Охлаждение двигателя: воздушная и жидкостная система

8 июля 2020 9:11

// Технические статьи

В фокусе внимания — виды и устройство систем охлаждения двигателя (жидкостная и воздушная), а также распространённые  неисправности.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания автомобиля (СО) – это конструктивное решение, которое отводит от двигателя транспортного средства излишки тепла и передаёт их в окружающую среду, а также позволяет двигателю оперативно прогреться. Именно возможность быстро прогреться, достигнув оптимального уровня рабочей температуры, и поддержка этой температуры на заданном уровне — одни из важнейших факторов эффективной работы ДВС. 

Назначение системы охлаждения двигателя — предотвращение повреждений деталей двигателя автомобиля в результате его перегрева и износа, охлаждение отработавших газов, масла в системе смазки.

Системы охлаждения  (СO) ДВС транспортных средств бывают разных видов:

• Воздушными.
• Жидкостными (функционирующими на воде, антифризах).
• Гибридными.

Воздушная СО – это конструкция, которая обеспечивает отвод излишек тепла от цилиндров и стенок камер с помощью принудительного потока воздуха. Принуждение возникает за счет вентиляторов. Они могут быть автономными или объединёнными с маховиком. Воздух может нагнетаться или просасываться. 

 
Наиболее активно воздушные системы охлаждения двигателя устанавливались на авто в шестидесятые годы прошлого века. В том числе, такое решение было популярно у заводов, выпускающих Volkswagen, Citroën, Honda, Porsche. Но со временем у легковых автомобилей двигатели с воздушным охлаждением стало возможно встретить всё реже. Это легко объяснить тем, что большинство легковых авто, появившихся позже, в том числе, современные легковые авто – это, преимущественно, переднеприводные модели с поперечным расположением ДВС. При такой системе трудно организовать эффективную систему воздушного охлаждения. К тому же, при воздушном охлаждении производители вынуждены существенно увеличивать габариты двигателя, а вместе с ним возрастает и уровень шума. Но на сельскохозяйственные, коммунальные машины, скутера, мотоблоки такие СО по-прежнему ставят. Правда, даже у тракторов их можно встретить уже очень редко. Вторая же разновидность СО –  жидкостная система охлаждения двигателя – это система, где есть промежуточный теплоноситель (жидкость – антифриз). Именно антифриз основательно «прорабатывает» толщь стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента у большинства СО такого типа при этом опять-таки играет воздух. Поэтому часто системы называют не просто жидкостными, а комбинированными, гибридными. С точки зрения физики, это действительно верно (и более грамотно), но при этом, так как жидкостные системы в чистом виде (без отводящего агента в виде воздуха) сейчас не используются (первые системы были именно непосредственно жидкостными и работали исключительно на воде), в том, что жидкостными и гибридными МО называют на практике одни и те же решения, ничего зазорного нет. 

И современные автомобилисты, и механики жидкостными СО называют, как правило, именно гибридные решения. Те, где задействован и воздух, и антифриз.

Жидкостные системы охлаждения двигателей могут быть с параллельными, последовательными и смешанными потоками. Параллельные потоки. Антифриз под давлением поступает в блок цилиндров, проходит через отверстия прокладки головки блока и в головку блока.  Последовательные потоки. Жидкость поступает к задней части блока цилиндра, а затем перетекает в головку блока цилиндров. Здесь она течет вокруг каждого цилиндра и только потом через перекрестные проходы попадает во коллектор впуска. Смешанные потоки. У некоторых ДВС потоки теплоносителя объединены. Вентиляционные отверстия берут на себя функцию выпуска пара. Сначала затронем конструирование устройства системы охлаждения. При конструировании системы охлаждения производители учитывают целый комплекс факторов: 

• тепловая мощностью ДВС (быстрота выделения тепла),
• габаритов радиатора, вентилятора и водяной помпы, 
• давления в СО,
• конструктивных особенностей термостата.

Если проектируется жидкостная система, учитывается тип охлаждающей жидкости – антифриза: этиленгликолевый (карбоксилатный, лобридный, комбинированный), пропилен-гликолевый.  Если проектируется воздушная СО, обязательно учитывается температура и влажность окружающего ДВС воздуха. При конструировании воздушных систем специалисты заинтересованы, в первую очередь, обеспечить подачу воздуха к:

• перемычкам между гнездами клапанов (самым горячим местам головки цилиндров), если речь касается бензиновых ДВС.
• форсункам, если в фокусе внимания – дизельные двигатели.

Обязательно учитываются параметры оребрения двигателя. Идеальный вариант – брать в расчет показатели аэродинамического сопротивления оребрения двигателя, но на практике чаще берется всё-таки удельная поверхность оребрения. Учитывать показатели аэродинамического сопротивления, когда речь идёт о достаточно простой и недорогой технике достаточно нерационально. И проще пожертвовать именно этим параметром. В зависимости от того, какое охлаждение – воздушное или на антифризе, отличается схема системы охлаждения двигателя.
Итак, общее устройство системы охлаждения двигателя автомобиля, работающего  на антифризе состоит из следующих элементов: 1. «Водяная рубашка».  Полости между двойными стенками двигателя, имеющие сообщение друг с другом. Расположены в зонах присутствия избытка тепла. Фактически это всё пространство вокруг цилиндров ДВС, заполненное охлаждающей жидкостью.

 
2. Термостат. Специальный клапан между «рубашкой» ДВС и входным патрубком устройства радиатора. Когда клапан открывается, для охлаждающей жидкости возникают все условия, чтобы она беспрепятственно попадала в радиатор. Излишки жидкости возвращаются в водяную рубашку через обводный канал. В зависимости от конструктивных особенностей СО, модели силового агрегата, компоновки ДВС термостат может иметь разную локацию. Чаще всего термостат расположен в зоне выхода антифриза из головки блока цилиндров.
 
 
3. Радиатор. Устройство, предназначенное непосредственно для отдачи (отвода) тепла в атмосферу и охлаждения жидкости внутри каналов. Представляет собой конструкцию из трубок, спаянных в виде прямоугольника, крепящегося на двух бачках. Изготавливается из металла (меди, алюминия), нескольких металлов (медь + латунь), комбинации металла и пластика. Большинство современных радиаторов – с алюминиевой сердцевиной с бачками из армированного пластика. В этом случае деталь обладает более высокими показателями коррозионной стойкости и теплопроводности. Устройство монтируется в зоне, которая лучше всего обдувается. Идеальный вариант – зона в подкапотном пространстве спереди автомобиля (причем к такому конструкционному решению инженеры нередко прибегают даже, если ДВС имеет заднее расположение). У некоторых автомобилей радиаторы устанавливаются возле боковых стенок авто. Но как правило, в этом случае о обдуве заботится воздухозаборник, а радиаторов – несколько. Такой вариант можно встретить у спорткаров. 
  Теплоноситель может поступать в радиатор сверху и направляться вниз в основной бочок, а может двигаться от одной стороны устройства к противоположной его стороне (СО с поперечным потоком). На подавляющее большинство современных СО монтируют радиаторы именно с поперечным потоком.
У большинства радиаторов горловина имеет крышку, оснащённую подпружиненным клапаном, предназначенного для герметичного закрытия вентиляционных каналов СО. Это конструктивное решение необходимо для поддержания оптимального рабочего давления. Наиболее распространёнными и внушающими доверие пользователям радиаторами являются устройства торговых марок Behr Hella, DENSO, LUZAR, Stellox, SAT, AVA. 4. Вентилятор – устройство, помогающее усилить поток набегающего воздуха на радиатор. Воздушный поток направлен по направлению к двигателю.  Запускается за счёт муфты (электромагнитной, гидравлической от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости.  На большинстве современных транспортных средств стоят электровентиляторы: один или несколько (один непосредственно для охлаждения, другой – для работы с высокими температурами).  На транспортных средствах с продольным расположением ДВС и задним приводом также можно встретить термостатический вентилятор охлаждения (вентилятор с термостатической пружиной). Он запускается ремнем от коленчатого вала.
 
5. Помпа — центробежный насос. Именно от помпы зависит, будет ли в системе обеспечена бесперебойная циркуляция жидкости (запускаются, чаще всего ремнем – от коленчатого или распределительного вала, шестернями или дополнительной помпой , работающей от электронного блока управления. 6. Расширительный бачок с подпружиненными клапанами. Присутствует у систем с радиатором без заливной горловины.
7.Температурный датчик. Присутствует у авто с электронным блоком управления. Сигналы с датчика поступают непосредственно на ЭБУ, а затем на исполнительные устройства (например, вентилятор).  
Если же перед нами устройство воздушной системы охлаждения, где теплоносителем выступает непосредственно поток воздуха, то устройство включает следующие элементы:

• вентилятор, состоящий из диффузора с неподвижными лопастями (направляют воздух) и ротора. Как правило, запускается при помощи ремня и работает от шкива коленвала охладительные ребра цилиндров и головки (или головок), 
• съемный кожух, 
• дефлекторы (монтируются непосредственно над вентканалом) и контрольные приборы. 

Принцип работы системы зависит от того, что является теплоносителем. Работа системы охлаждения двигателя на антифризе:

• Антифриз циркулирует (движется по маршруту) принудительно. 
• Движение жидкости производится через «рубашку охлаждения» двигателя.
• Охлаждение ДВС и нагрев охлаждающей жидкости осуществляются синхронно. 
• Антифриз к водяной рубашке движется от первого цилиндра к последнему или от выпускного коллектора к впускному (в зависимости от потоков)
• Жидкость циркулирует по малому (до нагрева) или большому кругу (после нагрева).Свой путь антифриз начинает  по большому кругу. Путь к маломому кругу до достижения определённой температуры  жидкости недоступен, это происходит благодаря закрывающемуся клапану. Когда температура, напротив, падает, то клапан  срабатывает снова, и рабочим путем антифриза, как и в начале работы, становится  малый круг.
• В момент запуска ДВС антифриз  – холодный. При включении системы он нагревается, проходит через радиатор, охлаждается встречным потоком воздуха, в том числе, при необходимости  –  потоком воздуха от вентилятора.

Проходя путь через рубашку охлаждения блока цилиндров и головки цилиндров, жидкость в СО сначала увеличивается, а затем после прохождения радиатора охлаждается до начального уровня. 

• Чаще всего у ДВС горячая охлаждающая жидкость выходит из корпуса термостата (температурно-регулирующего клапана), протекает через радиатор поток жидкости охлаждается потоком воздуха, 
• Назад жидкость возвращается через выходной патрубок основного бачка и через шланг идёт к входному патрубку циркуляционного насоса. Он и прогоняет поток жидкости через рубашку охлаждения двигателя. На некоторых двигателях (например, Chrysler и General Motor’s) альтернативой термостату выступает водяной насос. 

Воздушное охлаждение Схема работы СО следующая:

• Вентилятор создает поток воздуха
• Наружная область блоков цилиндров и головки омываются мощным потоком воздуха,
• Излишки тепла направляются в атмосферу.

Важно! Воздушный поток целенаправленно направляется на наиболее нагреваемые детали – цилиндры и головки. Степень интенсивности охлаждения зависит от того, какие стоят вентиляторы, и как организовано направление потока воздуха. Распределить воздух на все детали ДВС помогают тонкие пластины-дефлекторы.

Степень интенсивности охлаждения, а значит, и результат, напрямую зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.
Не секрет, что именно на СО приходится около 25 – 30% неисправностей ДВС. И, если регулярно не проводить диагностику, не принимать меры, можно «нарваться» на дорогостоящий ремонт.  Если же всё делать своевременно, то решением проблемы может стать замена небольшой детали или даже просто регулировка одного из узлов. Популярные неисправности в системе охлаждения:

• Проблемы со шлангами. Износ, потеря герметичности, повреждение, расслаивание,  набуханием материала, влекущее за собой изменение диаметра шланга. Если шланг получит повреждение во время работы двигателя, вся охлаждающая жидкость будет утеряна. Для того, чтобы решить проблему со шлангом, чаще всего требуется его замена, но иногда достаточно решить проблему только с хомутовым соединением.
• Нарушение герметичности радиатора. Чаще всего под воздействием камней, противогололедных реагентов. Практика показала, что чаще радиатор «летит» в системах без кондиционера (если он есть те же на себя часто берет теплообменник).
• Зависание» термостата. Если «зависание» происходит в закрытом состоянии, ДВС начинает перегреваться, если открытом – будет проблема с нагревом. Иногда для решения проблемы достаточно регулировки, но часто может потребоваться и замена этого устройства.
• Течь расширительного бачка (нередкое явление для тех схем системы охлаждения двигателя, где бачок работает под давлением).
• Потеря герметичности пробки радиатора.  При этой неисправности система не сможет обеспечивать повышение температуры кипения жидкости. В зависимости от ситуации проблема может решаться механическим способом, или требуется замена пробки. К пробке ни в коем случае нельзя относится халатно. Именно от неё зависит, удастся ли удержать нужное давление в СО.
• Воздушная пробка. Приводит к перегреву двигателя либо нарушению прогрева салона (то есть двигатель может хорошо прогреваться, а тепло в салон перестаёт поступать). Для диагностики проверяют уровень антифриза в расширительном бачке, проводят визуальный осмотр. Для решения проблемы ус старых транспортных средств на радиаторе откручивают  отточенных навыков: нужно снять пластиковую защиту, демонтировать хомут, подать в бачок воздух посредством компрессора, провести проверку на отсутствие пузырьков воздуха, накинуть на штуцер патрубок, монтировать специальную пробку и запускают двигатель, у современных авто в большинстве случае решение проблемы требует затянуть хомут, довести антифриз до оптимального уровня.
• Обрыв ремня вентилятора. Распространённая поломка у мототехники, коммунальной техники, где стоит воздушная СО. Об этой неисправности у большинства транспортных средств сигнализирует контрольная лампа. Проблема решается путём замены ремня.
• Загрязнение патрубков, влекущее за собой попадание в СО посторонних примесей и её выход из строя. Проблема решается путём промывки, удаления ржавчины, шлака, накипи, остатков масла, силикатного геля.

