Система охлаждения двигателя: устройство и принцип действия

Виды систем охлаждения

Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.

Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки

Устройство воздушной системы охлаждения двигателя

В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.

Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.

На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:

невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
невозможно организовать обогрев салона.

Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).

Работа системы охлаждения

Циркуляцию жидкости в системе охлаждения осуществляют по двум кругам: малому и большому.

По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодною двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев в такой последовательности: жидкостной насос — распределительные трубы — рубашка охлаждения блока цилиндров — рубашка охлаждения головки блока цилиндров — верхний патрубок термостата (клапан закрыт) — перепускной шланг приемная полость жидкостного насоса.

По большому кругу жидкость циркулирует при прогретом двигателе: жидкостной насос (как и по малому кругу) — термостат (клапан открыт) — резиновый шланг — патрубок радиатора — верхний бачок радиатора — сердцевина радиатора — нижний бачок радиатора — патрубок — шланги — приемная полость жидкостного насоса.

Переохлаждение двигателя сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания, следствием чего является повышенный расход топлива. Конденсация паров воды в картерной полости холодного двигателя и на стенках цилиндров приводит к коррозии. В отрабатавших газах повышается содержание углеводородов не сгоревшего топлива и высокотоксичных альдегидных соединений.Принудительный отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется с помощью жидкости или воздуха, в связи с чем различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Радиатор является теплообменником системы охлаждения, где поступающая из двигателя жидкость передаст теплоту потоку воздуха.

Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков, соединенных между собой трубками, образующими его охлаждающую решетку (сердцевину радиатора). Верхний бачок радиатора имеет наливную горловину с пробкой, а нижний — сливной кран. В наливную горловину впаяна пароотводная трубка, соединенная с расширительным бачком. Пароотводная трубка заглублена в радиатор, где отводимые пары конденсируются. К верхнему и нижнему бачкам припаяны боковые стойки. Стойки и пластина образуют каркас радиатора. Сердцевина радиатора состоит из нескольких рядов трубок, впаянных в верхний и нижний бачки. К трубкам крепятся гонкие охлаждающие пластины или гофрированные ленты, изготовленные из латуки, алюминия или красной меди.

Пробка заливной горловины в закрытых системах жидкостного охлаждения имеет два предохранительных клапана с уплотнительными резиновыми прокладками и пружинами. Паровой клапан регулируют на избыточное давление (0,145—0,160 МПа), воздушный клапан открывается при падении давленияв системе против атмосферного не более чем на 0,01 МПа.

При нормальном функционировании клапанов система охлаждения только кратковременно может сообщаться с окружающей средой или полостью расширительного бачка.

Жалюзи устанавливаются перед радиатором, с их помощью регулируется количество воздуха, проходящего через сердцевину радиатора. Жалюзи изготовляются в виде набора вертикальных иди горизонтальных пластин — створок из оцинкованного железа, которые объединены общей рамкой и снабжены шарнирным устройством, обеспечивающим одновременный или групповой поворот их вокруг своей оси. Жалюзи прикрепляют к каркасу радиатора или к его наружной облицовке. Управление створками осуществляется вручную или с помощью устройства с термостатом.

Жидкостной насос создаст в системе охлаждения принудительную циркуляцию жидкости. Применяют одноступенчатые жидкостные насосы центробежного типа. Привод насоса, как правило, работает от шкива коленчатого вала посредством клиноременной передачи.

Жидкостной насос состоит из корпуса, вала привода с крыльчаткой, ступицы для крепления шкива привода, самоподжимной уплотняющей манжеты, двух латунных обойм, резиновой манжеты» уплотняющей шайбы ипружинного кольца. Вал насоса вращается на двух шарикоподшипниках.

Центробежные насосы одноступенчатого типа, рассчитанные на давление и 0,04 —0,1 МПа, отличаются компактностью и обеспечивают достаточную подачу жидкости при сравнительно больших зазорах между крыльчаткой и стенками корпуса.

Вентилятор служит для создания воздушного потока, проходящего через сердцевину радиатора, для охлаждения жидкости, протекающей по трубкам.

Обслуживание системы охлаждения гарантия нормальной работы вашего двигателя.

Самые распространённые причины перегрева двигателя и способы их устранения.

Забит радиатор.

Радиатор — это основной компонент системы охлаждения, который предназначен для отвода тепла. Он может быть забит как снаружи, в этом случае про его чистку, у нас на сайте есть отдельная статья, так и изнутри.

Пример радиатора, забитого грязью снаружи:

Такой радиатор можно продуть на сервисе или помыть на мойке.

Пример радиатора забитого внутри:

Как правило, изнутри, радиаторы забивает при езде на воде, или при неисправности системы охлаждения.

Чистка радиатора выполняется после снятия радиатора, посредством промывания его обратным потоком или при помощи специальной химии, про это у нас тоже есть отдельная статья.

Если промыть радиатор изнутри невозможно его меняют.

Способ устранения неисправности — продувка радиатора снаружи и промывка изнутри.

Неисправен электровентилятор охлаждения.

Большую часть времени, тепло отводится от радиатора охлаждения, посредством набегающего потока воздуха. При малой скорости движения, или при стоянках автомобиля с работающим двигателем, потока набегающего воздуха не хватает. В этом случае, в работу включается электровентилятор системы охлаждения. Он имеет мощность порядка 80-150 Вт. и обеспечивает движение большого количества воздуха через радиатор.

Наиболее распространенные причины отказа — перегорание предохранителя, отказ реле, износ подшипников и заклинивание электродвигателя.

Способ устранения неисправности — проверка электрической цепи, при отказе электродвигателя вентилятора замена его на новый или контрактный.

Заклинил термостат.

Термостат является основным компонентом, задающим рабочую температуру двигателя.

Работа термостата, основанна на изменении объема воска при плавлении. В зависимости от объёма воска и характеристик пружин задается его рабочая температура.

Вследствие естественного износа возможно заклинивание термостата в закрытом положении или его неполное открытие.

Как итог — в большом круге системы охлаждения будет недостаточная циркуляция, и двигатель будет перегреваться.

Способ устранения неисправности — замена термостата новым. Перед заменой термостат желательно сварить делается это вот так:

Неисправна помпа (водяной насос).

Помпа — это компонент системы охлаждения, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости. Вследствие износа крыльчатки из-за кавитации помпа теряет эффективность. Вот так выглядит изношенная крыльчатка:

Также помпа может заклинить — в этом случае вы услышите противный писк ремня, износиться в подшипниках — в этом случае вы увидите бегущую охлаждающую жидкость и болтающийся шкив помпы.

В любом случае помпа теряет эффективность и перестает перекачивать по системе охлаждающую жидкость.

Способ устранения неисправности — замена помпы на новую.

Воздушные пробки в системе охлаждения.

В современных автомобилях система охлаждения работает на температурах больше 100 градусов. Благодаря этому достигается лучшая топливная экономичность. К несчастью, у работы двигателя на повышенных температурах есть одна особенность — повышенная кавитационная нагрузка. Кавитация — это образование пузырьков газа в жидкости. Сама по себе кавитация не опасна, но она изнашивает помпу и препятствует циркуляции жидкости.

Для того чтобы снизить образование пузырьков газа в системе охлаждения применяют повышенное давление. Основной элемент, задающий максимальное рабочее давление — пробка расширительного бачка.

Как правило, её клапан закисает в открытом положении, вследствие этого, снижается температура кипения, и антифриз периодически выплескивается из расширительного бачка.

Способ устранения неисправности — замена пробки расширительного бачка на новую.

Также часто воздушные пробки образуются по причине неисправности прокладки ГБЦ, но про это у нас есть отдельная статья, повторяться не будем.

Неправильная регулировка зажигания.

Все видели, как разогреваются выпускные коллектора при позднем зажигании:

Занятно, что при очень раннем зажигании, будет перегреваться весь двигатель. Эта неисправность стоит последний в списке, так как карбюраторных двигателей, где регулировка зажигания осуществлялась вручную, практически не осталось, а на современном инжекторном двигателе такой перегрев просто невозможен, так как зажигание устанавливается блоком управления двигателем.

Способ устранения неисправности — регулировка момента опережения зажигания.

Ремонт радиатора и расширительного бачка

У радиатора могут быть следующие неисправности:

вмятины, пробоины, трещины на бачках;
поломки и трещины на пластинах каркаса;
нарушение герметичности в местах пайки;
повреждение охлаждающих пластин или трубок;
засорение вследствие налипания насекомых;
отложение накипи.

Загрязнения и накипь удаляют в установках с подогревом моющего средства до 70–85 °C, его циркуляцию и последующую промывку радиатора производят водой. Для очистки поверхности радиатора от налипших насекомых применяют специальный растворитель, который наносят на радиатор, а затем смывают водой.

Если латунные бачки имеют вмятины, их рихтуют на деревянной подкладке киянкой. Небольшие трещины запаивают мягким припоем. Поврежденные верхний и нижний бачки радиатора ремонтируют наложением заплат. Заплату и поврежденный участок зачищают, лудят и припаивают друг к другу. При невозможности запаять поврежденные трубки, их заглушают путем запаивания верхнего и нижнего концов. Но на весь радиатор допускается заглушать не более трех трубок. При большем числе поврежденных трубок их заменяют новыми или меняют радиатор полностью. Поломки и трещины на пластинах крепления радиатора заваривают газовой сваркой. Проверка герметичности радиатора. При утечке охлаждающей жидкости из радиатора, если найти место утечки невозможно, радиатор проверяют на герметичность. Для проверки на автомобиле радиатор заполняют водой, патрубки закрывают заглушками, оставив один открытым. Через открытый патрубок в радиатор подают воздух под давлением 1 кгс/см2. По месту появления воды определяют место утечки.

Вследствие плохого доступа к радиатору его удобнее проверять, сняв с автомобиля при холодном двигателе.

Для снятия и установки радиатора и расширительного бачка необходимо:

слить охлаждающую жидкость из двигателя и радиатора;
отсоединить электрические провода от датчика включения вентилятора и от вентилятора;
отсоединить шланги от радиатора и расширительного бачка;
снять четыре направляющих кожуха (верхний, правый, левый и нижний) с учетом того, что для снятия верхнего кожуха его необходимо вывести из специальных удерживающих пазов, для снятия правого и левого кожухов необходимо отстегнуть на левом кожухе две защелки, а на правом – три, для снятия нижнего кожуха нужно отвернуть три болта, крепящих его к радиатору;
снять электровентилятор с направляющим кожухом в сборе, отвернув для этого гайки крепления направляющего кожуха к нижнему кронштейну крепления радиатора и гайки крепления кожуха к радиатору, снять кожух с электровентилятором в сборе;
отвернуть гайки крепления радиатора к нижнему кронтшейну крепления радиатора и болты крепления радиатора, снять радиатор;
отвернуть болт крепления расширительного бачка и снять бачок с автомобиля.

После снятия радиатора и расширительного бачка закрывают заливную горловину и патрубки радиатора, оставив один открытым, и подают через него воздух под давлением 1 кгс/см2. Радиатор помещают в ванну с водой и наблюдают за появлением пузырьков воздуха, которые укажут место утечки. В разобранном виде без охлаждающей жидкости внутри радиатор не следует хранить более двух дней, так как может начаться коррозия. Рекомендуется закрыть отверстия пробками или заполнить радиатор слитой охлаждающей жидкостью.

Если радиатор покрыт накипью, маслом, а снаружи ржавчиной, следует продуть его сжатым воздухом, промыть водой, воздушные каналы осторожно прочистить деревянными шпильками. При ремонте радиатора эпоксидным клеем на поврежденные места шпателем наносят эпоксидный клей и обертывают их пропитанной этим же клеем полоской ткани. Для удобства продевания ткани между трубками, пользуются пинцетом

При работе с эпоксидным клеем нужно помнить: эпоксидные смолы ядовиты

Для удобства продевания ткани между трубками, пользуются пинцетом. При работе с эпоксидным клеем нужно помнить: эпоксидные смолы ядовиты.

