Назначение системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания состоит в отводе тепла от нагретых деталей мотора с помощью охлажденной среды (жидкости, газа или того и другого вместе) для сохранения рабочего диапазона температур двигателя и защиты его от перегрева независимо от условий эксплуатации. Как устроена система охлаждения, какие её виды бывают и в чем заключается принцип работы подробно разобрано в этой статье.
Функции системы охлаждения двигателя автомобиля
Помимо основной функции в виде отвода тепла от мотора, система охлаждения двигателя (сокращенно СОД) выполняет и другие задачи:
Выход из строя или низкая эффективность работы системы охлаждения ведет к повышенному износу и выходу из строя двигателя деталей двигателя. Рабочая температура современных бензиновых двигателей составляет 100-120°C (или 70-90°C для дизельных моторов), а с учетом облегченных конструкций нынешних моторов и увеличенной мощностью по отношению к объему даже кратковременный перегрев гарантирует мгновенную или очень скорую поломку двигателя. Поэтому правильная работа системы охлаждения в современных автомобилях является гарантом работоспособности и ресурса силовой установки.
Виды систем охлаждения двигателя
Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания делятся на три основных типа: жидкостные (водяные), воздушные и гибридные (комбинированные – для охлаждения используется и воздух и жидкость).
Но прежде чем вы начнете знакомиться с классификацией, рекомендуем посмотреть видео, в котором подробно описана работа системы охлаждения двигателя.
Жидкостная система охлаждения
Жидкостные системы охлаждения делятся на несколько типов – замкнутого, не замкнутого и открытого типа. В системах незамкнутого жидкостного охлаждения охлаждающая жидкость (сокращенно ОЖ) подается извне, отводит тепло от его источника и направляется во внешнюю среду. Например, для охлаждения режущего инструмента подается поток смазки, поступающей самотеком в маслосборник. В открытых системах жидкостного охлаждения нагревательный элемент расположен в объеме теплоносителя, а тот в свою очередь помещен в охладитель. Системы открытого типа применяют, например, для охлаждения трансформаторов. В автомобилях используются только системы замкнутого жидкостного охлаждения, когда жидкая среда находится в герметичном контуре.
Для ускорения теплообмена дополнительно к замкнутой жидкостной системе может подключаться воздушная – такая связка широко применяется в автомобилестроении и называется комбинированной (или гибридной) системой охлаждения.
Схема системы охлаждения двигателя
Комбинированная (гибридная) система охлаждения
По герметичному жидкостному контуру принудительно циркулирует жидкость, которая нагревается в рубашке охлаждения двигателя и остывает в радиаторе охлаждения. Дополнительно рядом с радиатором установлен вентилятор, который включается при повышении температуры охлаждающей жидкости выше заданного значения. Такая система применяется на абсолютном большинстве современных автомобилей.
В качестве охлаждающей жидкости сегодня чаще всего применяется антифриз – специальная жидкость на основе этиленгликоля, которая не замерзает при низких температурах (в народе называют “незамерзайка”). Ранее использовали простую воду. В СССР распространение получили антифризы марки Тосол, под которой выпускался целый ряд технических жидкостей для автомобилей. Охлаждающие жидкости этого бренда под названиями “Тосол-А” и “Тосол-АМ” были так популярны, что слово “тосол” стало народным синонимом “антифризу”.
Принципиальная схема охлаждения одинаковая как для бензиновых, так и дизельных двигателей. В этой статье мы рассмотрим общую схему, которая актуальна для обоих видов моторов. Порядок расположения элементов может отличаться от автомобиля к автомобилю, но основные компоненты, обеспечивающие правильную работу системы охлаждения – одинаковые.
Устройство жидкостной системы охлаждения двигателя
Схема системы охлаждения двигателя автомобиля
1 – Радиатор охлаждения; 2 – Вентилятор радиатора; 3 – Водяной насос (помпа); 4 – Термостат; 5 – Вентилятор радиатора отопителя салона; 6 – Радиатор отопителя салона; 7 – Расширительный бачок.
