Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Как устроена система охлаждения двигателя: что должен знать каждый». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Система охлаждения двигателя — это комплекс устройств, позволяющих поддерживать оптимальную температуру работающего двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Перегрев способен вывести ДВС из строя, поскольку его компоненты сохраняют заданные характеристики только до определенного температурного порога. Излишки тепла отводятся в атмосферу.
Что такое система охлаждения двигателя
Переохлаждение также вредно для ДВС. В этом случае масло не может эффективно смазывать трущиеся детали, что ведет к их быстрому износу. Кроме того, снижается мощность двигателя и повышается расход топлива. Поэтому в системах охлаждения ДВС имеются устройства, позволяющие ускорить прогрев двигателя при низкой температуре «за бортом».
Какие еще функции может выполнять система охлаждения двигателя?
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.
Процесс сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается высвобождением большого количества тепла, которое нагревает двигатель. Если не охлаждать двигатель во время работы, то через несколько минут его температура превысит критическую, и он разрушится. Чтобы этого не произошло, в автомобиле применяется система охлаждения двигателя.
Состав системы охлаждения двигателя:
- охлаждающая жидкость (тосол или антифриз);
- радиатор;
- вентилятор;
- термостат;
- водяной насос (помпа);
- соединительные патрубки;
- расширительный бачок;
- отопитель салона.
Водяной насос (помпа) начинает работать вместе с двигателем. Как только двигатель заработал, вращающиеся лопасти помпы заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по малому кругу системы охлаждения (минуя радиатор). Это надо для того, чтобы двигатель как можно быстрее прогрелся и вышел на свою рабочую температуру.
Когда температура охлаждающей жидкости работающего двигателя достигла рабочего значения, открывается термостат и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу — через радиатор.
Охлаждающая жидкость (тосол, антифриз) подается в радиатор через верхний патрубок, проходит сверху вниз по его сотам, и через нижний патрубок (уже охлажденная жидкость) подается обратно в рубашку двигателя.
Устройство системы охлаждения
Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ).
Радиатор состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые.
Виды сердцевин радиаторов
Расширительный бачок
Есть несколько способов охлаждения двигателя, от применения которого зависит тип используемой системы охлаждения. Различают жидкостную, воздушную и комбинированную системы. Жидкостная — отводит от двигателя тепло при помощи потока жидкости, а воздушная — потока воздуха. В комбинированной системе оба этих способа объединены.
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.
Устройство и принцип работы воздушной и жидкостной систем охлаждения.
Воздушная система охлаждения двигателя очень проста в устройстве. Ребристые головки цилиндров, а сами ребра расположены вдоль направления воздушного потока, которым они обдуваются. За счет ребер повышается площадь нагретой системы, которая обдувается воздухом, поэтому и отдача тепла происходит намного лучше. Ребра могут располагаться как вдоль оси цилиндра, так и поперек цилиндра.
Система воздушного охлаждения не только проста в устройстве, но и надежна. Вся система представляет собой обычный ребристый цилиндр, а за счет грамотного расположения и происходит качественное охлаждение двигателя. Рядом с простотой система имеет и ряд недостатков. Например, низкая эффективность – потоки воздуха недостаточно теплоемкие, поэтому нет возможности применять эту систему на очень мощных двигателях. Поэтому принято использовать воздушную систему на двигателях малой кубатуры – на мотоциклах и малолитражных автомобилях. Наиболее яркими представителями автопрома с воздушной системой охлаждения являются знаменитый Фольксваген «Жук» и не менее знаменитый «Запорожец».
Охлаждение двигателя за счет жидкостной системы устроено намного сложнее. В качестве теплоносителя используется вода, а ее необходимо еще подать к нагретым деталям двигателя. Именно при помощи так называемой «водяной рубашки» и решается эта задача. «Водяная рубашка» — это система полостей для воды в блоке цилиндров и головки блока цилиндров. Вода проходит сквозь двигатель по самых горячих его частях, отбирает тепло и отдает его в атмосферу.
Жидкостное охлаждение двигателя тоже имеет недостатки. Система не имеет принудительного охлаждения жидкости, то есть она теряет тепло только в расширительном бачке, что тоже не дает ее использовать в моторах большой мощности. Поэтому именно гибридная система вытеснила чисто жидкостную и воздушную системы.
