Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания: как это работает». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
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.
Виды систем охлаждения двигателя
Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:
- Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
- Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
- Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.
Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).
Главное среди всех прочих преимуществ воздушного охлаждения двигателя – это простота конструкции. В системе отсутствует помпа, радиатор, термостат, патрубки и хомуты, трубки подвода и оттока антифриза.
Второе важное преимущество – высокая ремонтопригодность. Например, в тракторных силовых агрегатах имеются индивидуальные цилиндры. Если случилась поломка, то при необходимости можно заменить цилиндр или устранить неисправность. В двигателях с жидкостным охлаждением в случае повреждения какого-либо из цилиндров придется менять блок полностью либо выпрессовывать гильзы.
Для примера не стоит далеко ходить. Возьмем двигатель Tatra T815. Это мотор с воздушным охлаждением. Головки блока здесь сделаны раздельными. В случае необходимости ремонта не нужно снимать ГБЦ полностью. Даже очень серьезные работы по ремонту можно производить без демонтажа блока двигателя.
Двигатели, оснащенные воздушным охлаждением, более ресурсные. Если в моторе с жидкостной системой повредятся патрубки или ослабятся хомуты, то агрегат эксплуатировать нельзя, так как охлаждающая жидкость уйдет. Также существует опасность выброса горячей жидкости из системы. Всех этих недостатков лишены воздушные системы.
Устройство и принцип работы воздушной и жидкостной систем охлаждения
Устройство воздушной системы охлаждение крайне простое: головки цилиндров выполнены ребристыми, причем ребра расположены вдоль направления потока обдувающего их воздуха. Ребра многократно повышают площадь нагретой поверхности, которая контактирует с воздухом, и отдача тепла происходит лучше. Ребра могут располагаться как по продольной оси цилиндра (то есть, сверху вниз), так и поперек цилиндра.
Воздушная система охлаждения имеет одно преимущество — она крайне проста и надежна. Действительно, вся система — это просто ребристый цилиндр, имеющий грамотное расположение. Однако за простотой кроется множество недостатков, главный из которых — низкая эффективность (воздух обладает малой теплоемкостью, поэтому плохо отбирает тепло) и невозможность применения на мощных двигателях. Поэтому воздушное охлаждение имеют моторы малой кубатуры, в том числе мотоциклетные, а также устанавливаемые на малолитражных автомобилях (таким двигателем оснащался знаменитый Фольксваген «Жук» и не менее знаменитый «Запорожец»).
Жидкостная система устроена сложнее. В ней в качестве теплоносителя используется вода, поэтому необходимо обеспечить ее подачу к нагретым деталям двигателя. Эта задача решается с помощью так называемой «водяной рубашки» — системы полостей для воды в блоке цилиндров и ГБЦ. Вода проходит сквозь двигатель в самых его нагретых частях, отбирает тепло, и отдает его в атмосферу.
Но и у классического жидкостного охлаждения есть свои недостатки — в этой системе нет принудительного охлаждения воды (она теряет тепло только в расширительном бачке), поэтому моторы большой мощности с ее помощью охлаждать невозможно. Так что понять вытеснение чисто жидкостной системы системой гибридной нетрудно.
О гибридной системе охлаждения вы скоро сможете узнать в следующей части данной статьи.
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.
Теперь основной сброс тепла происходит через радиатор. Он состоит из верхнего и нижнего бачков, между которыми установлен блок тонких трубочек, находящихся в оребрении. Оно способствует отводу тепла, предохраняет трубки и придает конструкции прочности. Эта центральная часть радиатора называется «соты». Далее охлажденная жидкость возвращается в двигатель. Радиатор имеет заливную горловину, но дополнительно соединен с расширительным бачком. Расширяясь, ОЖ частично перетекает в него. Через горловину расширительного бака происходит залив жидкости.
Соты продуваются потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля и вращении вентилятора (они могут быть механическими, электрическими или вязкостными):
- Механические вентиляторы приводятся в движение ремнем и вращаются постоянно, с оборотами, пропорциональными оборотам коленчатого вала.
- Два других типа включаются, когда охлаждающая жидкость нагревается до определенной степени. Они более точно поддерживают температурный режим. При остывании антифриза вентилятор отключается. При дальнейшем снижении температуры жидкость уходит на малый круг.