Изучить тему «Системы смазки и охлаждения» подробно поможет лицензионный обучающий продукт «Автомобильные основы» на платформе LCMS ELECTUDE. Видеообзор этого обучающего продукта для вас доступен прямо сейчас:

Огромное преимущество использование платформы состоит в том, что вы не просто последовательно получаете необходимый набор знаний, а имеете возможность поработать с устройствами на практике, отточить навыки диагностики и ремонта (платформа располагает встроенным тренажёром). Платформа адаптивна как для проведения занятий в аудитории, так и дистанционного обучения. Очень удобно, что система располагает продуманной системой тестов. Можно не просто изучить материал, а проконтролировать, как он усвоен, какой реальный прогресс при изучении системы охлаждения двигателя.

Как устроена система охлаждения двигателя: что должен знать каждый :

Система охлаждения — одна из ключевых в конструкции двигателя внутреннего сгорания. Что нужно знать, чтобы поддерживать ее в хорошей форме?

• Что это
• Типы
• Устройство
• Неисправности
• Уход

Система охлаждения двигателя — это комплекс устройств, позволяющих поддерживать оптимальную температуру работающего двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Перегрев способен вывести ДВС из строя, поскольку его компоненты сохраняют заданные характеристики только до определенного температурного порога. Излишки тепла отводятся в атмосферу.

Переохлаждение также вредно для ДВС. В этом случае масло не может эффективно смазывать трущиеся детали, что ведет к их быстрому износу. Кроме того, снижается мощность двигателя и повышается расход топлива. Поэтому в системах охлаждения ДВС имеются устройства, позволяющие ускорить прогрев двигателя при низкой температуре «за бортом».

Какие еще функции может выполнять система охлаждения двигателя?

1. Для снижения токсичности выхлопа в ДВС с системой рециркуляции отработавших газов система охлаждения уменьшает их температуру перед подачей в цилиндры.
2. В наддувных ДВС для повышения отдачи снижает температуру сжатого компрессором воздуха перед его подачей в цилиндры.
3. В температурно нагруженных высокомощных ДВС в систему охлаждения может быть встроен масляный радиатор для предотвращения потери маслом смазывающих свойств.
4. Обеспечивает работу отопителя салона.

Типы системы охлаждения

Теплообмен между работающим ДВС и атмосферой может выполняться двумя способами:

1. Напрямую. Такие ДВС называются двигателями воздушного охлаждения. Атмосферный воздух по системе воздуховодов подается к головке блока цилиндров (ГБЦ) и собственно блоку ДВС, которые имеют оребрение для увеличения площади теплообмена. Обеспечить необходимую степень обдува такого ДВС помогает вентилятор, срабатывающий по сигналу датчика. Несомненный плюс воздушной системы охлаждения — простота и надежность. Минус двигателей-«воздушников» — шумность. ДВС с воздушной системой охлаждения на легковых авто перестали устанавливать в конце прошлого века.
2. Через посредника. В этом качестве выступает охлаждающая жидкость (антифриз), которая циркулирует по каналам внутри ГБЦ и блока ДВС. Жидкостная система имеет гораздо более сложное устройство, но за счет двойных стенок основных охлаждаемых элементов ДВС позволяет существенно снизить шумность двигателя. Сегодня ДВС всех легковых моделей имеют жидкостные системы охлаждения, поэтому более подробно остановимся на их устройстве.

Устройство жидкостной системы охлаждения

Первая задача, которую решает такая система, — максимально быстрый вывод холодного ДВС в режим оптимальной температуры. Для этого используют принцип переключения между контурами охлаждения:

1. Чаще всего ДВС имеют два круга/контура охлаждения. Малый включает в себя рубашку охлаждения ГБЦ и блока двигателя, термостат, помпу и радиатор отопителя. При достижении температуры 80–90 °С антифриз начинает циркулировать по большому кругу через радиатор охлаждения.
2. В более совершенных, экологичных ДВС имеются два подконтура системы охлаждения: для ГБЦ и блока. При запуске двигателя «на холодную» содержащийся в подконтуре антифриз не перекачивается и быстрее нагревается, тогда как через температурно нагруженную ГБЦ охлаждающая жидкость сразу же начинает циркулировать и, забрав тепло, поступает в теплообменник отопителя. По мере прогрева такого ДВС подконтуры соединяются, а когда антифриз в объединенной системе достигает рабочей температуры, начинается его циркуляция через радиатор охлаждения.

Система охлаждения двигателя — это комплекс устройств, позволяющих поддерживать оптимальную температуру работающего двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ( dr1ver.ru)

Теперь поговорим об основных компонентах системы охлаждения ДВС более подробно:

Охлаждающая жидкость (антифриз)

Используемая в качестве переносчика тепла смесь воды и этилен- или пропиленгликоля с температурой замерзания ниже -40 °С и температурой кипения (на уровне моря) +120 °С. Антифриз содержит присадки, которые ограничивают коррозию и препятствуют пенообразованию.

Водяная рубашка

Система каналов для циркуляции антифриза в сильнее всего нагревающихся элементах ДВС: ГБЦ и блоке.