Установку радиатора и расширительного бачка производят в обратном порядке. Отремонтированный радиатор надо проверить на герметичность. Если у автомобиля стоит радиатор с сердцевиной из алюминиевого сплава и пластмассовыми бачками, то их обычно не ремонтируют, за исключением замены некоторых трубок, а заменяют полностью. Расширительный бачок системы охлаждения изготавливают из прозрачной пластмассы. Отдельные небольшие трещины на шве, который соединяет верхнюю и нижнюю половины бачка, можно заварить, используя для нагрева пластмассы паяльник. При длине трещин более 20 мм бачок следует заменить. Вздутый бачок также заменяют. Вздутие может произойти в результате залипания выпускного клапана в его пробке, что приводит к повышению давления в системе охлаждения.

Какими средствами нежелательно промывать систему охлаждения ДВС.

КоКа-КоЛа

Многие знают, что кока-колой можно удалять накипь и чистить радиаторы. В интернете много видео по использованию кока-колы для чистки чайников и других предметов, в которых образуются отложения.

Для промывки радиаторов и всех каналов системы охлаждения двигателя возможно применение Coca-Cola. Кока-кола содержит ортофосфорную кислоту, благодаря которой отлично удаляются ржавчины, жирные налеты масла и присадок. Но есть одно но. Дело в том, что помимо кислоты ортофосфора, в кока-коле есть сахар и много углекислого газа.

Если вы выбрали метод промывки системы охлаждения кока-колой, то:

Надо выпустить из него углекислый газ.
Слить старую жидкость.
Залить колу.
Подождать не более 10 минут, так как она разъедает пластиковые и резиновые изделия и поверхности алюминиевых деталей.
Слить колу.
Промыть несколько раз чистой водой, чтобы не осталось сахара в системе. Оставшиеся капельки с сахаром при заливке потом антифриза могут вступить в реакцию и свойства антифриза изменятся.

Fairy (Фэйри)

Некоторые может и используют данное химсредство для промывки хладильной системы ДВС, но не стоит. Он отлично удаляет жир, но не растворяет ржавчину и другие отложения. Зато с помощью фейри можно отлично промыть радиатор снаружи. За лето спереди на радиатор прилипают много мух и других насекомых.

Calgon (Калгон)

Такие средства как калгон и другие (Мистер мускул, Тирет), подобные им, используются для защиты от образования накипи. Удалить ржавчину и отложения он вряд ли сможет. Лучше добавлять его в стиральную машину, чтобы накипь не оседала на барабане.

Белизна

Мощное средство для удаления грязи, микробов, плесени с едким стойким запахом. В белизне есть гидрохлорид натрия, способный разъедать поверхности деталей из алюминия. При нагревании белизна быстро разъест алюминиевые трубки. Поэтому не стоит использовать и испытывать на своем опыте.

Крот

Чистящее средство Крот можно использовать только в медных основных радиаторов и радиаторов печки, потому что в его составе есть каустическая сода. Алюминиевые поверхности он испортит. Также он разъедает резиновые уплотнители, сальники.

После промывки заливать новую охлаждающую жидкость тоже надо уметь, иначе может образоваться воздушная пробка. Потом придется выгонять эту воздушную пробку из системы.

Комбинированный способ из лимонной кислоты, уксуса и соды

Есть такие, кто смешивает различные вещества в надежде получить супер средство для промывки системы охлаждения двигателя.

Делают такой состав смеси:

50% соды;
25% лимонной кислоты;
25% уксуса.

Такие самодельные химические смеси может и очистят каналы в системе, но вместе с этим, разрушат резиновые уплотнители.

Авторемонт

Процесс сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается высвобождением большого количества тепла, которое нагревает двигатель. Если не охлаждать двигатель во время работы, то через несколько минут его температура превысит критическую, и он разрушится. Чтобы этого не произошло, в автомобиле применяется система охлаждения двигателя.

Состав системы охлаждения двигателя:

охлаждающая жидкость (тосол или антифриз);
радиатор;
вентилятор;
термостат;
водяной насос (помпа);
соединительные патрубки;
расширительный бачок;
отопитель салона.

Водяной насос (помпа) начинает работать вместе с двигателем. Как только двигатель заработал, вращающиеся лопасти помпы заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по малому кругу системы охлаждения (минуя радиатор). Это надо для того, чтобы двигатель как можно быстрее прогрелся и вышел на свою рабочую температуру.

Когда температура охлаждающей жидкости работающего двигателя достигла рабочего значения, открывается термостат и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу — через радиатор.

Охлаждающая жидкость (тосол, антифриз) подается в радиатор через верхний патрубок, проходит сверху вниз по его сотам, и через нижний патрубок (уже охлажденная жидкость) подается обратно в рубашку двигателя.

Когда температура охлаждающей жидкости поднимается к верхним значениям (100 °C и более), включается вентилятор, который усиливает поток воздуха через решетку радиатора и увеличивает эффективность охлаждения. На старых машинах вентилятор соединен жестко ремнем с валом помпы и вращается постоянно.

Чтобы жидкость в системе охлаждения не замерзала при низких температурах и не закипала при 100 °C, применяются специальные охлаждающие жидкости: тосол или антифриз. Эти жидкости содержат этиленгликоль или пропиленгликоль — химические соединения, не дающие воде замерзать. Кроме того, охлаждающие жидкости содержат ингибиторы ржавчины, коррозии и вспенивания, что предотвращает образование ржавчины на металлических поверхностях двигателя и радиатора, смазывает водяной насос и не дает жидкости вспениваться, циркулируя по системе.

ВНИМАНИЕ! Не используйте в качестве охлаждающей жидкости воду!!!!. Вода — довольно агрессивная среда, которая быстро разрушает все металлические детали системы охлаждения. При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме

Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку

При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме. Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку.

В салоне автомобиля находится еще один небольшой радиатор, спрятанный под торпедо, который принято называть отопителем салона автомобиля, или просто — печкой. В холодное время года водитель открывает заслонку печки, и нагретая охлаждающая жидкость начинает циркулировать через теплообменник, нагревая воздух в салоне автомобиля.

Система охлаждения довольно проста и при нормальной работе не требует какого-либо обслуживания. Если утечек охлаждающей жидкости нет, то можно спокойно ездить пару лет. Раз в два года рекомендуется полностью менять охлаждающую жидкость в системе охлаждения автомобиля. Также, надо следить за состоянием резиновых патрубков, поскольку резина со временем пересыхает и растрескивается. Очень будет неприятно, если в дороге вдруг произойдет разрыв патрубка — дальнейшее движение будет практически невозможно. Поэтому, имеет смысл через 5-6 лет проводить полную замену всех резиновых патрубков на новые.

В начало страницы

Состав и функционирование типовой системы жидкостного охлаждения

Всё оборудование состоит из основных функциональных узлов и деталей:

выполненные в металле головки и блока цилиндров полости и каналы, образующие рубашку охлаждения;
основной радиатор, куда снаружи направляется поток воздуха, а изнутри прокачивается антифриз;
водяной насос, обеспечивающий циркуляцию в заданных объёмах;
термостат, работающий на поддержание температуры двигателя на расчётном уровне, перераспределяя потоки жидкости между малым контуром, с выхода помпы на вход через рубашки, и большим, включая основной радиатор;
вентилятор принудительного обдува радиатора, включающийся, когда интенсивности набегающего потока не хватает, или он отсутствует;
дополнительные узлы, расширительный бачок, радиатор салонного отопителя, датчики, клапаны и электронное оснащение.

Во время прогрева двигателя до рабочей температуры циркуляция идёт по малому контуру, после чего приоткрываются клапаны термостата, и часть жидкости поступает в радиатор, сбрасывая излишнюю температуру. Под большой нагрузкой, когда тепловой поток максимален, через радиатор прокачивается весь объём антифриза.

Если и в таком режиме температура продолжит расти, подключается принудительный обдув сот радиатора дополнительным вентилятором. Он способен работать с разной интенсивностью, вплоть до максимальной мощности. И только если и это не помогает, давление в системе достигает критической величины, открывается клапан аварийного сброса в пробке радиатора или расширительного бачка, антифриз мгновенно вскипает и выбрасывается наружу. На этой стадии спасти двигатель может только водитель, быстро выключив мотор и приступив к ремонту. В противном случае двигатель необратимо перегревается, клинит или деформируется.Система снабжена индикатором температуры ОЖ, стрелочным, цифровым или обычной красной лампочкой

Водитель должен уделять этому параметру адекватное внимание, особенно в напряжённых режимах, в жару или при максимальной нагрузке