Устройство радиатора охлаждения
Основная функция этого устройства — отведение тепла от нагретых веществ. Это можно обеспечить конструктивной особенностью радиатора и материалами из чего он сделан. Также, для создания наилучшего эффекта охлаждения, место монтажа должно быть таким, где устройство встречается с большим потоком воздушного сопротивления. Поэтому на всех автомобилях, вне зависимости от марки и модели, радиатор системы охлаждения устанавливается спереди перед двигателем и, поэтому элементы кузова перед радиатором делают щелевым (решетка радиатора).
Есть автомобили, в которых мотор устанавливается сзади. Даже при таком расположении ДВС, радиатор ставят спереди. Единственное, приходится прокладываться длинные магистрали для циркуляции жидкости. На спортивных авто можно встретить конструкцию, когда ДВС и радиатор находятся сзади, но по бокам кузова есть воздухозаборники.
Охлаждающие жидкости двигателя
Исправно работающая система охлаждения должна не допускать перегрева, однако для нормального функционирования системы требуется использование качественной охлаждающей жидкости. Незамерзающие при низких температурах технические жидкости называются антифризами (от англ. antifreeze). Сегодня антифризы производятся, как правило, на основе моноэтиленгликоля, представляющего собой густую жидкость с температурой кипения около 200 °C.
Задачей охлаждающей жидкости является не только охлаждение мотора, но и теплопередача для отопления салона, подогрева топлива зимой. Охлаждающая жидкость автомобиля должна удовлетворять следующим требованиям:
- не замерзать во всей области рабочих температур двигателя;
- иметь высокие значения теплоёмкости и теплопроводности;
- не образовывать пену;
- не разъедать пластик и резину патрубков;
- не повреждать уплотнения;
- смазывать, защищать от коррозии детали системы охлаждения и двигателя;
- не откладывать накипь и другие отложения разного рода на внутренних стенках рабочей поверхности системы охлаждения
Принято различать понятия «тосол» и «антифриз». Считается, что тосол — это готовый продукт, а антифриз — концентрат. Хотя, конечно, по составу это одно и то же, просто с разным названием.
Автомобильные антифризы окрашиваются в заметные, яркие цвета:
- зелёный,
- оранжевый, или оттенки красного
- голубой (синий),
- бирюзовый
Делается это ради безопасности, ведь антифриз весьма ядовит. По мере использования жидкость теряет необходимые свойства — постепенно утрачиваются смазывающие и антикоррозийные параметры, повышается склонность к образованию пены.
Ремонт системы охлаждения
Основные возможные дефекты деталей водяного насоса: сколы и трещины корпуса, срыв резьбы в отверстиях, износ посадочных мест под подшипники и упорную втулку; изгиб и износ посадочного места под крыльчатку на валике, под втулками, сальниками и шкивами вентиляторов; износ, трещины и коррозия поверхности лопаток крыльчатки; износы внутренней поверхности втулок и шпоночной канавки. Корпус насоса охлаждения изготавливают у ЗИЛ-130 из алюминиевого сплава АЛ4, корпус подшипников — из серого чугуна; у ЗМЗ-53 — из СЧ 18-36, у ЯМЗ КамАЗ — из СЧ 15-32. Основные дефекты корпуса подшипников водяного насоса двигателя ЗИЛ-130: износ торцевой поверхности под упорную шайбу; обломы торца гнезда и износ отверстия под задний подшипник; и износ отверстия под передний подшипник.
Трещины и обломы корпуса заваривают или заделывают синтетическими материалами. Сколы на фланце и трещины на корпусе устраняют сваркой. Деталь предварительно нагревают. Рекомендуется заварку производить ацетилено-кислородным нейтральным пламенем. Трещины можно заделывать эпоксидной смолой. Изношенные поверхности под подшипники при зазорах не более 0,25 мм следует восстанавливать герметиками «Унигерм-7» и «Унигерм-11». При зазоре более 0,25 мм для устранения дефекта требуется ставить тонкие (толщиной до 0,07 мм) стальные ленты.
Погнутый валик правят под прессом, а изношенный менее допустимого восстанавливают хромированием и последующим шлифованием до номинального размера. Изношенную шпоночную канавку на валу заваривают, а затем фрезеруют новую канавку под углом 90-180° к старой.
