В автомобиле призвана защитить рабочий агрегат от перегрева и тем самым контролирует работоспособность всего моторного блока. Охлаждение является важнейшей функцией в работе двигателя внутреннего сгорания.
Последствия неисправности охлаждения ДВС могут стать фатальными для самого агрегата, вплоть до полного выхода из строя блока цилиндров. Поврежденные узлы уже могут не подлежать восстановительным работам, их ремонтопригодность будет равна нулю. Следует со всей внимательностью и ответственностью отнестись к эксплуатации и проводить периодическую промывку системы охлаждения двигателя.
Контролируя систему охлаждения, автовладелец напрямую заботится о "здоровье сердца" своего железного "коня".
Назначение системы охлаждения
Температура в блоке цилиндров при работающем агрегате может подниматься до 1900 ℃. Из этого объема тепла только часть является полезной и используется в необходимых режимах работы. Остальное выводится системой охлаждения за пределы моторного отсека. Увеличение температурного режима сверх нормы чревато негативными последствиями, которые приводят к прогоранию смазочных материалов, нарушению технических зазоров между определенными деталями, особенно в поршневой группе, что приведет к уменьшению срока их службы. Перегрев мотора, как следствие неисправности системы охлаждения двигателя, является одной из причин детонации горючей смеси, поставляемой в камеру сгорания.
Переохлаждение двигателя также нежелательно. В "холодном " агрегате появляется потеря мощности, густота масла повышается, из-за чего увеличивается трение несмазанных узлов. Рабочая горючая смесь частично конденсируется, тем самым лишая стенки цилиндра смазки. Вместе с тем, поверхность стенки цилиндра подвергается процессу коррозии вследствие образования серных отложений.
Система охлаждения двигателя предназначена стабилизировать тепловой режим, необходимый для нормального функционирования мотора транспортного средства.
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 такого типа намного выше. При высоком давлении увеличивается порог закипания охлаждающего элемента. Температура хладагента в закрытой системе может достигать 120 ℃.
Охлаждение воздухом
Естественное приточное охлаждение воздушными массами являет собой самый простейший способ отвода тепла. Двигатели с данным типом охлаждения выбрасывают тепло в окружающую среду при помощи радиаторных ребер, находящихся на поверхности агрегата. Такая система имеет огромный недостаток в функциональной возможности. Дело в том, что такой способ напрямую зависит от небольшой удельной теплоемкости воздуха. К тому же, присутствуют проблемы с равномерностью отвода тепла от мотора.
Такие нюансы препятствуют монтажу одновременно эффективной и компактной установки. В системе охлаждения двигателя воздух поступает неравномерно на все части, и тогда приходится избегать возможности локального перегрева. Следуя конструктивным особенностям, ребра для охлаждения монтируют в тех местах двигателя, где воздушные массы наименее всего активны, по причине аэродинамических свойств. Те части мотора, которые больше всего подвержены нагреву, располагают навстречу воздушным массам, при этом более "холодные" участки размещают сзади.
Принудительное охлаждение воздухом
Двигатели с таким типом отвода излишнего тепла оборудованы вентилятором и ребрами охлаждения. Такой набор конструктивных узлов позволяет искусственно нагнетать воздух в систему охлаждения двигателя для обдува охлаждающих ребер. Над вентилятором и ребрами устанавливается защитный кожух, который участвует в направлении воздушных масс для охлаждения и препятствует попаданию тепла извне.
Положительными моментами в данном типе охлаждения принимается простота конструктивных особенностей, малый вес, отсутствие узлов подачи и циркуляции хладагента. Недостатками считаются высокий шумовой уровень функционирования системы и громоздкость устройства. Также в принудительном воздушном охлаждении не решена проблема с локальным перегревом агрегата и рассеянностью обдува, несмотря на установленные кожухи.
Такой тип предупреждения перегрева двигателей активно применялся вплоть до 70-х годов. Работа системы охлаждения двигателя с принудительным воздушным типом была популярна на малолитражных транспортных средствах.
