Способы циркуляции охлаждающей жидкости

Схема циркуляции охлаждающей жидкости

Все водители используют в своих автомобилях охлаждающую жидкость, но не все задумываются: а что она там, внутри, собственно, делает? И что вообще собой представляет система охлаждения двигателя?

Что такое система охлаждения и для чего она нужна

В процессе работы ДВС вырабатывает много тепла. Температура в цилиндрах может достигать 900 градусов! Если с этим ничего не делать и агрегат никак не охлаждать, показатель зашкаливает, что может привести мотор к поломкам и выходу из строя.

Чтобы отводить тепло от работающего агрегата и охлаждать его, была придумана система охлаждения. Первоначально она была воздушной – то есть, грубо говоря, мотор охлаждался с помощью обдува. Теперь же в современных транспортных средствах используется жидкостная система охлаждения.

В нее заливается специальная жидкость – антифриз. Температура ее застывания ниже, а закипания – выше, чем у обычной воды, а также отличные теплоотводные, защитные, антикоррозионные и другие полезные свойства. Омывая работающий двигатель, ОЖ забирает у него тепло, не давая перегреваться и выходить из строя.

Основные элементы системы охлаждения

В систему циркуляции охлаждающей жидкости входят следующие элементы:

1. Радиатор. Этот элемент охлаждает антифриз, нагревшийся от мотора, возвращая ему нормальную температуру. Помимо него могут быть установлены еще масляный радиатор – для охлаждения смазывающего вещества, и радиатор для охлаждения отработанных газов.
2. Теплообменник. Используется для нагрева воздуха, устанавливается там, где выходит горячий антифриз.
3. Расширительный бачок. Через него антифриз поступает в систему. В процессе работы ОЖ может расширяться и сжиматься, бачок компенсирует изменения объема.
4. Центробежный насос, он же помпа. Именно он «гоняет» охлаждающую жидкость по системе.
5. Термостат. Поддерживает нормальную температуру в системе, регулируя поток ОЖ.
6. Датчик температуры ОЖ. Подает сигналы об изменении температуры на панель приборов и на реле включения вентилятора.
7. Вентилятор. Помогает охлаждать чрезмерно нагревшуюся жидкость.

Все эти элементы связаны с общим блоком управления. Также для их работы есть вспомогательные устройства – реле, нагреватели и т.д.

Роль охлаждающей жидкости в системе охлаждения

Как уже было сказано, основная задача системы охлаждения – отводить избыток тепла от нагретого двигателя, не давая ему перегреваться. Плохая циркуляция антифриза в двигателе может привести к его поломкам. Однако у современной системы охлаждения функций может быть больше. Среди них:

1. Нагревание воздуха. Это необходимо для нормальной работы системы отопления, а также кондиционирования и вентиляции.
2. Охлаждение моторного масла. Смазка также нагревается в процессе работы, что ухудшает ее свойства. Охлаждение помогает обеспечить равномерное и стабильное смазывание.
3. Охлаждение газов в механизме рециркуляции. Это нужно, чтобы снизить температуру горения топливной смеси.
4. Охлаждение жидкости в КПП. От температуры этой жидкости зависит функциональность коробки передач.

Плохая циркуляция охлаждающей жидкости наносит автомобилю вред в целом, поэтому все ее элементы должны функционировать нормально.

Как циркулирует ОЖ в системе охлаждения

Схема циркуляции охлаждающей жидкости состоит из большого и маленького круга. К малому относятся только рубашка охлаждения и радиатор, там требуется меньшее количество жидкости.

При холодном моторе циркуляция охлаждающей жидкости в двигателе происходит по малому кругу. Когда мотор нагревается, открывается термостат и пускает антифриз по большому кругу.