Помпа

Насос, обеспечивающий циркуляцию антифриза в системе охлаждения. Чаще всего помпа приводится от коленвала двигателя, а у некоторых двигателей — от распределительного вала. В конструкции современных ДВС все шире используются электрические помпы. Управляемые электроникой, они включаются по требованию, что позволяет быстрее прогреть остывший двигатель и снизить расход топлива.

Расширительный бачок

Резервуар, компенсирующий расширение антифриза при нагреве. Изготовленный чаще всего из полупрозрачной пластмассы, расширительный бачок также позволяет контролировать уровень охлаждающей жидкости в системе. Для этого на бачке имеются отметки MIN/MAX.

Расширительный бачок позволяет контролировать уровень охлаждающей жидкости ( Shutterstock)

Пробка расширительного бачка

Крышка, закрывающая горловину для заливки антифриза. Кроме того, при работе помпы пробка позволяет создать в системе охлаждения избыточное давление, которое отодвигает порог кипения антифриза.

Встроенный в пробку клапан при прогретом двигателе позволяет стравить избыточное давление, способное нарушить герметичность системы, а при выключенном ДВС открывается, чтобы не допустить чрезмерного разрежения в системе.

В ряде случаев в крышке для этих целей устанавливают два отдельных клапана, выпускной и впускной.

Также существуют модели, у которых бачок с обычной пробкой только компенсирует расширение антифриза при нагреве, а за регулировку давления в системе отвечает снабженная клапаном/клапанами пробка основного радиатора.

Патрубки

Система шлангов, связывающих элементы системы охлаждения ДВС.

Термостат

Управляемый термоэлементом клапан, в зависимости от температуры антифриза открывающий или закрывающий ему путь в радиатор охлаждения.

Радиатор

Устройство для отвода избыточного тепла в атмосферу. Конструктивно радиатор представляет собой два бачка, между которыми размещен набор вертикальных трубок из меди или алюминия для циркуляции нагретого антифриза. Для увеличения площади теплоотдачи трубки соединяются тонкими горизонтальными пластинами.

Радиатор находится в «зоне обстрела» камнями и принимает на себя «душ» из реагентов ( Shutterstock)

Вентилятор охлаждения радиатора

Предназначен для принудительного охлаждения радиатора в условиях недостаточного естественного обдува. В современных автомобилях используются в основном электрические вентиляторы, которые включаются по требованию и не отбирают постоянно мощность ДВС.

Датчик температуры

Устройство для контроля температуры антифриза и передачи этих данных на приборную панель автомобиля.

Радиатор отопителя

Компактный радиатор, подключенный к выходному патрубку водяной рубашки, устанавливается в салоне и служит для его обогрева.

Неисправности системы охлаждения

Компоненты жидкостной системы охлаждения ДВС достаточно просты, но это не делает их вечными, особенно в условиях постоянного воздействия высоких температур. Какого рода проблемы возникают чаще всего?

1. С возрастом появляются протечки резиновых шлангов и стянутых хомутами их соединений. Допустимо использование как винтовых, так и проволочных (пружинных) хомутов. Последние лучше справляются со своей задачей: в достаточных пределах компенсируют тепловое расширение патрубков, обеспечивают практически равномерное давление обжима, долговечны. Минусы? Дороговизна, а также необходимость демонтажа патрубков и слива антифриза для установки.
2. Течь радиатора. Здесь может сказаться не только возраст. Радиатор, как правило, находится в зоне обстрела камнями и принимает на себя душ из антигололедных реагентов. В качестве крайней меры для герметизации теплообменника можно добавить в антифриз сухой горчицы, которая закупорит микротрещины. Однако затем систему охлаждения необходимо тщательно промыть, чтобы горчичные пробки не закупорили каналы, по которым циркулирует антифриз. Тот же эффект наблюдается при использовании специальных герметиков, эффективность которых различается в зависимости от компании-производителя. В любом случае такие составы дают лишь достаточно кратковременный эффект. Это относится и к герметизации радиатора отопителя.
3. Течь сальника помпы ведет не только к снижению уровня антифриза, но также к «кончине» подшипника насоса, из которого вымывается смазка. Об износе подшипника свидетельствует характерное подвывание.
4. Клапан термостата зависает в каком-либо крайнем или промежуточном положении. Если клапан постоянно закрыт, то ДВС от неизбежного перегрева грозит выход из строя. Последствия постоянно открытого клапана немногим лучше: интенсивный износ постоянно непрогретого двигателя, увеличенный расход топлива, неработающая печка.
5. Зависание в каком-либо крайнем положении клапана в крышке расширительного бачка. Открытый клапан не позволит создать в системе избыточное давление, а антифриз закипит при значительно более низких температурах. Намертво закрытый клапан приведет к созданию в системе чрезмерного давления при работающем ДВС, что чревато протечками и даже разрывом патрубков, а то и расширительного бачка. В той же ситуации при остывании выключенного двигателя в системе возникнет разрежение достаточно сильное, чтобы вызывать подсос воздуха через прокладки и различные соединения. Возникшие паровоздушные пробки нарушат циркуляцию антифриза. Не допустить подобного поможет периодический осмотр крышки на наличие грязи, накипи, ржавчины, а также проверка работоспособности клапана на слух. При сжатии клапана должен быть слышен свист, а при отпускании — шипящий звук.

