Устройство системы охлаждения двигателя

Как устроена система охлаждения двигателя

При рассмотрении радиатора важно знать особенности системы охлаждения автомобиля, предназначенной для снижения температуры мотора до безопасного уровня. Кроме этого, в ее функции входит нагрев воздуха, охлаждение отработавших газов, потока в турбированном наддуве, а также масла в АКПП

Конструктивно система охлаждения бывает жидкостной, воздушной или смешанной. Наиболее востребованным является первый вариант. Конструктивно она состоит из таких элементов:

1. Радиатор. Главный узел, через который проходит ОЖ с целью снижения температуры.
2. Помпа. Гарантирует циркуляцию рабочей ОЖ по системе. Бывает ременным, шестеренчатым или иных типов.
3. Термостат. Необходим для регулирования процесса прохождения антифриза через радиатор. Может иметь три положения — закрытое, частично / полностью открытое.
4. Вентилятор. Запускается для повышения эффективности обдува. Чаще всего необходим, когда машина движется на небольшой скорости и потока воздуха недостаточно для охлаждения.
5. Датчик температуры. Контролирует температурный режим и дает команду на необходимости запуска дополнительного охлаждения.
6. ЭБУ. Главный узел, который принимает сигналы и регулирует работу системы охлаждения двигателя автомобиля.

В зависимости от авто, в работе могут принимать участие и другие узлы, к примеру, реле охлаждения мотора, нагреватель термостат, управляющий узел вентилятора и т. д.

Это делается для более быстрого нагрева. Как только температурный показатель достигает 80-90 градусов Цельсия, срабатывает датчик и подает команду на открытие термостата.

При этом антифриз направляется через радиатор для поддержания нормальной температуры. Если двигатель продолжает нагреваться, подается сигнал на включение вентилятора, обеспечивающего дополнительный обдув.

Конструкция радиатора охлаждения

При обслуживании системы охлаждения необходимо знать конструктивные особенности радиатора. Он состоит из следующих элементов:

• бачок снизу;
• нижний патрубок;
• кран слива ОЖ;
• основная часть, состоящая из трубок и сот, через которые проходит антифриз;
• бачок сверху;
• верхний патрубок;
• горловина для заливки ОЖ.

Антифриз попадает сверху, поле чего опускается по соединительным трубкам и сотам, обдувается воздухом и теряет температуру.

Для повышения эффективности процесса между трубками предусматриваются пластины (актуально для старых версий) или полоски-ленты из алюминия (для новых типов). Наиболее востребованным является ленточный вариант, обеспечивающий улучшенную отдачу тепла и повышенную прочность.

Как устроена система охлаждения двигателя

При рассмотрении радиатора важно знать особенности системы охлаждения автомобиля, предназначенной для снижения температуры мотора до безопасного уровня. Кроме этого, в ее функции входит нагрев воздуха, охлаждение отработавших газов, потока в турбированном наддуве, а также масла в АКПП.
Конструктивно система охлаждения бывает жидкостной, воздушной или смешанной

Наиболее востребованным является первый вариант. Конструктивно она состоит из таких элементов:

1. Радиатор. Главный узел, через который проходит ОЖ с целью снижения температуры.
2. Помпа. Гарантирует циркуляцию рабочей ОЖ по системе. Бывает ременным, шестеренчатым или иных типов.
3. Термостат. Необходим для регулирования процесса прохождения антифриза через радиатор. Может иметь три положения — закрытое, частично / полностью открытое.
4. Вентилятор. Запускается для повышения эффективности обдува. Чаще всего необходим, когда машина движется на небольшой скорости и потока воздуха недостаточно для охлаждения.
5. Датчик температуры. Контролирует температурный режим и дает команду на необходимости запуска дополнительного охлаждения.
6. ЭБУ. Главный узел, который принимает сигналы и регулирует работу системы охлаждения двигателя автомобиля.

В зависимости от авто, в работе могут принимать участие и другие узлы, к примеру, реле охлаждения мотора, нагреватель термостат, управляющий узел вентилятора и т. д.

Это делается для более быстрого нагрева. Как только температурный показатель достигает 80-90 градусов Цельсия, срабатывает датчик и подает команду на открытие термостата.

При этом антифриз направляется через радиатор для поддержания нормальной температуры. Если двигатель продолжает нагреваться, подается сигнал на включение вентилятора, обеспечивающего дополнительный обдув.

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.

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Воздушное охлаждение

Рубашка цилиндра свободно обдувается воздухом, тем самым забирая большую часть тепла двигателя. Является самой простой, так как не требует сложных деталей и систем управления. Недостаток системы заключается в маленькой теплоёмкости воздуха, что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.

Примером машины с воздушным охлаждением может служит автомобиль ЗАЗ-965. Так как предполагалось, что советским автовладельцам придется обслуживать автомобиль самостоятельно (и с учётом дефицита запчастей), воздушное охлаждение оценивалось положительно и виделось весьма практичным в суровых зимних условиях (при низких температурах нет риска замерзания охлаждающей жидкости на стоянке). Кроме того, малая масса силового агрегата, его простота и разборная конструкция (съёмные цилиндры) позволяла отремонтировать автомобиль практически «в чистом поле». Однако такая конструкция системы охлаждения обусловила возникновение проблемы перегрева в жаркую погоду, которая особенно усугублялась в процессе износа двигателя, когда его оребрение покрывалось слоем масла и прилипшей к нему пыли. Следует отметить, что на автомобилях ЛуАЗ-967, где тот же двигатель работал с большей нагрузкой, но лучше обдувался набегающим потоком воздуха, его перегрев наблюдался редко.

Жидкостное охлаждение

Основная статья: Жидкостное охлаждение

Цилиндры двигателя охлаждаются жидкостью, после чего она возвращается в расширительный бачок. Является очень старым типом системы охлаждения, в настоящее время этот тип в автомобилестроении не используется, так как жидкость не успевает охладиться, поэтому двигатели, оснащённые этой системой охлаждения, не могут работать в течение длительного времени. Однако в двигателях речных и морских судов запас охлаждающей жидкости (забортной воды) не ограничен, что позволяет уменьшить вес силовой установки по сравнению с двигателями с гибридной системой охлаждения.

Гибридный тип

Сейчас гибридную систему называют жидкостной. Фактически она всё же гибридная, так как там тоже участвует воздух.

Система жидкостного охлаждения обычно включает следующие элементы:

• двойные стенки цилиндров, пространство между которыми заполнено охлаждающей жидкостью (например, водой или антифризом);
• теплообменник или радиатор, состоящий из трубок и полостей;
• вентилятор, состоящий из ступицы и лопастей, при вращении которого обеспечивается прокачка воздуха между трубками радиатора;
• насос центробежного типа для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости в системе;
• трубопроводы, связывающие двигатель с радиатором.

Двухконтурная система охлаждения

двухконтурная система охлаждения (напр. дизеля — Тепловоз ТЭП150). В одном контуре охлаждается вода дизеля, а в другом вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух (в тепло­обмен­ных аппаратах). Охлаждение воды обеих контуров осуществляется воздухом в полуторных радиаторных секциях холодильной камеры, имеющей три мотор-вентилятора. В контуре охлаждения воды дизеля используются радиаторные секции половинной глубины, а в контуре охлаждения воды второго контура используются радиаторные секции полной глубины. Мотор-вентиляторы холодильной камеры оборудованы системой плавного регулирования их производительности.

Подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.

Териология систем охлаждения

В то время как охлаждающий модуль вклю­чает компоненты, выполняющие опреде­ленные функции, система охлаждения охватывает все компоненты, относящиеся к охлаждению, в том числе и те, которые не входят в состав законченных конструктив­ах узлов. Сюда относятся компоненты, не входящие в состав модуля охлаждения, такие как соединительные трубопроводы и шланги, насосы, расширительные бачки и элементы Управления.

Технология систем охлаждения имеет целый ряд технических и экономических преимуществ:

• Снижение паразитных потерь за счет опти­мизации гидравлической части системы;
• Оптимизация процессов управления и динамики;
• Оптимизация системы отопления салона автомобиля;
• Большое количество вариантов, что по­зволяет выбрать наиболее подходящий для данного автомобиля и условий экс­плуатации;
• Стандартизованная концепция сборки всех компонентов системы охлаждения;
• Снижение затрат на разработку благодаря уменьшению количества интерфейсов.

Распространённые поломки термостата

Следующий шаг на пути к простой проверке термостата — знакомство с основными его неисправностями. Здесь тоже всё довольно легко, так как у столь простого узла может быть всего пять возможных поломок. Знать их полезно не только ради проверки, но и для понимания последствий той или иной неисправности. Тем боле, что некоторые из них могут привести к весьма дорогому ремонту.

Заклинивание в открытом состоянии

Эта неисправность термостата встречается чаще других. Заключается она в том, что клапан термостата в один прекрасный момент открывается полностью, и навсегда остаётся в таком состоянии. Происходит такое потому, что усилия пружины недостаточно, чтобы вернуть тарелку на своё исходное место. Как правило, причиной служит коррозия, накипь или твердение жидкости в капсуле.

Косвенные признаки заклинивания термостата в открытом состоянии:

1. Мотор долго не выходит на рабочую температуру даже в тёплое время года.
2. В морозы вообще не прогревается до нормы.
3. Печка либо еле греет, либо постоянно дует холодным воздухом.
4. Мощность двигателя снижается.
5. Расход топлива повышается.

Последствия поломки:

1. Ухудшается текучесть моторного масла.
2. Сокращается общий ресурс двигателя.
3. Автомобиль становится некомфортным в зимнее время года.

Если рассуждать в целом, то заклинивание термостата в полностью открытом положении — это не критически опасная поломка. Машина с ней может проездить долго и безотказно. Собственно говоря, много кто так и ездит, а о проверке термостата задумываются лишь с приходом холодов.

Заклинивание в закрытом состоянии

Это, пожалуй, самая опасная неисправность термостата. Когда охлаждающая жидкость остаётся «запертой» в малом контуре, перегрев двигателя неизбежен. Случается такое по нескольким причинам. Опять же, накипь и коррозия. А также капсула с жидкостью иногда перестаёт быть герметичной, и из-за этого не может выполнять свою работу

С такой поломкой проездить долго не получится, а потому очень важно всегда помнить о том, как её своевременно выявить

Косвенные признаки заклинивания термостата в закрытом положении:

1. Стрелка на панели приборов зашкаливает.
2. При наличии загораются соответствующие сигнальные лампы или ошибки.
3. Мотор может терять приёмистость, стабильность и даже глохнуть.
4. При работающей печке в салоне возможен едкий запах антифриза.
5. Белый пар из-под капота.

Последствия поломки зависят от того, на какой стадии она будет замечена. Если своевременно, то ничего страшного не произойдёт. Хотя и дальше ехать своим будет сложновато, а летом практически невозможно. Если же заклинивание термостата в закрытом состоянии прозевать, двигатель попросту перегреется и либо заглохнет, либо сломается. В общем — опасная неисправность.

Преждевременное открывание или закрывание

У исправного термостата момент открывания и закрывания наступает при определённых температурах, «комфортных» для двигателя. Если же клапан срабатывает раньше времени, то показатели охлаждающей жидкости постоянно выходят за пределы оптимального диапазона. Поломка эта не такая страшная, как заклинивание в закрытом состоянии, тем не менее…

Когда термостат начинает приоткрываться или закрываться раньше времени:

1. Двигатель не прогревается до рабочей температуры, как положено.
2. Печка никогда не греет на максимум.
3. Чуть повышается расход топлива.

В принципе, ничего страшного. Но неприятно. Причиной такой неисправности чаще всего становится естественный износ термостата. Хотя иногда попадается брак, и он чудит описанным образом сразу «из коробки».

Позднее открывание или закрывание

В этом случае всё наоборот — двигатель регулярно, хоть и не критично, перегревается, а из печки воняет палёным антифризом. Причины поломки аналогичные. Естественный износ или брак. Сюда стоит также добавить неправильно подобранный термостат. Такое иногда случается, так как вполне реально найти для своей машины подходящий по размерам вариант. Устанавливается он легко (ну или с помощью небольшой доработки напильником), а вот температуры, при которых он открывается и закрывается — рассчитаны для другого двигателя.

Неполное открывание или закрывание

Крайне редко встречающаяся поломка. Опасна только в том случае, если термостат неполностью открывается. Понятно, что рано или поздно это приведёт к перегреву двигателя. Если же клапан закрывается неполностью, то будет почти то же самое, что и в случае преждевременного срабатывания. Поэтому повторяться не будем. Приступим к проверке.

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:

1. ускорение прогрева двигателя до рабочей температуры;
2. нагрев воздуха для отопления салона;
3. охлаждение системы смазки ДВС;
4. охлаждение выхлопных газов (при применении рециркуляции);
5. охлаждение воздуха (при турбонаддуве);
6. 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).

Насос охлаждающей жидкости

Для разборки насоса: — отсоедините корпус насоса от крышки; — закрепите крышку в тисках, используя прокладки, и снимите крыльчатку валика съёмником А.40026; — снимите ступицу шкива вентилятора с валика при помощи съёмника А.40005/1/5; — выверните стопорный винт и выньте подшипник с валиком насоса; — удалите сальник из крышки корпуса.

Проверьте осевой зазор в подшипнике (не должен превышать 0,13 мм при нагрузке 49Н (5 кгс)), особенно если отмечался значительный шум насоса. При необходимости подшипник замените. Сальник насоса и прокладку между насосом и блоком цилиндров при ремонте рекомендуется заменять. Осмотрите корпус и крышку насоса деформации или трещины не допускаются

Сборка насоса: — установите оправкой сальник, не допуская перекоса, в крышку корпуса; — запрессуйте подшипник с валиком в крышку так, чтобы гнездо стопорного винта совпало с отверстием в крышке корпус насоса; — заверните стопорный винт подшипника и зачеканьте контуры гнезда, чтобы винт не ослабевал; — напрессуйте с помощью приспособления А.60430 на валик ступицу шкива, выдержав размер 84,4+0,1 мм. Если ступица из металлокерамики, то после снятия напрессовывать только новую; — напрессуйте крыльчатку на валик с помощью приспособления А.60430, обеспечивающего технологически зазор между лопаткам крыльчатки и корпусом насоса 0,9-1,3 мм; — соберите корпус насоса с крышкой, установите между ними прокладку.

Устройство системы охлаждения двигателя

В настоящее время в подавляющем большинстве легковых и грузовых транспортных средств установлена жидкостная (или водяная) система охлаждения закрытого типа. Это обусловлено тем, что она позволяет добиться равномерного и достаточно быстрого охлаждения цилиндроблока, при этом не производит сильного шума. Рассмотрим устройство узла на ее примере.

Она состоит из следующих элементов:

• радиатор для хладагента;
• радиатор для масла (присутствует не на всех моделях);
• теплообменник;
• вентилятор;
• насос;
• расширительный бачок;
• термостат;
• система шлангов и патрубков.

Рубашка цилиндров также является составной частью узла.

Основная задача радиатора – понижение температуры жидкости, которая циркулирует по контуру узла. Для этого он имеет трубчатое устройство, которое существенно облегчает отдачу тепла.

Масляный радиатор используется для понижения температуры масла в автомобильной системе смазки. Дело в том, что во время работы оно тоже достаточно сильно нагревается. Это обусловлено интенсивным трением смазываемых деталей, а также поступлением тепла от цилиндров.

Теплообменник используется для нагрева воздуха, который через него проходит. Это необходимо для запуска двигателя в холодное время года.

Вентилятор при необходимости нагнетает воздушный поток на радиатор, тем самым делая его прохождение (а значит, и охлаждение) более интенсивным. Устройство приводится в движение коленвалом или сцеплением.

Насос обеспечивает стабильную циркуляцию жидкости в системе, поддерживая ее давление на одном и том же уровне. Он вращается за счет подключения к коленчатому валу.

Расширительный бачок нужен на случай, если объем жидкости существенно возрастет в результате ее нагрева. Это устройство предотвращает повышение давления в патрубках, тем самым не допуская нарушения их целостности и утечку.

Термостат определяет количество охладителя в зависимости от степени его нагрева. Его основное назначение – регулировка температуры в целях ее поддержания на одном и том же уровне. На современных моделях транспортных средств вместо термостата стоит температурный датчик, который передает информацию на ЭБУ. Он, в свою очередь, вычисляет необходимые давление и температуру и подает соответствующие команды на клапаны.

Патрубки и шланги служат для соединения между собой всех остальных составных элементов системы. Именно по ним циркулирует охладитель по пути от одной детали к другой.

Также на некоторых ДВС присутствует дополнительная система. Она помогает избежать перегрева, когда мотор длительное время работает вхолостую. Чаще всего ее устанавливают на пожарные машины, бетономешалки и другой транспорт специального назначения.