Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.
Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.
Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.
С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.
История системы охлаждения двигателя
Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.
Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.
Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.
Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.
В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.
Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.
Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.
Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.
В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:
- Fiat 500,
- Citroën 2CV,
- Фольксваген Жук.
В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.
Как работает жидкостная система охлаждения двигателя
Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.
Устройство
Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:
- Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
- Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
- Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
- Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
- Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
- Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.
Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.
Принцип работы
В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.
Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.
Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.
Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.
Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.
Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.
Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.
Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения
Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.
Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.
Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.
Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.
Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.
Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.
Частые неисправности системы
Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.
Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:
- Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
- Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
- Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
- Потеря эластичности в результате высоких температур.
- Механическое повреждение.
Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.
Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.
Итоги
Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.
К атегория:
Автомобили и трактора
-
Основные элементы жидкостном системы охлаждения
Рубашка охлаждения - пространство между двойными стенками блока и головки блока цилиндров или между стенками блока и мокрыми гильзами.
Для обеспечения равномерного охлаждения всех цилиндров жидкость в рубашку охлаждения поступает по распределительной трубе, идущей вдоль верхней части блока цилиндров. В трубе имеются отверстия для подачи жидкости в первую очередь к наиболее нагретым частям двигателя. Не имеют распределительных труб V-образные шести- и восьмицилиндровые двигатели, так как в каждом ряду у этих двигателей расположено всего три-четыре цилиндра.
Радиатор служит для охлаждения жидкости, поступающей из рубашки охлаждения. Радиатор (рис. 37, а) состоит из верхнего и нижнего резервуаров (бачков) и сердцевины, в которой и происходит охлаждение жидкости. В бачках имеются патрубки, соединяемые с патрубками двигателя. В верхнем бачке имеется горловина (через которую заливается жидкость), закрываемая пробкой. Внутри бачка или в горловину впаяна пароотводная трубка. которая отводит пар из системы в случае ‘ закипания жидкости, предотвращая увеличение давления в системе. В нижнем бачке или в патрубке монтируется краник для слива жидкости из радиатора.
-
Рис. 36. Система охлаждения двигателя СМД-14
Сердцевины радиаторов бывают труб-чато-пластинчатые, трубчато-ленточные и пластинчатые (рис. 37, б, в, г). Для придания радиатору большей прочности с обеих сторон сердцевины припаяны жесткие боковины. Радиатор вмонтирован в рамку (см. рис. 37, а), которая крепится к поперечным рамам на резиновых подушках или на пружинах, которые обеспечивают мягкость и эластичность крепления.
Патрубки бачков радиатора соединены с патрубками двигателя гибкими шлангами, которые закреплены на патрубках стяжными хомутами.
Заливная горловина радиатора закрывается специальной пробкой (рис. 38, а), имеющей паровой и воздушный клапаны. Пароотводная трубка впаяна сбоку в горловину над клапанами пробки. В случае возникновения разрежения, равного 0,002-0,01 МПа, воздушный клапан открывается и впускает в верхний бачок воздух из атмосферы. Паровой клапан открывается и выпускает пар из верхнего бачка в атмосферу через пароотводную трубку при повышении избыточного давления в нем до 0,03 МПа (рис. 38, б). Пробка с паровоздушным клапаном унифицирована для большинства отечественных автомобилей и тракторов.
У некоторых тракторных двигателей паровоздушный клапан помещается в отдельном корпусе, который крепится к верхнему бачку радиатора.
Для регулирования интенсивности обдува радиатора встречным потоком воздуха служат жалюзи или шторки радиатора. Они состоят из отдельных пластин-створок (рис. 39), укрепленных шар-нирно впереди радиатора. С помощью тяги/и системы рычагов пластины поворачиваются вокруг своей оси на угол до 90°.
Водяной насос служит для осуществления принудительной циркуляции охлаждающей жидкости. На двигателях с принудительным охлаждением устанавливаются центробежные насосы большой производительности, создающие давление на линии нагнетания от 0,05 до 0,2 МПа. У большинства моделей двигателей водяной насос установлен на одном валике с вентилятором и приводится в действие от коленчатого вала клино-ременной передачей.
Рис. 37. Радиатор системы охлаждения
Рис. 38. Пробка радиатора:
а - открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан
Рис. 39. Жалюзи радиатора
Принципиальная схема насоса показана на рис. 40, а. Поступающая к патрубку вода подхватывается лопастями крыльчатки и центробежной силой отбрасывается в выходной патрубок, который расположен по касательной к корпусу насоса.
Вал (рис. 40, б) насоса вращается в двух шарикоподшипниках, имеющих уплотнения для удержания смазки в подшипниках и защиты их от загрязнения. Место выхода заднего конца вала из корпуса подшипников уплотнено манжетой, которая состоит из графитизированной текстолитовой шайбы, резинового уплотнителя пружины с двумя обоймами. Полость между подшипниками заполняют смазкой через масленку. На заднем конце вала установлена крыльчатка, которая вращается в корпусе насоса. На переднем конце вала с помощью разрезной конусной втулки и шпонки крепится ступица вентилятора. Такое крепление дает возможность подтягивать ступицу при ослаблении посадки шкива. Привод насоса и вентилятора осуществляется клиновыми ремнями.
При работе насоса охлаждающая жидкость по подводящему патрубку из нижнего бачка радиатора поступает внутрь корпуса. При вращении крыльчатки жидкость отбрасывается центробежной силой к стенкам корпуса и через выходной канал под давлением поступает в рубашку охлаждения двигателя и далее в верхний бачок радиатора.
Вентилятор служит для создания воздушного потока, который охлаждает жидкость в радиаторе и поверхность двигателя.
Вентилятор состоит из вала со шкивом и лопастями, который установлен на подшипниках в общем корпусе с водяным насосом. На наружном конце вала закрепляется ступица, к которой прикрепляются шкив и вентилятор. По числу лопастей вентиляторы бывают двух-, четырех-, пяти,- шести- и восьмилопастные. Наибольшее распространение получили вентиляторы с четырьмя и шестью лопастями. Вентилятор устанавливается за радиатором перед двигателем. Для создания направленного потока воздуха часто устанавливается направляющий кожух, значительно повышающий интенсивность охлаждения. Для уменьшения вибрации и шума лопасти вентилятора располагают крестообразно, попарно под углами 70° или 110°. Лопасти изготовляются штамповкой из листовой стали толщиной 1,25- 1,8 мм и крепятся к ступице шкива. Ширина лопастей обычно не превышает 70 мм.
Рис. 40. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-130:
а - принципиальная схема; б - конструкция насоса и вентилятора
На новых моделях автомобилей КамАЗ ГАЗ и других в целях ускорения прогрева двигателя зимой устанавливают вентиляторы с механизмами для их отключения.
Вентиляторы выполняются совместно с водяным насосом (ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, МТЗ-80, ДТ-75М и др.) или отдельно от него (ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 и др.).
Насос и вентилятор приводятся в действие клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Шестеренный привод вентилятора применяется в дизельных двигателях ЯМЭ-236 и ЯМЗ-238. Натяжение ремня регулируется посредством изменения положения шкива генератора (ЗИЛ-130, ДТ-75М, МТЗ-80 и др.), винтовым натяжным устройством (Д-130, Д-108 и др.) или натяжным роликом (ГАЗ-53А и др.).
Рис. 41. Гидромуфта привода вентилятора двигателя ЯМЗ-740
Для поддержания наивыгоднейшего теплового режима двигателя ЯМЗ-740 привод вентилятора осуществляется посредством гидромуфты, которая включается и выключается автоматически в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения. При такой конструкции вентилятор установлен на ведомом валу гидромуфты, которая крепится в передней части блока двигателя и приводится во вращение коленчатым валом двигателя с помощью валика привода гидромуфты.
Гидромуфта состоит из ведущих и ведомых частей, расположенных в полости, образуемой передней крышкой и корпусом (рис. 41).
Ведущая часть гидромуфты, вращающаяся на шариковых подшипниках, состоит из ведущего колеса в сборе с кожухом, ведущего вала и ступицы со шкивом.
Ведомая часть гидромуфты, вращающаяся на шариковых подшипниках, состоит из ведомого колеса, соединенного с ведомым валом, на котором закреплена ступица вентилятора.
Внутренние поверхности ведущего и ведомого колес имеют лопатки. Полость гидромуфты уплотнена резиновыми манжетами.