Радиатор охлаждения (1):
Радиатор охлаждения автомобиля (или воздушный теплообменник) служит для рассеивания тепла в атмосферу. Состоит из трубок, по которым циркулирует антифриз, и большого количества пластин (рёбер), которые увеличивают поверхность для ускорения теплообмена. Радиаторы изготавливаются из легко проводящих тепло материалов – медь (трубки) и алюминий (пластины). Радиаторы с медными трубками более долговечны, однако с целью удешевления их часто делают алюминиевыми, что сказывается на долговечности. Иногда эти теплообменники комплектуется пробкой радиатора (воздушным клапаном), выполняющим ту же функцию, что и крышка расширительного бачка.
Вентилятор (2):
Вентилятор радиатора – создает мощный поток воздуха, ускоряя охлаждение радиатора (при движении на малой скорости, в жаркую погоду, в пробках и т.д.). В современных автомобилях работает от электродвигателя и имеет несколько скоростей вращения, которые автоматически выбирает и включает бортовой компьютер, используя показания датчиков температуры. При включении кондиционера вентилятор радиатора включается принудительно на максимальной скорости и работает постоянно.
Водяной насос (3):
Водяной насос, или жидкостной насос, или помпа – отвечает за циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Приводится в движение ременной передачей от вала двигателя (чаще) или от электродвигателя (реже). В связи со сложными условиями работы является расходным элементом – по регламенту меняется вместе с ремнем газораспределительного механизма (ГРМ) и роликами. На двигателях с цепной системой газораспределения автопроизводители рекомендуют менять жидкостной насос каждые 90 000 километров пробега.
Термостат (4):
Термостат – в системах охлаждения автомобиля регулирует движение охлаждающей жидкости (по малому или большому кругу) с целью ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной температуры его работы. Когда мотор не прогрет до рабочей температуры термостат закрыт и жидкость движется только по малому кругу (рубашка охлаждения мотора и радиатор отопителя салона), после прогрева термостат открывается, и жидкость движется по большому кругу (через радиатор охлаждения). Термостат состоит из штока, клапана, пружины и баллона с термочувствительной жидкостью (термобаллона). Под воздействием температуры жидкость в баллоне расширяется и преодолевает сопротивление пружины, открывая тем самым клапан.
Вентилятор отопителя (5):
Вентилятор отопителя – прогоняет очищенный от крупных частиц салонным фильтром уличный воздух через радиатор отопителя, тем самым снимает с него тепло, которое далее идет по воздуховодам и подается в салон. На машинах с кондиционером этот же вентилятор обдувает испаритель, снимая с него холод. Состоит из электродвигателя, крыльчатки и корпуса. Обычно располагается в салоне автомобиля – непосредственно в системе воздуховодов, реже – за моторным щитом.
Радиатор отопителя (6):
Радиатор отопителя, или печка – обычный теплообменник (конденсатор), который служит для отвода тепла в салон автомобиля. Устройство, схема подключения и принцип работы аналогичны основному радиатору. Главное отличие – радиатор отопителя меньше. Теплообменник постоянно нагрет, поскольку напрямую подключен к системе охлаждения автомобиля. Съем тепла с него осуществляется вентилятором – если он выключен, или перекрыта заслонка конденсатора (салонной печки) – в салон тепло попадать не будет.
Расширительный бачок (7):
Расширительный бачок предназначен для хранения излишков охлаждающей жидкости (антифриза), которые возникают в результате расширения этой жидкости в процессе нагрева. В автомобилях используют расширительные бачки открытого типа – закрывающая их крышка одновременно является клапаном (в некоторых автомобилях это просто крышка, а клапан находится на радиаторе), который поддерживает избыточное давление охлаждающей жидкости. Бачки делают из полупрозрачного пластика (для удобства контроля уровня жидкости) и располагают их в верхней точке системы охлаждения с целью недопущения появления воздушных пробок.
