Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) каждого транспортного средства во время работы испытывает значительные нагрузки. Для обеспечения его корректной работы и сохранности отдельных механизмов и их деталей немаловажным моментом является достаточное охлаждение мотора.

Существуют два основных вида систем охлаждения ДВС: воздушное и жидкостное. Воздушный тип в современном автомобилестроении используется только в спортивных машинах, как дополнение к жидкостному, поскольку польза от одного только потока воздуха для обеспечения нормальной рабочей температуры агрегата ничтожно мала.

Первые транспортные средства автопроизводителя ЗАЗ были снабжены исключительно воздушным охлаждением. Несмотря на различные инженерные идеи, двигателя «Запорожцев» в жаркие летние дни часто перегревались.

Общая картина системы охлаждения

Независимо от того какой тип двигателя установлен в автомобиле и какая марка машины, система охлаждения имеет в целом схожее устройство. Обеспечение нормальной рабочей температуры силового агрегата достигается путём циркуляции охлаждающей жидкости по каналам системы. Таким образом, каждый узел ДВС охлаждается в равной степени независимо от температурной нагрузки.

Гидравлическая система охлаждения также может быть нескольких разновидностей:

• Термосифонная - циркуляция осуществляется благодаря разнице в плотности горячей и холодной жидкости. Таким образом, охлаждённый антифриз вытесняет из силового агрегата горячую жидкость, отправляя её в каналы радиатора.
• Принудительная - циркуляция охлаждающей жидкости происходит благодаря насосу.
• Комбинированная - отвод тепла от большей части двигателя происходит принудительным путём, а отдельные участки охлаждаются термосифонным способом.

Принудительная система, пожалуй, наиболее эффективна и используется в большинстве современных легковых автомобилей.

Основные элементы

Система охлаждения двигателя содержит следующие элементы:

• Рубашка охлаждения или «водяная рубашка». Представляет собой систему каналов проходящих в блоке цилиндров.
• Радиатор охлаждения - устройство для охлаждения самой жидкости. Состоит из каналов изогнутых труб и металлических рёбер для лучшей теплоотдачи. Охлаждение происходит как благодаря встречному потоку воздуха, так и внутренним вентилятором.
• Вентилятор. Элемент системы охлаждения, предназначенный для усиления потока воздуха. На современных автомобилях он включается только при срабатывании температурного датчика, когда радиатор неспособен полноценно охладить жидкость встречным потоком воздуха. В старых моделях автомобилей вентилятор работает постоянно. Вращение на него передаётся от коленчатого вала через ременной привод.
• Насос или помпа. Обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по каналам системы. Приводится в действие с помощью ременного или шестерёнчатого привода от коленчатого вала. Как правило, мощные двигателя с прямым впрыском топлива комплектуются дополнительным насосом.
• Термостат. Важнейшая деталь системы охлаждения, контролирующая циркуляцию по большому кругу охлаждения. Основной задачей является обеспечение нормального температурного режима при эксплуатации транспортного средства. Обычно установлен на стыке входного патрубка и рубашки охлаждения.
• Расширительный бачок - ёмкость необходимая для сбора избытка охлаждающей жидкости возникающего в процессе её нагревания.
• Радиатор отопления или печка. По своему устройству похож на радиатор охлаждения в меньшем размере. Однако, используется исключительно для обогрева салона автомобиля в зимний период и непосредственной роли в охлаждении ДВС не играет.

Круги циркуляции

Система охлаждения в автомобиле имеет два круга циркуляции: большой и малый. Основным считается именно малый, поскольку при запуске агрегата по нему сразу же начинает циркулировать охлаждающая жидкость. В работе малого круга задействованы только каналы блока цилиндров, помпа, а также радиатор отопления салона. Циркуляция проходит по малому кругу до тех пор, пока ДВС не достигнет нормальной рабочей температуры, после чего срабатывает термостат и открывает большой круг. Благодаря такой системе прогрев двигателя значительно сокращается, а в зимнюю пору система не столько охлаждает агрегат, сколько поддерживает его нормальный температурный режим.

