощности и класса автомобиля.

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.

На рисунке 2 приведена 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 с воздушной жидкостная 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.

Воздушная система охлаждения

В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя осуществляется принудительно потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Для более интенсивного отвода теплоты от цилиндров и головок цилиндров они выполнены с оребрением. Вентилятор у V-образного двигателя установлен в развале между цилиндрами и приводится клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Двигатель сверху, с передней и задней сторон закрыт кожухами, направляющими потоки воздуха к наиболее нагреваемым частям двигателя. Вентилятор отсасывает воздух из внутреннего пространства, ограниченного развалом цилиндров. Поток воздуха, входящий снаружи в пространство между развалом цилиндров, проходит между ребрами цилиндров и головок и охлаждает их. На режиме максимальной мощности вентилятор потребляет 8 % мощности, развиваемой двигателем.

Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

В рядных двигателях вентиляторы располагают спереди, сбоку или объединяют с маховиком, а в V- образных — обычно в развале между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются воздухом, который нагнетается или просасывается через систему охлаждения.

Оптимальным температурным режимом двигателя с воздушным охлаждением считается такой, при котором температура масла в смазочной системе двигателя составляет 70. 110°С на всех режимах работы двигателя. Это возможно при условии, что с охлаждающим воздухом рассеивается в окружающую среду до 35 % теплоты, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.

Воздушная система охлаждения уменьшает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем расположении двигателя, переохлаждение двигателя маловероятно. Однако воздушная система охлаждения увеличивает габаритные размеры двигателя, создает повышенный шум при работе двигателя, сложнее в производстве и требует применения более качественных горюче-смазочных материалов.

Воздушная система охлаждения имеет ограниченное применение в двигателях.

Конструкция и работа жидкостной системы охлаждения

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 рубашки охлаждения головки и блока цилиндров, радиатора, насоса, термостата, вентилятора, расширительного бачка, соединительных трубопроводов и сливных краников. Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.

Работа системы

Рисунок 3 — Система охлаждения двигателя

1, 2, 3, 5, 15, 18 — шланги; 4 — патрубок; 6 — бачок; 7, 9 — пробки; 8 — рубашка охлаждения; 10 — радиатор; 11 — кожух; 12 — вентилятор; 13, 14 — шкивы; 16 — ремень; 17- насос; 19 – термостат

При непрогретом двигателе основной клапан термостата 19 (рисунок 3) закрыт, и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор 10. В этом случае жидкость нагнетается насосом 17 в рубашку охлаждения 8 блока и головки цилиндров двигателя. Из головки блока цилиндров через шланг 3 жидкость поступает к дополнительному клапану термостата и попадает вновь в насос. Вследствие циркуляции этой части жидкости двигатель быстро прогревается. Одновременно меньшая часть жидкости поступает из головки блока цилиндров в обогреватель (рубашку) впускного трубопровода двигателя, а при открытом кране — в отопитель салона кузова автомобиля.

При прогретом двигателе дополнительный клапан термостата закрыт, а основной клапан открыт. В этом случае большая часть жидкости из головки блока цилиндров попадает в радиатор, охлаждается в нем и через открытый основной клапан термостата поступает в насос. Меньшая часть жидкости, как и при непрогретом двигателе, циркулирует через обогреватель впускного трубопровода двигателя и отопитель салона кузова. В некотором интервале температур основной и дополнительный клапаны термостата открыты одновременно, и охлаждающая жидкость циркулирует в этом случае по двум направлениям (кругам циркуляции).

Количество циркулирующей жидкости в каждом круге зависит от степени открытия клапанов термостата, чем обеспечивается автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя. Расширительный бачок 6, заполненный охлаждающей жидкостью, сообщается с атмосферой через резиновый клапан, установленный в пробке 7 бачка. Бачок соединен шлангом с наливной горловиной радиатора, которая имеет пробку 9 с клапанами. Бачок компенсирует изменения объема охлаждающей жидкости, и в системе поддерживается постоянный объем циркулирующей жидкости.

Для слива охлаждающей жидкости из системы охлаждения имеются два сливных отверстия с резьбовыми пробками, одно из которых находится в нижнем бачке радиатора, а другое в блоке цилиндров двигателя. Температура жидкости в системе контролируется указателем, датчик которого установлен в головке блока цилиндров двигателя.

Жидкостный насос

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа (рисунок 4).

Рисунок 4 – Жидкостный насос (а) и вентилятор (б) двигателя

1 — крыльчатка; 2 — корпус; 3 — окно; 4 — крышка; 5 — подшипник; 6 — вал; 7 — ступица; 8 — винт; 9 — уплотнительное устройство; 10 — патрубок; 11, 13,14 — шкивы; 12 — ремень; 15 — вентилятор; 16 — накладка; 17 – болт

Вал 6 насоса установлен в отлитой из алюминиевого сплава крышке 4 в двухрядном неразборном подшипнике 5. Подшипник размещен и зафиксирован в крышке стопорным винтом 8. На одном конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1, а на другом конце — ступица 7 и шкив 11 вентилятора 15. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 10 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. Уплотнительное устройство 9, состоящее из самоподжимной манжеты и графитокомпозитного кольца, установленное на валу насоса, исключает попадание жидкости в подшипник вала.

Привод насоса и вентилятора осуществляется клиновым ремнем 12 от шкива 13, который установлен на переднем конце коленчатого вала двигателя. С помощью этого ремня также вращается шкив 14 генератора. Нормальную работу насоса и вентилятора обеспечивает правильное натяжение ремня.

Натяжение ремня регулируют путем перемещения генератора в сторону от двигателя (показано на рисунке 4 (а) стрелкой). Насос корпусом 2, отлитым из алюминиевого сплава, крепится к фланцу блока цилиндров в передней части двигателя.

Жидкостный насос с приводом от зубчатого ремня

Рассмотрим устройство насоса, привод которого осуществляется зубчатым ремнем (рисунок 5).

Рисунок 5 – Жидкостный насос двигателя

1 — шкив; 2 — винт; 3 — подшипник; 4 — вал; 5 — корпус; 6 — уплотнительное устройство; 7 — отверстие; 8 — крыльчатка

Вал 4 насоса установлен в корпусе 5 из алюминиевого сплава в неразборном двухрядном шариковом подшипнике 3. Подшипник стопорится в корпусе винтом 2 и уплотняется специальным устройством 6, включающим в себя графитокомпозитное кольцо и манжету. На переднем конце вала напрессован зубчатый шкив 1 из спеченного материала, а на заднем конце — крыльчатка 8. В крыльчатке сделаны два сквозных отверстия 7, которые соединяют между собой полости с охлаждающей жидкостью, расположенные по обе стороны крыльчатки. Благодаря этим отверстиям выравнивается давление охлаждающей жидкости на крыльчатку с обеих сторон, что исключает осевые нагрузки на вал насоса при его работе.

Вал насоса приводится во вращение через шкив 1 зубчатым ремнем привода распределительного вала от коленчатого вала. При вращении вала жидкость поступает к центру крыльчатки и под действием центробежной силы направляется в рубашку охлаждения двигателя. Насос крепится корпусом к блоку цилиндров двигателя через уплотнительную прокладку.

Термостат

Термостат способствует ускорению прогрева двигателя и регулирует в определенных пределах количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор. Термостат представляет собой автоматический клапан. В двигателях автомобилей применяют неразборные двухклапанные термостаты с твердым наполнителем.

Рисунок 6 – Термостат

1, 6, 11 – патрубки; 2, 8 – клапаны; 3, 7 – пружины; 4 – баллон; 5 – диафрагма; 9 – шток; 10 – наполнитель

Термостат (рисунок 6) имеет два входных патрубка 1 и 11, выходной патрубок 6, два клапана (основной 8, дополнительный 2) и чувствительный элемент. Термостат установлен перед входом в насос охлаждающей жидкости и соединяется с ним через патрубок 6. Через патрубок 1 термостат соединяется с головкой блока цилиндров двигателя, а через патрубок 11 — с нижним бачком радиатора.

Чувствительный элемент термостата состоит из баллона 4, резиновой диафрагмы 5 и штока 9. Внутри баллона между его стенкой и резиновой диафрагмой находится твердый наполнитель 10 (мелкокристаллический воск), обладающий высоким коэффициентом объемного расширения.

Основной клапан 8 термостата с пружиной 7 начинает открываться при температуре охлаждающей жидкости более 80 °С. При температуре менее 80 °С основной клапан закрывает выход жидкости из радиатора, и она поступает из двигателя в насос, проходя через открытый дополнительный клапан 2 термостата с пружиной 3.

При возрастании температуры охлаждающей жидкости более 80 °С в чувствительном элементе плавится твердый наполнитель, и объем его увеличивается. Вследствие этого шток 9 выходит из баллона 4, и баллон перемещается вверх. Дополнительный клапан 2 при этом начинает закрываться и при температуре более 94 °С перекрывает проход охлаждающей жидкости от двигателя к насосу. Основной клапан 8 в этом случае открывается полностью, и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации изменений объема охлаждающей жидкости при колебаниях ее температуры и для контроля количества жидкости в системе охлаждения. Он также содержит некоторый запас охлаждающей жидкости на ее естественную убыль и возможные потери.

На автомобилях применяют полупрозрачные пластмассовые бачки с заливной горловиной, закрываемой пластмассовой пробкой. Через горловину система заполняется охлаждающей жидкостью, а через клапаны, размещенные в пробке, осуществляется связь внутренней полости бачка и системы охлаждения с атмосферой. В пробке расширительных бачков часто имеется один резиновый клапан, срабатывающий при давлении, близком к атмосферному. При сливе охлаждающей жидкости из системы пробку снимают с расширительного бачка. Расширительный бачок размещается в подкапотном пространстве отделения двигателя, где крепится к кузову автомобиля.

Радиаторы автомобилей

Радиатор обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. На легковых автомобилях применяются трубчато-пластинчатые радиаторы.

Рисунок 7 – Неразборный радиатор (а) и кожух (б) вентилятора двигателя

1 – пробка; 2 – горловина; 3, 4 – бачки; 5 – сердцевина; 6 – патрубок; 7, 8 – клапаны; 9 – кожух; 10 – уплотнитель

Радиатор автомобиля (рисунок 7, а) — неразборный, имеет вертикальное расположение трубок и горизонтальное расположение охлаждающих пластин. Бачки радиатора и трубки латунные, а охлаждающие пластины стальные, луженые. Трубки и пластины образуют сердцевину 5 радиатора. В верхнем бачке 3 радиатора имеется горловина 2, через которую систему охлаждения заполняют жидкостью. Горловина герметично закрывается пробкой 1, имеющей два клапана — впускной 7 и выпускной 8. Выпускной клапан открывается при избыточном давлении в системе 0,05 МПа, и закипевшая охлаждающая жидкость через патрубок 6 и соединительный шланг выбрасывается в расширительный бачок. Впускной клапан не имеет пружины и обеспечивает связь внутренней полости системы охлаждения с окружающей средой через расширительный бачок и резиновый клапан в его пробке, который срабатывает при давлении, близком к атмосферному. Впускной клапан перепускает жидкость из расширительного бачка при уменьшении ее объема в системе (при охлаждении) и пропускает в расширительный бачок при увеличении объема (при нагревании жидкости).

Радиатор установлен нижним бачком 4 на кронштейны кузова на двух резиновых опорах, а вверху закреплен двумя болтами через стальные распорки и резиновые втулки. Для направления воздушного потока через радиатор и более эффективной работы вентилятора за радиатором установлен стальной кожух 9 вентилятора (рисунок 7, б), состоящий из двух половин. Обе половины кожуха имеют резиновые уплотнители 10, которые уменьшают проход воздуха к вентилятору помимо радиатора и предохраняют от поломок кожух и радиатор при колебаниях двигателя на резиновых опорах крепления. Радиатор не имеет жалюзи и утепляется в случае необходимости специальным съемным чехлом-утеплителем.

Разборный радиатор

Радиатор автомобиля, приведенный на рисунке 8, — разборный, с горизонтальным расположением трубок и вертикальным расположением охлаждающих пластин. Радиатор не имеет заливной горловины и выполнен двухходовым — охлаждающая жидкость входит в него и выходит через левый бачок, который разделен перегородкой.

Рисунок 8 – Разборный радиатор (а) и электровентилятор (б) двигателя.

1, 8 — бачки; 2 — сердцевина; 3 — датчик; 4 — прокладка; 5 — вентилятор; 6 — электродвигатель; 7 — кожух; 9 — опора; 10 – пробка

Бачки радиатора пластмассовые. Левый бачок 8 имеет три патрубка, через которые соединяется с расширительным бачком, термостатом и выпускным патрубком головки блока цилиндров. Правый бачок 1 имеет сливную пробку 10, в нем установлен датчик 3 включения вентилятора. К бачкам через резиновые уплотнительные прокладки 4 крепится сердцевина 2 радиатора. Она состоит из двух рядов алюминиевых круглых трубок и алюминиевых пластин с насечками. В части трубок вставлены пластмассовые турбулизаторы в виде штопоров. Двойной ход жидкости через радиатор, насечки на охлаждающих пластинах и турбулизаторы в трубках обеспечивают турбулентное движение жидкости и воздуха, что повышает эффективность охлаждения жидкости в радиаторе.

Алюминиевая сердцевина и пластмассовые бачки существенно уменьшают массу радиатора. Радиатор установлен на трех резиновых опорах 9. Две опоры находятся снизу под левым и правым бачками, а третья опора — сверху. Резиновые опоры и прокладки между сердцевиной и бачками делают радиатор нечувствительным к вибрациям.

Вентилятор

Вентилятор увеличивает скорость и количество воздуха, проходящего через радиатор. На двигателях автомобилей устанавливают четырех- и шестилопастные вентиляторы.

Вентилятор 15 двигателя (см. рисунок 4, б) — шестилопастный. Лопасти его имеют скругленные концы и расположены под утлом к плоскости вращения вентилятора. Вентилятор крепится накладкой 16 и болтами 17 к ступице и приводится во вращение от шкива коленчатого вала.

На некоторых двигателях (см. рисунок 8, б) применяется электровентилятор. Он состоит из электродвигателя 6 и вентилятора 5. Вентилятор — четырехлопастный, крепится на валу электродвигателя. Лопасти на ступице вентилятора расположены неравномерно и под углом к плоскости его вращения. Это увеличивает подачу вентилятора и уменьшает шумность его работы. Для более эффективной работы электровентилятор размещен в кожухе 7, который прикреплен к радиатору. Электровентилятор крепится к кожуху на трех резиновых втулках. Включается и выключается электровентилятор автоматически датчиком 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Как происходит циркуляция жидкости в системе охлаждения двигателя.

Система охлаждения двигателя

image

Система охлаждения двигателя предназначена для отвода тепла от деталей и узлов двигателя и поддержания оптимальной температуры работающего двигателя. В состав системы охлаждения автомобиля входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, насос (помпа), радиатор, вентилятор радиатора, термостат, расширительный бачок, патрубки и шланги. Владелец автомобиля должен внимательно следить за состоянием всех элементов системы охлаждения и при обнаружении неисправностей немедленно их устранять.

Функции системы охлаждения двигателя

image

Система охлаждения двигателя выполняет целый ряд важных функций:

  • Отвод тепла от двигателя — температура в цилиндрах двигателя достигает 2000 °C, при отсутствии отвода тепла стенки камер сгорания нагревались бы до нескольких сот градусов, что привело бы к сгоранию и испарению моторного масла, потере прочности материалов из которых изготовлен двигатель и преждевременному выходу двигателя из строя.
  • Охлаждение масла в системе смазки — система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения моторного масла с помощью масляного радиатора встроенного в систему охлаждения двигателя для предотвращения потери маслом смазывающих свойств.
  • Нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования — осуществляется с помощью радиатора отопителя салона, обеспечивает комфортную температуру в салоне автомобиля.
  • Охлаждение отработанных газов в системе рециркуляции отработавших газов (EGR) — система охлаждения двигателя может использоваться для уменьшения температуры отработавших газов перед подачей их в цилиндры.
  • Охлаждает воздух в системе турбонадува — система охлаждения двигателя может использоваться для снижения температуры сжатого компрессором воздуха перед подачей его в цилиндры.
  • Охлаждает рабочую жидкость в АКПП — система охлаждения двигателя может использоваться для снижения температуры рабочей жидкости в автоматических коробках передач.

Типы систем охлаждения

Воздушное охлаждение

Воздушное охлаждение — тепло от двигателя с воздушной системой охлаждения передается в окружающую среду через оребрение цилиндров двигателя.

image

Воздушное охлаждение может быть естественным (за счет естественного движения потока воздуха) и принудительным (за счет потока воздуха создаваемого вентилятором).

Воздушное охлаждение не способно равномерно отводить тепло от двигателя и в настоящее время используется на двигателях легкой высокоподвижной техники: мотоциклах, мопедах, снегоходах и квадроциклах.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение — тепло от двигателя отводится с помощью охлаждающей жидкости, в качестве которой может выступать вода, антифриз или масло.

image

Системы жидкостного охлаждения могут быть замкнутые (охлаждающая жидкость циркулирует по герметичному контуру) и незамкнутые (теплоноситель подается извне двигателя и нагретый уходит в окружающую среду).

По способу циркуляции охлаждающей жидкости системы жидкостного охлаждения делятся на принудительные (циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется за счет работы насоса) и термосифонные (циркуляция жидкости осуществляется за счет разницы в плотности жидкости нагретой в двигателе и охлажденной в радиаторе).

Жидкостное охлаждение имеет гораздо более сложное устройство, но лучше справляется со своими функциями, поэтому используется на большинстве современных автомобилей.

Основные части системы охлаждения двигателя автомобиля

Двигатели большинства двигателей современных автомобилей оснащаются замкнутыми жидкостными системами охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

image

В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, насос (помпа), радиатор, вентилятор радиатора, термостат, расширительный бачок, патрубки и шланги. К системе охлаждения подключен теплообменник отопителя салона.

Рубашка охлаждения блока и головки цилиндров

Рубашка охлаждения блока и головки цилиндров представляет собой систему каналов внутри блока и головки цилиндров по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Охлаждающая жидкость отбирает тепло от сильно нагретых блока и цилиндров двигателя и переносит его к радиатору.

Охлаждающая жидкость

image

В качестве охлаждающей жидкости используется антифризы с низкой температурой замерзания (-40°C или— 65°C) и высокой температурой кипения (+120 °С).

В качестве антифризов используются водные растворы этиленгликоля или пропиленгликоля.

Для получения нужных свойств в состав антифриза входят до полутора десятка присадок: противокоррозийных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплект присадок определяет качество и область применения антифриза.

Антифризы выпускаются либо в концентратов, либо в виде готовых к применению растворов. Концентраты перед использованием разбавляют в определенной пропорции дистиллированной водой.

Производители окрашивают антифризы с помощью красителей в разные цвета. Яркий цвет антифриза облегчает контроль его уровня и напоминает о его токсичности. Совпадение цвета двух разных антифризов не является свидетельством их совместимости.

Насос охлаждающей жидкости (помпа)

image

Насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Насос приводится во вращение ремнем ГРМ или ремнем привода вспомогательных агрегатов. В двигателях современных автомобилей все чаще используются электрические насосы охлаждающей жидкости.

Термостат

image

Термостат предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат является автоматическим клапаном управляемым термоэлементом, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости термостат открывает или закрывает путь антифризу к радиатору охлаждения.

При запуске двигателя, пока температура охлаждающей жидкости не достигла рабочей температуры двигателя, термостат закрыт и пускает охлаждающую жидкость по малому кругу (насос — рубашка двигателя — термостат — насос).

При достижении охлаждающей жидкости рабочей температуры двигателя термостат открывается и пускает охлаждающую жидкость по большому кругу, через радиатор охлаждения.

Расширительный бачок

image

Расширительный бачок предназначен для компенсации расширения охлаждающей жидкости при нагреве. Расширительный бачок изготавливают из полупрозрачной пластмассы, на его стенке размещают отметки MIN/MAX для контроля уровня охлаждающей жидкости в системе.

Расширительный бачок закрывается пробкой, в которую встроены паровой (выпускной) клапан и воздушный (впускной) клапан. Клапана в пробке расширительного бачка поддерживают повышенное давление (1,1–1,3 бара) охлаждающей жидкости в системе, что позволяет повысить температуру кипения охлаждающей жидкости.

image

В случает закипания охлаждающей жидкости, давление пара в радиаторе возрастает и при достижении определенного значения паровой клапан открывается и выпускает пар наружу.