При работающем двигателе масло, поступающее из системы смазки, попадает на лопатки вращающегося ведущего колеса. Частицы масла, увлекаемые лопатками ведущего колеса, ударяясь вi лопатки ведомого колеса, обеспечивают вращение ведомых деталей и вентилятора. Частота вращения ведомого колеса с вентилятором зависит от количества масла, поступающего в полость гидромуфты.
Корректирование режима работы вентилятора в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения осуществляет выключатель гидромуфты. Он обеспечивает соединение или разъединение ведущего вала с ведомым путем регулирования расхода масла через гидромуфту, а вместе с тем и включение или выключение вентилятора, установленного на ведомом валу гидромуфты.
Выключатель гидромуфты золотникового типа расположен на патрубке, подводящем охлаждающую жидкость к правому боку цилиндров. Он имеет термосиловой элемент, заполненный активной массой, плавящейся с увеличением температуры охлаждающей жидкости. Когда температура жидкости повысится до 80-95 °С, объем активной массы настолько увеличится, что находящийся под ее действием шток переместит золотник выключателя и откроет проход для масла от насоса двигателя в полость гидромуфты. Заполнение полости гидромуфты маслом обеспечивает передачу вращения от ведущего колеса к ведомому Ведомое колесо муфты увеличивает частоту своего вращения, а вместе с этим возрастает и частота вращения вентилятора. Это возрастание происходит очень плавно, и вентилятор равномерно увеличивает скорость воздуха, проходящего через радиатор. С уменьшением подачи масла в полость гидромуфты его объем становится недостаточным для передачи вращения ведущим и ведомым колесам гидромуфты, поскольку из ее полости маслу открыт проход для стекания в поддон картера двигателя. При полном прекращении подачи масла в полость гидромуфты она перестает передавать вращение вентилятору.
Термостат служит для автоматического регулирования температуры жидкости в системе охлаждения путем изменения интенсивности ее циркуляции через радиатор и ускорения прогрева двигателя после пуска.
Термостаты бывают одно- и двухкла—панные жидкостные и с твердым наполнителем. На автотракторных двигателях ранее применялись жидкостные термостаты, а в настоящее время устанавливают термостаты с твердым наполнителем.
Жидкостный термостат (рис. 42, а) состоит из гофрированого цилиндра, заполненного легкокипящей (при 75- 85 °С) жидкостью, корпуса с окнами, основного и перепускного клапанов.
При температуре охлаждающей жидкости ниже 70 °С цилиндр сжат и основной клапан закрыт. Охлаждающая жидкость по перепускному каналу поступает обратно к водяному насосу через два окна, минуя радиатор, благодаря чему достигается быстрый прогрев двигателя.
При повышении температуры жидкости свыше 70 °С в гофрированном цилиндре начинается ее испарение и давление в нем повышается. Под действием возросшего давления основной клапан поднимается, открывая доступ охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в радиатор по патрубку. Одновременно с подъемом основного клапана поднимается и перепускной клапан, постепенно перекрывающий окно и прекращающий доступ охлаждающей жидкости в перепускной канал. При температуре охлаждающей жидкости 81-85 °С прекращается циркуляция через перепускной канал и жидкость в радиатор поступает только через патрубок.
Термостат с твердым наполнителем состоит из медного баллона (рис. 42, б), наполненного активной массой, состоящей из церезина (нефтяной воск), перемешанного с медным порошком. Баллон закрыт крышкой с резиновой мембраной. На мембрану опирается шток, который соединен шарнирно с заслонкой, установленной на шарнирной опоре в горловине водяного патрубка. При непрогретом двигателе заслонка постоянно прижата к краям горловины пружиной и охлаждающая жидкость циркулирует, минуя радиатор, ускоряя прогрев двигателя. При достижении охлаждающей жидкостью температуры 70-85 °С церезин в баллоне термостата плавится и, увеличивая свой объем, перемещает шток с резиновым буфером вверх, открывая заслонку 15. Охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.
При снижении температуры активная масса уменьшает свой объем и заслонка под действием пружины прикрывается. Схема циркуляции охлаждающей жидкости при разных положениях клапана термостата показана на рис. 43.
Слив жидкости из системы охлаждения производится при снятой пробке радиатора через сливные краники на радиаторе и на блоке. У V-образных двигателей имеются два краника (см. рис. 35) на блоке и третий на патрубке радиатора. Пусковой подогреватель также оборудуется сливным краником.
Рис. 42. Термостаты:
а - жидкостного типа: б - с твердым наполнителем
Рис. 43. Схема циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения:
а - при закрытом клапане термостата (малый круг циркуляции); б – при открытом клапане (большой круг циркуляции)
Элементы жидкостной системы охлаждения соединяются при помощи стальных труб, чугунных патрубков и прорезиненных гибких шлангов с хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора.
Конденсационный (расширительный) бачок компенсирует изменение объема жидкости при ее нагревании, способствует удалению из охлаждающей жидкости воздуха и конденсации пара, поступающего в него из системы охлаждения.
Расширительный бачок (рис. 44) соединяется перепускной трубкой с верхним бачком радиатора. На верхнем бачке радиатора устанавливается бесклапанная пробка, а на конденсационном бачке - пробка с клапанами, конструкция которых приведена на рис. 38. Бачок имеет сливной кран и пароотводную трубку. При кипении охлаждающей жидкости пар по трубке поступает в расширительный бачок и конденсируется при перемешивании с жидкостью, находящейся в бачке. С понижением температуры в бачке создается разрежение. При этом открывается впускной клапан пробки и воздух поступает внутрь бачка, а охлаждающая жидкость из расширительного бачка пополняет систему. Благодаря наличию бачка в радиаторе поддерживается необходимый уровень жидкости.
Контроль за температурой в системе охлаждения осуществляют по показаниям электрических указателей температуры воды, а также аварийными сигнализаторами.
Рис. 44. Расширительный бачок
Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:
В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.
На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.
Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.
Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.
Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.
Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.
Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.
Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой . Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.
Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.
На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.
Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:
- механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя );
- электрический (управляемый электродвигатель );
- гидравлический (гидромуфта ).
Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.
Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.
Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.
Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.
В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.
Принцип работы системы охлаждения
Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.
Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).
В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.
По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.
После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.
На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения , в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.
При сгорании топлива внутри цилиндра температура газов поднимается до 2000°С. Тепло расходуется на механическую работу, частично уносится с выхлопными газами, тратится на лучеиспускание и нагрев деталей двигателя. Если его не охлаждать, то он теряет мощность (ухудшается наполнение цилиндров рабочей смесью, возникает преждевременное самовоспламенение смеси и т. д.), усиливается изнашивание деталей (выгорает масло в зазорах) и возрастает вероятность поломки их в результате снижения механических свойств материалов.
Если же двигатель переохлажден, уменьшается количество тепла, переходящего в работу, топливо конденсируется на холодных стенках цилиндров, стекает в картер (масляный резервуар) и разжижает смазку, что также приводит к увеличению износа трущихся деталей и снижению мощности двигателя. Таким образом, поддержание определенного теплового режима двигателя является важным и обязательным делом. Поэтому все автомобильные двигатели имеют систему охлаждения.
Существуют жидкостные и воздушные системы охлаждения. Жидкостные системы охлаждения получили большее распространение, так как с их помощью создается более благоприятный тепловой режим для деталей двигателя возможность изготовления деталей двигателя из сравнительно недорогих материалов. Такие двигатели при при работе создают меньше шума за Счет наличия двойных стенок (рубашки) и слоя охлаждающей жидкости.
1 - радиатор отопителя |
21 - правый бачок радиатора |
|---|
Система охлаждения - жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией. Герметичность системы обеспечивается впускным и выпускным клапанами в пробке расширительного бачка. Выпускной клапан поддерживает повышенное (по сравнению с атмосферным) давление в системе на горячем двигателе (за счет этого температура кипения жидкости становится выше, уменьшаются паровые потери). Он открывается при давлении 1,1-1,5 кгс/см2. Впускной клапан открывается при понижении давления в системе относительно атмосферного на 0,03-0,13 кгс/см2 (на остывающем двигателе).
Тепловой режим работы двигателя поддерживается термостатом и электровентилятором радиатора. Последний включается датчиком, ввернутым в левый бачок радиатора (на двигателе ВАЗ-2110) или через реле по сигналу электронного блока управления двигателем (на двигателях ВАЗ-2111, -2112). Контакты датчика замыкаются при температуре 99±2°С, а размыкаются при температуре 94±2°С.
Для контроля температуры охлаждающей жидкости в головку блока цилиндров двигателя ввернут датчик, связанный с указателем температуры на приборной панели. В выпускном патрубке впрыскных двигателей (ВАЗ-2111, -2112) установлен дополнительный датчик температуры, выдающий информацию для электронного блока управления двигателем.
Насос охлаждающей жидкости - лопастной, центробежного типа, приводится от шкива коленчатого вала зубчатым ремнем привода газораспределительного механизма. Корпус насоса - алюминиевый. Валик вращается в двухрядном подшипнике с «пожизненным» запасом пластичной смазки. Наружное кольцо подшипника стопорится винтом. На передний конец валика напрессован зубчатый шкив, на задний - крыльчатка. К торцу крыльчатки прижато упорное кольцо из графитосодержащей композиции, под которым находится сальник. При выходе насоса из строя рекомендуется заменять его в сборе.
Перераспределением потоков жидкости управляет термостат. На холодном двигателе перепускной клапан термостата перекрывает патрубок, ведущий к радиатору, и жидкость циркулирует только по малому кругу (через байпасный патрубок термостата), минуя радиатор. На двигателе ВАЗ-2110 малый круг включает радиатор отопителя, впускной коллектор, блок подогрева карбюратора и жидкостную камеру полуавтоматического пускового устройства. На двигателях ВАЗ-2111, -2112 жидкость, кроме отопителя, подается к блоку подогрева дроссельного узла (подогрев впускного коллектора не предусмотрен).
При температуре 87±2°С перепускной клапан термостата начинает перемещаться, открывая основной патрубок; при этом часть жидкости циркулирует по большому кругу, через радиатор. При температуре около 102°С патрубок полностью открывается, и вся жидкость циркулирует по большому кругу. Ход основного клапана должен составлять не менее 8 мм.
Термостат двигателя ВАЗ-2112 имеет повышенное сопротивление байпасного клапана (дроссельное отверстие), за счет чего увеличивается поток жидкости через радиатор отопителя.
Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Он изготовлен из полупрозрачного полиэтилена, что позволяет визуально контролировать уровень жидкости. Бортовая система контроля также сообщает о падении уровня жидкости, для этого в крышке бачка предусмотрен датчик. С бачком также соединены две пароотводные трубки: одна - от радиатора отопителя, другая - от радиатора охлаждения двигателя.
Радиатор состоит из двух вертикальных пластмассовых бачков (левый - с перегородкой) и двух горизонтальных рядов круглых алюминиевых трубок с напрессованными охлаждающими пластинами. Для повышения эффективности охлаждения пластины штампуются с насечкой. Трубки соединены с бачками через резиновую прокладку. Жидкость подается через верхний патрубок, а отводится через нижний. Рядом с впускным патрубком расположен тонкий патрубок пароотводной трубки.
Емкость системы жидкостного охлаждения зависит от размеров и степени форсирования (например, степени сжатия) двигателя и в среднем составляет 0,2.,.0,3 л на лошадиную силу. Поэтому у легковых автомобилей она содержит до 8...12 л жидкости, у грузовых машин с бензиновым карбюраторным двигателем — до 30 л, а у грузовиков с дизельным двигателем — до 50 л. Антифриз, содержащий антикоррозийные и антивспенивающие добавки, а также добавки, исключающие образование накипи, марки тосол А-40 или А-65 имеет температуру загустения соответственно — 40 и — 65°С. При работе двигателя жидкость, омывающая его цилиндры и головку, нагревается и открывает автоматический клапан (термостат), расположенный в трубопроводе, соединяющем двигатель с радиатором. Насос, при-вводимый в действие от коленчатого вала, создает циркуляцию жидкости в системе. Горячая жидкость, проходя по трубкам радиатора, отдает тепло воздуху, подаваемому в него вентилятором. Интенсивность охлаждения двигателя можно менять, изменяя интенсивность циркуляции жидкости или интенсивность воздушного потока, проходящего через радиатор, в зависимости от температуры воздуха окружающей среды или условий движения (скорость, нагрузка и т.д.).
Приветствую всех! Любой автолюбитель прекрасно осведомлен, что транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания не может функционировать без ряда систем и конструкций. Возьмем к примеру, систему охлаждения двигателя – это уникальная совокупность деталей и узлов, которая призвана регулировать теплообмен силового агрегата. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе детальнее.
Итак, функции данной системы можно свести к следующему:
- принудительный отвод излишнего тепла;
- поддержание оптимального температурного режима;
- ускоренный , благодаря чему его работа становится эффективнее;
- охлаждение нагретых выпускных газов;
- снижение температуры воздуха для турбонаддува;
- подогрев воздуха внутри салона.
Чаще всего система охлаждения бывает жидкостного принципа действия - это предполагает рабочую жидкость или просто воду, которая нужна для отведения лишнего тепла. В качестве такой жидкости сейчас используются различные антифризы и тосолы (разновидность антифриза). Вода применяется гораздо реже по причине замерзания в морозную погоду. Бывают еще воздушные системы - достаточно вспомнить автомобили «Запорожец» с постоянной проблемой перегрева движка летом или при движении в горной местности. Но они с успехом продолжают применяться на мотоциклах, скутерах, мопедах и других видах транспорта.
Составляющие и их предназначение
Поскольку именно жидкостная конструкция является наиболее популярной, то остановимся на рассмотрении именно ее компонентов. В стандартном комплекте обязательно встречаются следующие:
В качестве основной рабочей жидкости может заливаться как антифриз, так и тосол. О том можно ли смешивать антифриз различных цветов читайте .
О принципе работы системы
Коснемся этого вопроса поверхностно, поскольку более подробно он описывается в материале . Теплообмен осуществляется антифризом, который циркулирует по всей системе под давлением. Оно создается работой водяного насоса.
Когда мотор еще холодный, то движение антифриза происходит по малому кругу. В этом процессе еще не принимает участия радиатор. Именно таким образом удается быстрее достичь требуемого температурного режима для силового агрегата. Когда температура достигает нужной точки, открывается термостат, начиная движение антифриза по большому кругу с заходом в радиатор.
Процесс охлаждения становится более интенсивным, потому что принимает участие та рабочая жидкость, которая находится в радиаторе и ранее не была использована. Для снижения температуры в самом радиаторе применяется атмосферный воздух из окружающей среды.
О неисправностях системы
Этот подраздел необходим для того, чтобы водители знали, с чем им возможно придется столкнуться в дороге и были потенциально готовы к устранению неполадок. Самой распространенной является подтекание рабочей жидкости из системы. Обычно шланги и патрубки в ходе эксплуатации утрачивают свою эластичность и не могут обеспечить прежней герметичности.
Создается воздушная пробка, и антифриз начинает покидать систему в наиболее слабом месте. Подтверждением тому выступают пятна на асфальте после стоянки транспортного средства. Необходимо безотлагательно проверить места соединений, а также следить за уровнем в расширительном бачке. Если ремонт недоступен какое-то время, можно воспользоваться доливкой тосола (для этого в продаже имеются 1-литровые емкости).
Еще один печально известный вариант - заклинивание термостата из-за его физического срабатывания. Если жидкость будет проходить лишь по малому кругу, то это приведет к перегреву мотора со всеми вытекающими последствиями. То же самое касается разгерметизации радиатора или отложение солей, которые нарушают отвод излишнего объема тепла.
Одним из самых дорогостоящих является выход из строя помпы охлаждения (водяного насоса). Свидетельством тому является характерный свистящий звук подшипника насоса. Решение только одно - замена данного узла новым.
Уберечь от появления солевых отложений поможет , к которой периодически прибегают опытные автолюбители. Это вполне реально выполнить самостоятельно, используя специально предназначенные средства. Сначала мотору дают остыть, затем удаляют весь объем рабочей жидкости из системы. После заливки можно проехать в течение 1–2 тысяч километров - за это время нагары и отложения отмываются специальными активными компонентами.
На этом будем подводить итоги, уважаемые подписчики и читатели. Если у вас есть вопросы по поводу функционирования и ремонта охлаждающей системы - можете задавать их в комментариях. Не забывайте подписаться на обновления блога! С вами был . Пока!
