Система охлаждения двигателя

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

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

Виды систем охлаждения двигателя (жидкостная и воздушная)

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

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

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


 
Наиболее активно воздушные системы охлаждения двигателя устанавливались на авто в шестидесятые годы прошлого века. В том числе, такое решение было популярно у заводов, выпускающих Volkswagen, Citroën, Honda, Porsche. Но со временем у легковых автомобилей двигатели с воздушным охлаждением стало возможно встретить всё реже. Это легко объяснить тем, что большинство легковых авто, появившихся позже, в том числе, современные легковые авто – это, преимущественно, переднеприводные модели с поперечным расположением ДВС. При такой системе трудно организовать эффективную систему воздушного охлаждения.

К тому же, при воздушном охлаждении производители вынуждены существенно увеличивать габариты двигателя, а вместе с ним возрастает и уровень шума.

Но на сельскохозяйственные, коммунальные машины, скутера, мотоблоки такие СО по-прежнему ставят. Правда, даже у тракторов их можно встретить уже очень редко.

Вторая же разновидность СО –  жидкостная система охлаждения двигателя – это система, где есть промежуточный теплоноситель (жидкость – антифриз). Именно антифриз основательно «прорабатывает» толщь стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента у большинства СО такого типа при этом опять-таки играет воздух. Поэтому часто системы называют не просто жидкостными, а комбинированными, гибридными. С точки зрения физики, это действительно верно (и более грамотно), но при этом, так как жидкостные системы в чистом виде (без отводящего агента в виде воздуха) сейчас не используются (первые системы были именно непосредственно жидкостными и работали исключительно на воде), в том, что жидкостными и гибридными МО называют на практике одни и те же решения, ничего зазорного нет. 

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

Потоки жидкостной СО

Жидкостные системы охлаждения двигателей могут быть с параллельными, последовательными и смешанными потоками.

Параллельные потоки. Антифриз под давлением поступает в блок цилиндров, проходит через отверстия прокладки головки блока и в головку блока. 

Последовательные потоки. Жидкость поступает к задней части блока цилиндра, а затем перетекает в головку блока цилиндров. Здесь она течет вокруг каждого цилиндра и только потом через перекрестные проходы попадает во коллектор впуска.

Смешанные потоки. У некоторых ДВС потоки теплоносителя объединены. Вентиляционные отверстия берут на себя функцию выпуска пара.

Устройство системы охлаждения двигателя

Сначала затронем конструирование устройства системы охлаждения. При конструировании системы охлаждения производители учитывают целый комплекс факторов: 

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

Если проектируется жидкостная система, учитывается тип охлаждающей жидкости – антифриза: этиленгликолевый (карбоксилатный, лобридный, комбинированный), пропилен-гликолевый. 

Если проектируется воздушная СО, обязательно учитывается температура и влажность окружающего ДВС воздуха.

При конструировании воздушных систем специалисты заинтересованы, в первую очередь, обеспечить подачу воздуха к:

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

Обязательно учитываются параметры оребрения двигателя. Идеальный вариант – брать в расчет показатели аэродинамического сопротивления оребрения двигателя, но на практике чаще берется всё-таки удельная поверхность оребрения. Учитывать показатели аэродинамического сопротивления, когда речь идёт о достаточно простой и недорогой технике достаточно нерационально. И проще пожертвовать именно этим параметром.

Как устроена система охлаждения двигателя автомобиля, работающего на антифризе?

В зависимости от того, какое охлаждение – воздушное или на антифризе, отличается схема системы охлаждения двигателя.




Итак, общее устройство системы охлаждения двигателя автомобиля, работающего  на антифризе состоит из следующих элементов:

1. «Водяная рубашка».  Полости между двойными стенками двигателя, имеющие сообщение друг с другом. Расположены в зонах присутствия избытка тепла. Фактически это всё пространство вокруг цилиндров ДВС, заполненное охлаждающей жидкостью.

 
 
2. Термостат. Специальный клапан между «рубашкой» ДВС и входным патрубком устройства радиатора. Когда клапан открывается, для охлаждающей жидкости возникают все условия, чтобы она беспрепятственно попадала в радиатор. Излишки жидкости возвращаются в водяную рубашку через обводный канал. В зависимости от конструктивных особенностей СО, модели силового агрегата, компоновки ДВС термостат может иметь разную локацию. Чаще всего термостат расположен в зоне выхода антифриза из головки блока цилиндров.
 

 
3. Радиатор. Устройство, предназначенное непосредственно для отдачи (отвода) тепла в атмосферу и охлаждения жидкости внутри каналов. Представляет собой конструкцию из трубок, спаянных в виде прямоугольника, крепящегося на двух бачках. Изготавливается из металла (меди, алюминия), нескольких металлов (медь + латунь), комбинации металла и пластика. Большинство современных радиаторов – с алюминиевой сердцевиной с бачками из армированного пластика. В этом случае деталь обладает более высокими показателями коррозионной стойкости и теплопроводности. Устройство монтируется в зоне, которая лучше всего обдувается. Идеальный вариант – зона в подкапотном пространстве спереди автомобиля (причем к такому конструкционному решению инженеры нередко прибегают даже, если ДВС имеет заднее расположение). У некоторых автомобилей радиаторы устанавливаются возле боковых стенок авто. Но как правило, в этом случае о обдуве заботится воздухозаборник, а радиаторов – несколько. Такой вариант можно встретить у спорткаров. 

 

Теплоноситель может поступать в радиатор сверху и направляться вниз в основной бочок, а может двигаться от одной стороны устройства к противоположной его стороне (СО с поперечным потоком). На подавляющее большинство современных СО монтируют радиаторы именно с поперечным потоком.



У большинства радиаторов горловина имеет крышку, оснащённую подпружиненным клапаном, предназначенного для герметичного закрытия вентиляционных каналов СО. Это конструктивное решение необходимо для поддержания оптимального рабочего давления. Наиболее распространёнными и внушающими доверие пользователям радиаторами являются устройства торговых марок Behr Hella, DENSO, LUZAR, Stellox, SAT, AVA.

4. Вентилятор – устройство, помогающее усилить поток набегающего воздуха на радиатор. Воздушный поток направлен по направлению к двигателю.  Запускается за счёт муфты (электромагнитной, гидравлической от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости.  На большинстве современных транспортных средств стоят электровентиляторы: один или несколько (один непосредственно для охлаждения, другой – для работы с высокими температурами).  На транспортных средствах с продольным расположением ДВС и задним приводом также можно встретить термостатический вентилятор охлаждения (вентилятор с термостатической пружиной). Он запускается ремнем от коленчатого вала.
 
    
5. Помпа - центробежный насос. Именно от помпы зависит, будет ли в системе обеспечена бесперебойная циркуляция жидкости (запускаются, чаще всего ремнем – от коленчатого или распределительного вала, шестернями или дополнительной помпой , работающей от электронного блока управления.

6. Расширительный бачок с подпружиненными клапанами. Присутствует у систем с радиатором без заливной горловины.



7.Температурный датчик. Присутствует у авто с электронным блоком управления. Сигналы с датчика поступают непосредственно на ЭБУ, а затем на исполнительные устройства (например, вентилятор).  

Устройство воздушной СО

Если же перед нами устройство воздушной системы охлаждения, где теплоносителем выступает непосредственно поток воздуха, то устройство включает следующие элементы:

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

Принцип работы системы охлаждения двигателя автомобиля на антифризе

Принцип работы системы зависит от того, что является теплоносителем.


Работа системы охлаждения двигателя на антифризе:

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

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

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

Воздушное охлаждение

Схема работы СО следующая:

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

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

Степень интенсивности охлаждения, а значит, и результат, напрямую зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

Неисправности в системе охлаждения

Не секрет, что именно на СО приходится около 25 – 30% неисправностей ДВС. И, если регулярно не проводить диагностику, не принимать меры, можно «нарваться» на дорогостоящий ремонт. 

Если же всё делать своевременно, то решением проблемы может стать замена небольшой детали или даже просто регулировка одного из узлов.

Популярные неисправности в системе охлаждения:

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

Как систематизировать знания и получить практические навыки по теме?

Изучить тему «Системы смазки и охлаждения» подробно поможет лицензионный обучающий продукт «Автомобильные основы» на платформе LCMS ELECTUDE.

Видеообзор этого обучающего продукта для вас доступен прямо сейчас:



Огромное преимущество использование платформы состоит в том, что вы не просто последовательно получаете необходимый набор знаний, а имеете возможность поработать с устройствами на практике, отточить навыки диагностики и ремонта (платформа располагает встроенным тренажёром).

Платформа адаптивна как для проведения занятий в аудитории, так и дистанционного обучения. Очень удобно, что система располагает продуманной системой тестов. Можно не просто изучить материал, а проконтролировать, как он усвоен, какой реальный прогресс при изучении системы охлаждения двигателя.