Охлаждающую жидкость меняют раз в пять лет ( Shutterstock)

Уход за системой охлаждения

Поддерживать систему охлаждения в форме поможет следование простым правилам:

1. Соблюдать периодичность замены охлаждающей жидкости. Единых нормативов для антифризов, произведенных по различным стандартам, не существует. Но в среднем охлаждающую жидкость, теряющую свои качества в процессе эксплуатации, меняют раз в пять лет.
2. Регулярно проверять компоненты системы на наличие протечек антифриза.
3. Контролировать состояние крышки расширительного бачка.
4. При замене помпы менять и охлаждающую жидкость.
5. Промывать систему перед заменой охлаждающей жидкости, если ДВС перегревался, а отопитель работал недостаточно эффективно. Эту же процедуру следует провести, если использовалась некачественная охлаждающая жидкость или герметики.

Система охлаждения двигателя

• Система
  охлаждения двигателя служит для
  поддержания нормального теплового
  режима работы двигателей путем
  интенсивного отвода тепла от горячих
  деталей двигателя и передачи этого
  тепла окружающей среде.
• Отводимое
  тепло состоит из части выделяющегося
  в цилиндрах двигателя тепла, не
  превращающейся в работу и не уносимой
  с выхлопными газами, и из тепла работы
  трения, возникающего при движении
  деталей двигателя.
• Большая
  часть тепла отводится в окружающую
  среду системой охлаждения, меньшая
  часть – системой смазки и непосредственно
  от наружных поверхностей двигателя.
• Принудительный
  отвод тепла необходим потому, что при
  высоких температурах газов в цилиндрах
  двигателя (во время процесса горения
  1800–2400 °С, средняя температура газов за
  рабочий цикл при полной нагрузке 600–1000
  °С) естественная отдача тепла в окружающую
  среду оказывается недостаточной.

Нарушение
правильного отвода тепла вызывает
ухудшение смазки трущихся поверхностей,
выгорание масла и перегрев деталей
двигателя. Последнее приводит к резкому
падению прочности материала деталей и
даже их обгоранию (например, выпускных
клапанов). При сильном перегреве двигателя
нормальные зазоры между его деталями
нарушаются, что обычно приводит к
повышенному износу, заеданию и даже
поломке. Перегрев двигателя вреден и
потому, что вызывает уменьшение
коэффициента наполнения, а в бензиновых
двигателях, кроме того, – детонационное
сгорание и самовоспламенение рабочей
смеси.

Чрезмерное
охлаждение двигателя также нежелательно,
так как оно влечет за собой конденсацию
частиц топлива на стенках цилиндров,
ухудшение смесеобразования и
воспламеняемости рабочей смеси,
уменьшение скорости ее сгорания и, как
следствие, уменьшение мощности и
экономичности двигателя.

Классификация
систем охлаждения

В
автомобильных и тракторных двигателях,
в зависимости от рабочего тела, применяют
системы жидкостного и воздушного охлаждения.
Наибольшее распространение получило
жидкостное охлаждение.

При
жидкостном охлаждении циркулирующая
в системе охлаждения двигателя жидкость
воспринимает тепло от стенок цилиндров
и камер сгорания и передает затем это
тепло при помощи радиатора окружающей
среде.

По
принципу отвода тепла в окружающую
среду системы охлаждения могут
быть замкнутыми и незамкнутыми
(проточными).

Жидкостные
системы охлаждения автотракторных
двигателей имеют замкнутую систему
охлаждения, т. е. постоянное количество
жидкости циркулирует в системе. В
проточной системе охлаждения нагретая
жидкость после прохождения через нее
выбрасывается в окружающую среду, а
новая забирается для подачи в двигатель.
Применение таких систем ограничивается
судовыми и стационарными двигателями.

Воздушные
системы охлаждения являются незамкнутыми.
Охлаждающий воздух после прохождения
через систему охлаждения выводится в
окружающую среду.

Классификация
систем охлаждения приведена на рис.
3.1.

По
способу осуществления циркуляции
жидкости системы охлаждения могут быть:

• принудительными, в которых циркуляция обеспечивается специальным насосом, расположенным на двигателе (или в силовой установке), или давлением, под которым жидкость подводится в силовую установку из внешней среды;
• термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы гравитационных сил, возникающих в результате различной плотности жидкости, нагретой около поверхностей деталей двигателя и охлаждаемой в охладителе;
• комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров, поршни) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.

Рис.
3.1. Классификация систем охлаждения

Системы
жидкостного охлаждения могут быть
открытыми и закрытыми.