Вот как циркулирует охлаждающая жидкость в двигателе:

1. Двигатель заводится, и антифриз начинает ходить по малому кругу. Этим процессом руководит насос.
2. Проходя по цилиндрам, ОЖ нагревается от них, затем возвращается к насосу и повторяет круг.
3. Когда хладагент достигает определенной температуры, термостат перекрывает малый круг и открывает большой, по которому жидкость и направляется далее.
4. Насос закачивает жидкость в двигатель, она забирает тепло и попадает в радиатор, где охлаждается за счет окружающей среды и воздушной системы.
5. Оставленное антифризом тепло используется для обогрева салона, если включена печка.
6. Остывшая охлаждающая жидкость отправляется насосом на следующий круг.
7. Если радиатора недостаточно для охлаждения антифриза до нужной температуры, включаются вентиляторы. Отключаются они по достижении ОЖ нужной температуры.
8. Если же антифриз, наоборот, слишком остывает, то термостат закрывает большой круг и вновь пускает жидкость по малому.

Таким образом, антифриз нужен автомобилю для того, чтобы поддерживать внутри мотора нормальную рабочую температуру. Она должна быть одинаковой, постоянной и составляет в среднем 90 градусов Цельсия. Благодаря этому мотор способен выдавать хорошую скорость и экономно расходовать горючее.

Плохая циркуляция ОЖ: из-за чего бывает, чем опасна и как ее избежать

Если не циркулирует охлаждающая жидкость вообще или же плохо циркулирует, то у этого могут быть разные причины:

1. Проблемы с насосом циркуляции охлаждающей жидкости. Поломки этого агрегата приводят к тому, что он перестает закачивать антифриз в двигатель или начинает делать это хуже.
2. Забитая система. В процессе эксплуатации антифриза в системе охлаждения могут скапливаться различные отложения, осадки. Особенно, если антифриз – низкого качества. Это могут быть и примеси из самого антифриза, и частички коррозии, и частички разрушившегося в результате кавитации металла, изношенных уплотнителей и шлангов и т.д. Эти взвеси оседают везде, забивая протоки и узлы. В результате жидкость с трудом «протискивается».
3. Утечки антифриза. Течь может возникнуть по причине коррозии, трещин, разрывов в расширительном бачке, шлангах и патрубках, в других элементах системы. При постоянной течи оставшегося объема ОЖ недостаточно для того, чтобы нормально циркулировать.

Нарушения движения охлаждающей жидкости в двигателе приводят к тому, что он перегревается, антифриз – тоже. Без должного остывания агрегат уже не может нормально работать, ломается и выходит из строя.

Чтобы такого не случилось, нужно придерживаться простых правил. Во-первых, использовать только качественный антифриз. Не стоит гнаться за дешевизной, лучше купить подороже, но проверенного, надежного производителя. Здесь есть другая опасность – под видом брендовых часто встречаются подделки. Поэтому покупать нужно еще и внимательно, и только при наличии у продавца необходимых сертификатов.

Во-вторых, необходимо внимательно следить за системой. Регулярно осматривать ее на предмет утечек и других неполадок. При первых же подозрения на неисправность провести более тщательный осмотр и исправлять ситуацию – самостоятельно или обратившись в автосервис.

Заключение

От системы охлаждения двигателя зависит многое. Она, как кровеносная система человека, заботится о работоспособности мотора и «здоровья» машины в целом. Поэтому внимательное к ней отношение и тщательный подбор антифриза – это гарант исправности этой системы, а значит – корректной и бесперебойной работы двигателя.

Видео

Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы

Источник

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания: как это работает

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:

• Охлаждения смазывающих жидкостей в автоматических коробках передач;
• Охлаждения выхлопных газов в системе рециркуляции отработавших газов;
• Охлаждения воздуха в системе турбонаддува;
• Охлаждения систем смазки двигателя;
• Нагрева воздуха в системе отопления и кондиционирования.

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).

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, поступающий самотеком в маслосборники. 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.

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

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

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 в купе с низкой теплоёмкостью воздуха создает ряд ограничений и проблем:

• Невозможность применения на компактных и мощных двигателях из-за слабого отвода тепла;
• Неравномерное охлаждение и как следствие необходимость решения проблем локального перегрева ДВС, в частности увеличивать поверхность оребрения в местах аэродинамической тени, располагать более горячие выпускные клапана «лицом» к потоку воздуха;
• Необходимость не допускать сильного загрязнения пластин охлаждения, поскольку из-за этого сильно падает эффективность отвода тепла.

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. Если остались вопросы — не стесняйтесь, задавайте.

Источник