Все элементы соединены в замкнутый контур посредством патрубков (шлангов), отводов и втулок. Немаловажную роль в корректной работе системы охлаждения играет датчик температуры охлаждающей жидкости, обычно их ставят два – один дает показания на приборную панель, другой передает данные бортовому компьютеру. На основании температуры, например, может меняться состав топливовоздушной смеси, включаться или выключаться повышенные (прогревочные) обороты и вентилятор охлаждения.
Также часто в систему охлаждения мотора, особенно мощных двигателей, входит масляный радиатор (в основном это жидкостно-масляный теплообменник), который охлаждает моторное масло до температуры близкой к температуре ОЖ.
Принцип работы жидкостной (гибридной) системы охлаждения автомобиля
В каналы блока и головки цилиндров (так называемую рубашку охлаждения) подается жидкость с помощью водяного насоса (помпы). Жидкость забирает на себя часть тепла от двигателя и охлаждается в радиаторе. В системе охлаждения есть два круга обращения охлаждающей среды – малый и большой. Выбор пути регулируется термостатом – на “холодную” жидкость движется только по рубашке охлаждения (малый круг, иногда в него входит и радиатор отопителя) не попадая в радиатор, что ускоряет выход мотора на рабочую температуру.
Схема системы охлаждения двигателя
С повышением температуры жидкости в системе (отслеживается датчиками температуры) – термостат начинает приоткрывать путь на для жидкости на большой круг, в котором задействованы все элементы системы охлаждения как на приведенной выше схеме. Чем выше температура жидкости – тем сильнее открыт термостат. Если при максимальном открытии термостата температура продолжает расти и достигает определенного значения – включается вентилятор охлаждения радиатора, который ускоряет охлаждения жидкости.
Воздушная система охлаждения
V-образный двигатель Yamaha с воздушным охлаждением
Воздушные системы в свою очередь делятся на два типа – естественного и принудительного охлаждения. Естественная система воздушного охлаждения является наиболее примитивным вариантом – отвод тепла осуществляется с помощью оребрения на поверхности цилиндров (как на радиаторах воздушного охлаждения). Однако простота конструкции вкупе с низкой теплоёмкостью воздуха создает ряд ограничений и проблем:
На сегодняшний день воздушное охлаждение естественно типа еще можно встретить на мотоциклах, мопедах и авиатехнике. На легковых автомобилях уже не применяется, на мототехнике вытесняется жидкостным охлаждением из-за возросшей форсировки моторов.
Двигатель Yamaha XVS950A
Принудительная система воздушного охлаждения применяется в стационарных объектах и технике, доступ воздуха к двигателю которой ограничен в следствие наличия капота или иных элементов на пути воздушного потока. В этом случае обдув двигателя осуществляется с помощью вентилятора. Конструкция по сравнению с системами естественного воздушного охлаждения усложнена только наличием вентилятора и тоже относится к простым. Также очевидным плюсом такой системы является отсутствие охлаждающей жидкости, как собственно и системы для ее циркуляции. Минусы: большие габариты двигателя, низкая эффективность охлаждения, высокий уровень шума от вентилятора. Как и у естественного воздушного охлаждения есть проблемы с неравномерным обдувом.
Самая известная машина с принудительной системой воздушного охлаждения – “Запорожец”. Такого же типа охлаждение ставили на моторы моделей Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroen 2CV, Tatra 613, Volkswagen Type 2. В современных автомобилях принудительная система воздушного охлаждения не применяется. Но иногда умельцы реставрируют старые автомобили с двигателями с таким охлаждением. Например, вот экземпляр восстановленного Porsche 911 с четырехлитровым мотором с воздушным охлаждением (форсированный до 390 л.с и конструктивно доработанный):
Двигатель Porsche 911 с воздушным охлаждением
На этом знакомство с системой охлаждения двигателей автомобилей окончено. Типовые неисправности и поломки таких систем – тема для отдельной статьи.
Читайте также в нашем журнале:
