Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя. Типы систем охлаждения

Воздушка или водянка

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания предназначена для отвода излишнего тепла от деталей и узлов двигателя. На самом деле эта система вредна для вашего кармана. Приблизительно треть теплоты, полученной от сгорания драгоценного топлива, приходится рассеивать в окружающей среде. Но таково устройство современного ДВС. Идеальным был бы двигатель, который может работать без отвода теплоты в окружающую среду, а всю ее превращать в полезную работу. Но материалы, используемые в современном двигателестроении, таких температур не выдержат. Поэтому по крайней мере две основные, базовые детали двигателя — блок цилиндров и головку блока — приходится дополнительно охлаждать. На заре автомобилестроения появились и долго конкурировали две системы охлаждения: жидкостная и воздушная. Но воздушная система охлаждения постепенно сдавала свои позиции и сейчас применяется, в основном, на очень небольших двигателях мототранспорта и генераторных установках малой мощности. Поэтому рассмотрим подробнее систему жидкостного охлаждения.

«Воздушники» громкие

А вот это правда. Но даже огромный самосвал «Татра» не ревет, мотор просто более шумный. В особенностях конструкции не предусмотрено каких-либо эффективных звукопоглощающих систем. В жидкостных двигателях такие системы есть. Кроме того, шум усиливается за счет прохождения воздушных потоков через ребра цилиндров и головок.

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:

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

Структура системы

Подавляющее большинство ДВС имеют жидкостную систему охлаждения (закрытого типа), использующую принцип принудительной циркуляции. Именно она, с одной стороны, способно обеспечить максимально эффективное охлаждение, а с другой, — является более эргономичным и комфортным способом отвода избыточного тепла от двигателя.

Устройство и принципиальная схема системы охлаждения двигателя (как дизельного, так и бензинового) включает в себя работу следующих компонентов:

радиатора с вентилятором (электрическим, механическим или гидравлическим);
радиатора отопителя («печки») с электрическим вентилятором;
рубашек охлаждения блока цилиндров и головки блока;
термостата;
циркуляционного (водяного) насоса («помпы»);
расширительного бачка;
крана радиатора «печки»;
соединительных патрубков и шлангов.

В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вода, тосол, антифриз. Система охлаждения подавляющего числа автомобилей использует тосол, как более оптимальный вариант, из-за хорошего соотношения стоимости и функциональных характеристик.

Устройство автомобильной системы охлаждения

В большинстве случаев, она состоит из двух контуров. Это малый и большой круг. Давайте рассмотрим назначение каждого из них, и почему их несколько, если двигатель один, радиатор один и т.д.

Малый контур охлаждения

Его назначение – как можно быстрее нагреть двигатель до оптимальной температуры. Если этого не сделать, то будет повышенный износ деталей ДВС и большой расход топлива.

В себя включает:

Рубашка охлаждения двигателя
Жидкостный насос, он же помпа
Шланги
Радиатор салонной печки (отопителя салона)
Термостат

Рассмотрим каждый из компонентов в отдельности

Охлаждающая рубашка ДВС

Она расположена в корпусе двигателя. В нем вырезаны или отлиты на заводе специальные каналы. По ним протекает охлаждающая жидкость (вода, антифриз или тосол). Эта жидкость отбирает тепло от цилиндров двигателя во время его работы, не давая ему перегреваться, позволяет работать в оптимальных температурных режимах.

Эти каналы отделены от головки блока цилиндра резиновой, а в большинстве случаев металлической прокладкой. Она герметизирует блок двигателя от головки, не давая жидкости перетекать в цилиндры, клапана. Если эта прокладка «рассохнется» и потеряет герметичность, то последует немедленный перегрев движка и попадание тосола в цилиндры.

Это чревато дорогостоящим ремонтом, так как охлаждающая жидкость по стенкам цилиндров стекает в масленый поддон, разбавляя моторное масло. Из-за этого оно теряет свои смазывающие свойства, а это задиры на трущихся деталях.

Помпа или циркуляционный насос

Из его названия следует и его назначение. Он заставляет циркулировать «охлаждайку» по системе. На некоторых автомобилях в действие его приводит либо ремень ГРМ, либо ремни навесных агрегатов.

Компоненты

Рубашка головки и блока цилиндров

представляют собой каналы, отлитые в алюминиевом или чугунном изделии. Каналы герметичны, а стык блока и головки цилиндров уплотнен прокладкой.

Насос охлаждающей жидкости

лопастной, центробежного типа. Приводится во вращение либо ремнем ГРМ, либо ремнем привода вспомогательных агрегатов.

Термостат

представляет собой автоматический клапан, срабатывающий при достижении определенной температуры. Он открывается, и часть горячей жидкости сбрасывается в радиатор, где и остывает. В последнее время стали применять электронное управление этим простым устройством. Охлаждающую жидкость начали подогревать специальным ТЭНом для более раннего открытия термостата в случае потребности.

Жидкостная система охлаждения

В настоящее время для эффективного охлаждения автомобильных двигателей используют закрытую систему жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

Конструкция

В обязательном порядке система содержит расширительный бачок, который служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Кроме того, через него заливают теплоноситель.

Также в состав системы входят:

водяная рубашка силового агрегата (пространство между двойными стенками блока цилиндров и его головки в местах отвода чрезмерного количества тепла);
датчик температуры;
биметаллический или электронный термостат, обеспечивающий оптимальную температуру в системе;
помпа-насос центробежного типа, обеспечивающий принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;
вентилятор, с помощью которого усиливается поток встречного воздуха на основной радиатор системы;
радиатор, осуществляющий передачу тепла окружающей среде;
радиатор отопителя, предназначенный для передачи тепла непосредственно в салон автомобиля;
контрольный прибор, встроенный в панель приборов автомобиля.

Принцип действия

Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Постоянно циркулируя внутри системы, она отводит тепло от составных частей мотора, нагревающихся в процессе работы, нагревается, попадает в радиатор, охлаждается в радиаторе встречным потоком воздуха и возвращается обратно.

При необходимости включается вентилятор, усиливая эффективность охлаждения. Для замкнутых систем охлаждения температура теплоносителя не должна превышать 126 градусов Цельсия. Таким образом, обеспечивается оптимальный тепловой режим работы силового агрегата.

Дополнительные функции

Кроме своей главной задачи – отвода тепла от нагревающихся элементов, жидкостная система охлаждения двигателя обеспечивает также:

Прогрев силового агрегата в холодное время года

В современных системах жидкостного охлаждения предусмотрено два контура, по которым может циркулировать охлаждающая жидкость. Это сделано для того, чтобы в момент пуска холодного двигателя, когда его детали и сама жидкость имеют низкую температуру, циркуляция теплоносителя осуществлялась по малому кругу (мимо радиатора).

Обеспечивается это термостатом, который в момент, когда температура поднимется до определенного уровня (70-80 градусов Цельсия), открывается, давая возможность теплоносителю циркулировать по большому кругу (через радиатор). Таким образом, осуществляется ускоренный процесс прогрева двигателя.

Нагревание воздуха в салоне автомобиля

В холодное время года с помощью горячего теплоносителя происходит нагревание воздуха в салоне автомобиля. Для этого служит дополнительный радиатор, установленный в салоне и оснащенный собственным вентилятором. С их помощью тепло, отобранное от горячей жидкости, распространяется по всему объему салона.

Снижение температуры нагнетаемого в цилиндры воздуха

Специально для двигателей, оснащенных турбонагнетателями, предусмотрены двухконтурные системы, в которых один контур обеспечивает охлаждение жидкости, а второй – охлаждение воздуха.

Кроме того, контур охлаждения теплоносителя также представляет собой двухконтурную систему, один контур которой охлаждает головку блока цилиндров, а другой – сам блок.

Это вызвано тем, что в турбированном моторе температура головки блока цилиндров должна быть ниже температуры самого блока на 15…20 градусов Цельсия. Особенностью такой системы охлаждения является то, что каждый контур контролируется собственным термостатом.

Достоинства и недостатки

Жидкостная система охлаждения двигателя присутствует практически у всех современных автомобилей. Принципиально отличаясь от систем воздушного охлаждения, она гарантирует:

равномерное и быстрое прогревание силового агрегата;
эффективный отвод тепла в любых условиях эксплуатации двигателя;
снижение затрат мощности;
стабильный тепловой режим работы мотора;
возможность использования выделяемого тепла для нагревания воздуха в салоне и пр.

Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно отметить:

необходимость регулярного обслуживания и сложность ремонта;
повышенную чувствительность к изменениям температуры.

Неисправности и способы их устранения

Всем системам жидкостного охлаждения свойственны характерные неисправности. Чаще всего встречаются:

заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);
поломка помпы;
повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;
утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).
Кроме того, достаточно часто термостат заклинивает в положении «Открыто» (теплоноситель циркулирует по большому кругу), что увеличивает время прогрева холодного мотора и способствует нестабильности теплового режима при его дальнейшей работе.

Все эти неисправности характеризуются значительным повышением рабочей температуры силового агрегата, что может привести к закипанию теплоносителя и перегреву мотора.

Устраняются все дефекты путем замены неисправных и/или поврежденных деталей или комплектующих.

Основные элементы

Система охлаждения двигателя содержит следующие элементы:

Рубашка охлаждения или «водяная рубашка». Представляет собой систему каналов проходящих в блоке цилиндров.
Радиатор охлаждения — устройство для охлаждения самой жидкости. Состоит из каналов изогнутых труб и металлических рёбер для лучшей теплоотдачи. Охлаждение происходит как благодаря встречному потоку воздуха, так и внутренним вентилятором.
Вентилятор. Элемент системы охлаждения, предназначенный для усиления потока воздуха. На современных автомобилях он включается только при срабатывании температурного датчика, когда радиатор неспособен полноценно охладить жидкость встречным потоком воздуха. В старых моделях автомобилей вентилятор работает постоянно. Вращение на него передаётся от коленчатого вала через ременной привод.
Насос или помпа. Обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по каналам системы. Приводится в действие с помощью ременного или шестерёнчатого привода от коленчатого вала. Как правило, мощные двигателя с прямым впрыском топлива комплектуются дополнительным насосом.
Термостат. Важнейшая деталь системы охлаждения, контролирующая циркуляцию по большому кругу охлаждения. Основной задачей является обеспечение нормального температурного режима при эксплуатации транспортного средства. Обычно установлен на стыке входного патрубка и рубашки охлаждения.
Расширительный бачок — ёмкость необходимая для сбора избытка охлаждающей жидкости возникающего в процессе её нагревания.
Радиатор отопления или печка. По своему устройству похож на радиатор охлаждения в меньшем размере. Однако, используется исключительно для обогрева салона автомобиля в зимний период и непосредственной роли в охлаждении ДВС не играет.

Промывка

Промывка системы охлаждения двигателя — процесс, которым очень многие водители нередко пренебрегают, что рано или поздно может вызвать фатальные последствия.

Производить подобные работы рекомендуется одновременно с заменой охлаждающей жидкости. Принимая во внимание модель автомобиля и его марку, делать это необходимо от 1-го раза в календарный год до одного раза в три года.

Причины засорения

Основной причиной загрязнения системы является использование в качестве охлаждающей жидкости обычной воды. Проточная вода из крана имеет в составе большое количество солей, создаёт накипь и ржавчину на стенках магистралей. Использование дистиллированной воды менее пагубно, но полноценное охлаждение в жаркий период она не способна обеспечить. Кроме того, зимой при минусовой темпе вода замёрзнет и расширяясь может нарушить целостность отдельных деталей и соединений.

Применение качественного антифриза или тосола более целесообразно. Специальные вещества для охлаждения имеют значительный ресурс и не замерзают даже при очень низких температурах. Однако присадки содержащиеся в составе, с течением времени начинают выпадать в осадок засоряя систему.

Признаки того, что пора промывать

Если стрелка указателя температуры находится не в середине, а стремится к красной зоне во время движения;
В салоне холодно, печка отопления не дает достаточную температуру;
Вентилятор радиатора включается слишком часто

Промыть систему охлаждения простой водой невозможно, поскольку в системе концентрируются загрязнения, которые не удаляются даже водой, нагретой до высоких температур.

Накипь удаляется с помощью кислоты, а жиры и органические соединения – исключительно щелочью, заливать же в радиатор одновременно оба состава нельзя, так как они согласно законам химии взаимонейтрализуются. Производители средств для промывки, пытаясь решить эту проблему, создали целый ряд средств, которые условно можно разделить на:

щелочные;
кислотные;
нейтральные;
двухкомпонентные.

Первые два слишком агрессивны и в чистом виде почти не используются, так как опасны для системы охлаждения и требуют нейтрализации после использования. Реже встречаются двухкомпонентные виды очистителей, содержащие оба раствора — щелочной и кислотный, которые заливаются поочередно.

Наибольшую востребованность имеют нейтральные очистители, не содержащие в своем составе сильных щелочей и кислот. Эти средства обладают разной степенью эффективности и могут использоваться как для профилактики, так и для капитальной промывки охлаждающей системы мотора от сильных загрязнений.

Промывка системы охлаждения

Сливается антифриз, тосол или вода. Перед этим необходимо на пару минут завести двигатель.
Залить в систему воду и очиститель.
Включить двигатель на 5-30 минут (зависит от марки очистителя) и включить обогрев салона.
По истечении обозначенного в инструкции времени двигатель нужно заглушить.
Слить отработанный очиститель.
Произвести промывку водой либо специальным составом.
Залить свежую охлаждающую жидкость.

Работы по промывке системы охлаждения просты и доступны: их могут выполнять даже неопытные автовладельцы. Эта операция существенно продлевает моторесурс двигателя и поддерживает его эксплуатационные характеристики на высоком уровне.

Процесс промывки

В первую очередь, перед промывкой сливается вся охлаждающая жидкость через выпускную пробку на радиаторе, расположенную в самом низу, и на блоке цилиндров для удаления остатков.

Важно помнить, что слив жидкости должен проводиться только на холодном двигателе!

После слива пробки заново закручиваются и в расширительный бачок заливается вода с лимонной кислотой или лучше специальная очищающая жидкость.

Процесс заливки очистителя PRESTONE Super Radiator Flush в расширительный бачок

Далее, двигатель запускается и работает в холостом режиме на протяжении 15 минут. При этом следует проследить за тем, чтобы открылся большой круг циркуляции. Также при промывке не стоит забывать о том, что салонная печка должна работать в режиме максимального обогрева. Когда агрегат остыл жидкость можно слить, открыв пробки радиатора и блока цилиндров. Этот процесс рекомендуется повторять до тех пор, пока при сливе не будет вытекать чистая жидкость без видимых загрязнений.

Залив новой охлаждающей жидкости можно проводить сразу же после окончания промывки. Наливать тосол или антифриз в расширительный бочок следует аккуратно и медленно во избежание образования воздушных пробок в системе.

При заливке антифриза или тосола воспользуйтесь воронкой — это позволит избежать попадания охлаждающей жидкости на детали двигателя

Когда бачок заполниться почти полностью его нужно закрыть и запустить ДВС на несколько минут чтобы жидкость равномерно распространилась по системе. Далее, после отключения агрегата, тосол или антифриз доливаются до уровня между отметками максимума и минимума на бочке.

В заключение стоит сказать, что принципиальной разницы в использовании тосола или антифриза нет. Однако во многих странах мира автопроизводители давно перестали использовать тосол, поскольку его эффективность несколько ниже. Современный антифриз изготавливается с применением новейших технологий и в большей степени защищает двигатель от перегрева, а магистрали системы охлаждения от загрязнения.

Воздушное охлаждение двигателя: принцип работы, преимущества и недостатки

Назначение

В процессе работы ДВС температуры в камере сгорания могут достигать 2000 градусов. Если не будет надежной системы охлаждения, повысится расход масла и горючего. Перегрев приведет к быстрому износу и поломке двигателя.

Если мотор не будет достаточно прогреваться, это также будет на нем негативно сказываться. Если наблюдается переохлаждение, это грозит снижением мощности, интенсивным износу, повышенным расходом горючего.

Более того, в большинстве современных автомобилей, кроме основных задач, данная система выполняет и второстепенные функции. Первым делом это обеспечение работы отопителя. Также система призвана охлаждать не только сам двигатель, но и масло, жидкость в автоматической коробке передач. Иногда она действует и на дроссельный узел вместе с впускным коллектором.

В современной системе (будь то жидкостное или воздушное охлаждение двигателя) рассеивается до 35 процентов тепла, произведенного в результате горения топливо-воздушной смеси.

Устройство и принцип действия

В воздушной системе самым главным является воздушный поток. При помощи воздуха тепло отводится от камер сгорания, ГБЦ, масляных радиаторов. Система представляет собой вентилятор, охладительные ребра в цилиндрах и на ГБЦ. Также в устройстве имеется съемный кожух, дефлекторы и решение для контроля за работой системы. Вентилятор системы охлаждения двигателя оснащен сеткой для защиты лопастей от попадания посторонних предметов.

Дополнительные ребра позволяют увеличить площадь поверхности, которая контактирует с воздухом. За счет этого воздушное охлаждение двигателя эффективно справляется со своей задачей.

Поток воздуха при работе двигателя в принудительном порядке подается к мотору при помощи лопастей вентилятора – они преимущественно изготовлены из алюминия. Не нужно объяснять, наверное, почему включается вентилятора охлаждения на холодном двигателе. Воздушный поток проходит между ребрами, а затем равномерно разделяется за счет дефлекторов и проходит через все горячие детали двигателя. Таким образом, мотор не нагревается чрезмерно.

Вентилятор подает в систему охлаждения поток воздуха объемом 30 кубических метров в минуту. Этого достаточно для обеспечения нормальной работы мотора с невысокой мощностью и небольшим объемом.

Типичные неисправности

При всей надежности воздушных систем, поломки случаются и здесь. Одна из популярных неисправностей – это электроника. В системе имеется датчик температуры. Для тех, кто не знает, где находится датчик температуры двигателя: он расположен в масляном поддоне. В результате завышенных показаний данного датчика система может дать сбой.

Если на панели приборов загорелась лампа неисправности, то чаще всего причина заключается в обрыве ремня. Реже всего диагностируются проблемы, связанные с термостатом.