Охлаждение при помощи жидкостей
Жидкостная система охлаждения на сегодня является самой популярной и распространенной. Процесс отвода тепла происходит при помощи жидкого хладагента, циркулирующего по основным элементам двигателя по специальным закрытым магистралям. Гибридная система сочетает в себе элементы воздушного охлаждения одновременно с жидким. Жидкость охлаждается в радиаторе, имеющем ребра и вентилятор с кожухом. Также такой радиатор охлаждается приточными воздушными массами при движении транспортного средства.
Жидкостная система охлаждения двигателя выдает минимальный уровень шума при эксплуатации. Данный тип повсеместно собирает тепло и отводит его от двигателя с высокой эффективностью.
По методу движения жидкого хладагента системы классифицируются:
Устройство системы охлаждения двигателя
Конструкция жидкостного охлаждения имеет одинаковую структуру и элементы, как для бензинового двигателя, так и для дизельного. Система состоит из:
- радиаторного блока;
- масляного радиатора;
- вентилятора, с установленным кожухом;
- помпы (насос с центробежной силой);
- бачок для расширения нагретой жидкости и контроля уровня;
- термостат циркуляции хладагента.
При промывке системы охлаждения двигателя затрагиваются все данные узлы (кроме вентилятора) для более эффективной дальнейшей работы.
Охлаждающая жидкость циркулирует по магистралям внутри блока. Совокупность таких проходов называется "рубашкой охлаждения". Она охватывает наиболее подверженные нагреву участки двигателя. Хладагент, двигаясь по ней, вбирает в себя тепло и несет его к радиаторному блоку. Охлаждаясь, он повторяет круг.
Функционирование системы
Одним из основных элементов в устройстве системы охлаждения двигателя считается радиатор. Его задачей является остужать хладагент. Он состоит из радиаторной обрешетки, внутри которой проложены трубки для движения жидкости. Охлаждающая жидкость попадает в радиатор через нижний патрубок и выходит через верхний, который вмонтирован в верхний бачок. Сверху бачка имеется горловина, закрытая крышкой со специальным клапаном. Когда возрастает давление в системе охлаждения двигателя, клапан приоткрывается и жидкость поступает в расширительный бачок, прикрепленный отдельно в моторном отсеке.
Также на радиаторе находится датчик температуры, который сигнализирует водителю о предельном нагреве жидкости посредством прибора, установленного в салоне на информационной панели. В большинстве случаев к радиатору крепится вентилятор (бывает два) с кожухом. Вентилятор активируется автоматически при достижении критической температуры охлаждающей жидкости или работает принудительно от привода с помпой.
Помпа обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости по всей системе. Энергию вращения насос получает путем ременной передачи от шкива коленвала.
Термостат управляет большим и малым кругом циркуляции хладагента. При первом пуске двигателя термостат пускает жидкость по малому кругу для того, чтобы моторный агрегат быстрее прогрелся до рабочей температуры. После этого термостат открывает большой круг системы охлаждения двигателя.
Антифриз или вода
В качестве охлаждающей жидкости используется вода или антифриз. Современные автовладельцы стали все чаще применять последнее. Вода замерзает при минусовых температурах и является катализатором в процессах коррозии, что негативно сказывается на системе. Единственным плюсом является ее высокая теплоотдача и еще, пожалуй, доступность.
Антифриз не замерзает при холоде, предотвращает коррозию, препятствует серным отложениям в системе охлаждения двигателя. Но имеет более низкую теплоотдачу, что негативно сказывается в жаркое время года.
Неисправности
Последствиями неисправности охлаждения становятся перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев может быть вызван недостаточностью жидкости в системе, нестабильной работой помпы или вентилятора. Также неправильной работой термостата, когда он должен открыть большой круг охлаждения.
Могут быть вызваны сильным загрязнением радиатора, зашлакованностью магистралей, плохой работой крышки радиатора, расширительного бачка или некачественным антифризом.
Строго говоря, термин «жидкостное охлаждение» не вполне корректен, так как жидкость в системе охлаждения - всего лишь промежуточный теплоноситель, проникающий в толщу стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента в системе играет воздух, обдувающий радиатор, поэтому охлаждение современного автомобиля правильней назвать гибридным.
Устройство жидкостной системы охлаждения
Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из нескольких элементов. Самый сложный называется «рубашкой охлаждения». Это разветвленная сеть каналов в толще блока цилиндров и . Кроме рубашки в систему входит радиатор системы охлаждения, расширительный бачок, водяной насос, термостат, металлические и резиновые соединительные патрубки, датчики и контрольные приборы.
Пропилен гликоль - основа охлаждающей жидкости (антифриза) и одобренная ветеринарными врачами пищевая добавка для рациона собак
Система построена на принципе принудительной циркуляции, которую обеспечивает водяной насос. Благодаря постоянному оттоку разогретой жидкости двигатель охлаждается равномерно. Этим и объясняется применение системы в подавляющем большинстве современных автомобилей.
Пройдя по каналам в стенках блока, жидкость нагревается и попадает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха. Когда автомобиль движется, для охлаждения достаточно естественного обдува, а когда автомобиль стоит – обдув происходит за счет электрического вентилятора, включающегося по сигналу от датчика температуры.
Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения
Радиатор охлаждения
Радиатор - панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых для увеличения площади теплоотдачи алюминиевым или медным "оперением". В сущности, оперение, это многократно сложенная лента из металла. Общая суммарная площадь ленты достаточно велика, а значит, может отдать в атмосферу в единицу времени достаточно много тепла.
Самый уязвимый элемент конструкции двигателя - турбокомпрессор (турбина), работающая на крайне высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно
Таким образом, разогретая жидкость внутри радиатора циркулирует сразу по всем многочисленным тонким трубкам и охлаждается достаточно интенсивно. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, отводящий пары и избыток жидкости, расширяющейся при нагреве.
В зависимости от режима работы ДВС цикл движения охлаждающей жидкости в системе может меняться. Объем жидкости, циркулирующей в каждом круге напрямую зависит от того, в какой степени открыты основной и дополнительный клапаны термостата. Эта схема обеспечивает автоматическую поддержку оптимального температурного режима работы двигателя.
Преимущества и недостатки жидкостной системы охлаждения
Главное достоинство жидкостного охлаждения заключается в том, что охлаждение двигателя происходит равномернее, чем в случае обдува блока потоком воздуха. Это объясняется большей теплоемкостью охлаждающей жидкости по сравнению с воздухом.
Жидкостная система охлаждения позволяет значительно снизить шум от работающего двигателя за счет большей толщины стенок блока.
Инерционность системы не дает быстро остывать двигателю после выключения. Разогретая жидкость автомобиля и для предварительного подогрева горючей смеси.
Наряду с этим, жидкостная система охлаждения имеет ряд недостатков.
Основной недостаток заключается в сложности системы и в том, что она работает под давлением после прогрева жидкости. Жидкость, находящаяся под давлением, предъявляет повышенные требования к герметичности всех соединений. Ситуация осложняется тем, что работа системы подразумевает постоянное повторение цикла "нагрев - остывание". Это вредно для соединений и резиновых патрубков. При нагреве резина расширяется, а затем сжимается при остывании, что становится причиной течей.
Кроме того, сложность и большое количество элементов сама по себе служит потенциальной причиной "техногенных катастроф", сопровождаемых "закипанием" двигателя в случае выхода из строя одной из ключевых деталей, например, термостата.
При сгорании топлива внутри цилиндра температура газов поднимается до 2000°С. Тепло расходуется на механическую работу, частично уносится с выхлопными газами, тратится на лучеиспускание и нагрев деталей двигателя. Если его не охлаждать, то он теряет мощность (ухудшается наполнение цилиндров рабочей смесью, возникает преждевременное самовоспламенение смеси и т. д.), усиливается изнашивание деталей (выгорает масло в зазорах) и возрастает вероятность поломки их в результате снижения механических свойств материалов.
Если же двигатель переохлажден, уменьшается количество тепла, переходящего в работу, топливо конденсируется на холодных стенках цилиндров, стекает в картер (масляный резервуар) и разжижает смазку, что также приводит к увеличению износа трущихся деталей и снижению мощности двигателя. Таким образом, поддержание определенного теплового режима двигателя является важным и обязательным делом. Поэтому все автомобильные двигатели имеют систему охлаждения.
Существуют жидкостные и воздушные системы охлаждения. Жидкостные системы охлаждения получили большее распространение, так как с их помощью создается более благоприятный тепловой режим для деталей двигателя возможность изготовления деталей двигателя из сравнительно недорогих материалов. Такие двигатели при при работе создают меньше шума за Счет наличия двойных стенок (рубашки) и слоя охлаждающей жидкости.
1 - радиатор отопителя |
21 - правый бачок радиатора |
|---|
Система охлаждения - жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией. Герметичность системы обеспечивается впускным и выпускным клапанами в пробке расширительного бачка. Выпускной клапан поддерживает повышенное (по сравнению с атмосферным) давление в системе на горячем двигателе (за счет этого температура кипения жидкости становится выше, уменьшаются паровые потери). Он открывается при давлении 1,1-1,5 кгс/см2. Впускной клапан открывается при понижении давления в системе относительно атмосферного на 0,03-0,13 кгс/см2 (на остывающем двигателе).
Тепловой режим работы двигателя поддерживается термостатом и электровентилятором радиатора. Последний включается датчиком, ввернутым в левый бачок радиатора (на двигателе ВАЗ-2110) или через реле по сигналу электронного блока управления двигателем (на двигателях ВАЗ-2111, -2112). Контакты датчика замыкаются при температуре 99±2°С, а размыкаются при температуре 94±2°С.
Для контроля температуры охлаждающей жидкости в головку блока цилиндров двигателя ввернут датчик, связанный с указателем температуры на приборной панели. В выпускном патрубке впрыскных двигателей (ВАЗ-2111, -2112) установлен дополнительный датчик температуры, выдающий информацию для электронного блока управления двигателем.
Насос охлаждающей жидкости - лопастной, центробежного типа, приводится от шкива коленчатого вала зубчатым ремнем привода газораспределительного механизма. Корпус насоса - алюминиевый. Валик вращается в двухрядном подшипнике с «пожизненным» запасом пластичной смазки. Наружное кольцо подшипника стопорится винтом. На передний конец валика напрессован зубчатый шкив, на задний - крыльчатка. К торцу крыльчатки прижато упорное кольцо из графитосодержащей композиции, под которым находится сальник. При выходе насоса из строя рекомендуется заменять его в сборе.
Перераспределением потоков жидкости управляет термостат. На холодном двигателе перепускной клапан термостата перекрывает патрубок, ведущий к радиатору, и жидкость циркулирует только по малому кругу (через байпасный патрубок термостата), минуя радиатор. На двигателе ВАЗ-2110 малый круг включает радиатор отопителя, впускной коллектор, блок подогрева карбюратора и жидкостную камеру полуавтоматического пускового устройства. На двигателях ВАЗ-2111, -2112 жидкость, кроме отопителя, подается к блоку подогрева дроссельного узла (подогрев впускного коллектора не предусмотрен).
При температуре 87±2°С перепускной клапан термостата начинает перемещаться, открывая основной патрубок; при этом часть жидкости циркулирует по большому кругу, через радиатор. При температуре около 102°С патрубок полностью открывается, и вся жидкость циркулирует по большому кругу. Ход основного клапана должен составлять не менее 8 мм.
Термостат двигателя ВАЗ-2112 имеет повышенное сопротивление байпасного клапана (дроссельное отверстие), за счет чего увеличивается поток жидкости через радиатор отопителя.
Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Он изготовлен из полупрозрачного полиэтилена, что позволяет визуально контролировать уровень жидкости. Бортовая система контроля также сообщает о падении уровня жидкости, для этого в крышке бачка предусмотрен датчик. С бачком также соединены две пароотводные трубки: одна - от радиатора отопителя, другая - от радиатора охлаждения двигателя.
Радиатор состоит из двух вертикальных пластмассовых бачков (левый - с перегородкой) и двух горизонтальных рядов круглых алюминиевых трубок с напрессованными охлаждающими пластинами. Для повышения эффективности охлаждения пластины штампуются с насечкой. Трубки соединены с бачками через резиновую прокладку. Жидкость подается через верхний патрубок, а отводится через нижний. Рядом с впускным патрубком расположен тонкий патрубок пароотводной трубки.
Емкость системы жидкостного охлаждения зависит от размеров и степени форсирования (например, степени сжатия) двигателя и в среднем составляет 0,2.,.0,3 л на лошадиную силу. Поэтому у легковых автомобилей она содержит до 8...12 л жидкости, у грузовых машин с бензиновым карбюраторным двигателем — до 30 л, а у грузовиков с дизельным двигателем — до 50 л. Антифриз, содержащий антикоррозийные и антивспенивающие добавки, а также добавки, исключающие образование накипи, марки тосол А-40 или А-65 имеет температуру загустения соответственно — 40 и — 65°С. При работе двигателя жидкость, омывающая его цилиндры и головку, нагревается и открывает автоматический клапан (термостат), расположенный в трубопроводе, соединяющем двигатель с радиатором. Насос, при-вводимый в действие от коленчатого вала, создает циркуляцию жидкости в системе. Горячая жидкость, проходя по трубкам радиатора, отдает тепло воздуху, подаваемому в него вентилятором. Интенсивность охлаждения двигателя можно менять, изменяя интенсивность циркуляции жидкости или интенсивность воздушного потока, проходящего через радиатор, в зависимости от температуры воздуха окружающей среды или условий движения (скорость, нагрузка и т.д.).
Сегодня из нашей постоянной рубрики «Как это работает
» Вы узнаете устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя
, для чего нужен термостат
и радиатор
, а так же почему не получила широкого распространения воздушная система охлаждения
.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания осуществляет отвод теплоты от деталей двигателя и передачу её в окружающую среду. Кроме основной функции система выполняет ряд второстепенных: охлаждение масла в системе смазки; нагрев воздуха в системе отопления и кондиционирования; охлаждение отработавших газов и др.
При сгорании рабочей смеси, температура в цилиндре может достигать 2500°С, в то время как рабочая температура ДВС составляет 80-90°С. Именно для поддержания оптимального температурного режима существует система охлаждения, которая может быть следующих типов, в зависимости от теплоносителя: жидкостная, воздушная и комбинированная . Следует отметить, что жидкостная система в чистом виде уже практически не используется , так как не способна длительное время поддерживать работу современных двигателей в оптимальном тепловом режиме.
Комбинированная система охлаждения двигателя:
В комбинированной системе охлаждения в качестве охлаждающей жидкости часто используется вода
, так как имеет высокую удельную теплоемкость, доступность и безвредность для организма. Однако вода имеет ряд существенных недостатков: образование накипи и замерзание при отрицательных температурах
. В зимнее время года в систему охлаждения необходимо заливать низкозамерзающие жидкости - антифризы (водные растворы этиленгликоля, смеси воды со спиртом или с глицерином, с добавками углеводородов и др.).
Рассматриваемая система охлаждения состоит из: жидкостного насоса, радиатора, термостата, расширительного бачка, рубашки охлаждения цилиндров и головок, вентилятора, датчика температуры и подводящих шлангов.
Стоит оговорить, что охлаждение двигателя принудительное, а значит в нём поддерживается избыточное давление (до 100 кПа), вследствие чего температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 120°С .
При запуске холодного двигателя происходит его постепенный нагрев. Первое время охлаждающая жидкость, под действием жидкостного насоса, циркулирует по малому кругу , то есть в полостях между стенками цилиндров и стенками двигателя (рубашка охлаждения), не попадая в радиатор. Это ограничение необходимо для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. Когда температура двигателя превышает оптимальные значения, охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор, где активно охлаждается (называют большим кругом циркуляции ).
Устройство и принцип работы:
|
|
ЖИДКОСТНОЙ НАСОС
.
Насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе
охлаждения двигателя. Чаще всего применяют лопастные насосы
центробежного типа.
Вал 6 насоса установлен в крышке 4 с использованием подшипника 5. На конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 7 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. |
|
|
РАДИАТОР обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков и сердцевины. Его крепят на автомобиле на резиновых подушках с пружинами. Наиболее распространены трубчатые и пластинчатые радиаторы. У первых сердцевина образована несколькими рядами латунных трубок, пропущенных через горизонтальные пластины, увеличивающие поверхность охлаждения и придающие радиатору жесткость. У вторых сердцевина состоит из одного ряда плоских латунных трубок, каждая из которых изготовлена из спаянных между собой по краям гофрированных пластин. Верхний бачок имеет заливную горловину и пароотводную трубку. Горловина радиатора герметически закрывается пробкой, имеющей два клапана: паровой для снижения давления при закипании жидкости, который открывается при избыточном давлении свыше 40 кПа (0,4 кгс/см2), и воздушный, пропускающий воздух в систему при снижении давления вследствие охлаждения жидкости и этим предохраняющий трубки радиатора от сплющивания атмосферным давлением. Используются и алюминиевые радиаторы : они дешевле и легче, но теплообменные свойства и надёжность ниже . |
Охлаждающая жидкость «бегая» по трубкам радиатора, охлаждается при движении встречным потоком воздуха.
ВЕНТИЛЯТОР усиливает поток воздуха через сердцевину радиатора. Ступицу вентилятора крепят на валу жидкостного насоса. Они вместе приводятся во вращение от шкива коленчатого вала ремнями. Вентилятор заключен в установленный на рамке радиатора кожух, что способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор. Чаще всего применяют четырех- и шестилопастные вентиляторы.
|
|
ДАТЧИК температуры охлаждающей жидкости относится к элементам управления и предназначен для установления значения контролируемого параметра и дельнейшего его преобразования в электрический импульс. Электронный блок управления получает данный импульс и посылает определенные сигналы исполнительным устройствам. При помощи датчика охлаждающей жидкости компьютер определяет количество топлива, требуемое для нормальной работы ДВС. Также, основываясь на показаниях датчика температуры охлаждающей жидкости блок управления, формирует команду включения вентилятора. |
Воздушная система охлаждения:
В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя осуществляется принудительно потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Эта система охлаждения является самой простой , так как не требует сложных деталей и систем управления. Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.
В рядных двигателях вентиляторы располагают спереди, сбоку или объединяют с маховиком, а в V- образных - обычно в развале между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются воздухом, который нагнетается или просасывается через систему охлаждения.
Оптимальным температурным режимом двигателя с воздушным охлаждением считается такой, при котором температура масла в смазочной системе двигателя составляет 70... 110°С на всех режимах работы двигателя. Это возможно при условии, что с охлаждающим воздухом рассеивается в окружающую среду до 35 % теплоты, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.
Воздушная система охлаждения уменьшает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем расположении двигателя, переохлаждение двигателя маловероятно . Однако воздушная система охлаждения увеличивает габаритные размеры двигателя , создает повышенный шум при работе двигателя, сложнее в производстве и требует применения более качественных горюче-смазочных материалов. Теплоёмкость воздуха мала , что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.
В процессе работы подвергаются воздействию очень высоких температур, и без отвода излишнего тепла его функционирование невозможно. Основным назначением системы охлаждения двигателя является охлаждение деталей работающего двигателя. Следующей по важности функцией системы охлаждения является нагрев воздуха в салоне. В двигателях с турбонаддувом система охлаждения снижает температуру нагнетаемого в цилиндры воздуха, в автомобилях с охлаждает рабочую жидкость в . В некоторых моделях автомобилей для дополнительного охлаждения масла в устанавливается масляный радиатор.
Системы охлаждения подразделяются на два основных типа:
- жидкостную;
- воздушную.
Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки.
Воздушная система охлаждения
имеет следующие преимущества
: простота конструкции и обслуживания, меньший вес двигателя, пониженные требования к температурным колебаниям окружающей среды. Недостатками
двигателей с воздушным охлаждением являются большая потеря мощности на приводе охлаждающего вентилятора, шумная работа, чрезмерная тепловая нагрузка на отдельные узлы, отсутствие конструктивной возможности организации цилиндров по блочному принципу, сложности с последующим использованием отводимого тепла, в частности – для обогрева салона.
В современных двигателях автомобилей система воздушного охлаждения встречается довольно редко, и основное распространение получила система жидкостного охлаждения закрытого типа.
Устройство и схема жидкостной (водяной) системы охлаждения двигателя
Система жидкостного охлаждения позволяет равномерно забирать тепло у всех узлов двигателя, независимо от тепловых нагрузок. Двигатель водяного охлаждения является менее шумным относительно двигателя с воздушным охлаждением, менее склонен к детонации, быстрее разогревается при запуске.
Основными элементами системы жидкостного охлаждения двигателя как бензинового, так и дизельного являются:
- «водяная рубашка» двигателя;
- радиатор системы охлаждения;
- вентилятор;
- центробежный насос (помпа);
- термостат;
- расширительный бачок;
- радиатор отопителя;
- элементы управления.
- «Водяная рубашка» представляет собой сообщающиеся полости между двойными стенками двигателя в местах, откуда необходим отвод избыточного тепла посредством циркуляции охлаждающей жидкости.
- Радиатор системы охлаждения служит для отдачи тепла в окружающую среду. Радиатор выполняется из большого количества изогнутых (в настоящее время чаще всего алюминиевых) трубок, имеющих дополнительные ребра для повышения теплоотдачи.
- Вентилятор предназначен для усиления потока набегающего воздуха на радиатор системы охлаждения (работает в сторону двигателя) и включается посредством электромагнитной (иногда – гидравлической) муфты от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости. Вентиляторы охлаждения с постоянным приводом от двигателя встречаются в настоящее время довольно редко.
- Центробежный насос (помпа) служит для обеспечения бесперебойной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения . Привод помпы от двигателя осуществляется механическим путем: ремнем, реже - шестернями. Некоторые двигатели, такие как: двигатели с турбонаддувом, непосредственным впрыском топлива, могут оснащаться двухконтурной системой охлаждения - дополнительной помпой для указанных агрегатов, подключаемой по команде с электронного блока управления двигателем при достижении порогового значения температур.
- Термостат – прибор, представляющий собой биметаллический, реже - электронный клапан, установленный между «рубашкой» двигателя и входным патрубком радиатора охлаждения. Назначение термостата – обеспечение оптимальной температуры охлаждающей жидкости в системе. При холодном двигателе термостат закрыт, и циркуляция охлаждающей жидкости происходит «по малому кругу» - внутри двигателя, минуя радиатор. При увеличении температуры жидкости до рабочего значения термостат открывается, и система начинает работать в режиме максимальной эффективности.
- Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания в большинстве своем представляют собой системы закрытого типа, а потому в их состав включается расширительный бачок , компенсирующий изменение объема жидкости в системе при изменении температуры. Через расширительный бачок обычно и заливается охлаждающая жидкость в систему.
- Радиатор отопителя – это, по сути, радиатор системы охлаждения, уменьшенный в размерах и установленный в салоне автомобиля. Если радиатор системы охлаждения отдает тепло в окружающую среду, то радиатор отопителя – непосредственно в салон. Для достижения максимальной эффективности отопителя забор рабочей жидкости для него из системы осуществляется в самом «горячем» месте - непосредственно на выходе из «рубашки» двигателя.
- Основным элементом в цепи устройств управления системой охлаждения является температурный датчик . Сигналы с него поступают на контрольный прибор в салоне автомобиля, электронный блок управления (ЭБУ) с настроенным соответствующим образом программным обеспечением и, через него - на иные исполнительные устройства. Список этих исполнительных устройств, расширяющих стандартные возможности типовой системы жидкостного охлаждения достаточно широк: от управления вентилятором, до реле дополнительной помпы в двигателях с турбонаддувом или непосредственным впрыском топлива, режимом работы вентилятора двигателя после остановки, и так далее.
Принцип работы системы охлаждения
Здесь дана только общая, упрощенная схема работы системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Современные системы управления двигателем на самом деле учитывают множество параметров, как то: температуру рабочей жидкости в системе охлаждения, температуру масла, температуру за бортом и прочее, и уже на основе собранных данных реализуют оптимальный алгоритм включения в работу тех или иных устройств.