При остановке двигателя охлаждающая жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе создается разрежение, воздушный клапан при этом открывается и пропускает воздух внутрь радиатора.

Радиатор

Радиатор предназначен для отвода избыточного тепла в атмосферу. Существует несколько основных типов конструкции радиаторов:

  • Трубчатые радиаторы — самый распространенный тип радиаторов. Трубчатые радиаторы состоят из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора.
  • Пластинчатые радиаторы — состоят из волнистых спаянных между собой по краям пластин, верхние и нижние концы пластин впаяны в отверстия в верхнем и нижнем резервуарах радиатора. Охлаждающая жидкость циркулирует внутри спаянных пластин. Пластинчатые радиаторы имеют большую площадь поверхности, чем трубчатые радиаторы, но быстрее загрязняются и менее надежны из-за большого количества паяных швов.
  • Сотовые радиаторы — представляют собой набор круглых горизонтальных спаянных между собой трубок, охлаждающий воздух проходит через трубки, а охлаждающая жидкость омывает внешние поверхности трубок. Сотовые радиаторы имеют большую поверхность охлаждения, чем радиаторы других типов, но расходы на материал и изготовление сотовых радиаторов очень велики, поэтому в настоящее время они встречаются крайне редко.

Для изготовления радиаторов используются материалы хорошо проводящие тепло, чаще всего из алюминия, меди или их сплавов.

Вентилятор охлаждения радиатора

Вентилятор охлаждения радиатора предназначен для усиления потока воздуха проходящего через радиатор для его принудительного охлаждения, когда естественного обдува вентилятора недостаточно.

Привод вентилятора может быть механическим или электрическим. При механическом приводе вентилятор может быть закреплен на одной оси с насосом охлаждающей жидкости и работать постоянно, либо может быть соединен с приводом через электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная муфту и тогда он будет включаться при необходимости.

В большинстве современных автомобилей используются электрические вентиляторы, которые включаются при необходимости в дополнительном обдуве вентилятора. Электрические вентиляторы позволяют автоматически регулировать моменты включения и выключения вентилятора и изменять частоту вращения вентилятора.

Патрубки и шланги

Элементы системы охлаждения двигателя соединены между собой с помощью патрубков и шлангов. Патрубки и шланги крепятся с помощью стяжных хомутов.

Датчик температуры

Датчики температуры охлаждающей жидкости предназначены для измерения и контроля температуры антифриза. Чаще всего один датчик ввернут в верхний бачок радиатора, а другой ввернут в рубашку охлаждения головки блока цилиндров. Показания датчиков температуры охлаждающей жидкости поступают в блок управления двигателем и отображаются указателем температуры охлаждающей жидкости и сигнальной лампой перегрева двигателя, которые расположены на приборной панели автомобиля.

Радиатор отопителя

Радиатор отопителя предназначен для нагревания воздуха поступающего в салон автомобиля. Радиатор отопителя подключается к выходному патрубку водяной рубашки двигателя.

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Охлаждающая жидкость нагревается за счет тепла выделяемого в цилиндрах двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения двигателя.

Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется принудительно с помощью насоса охлаждающей жидкости.

Усиленное охлаждение охлаждающей жидкости осуществляется за счет интенсивного обдува воздухом радиатора вентилятором.

В системе охлаждения двигателя существуют два круга циркуляции охлаждающей жидкости: малый и большой. Малый круг циркуляции: рубашка охлаждения двигателя — водяной насос — термостат — рубашка охлаждения двигателя. Большой круг циркуляции: рубашка охлаждения двигателя — водяной насос — термостат — радиатор — рубашка охлаждения двигателя. Радиатор отопителя салона может входить в малый или в большой круг циркуляции в зависимости от автомобиля.

При запуске двигателя, пока температура охлаждающей жидкости не достигла рабочей температуры двигателя, термостат закрыт и пускает охлаждающую жидкость по малому кругу (насос — рубашка двигателя — термостат — насос).

При достижении охлаждающей жидкости рабочей температуры двигателя термостат открывается и пускает охлаждающую жидкость по большому кругу, через радиатор охлаждения.

Малый круг циркуляции предназначен для быстрого выведения двигателя на эффективный рабочий температурный режим. При малом круге циркуляции антифриз не проходит через радиатор и фактически не охлаждается.

Большой круг циркуляции предназначен для охлаждения антифриза когда двигатель уже достиг рабочего температурного режима.

Чем сильнее нагревается охлаждающаяся жидкость, тем сильнее открывается термостат и тем больший объем охлаждающей жидкости пропускается через радиатор и охлаждается там.

Принцип переключения между малым и большим кругом циркуляции позволяет максимально быстро вывести холодный двигатель в эффективный рабочий температурный режим.

В наиболее современных экологичных двигателях могут иметься два контура системы охлаждения, отдельный контур для блока цилиндров и другой отдельно для головки блока цилиндров (ГБЦ). Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом. При запуске холодного двигателя охлаждающая жидкость в контуре блока цилиндров не перекачивается и нагревается быстрее. Охлаждающая жидкость в головке блока цилиндров (ГБЦ) начинает циркулировать сразу и забрав тепло поступает в радиатор отопителя. По мере прогрева двигателя включается циркуляция в контуре блока цилиндров. Во время работы обоих контуров, в контуре охлаждения головки блока цилиндров (ГБЦ), поддерживается температура на 15-20 градусов ниже, чем в контуре блока цилиндров, что позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации.

Охлаждающую жидкость в систему охлаждения заливают через горловину расширительного бачка. Объем системы охлаждения легкового автомобиля указывается в руководстве по эксплуатации на автомобиль и обычно составляет от 6 до 12 литров.

Неисправности системы охлаждения

Наиболее частыми неисправностями системы охлаждения двигателя являются:

  • Перегрев двигателя — перегрев двигателя возможен из-за следующих причин: низкий уровень охлаждающей жидкости, слабое натяжение или обрыв ремня насоса охлаждающей жидкости, неисправность насоса охлаждающей жидкости, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи в системе охлаждения, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность клапана пробки радиатора или расширительного бачка.
  • Падение уровня охлаждающей жидкости — может произойти в результате утечки или выкипания. При понижении уровня охлаждающей жидкости в результате выкипания следует долить в расширительный бачок дистиллированной воды. При понижении уровня охлаждающей жидкости в результате утечки следует долить в расширительный бачок антифриз.
  • Протечки в патрубках, шлангах и местах их присоединения — патрубки и шланги системы охлаждения двигателя подвержены переменному воздействию низких и высоких температур, что приводит к появлению в них трещин и последующим протечкам. Протечки также возможны в местах присоединения патрубков и шлангов из-за ослабления винтовых и пружинных хомутов.
  • Течь радиатора — возникает из-за коррозии и механических воздействий на радиатор, краткосрочно решить проблему можно с помощью специального герметика, но в дальнейшем радиатор придется в любом случае заменить.
  • Течь сальника насоса охлаждающей жидкости — ведет к снижению уровню антифриза и выходу из строя подшипника насоса из-за вымываемой смазки.
  • Выход из строя термостата — заедание клапана термостата в одном из крайних или промежуточных положений ведет к постоянному непрогреву или перегреву двигателя, увеличенному расходу топлива, усиленному износу двигателя.
  • Выход из строя клапана в крышке расширительного бачка или радиатора— залипание клапана в открытом положении ведет к невозможности создания повышенного давления в системе охлаждения и закипанию антифриза при более низкой температуре. При залипании клапана в закрытом положении приведет во время работы двигателя к созданию чрезмерного давления, что может привести к протечкам антифриза или даже разрыву патрубков или расширительного бачка. При остывании двигателя в системе охлаждения создастся сильное разряжение, что может вызвать подсос воздуха в систему охлаждения через прокладки и соединения, а возникающие при этом паровоздушные пробки приведут к нарушению циркуляции антифриза и последующему перегреву двигателя.

Уход за системой охлаждения

Уход за системой охлаждения двигателя сводится к следованию простым правилам:

Ссылка на основную публикацию
Похожее