В работе большого круга задействованы вентилятор, радиатор охлаждения, впускные и выпускные каналы, термостат, расширительный бочок, а также те элементы, которые принимают участие в функционировании малого круга. Внешний круг, он же большой круг, начинает работать, когда температура охлаждающей жидкости достигает 80-90 о С, и обеспечивает её охлаждение.

Принцип работы системы

В целом работа системы довольно проста. Приведённый в действие гидравлический насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по рубашке блока цилиндров. Скорость циркуляции зависит от количества оборотов коленчатого вала ДВС.

Антифриз, проходящий по каналам в блоке цилиндров, отводит излишек тепла от агрегата и поступает обратно в приёмный отсек помпы, минуя термостат. Когда температура охлаждающей жидкости достигает 80-90 о С, термостат открывает большой круг циркуляции, блокируя малый. Таким образом, жидкость после блока цилиндров направляется в радиатор охлаждения, где её температура снижается благодаря встречному потоку воздуха и вентилятору. Далее, процесс повторяется.

Возможные неполадки и их устранение

Несмотря на простоту конструкции, система охлаждения силового агрегата способна дать сбой во время эксплуатации транспортного средства. В связи с этим двигатель будет работать в повышенном температурном режиме, из-за чего ресурс его деталей значительно снизится. Причины некорректной работы охлаждения могут быть совершенно разные.

Износ термостата

Наиболее часто неполадки в системе связаны именно с клапаном переключающим круги циркуляции, он же термостат. Если деталь заклинивает в одном положении или клапан перекрывает каналы кругов циркуляции неплотно, прогрев двигателя может занять значительно больше времени или наоборот, агрегат начнёт сильно перегреваться без достаточного охлаждения.

Принцип работы термостата

Как правило, поломка термостата связана с нарушением его целостности. Основой клапана является термический воск, который при нагревании расширяется и сдавливает мембрану, открывающую большой круг циркуляции. Если воск по какой-либо причине вытек из детали, то клапан перестанет функционировать и антифриз не сможет полноценно охлаждаться. Также причиной износа может стать несвоевременная замена охлаждающей жидкости или её низкое качество. Коррозия пружины термостата вызывает заклинивание детали в открытом или реже закрытом положении. В обоих случаях двигатель не сможет работать в нормальном температурном диапазоне - жидкость будет либо постоянно охлаждаться, даже когда в этом нет необходимости, либо наоборот, всё время будет горячей.

Определить износ довольно просто и это можно сделать двумя способами. Проще всего проверку произвести несъёмным методом. Для этого сразу после запуска двигателя следует потрогать входной патрубок радиатора. Если он стал тёплым почти сразу после пуска ДВС, это говорит о том, что термостат заклинило в открытом положении. И наоборот, когда патрубок остаётся холодным, даже если показатель температуры находится в пиковом положении, это свидетельствует о неспособности термостата открываться.

Более точно удостовериться в том, что причина некорректной работы системы охлаждения заключается именно в неисправности термостата можно путём его демонтажа. Снятый клапан кладётся в ёмкость с водой и подвергается нагреву. Когда температура воды достигнет 90 о С, исправный клапан обязательно должен сработать - шток термостата сместится. Если этого не происходит, можно с уверенностью считать деталь неисправной.

Вышедший из строя термостат не подлежит ремонту, а требует обязательной замены. Его стоимость для большинства автомобилей редко превышает 1000 рублей. Клапан вполне можно заменить самостоятельно, без посещения автосервиса.

Неполадки гидравлического насоса

Одной из причин перегрева силового агрегата машины может стать неисправность помпы системы охлаждения. Чаще всего проблема заключается в том, что приводной ремень гидронасоса оборвался либо его натяг слишком слабый. В таком случае помпа перестанет качать антифриз, либо будет это делать не полноценно. Проверить это довольно просто, стоит лишь завезти двигатель и пронаблюдать за поведением приводного ремня. В случае если он работает с проскоками натяг следует увеличить или вовсе заменить ремень на новый. Наиболее часто это решает проблему.

