Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Видео от Рамиля Абдуллина «Система охлаждения двигателя»

В этом видео подробно описан процесс охлаждения двигателя антифризом, а также рассмотрено устройство СО.

Вам пригодился этот материал? Может быть, вам есть что добавить? Расскажите об этом!

Для этого на автомобилях и присутствует система охлаждения двигателя. Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Эксплуатация системы охлаждения. Рубашка охлаждения двигателя – это каналы в блоке и головке блока цилиндров.

Термостат 7. Регулирует циркуляцию по малому или большому кругу в зависимости от температуры. Циркуляция через печку идет постоянно, в независимости от того в каком положении находится термостат, и по какому кругу циркулирует жидкость.

Давление в системе нужно для того, чтобы повысить температуру кипения. Даже при достижении температуры 110 градусов жидкость в системе не закипает. Мы завели холодный двигатель. Сразу же у нас появляется циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Циркуляция жидкости создается помпой 6 (рис1), приводимой в движение ремнем ГРМ или отдельным ремнем.

Жидкость будет циркулировать по следующей схеме, пока она не достигнет определенной температуры. После чего термостат 7 перекроет малый круг и откроет большой. Охлажденная жидкость вновь закачивается помпой в двигатель. Если естественного охлаждения жидкости в радиаторе не достаточно и температура ОЖ продолжает расти, то срабатывает датчик включения вентиляторов 4, расположенный внизу радиатора.

При такой температуре в двигателе устанавливаются оптимальные тепловые зазоры, двигатель развивает максимальную мощность, расход топлива становится номинальным. Под руководством термостата выполняют свои функции 2 круга циркуляции (рисунок 7.1). Малый круг выполняет функцию подогрева двигателя. После нагревания жидкость начинает циркулировать по большому кругу и охлаждается в радиаторе.

По этим каналам циркулирует охлаждающая жидкость. Радиатор представляет собой множество трубок, образующих большую поверхность охлаждения. Здесь и охлаждается жидкость. Расширительный бачок. С его помощью происходит компенсация объема жидкости, когда она нагревается и охлаждается.

Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта. Система охлаждения нужна для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, но это только половина ее предназначения, правда — большая половина

Для обеспечения нормального рабочего процесса также важно — ускорять прогрев холодного двигателя. На рисунке 25 Вы без труда можете различить два круга циркуляции охлаждающей жидкости

Некоторые особенности системы охлаждения ВАЗ 2109

• Устройство и принцип работы системы смазки двигателя

  У ВАЗ 2109 СО жидкостная, с общим объёмом 7.8 л, если считать вместе с печкой. Тип системы – закрытый, она герметична. Рабочее давление в охладительной системе удерживается около одной атмосферы. Благодаря повышенному давлению, жидкость в ней закипает при более высокой температуре, чем при нормальном давлении. Это существенно повышает ресурс самой СО, а также двигателя.

• Циркуляция жидкости осуществляется принудительно, то есть, с помощью насоса или помпы. Комплектуется СО «девятки» центробежной помпой. Корпус у неё из алюминия. Помповый механизм работает от ременного привода ГРМ. Вращение вала помпы производится на двухрядных шарикоподшипниках скольжения. Причём, роль обоймы для подшипника выполняет валик помпы, собственной у него нет.
• Механизм заливается соответствующей смазкой (Литол) ещё при изготовлении. Пока функционирует – не обслуживается, такая возможность конструкцией не предусмотрена. Если ломается, ремонту не подлежит, поэтому, заменять насос при поломке рекомендовано полностью. В подобных системах, для большей надёжности, насос стараются заменить и при смене зубчатого ремня ГРМ.
• Поскольку СО «девятки» – жидкостная, эта жидкость время от времени, нуждается в замене. Система охлаждения ВАЗ 2109 нетребовательна к качеству антифриза. Однако, тот Тосол А 40, который выпускался для таких СО в прошлом веке, сейчас не производят. То, что выпускается под данной маркой, увы, не соответствует ГОСТам, по которым эта охладительная жидкость производилась.
• Многие автомеханики не рекомендуют её применение, из того, что рекомендовано АвтоВАЗ, вполне можно выбрать замену. В крайнем случае, приобрести импортный антифриз с соответствующим требованиям составом. А вот воду совсем нельзя использовать в качестве антифриза, она оставит слой накипи на стенках всех трубопроводов системы, алюминиевые детали подвергнутся активной коррозии.
• Для охлаждающей жидкости рабочая tO – +85O – +95OС. Дополнительно, при температуре порядка +99ОС, замкнутся контакты в реле вентилятора. Электровентилятор двигателя прекращает работу при размыкании контактов датчиков реле, это +93ОC. Значит, ориентируясь только на факт включения-выключения вентилятора, можно сделать верный вывод о температуре в системе. Даже при отказавшем (или отсутствующем) термометре на щитке.
• Термодатчик реле установлен в головке цилиндрового блока. На приборном щитке размещён термометр, показывающий эту температуру, сигнализируя о возможном перегреве. Во время работы двигателя, от рубашки охлаждения цилиндровой головки и блока, жидкость течёт к радиатору, где забирает тепло или в термостат.
• Система охлаждения ВАЗ 2109 имеет малый и большой круг обращения, разделение происходит на термостате. Что удобно, особенно, когда нужно быстро прогреть мотор при низкой температуре воздуха. Клапан закрывается, жидкость течёт только по малому контуру. При повышении температуры, клапан термостата пропускает охладитель в трубопроводы большого круга.
• В процессе работы двигателя, при сгорании топливной смеси, температуры достигают 2 000ОС и происходит это скачкообразно. Плохая работа системы охлаждения приводит не только к преждевременному разрушению цилиндропоршневой группы из-за тепловых перегрузок. Смазка пересыхает и прогорает, растут затраты топлива при падающем КПД.
• Переохлаждение приводит к скоплению конденсата, который смывает смазку (бензин хороший растворитель), попадает в картер, смешиваясь с маслом, разжижает его. Это ещё одна причина держать СО в порядке, иначе не избежать дорогостоящего ремонта двигателя.
• Кроме охлаждения двигателя, СО нагревает воздух в радиаторе отопления и охлаждает турбину (при наличии турбонаддува), охлаждает также масло и рабочую жидкость в АКПП.
• Для большего комфорта при вождении, следует ещё провести небольшой тюнинг системы. Повысить эффективность и надёжность работы можно, поставив насос, имеющий крыльчатку, у которой много лопастей. Вентилятор тоже желателен помощнее, шестилопастной.
• Хорошо, если будет установлена система запуска/выключения вентилятора вручную, в дополнение к реле, датчик которого может выйти из строя. Дополнительное реле включения/выключения вентилятора тоже не будет лишним, в условиях городских пробок это прибавит спокойствия водителю и надёжности системе.

Принципы построения систем охлаждения

Снижение эффективности работы системы охлаждения приводит к увеличению температуры поршней, уменьшению зазоров между поршнем и цилиндром. Тепловые зазоры уменьшаются до нуля. Поршень задевает за стенки цилиндра, образуются задиры, перегретое масло теряет смазочные свойства и масляная плёнка разрывается. Такой режим работы может привести к заклиниванию двигателя. Перегрев сопровождается неравномерным расширением головки блока, болтов крепления, блока двигателя и пр. В дальнейшем разрушение двигателя неизбежно: трещины в головке блока, деформация плоскостей стыка головки и самого блока цилиндров, образуются трещины сёдел клапанов и т.п. — неприятно даже перечислял, всё это, поэтому лучше до этого не доводить!

Система охлаждения двигателя и масла призвана не допустить подобного развития событий, но для того, чтобы система справилась с поставленными задачами, необходимо использовать качественную охлаждающую жидкость (ОЖ). Низкозамерзающие ОЖ называют антифризами — от английского слова «antifreeze». Ранее ОЖ приготовляли на основе водных растворов одноатомных спиртов, гликолей, глицерина и неорганических солей. В настоящее время предпочтение отдано моноэтиленгликолю — бесцветной сиропообразной жидкости с плотностью примерно 1,112 г\см2 и температурой кипения 198 гр. Задача ОЖ не только охлаждать двигатель, но и не кипеть во всём диапазоне температур работы двигателя и его компонентов, иметь высокую теплоёмкость и теплопроводность, не пениться, не оказывать вредного воздействия на патрубки и уплотнения, обладать смазывающими и антикоррозийными свойствами.

В 70 х годах выпускался антифриз на основе водного раствора моноэтиленгликоля с температурой начала кристаллизации — 40 гр. Он не требовал разбавление водой при добавлении в систему охлаждения. Этот препарат получил название ТОСОЛ — по названию лаборатории «Технология Органического Синтеза». Т.к. название не запатентовано, то ТОСОЛом называют готовый к применению продукт, а «антифризом» — концентрированный раствор (хотя ТОСОЛ тоже антифриз).

Готовые антифризы окрашивают для безопасности и выбирают броские цвета: синий, зелёный, красный. В процессе эксплуатации антифриз теряет полезные свойства — снижаются антикоррозийные свойства, возрастает склонность к пенообразованию. Срок службы отечественных ОЖ от 2 до 5 лет, импортных 5-7 лет.

На рисунке, приведённом ниже, изображена схема системы охлаждения автомобиля. Ничего особенного или сложного в системе охлаждения нет и тем не менее…

При пуске двигателя начинает вращаться помпа (водяной насос). Привод помпы может иметь свой шкивок, приводимый во вращение ремнем вспомогательного оборудования или приводиться вращением ремня ГРМ. В системе охлаждения находится крыльчатка, которая вращаясь, приводит в движение охлаждающую жидкость. Для быстрого прогрева двигателя система «закорочена», т.е. термостат закрыт и не пропускает жидкость в радиатор охлаждения. По мере роста температуры охлаждающей жидкости открывается термостат, переводя систему в другое состояние, когда охлаждающая жидкость проходит по длинному пути — через радиатор системы охлаждения (короткий путь перекрыт термостатом). Термостаты имеют различные характеристики открытия. Обычно на кромке нанесена температура открытия. Наверное не стоит объяснять устройство радиатора. В нижней части радиатора установлен датчик включения вентилятора. Если температура охлаждающей жидкости достигнет определённой величины — датчик замкнётся, а т.к. электрически он соединён на разрыв цепи питания электровентилятора, то при замыкании — должен включиться вентилятор системы охлаждения. По мере остывания охлаждающей жидкости — вентилятор выключается, а термостат перекрывает длинный путь на короткий. Всё просто, но не очень…

Такая схема является основой, но жизнь не стоит на месте и различные производители усовершенствуют системы охлаждения. На некоторых автомобилях Вы не найдёте датчика включения вентилятора системы охлаждения, т.к. вентилятор включается от ЭБУ двигателем в зависимости от показаний датчика температуры охлаждающей жидкости

Стоит обратить внимание на ситуацию, при которой при вклинении зажигания — сразу включается вентилятор системы охлаждения. Или неисправен датчик температуры, или повреждены его цепи, или неисправен сам ЭБУ двигателем — он «не видит» температуру двигателя и на всякий случай включает сразу вентилятор

На некоторых а\м на пути к отопителю установлены специальные электроклапана, разрешающие или перекрывающие путь охлаждающей жидкости (БМВ, МЕРСЕДЕС). Такие клапана иногда «помогают» системе охлаждения выйти из строя.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости. Схема системы охлаждения двигателя

В любом автомобиле используется двигатель внутреннего сгорания. Широкое распространение получили жидкостные системы охлаждения – только на старых «Запорожцах» и новых «Тата» используется обдув воздухом. Нужно отметить, что схема циркуляции охлаждающей жидкости на всех машинах практически похожа – присутствуют в конструкции одинаковые элементы, выполняют они идентичные функции.

Малый круг охлаждения

В схеме системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания присутствует два контура – малый и большой. Чем-то она схожа с анатомией человека – движением крови в организме. Жидкость двигается по малому кругу тогда, когда необходимо произвести быстрый прогрев до рабочей температуры. Проблема в том, что мотор может нормально функционировать в узком диапазоне температур – около 90 градусов.

Нельзя ее повышать или понижать, так как это приведет к нарушениям – изменится угол опережения зажигания, топливная смесь будет сгорать несвоевременно. В контур включен радиатор отопителя салона – ведь нужно, чтобы внутри машины было тепло как можно раньше. Подача горячего антифриза перекрывается с помощью крана. Место его установки зависит от конкретного автомобиля – на перегородке между салоном и моторным отсеком, в области бардачка и т.д.

Большой контур охлаждения

В схему системы охлаждения двигателя при этом включается еще и основной радиатор. Он устанавливается в передней части автомобиля и предназначен для экстренного снижения температуры жидкости в двигателе. Если на автомобиле имеется кондиционер, то радиатор его устанавливается рядом. На автомобилях «Волга» и «Газель» применяется масляный радиатор, который также ставится в передней части автомобиля. На радиаторе обычно ставится вентилятор, который приводится в движение электромотором, ремнем или муфтой.

Жидкостный насос в системе

Это устройство входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости «Газели» и любого другого автомобиля. Привод может осуществляться следующим образом:

1. От ремня газораспределительного механизма.
2. От ремня генератора.
3. От отдельного ремня.

Конструкция состоит из таких элементов:

1. Металлическая или пластиковая крыльчатка. От количества лопастей зависит эффективность работы насоса.
2. Корпус – обычно выполняется из алюминия и его сплавов. Дело в том, что именно этот металл хорошо работает в агрессивных условиях, практически не действует на него коррозия.
3. Шкив для установки ремня привода – зубчатый или клиновидный.
4. Вал – стальной ротор, на одном конце которого находится крыльчатка (внутри), а снаружи шкив для установки приводного шкива.
5. Бронзовая втулка или подшипник – смазка этих элементов осуществляется при помощи специальных присадок, которые имеются в антифризе.
6. Сальник позволяет избежать вытекания жидкости из системы охлаждения.

Термостат и его особенности

Сложно сказать, какой именно элемент обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. С одной стороны, помпа создает давление и антифриз двигается по патрубкам с ее помощью.

Но с другой стороны, если бы не было термостата, движение происходило бы исключительно по малому кругу. Конструкция содержит такие элементы:

1. Корпус из алюминия.
2. Выходы для соединения с патрубками.
3. Пластина биметаллического типа.
4. Механический клапан с возвратной пружиной.

Принцип работы заключается в том, что при температуре ниже 85 градусов двигается жидкость только по малому контуру. При этом клапан внутри термостата находится в таком положении, при котором не попадает антифриз в большой контур.

Как только достигнет температура 85 градусов, начнет деформироваться биметаллическая пластина. Она воздействует на механический клапан и открывает доступ антифризу к основному радиатору. Как только снизится температура, клапан термостата вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Расширительный бачок

В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания имеется расширительный бачок. Дело в том, что любая жидкость, в том числе и антифриз, при нагреве увеличивает объем. А при охлаждении объем уменьшается. Следовательно, необходим какой-то буфер, в котором будет храниться небольшое количество жидкости, чтобы в системе всегда ее было вдоволь. Именно с этой задачей и справляется расширительный бачок – туда выплескивается излишек во время нагрева.

Крышка расширительного бачка

Еще один незаменимый компонент системы – это пробка. Существует два типа конструкции – герметичная и негерметичная. В том случае, если на автомобиле применяется последняя, пробка расширительного бачка имеет только дренажное отверстие, через которое уравновешивается давление в системе.

Система охлаждения

Теперь давайте рассмотрим более внимательно систему охлаждения современного легкового автомобиля. Нужно отметить, что на всех машинах она практически идентична. Отличия касаются в основном мелочей, а также в размещении элементов. Сейчас, применяется в основном принудительная разновидность, для массовых авто она показала себя более эффективной. Состоит она из следующих элементов:

• Вентилятор . Этот элемент выполняет вспомогательную функцию. Его задача создавать дополнительный поток воздуха, который обдувая радиатор, охлаждает его. Сейчас обычно вентилятор оснащается электродвигателем. Но, на некоторых моделях применяется принудительный привод от коленвала;
• В самом двигателе находится рубашка охлаждения. Она представляет собой сеть взаимосвязанных между собой каналов, которые и выполняют основную часть работы по отведению тепла от мотора. Часто именно рубашку называют малым кругом;
• Насос для воды (помпа). Задачей этого элемента является перекачка антифриза из двигателя в радиатор. Собственно, это один из основных компонентов принудительной охлаждающей системы, при отказе насоса дальнейшая работа становится невозможной;
• Термостат. Обеспечивает направление потоков по малому кругу или по всей системе. Регулировка производится в зависимости от температуры теплоносителя;
• Отопитель (печка). Так как для отопления салона используется тепло антифриза, то печка является частью системы охлаждения;
• Датчики . Обычно устанавливается 2 датчика. Один стоит в моторе, и подключен к приборной панели, другой в радиаторе, он включает вентилятор охлаждения. Если привод вентилятора принудительный, то в радиаторе установлена заглушка;
• Расширительный бак . Он включает в себя сразу 2 функции. Первое, это наличие запаса жидкости, которая может испаряться в процессе эксплуатации. В таком случае недостающий объем подается в систему, которая соединена с бачком по принципу сообщающихся сосудов. Другая функция – возможность сброса пара при перегреве двигателя. Часть охлаждающей жидкости испаряется, чтобы не произошло аварийной разгерметизации, сброс происходит в расширительный бак.

Как циркулирует охлаждающая жидкость?

Сами системы в бензиновых и дизельных авто похожи, принципиальных различий в их конструкции и работе нет. Они включают в себя множество компонентов, а для их регулирования применяются элементы управления. Чтобы понять, как антифриз циркулирует, рассмотрим основные компоненты СО:

Новый радиатор СО двигателя

Непосредственное функционирование СО обеспечивает система управления мотором. В современных моторах принцип работы основывается на математической модели, учитывающей множество параметров и определяющей нормальные условия активации и работы всех компонентов.

Понятное дело, что «Тосол» не может проходить по СО сам, поэтому его поток обеспечивается центробежным насосом. Циркуляция охлаждающей жидкости происходит через «рубашку охлаждения». В результате этого мотор транспортного средства охлаждается, а «Тосол» нагревается. Сам ход движения ОЖ в агрегате может происходить либо от первого цилиндра к последнему, или от выпускного коллектора к впускному.

Рассмотрим процесс кругооборот ОЖ подробнее:

• когда двигатель заводится утром, сразу же начинается оборот антифриза по СО. Сам процесс потока создается насосом, который запускается от ремня ГРМ или специального, отдельного ремня;
• пока ОЖ не нагрелась, она закачивается в двигатель при помощи насоса. В тот момент, когда она проходит по цилиндрам агрегата, они ее нагревают, поскольку в цилиндрах выделяется много тепла за счет проходящих в нем процессов. Так ОЖ забирает себе тепло мотора, одновременно увеличивая свою температуру. Затем хладагент возвращается обратно к центробежному насосу, повторяя этот круг, пока полностью не нагреется. Такой процесс называется малым кругом оборота расходного материала по СО;

Установленный в автомобиле термостат

• когда ОЖ достигла определенной температуры, начинается большой круг вращения жидкости. Если он начинает работать, термостат перекрывает малый круг;
• когда начался большой круг циркуляции, центробежный насос закачивает ОЖ в мотор. Антифриз, имея уже высокую температуру, проходит по трубкам и попадает в радиатор, где оставляет свое тепло, отдавая окружающей среде и воздушной системе. Она, в свою очередь, использует это тепло для обогрева салона, если на печке включена соответствующая функция;
• затем ОЖ вновь закачивается в агрегат при помощи насоса;
• если имеющегося охлаждения ОЖ в радиаторе не хватает, а температура хладагента увеличивается, включается специальный датчик активации вентиляторов, который установлен в нижней части радиатора;
• одновременно начинает работу вентилятор, установленный прямо на радиаторе;
• когда хладагент охладился до необходимой температуры, оба вентилятора отключаются;
• если хладагент успевает остынуть до такой температуры, что закрывается термостат, при повторном запуске мотора он опять начнет проходить в СО по малому кругу.

Во время работы мотора всегда должна поддерживаться примерно одна температура, которая и определяет его функционирование. Условно она составляет 90 градусов. Такая температура позволяет двигателю развивать хорошую скорость и обеспечивает приемлемый расход бензина. Именно поэтому схема потока хладагента по СО такая сложная и разделена на несколько кругов, чтобы мотор мог скорее выйти на такой режим работы.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:

• Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
• Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
• Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.

Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).