Принцип работы системы охлаждения

Воздушная система охлаждения

Моторами воздушного охлаждения оснащались транспортные средства в 50-70 годах прошлого века. Типичными представителями таких автомобилей являются «Запорожец» или FIAT 500. Сейчас моторы с воздушным охлаждением в автомобилестроении практически не встречаются.

Конструкция и принцип действия

Конструктивно система принудительного воздушного охлаждения монтируется в подкапотном пространстве транспортного средства и состоит из:

• отсасывающего или нагнетающего вентилятора;
• направляющих ребер рубашки охлаждения двигателя;
• органов управления (дроссельные заслонки, управляющие подачей воздуха или муфта, регулирующая частоту вращения вентилятора в автоматическом режиме);
• температурного датчика, установленного в силовом агрегате;
• контрольного прибора, выведенного на приборную панель в салоне автомобиля.

Охлаждение мотора осуществляется встречным холодным воздухом. Для усиления его потока чаще всего используют вентилятор нагнетающего типа. Он усиливает поток холодного плотного воздуха и обеспечивает его подачу в больших количествах при малых энергетических затратах.

Отсасывающий вентилятор требует больших затрат мощности, однако обеспечивает более равномерный отвод тепла от деталей силового агрегата.

Достоинства и недостатки

Моторы с принудительным воздушным охлаждением отличаются:

• простотой конструкции;
• низкими требованиями к изменению температуры окружающей среды;
• небольшим весом;
• несложным техническим обслуживанием.

К недостаткам системы воздушного охлаждения относят:

• большую потерю мощности мотора, которая расходуется на обеспечение работы вентилятора;
• высокий уровень шума во время работы вентилятора;
• недостаточное охлаждение отдельных элементов двигателя из-за неравномерного обдува;
• невозможность использования излишков тепла для обогрева салона.

Антифриз для автомобиля

Антифризы – это морозоустойчивые жидкие растворы, предназначенные для регулирования термического состояния двигателя, и сохраняющие свои эксплуатационные характеристики на протяжении всего срока службы. Основным преимуществом охлаждающих жидкостей является их способность в момент кристаллизации превращаться в пластичную массу, которая при расширении не разрушает каналы рубашки охлаждения.

Основой для производства антифризов служат одно- и двухатомные спиртовые соединения:

• этиленгликоль; • пропиленгликоль; • соли органических карбоновых кислот.

Для придания перечисленным веществам морозостойкости, их смешивают с дистиллированной водой и модифицирующими присадками. Применение модификаторов обусловлено приданием антифризу специальных свойств с учетом технических требований, предъявляемых к автомобилю в период эксплуатации. Тип добавок и их структурные составляющие определяют сферу использования ОЖ.

В зависимости от материала, на базе которого изготавливались реагенты, они делятся на три вида:

1. Органические. 2. Гибридные. 3. Неорганические.

Охлаждающие смеси на основе неорганических веществ – это составы с пакетом присадок, в которых присутствуют соли силикатных соединений. Примером низкозамерзающих жидкостей этой группы служит – Тосол. Применение «Тосола» допускается только для старых моделей автомобилей, укомплектованных медным радиатором.

Жидкость не рекомендуется применять для моторов, корпус и радиатор которых изготовлен из алюминиевых сплавов. Кроме того, ОЖ с неорганическими присадками быстро теряют свои свойства. Результатом таких изменений могут быть: помутнение раствора, появление осадка, кислотные или щелочные отложения на внутренних поверхностях рубашки охлаждения блока цилиндров.

Хорошей заменой неорганическим смесям служат карбоксилатные антифризы, изготовленные на основе производных органических карбоновых кислот. Отличие таких растворов в том, что они создают защитную пленку не по всей поверхности, а только на участках, где активно коррозионное воздействие. Это свойство жидкостей позволяет сократить расход модификаторов и тем самым увеличить срок использования ОЖ.

Средний вариант между органическими и неорганическими смесями занимают жидкости, изготовленные по гибридной технологии. Набор добавок у таких композитов может включать как соли силикатов, фосфатов, аминов, так и соли органических кислот.

Охлаждающие жидкости производятся в форме готовых к применению растворов, тарой для них служат емкости, изготовленные из химически стойких полимерных материалов. Отдельный вид антифриза составляют концентрированные составы, которые для приведения в рабочее состояние необходимо разбавить дистиллированной водой. Соотношение веществ рассчитывается заводом изготовителем и указывается на тыльной стороне резервуара.

Для удобства применения смесей, отличающихся между собой свойствами, их принято окрашивать в разные цвета. У каждого из производителей ОЖ может быть своя цветовая гамма, поэтому совпадение колера жидкости не может служить показателем совместимости растворов.

[Жидкостная система охлаждения]

Вспомним ещё раз немного про данную систему охлаждения.

В жидкостной системе охлаждения используются специальные охлаждающие жидкости — антифризы различных марок, имеющие температуру загустевания — 40 °С и ниже. Антифризы содержат антикоррозионные и антивспенивающие присадки, исключающие образование накипи

Они очень ядовиты и требуют осторожного обращения. По сравнению с водой антифризы имеют меньшую теплоемкость и поэтому отводят теплоту от стенок цилиндров двигателя менее интенсивно

Так, при охлаждении антифризом температура стенок цилиндров на 15…20°С выше, чем при охлаждении водой. Это ускоряет прогрев двигателя и уменьшает изнашивание цилиндров, но в летнее время может привести к перегреву двигателя.

Оптимальным температурным режимом двигателя при жидкостной системе охлаждения считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в двигателе составляет 80 …100 °С на всех режимах работы двигателя.

В двигателях автомобилей применяется закрытая (герметичная) жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Внутренняя полость закрытой системы охлаждения не имеет постоянной связи с окружающей средой, а связь осуществляется через специальные клапаны (при определенном давлении или вакууме), находящиеся в пробках радиатора или расширительного бачка системы. Охлаждающая жидкость в такой системе закипает при 110… 120 °С. Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается жидкостным насосом.

Система охлаждения двигателя состоит из:

• рубашка охлаждения головки и блока цилиндров;
• радиатор;
• насос;
• термостат;
• вентилятор;
• расширительный бачок;
• соединительные трубопроводы и сливные краники.

Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.

Принцип работы системы охлаждения

Предлагаю сначала рассмотреть принципиальную схему системы охлаждения.

1 — отопитель; 2 — двигатель; 3 — термостат; 4 — насос; 5 — радиатор; 6 — пробка; 7 — вентилятор; 8 — расширительный бачок; А — малый круг циркуляции (термостат закрыт); А+Б — большой круг циркуляции (термостат открыт)

Циркуляция жидкости в системе охлаждения осуществляют по двум кругам:

1. Малый круг — жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев.

2.Большой круг — движение циркулирует при прогретом двигателе.

Если говорить проще, то малый круг это циркуляция охлаждающей жидкости БЕЗ радиатора, а большой круг — циркуляция охлаждающей жидкости ЧЕРЕЗ радиатор.

Устройство системы охлаждения различаются по своему устройству в зависимости от модели автомобиля, однако, принцип действия един.

Принцип работы данной системы можно увидеть на следующих видео:

Предлагаю разобрать устройство системы по последовательности работы. Итак, начало работы системы охлаждения происходит при запуске сердца данной системы — жидкостного насоса.

1. Жидкостной насос(water pump)

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа.

Искать наш жидкостной насос или же водяную помпу следует на передней части двигателя(передняя часть эта та, которая ближе к радиатору и там где расположен ремень/цепь).

Жидкостной насос соединён ремнём с коленчатым валом и генератором. Поэтому, чтобы найти наш насос достаточно найти коленчатый вал и найти генератор. Про генератор мы поговорим позже, но пока лишь покажу, что нужно искать. Генератор выглядит как цилиндр, прикрепленный к корпусу двигателя:

1 — генератор; 2 — жидкостной насос; 3 — коленчатый вал

Итак, с расположением разобрались. Теперь давайте рассмотрим его устройство. Напомним, что устройство всей системы и её деталей различно, но принцип работы этой системы одинаков.

1 — Крышка насоса; 2 — Упорное уплотнительное кольцо сальника. 3 — Сальник; 4 — Подшипник валика насоса. 5 — Ступица шкива вентилятора; 6 — Стопорный винт. 7 — Валик насоса; 8 — Корпус насоса; 9 — Крыльчатка насоса. 10 — Приемный патрубок.

Работа насоса заключается в следующем: привод насоса осуществляется от коленчатого вала через ремень. Ремень крутит шкив насоса, вращая ступицу шкива насоса(5). Тот в свою очередь приводит во вращение вал насоса(7), на конце которого находится крыльчатка(9). Охлаждающая жидкость поступает в корпус насоса(8) через приёмный патрубок(10), а крыльчатка перемещает её в рубашку охлаждения(через окошко в корпусе, видно на рисунке, направление движение из насоса показано стрелкой).

Важные моменты обслуживания охлаждающей системы

Но прежде давайте поговорим о самих неисправностях, которые могут стать причиной дорогостоящего ремонта. Вот их практически полный список:

• охлаждающая жидкость все время перегревается;
• жидкость все время переохлаждается;
• уровень антифриза снижен (данный фактор свидетельствует о нарушении герметизации);
• насос для подачи жидкости в режиме работы сильно шумит;
• в антифризе возник электролиз.

А вот какие еще могут быть причины постоянного перегрева мотора:

• система могла засориться (в этом случае чиста становится обязательной);
• двигатель мог перегреться из-за заклинивания термостата;
• угол опережения зажигания был выбран неверно;
• вентиляторный привод оборвался (в этом случае без его замены не обойтись);
• вентиляторный ремень проскальзывает;
• неисправна вентиляторная электромуфта;
• неисправна гидромуфта вентилятора.

Особенности выбора масла

Есть мнение, что нужно использовать специальное масло для двигателей с воздушным охлаждением. И это так. Дело в том, что температура нагрузки на детали поршневой группы в двигателях с воздушным охлаждением значительно выше, чем у агрегатов с водяным.

В основе этих специальных масел чаще всего лежат полиальфаолефиновые масла грубой очистки на базе минеральной или синтетической природы. К этому комплексу применен комплект присадок, обеспечивающих надежную защиту двигателя, противостоящих залеганию колец, улучшающих энергосбережение. В любых маслах уже имеются добавки, которые эффективно защищают агрегат от заклинивания за счет устойчивой базовой формулы.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости. Схема системы охлаждения двигателя

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

Малый круг охлаждения

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

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

Большой контур охлаждения

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

Жидкостный насос в системе

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

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

Конструкция состоит из таких элементов:

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

Термостат и его особенности

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

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

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

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

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

Расширительный бачок

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

Крышка расширительного бачка

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

В жаркую погоду

Особенно внимательным нужно быть и в жару, ведь в это время машины перегреваются, жидкость в двигателе закипает не только от длительной работы, но и от жары. Старайтесь часто проверять исправность мотора, следить за уровнем масла

, смотреть, чтобы в систему не попал мусор или пылинки. Частой поломкой во всех погодных условиях является радиатор, который так и норовит подтекать, тем самым создавая вероятность поломки или засорения всей охлаждающей системы.

В плохих погодных условиях может работать плохо любая техника, но особое внимание стоит уделить именно двигателю и его составляющим, они и есть сердцем всего механизма. Часто возникают проблемы с охлаждением цилиндров, на это тоже стоит обратить отдельное внимание

Типы системы охлаждения

Система охлаждения двигателя классифицируется по способу отвода тепла:

• охлаждение при помощи жидкостей в закрытом типе;
• охлаждение воздухом в открытом типе;
• комбинированная (гибридная) система отвода тепла.

В настоящее время воздушное охлаждение в автомобилях встречается крайне редко. Жидкостное может быть и открытого типа. В таких системах отвод тепла происходит через пароотводную трубку в окружающую среду. Закрытая система изолирована от внешней атмосферы. Поэтому давление в системе охлаждения двигателя такого типа намного выше. При высоком давлении увеличивается порог закипания охлаждающего элемента. Температура хладагента в закрытой системе может достигать 120 ℃.

Принцип работы системы

Принцип функционирования системы охлаждения двигателя (и бензинового, и дизельного) весьма прост и основан на целенаправленной циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, забирая тепло у деталей двигателя (в рубашках охлаждения), под воздействием давления, создаваемого водяным насосом, начинает циркулировать по системе, осуществляя теплообмен.

Первоначально движение жидкости осуществляется при закрытом термостате по малому кругу, то есть без работы радиатора. Это делается для того, чтобы убыстрить процесс прогрева двигателя и доведения его до рабочей температуры. После возврата жидкости в рубашки охлаждения процесс циркуляции продолжается.

В том случае, когда температура достигает высоких показателей (в пределах 100 градусов), открывается термостат, и охлаждающая жидкость начинает двигаться по большому кругу, заходя в радиатор. Это сразу же остужает двигатель, ибо в систему охлаждения поступает жидкость, ранее не использовавшаяся (находившаяся в радиаторе). Сам радиатор охлаждается потоком атмосферного воздуха.

При необходимости (например, в холодное время года) охлаждающая жидкость через открытый кран отопителя заходит в «печку», где с помощью радиатора, с одной стороны, дополнительно остывает, отдавая избыточное тепло, а с другой, — обогревает воздух в салоне автомобиля.

Закрытая система — охлаждение

Закрытая система охлаждения — это такая система, при ко1 торой циркуляционная вода охлаждается в специальных — охладителях — теплообменниках.
 

Закрытая система охлаждения может быть применена не только для охлаждения горячих деталей теплоэнергоустановки, но и для утилизации теплоты уходящих газов и передачи в установку теплоты ядерного или какого-либо другого реактора.
 

Схема системы охлаждения двигателя ЯМЗ.

Закрытая система охлаждения имеет ряд преимуществ: почти устраняются потери жидкости-от испарения, поэтому доливка требуется редко; температуру кипения воды можно / повысить до 105 — 110 С и поддерживать высокий тепловой режим двигателя.
 

Принципиальная схема жидкостной системы охлаждения двигателя.

Закрытые системы охлаждения более компактны, чем открытые, т.е. непосредственно сообщающиеся с атмосферой, и реже нуждаются в дополнительной заправке охлаждающей жидкости.
 

Закрытая система охлаждения может быть применена не только для охлаждения горячих деталей теплоэнергоустановки, но и для утилизации теплоты уходящих газов и передачи в установку теплоты ядерного или какого-либо другого реактора.
 

В закрытые системы охлаждения заливают умягченную воду, которая при циркуляции не дает отложения накипи, различных осадков и загрязнения.
 

Для закрытой системы охлаждения температура замерзания рассола должна быть на 8 — 10 С ниже температуры кипения. По табл. 4.1 принимаем раствор хлористого кальция с температурой замерзания — 21 2 С.
 

Радиаторы закрытых систем охлаждения имеют пробки, снабженные паровым и воздушным клапанами. При открытии клапана избыток воды или пара отводится через пароотводную трубку. Если в системе охлаждения устанавливается расширительный бачок, то паровой и воздушный клапаны располагают в пробке этого бачка.
 

Радиаторы закрытых систем охлаждения не имеют заливных горловин, и жидкость заливают через расширительный бачок, предварительно сняв пробку. Пробка расширительного бачка автомобиля ВАЗ-2108 ( рис. 24) имеет выпускной клапан, открывающийся при давлении паров 0 12 МПа, благодаря чему повышается температура закипания жидкости до НО…
 

При закрытой системе охлаждения обычно используют горизонтальные кожухо-трубчатые испарители, в которых температура хладоносителя снижается на 3 — 6 С.
 

Термостат жидкостного типа.| Пробка радиатора.

При закрытой системе охлаждения температура кипения воды повышается до 109 — 110 С, поэтому вода в системе охлаждения закипает реже и таким образом меньше расходуется.
 

В закрытой системе охлаждения, как уже отмечалось, по мере расширения и испарения жидкости повышается давление. Для предохранения системы от чрезмерного давления устанавливают предохранительный ( паровой) клапан ( см. фиг. Кроме парового клапана, в систему охлаждения устанавливают воздушный клапан.
 

Структура жидкостной системы охлаждения двигателя

К основным составляющим жидкостной системы охлаждения ДВС относятся следующие детали:

• «водяная рубашка» двигателя
• вентилятор;
• радиатор;
• помпа (центробежный насос);
• термостат;
• бачок расширительный;
• теплообменник отопителя;
• составляющие элементы управления.

Водяная рубашка двигателя – это плоскость между стенками агрегата в тех местах, которым требуется охлаждение.

Радиатор системы охлаждения – это механизм, который предназначен для отдачи созданного работой двигателя тепла. Узел представляет собой конструкцию из многих изогнутых алюминиевых трубой, которые также имеют дополнительные ребра, способствующие большей теплоотдаче.

Вентилятор используется для ускорения циркуляции воздуха, обволакивающего радиатор. Вентилятор включается при граничном нагревании охлаждающей жидкости.

Центробежный насос (другими словами – помпа) обеспечивает беспрерывное движение жидкости во время работы двигателя. Привод для помпы может быть разным: ременной, например, или шестеренный. На авто с турбированными двигателями часто устанавливают добавочные насосы, которые способствуют циркуляции жидкости и запускаются из блока управления.

Термостат – это устройство в виде биметаллического (или электронного) клапана, расположенного между входным отверстием радиатора и «рубашкой охлаждения». Этот прибор обеспечивает нужную температуру жидкости, служащей для охлаждения ДВС. Когда мотор остывший, термостат закрыт, поэтому принудительная циркуляция остужающей жидкости проходит внутри двигателя, не затрагивая радиатор. В момент нагревания жидкости до граничной температуры клапан открывается. В этот момент система начинает функционировать во всю свою мощь.

Расширительный бачок используется для заливания охлаждающей жидкости. Этот узел компенсирует также изменение количества жидкости в системе во время изменения температуры.

Радиатор отопителя – механизм, предназначенный для подогрева воздуха в салоне транспортного средства. Его рабочая жидкость набирается непосредственно возле входа в «рубашку» мотора.

Главным элементом координации системы охлаждения ДВС есть датчик (температурный), электронный блок управления, а также исполнительные устройства.