Видео от Рамиля Абдуллина «Система охлаждения двигателя»
В этом видео подробно описан процесс охлаждения двигателя антифризом, а также рассмотрено устройство СО.
Вам пригодился этот материал? Может быть, вам есть что добавить? Расскажите об этом!
Для этого на автомобилях и присутствует система охлаждения двигателя. Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Эксплуатация системы охлаждения. Рубашка охлаждения двигателя – это каналы в блоке и головке блока цилиндров.
Термостат 7. Регулирует циркуляцию по малому или большому кругу в зависимости от температуры. Циркуляция через печку идет постоянно, в независимости от того в каком положении находится термостат, и по какому кругу циркулирует жидкость.
Давление в системе нужно для того, чтобы повысить температуру кипения. Даже при достижении температуры 110 градусов жидкость в системе не закипает. Мы завели холодный двигатель. Сразу же у нас появляется циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Циркуляция жидкости создается помпой 6 (рис1), приводимой в движение ремнем ГРМ или отдельным ремнем.
Жидкость будет циркулировать по следующей схеме, пока она не достигнет определенной температуры. После чего термостат 7 перекроет малый круг и откроет большой. Охлажденная жидкость вновь закачивается помпой в двигатель. Если естественного охлаждения жидкости в радиаторе не достаточно и температура ОЖ продолжает расти, то срабатывает датчик включения вентиляторов 4, расположенный внизу радиатора.
При такой температуре в двигателе устанавливаются оптимальные тепловые зазоры, двигатель развивает максимальную мощность, расход топлива становится номинальным. Под руководством термостата выполняют свои функции 2 круга циркуляции (рисунок 7.1). Малый круг выполняет функцию подогрева двигателя. После нагревания жидкость начинает циркулировать по большому кругу и охлаждается в радиаторе.
По этим каналам циркулирует охлаждающая жидкость. Радиатор представляет собой множество трубок, образующих большую поверхность охлаждения. Здесь и охлаждается жидкость. Расширительный бачок. С его помощью происходит компенсация объема жидкости, когда она нагревается и охлаждается.
Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта. Система охлаждения нужна для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, но это только половина ее предназначения, правда — большая половина
Для обеспечения нормального рабочего процесса также важно — ускорять прогрев холодного двигателя. На рисунке 25 Вы без труда можете различить два круга циркуляции охлаждающей жидкости
Влияние температурных параметров на работу мотора
За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.
Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.
Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.
На ВАЗ 2110 применена жидкостная система охлаждения, имеющая принудительную циркуляцию. Когда двигатель нагревается (оптимальная рабочая температура примерно 90-95°С), возникает избыточное давление, которое обеспечивает выпускной клапан крышки расширительного бачка. Чтобы не возникал перегрев, когда давление доходит примерно до 1,2 -1,4 кгс/см2, клапан открывается. Впускной же начинает функционировать, когда двигатель остывает и его давление относительно атмосферного, падает.
Если баланс давления по какой-то причине не соблюдается, тогда и возникает перегрев, который грозит двигателю многими дорогостоящими неприятностями.
Постоянная рабочая температура обеспечивается, а также поддерживается термостатом и электро вентилятором. Датчик, находящийся на головке блока цилиндров, передает блоку управления данные о температуре ОЖ, и уже оттуда поступает команда, на которую быстро реагирует система охлаждения, чтобы устранить перегрев двигателя.Если машина имеет электронный впрыск, на ней также есть дополнительный датчик, сообщающий на ЭБУ, есть ли перегрев мотора.
На разбивку покажу несколько известных автомобилей
- ВАЗ. Для автомобилей более старых версий (имеется ввиду 2101 — 2107) требовалось для системы охлажд. в районе– 8,5 литров антифриза. Более свежие переднеприводные автомобили типа КАЛИНА и ГРАНТА требуют для работы системы охлаждения 6 литров.
- РЕНО. Более актуально для версии автомобиля Рено ЛОГАН и для САНДЕРО – тут нам для работы системы охлаждения понадобится около 5 литров антифриза.
- KIA и некоторые автомобили марки Hyundai). В данном случае речь ведется о модели РИО. Тут многое будет зависеть от размера мотора: в среднем требуется 1. 5 литров.
- ДЭУ. Имеется ввиду Дэу НЕКСИЯ. Мотор размером 1,5 литра (8 клапанов) – для заправки нам требуется 6 литров антифриза. Чуть больше для версии 16-клапанов.
Устройство масляного радиатора
По своей сути, это все тот же радиатор с некоторыми доработками. Во-первых, он должен быть относительно небольшим, ведь система охлаждения двигателя и так занимает много места, а масляный радиатор может и вовсе находится прямо перед основным радиатором. Во-вторых, компоновка радиатора должна быть хорошо продумана – в нем не должно происходить перепадов давления. Условно масляные радиаторы делят на два типа:
- С естественным охлаждением. Стенки радиатора обдуваются встречным воздухом по ходу движения автомобиля, что приводит к охлаждению циркулирующего внутри устройства масла;
- С принудительным охлаждением. Радиатор обдувается не только встречным потоком воздуха, но и вентилятором.
И тот, и другой тип радиаторов имеют одинаковое конструктивное исполнение. Это ряд стальных или алюминиевых трубок овального сечения, причем на каждую из трубок, как правило, навита спираль – это позволяет увеличить площадь теплообмена. В отдельных моделях радиаторов между трубками могут располагаться охлаждающие пластины. Еще один элемент масляного радиатора: пара бачков (нижний и верхний). К бачкам приварены штуцеры, к котором и подсоединена трубки подвода и отвода масла. Разумеется, радиатор имеет специальные крепежи, которые позволяют осуществить его монтаж на автомобиль.
Что такое система охлаждения и для чего она нужна
В процессе работы ДВС вырабатывает много тепла. Температура в цилиндрах может достигать 900 градусов! Если с этим ничего не делать и агрегат никак не охлаждать, показатель зашкаливает, что может привести мотор к поломкам и выходу из строя.
Чтобы отводить тепло от работающего агрегата и охлаждать его, была придумана система охлаждения. Первоначально она была воздушной – то есть, грубо говоря, мотор охлаждался с помощью обдува. Теперь же в современных транспортных средствах используется жидкостная система охлаждения.
В нее заливается специальная жидкость – антифриз. Температура ее застывания ниже, а закипания – выше, чем у обычной воды, а также отличные теплоотводные, защитные, антикоррозионные и другие полезные свойства. Омывая работающий двигатель, ОЖ забирает у него тепло, не давая перегреваться и выходить из строя.
Устройство и принцип работы воздушной и жидкостной систем охлаждения.
Воздушная система охлаждения двигателя очень проста в устройстве. Ребристые головки цилиндров, а сами ребра расположены вдоль направления воздушного потока, которым они обдуваются. За счет ребер повышается площадь нагретой системы, которая обдувается воздухом, поэтому и отдача тепла происходит намного лучше. Ребра могут располагаться как вдоль оси цилиндра, так и поперек цилиндра.
Система воздушного охлаждения не только проста в устройстве, но и надежна. Вся система представляет собой обычный ребристый цилиндр, а за счет грамотного расположения и происходит качественное охлаждение двигателя. Рядом с простотой система имеет и ряд недостатков. Например, низкая эффективность – потоки воздуха недостаточно теплоемкие, поэтому нет возможности применять эту систему на очень мощных двигателях. Поэтому принято использовать воздушную систему на двигателях малой кубатуры – на мотоциклах и малолитражных автомобилях. Наиболее яркими представителями автопрома с воздушной системой охлаждения являются знаменитый Фольксваген «Жук» и не менее знаменитый «Запорожец».
Охлаждение двигателя за счет жидкостной системы устроено намного сложнее. В качестве теплоносителя используется вода, а ее необходимо еще подать к нагретым деталям двигателя. Именно при помощи так называемой «водяной рубашки» и решается эта задача. «Водяная рубашка» — это система полостей для воды в блоке цилиндров и головки блока цилиндров. Вода проходит сквозь двигатель по самых горячих его частях, отбирает тепло и отдает его в атмосферу.
Жидкостное охлаждение двигателя тоже имеет недостатки. Система не имеет принудительного охлаждения жидкости, то есть она теряет тепло только в расширительном бачке, что тоже не дает ее использовать в моторах большой мощности. Поэтому именно гибридная система вытеснила чисто жидкостную и воздушную системы.