Работа жидкостной системы охлаждения
Топливо сгорает внутри цилиндров, которые располагаются в блоке, его стенки образуют, так называемую «рубашку блока». Полость сложной формы между гильзами цилиндров и стенками блока — это зарубашечное пространство. В нем циркулирует охлаждающая жидкость, которая приводится в движение насосом. Это малый круг: насос ОЖ (помпа) — рубашка блока — возвратный патрубок — снова насос.
Пока двигатель холодный, ОЖ перемещается по малому кругу. Тепло отводится в атмосферу через стенки блока, головки блока и другие поверхности. Циркуляция обеспечивает более или менее равномерное соблюдение температурного режима. В целом жидкость нагревается, поскольку не идет в радиатор — ее ток перекрывает клапан термостата. Термостат — это механизм, который расширяясь от тепла, открывает большой круг охлаждения и перекрывает малый. При падении температуры он открывает малый и закрывает большой.
Устройство системы охлаждения двигателя
При рассмотрении устройства системы охлаждения первое, что может броситься в глаза – так это то, что в системе охлаждения двигателя нет бака, где хранится жидкость. Он тут просто не нужен, так как вся жидкость находится в радиаторе или полостях и каналах двигателя. Имеющийся расширительный бачок служит для залива жидкости в систему, а также обеспечения автоматического пополнения жидкости в системе при нарушении ее герметичности.
Типичное устройство системы охлаждения представлено ниже:
Изучение начнем с насоса (помпы). Название у него так и сохранилось с прошлых лет – водяной насос, и представляет собой внутри что-то вроде маленькой мельницы. Как и в системе смазки, он подает под давлением жидкость в каналы ДВС. Конечная цель охлаждающей жидкости – пройти через полости блока цилиндров. Именно в цилиндрах — самая высокая температура, передающаяся остальным деталям и узлам. В результате передачи тепла блок цилиндров охлаждается, а жидкость системы охлаждения двигателя автомобиля нагревается, то есть происходят обыкновенные физические процессы, направленные на уравнивание температуры. Дальше разогретая жидкость проходит через часть остальных узлов двигателя и подается в радиатор.
Радиатор представляет собой объемную решетку, образованную из многочисленных мелких вертикальных каналов с поперечными пластинами. По этим многочисленным каналам жидкость, стекая вниз, охлаждается и отдает все свое тепло в атмосферу. Затем через нижнюю емкость радиатора по патрубкам снова попадает в водяной насос. Эта самая решетка за счет большого числа каналов увеличивает общую площадь охлаждения рабочей жидкости, в результате чего она быстрее остывает. Кроме того, потоки встречного воздуха при движении автомобиля значительно увеличивают этот эффект. Поэтому радиатор всегда расположен, спереди автомобиля. Однако и этого бывает недостаточно, особенно когда автомобиль стоит на месте или сам ДВС предназначен для работы в стационарных условиях или закрытых помещениях. Для этого предусмотрен вентилятор, крепящийся между радиатором и двигателем. Он помогает усиливать циркуляцию воздуха через щели радиатора.
Вот, вроде бы, с устройством системы охлаждения и все. Но есть еще и другая функция, противоречащая названию системы – прогрев двигателя. В условиях низких температур, характерных для зимнего времени и северных районов, запуск и прогрев ДВС сильно затруднен. Топливо плохо распыляется, воздух холодный и влажный, а для масла и охлаждающей жидкости характерна повышенная вязкость. И для того, чтобы обеспечить двигателю автомобиля ( см. устройство двигателя автомобиля ) условия нормальной работы, его не нужно охлаждать, а совсем наоборот – как можно быстрее прогреть. Для этого в системе охлаждения двигателя автомобиля предусмотрен такой элемент как термостат. При запуске холодного двигателя, он не пускает охлаждающую жидкость в радиатор. То есть, она из блока цилиндров напрямую попадает опять в водяной насос. Таким образом, передавая тепло от цилиндров к другим узлам ДВС, она их нагревает. Как только температура двигателя автомобиля достигает 70-80°C, термостат автоматически срабатывает и открывает пропуск охлаждающей жидкости в радиатор, а тот патрубок, что был открыт при разогреве — закрывается.
Аналогично охлаждающей жидкостью происходит прогрев кабины водителя. За счет маленького радиатора и вентилятора в кабине, тепло от жидкости распространяется по салону.
Последний прибор в устройстве системы охлаждения двигателя, играющий тоже немаловажную роль – это датчик температуры, расположенный в кабине. Водитель, имея постоянную информацию о температуре ДВС, может своевременно принять меры по устранению неисправности системы охлаждения, в случае превышения рабочих параметров. Самая частая неисправность системы охлаждения двигателя — это нарушение ее герметичности. Жидкость вытекает, а ее количества не хватает для охлаждения блока цилиндров, в результате чего, температура резко поднимается вверх, что и покажет датчик.
Работа системы охлаждения двигателя
Контроль за работой системы охлаждения осуществляет система, обеспечивающая управление двигателем автомобиля. В автомобилях, выпускаемых сегодня, работа системы охлаждения реализуется на базе математического алгоритма, который учитывает различные параметры работы двигателя и сопряженных систем. На основе полученных данных система управления стремится создать оптимальные условия работы двигателя, для этого включаются или выключаются на определенный временной период из общей схемы элементы системы охлаждения.
Типичная схема работы системы охлаждения представлена ниже:
Поскольку жидкость в системе охлаждения циркулирует в принудительном порядке, то эту функцию принуждения обеспечивает центробежный насос. Именно он прокачивает жидкость через рубашку системы охлаждения. В ходе этого действия происходит охлаждение частей двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. В современных двигателях существует два типа движения жидкости:
- Продольное движение (от первого к последнему цилиндру);
- Поперечное движение (от впускного к выпускному коллектору).
Виды систем охлаждения
В современных автомобилях используется водяное охлаждение мотора, но иногда встречаются модели с воздушной системой. Рассмотрим, из каких элементов будет состоять каждая из этих модификаций, а также по какому принципу они работают.
Уход за системой охлаждения
Обычно поломки СО происходят при максимальных нагрузках, а именно во время езды. В дороге некоторые неисправности невозможно устранить. По этой причине не стоит дожидаться, когда нужен будет ремонт машины. Чтобы продлить срок службы всех элементов системы, ее необходимо вовремя обслуживать.
Как проверить циркуляцию охлаждающей жидкости?
Если с автомобилем есть некоторые проблемы, например, слабая циркуляция охлаждающей жидкости, то нужно попытаться выяснить основные причины этого.
Во-первых, для того, чтобы поставить правильный диагноз, нужно удостовериться, что уровень охлаждающей жидкости находится в норме. Это можно сделать, проверив бачок. Он должен быть заполнен, как минимум, на 50%.
Если наблюдаются утечки антифриза, то стоит осмотреть все под капотом на предмет подтеков. Основные причины утечек — это плохое соединение трубок и патрубков или же пробитый или старый радиатор.
Далее нужно проверить непосредственно то, как жидкость циркулирует в системе охлаждения. Чтобы проверить это, нужно снять крышку с расширительного бачка и смотреть, как в него поступает антифриз. Плохая циркуляция охлаждающей жидкости – это в большинстве случаев либо забитая система, либо проблемы с насосом.
Виды систем охлаждения двигателя
Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:
- Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
- Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
- Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.
Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).
Система охлаждения двигателя — принцип работы
Поддержание оптимальной температурной среды необходимо для стабильного функционирования и долгой эксплуатации ДВС. От этого также зависят эффективность масла, обогрев салона, газовая рециркуляция, работа коробки и турбонадува. Система обеспечивает оптимальный тепловой режим даже при 45 градусах Цельсия, дает мотору быстро нагреваться до рабочей нормы и способствует минимальному расходу мощности на “включение” отдельных элементов и пр.
Узнайте стоимость диагностики двигателя онлайн за 3 минуты
Не тратьте время впустую – воспользуйтесь поиском Uremont и получите предложения ближайших сервисов с конкретными ценами!
Как работает охлаждение автомобильного двигателя
Для обеспечение нормальной “охлаждающей” деятельности необходим блок управления. Она учитывает температуру окружающей среды, смазки, рабочей жидкости и пр. После математической оценки различных параметров подаются команды, а также производится регулировка для компенсации отклонений.
Элементы узла перечислены ниже:
- радиаторы (трубчатый, масляный, газовый);
- вентилятор (возможно механическое, гидравлическое или электрическое приводное устройство);
- насос (необходим для циркуляции жидкости);
- термостат (регулирует объем раствора в радиаторе, вариант с электрическим подогревом позволяет использовать три его рабочих положения);
- отопительный теплообменник (позволяет использовать тепло из воздуха для последующего обогрева);
- бачок расширителя (компенсирует изменение объема воздушной массы);
- рубашка охлаждения мотора (магистрали для жидкости, проходящие через цилиндрический блок и головку блока ДВС);
- система управления (в том числе датчики).
Как работает ЭБУ охлаждения двигателя? Температурный сенсор посылает в блок управления электрический сигнал, опираясь на тепловые данные.