Для чего служит система охлаждения двигателя. Как устроена система охлаждения автомобиля

Большая часть серьёзных неисправностей автомобиля связана с перегревом двигателя. Температура газов в цилиндре достигает 2000 гр. При сгорании топлива в цилиндре образуется большое количество тепла, которое необходимо отвести и тем самым не допустить перегрева деталей двигателя.

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…

Рис. 1 — двигатель, 2 — радиатор, 3 — отопитель, 4 — термостат, 5 — расширительный бачок, 6 — пробка радиатора, 7 — верхний патрубок, 8 — нижний патрубок, 9 — вентилятор радиатора, 10 — датчик включения вентилятора, 11 — датчик температуры, 12 — помпа.

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.

Поиск и устранение неисправностей в системе охлаждения

Специалистами фирмы «АБ-Инжиниринг» под руководством Хрулева А.Э. разработала таблица причин и последствий перегрева двигателя. Сам перегрев двигателя — это температурный режим его работы, характеризуемый закипанием охлаждающей жидкости. Но не только перегрев является неисправностью. Работа двигателя при постоянно пониженной температуре тоже считаем неисправностью, т.к. при этом двигатель работает при несвойственном ему температурном режиме. Выход из строя термостата, электровентилятора или вязкостной муфты, термовыключателей и пр. приведет к нештатной работе системы охлаждения. Если водитель вовремя обнаружит признаки нарушения теплового режима работы двигателя и не допустит необратимых процессов, то ремонт системы охлаждения не будет дорогим и долгим. Поэтому настоятельно рекомендуем обратить Ваше (и Ваших клиентов) внимание на температурные режимы двигателя.

А. Первым делом необходимо проверить схему соединения патрубков системы охлаждения, если автомобиль не новый или поступил в ремонт после ремонта на другом сервисе.

Кому-то такое предложение покажется смешным, но жизнь показала обратное, примеры:

• собранный после капремонта автомобиль имел соединение патрубка системы вентиляции картера с расширительным бачком системы охлаждения;
• установленный нештатный вентилятор с лопастями, направляющими воздушный поток не в ту сторону;
• лопасти электровентилятора свободно вращаются на валу выключенного двигателя;
• разъёмы электровентилятора разболтаны или оборваны и т.п.

Осмотреть радиатор на предмет внешнего засорения. Осмотреть зоны и пути естественного охлаждения двигателя. Отрицательным примером может служить мощная защита нижней части двигателя, которая преграждает путь воздушному потоку, охлаждающему двигатель снизу. Иногда поломка бампера, нижняя часть которого имеет направляющие воздушного потока на двигатель, приводит к перегреву (VW «Пассат» Б3).

Б. После осмотра необходимо проверить уровень охлаждающей жидкости в системе, наличие и исправность клапанов крышек радиатора и расширительного бачка, целостность патрубков и шлангов. Уточнить, какой антифриз или просто вода залиты в систему, т.к. температура кипения у каждой жидкости своя.

Если первые два пункта (А или Б) выявили какие-то неисправности, их необходимо устранить или принять к сведению при вынесении «приговора». При добавлении охлаждающей жидкости необходимо помнить, что не все автомобили спроектированы по принципу «просто добавь воды». К примеру на автомобиле БМВ (М20, Е34) при добавлении охлаждающей жидкости необходимо включить зажигание и установить регуляторы температуры печки в режим «максимально тепло», чтобы включились клапана печки и открылись для движения охлаждающей жидкости по системе, к тому же необходимо поднять радиатор вверх, т.к. расширительный бачок, встроенный в радиатор «чудо-проектировщиками» Германии, расположен ниже уровня печки салона и она часто завоздушивается.

Если есть подозрение на то, что двигатель завоздушен (в системе находится воздух, который препятствует движению жидкости), необходимо выкрутить специальные заглушки системы охлаждения для выпуска воздуха. Расположены они обычно в верхней части системы охлаждения двигателя. Запустить двигатель, включить отопители салона, включит вентилятор. Наблюдать за прогревом двигателя, узлов и агрегатов. Если в системе есть расширительный бачок, то проверить циркуляцию жидкости, т.е. её движение по системе. При добавлении оборотов двигателя до 2 500 — 3 000 в бачок должна поступать мощная струя охлаждающей жидкости. Из выкрученных (не полностью!) заглушек может некоторое время выходить воздух и как только польётся жидкость — заглушки необходимо закрутить. По мере прогрева двигателя из отопителя салона должен идти прогревающийся воздух. Если двигатель прогревается, а воздух из отопителя холодный, то это является первым признаком «завоздушивания» системы охлаждения. Необходимо заглушить двигатель и принять меры по поиску и устранению этой неисправности.

При исправном термостате (температура открытия может быть разной от 80 до 95 градусов) после прогрева нижний патрубок радиатора должен иметь примерно такую же температуру, как и верхний. Если это не так, значит плохая прокачка охлаждающей жидкости через радиатор.

При исправном термостате через некоторое время после его открытия должен включиться вентилятор системы охлаждения. Если в системе установлен не электровентилятор, то необходимо проверить датчик включения цепи электромагнитной муфты или работу вязкостной муфты. При неисправности вязкостной муфты вентилятор системы охлаждения на разогретом двигателе можно остановить и удерживать рукой (при остановке соблюдать осторожность — останавливать мягким предметом, чтобы не повредить крыльчатку вентилятора или руку). Необходимо проверить напор воздуха и его температуру — горячий воздух должен быть направлен на двигатель.

Давление в системе охлаждения должно медленно возрастать по мере прогрева двигателя и медленно опускаться после выключения двигателя. Если верхний патрубок, идущий к радиатору раздувается при повышении оборотов двигателя, необходимо проверить, не попадают ли в систему охлаждения часть отработанных газов. Обычно это заметно по масляной плёнке в расширительном бачке или пузырению охлаждающей жидкости. При этом из глушителя обычно интенсивно идёт белый дым от разогретой и испаряющейся охлаждающей жидкости, попадающей в цилиндры двигателя. В таком случае необходимо проверить маслозаливную горловину двигателя и сели на ней белая эмульсия, то охлаждающая жидкость не только в цилиндрах двигателя, но и в системе смазки (необходимо прекратить движение). Приведём несколько примеров из практики различных сервисов, которые «говорят» о том, что диагностика Двигателя неотделима от диагностики всех систем автомобиля, в том числе и системы охлаждения.

А\м МАЗДА 626 — хозяин жалуется на неравномерность оборотов двигателя или повышенные обороты холостого хода. Проверка системы управления (и самодиагностика) не выявили неисправности. Обратили внимание на повышенное напряжение на температурном датчике охлаждающей жидкости.

Система управления добавляет количество топлива, т.к. реагирует на высокое напряжение на датчике (двигатель холодный). Оказалось, что в системе охлаждения мало жидкости, датчик «оголён». Просто добавлен до нормального уровень охлаждающей жидкости и обороты нормализуются.

А\м ФОРД — охлаждающая жидкость попадала в масло нетрадиционным путём — через систему охлаждения масла, расположенную вокруг масляного фильтра.

А\м ФОРД — после прогрева двигателя переставал работать один цилиндр. Замена свечи и другие работы приводили к положительному результату (к определению неисправности это не имело отношения, просто за время проведения работ двигатель остывал) — цилиндр начинал работать и клиент уезжал. На следующий день он снова у нас. Оказалось — трещина в головке блока в районе выпускного клапана неработающего цилиндра. Пока двигатель холодный — всё в норме. При прогреве — трещина увеличивалась и начинала пропускать охлаждающую жидкость в цилиндр. Смесь обеднялась и начинались перебои в работе, а затем полностью отключался цилиндр.

Таких примеров можно приводить много, они есть в практике каждого авторемонтника. Главный вывод должен сделать себе каждый, кто серьёзно занят авторемонтом — замечать и анализировать всё значительное и незначительное, т.к. эти позиции могут резко поменяться местами.

На фото схема системы охлаждения двигателя Nissan Almera G15

• охлаждает масло системы смазки;
• охлаждает воздух, циркулирующий в системе турбонаддува;
• охлаждает отработавшие газы в системе их рециркуляции;
• охлаждает рабочую жидкость автоматической коробки передач;
• нагревает воздух, циркулирующий в системах вентиляции, отопления и кондиционирования.

Чаще других в автомобилях используется жидкостная система охлаждения. Она равномерно и достаточно эффективно охлаждает детали двигателя и работает с меньшим шумом, чем воздушная. Основываясь на популярности жидкостной системы, именно на её примере и будет рассмотрен принцип действия систем охлаждения двигателя автомобиля в целом.

Схема системы охлаждения двигателя

На фотографии схема системы охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ 2110 с карбюратором и ВАЗ 2111 с инжектором (оборудование для впрыска топлива).

1. обычный, масляный радиатор и радиатор охлаждающей жидкости;
2. вентилятор радиатора;
3. центробежный насос;
4. термостат;
5. теплообменник отопителя;
6. расширительный бачок;
7. рубашка охлаждения двигателя;
8. система управления.

Рассмотрим каждый из этих элементов по отдельности:

1. Радиаторы.

1. В обычном радиаторе нагретая жидкость охлаждается встречным потоком воздуха. Чтобы повысить его эффективность, в конструкции используется специальное устройство трубчатого вида.
2. Масляный радиатор предназначен для уменьшения температуры масла системы смазки.
3. Для охлаждения отработавших газов системы их рециркуляции задействуют третий вид радиаторов. Он позволяет охлаждать топливно-воздушную смесь при её сгорании, благодаря чему меньше образовывается оксидов азота. Дополнительный радиатор снабжен отдельным насосом, который также включен в систему охлаждения.

• гидравлический;
• механический (соединен на постоянной основе с коленчатым валом мотора автомобиля);
• электрический (работает от тока аккумулятора).

3. Центробежный насос. При помощи насоса в системе охлаждения обеспечивается циркуляция её жидкости. Центробежный насос может быть оснащен различным типом привода, например, ременным или же шестеренным. У двигателей с турбонаддувом помимо основного может быть использован дополнительный центробежный насос для более эффективного охлаждения турбокомпрессора и наддувочного воздуха. Для управления работой насосов используется блок управления двигателем.

4. Термостат. При помощи термостата осуществляется регулировка количества жидкости, попадающей в радиатор. Устанавливается термостат в патрубке, ведущем к радиатору от рубашки охлаждения мотора. Благодаря термостату можно управлять температурным режимом системы охлаждения.

В автомобилях с мощным двигателем может быть использован несколько иного вида - с электрическим подогревом. Он способен обеспечить регулирование температурного режима жидкости системы в двухступенчатом диапазоне при трех рабочих положениях.

В открытом состоянии такой термостат находится во время максимальной работы двигателя. При этом температура охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, понижается до 90 °С, благодаря чему снижается вероятность детонации двигателя. В остальных двух рабочих положениях термостата (открытое и полуоткрытое) температура жидкости будет поддерживаться на отметке 105 °С.

5. Теплообменник отопителя. Поступающий в теплообменник воздух нагревается для последующего его использования в отопительной системе автомобиля. Для повышения эффективности работы теплообменника его размещают непосредственно на выходе охлаждающей жидкости, прошедшей через двигатель и имеющей высокую температуру.

6. Расширительный бачок. Вследствие изменения температуры охлаждающей жидкости меняется и её объем. Чтобы компенсировать его, в систему охлаждения встраивается расширительный бачок, поддерживающий объем жидкости в системе на одном уровне.

7. Рубашка охлаждения двигателя. В конструкции такая рубашка представляет собой каналы для жидкости, проходящие через головку блока двигателя и блок цилиндров.

8. Система управления. В качестве элементов управления системы охлаждения двигателя в ней могут быть представлены следующие устройства:

1. Температурный датчик циркулирующей жидкости. Датчик температуры преобразует величину температуры в соответствующую величину электрического сигнала, который подается на блок управления. В тех случаях, когда система охлаждения используется для охлаждения отработавших газов или в других задачах, в ней может быть установлен ещё один температурный датчик, устанавливаемый на выходе радиатора.
2. Блок управления на электронной основе. Получая от датчика температуры электрические сигналы, блок управления автоматически реагирует и выполняет соответствующие воздействия на другие исполнительные элементы системы. Обычно, блок управления имеет программное обеспечение, выполняющее всю функции по автоматизации процесса обработки сигналов и настройки работы системы охлаждения.
3. Также, в системе управления могут быть задействованы следующие устройства и элементы: реле охлаждения мотора после его остановки, реле вспомогательного насоса, термостатный нагреватель, управляющий блок радиаторного вентилятора.

Принцип работы системы охлаждения двигателя в действии

• температура смазочного масла;
• температура жидкости, используемой для охлаждения двигателя;
• температура наружной среды;
• другие важные показатели, влияющие на работу системы.

С помощью центробежного насоса осуществляется принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Проходя через рубашку охлаждения жидкость нагревается, а попав в радиатор - остывает. Нагревая жидкость, сами детали двигателя остывают. В рубашке охлаждения жидкость может циркулировать как в продольном (по линии цилиндров), так и в поперечном направлении (от одного коллектора к другому).

От температуры охлаждающей жидкости зависит круг ее циркуляции. Во время запуска двигателя он сам и охлаждающая жидкость холодные, и чтобы ускорить его нагрев жидкость направляется на малый круг циркуляции, минуя радиатор. В дальнейшем, при нагревании двигателя, термостат нагревается и меняет свое рабочее положение на полуоткрытое. Вследствие этого охлаждающая жидкость начинает течь через радиатор.

Если встречного потока воздуха радиатора недостаточно для понижения температуры жидкости до требуемого значения, включается вентилятор, образующий дополнительный поток воздуха. Охлажденная жидкость вновь попадает в рубашку охлаждения и цикл повторяется.

Если в автомобиле используется турбонаддув, то он может быть оснащен двухконтурной системой охлаждения. Первый её контур охлаждает сам двигатель, а второй - наддувочный поток воздуха.

Смотрите познавательное видео про принцип работы системы охлаждения двигателя:

Кратко о том, как работает система охлаждения двигателя автомобиля.

Ответьте на вопрос какая часть автомобиля важнее: , или система охлаждения мотора? Если вы выбрали одну или две из предложенных позиций в списке, вы ответили неверно. На самом деле все вышеперечисленные позиции жизненно важны для любой машины. Сбой в каждой из них приведет к серьезным последствиям исправить которые будет непросто.

Возьмем, например, систему охлаждения мотора. Если она неисправна или режим работы двигателя превышает заложенные при ее проектировании рабочие показатели есть вероятность, что вы можете увидеть редкое явление, которое впоследствии будет приходить вам в кошмарных снах, из-под капота начнет валить густой горячий пар, а стрелка датчика температуры двигателя упрется в красную зону отмечая критический перегрев мотора. Двигатель после такой паровой бани и предельных температур вполне возможно отправится в автосервис на капитальный ремонт или прямиком на свалку. Таков результат неправильной работы системы охлаждения.

И так, первая полезная информация для новичков. Цель системы охлаждения- создать идеальные термические условия работы для двигателя, которые исключат возможность его перегрева. В ДВС происходят экзотермические реакции (то есть он производит большое количество тепла) и в том случае если система охлаждения не в состоянии забрать излишнее тепло от блока цилиндров, двигатель начнет деформироваться (может повести головку блока цилиндров), масло будет не в состоянии обеспечить достаточную защиту (ухудшаться его защитные свойства), двигатель начнет быстро изнашиваться и в конечном счете его заклинит.

Самой важной частью системы охлаждения двигателя безусловно является водяной насос. Он заставляет охлаждающую жидкость созданную на основе этиленгликоля циркулировать по самым горячим частям двигателя, а также через корпус термостата, радиатор, радиатор отопителя и другие трубки и шланги входящие в систему охлаждения.

Все двигатели внутреннего сгорания охлаждаются посредством конвективного теплообмена (перенос теплоты в неравномерно нагретой жидкой, газообразной и иных текучих средах, более подробно читайте здесь: yandex.ru) и почти во всех современных автомобилях в качестве жидкого антифриза используется жидкость, основанная на этиленгликоле. У нее есть ряд преимуществ по сравнению с другими техническими жидкостями, такие как высокая теплоемкость, очень высокая температура кипения и низкая температура замерзания. Именно ее прокачивает через двигатель водяной насос приводимый в движение от коленвала приводным ремнем привода вспомогательных агрегатов.

Как работает термостат?

В работе термостата используется воск. Воск залитый в латунную или алюминиевую капсулу при нагревании толкает небольшой поршень от корпуса термостата, сжимая пружину. Термостат открывается. После охлаждения системы пружина возвращает термостат в закрытое положение (работа термостата показана на 5.37 минуте видео. Кстати! Этот вариант показанный можно использовать в качестве проверки работы термостата с вашего автомобиля, если вы сомневаетесь в его правильном функционировании)

На холодном двигателе охлаждающая жидкость идет по так называемому малому кругу через блок цилиндров, головку блока цилиндров, именуемую «головой» и (по этой причине вы сразу же получаете теплый воздух в салоне после запуска двигателя).

Как только мотор достигает примерно 95 градусов, воск в термостате расширяется и открывает клапан направляя охлаждающую жидкость из двигателя в радиатор охлаждения.

Как устроен радиатор охлаждения?

Нагретая охлаждающая жидкость проходит через трубки радиатора, отдавая тепло от теплоносителя (жидкости) трубкам, затем передавая его ребрам радиатора (ребра выполнены из гофрированного металла). Ребра, с их большой площадью поверхности, способствуют высокой теплоотдачи встречаясь с набегающим потоком охлажденного воздуха (для увеличения эффекта охлаждения или в тех случаях, когда автомобиль находится в неподвижном состоянии, перед радиатором ставится большой вентилятор, который дополнительно прогоняет воздух через ребра охлаждения). Таким образом охлаждающая жидкость протекая через радиаторную решетку охлаждается и попадает в противоположный бак на радиаторе. Цикл повторяется, охлажденная жидкость возвращается в водяной насос и охлаждает двигатель, круг замкнулся.

Срез радиатора показывает нам два ряда трубок, через которые проходит охлаждающая жидкость, которая переносит тепло от двигателя ребрам радиаторной решетки.

Чтобы уберечь двигатель от перегрева, тем самым увеличивая срок безотказной эксплуатации автомобиля, необходима действенная система охлаждения. Предстоящее исследование посвящено «воздушникам», их устройству, а также достоинствам и недостаткам. Изучив предлагаемую информацию, можно сравнить принудительное охлаждение воздухом с жидкостным, чтобы сделать правильный выбор системы.

Чем привлекателен двигатель воздушного охлаждения

В функционирующем моторе температура цилиндров способна достигать 2000 градусов, тогда как оптимально допустимым считается режим 80-90 градусов. Разумеется, в таких экстремальных условиях ни одна деталь не прослужит долго. Для сохранности рабочих фрагментов автомашины двигатель нуждается в достаточно надежной системе охлаждения. Подобные конструкции имеют две разновидности:

1. система, использующая воздушное охлаждение. Здесь в качестве защиты работающего агрегата от перегрева выступает воздух;
2. жидкостное охлаждение ранее, в былые времена осуществлялось обычной водой. Технический прогресс отразился на создании специального вещества, названного антифризом. Также для снижения температуры мотора применяется тосол.

В настоящей публикации подробно рассматривается первая разновидность систем, оберегающих функционирующий двигатель от чрезмерного перегрева. Это позволит несведущему автолюбителю ознакомиться с устройством и принципом работы сложного технологического механизма.

Функции охлаждающих систем

Следует отметить, что поддержание оптимального температурного режима в двигателе автомобиля требует защиты не только от непомерного перегревания, но также от промерзания. Переохлаждение агрегата способно вызвать конденсацию топливно-воздушной смеси, вызванную соприкосновением горючего с прохладной поверхностью цилиндров.

Попадая в картер силовой установки, она приводит к разжижению смазочного вещества, что отражается потерей большинства его полезных характеристик.

Смешивание топлива с маслом вызывает досадное падение мощности мотора. Функционально важные детали двигателя быстрее изнашиваются. Также отрицательным моментом является загустевание масла в переохлажденном агрегате. Ухудшение своевременной подачи смазочного вещества в цилиндры приводит к непомерной растрате горючего, функциональная способность двигателя существенно понижается.

Помимо выполнения основной функции, системы охлаждения дополнительно обеспечивают:

• понижение температуры отработанных газов в системе рециркуляции;
• вентиляцию и кондиционирование воздуха в салоне автомобиля. Также они отвечают за отопление;
• своевременное охлаждение моторного масла;
• поддержание оптимального температурного баланса в турбокомпрессорных агрегатах;
• охлаждение рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат.

Назначение и принцип действия системы воздушного охлаждения

Установлено, что перегревающийся двигатель вызывает непомерный расход топлива, также тратится большое количество машинного масла. Важные для нормального функционирования автомобиля детали быстро выходят из строя вследствие скорого износа. К тому же, нарушение температурного режима может привести к необоснованной потере мотором необходимой мощности.

С помощью воздушной системы охлаждения в двигателе поддерживается оптимальная температура. Также ее предназначением является контроль подогрева воздуха в салоне автомобиля. Она следит за своевременным охлаждением смазочных материалов, снижает температуру рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат, а порой поддерживает оптимальный режим в дроссельном узле и приемном коллекторе.

Принцип действия системы заключается в отведении тепла потоком воздуха от чрезмерно нагревающихся деталей работающего двигателя. Таким путем охлаждаются цилиндры, головки блока и масляного радиатора.

Воздушный поток к двигателю нагнетается принудительно алюминиевыми лопастями вентилятора, защищенного специальной сеткой от нежелательного попадания случайных предметов, способных повредить агрегат. Дефлекторы равномерно распределяют воздух, поступающий через ребра охлаждения, между всеми деталями функционирующего мотора.

Конструкция вентилятора

Следует отметить, что принудительное воздушное охлаждение невозможно без специального устройства. Вентилятор, являющийся необходимым звеном рассматриваемой системы, состоит из следующих деталей:

• направляющего диффузора, оснащенного по окружности стационарными, радиально расположенными лопастями переменного сечения, влияющими на равномерное распределение воздушного потока;
• ротора, имеющего восемь особых лопаток, размещенных по радиусу;
• алюминиевых лопастей, нагнетающих поток воздуха в требуемом направлении;
• кожуха, предотвращающего попадание тепла из внешнего пространства;
• защитной сетки, предохраняющей механизм от случайного проникновения посторонних предметов внутрь устройства.

Лопастями диффузора изменяется направление воздушного потока, и он устремляется в сторону, противоположную вращению ротора. Это способствует увеличению атмосферного давления, вызывая лучшее охлаждение двигателя.

Преимущества и недостатки системы охлаждения двигателя воздухом

Отдельно следует заметить, что иногда для обеспечения нормального температурного режима вполне достаточно естественной циркуляции атмосферных потоков. Внешняя поверхность цилиндров мопедов, мотоциклов, поршневых и прочих простейших двигателей оснащается специальными ребрами, способствующими отдаче тепла во внешнюю среду.

Сложная конструкция автомобильного мотора требует принудительного охлаждения. Воздушному потоку необходимо придать определенное направление. Для этой цели используются вентиляторы.

Двигатели с воздушным охлаждением обладают следующими достоинствами:

1. чрезвычайной простотой конструкции, значительно упрощающей процесс ремонта или замены пришедших в непригодность деталей;
2. сравнительно небольшим весом;
3. основательной надежностью;
4. приемлемой стоимостью;
5. хорошими характеристиками холодного запуска мотора.

Однако, прежде чем выбрать автомобиль, имеющий двигатель воздушного охлаждения, следует ознакомиться и с недостатками рассматриваемых систем. Они характеризуются:

1. непомерным шумом, который создается работающим вентилятором;
2. увеличением размера двигателя в связи с необходимостью дополнительного пространства для размещения обдувающего устройства;
3. неравномерностью направленности воздушных потоков, что определяет возможность локального перегрева;
4. чрезмерной чувствительностью к качеству горючего, смазочных материалов, а также повышенными требованиями к состоянию запчастей.

Тем не менее, воздушное охлаждение приобрело свою нишу в автомобилестроении. Такими моторами оснащают грузовики, сельскохозяйственную технику и машины с дизельными ДВС.

Распространенные мифы о «воздушниках», истина или вымысел

К сожалению, недостатки «Запорожца» окончательно подорвали доверие отечественных автолюбителей к воздушной системе охлаждения двигателя. Ее обвиняли в сильном нагревании, недостаточной мощности и быстром выходе из строя. В то время, как немецкий «Жук», оснащенный подобной системой, пользуется неизменной популярностью у потребителей, радуя производителя постоянным повышенным спросом.

Равняясь на характеристики германского автомобиля, подробно исследуем некоторые довольно распространенные легенды, преследующие двигатели, охлаждаемые воздухом.

Утверждение 1. «Воздушник» проигрывает жидкостной системе за счет сильного нагревания

Отнюдь не является непреложной истиной. В действительности температурные особенности, наоборот, можно считать достоинством двигателя, охлаждаемого воздушным потоком. Разумеется, пониженная теплопроводность не позволяет воздуху отбирать тепло с достаточной скоростью, обеспечиваемой водой или антифризом.

Однако, отличие температур на поверхности цилиндров и во внешней среде значительно больше разницы между стенками и жидкостью, перемещающейся внутри системы. Поэтому, погодные условия в меньшей степени влияют на тепловой режим «воздушника». Возможность перегрева мотора с жидкостным охлаждением в жару намного выше.

Утверждение 2. Большие габариты

Также весьма спорно. При сравнении размеров двух двигателей, имеющих равные диаметры цилиндров и одинаковый ход поршня, но оснащенные разными системами охлаждения, преимущество зачастую оказывается на стороне «воздушника».

Несмотря на довольно внушительный вид вентилятора с дефлектором и достаточно громоздкие кожухи, окружающие цилиндры с головками, его параметры оказываются несколько компактнее, чем у жидкостного агрегата.

К тому же, «водянка» занимает значительно большее пространство за счет дополнительного оборудования, выносимого за пределы двигателя. На кузове находится весьма громоздкий радиатор, оснащенный вентилятором. Также большое количество всевозможных шлангов отнюдь не добавляют компактности.

Утверждение 3. Воздушные системы проигрывают жидкостным в надежности

Не соответствует действительности. Статистические исследования утверждают, что в одном из пяти случаев отказа двигателя вина ложится на жидкостное охлаждение. Причиной являются отказоопасные детали наподобие термостата, радиатора, помпы и пр.

Простота конструкции обеспечивает надежность вентилятора с дефлектором, объясняемую низкой вероятностью поломки. Кроме того, привлекательным моментом, свидетельствующим в пользу «воздушника», считается снижение расходов на обслуживание системы.

Утверждение 4. Воздушное охлаждение слишком громкое

К сожалению, является истинным. Конструктивными особенностями воздушной системы не предусмотрены эффективные звукопоглощающие устройства, которыми располагает жидкостной двигатель. Кроме того, ребра цилиндров и головок «воздушника» иногда, наоборот, усиливают шумы, производимые функционирующим мотором.

Конструкторы предусмотрели звукоизоляцию жидкостной системы, осуществляемую благодаря удвоенным стенкам рубашки охлаждения, внутри которой циркулирует антифриз или вода. Поэтому на этой позиции «воздушник» действительно оказался в проигрыше.

Утверждение 5. Воздушные двигатели быстрее изнашиваются

Является правильным применительно к устаревшим системам. Вентилятор просто нагнетал потоки воздуха на ребра цилиндров, не обеспечивая достаточной равномерности обдува. Современные двигатели характеризуются рациональным распределением тепла.

К тому же, более высокая температура на стенках цилиндров «воздушников» способствует сокращению потерь, вызываемых трением колец о цилиндры благодаря лучшему разжижению смазочных материалов. Это объясняет меньший износ деталей. Масло меньше подвергается окислению, что замедляет его старение, позволяя экономить на частой замене.

Утверждение 6. Недостаточная мощность

Не совсем верно. Причиной подобного обвинения является ухудшение весового наполнения цилиндров рабочей жидкостью, вызывающее непродолжительное падение мощности двигателя. Это происходит благодаря повышению температуры цилиндров и головок с увеличением нагрузки, что ведет к нежелательному нагреванию воздуха внутри системы.

Однако, при большем количестве оборотов разница в коэффициенте наполнения у воздушных двигателей и жидкостных моторов становится меньше 3,5%, установленных исследованиями, практически устремляясь к нулю. Поэтому, бороться с потерей отдачи можно, увеличивая обороты.

Заключение

Итак, проведенное исследование доказало, что охлаждение воздухом ничуть не хуже жидкостного, а по некоторым параметрам и вовсе превосходит его. Не пора ли производителям задуматься о возобновлении выпуска автомобилей с воздушными системами? Спрос потребителей будет расти, несмотря на печальный опыт злосчастного «Запорожца».

К атегория:

Автомобили и трактора

Основные элементы жидкостном системы охлаждения

Рубашка охлаждения - пространство между двойными стенками блока и головки блока цилиндров или между стенками блока и мокрыми гильзами.

Для обеспечения равномерного охлаждения всех цилиндров жидкость в рубашку охлаждения поступает по распределительной трубе, идущей вдоль верхней части блока цилиндров. В трубе имеются отверстия для подачи жидкости в первую очередь к наиболее нагретым частям двигателя. Не имеют распределительных труб V-образные шести- и восьмицилиндровые двигатели, так как в каждом ряду у этих двигателей расположено всего три-четыре цилиндра.

Радиатор служит для охлаждения жидкости, поступающей из рубашки охлаждения. Радиатор (рис. 37, а) состоит из верхнего и нижнего резервуаров (бачков) и сердцевины, в которой и происходит охлаждение жидкости. В бачках имеются патрубки, соединяемые с патрубками двигателя. В верхнем бачке имеется горловина (через которую заливается жидкость), закрываемая пробкой. Внутри бачка или в горловину впаяна пароотводная трубка. которая отводит пар из системы в случае ‘ закипания жидкости, предотвращая увеличение давления в системе. В нижнем бачке или в патрубке монтируется краник для слива жидкости из радиатора.

Рис. 36. Система охлаждения двигателя СМД-14

Сердцевины радиаторов бывают труб-чато-пластинчатые, трубчато-ленточные и пластинчатые (рис. 37, б, в, г). Для придания радиатору большей прочности с обеих сторон сердцевины припаяны жесткие боковины. Радиатор вмонтирован в рамку (см. рис. 37, а), которая крепится к поперечным рамам на резиновых подушках или на пружинах, которые обеспечивают мягкость и эластичность крепления.

Патрубки бачков радиатора соединены с патрубками двигателя гибкими шлангами, которые закреплены на патрубках стяжными хомутами.

Заливная горловина радиатора закрывается специальной пробкой (рис. 38, а), имеющей паровой и воздушный клапаны. Пароотводная трубка впаяна сбоку в горловину над клапанами пробки. В случае возникновения разрежения, равного 0,002-0,01 МПа, воздушный клапан открывается и впускает в верхний бачок воздух из атмосферы. Паровой клапан открывается и выпускает пар из верхнего бачка в атмосферу через пароотводную трубку при повышении избыточного давления в нем до 0,03 МПа (рис. 38, б). Пробка с паровоздушным клапаном унифицирована для большинства отечественных автомобилей и тракторов.

У некоторых тракторных двигателей паровоздушный клапан помещается в отдельном корпусе, который крепится к верхнему бачку радиатора.

Для регулирования интенсивности обдува радиатора встречным потоком воздуха служат жалюзи или шторки радиатора. Они состоят из отдельных пластин-створок (рис. 39), укрепленных шар-нирно впереди радиатора. С помощью тяги/и системы рычагов пластины поворачиваются вокруг своей оси на угол до 90°.

Водяной насос служит для осуществления принудительной циркуляции охлаждающей жидкости. На двигателях с принудительным охлаждением устанавливаются центробежные насосы большой производительности, создающие давление на линии нагнетания от 0,05 до 0,2 МПа. У большинства моделей двигателей водяной насос установлен на одном валике с вентилятором и приводится в действие от коленчатого вала клино-ременной передачей.

Рис. 37. Радиатор системы охлаждения

Рис. 38. Пробка радиатора:
а - открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан

Рис. 39. Жалюзи радиатора

Принципиальная схема насоса показана на рис. 40, а. Поступающая к патрубку вода подхватывается лопастями крыльчатки и центробежной силой отбрасывается в выходной патрубок, который расположен по касательной к корпусу насоса.

Вал (рис. 40, б) насоса вращается в двух шарикоподшипниках, имеющих уплотнения для удержания смазки в подшипниках и защиты их от загрязнения. Место выхода заднего конца вала из корпуса подшипников уплотнено манжетой, которая состоит из графитизированной текстолитовой шайбы, резинового уплотнителя пружины с двумя обоймами. Полость между подшипниками заполняют смазкой через масленку. На заднем конце вала установлена крыльчатка, которая вращается в корпусе насоса. На переднем конце вала с помощью разрезной конусной втулки и шпонки крепится ступица вентилятора. Такое крепление дает возможность подтягивать ступицу при ослаблении посадки шкива. Привод насоса и вентилятора осуществляется клиновыми ремнями.

При работе насоса охлаждающая жидкость по подводящему патрубку из нижнего бачка радиатора поступает внутрь корпуса. При вращении крыльчатки жидкость отбрасывается центробежной силой к стенкам корпуса и через выходной канал под давлением поступает в рубашку охлаждения двигателя и далее в верхний бачок радиатора.

Вентилятор служит для создания воздушного потока, который охлаждает жидкость в радиаторе и поверхность двигателя.

Вентилятор состоит из вала со шкивом и лопастями, который установлен на подшипниках в общем корпусе с водяным насосом. На наружном конце вала закрепляется ступица, к которой прикрепляются шкив и вентилятор. По числу лопастей вентиляторы бывают двух-, четырех-, пяти,- шести- и восьмилопастные. Наибольшее распространение получили вентиляторы с четырьмя и шестью лопастями. Вентилятор устанавливается за радиатором перед двигателем. Для создания направленного потока воздуха часто устанавливается направляющий кожух, значительно повышающий интенсивность охлаждения. Для уменьшения вибрации и шума лопасти вентилятора располагают крестообразно, попарно под углами 70° или 110°. Лопасти изготовляются штамповкой из листовой стали толщиной 1,25- 1,8 мм и крепятся к ступице шкива. Ширина лопастей обычно не превышает 70 мм.

Рис. 40. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-130:
а - принципиальная схема; б - конструкция насоса и вентилятора

На новых моделях автомобилей КамАЗ ГАЗ и других в целях ускорения прогрева двигателя зимой устанавливают вентиляторы с механизмами для их отключения.

Вентиляторы выполняются совместно с водяным насосом (ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, МТЗ-80, ДТ-75М и др.) или отдельно от него (ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 и др.).

Насос и вентилятор приводятся в действие клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Шестеренный привод вентилятора применяется в дизельных двигателях ЯМЭ-236 и ЯМЗ-238. Натяжение ремня регулируется посредством изменения положения шкива генератора (ЗИЛ-130, ДТ-75М, МТЗ-80 и др.), винтовым натяжным устройством (Д-130, Д-108 и др.) или натяжным роликом (ГАЗ-53А и др.).

Рис. 41. Гидромуфта привода вентилятора двигателя ЯМЗ-740

Для поддержания наивыгоднейшего теплового режима двигателя ЯМЗ-740 привод вентилятора осуществляется посредством гидромуфты, которая включается и выключается автоматически в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения. При такой конструкции вентилятор установлен на ведомом валу гидромуфты, которая крепится в передней части блока двигателя и приводится во вращение коленчатым валом двигателя с помощью валика привода гидромуфты.

Гидромуфта состоит из ведущих и ведомых частей, расположенных в полости, образуемой передней крышкой и корпусом (рис. 41).

Ведущая часть гидромуфты, вращающаяся на шариковых подшипниках, состоит из ведущего колеса в сборе с кожухом, ведущего вала и ступицы со шкивом.

Ведомая часть гидромуфты, вращающаяся на шариковых подшипниках, состоит из ведомого колеса, соединенного с ведомым валом, на котором закреплена ступица вентилятора.

Внутренние поверхности ведущего и ведомого колес имеют лопатки. Полость гидромуфты уплотнена резиновыми манжетами.

При работающем двигателе масло, поступающее из системы смазки, попадает на лопатки вращающегося ведущего колеса. Частицы масла, увлекаемые лопатками ведущего колеса, ударяясь вi лопатки ведомого колеса, обеспечивают вращение ведомых деталей и вентилятора. Частота вращения ведомого колеса с вентилятором зависит от количества масла, поступающего в полость гидромуфты.

Корректирование режима работы вентилятора в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения осуществляет выключатель гидромуфты. Он обеспечивает соединение или разъединение ведущего вала с ведомым путем регулирования расхода масла через гидромуфту, а вместе с тем и включение или выключение вентилятора, установленного на ведомом валу гидромуфты.

Выключатель гидромуфты золотникового типа расположен на патрубке, подводящем охлаждающую жидкость к правому боку цилиндров. Он имеет термосиловой элемент, заполненный активной массой, плавящейся с увеличением температуры охлаждающей жидкости. Когда температура жидкости повысится до 80-95 °С, объем активной массы настолько увеличится, что находящийся под ее действием шток переместит золотник выключателя и откроет проход для масла от насоса двигателя в полость гидромуфты. Заполнение полости гидромуфты маслом обеспечивает передачу вращения от ведущего колеса к ведомому Ведомое колесо муфты увеличивает частоту своего вращения, а вместе с этим возрастает и частота вращения вентилятора. Это возрастание происходит очень плавно, и вентилятор равномерно увеличивает скорость воздуха, проходящего через радиатор. С уменьшением подачи масла в полость гидромуфты его объем становится недостаточным для передачи вращения ведущим и ведомым колесам гидромуфты, поскольку из ее полости маслу открыт проход для стекания в поддон картера двигателя. При полном прекращении подачи масла в полость гидромуфты она перестает передавать вращение вентилятору.

Термостат служит для автоматического регулирования температуры жидкости в системе охлаждения путем изменения интенсивности ее циркуляции через радиатор и ускорения прогрева двигателя после пуска.

Термостаты бывают одно- и двухкла—панные жидкостные и с твердым наполнителем. На автотракторных двигателях ранее применялись жидкостные термостаты, а в настоящее время устанавливают термостаты с твердым наполнителем.

Жидкостный термостат (рис. 42, а) состоит из гофрированого цилиндра, заполненного легкокипящей (при 75- 85 °С) жидкостью, корпуса с окнами, основного и перепускного клапанов.

При температуре охлаждающей жидкости ниже 70 °С цилиндр сжат и основной клапан закрыт. Охлаждающая жидкость по перепускному каналу поступает обратно к водяному насосу через два окна, минуя радиатор, благодаря чему достигается быстрый прогрев двигателя.

При повышении температуры жидкости свыше 70 °С в гофрированном цилиндре начинается ее испарение и давление в нем повышается. Под действием возросшего давления основной клапан поднимается, открывая доступ охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в радиатор по патрубку. Одновременно с подъемом основного клапана поднимается и перепускной клапан, постепенно перекрывающий окно и прекращающий доступ охлаждающей жидкости в перепускной канал. При температуре охлаждающей жидкости 81-85 °С прекращается циркуляция через перепускной канал и жидкость в радиатор поступает только через патрубок.

Термостат с твердым наполнителем состоит из медного баллона (рис. 42, б), наполненного активной массой, состоящей из церезина (нефтяной воск), перемешанного с медным порошком. Баллон закрыт крышкой с резиновой мембраной. На мембрану опирается шток, который соединен шарнирно с заслонкой, установленной на шарнирной опоре в горловине водяного патрубка. При непрогретом двигателе заслонка постоянно прижата к краям горловины пружиной и охлаждающая жидкость циркулирует, минуя радиатор, ускоряя прогрев двигателя. При достижении охлаждающей жидкостью температуры 70-85 °С церезин в баллоне термостата плавится и, увеличивая свой объем, перемещает шток с резиновым буфером вверх, открывая заслонку 15. Охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.

При снижении температуры активная масса уменьшает свой объем и заслонка под действием пружины прикрывается. Схема циркуляции охлаждающей жидкости при разных положениях клапана термостата показана на рис. 43.

Слив жидкости из системы охлаждения производится при снятой пробке радиатора через сливные краники на радиаторе и на блоке. У V-образных двигателей имеются два краника (см. рис. 35) на блоке и третий на патрубке радиатора. Пусковой подогреватель также оборудуется сливным краником.

Рис. 42. Термостаты:
а - жидкостного типа: б - с твердым наполнителем

Рис. 43. Схема циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения:
а - при закрытом клапане термостата (малый круг циркуляции); б – при открытом клапане (большой круг циркуляции)

Элементы жидкостной системы охлаждения соединяются при помощи стальных труб, чугунных патрубков и прорезиненных гибких шлангов с хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора.

Конденсационный (расширительный) бачок компенсирует изменение объема жидкости при ее нагревании, способствует удалению из охлаждающей жидкости воздуха и конденсации пара, поступающего в него из системы охлаждения.

Расширительный бачок (рис. 44) соединяется перепускной трубкой с верхним бачком радиатора. На верхнем бачке радиатора устанавливается бесклапанная пробка, а на конденсационном бачке - пробка с клапанами, конструкция которых приведена на рис. 38. Бачок имеет сливной кран и пароотводную трубку. При кипении охлаждающей жидкости пар по трубке поступает в расширительный бачок и конденсируется при перемешивании с жидкостью, находящейся в бачке. С понижением температуры в бачке создается разрежение. При этом открывается впускной клапан пробки и воздух поступает внутрь бачка, а охлаждающая жидкость из расширительного бачка пополняет систему. Благодаря наличию бачка в радиаторе поддерживается необходимый уровень жидкости.

Контроль за температурой в системе охлаждения осуществляют по показаниям электрических указателей температуры воды, а также аварийными сигнализаторами.

Рис. 44. Расширительный бачок