Возникают ситуации, когда неполадка кроется в самой помпе: износ крыльчатки, подшипника, иногда возможна даже трещина вала. Кроме всего прочего, стыки соединения патрубков с помпой могут быть не герметичны, и создаваемое насосом давление спровоцирует протечку охлаждающей жидкости. Диагностировать протечку довольно просто, необходимо на полу под двигателем положить листы белой бумаги на несколько часов. Если на ней будут видны даже небольшие пятна голубого или зеленоватого цвета, это свидетельствует об износе прокладок помпы.

Проверить работоспособность самого насоса можно зажав пальцами верхний шланг радиатора на несколько секунд при работающем агрегате. Исправная помпа создаст сильное давление и после отпускания шланга появится ощущение, что жидкость быстро побежала по магистрали. Также стоит помнить о том, что повышенная шумность работы ДВС и люфт шкива помпы говорят об износе подшипника. Обычно его износ связан с просачиванием жидкости через сальник, которая смывает смазку с подшипника.

Насос охлаждающей жидкости в отличие от термостата можно заменить частично, но нередко автовладельцы предпочитают полноценно менять механизм.

Замена насоса:

1. В первую очередь необходимо отключить массу автомобиля от аккумулятора, а поршень первого цилиндра должен находиться в верхней мёртвой точке. Произвести демонтаж ролика для натяга ремня и снять шкив распредвала.
2. Далее, следует слить охлаждающую жидкость с нижней пробки в радиаторе.
3. Открутив крепёжные болты помпы её нужно отсоединить от блока цилиндров.
4. Оценив визуально снятый механизм важно определить его износ. Если крыльчатка, сальник и приводная шестерня имеют повреждения помпу лучше заменить полностью.
5. Новый механизм должен устанавливаться с новой прокладкой, поскольку прежняя может иметь даже мелкие повреждения, которые впоследствии приведут к утечке охлаждающей жидкости. Помпа устанавливается таким образом, чтобы номер, указанный на корпусе, смотрел вверх.
6. Дальнейшая сборка проводится в обратном порядки разборки. Охлаждающую жидкость лучше залить новую, но можно использовать и ту, которая была, если её ресурс ещё не исчерпан.

Проблемы с радиатором и вентилятором

Недостаточное охлаждение двигателя может быть связано с проблемами работы радиатора и вентилятора. В первую очередь стоит помнить, что слишком сильно забитый пылью и насекомыми радиатор неспособен полноценно охлаждаться как встречным потоком воздуха, так и вентилятором. Нередко его чистка решает проблему с охлаждением.

Устройство «классического» радиатора охлаждения двигателя. Во многих современных двигателях, охлаждающая жидкость заливается не через горловину радиатора, а в расширительный бачок

И всё же, возможны и более серьёзные ситуации - трещины радиатора, которые могут возникнуть, как при ДТП, так и в результате коррозии. Радиатор в большинстве случаев можно восстановить. Латунные и медные ремонтируются с помощью пайки, а алюминиевые специальными герметиками.

Перед началом пайки места повреждения тщательно зачищаются наждачной шкуркой, до появления металлического блеска. После, трещина обрабатывается паяльным флюсом и с помощью мощного паяльника наносится равномерный слой припоя (см. видео).

Алюминиевый радиатор запаять не получиться, однако для их ремонта предлагаются специальные герметики или же можно использовать обычную «холодную сварку». Перед началом заделывания трещин важно хорошо зачистить дефектные места. Клеящая масса хорошо разминается до однородного состояния и наносится на проблемный участок. Стоит помнить о том, что эксплуатировать автомобиль можно только на следующие сутки после ремонта – эпоксидный клей высыхает довольно долго.

Что касается вентилятора охлаждения, его поломка может быть связана с обрывом электропроводки или нарушением привода от коленчатого вала, если вращение передаётся от силового агрегата.

В первом случае, стоит визуально оценить состояние проводов идущих к мотору вентилятора, при обнаружении обрыва нужно заново соединить повреждённые контакты. Если состояние проводов нормальное, а вентилятор всё равно не работает, возможно, поломался сам двигатель или датчик, отвечающий за его своевременное включение. При этом лучше обратиться в автосервис, где определят причину, по которой вентилятор не включается. При проблемах с датчиком обдув может как беспрерывно, так и не включаться вовсе.

В автомобилях, где вентилятор начинает вращаться при передаче крутящего момента от двигателя, поломка чаще всего связана с обрывом приводного ремня. Его замена довольно проста: необходимо ослабить натяг шкива и поставить новый ремень.

Более подробно об устройстве и ремонте вентилятора охлаждения .

Промывка системы охлаждения и замена жидкости

Гидравлическая система охлаждения требует своевременного промывания магистралей, в противном случае на стенках каналов может образоваться коррозия, солевые отложения, и другие загрязнения.

Причины засорения

Основной причиной загрязнения системы является использование в качестве охлаждающей жидкости обычной воды. Проточная вода из крана имеет в составе большое количество солей, создаёт накипь и ржавчину на стенках магистралей. Использование дистиллированной воды менее пагубно, но полноценное охлаждение в жаркий период она не способна обеспечить. Кроме того, зимой при минусовой темпе вода замёрзнет и расширяясь может нарушить целостность отдельных деталей и соединений.

Применение качественного антифриза или тосола более целесообразно. Специальные вещества для охлаждения имеют значительный ресурс и не замерзают даже при очень низких температурах. Однако присадки содержащиеся в составе, с течением времени начинают выпадать в осадок засоряя систему.

Процесс промывки

В первую очередь, перед промывкой сливается вся охлаждающая жидкость через выпускную пробку на радиаторе, расположенную в самом низу, и на блоке цилиндров для удаления остатков.

Важно помнить, что слив жидкости должен проводиться только на холодном двигателе!

После слива пробки заново закручиваются и в расширительный бачок заливается вода с лимонной кислотой или лучше специальная очищающая жидкость.

Далее, двигатель запускается и работает в холостом режиме на протяжении 15 минут. При этом следует проследить за тем, чтобы открылся большой круг циркуляции. Также при промывке не стоит забывать о том, что салонная печка должна работать в режиме максимального обогрева. Когда агрегат остыл жидкость можно слить, открыв пробки радиатора и блока цилиндров. Этот процесс рекомендуется повторять до тех пор, пока при сливе не будет вытекать чистая жидкость без видимых загрязнений.

Залив новой охлаждающей жидкости можно проводить сразу же после окончания промывки. Наливать тосол или антифриз в расширительный бочок следует аккуратно и медленно во избежание образования воздушных пробок в системе.

Когда бачок заполниться почти полностью его нужно закрыть и запустить ДВС на несколько минут чтобы жидкость равномерно распространилась по системе. Далее, после отключения агрегата, тосол или антифриз доливаются до уровня между отметками максимума и минимума на бочке.

В заключение стоит сказать, что принципиальной разницы в использовании тосола или антифриза нет. Однако во многих странах мира автопроизводители давно перестали использовать тосол, поскольку его эффективность несколько ниже. Современный антифриз изготавливается с применением новейших технологий и в большей степени защищает двигатель от перегрева, а магистрали системы охлаждения от загрязнения.

Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.

Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.

Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.

С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.

История системы охлаждения двигателя

Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.

Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.

Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.

Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.

В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.

Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.

Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.

Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.

В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:

• Fiat 500,
• Citroën 2CV,
• Фольксваген Жук.

В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.

Как работает жидкостная система охлаждения двигателя

Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.

Устройство

Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:

• Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
• Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
• Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
• Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
• Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
• Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.

Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.

Принцип работы

В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.

Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.

Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.

Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.

Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.

Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.

Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.

Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения

Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.

Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.

Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.

Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.

Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.

Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.

Частые неисправности системы

Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.

Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:

1. Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
2. Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
3. Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
4. Потеря эластичности в результате высоких температур.
5. Механическое повреждение.

Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.

Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.

Итоги

Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.

На рисунке показана жидкостная система охлаждения карбюраторного V-образного двигателя. Каждый ряд блока имеет обособленную водяную рубашку. Нагнетаемая вода водяным насосом 5 разделяется на два потока - в распределительные каналы и далее в водяную рубашку своего ряда блока, а из них - в рубашки головок цилиндров.

Рис. Система охлаждения двигателя ЗМЗ-53: а - устройство; б - сердцевина; в - жалюзи; 1 - радиатор; 2 - датчик сигнализатора перегрева жидкости; 3 - пробка радиатора; 4 - кожух; 5 - водяной насос; 6 - перепускной шланг; 7 и 12 - соответственно отводящий и подводящий шланги; 8 - термостат; 9 - датчик температуры жидкости; 10 - штуцер сливного краника; 11 - рубашка охлаждения; 13 - ремень вентилятора; 14 - сливной краник; 15 - вентилятор; 16 - жалюзи; 17 - вентилятор отопителя; 18 - отопитель кабины; 19 - пластина жалюзи; 20 - тросик

При работе системы охлаждения значительное количество жидкости подается к наиболее нагретым местам - патрубкам выпускных клапанов и гнездам искровых свечей зажигания. У карбюраторных двигателей вода из рубашек головок цилиндров предварительно проходит через водяную рубашку впускной трубы, омывает стенки и нагревает смесь, поступающую из карбюратора по внутренним каналам трубы. При этом улучшается испарение бензина.

Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.

В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число мелких струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.

Верхний и нижний баки шлангами 7 и 12 соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижем баке предусмотрен краник 14 для слива воды из радиатора. Для ее спуска из водяной рубашки в нижней части блока цилиндров также имеются краники (с обеих сторон).

В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую пробкой 3.

К отопителю кабины 18 горячая вода поступает от водяной рубашки головки блока и отводится трубой к водяному насосу. Количество воды, поступающей к отопителю (или температура в кабине водителя), регулируется краном.

В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя - с помощью жалюзи 16 и термостата 8. Жалюзи состоят из набора пластин 19, которые шарнирно закреплены в планке. В свою очередь, планка тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи. Рукоятка размещена в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.

Водяной насос и вентилятор объединены в одном корпусе, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках установлен валик 4. На его переднем конце с помощью ступицы закреплен шкив 2. К его торцу привернута крестовина, к которой приклепана крыльчатка 1 вентилятора. При работе двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень. Лопасти крыльчатки 1, расположенные под углом к плоскости вращения, забирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сердцевину радиатора, отнимая у него теплоту.

На заднем конце валика 4 жестко посажена крыльчатка 5 центробежного водяного насоса, который представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 8 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7 и через прилив подается в водяную рубашку двигателя.

Рис. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-508: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - шкив; 3 - подшипник; 4 - валик; 5 - крыльчатка насоса; 6 - прокладка; 7 - корпус насоса; 8 - подводящий патрубок; 9 - корпус подшипников; 10 - манжета; 11 - уплотняющая шайба; 12 - обойма сальникового уплотнения

На заднем конце валика 4 также предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. Оно состоит из текстолитовой уплотняющей шайбы 11, резиновой манжеты 10 и пружины, которая прижимает шайбу к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 12.

На двигателе автомобиля КамАЗ вентилятор расположен отдельно от водяного насоса и приводится в действие через гидравлическую муфту. Гидромуфта (рис. а) включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью. В кожухе помещены два (с поперечными лопастями) сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.

Принцип работы гидромуфты основан на действии центробежной силы жидкости. Если быстро вращать сферический сосуд Д (насосный), заполненный рабочей жидкостью, то под действием центробежной силы жидкость скользит по криволинейной поверхности этого сосуда и попадает во второй сосуд Г (турбинный), заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость снова попадает в первый сосуд, разгоняется в нем, и процесс повторяется. Таким образом, передается вращение с ведущего вала А, соединенного с одним сосудом Д, на ведомый вал Б, соединенный жестко с другим сосудом Г. Этот принцип гидродинамической передачи используется в технике при конструировании различных механизмов.

Рис. