Современный автомобиль состоит из большого количества деталей, узлов, механизмов и систем. Все системы имеют решающее значение, и было бы глупо спорить о том, какая из этих систем важнее и нужна.
Теперь рассмотрим одну из таких систем, без которой работа двигателя была бы невозможна, - систему охлаждения.
Зачем машине нужна система охлаждения? Система охлаждения служит для поддержания нормального теплового режима двигателя и отвода избыточного тепла вне зависимости от условий эксплуатации. Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000°С. Лишь часть выделяющегося при этом тепла (для карбюраторных двигателей - 21-28%) превращается в полезную работу. Часть тепла (12-27 %) отводится с теплоносителем; в противном случае детали двигателя перегреваются, и их износ резко возрастает. Чрезмерное повышение температуры двигателя также приводит к выгоранию смазки. Также нежелательно значительное снижение температуры работающего двигателя. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потери тепла. Потери на трение увеличиваются из-за более густой смазки, часть рабочей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, увеличивается износ деталей. В переохлажденном двигателе коррозионный износ стенок цилиндров увеличивается в результате образования серы и соединений серы.
Из вышесказанного следует, что система охлаждения очень важна и что без нее автомобиль не сможет проехать даже небольшое расстояние.
Система охлаждения, помимо основной функции охлаждения двигателя, выполняет ряд других функций, к которым относятся:
- подогрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ;
- масляное охлаждение в системе смазки;
- охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
- охлаждающий воздух в системе турбонаддува;
- охлаждение рабочей жидкости в АКПП ;
В целом существует два типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная и жидкостная. Давайте рассмотрим их более подробно.
Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение может быть естественным или принудительным. Естественное воздушное охлаждение является самым простым типом охлаждения. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передается в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостатком системы является то, что из-за малой теплоемкости воздуха она не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные, мощные силовые установки. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях легкой высокомобильной техники: мотоциклов, мопедов, самолетов и моделей автомобилей. С планомерным увеличением форсировки двигателей мотоциклов на самых совершенных моделях воздушное охлаждение уступает место жидкостному. Благодаря малой массе естественное воздушное охлаждение получило широкое распространение и на поршневых авиационных двигателях, где рабочие лопатки, близкие к цилиндрическим и имеющие малую окружную скорость комля лопастей воздушного винта, практически не работали как вентилятор, а скорость набегающий поток на самолет сам по себе был очень большим.
Стационарные или герметичные двигатели оснащены системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создается воздушный поток, который обдувает ребра охлаждения. Веерная и оребренная поверхности обычно закрываются направляющей крышкой. Преимущества такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, небольшой вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Однако такие двигатели отличаются повышенным шумом при работе и большими габаритами. Кроме того, при проектировании таких двигателей возникают проблемы с охлаждением отдельных элементов конструкции двигателя из-за неравномерного обдува.
В легковых автомобилях европейского производства воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х и 1970-х годах. В основном это малолитражные автомобили, такие как Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV; Представительная Tatra 613 стоит особняком. Выпускались грузовики с дизельными двигателями воздушного охлаждения (например, грузовики под маркой Tatra с начала производства и до начала 2010 года комплектовались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением есть у многих тракторов, которые имеют стабильные условия работы двигателя и особые требования к простоте обслуживания. В настоящее время принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве мотороллеров, мототехнике (бензопилы, газонокосилки и др.), двигателях малых генераторных установок, мотоблоков и других самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних весьма распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у разных производителей (Briggs&Strattonruen, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного готового агрегата с горизонтальной плоскостью устанавливать.
Жидкостное охлаждение
Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из нескольких элементов. Самый сложный из них называется «рубашка охлаждения». Эта система представляет собой разветвленную сеть каналов в толще блока цилиндров и ГБЦ. Помимо рубашки, в систему входят радиатор системы охлаждения, расширительный бачок, водяной насос, термостат, вентилятор радиатора, металлические и резиновые соединительные патрубки, датчики и устройства управления.
Система основана на принципе принудительной циркуляции, которая обеспечивается водяным насосом. Благодаря постоянному оттоку нагретой жидкости двигатель охлаждается равномерно; этим объясняется использование системы в подавляющем большинстве современных автомобилей.
Пройдя через каналы в стенках блока, жидкость нагревается и попадает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха. При движении автомобиля для охлаждения достаточно естественного потока воздуха. А когда автомобиль стоит на месте, приток воздуха происходит за счет электровентилятора, активируемого по сигналу датчика температуры.
Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения
Радиатор охлаждения
Радиатор представляет собой панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых алюминиевым или медным «оперением» для увеличения площади теплообмена. По сути, оперение представляет собой многократно сложенную ленту из металла. Площадь термостата ленты достаточно велика, а это значит, что радиатор может выделять в атмосферу много тепла в единицу времени.
Наиболее уязвимым элементом конструкции двигателя является турбокомпрессор (турбина), работающий на предельно высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно.
Таким образом, нагретая жидкость внутри радиатора сразу циркулирует по многочисленным тонким трубкам и достаточно интенсивно охлаждается. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, удаляющий пары и лишнюю жидкость, расширяющуюся при нагреве.
В радиаторе автомобиля с автоматической коробкой передач предусмотрен второй, независимый контур, в котором охлаждается трансмиссионная жидкость.
Расширительный бак
Расширительный бачок служит для компенсации расширения жидкости при повышении температуры. Резервуар может быть «простым» или «сложным», в зависимости от конструкции системы. «Простой» бак представляет собой емкость для сбора лишней расширившейся от нагрева жидкости. К нему через крышку подводят резиновую трубку; другой конец подключается к патрубку в верхнем бачке радиатора.
В более сложном варианте бак является полноценной частью системы охлаждения. Он находится под давлением, а в крышке бака установлен отводной клапан. При этом в бачке всегда должна быть жидкость, чтобы воздух не попал в радиатор при понижении температуры двигателя. Для контроля на стенку бака, находящегося под давлением, наносят отметки Min и Max.
Помпа
Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, это центробежный насос, давление в котором создается рабочим колесом с лопатками сложной формы, расположенными внутри корпуса на центральной оси.
Термостат
Термостат – это устройство, поддерживающее постоянную температуру в блоке цилиндров. Он не позволяет жидкости перегревать двигатель. Он регулирует объем охлаждающей жидкости, протекающей через радиатор.
Вентилятор
В некоторых случаях поступающего воздушного потока может быть недостаточно для эффективного обдува радиатора. Для обеспечения отвода тепла в системе охлаждения автомобиля предусмотрен вентилятор. В автомобилях с задним приводом и продольным расположением двигателей часто используется механический вентилятор, который приводится в движение ремнем от переднего шкива коленчатого вала. Скорость вращения лопастей регулируется термомуфтой (разновидность вязкостной муфты), к которой прикручено рабочее колесо.
Если прикрепить крыльчатку вентилятора к шкиву без термомуфты, то при раскрутке двигателя свыше 3000 оборотов лопасти крыльчатки обломятся.
В переднеприводных (и в большинстве современных заднеприводных) автомобилях используется электрический вентилятор. Он соединен с диффузором, который прикручен к крепежным элементам, расположенным по контуру радиатора. Преимуществом электровентилятора является возможность гибкого управления его работой с помощью контроллера, ориентируясь на показания датчика температуры охлаждающей жидкости.
Вспомогательные элементы
В состав системы жидкостного охлаждения также входят типовые элементы управления: электронный блок, датчик температуры и т. д., а также устройства для слива жидкости. Жидкость необходимо сливать, например, для ремонта двигателя.
Схема жидкостной системы охлаждения
Циркуляция теплоносителя в системе происходит по малому и большому кругам.
Малый круг задействуется при запуске холодного двигателя и обеспечивает его быстрый прогрев. Двигаясь по малому кругу, жидкость не проходит через радиатор.
Когда температура охлаждающей жидкости поднимается до 80 градусов, приоткрывается главный клапан термостата, и циркуляция продолжается по большому кругу, включающему радиатор. (Термостат также может быть отградуирован для другой температуры открытия).
При достижении отметки в 94 градуса начинает закрываться дополнительный клапан термостата, ограничивая доступ охлаждающей жидкости к малому кругу - от двигателя к помпе. Таким образом, термостат не допускает попадания перегретой жидкости на стенки блока цилиндров, предотвращая перегрев.
В зависимости от режима работы ДВС цикл движения охлаждающей жидкости в системе может меняться. Объем жидкости, циркулирующей в каждом круге, напрямую зависит от степени открытия основного и дополнительного вентилей термостата. Эта схема обеспечивает автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя.
Плюсы и минусы жидкостной системы охлаждения
Основное преимущество жидкостного охлаждения заключается в том, что двигатель охлаждается более равномерно, чем если агрегат обдувается потоком воздуха. Этот эффект обусловлен более высокой теплоемкостью теплоносителя по сравнению с воздухом.
Жидкостная система охлаждения позволяет значительно снизить шум от работающего двигателя за счет более толстых стенок блока.
Инерционность системы не позволяет двигателю быстро остывать после остановки. Нагретая жидкость используется для обогрева салона автомобиля и предварительного подогрева горючей смеси.
Наряду с этим жидкостная система охлаждения имеет ряд недостатков.
Основным недостатком является сложность системы и то, что она работает под давлением после прогрева жидкости. Жидкость под давлением предъявляет высокие требования к герметичности всех соединений. Ситуация осложняется тем, что работа системы подразумевает постоянное повторение цикла нагрева-охлаждения. Вреден для суставов и резиновых трубок. При нагревании резина расширяется, а при охлаждении сжимается, вызывая протечки.
Кроме того, сложность и большое количество элементов сами по себе служат потенциальной причиной «техногенных катастроф», сопровождающихся «закипанием» двигателя при выходе из строя одной из ключевых деталей, например, термостат .
Что заливать в систему охлаждения двигателя?
Во-первых, давайте вспомним, что у вас стоит в системе охлаждения? Не так давно довольно часто можно было встретить автомобили с водой в системе охлаждения двигателя вместо антифриза. К счастью, использование воды в качестве охлаждающей жидкости в наши дни стало исключением из правил. Обычно его используют в экстренных случаях, когда нужно что-то залить в систему, а антифриза под рукой нет.
Если сравнивать характеристики воды и специальной охлаждающей жидкости (антифриза), то у последней много преимуществ. Он имеет, например, более высокую температуру кипения, низкую температуру замерзания, наличие в составе смягчающих и антикоррозионных присадок, препятствующих образованию накипи и ржавчины в системе охлаждения двигателя.
Мы решили этот вопрос - воды в системе охлаждения двигателя нет! Но следует учитывать, что долговечность системы во многом зависит от качества теплоносителя. Не стоит покупать первую канистру с надписью «Тосол»; следует отдавать предпочтение только продукции надежных производителей со всеми необходимыми сертификатами.
Большинство поддельных жидкостей содержат едкие кислоты, которые со временем разъедают не только детали системы охлаждения, но и приводят к появлению «каверн» даже в ГБЦ! Поэтому не советуем вам экономить на антифризе.
Также одним из важных критериев качества охлаждающей жидкости является наличие в ее составе специальных флуоресцентных присадок, помогающих выявлять протечки в системе охлаждения двигателя. Так как система должна быть герметичной, протечки в ней недопустимы.
Проверка системы охлаждения на герметичность
Проверка системы охлаждения двигателя на герметичность – очень важный этап ее обслуживания. Дело в том, что в герметичной системе антифриз закипает при температуре 130°С; при нормальных условиях он кипит всего при 108 °C. Поэтому малейшая трещина, например, в радиаторе охлаждения, резиновом шланге или расширительном бачке нарушает герметичность и двигатель закипает.
Облегчить поиск микротрещин в системе охлаждения двигателя помогают специальные люминесцентные присадки, входящие в состав современных антифризов – благодаря им он светится в лучах ультрафиолетовой лампы.
Но, к сожалению, не у каждого автомобилиста есть такая лампа. Поэтому в процессе обслуживания системы охлаждения двигателя
м, рекомендуем придерживаться нескольких простых правил:
- На расширительном бачке есть метки MIN и MAX для проверки уровня жидкости. При холодном двигателе уровень антифриза должен быть между этими двумя отметками.
- Если уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке постоянно снижается, то это свидетельствует о негерметичности, то есть о нарушении герметичности системы охлаждения двигателя.
- Внимательно осмотрите радиатор и трубы на наличие утечек и пятен. При необходимости затяните соединительные хомуты и убедитесь, что крышка радиатора закрыта до упора.
Наличие воздуха в системе охлаждения автомобиля (так называемые «воздушные пробки») также может нарушить ее работу. Ниже мы покажем вам самый простой способ выгнать воздух из системы охлаждения двигателя.
Наличие воздуха в системе охлаждения проверяется следующим образом:
- Откройте крышку расширительного бачка
- Включите обогрев салона на полную мощность и дайте двигателю поработать на холостом ходу две-три минуты.
- При наличии воздуха в системе охлаждения в расширительном бачке появятся пузыри
Для удаления воздуха из системы охлаждения двигателя автомобиль необходимо поставить под наклоном так, чтобы «передок» был немного «поднят» кверху. Далее последовательность действий будет такой:
- Откройте крышку радиатора и заведите машину.
- Включите печку и дайте двигателю поработать несколько минут, чтобы воздух вышел из системы.
- После этого мотор можно заглушить, а пробку радиатора закрыть.
Теперь давайте рассмотрим еще несколько нюансов, на которые стоит обратить внимание при обслуживании системы охлаждения двигателя, чтобы предотвратить возникновение неисправностей или устранить их.
На что обратить внимание при обслуживании системы охлаждения двигателя
Для предотвращения неисправностей системы охлаждения двигателя необходимо регулярно выполнять следующие операции по техническому обслуживанию:
- Проверка плотности охлаждающей жидкости
- Натяжение приводного ремня
- Очистка системы охлаждения двигателя
- Проверка термостата
- Проверка вентилятора охлаждения двигателя
Проверка плотности охлаждающей жидкости. Плотность антифриза проверяют ареометром. При большей плотности разбавьте жидкость дистиллированной водой, а при меньшей плотности разбавьте аналогичной охлаждающей жидкостью.
Натяжение приводного ремня. Одной из наиболее частых причин перегрева двигателя автомобиля (особенно с механическим приводом вентилятора) является ослабление приводного ремня. Проскальзывание ремня снижает производительность насоса и, следовательно, скорость вращения рабочего колеса.
Очистка системы охлаждения двигателя. Также не забудьте проверить внешнее состояние мотора и радиатора. И радиатор, и двигатель необходимо регулярно чистить, так как грязь и мусор мешают правильному охлаждению двигателя. Часто радиатор забивается грязью, пылью, тополиным пухом и прочей нечистью. Весь этот мусор легко удаляется сильной струей воды или мощным пылесосом. Разливы моторного масла и налипшую на них пыль также следует регулярно смывать.
Проверка термостата. Важной системой двигателя является термостат, обеспечивающий высокую температуру двигателя и быстрый прогрев двигателя сразу после запуска. Как проверить правильность работы термостата?
- Запустить двигатель.
- Подождите 2 минуты и идите открывать капот.
- Теперь прощупайте шланг, идущий от радиатора к термостату.
- После того, как двигатель достаточно прогреется, исправный термостат откроет большой круг и пропустит жидкость через радиатор.
Проверка вентилятора охлаждения двигателя. Еще одним элементом, требующим внимания при уходе за системой охлаждения двигателя, является вентилятор. Большинство современных автомобилей имеют электрические вентиляторы охлаждения, управляемые термоэлектрическим датчиком, ввинченным в радиатор. При достижении заданной температуры контакты датчика замыкаются, и начинает работать вентилятор, охлаждая поверхность радиатора. Если вентилятор не включается при прогреве двигателя, то причина этого может крыться в датчике температуры. Работоспособность датчика определяется очень просто. Для этого нужно просто замкнуть его контакты:
- если вентилятор работает, то неисправен датчик;
- если нет, то причина либо в двигателе вентилятора, либо в электрической цепи его питания.
Краткий курс по системам охлаждения Часто задаваемые вопросы
- Какая нормальная температура антифриза в работающем двигателе?
Оптимальный диапазон температур при прогретом двигателе (когда двигатель полностью прогрет до рабочей температуры) составляет от 80 до 90 градусов Цельсия; это нормальная температура охлаждающей жидкости на прогретом двигателе.
- Что будет, если я поеду на машине без термостата?
Основное назначение автомобильного термостата – регулирование рабочей температуры двигателя. Таким образом, если вы едете без термостата, ваш двигатель никогда не достигнет оптимальной рабочей температуры, и ваш обогреватель может дуть холодным воздухом.
- Где можно купить детали системы охлаждения?
На нашем сайте Partsouq вы можете найти качественные и недорогие детали системы охлаждения для любого автомобиля.
- Что будет, если я залью воду в систему охлаждения?
Двигатель не сразу отреагирует на это; то есть заведется, заработает и может даже сможет поездить так какое-то время. Но в этом случае риску подвергается как система охлаждения, так и сам силовой агрегат. Вода закипит уже при 100 градусах, что грозит разрывом труб, протечкой, поломкой расширительного бачка. От контакта с водой металлические детали системы охлаждения начнут ржаветь, а также в ней появится характерный налет от накипи.