Открытые
системы –
системы, сообщающиеся с окружающей
средой при помощи пароотводной трубки.

В
большинстве автомобильных и тракторных
двигателей в настоящее время
применяют закрытые
системы охлаждения,
т. е. системы, разобщенные от окружающей
среды установленным в пробке радиатора
паровоздушным клапаном.

Давление
и соответственно допустимая температура
охлаждающей жидкости (100–105 °С) в этих
системах выше, чем в открытых системах
(90–95 °С), вследствие чего разность между
температурами жидкости и просасываемого
через радиатор воздуха и теплоотдача
радиатора увеличиваются. Это позволяет
уменьшить размеры радиатора и затрату
мощности на привод вентилятора и водяного
насоса. В закрытых системах почти
отсутствует испарение воды через
пароотводный патрубок и закипание ее
при работе двигателя в высокогорных
условиях.

Жидкостная
система охлаждения

На
рис. 3.2 показана схема жидкостной системы
охлаждения с принудительной циркуляцией
охлаждающей жидкости.

Рубашка
охлаждения блока цилиндров 2 и
головки блока 3, радиатор
и патрубки через заливную горловину
заполнены охлаждающей жидкостью.
Жидкость омывает стенки цилиндров и
камер сгорания работающего двигателя
и, нагреваясь, охлаждает их.

Центробежный
насос 1 нагнетает
жидкость в рубашку блока цилиндров, из
которой нагретая жидкость поступает в
рубашку головки блока и затем по верхнему
патрубку вытесняется в радиатор.

Охлажденная в радиаторе жидкость по
нижнему патрубку возвращается к насосу.

Циркуляция
жидкости в зависимости от теплового
состояния двигателя изменяется с помощью
термостата 4. При
температуре охлаждающей жидкости ниже
70–75 °С основной клапан термостата
закрыт.

В этом случае жидкость не
поступает в радиатор 5,
а циркулирует по малому контуру через
патрубок 6, что
способствует быстрому прогреву двигателя
до оптимального теплового режима.

При
нагревании термочувствительного
элемента термостата до 70–75 °С основной
клапан термостата начинает открываться
и пропускать воду в радиатор, где она
охлаждается. Полностью термостат
открывается при 83–90 °С. С этого момента
вода циркулирует по радиаторному, т. е.

большому, контуру. Температурный режим
двигателя регулируется также с помощью
поворотныхжалюзей, путем изменения
воздушного потока, создаваемого
вентилятором 7 и
проходящего через радиатор.

1. В
   последние годы наиболее эффективным и
   рациональным способом автоматического
   регулирования температурного режима
   двигателя является изменение
   производительности самого вентилятора.
2. Элементы
   жидкостной системы
3. Термостат предназначен
   для обеспечения автоматического
   регулирования температуры охлаждающей
   жидкости во время работы двигателя.

Для
быстрого прогрева двигателя при его
пуске устанавливают термостат в выходном
патрубке рубашки головки блока цилиндров.
Он поддерживает желательную температуру
охлажда-ющей жидкости путем изменения
интенсивности ее циркуляции через
радиатор.

На
рис. 3.3 представлен термостат сильфонного
типа. Он состоит из корпуса 2, гофрированного
цилиндра (сильфона), клапана 1 и
штока, соединяющего сильфон с
клапаном.

 Сильфон
изготовлен из тонкой латуни и заполнен
легкоиспаряющейся жидкостью (например,
эфиром или смесью этилового спирта и
воды).

Расположенные в корпусе термостата
окна 3 в
зависимости от температуры охлаждающей
жидкости могут или оставаться открытыми,
или быть закрытыми клапанами.

При
температуре охлаждающей жидкости,
омывающей сильфон, ниже 70 °С клапан 1 закрыт,
а окна 3 открыты.
Вследствие этого охлаждающая жидкость
в радиатор не поступает, а циркулирует
внутри рубашки двигателя.

При повышении
температуры охлаждающей жидкости выше
70 °С сильфон под давлением паров
испаряющейся в нем жидкости удлиняется
и начинает открывать клапан 1 и
постепенно прикрывать окна клапанами 3.

 При
температуре охлаждающей жидкости выше
80–85 °С клапан 1 полностью
открывается, окна же полностью закрываются,
вследствие чего вся охлаждающая жидкость
циркулирует через радиатор. В настоящее
время данный тип термостатов применяется
очень редко.

Рис.
3.3. Термостат сильфонного типа

Сейчас
в двигателях устанавливают термостаты,
в которых заслонка 1 открывается
при расширении твердого наполнителя –
церезина (рис. 3.4). Это вещество расширяется
при повышении температуры и открывает
заслонку 1,
обеспечивая поступление охлаждающей
жидкости в радиатор.

Радиатор является
теплорассеивающим устройством,
предназначенным для передачи тепла
охлаждающей жидкости окружающему
воздуху.

Радиаторы
автомобильных и тракторных двигателей
состоят из верхнего и нижнего резервуаров,
соединенных между собой большим
количеством тонких трубок.

Для
усиления передачи тепла от охлаждающей
жидкости воздуху поток жидкости в
радиаторе направляют через ряд обдуваемых
воздухом узких трубок или каналов.
Радиаторы изготовляют из материалов,
хорошо проводящих и отдающих тепло
(латуни и алюминия).

В
зависимости от конструкции охлаждающей
решетки радиаторы делят на трубчатые,
пластинчатые и сотовые.

В
настоящее время наибольшее распространение
получили трубчатые
радиаторы.
Охлаждающая решетка таких радиаторов
(рис. 3.5а) состоит из вертикальных трубок
овального или круглого сечения, проходящих
через ряд тонких горизонтальных пластин
и припаянных к верхнему и нижнему
резервуарам радиатора.

Наличие пластин
улучшает теплопередачу и повышает
жесткость радиатора.

Трубки овального
(плоского) сечения предпочтительнее,
так как при одинаковом сечении струи
поверхность охлаждения их больше, чем
поверхность охлаждения круглых трубок;
кроме того, при замерзании воды в
радиаторе плоские трубки не разрываются,
а лишь изменяют форму поперечного
сечения.

а
б в

Рис.
3.5. Радиаторы

В пластинчатых
радиаторах охлаждающая
решетка (рис. 3.5б) устроена так, что
охлаждающая жидкость циркулирует в
пространстве, образованном
каждой парой спаянных между собой по
краям пластин. Верхние и нижние концы
пластин, кроме того, впаяны в отверстия
верхнего и нижнего резервуаров радиатора.

Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается
вентилятором через проходы между
спаянными пластинами. Для увеличения
поверхности охлаждения пластины обычно
выполняют волнистыми.

Пластинчатые
радиаторы имеют большую охлаждающую
поверхность, чем трубчатые, но вследствие
ряда недостатков (быстрое загрязнение,
большое количество паяных швов,
необходимость более тщательного ухода)
применяются сравнительно редко.

Сотовый радиатор относится
к радиаторам с воздушными трубками
(рис. 3.5в). В решетке сотового радиатора
воздух проходит по горизонтальным,
круглого сечения трубкам, омываемым
снаружи водой или охлаждающей жидкостью.
Чтобы сделать возможной спайку концов
трубок, края их развальцовывают так,
что в сечении они имеют форму правильного
шестиугольника.

Достоинством
сотовых радиаторов является большая,
чем в радиаторах других типов, поверхность
охлаждения. Из-за ряда недостатков,
большинство из которых те же, что и у
пластинчатых радиаторов, сотовые
радиаторы в настоящее время встречаются
крайне редко.

В
пробке заливной горловины радиатора
установлен паровой клапан 2 и
воздушный клапан 1,
которые служат для поддержания давления
в заданных пределах (рис. 3.6).

Водяной
насос обеспечивает
циркуляцию охлаждающей жидкости в
системе. Как правило, в системах охлаждения
устанавливают малогабаритные
одноступенчатые центробежные насосы
низкого давления производительностью
до 13 м3/ч,
создающие давление 0.05–0.2 МПа. Такие
насосы конструктивно просты, надежны
и обеспечивают высокую производительность
(рис. 3.7).

Корпус
и крыльчатку насосов отливают из
магниевых, алюминиевых сплавов,
крыльчатку, кроме того, – из пластмасс.
В водяных насосах автомобильных
двигателей обыкновенно применяют
полузакрытые крыльчатки, т. е. крыльчатки
с одним диском.

Крыльчатки
центробежных водяных насосов часто
монтируют на одном валике с вентилятором.
В этом случае насос устанавливают в
верхней передней части двигателя,
приводится он в движение от коленчатого
вала при помощи клиноременной передачи.

Ременную
передачу можно применять и при установке
центробежного насоса отдельно от
вентилятора.

В некоторых двигателях
грузовых автомобилей и тракторов привод
водяного насоса осуществляется от
коленчатого вала шестеренчатой передачей.

Вал центробежного водяного насоса
устанавливают обычно на подшипниках
качения и снабжают для уплотнения
рабочей поверхности простыми
или саморегулирующимися сальниками.

Вентиляторв
жидкостных системах охлаждения
устанавливают для создания искусственного
потока воздуха, проходящего через
радиатор. Вентиляторы автомобильных и
тракторных двигателей делят на два
типа: а) со штампованными из листовой
стали лопастями, прикрепленными к
ступице; б) с лопастями, которые отлиты
за одно целое со ступицей.

Число
лопастей вентилятора изменяется в
пределах четырех – шести. Увеличение
числа лопастей выше шести нецелесообразно,
так как производительность вентилятора
при этом увеличивается крайне
незначительно. Лопасти вентилятора
можно выполнять плоскими и выпуклыми.