(далее — ДВС) представляет собой строгую очередность микровзрывов горючей смести в цилиндрах. Соответственно повышается и температура двигателя, которая становится критической. Подобные процессы неминуемо приводят к выходу из строя силового агрегата любого транспортного средства. Именно поэтому во всех современных ДВС обязательно применяется система охлаждения.
Функции и виды системы
Основное назначение системы охлаждения и бензинового, и дизельного ДВС сводится к принудительному отводу тепла от деталей двигателя, которые нагреваются в процессе его работы, и поддержанию его рабочего температурного режима.
Помимо данной функции, система охлаждения автомобиля выполняет и ряд иных сопутствующих задач:
- ускорение прогрева двигателя до рабочей температуры;
- нагрев воздуха для отопления салона;
- охлаждение системы смазки ДВС ;
- охлаждение выхлопных газов (при применении рециркуляции);
- охлаждение воздуха (при турбонаддуве);
- охлаждение смазки в коробке передач (при АКПП).
В зависимости от принципа действия и способа функционирования принято различать следующие системы охлаждения:
- жидкостную (основанную на отводе тепла потоком жидкости);
- воздушную (базирующуюся на охлаждении воздушным потоком);
- комбинированную (сочетающую в себе принцип действия жидкостной и воздушной систем).
Структура системы
Подавляющее большинство ДВС имеют жидкостную систему охлаждения (закрытого типа), использующую принцип принудительной циркуляции. Именно она, с одной стороны, способно обеспечить максимально эффективное охлаждение, а с другой, — является более эргономичным и комфортным способом отвода избыточного тепла от двигателя.
Устройство и принципиальная схема системы охлаждения двигателя (как дизельного, так и бензинового) включает в себя работу следующих компонентов:
- радиатора с вентилятором (электрическим, механическим или гидравлическим);
- радиатора отопителя («печки») с электрическим вентилятором;
- рубашек охлаждения блока цилиндров и головки блока;
- циркуляционного (водяного) насоса («помпы»);
- расширительного бачка;
- крана радиатора «печки»;
- соединительных патрубков и шлангов.
В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вода, тосол, антифриз. Система охлаждения подавляющего числа автомобилей использует тосол, как более оптимальный вариант, из-за хорошего соотношения стоимости и функциональных характеристик.
Принцип работы системы
Принцип функционирования системы охлаждения двигателя (и бензинового, и дизельного) весьма прост и основан на целенаправленной циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, забирая тепло у деталей двигателя (в рубашках охлаждения), под воздействием давления, создаваемого водяным насосом, начинает циркулировать по системе, осуществляя теплообмен.
Первоначально движение жидкости осуществляется при закрытом термостате по малому кругу, то есть без работы радиатора. Это делается для того, чтобы убыстрить процесс прогрева двигателя и доведения его до рабочей температуры. После возврата жидкости в рубашки охлаждения процесс циркуляции продолжается.
В том случае, когда температура достигает высоких показателей (в пределах 100 градусов), открывается термостат, и охлаждающая жидкость начинает двигаться по большому кругу, заходя в радиатор. Это сразу же остужает двигатель, ибо в систему охлаждения поступает жидкость, ранее не использовавшаяся (находившаяся в радиаторе). Сам радиатор охлаждается потоком атмосферного воздуха.
При дальнейшем нагреве двигателя (например, в летний период), когда жидкость не успевает остывать до необходимого температурного уровня, специальное устройство автоматически включает электрический вентилятор («ленивец»), дополнительно охлаждающий радиатор и частично двигатель. Вентилятор работает до достижения необходимого уровня температуры жидкости, и специальное устройство выключает его. Механический вариант вентилятора, соединенный с коленвалом ременной передачей, работает в постоянно действующем режиме.
При необходимости (например, в холодное время года) охлаждающая жидкость через открытый кран отопителя заходит в «печку», где с помощью радиатора, с одной стороны, дополнительно остывает, отдавая избыточное тепло, а с другой, — обогревает воздух в салоне автомобиля.
Основные неисправности системы
Если обратиться к пункту 2.3.1 ПДД и к «Перечню неисправностей…», с которыми ограничивается движение транспортных средств, то в них можно обнаружить полное отсутствие упоминаний о проблемах, связанных с системой охлаждения двигателя. Это означает, что поломки системы не позиционируются в качестве неисправностей, с которыми запрещается движение. А, следовательно, система охлаждения и ее ремонт – это личное дело каждого водителя, степень его комфорта на дороге.
Каковы же основные «несерьезные» проблемы, которые может испытывать система охлаждения ДВС?
Во-первых, наиболее распространена негерметичность или течь охлаждающей жидкости. Причем, ее причины могут заключаться в смене уличной температуры (чаще – наступления сезона морозов). Среди популярных причин – и закоксованность патрубков и шлангов, которые под постоянным воздействием высокой температуры теряют эластичность. Протекание охлаждающей жидкости обуславливается и физическими повреждениями основного радиатора и радиатора «печки», полученными либо химическим путем (например, реактивами, входящими в состав тосола), либо посредством механического воздействия (например, удара).
Во-вторых, не менее популярная неисправность – выход из строя (или заклинивание) термостата. Клапан термостата (устройство, находящееся в постоянном контакте с жидкостью), постепенно коррозирует. В конечном счете, происходит его заклинивание, что исключает срабатывание в системе «открыто-закрыто». Результаты подобного состояния термостата двояки:
- при заклинивании в положении «открыто» охлаждающая жидкость двигается только по большому кругу (с постоянным использованием радиатора), что приводит к слабому и длительному прогреву двигателя и, соответственно, плохой обогреваемости салона автомобиля;
- при заклинивании в положении «закрыто» охлаждающая жидкость, напротив, двигается только по малому кругу (без использования радиатора), что обусловливает перегрев двигателя и может привести к необратимым изменениям в структуре металла, уменьшению ресурса силового агрегата и даже к его поломке.
В-третьих, серьезной неприятностью представляется поломка циркуляционного насоса (или «помпы»). Чаще всего эта неисправность связана с выходом из строя подшипника «помпы» — ее основной детали. Причины банальны – износ или некачественная запчасть. Спрогнозировать поломку затруднительно, но уловить начало нестандартной работы «помпы» более чем возможно – по характерному свистящему звуку подшипника. Он означает, что циркуляционный насос требует немедленной замены.
В-четвертых, при определенных условиях возможно засорение системы охлаждения двигателя. Причинами подобного состояния является, как правило, отложение солей в каналах системы охлаждения (радиатора, блока, головки блока). При этом нарушается циркуляция охлаждающей жидкости и отвод излишнего тепла от двигателя и его деталей ухудшается. В конечном счете, это приводит к перегреву двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Основы эксплуатации и обслуживания системы
Контроль за состоянием системы охлаждения – это необходимое условие комфортного движения на транспортном средстве. Несмотря на то, что неисправности указанной системы не запрещают эксплуатации автомобиля, водитель должен понимать опасность перспективы выхода ее из строя. Перегрев двигателя, более чем возможный в теплое время года, и недостаточный обогрев салона автомобиля в зимнюю пору приводит к необходимости ремонта, порой весьма дорогостоящего.
Соблюдение элементарных правил эксплуатации системы охлаждения двигателя позволит избежать, вовремя предупредить или минимизировать воздействие неисправностей на нормальную работу автомобиля.
Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости
Расширительный бачок служит для визуального контроля за уровнем жидкости в системе охлаждения. Дело в том, что объем системы охлаждения постоянен, а вот объем жидкости изменяется в зависимости от условий эксплуатации. При понижении или повышении уровня охлаждающей жидкости (указанного на расширительном бачке) необходимо корректировать ее количество в системе.
Диагностика негерметичности системы
Постоянное понижение уровня охлаждающей жидкости чаще всего связано с ее протеканием. Многочисленные соединения патрубков с элементами системы охлаждения, коррозия основного радиатора или радиатора «печки» приводят к постоянному уменьшению уровня жидкости в расширительном бачке. Диагностирование проблемы связано с обнаружением темных пятен на узлах и агрегатах, расположенных в моторном отсеке, мокрым следам на проезжей части, а также по характерному сладковато-приторному запаха тосола. Более серьезный характер носит обнаружение следов тосола на масляном щупе, что приводит к дорогостоящему ремонту двигателя.
Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя
Перегрев может быть связан с несколькими причинами:
- заклиниванием термостата в положении «закрыто»;
- засорением каналов системы;
- недостаточным уровнем жидкости в системе.
А вот недостаточный нагрев двигателя автомобиля свидетельствует исключительно о заклинивании термостата, который работает только в положении «открыто».
Подведем итог. Система охлаждения двигателя выполняет функции отвода излишнего тепла от силового агрегата, образовавшегося в процессе работы, и поддержания нормального (рабочего) режима его эксплуатации.
Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) приводит к чрезмерному нагреванию всех его деталей и без их охлаждения функционирование главного агрегата транспортного средства невозможно. Эту роль выполняет система охлаждения двигателя, которая также отвечает за обогревание салона авто. В турбированных двигателях с ее помощью снижается температура воздуха, нагоняемого в цилиндры, а в АКПП эта система охлаждает жидкость, которая применяется для ее работы. Отдельные модели машин оснащают масляным радиатором, который принимает участие в терморегуляции масла, использующегося для смазки двигателя.
Система охлаждения ДВС бывает воздушная и жидкостная
Обе эти системы не идеальны и имеют как достоинства, так и недостатки.
Преимущества воздушной системы охлаждения:
- небольшой вес двигателя;
- простота устройства и его обслуживания;
- невысокая требовательность к температурным изменениям.
Недостатки воздушной системы охлаждения:
- большой шум от работы двигателя;
- перегрев отдельных деталей мотора;
- невозможность выстроить цилиндры блоками;
- затруднительность в использовании выделяемого тепла для обогревания салона авто.
В современных условиях автопроизводители предпочитают оснащать свои машины преимущественно двигателями с системами жидкостного охлаждения. Воздушные конструкции, охлаждающие узлы мотора, встречаются очень редко.
Преимущества жидкостной системы охлаждения:
- не такой шумный двигатель по сравнению с воздушной системой;
- высокая скорость начала работы при запуске мотора;
- равномерное охлаждение всех деталей силового механизма;
- меньшая предрасположенность к детонации.
Недостатки жидкостной системы охлаждения:
- дорогое техническое обслуживание и ремонт;
- возможное вытекание жидкости;
- частые переохлаждения мотора;
- замерзание системы в периоды морозов.
Структура жидкостной системы охлаждения двигателя
К основным составляющим жидкостной системы охлаждения ДВС относятся следующие детали:
- «водяная рубашка» двигателя
- вентилятор;
- радиатор;
- помпа (центробежный насос);
- термостат;
- бачок расширительный;
- теплообменник отопителя;
- составляющие элементы управления.
Водяная рубашка двигателя – это плоскость между стенками агрегата в тех местах, которым требуется охлаждение.
Радиатор системы охлаждения – это механизм, который предназначен для отдачи созданного работой двигателя тепла. Узел представляет собой конструкцию из многих изогнутых алюминиевых трубой, которые также имеют дополнительные ребра, способствующие большей теплоотдаче.
Вентилятор используется для ускорения циркуляции воздуха, обволакивающего радиатор. Вентилятор включается при граничном нагревании охлаждающей жидкости.
Центробежный насос (другими словами – помпа) обеспечивает беспрерывное движение жидкости во время работы двигателя. Привод для помпы может быть разным: ременной, например, или шестеренный. На авто с турбированными двигателями часто устанавливают добавочные насосы, которые способствуют циркуляции жидкости и запускаются из блока управления.
Термостат – это устройство в виде биметаллического (или электронного) клапана, расположенного между входным отверстием радиатора и «рубашкой охлаждения». Этот прибор обеспечивает нужную температуру жидкости, служащей для охлаждения ДВС. Когда мотор остывший, термостат закрыт, поэтому принудительная циркуляция остужающей жидкости проходит внутри двигателя, не затрагивая радиатор. В момент нагревания жидкости до граничной температуры клапан открывается. В этот момент система начинает функционировать во всю свою мощь.
Расширительный бачок используется для заливания охлаждающей жидкости. Этот узел компенсирует также изменение количества жидкости в системе во время изменения температуры.
Радиатор отопителя – механизм, предназначенный для подогрева воздуха в салоне транспортного средства. Его рабочая жидкость набирается непосредственно возле входа в «рубашку» мотора.
Главным элементом координации системы охлаждения ДВС есть датчик (температурный), электронный блок управления, а также исполнительные устройства.
Особенность работы системы охлаждения двигателя
Система охлаждения работает под контролем системы управления силовым агрегатом. Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя. Учитывая степень нагрева, жидкость перемещается либо по малому, либо по большому кругу.
Чтобы двигатель быстрее прогрелся после запуска, жидкость циркулирует по кругу малому. После ее нагревания термостат открывается, предоставляя жидкости возможность циркулировать через радиатор, на выходе с которого на жидкость воздействует поток воздуха (встречного или от работающего вентилятора), который ее охлаждает.
В моторах с турбонаддувом может использоваться двухконтурная система охлаждения. Особенностью ее работы есть то, что один контур контролирует охлаждение нагнетаемого воздуха, а второй – охлаждение двигателя.
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.).
Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя.
Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси.
Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии.
Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов).
По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:
- принудительными, в которых циркуляция обеспечивается насосом, расположенным на двигателе;
- термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы плотности жидкости, нагретой деталями двигателя и охлажденной в радиаторе. Во время работы двигателя жидкость в рубашке охлаждения нагревается и поднимается в верхнюю ее часть, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, она опускается вниз и через нижний бачок вновь возвращается в систему охлаждения.
- комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.
Устройство системы охлаждения
Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ). В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор, насос ОЖ, вентилятор, термостат, патрубки, шланги, расширительный бачок. В систему охлаждения также включается радиатор отопителя.
ОЖ, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее - за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от 6 до 12 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора.
Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ. Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые. Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы. Сердцевина таких радиаторов состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора. Наличие пластин улучшает теплоотдачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее круглых, так как поверхность охлаждения их больше; кроме того, в случае замерзания ОЖ в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.
В пластинчатых радиаторах сердцевина 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 реже.
В сердцевине сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи ОЖ. 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.
В верхний бачок впаяны заливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга, подводящего ОЖ к радиатору. Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. Шланги прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения от окружающей среды. Она состоит из корпуса, парового (выпускного) клапана, воздушного (впускного) клапана и запорной пружины. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При превышении определенного значения открывается паровой клапан и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При этом возникает опасность сдавливания трубок радиатора. Для предотвращения этого явления служит воздушный клапан, который, открываясь, пропускает внутрь радиатора воздух.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок . В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.
Насос ОЖ обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала - сальник.
Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор . Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры.
Вентилятор может приводиться не от коленвала двигателя, а отдельным электродвигателем. Такое подключение используется наиболее часто, так как позволяет довольно просто осуществлять автоматическое регулирование моментов включения и выключения с помощью термисторного датчика (его электрическое сопротивление изменяется в зависимости от нагрева). Если же работой системы охлаждения управляет контроллер двигателя, то появляется возможность изменения и частоты вращения. Кроме того, вентилятор «реагирует» и на режимы движения. Например, он включается на холостом ходу при езде в пробках для предотвращения перегрева и выключается при загородной езде на высокой скорости, когда естественного обдува радиатора вполне достаточно для его охлаждения.
В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат . Термостат устанавливают в рубашке охлаждения головки цилиндров на пути циркуляции жидкости из рубашки в верхний бачок радиатора. В системах охлаждения используются термостаты с жидкостным и с твердым наполнитетелем.
Термостат с жидкостным наполнителем состоит из корпуса, гофрированного латунного цилиндра, штока и двойного клапана. Внутри гофрированного латунного цилиндра налита жидкость, температура кипения которой 70-75 градусов. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и циркуляция происходит по малому кругу: насос ОЖ - рубашка охлаждения - термостат - насос.
При нагреве ОЖ до 70-75 градусов в гофрированном цилиндре термостата жидкость начинает испаряться, давление повышается, цилиндр, разжимаясь, перемещает шток и, поднимая клапан, открывает путь для жидкости через радиатор. При температуре жидкости в системе охлаждения 90 градусов клапан термостата полностью открывается, одновременно скошенной кромкой закрывает выход жидкости в малый круг, и циркуляция происходит по большому кругу: насос - рубашка охлаждения - термостат - верхний бачок радиатора - сердцевина - нижний бачок радиатора - насос.
Термостат с твердым наполнителем состоит из корпуса, внутри которого помещен медный баллон, заполняемый массой, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Баллон сверху закрыт крышкой. Между баллоном и крышкой расположена диафрагма, сверху которой установлен шток, воздействующий на клапан. В непрогретом двигателе масса в баллоне находится в твердом состоянии, и клапан термостата закрыт под действием пружины. При прогреве двигателя масса в баллоне начинает плавиться, объем ее увеличивается и она давит на диафрагму и шток, открывая клапан.
Контроль температуры ОЖ осуществляется по указателю температуры и при помощи сигнальной лампы перегрева двигателя на щитке приборов. Управление сигнальной лампой и указателем осуществляют датчики, ввернутые в верхний бачок радиатора и в рубашку охлаждения головки цилиндров.
В качестве теплоносителя может применяться вода (в устаревших конструкциях двигателей) или антифриз. Качество ОЖ, применяемой для системы охлаждения двигателя, имеет не меньшее значение для долговечности и надежности его работы, чем качество топлива и смазочных материалов.
Антифризы - охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля, не замерзающие при отрицательной температуре. Даже если температура внешней среды будет ниже минимальной рабочей температуры антифриза, он превратится не в лед, а в рыхлую массу. При дальнейшем понижении температуры эта масса затвердеет, не увеличившись в объеме и не повредив при этом двигатель. Основа антифризов - водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Пропиленгликолевая основа применяется реже. Ее главное отличие – безвредность для человека и окружающей среды, но и более высокая цена при тех же потребительских качествах. Этиленгликоль агрессивен к материалам двигателя, поэтому в него добавляют присадки. Всего их может быть до полутора десятков – противокоррозионных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплектом присадок и определяется качество и область применения антифриза. По типу присадок все антифризы делятся на три большие группы: неорганические, органические и гибридные.
Неорганические (или силикатные) – наиболее «древние» жидкости, в которых в качестве ингибиторов коррозии применяются силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. К этой группе антифризов относится и широко распространенный у нас Тосол (хотя многие ошибочно считают его особым типом ОЖ). Главный их недостаток – малый срок службы из-за быстрого разрушения присадок. Пришедшие в негодность компоненты присадок образуют отложения в системе охлаждения, ухудшая теплообмен. Также возможно образование силикатных гелей (сгустков) в ОЖ.
В наиболее современных органических (или карбоксилатных) антифризах используются присадки на основе солей карбоновых кислот. Такие антифризы, во-первых, образуют значительно более тонкую защитную пленку на поверхностях системы охлаждения, а во-вторых, ингибиторы действуют только в местах появления коррозии. Следовательно, присадки расходуются намного медленнее, тем самым существенно повышая срок службы антифриза.
Промежуточное положение между органическими и неорганическими антифризами занимают гибридные. Их пакет присадок в основном включает соли карбоновых кислот, но и небольшую долю силикатов или фосфатов.
Антифризы выпускаются либо в виде концентратов, либо в виде готовых к применению жидкостей. Концентрат перед применением нужно разбавить дистиллированной водой. Пропорция определяется необходимой минимальной температурой замерзания антифриза. Основа антифризов бесцветна, поэтому производители окрашивают их в разные цвета с помощью красителей. Это делается для облегчения контроля уровня антифриза и предупреждения о токсичности жидкостей. Совпадение цвета не всегда является свидетельством совместимости антифризов.
В современных двигателях система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения отработавших газов в системе их рециркуляции (EGR), охлаждения масла в автоматической коробке передач, охлаждения турбокомпрессора. Некоторые двигатели с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом имеют двухконтурную систему охлаждения. Один контур предназначен для охлаждения головки блока цилиндров, другой – блока цилиндров. В контуре, охлаждающем ГБЦ, поддерживается температура на 15-20 градусов ниже. Это позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации. Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом.
Основные неисправности системы охлаждения
Внешними признаками неисправностей системы охлаждения является перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев двигателя возможен в результате следующих причин: недостаточное количество ОЖ, слабое натяжение или обрыв ремня насоса ОЖ, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность выпускного (парового) клапана пробки радиатора или расширительного бачка, неисправность насоса ОЖ.
Заедание термостата в закрытом положении прекращает циркуляцию жидкости через радиатор. В этом случае двигатель перегревается, а радиатор остается холодным. Недостаточное количество ОЖ возможно в случае ее утечки или выкипания. Если уровень ОЖ понизился в результате выкипания – следует долить дистиллированной воды, если жидкость вытекла – доливается антифриз. Открывать пробку радиатора или расширительного бачка можно только когда ОЖ достаточно остынет (10-15 минут после остановки двигателя). В противном случае находящаяся под давлением ОЖ может выплеснуться и причинить ожоги. Вытекание жидкости происходит через неплотности в соединениях патрубков, трещин в радиаторе, расширительном бачке и рубашке охлаждения, при повреждении сальника насоса ОЖ, пробки радиатора или повреждении прокладки головки блока цилиндров. При эксплуатации автомобиля необходимо следить не только за уровнем, но и за состоянием антифриза. Если его цвет становится рыже-бурым, значит, детали системы уже коррозируют. Такой антифриз подлежит немедленной замене.
Переохлаждение двигателя может происходить из-за заедания термостата в открытом положении, а также при отсутствии утеплительных чехлов в зимнее время. Если закрытая система охлаждения негерметична, то повышенное давление в ней не создается и двигатель не прогревается до рабочей температуры. А раз двигатель не прогревается, ЭБУ постоянно обогащает смесь. Таким образом, негерметичная система охлаждения увеличивает расход топлива. Систематическая работа двигателя на обогащенной смеси приводит к разжижению масла, увеличению нагарообразования, быстрому выходу из строя каталитического нейтрализатора.
К атегория:
Устройство и работа двигателя
-
Назначение и принцип работы системы охлаждения
Система охлаждения служит для принудительного отвода от цилиндров двигателя тепла и передачи его окруячающему воздуху. Необходимость в системе охлаждения вызывается тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскаленными газами, при работе сильно нагреваются. Если не охлаждать внутренних деталей двигателя, то вследствие перегрева может произойти выгорание слоя смазки между деталями и заедание движущихся деталей вследствие чрезмерного их расширения.
Система охлаждения может быть воздушной или жидкостной.
При воздушной системе охлаждения (рис. 1, а) тепло от цилиндров двигателя передается непосредственно обдувающему их воздуху. Для этого с целью увеличения поверхности теплоотдачи на цилиндрах и головке делают охлаждающие ребра, изготовляемые путем отливки. Цилиндры окружены металлическим кожухом. Через образовавшуюся воздушную рубашку просасывается с помощью вентилятора воздух, охлаждающий двигатель. Вентилятор приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала.
-
Воздушная система охлаждения получила применение лишь на двигателях небольшой мощности. Достоинством такой системы является простота устройства, некоторое снижение веса двигателя и удобство обслуживания. Для’более мощных двигателей применение воздушной системы охлаждения встречает ряд трудностей ввиду необходимости отвода большого количества тепла и обеспечения равномерности охлаждения всех нагревающихся точек двигателя.
В систему жидкостного охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости входят водяные рубашки соответственно головки и блока, радиатор, нижний и верхний соединительные патрубки со шлангами, водяной насос с водораспределительной трубой, вентилятор и термостат.
Водой заполняются водяные рубашки головки и блока, патрубки и радиатор. При работе двигателя приводимый от него в действие водяной насос создает круговую циркуляцию воды через водяную рубашку, патрубки и радиатор. По водораспределительной трубе вода в первую очередь направляется к наиболее нагреваемым местам блока. Проходя по водяной рубашке блока и головки, вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания и охлаждает двигатель. Нагретая вода по верхнему патрубку поступает в радиатор, где, разветвляясь по трубкам на тонкие струйки, охлаждается воздухом,
который просасывается между трубками вращающимися лопастями вентилятора. Охлаяеденная вода вновь поступает в водяную рубашку двигателя.
В некоторых двигателях с верхними клапанами вода от насоса принудительно направляется только в рубашку головки, седел и патрубков выпускных клапанов, и далее по отводящему патрубку отводится в радиатор. Охлаждение цилиндров при этом производится водой, циркулирующей в ее рубашке вследствие наличия разности температур воды в водяной рубашке блока и головки. Более нагретая вода из водяной рубашки блока вытесняется более холодной водой, поступающей из водяной рубашки головки, чем обеспечивается естественная - конвекционная циркуляция воды (термосифонная). При таком охлаждении условия работы цилиндров двигателя улучшаются.
Термостат, установленный в верхнем водяном патрубке, регулирует циркуляцию воды через радиатор, поддерживая наивыгоднейшую ее температуру.
В V-образных карбюраторных двигателях общий водяной насос, соединенный нижним патрубком с радиатором и установленный на одном валу с вентилятором, нагнетает воду по двум патрубкам и водораспределительным каналам в водяные рубашки обеих секций блока. Нагретая вода отводится от головок по каналам, обычно отлитым в верхней крышке блока, и через общий термостат и верхний патрубок поступает обратно в радиатор. На дизелях компоновка элементов системы охлаждения несколько видоизменена.
В зависимости от способа соединения полости системы охлаждения с атмосферой принудительная система охлаждения делится на два типа -открытую и закрытую. В открытой системе полость верхнего бачка радиатора постоянно сообщается с атмосферой. В закрытой системе охлаждения, получившей применение на всех автомобилях, полость бачка может сообщаться с атмосферой только через специальный паровоздушный клапан.
Рис. 1. Схемы систем охлаждения двигателей
