Система охлаждения необходима для сохранения рабочего диапазона температур двигателя и защиты мотора от перегрева. Если не охлаждать двигатель — он быстро сломается.
Рассказываем, что такое система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, какие ее виды бывают, как она устроена, в чем заключается принцип работы и что в ней может сломаться.
Что такое система охлаждения двигателя
Система охлаждения двигателя — это совокупность компонентов, предназначенных для поддержания оптимальной температуры работы двигателя внутреннего сгорания. Основная задача этой системы заключается в предотвращении перегрева двигателя, что может привести к его повреждению или снижению эффективности. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания отводит тепло от нагретых деталей мотора с помощью жидкости, охлаждаемым воздухом.
Для чего предназначена система охлаждения двигателя
Помимо основной функции в виде отвода тепла от мотора, система охлаждения двигателя (сокращенно СОД) выполняет и другие задачи:
Рабочая температура современных бензиновых двигателей составляет 100-120°C, дизельных — 80-90°C. Выход из строя или низкая эффективность работы системы охлаждения приводит к поломке двигателя. Облегченная конструкция нынешних моторов и увеличенная мощность по отношению к объему даже при кратковременныом перегреве может привести к критическим повреждениям и дорогостоящему ремонту двигателя. Поэтому правильная работа системы охлаждения автомобиля является гарантом работоспособности и ресурса силовой установки.
Виды систем охлаждения двигателя
Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания делятся на два основных типа: жидкостные (водяные) и воздушные. Иногда еще выделяют в отдельный тип гибридные системы охлаждения (в которых используется и воздух и жидкость), но сейчас принято их относить к жидкостным системам.
Воздушная система охлаждения
Сегодня 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. Воздушные системы охлаждения делятся на два типа – естественного и принудительного охлаждения.
V-образный двигатель Yamaha с воздушным охлаждением
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:
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. Плюсами такой системы являются ее простота и надежность. Минусов больше: увеличенные 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, на фото ниже экземпляр восстановленного Porsche 911 с четырехлитровым мотором с воздушным охлаждением (форсированный до 390 л.с и конструктивно доработанный):
Двигатель Porsche 911 с воздушным охлаждением
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.
Схема системы охлаждения двигателя
Для ускорения теплообмена в замкнутой жидкостной системе применяется вентилятор охлаждения, так как набегающего потока воздуха, особенно в пробках, недостаточно для эффективной работы системы охлаждения.
Устройство жидкостной системы охлаждения двигателя
В современных автомобилях используется только жидкостная система охлаждения, поэтому далее мы будем рассказывать только об этом типе СОД. Вот классическая схема устройства 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.
Подробнее об основных элементах, из которых состоит жидкостная система охлаждения двигателя:
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 материалов с хорошей теплопроводностью – медь и алюминий. Радиаторы с медными трубками более долговечны, однако с целью удешевления их часто делают алюминиевыми. Иногда радиаторы комплектуется пробкой(воздушным клапаном), выполняющим ту же функцию, что и крышка расширительного бачка.
Вентилятор радиатора – создает мощный поток воздуха, ускоряя охлаждение жидкости в радиаторе. В современных автомобилях вентилятор работает от электродвигателя или вискомуфты 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, 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 – в системах охлаждения автомобиля регулирует движение охлаждающей жидкости (по малому или большому кругу) с целью ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной температуры его работы. 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 – 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, или печка – обычный теплообменник (конденсатор), который служит для отвода тепла в салон автомобиля. Устройство и принцип работы аналогичны основному радиатору. 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 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 аварийным клапаном, который контролирует давление в системе. Бачки делают из полупрозрачного пластика (для удобства контроля уровня жидкости) и располагают в верхней точке системы охлаждения с целью недопущения появления воздушных пробок. Рабочее давление — 1,2—2 атмосферы.
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.
Как работает жидкостная система охлаждения автомобиля
Прежде чем вы начнете знакомиться с текстовым описанием работы системы охлаждения двигателя, рекомендуем посмотреть видео, в котором подробно описана схема работы СОД:
Принцип работы системы охлаждения двигателя заключается в следующем. По герметичному контуру принудительно циркулирует жидкость, которая нагревается в рубашке охлаждения двигателя и остывает в радиаторе охлаждения. 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 сейчас применяется антифриз – специальная жидкость на основе этиленгликоля, которая не замерзает при низких температурах (в народе называют «незамерзайка»). Ранее использовали дистиллированную 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».
Как охлаждается двигатель внутреннего сгорания
Выше мы рассмотрели общий принцип работы системы охлаждения жидкости в отрыве от двигателя и системы отопления салона. Рассказываем, как технически связана СОЖ с этими элементами и рассмотрим основные понятия.
Большой и малый круг системы охлаждения и что в них входит
Большой круг циркуляции жидкости — контур движения охлаждающей жидкости от двигателя через основной радиатор. При задействовании большого круга охлаждения антифриз обычно циркулирует и по малому кругу тоже (по всей системе).
Малый круг циркуляции жидкости — контур движения охлаждающей жидкости от двигателя к отопителю салона, минуя основной радиатор. Малый круг циркуляции ограничивает движение охлаждающей жидкости по СОЖ, что позволяет ускорить прогрев мотора и салона автомобиля. После запуска мотора и до достижения охлаждающей жидкостью температуры 80—90 °С работает малый круг циркуляции, а после выхода двигателя на рабочий режим термостат открывает большой круг циркуляции.
Рубашка охлаждения двигателя — это система каналов, встроенных в блок цилиндров и головку блока цилиндров, через которые циркулирует охлаждающая жидкость. Основная функция рубашки охлаждения заключается в том, чтобы отводить избыточное тепло от работающего двигателя, предотвращая его перегрев и обеспечивая стабильную рабочую температуру.
Как охлаждается двигатель. В рубашку охлаждения двигателя подается жидкость с помощью водяного насоса (помпы). Жидкость забирает на себя часть тепла от двигателя и охлаждается в радиаторе. Когда двигатель холодный — жидкость движется по малому кругу через рубашку охлаждения и радиатор отопителя, не попадая в радиатор. Так мотор и салон автомобиля прогреваются быстрее.
Схема системы охлаждения двигателя
С повышением температуры жидкости в системе (отслеживается датчиками температуры) – термостат открывает путь 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. Когда температура ОЖ достигает определенного значения – включается вентилятор радиатора, который ускоряет охлаждения жидкости.
Неисправности системы охлаждения двигателя
Система охлаждения двигателя несмотря на свою сложность довольно надежна. Но некоторые элементы со временем все же выходят из строя. Вот основные причины неисправности системы охлаждения двигателя:
А вы сталкивались с поломкой системы охлаждения? Расскажите, как это было в комментариях.
Читайте также в нашем журнале:
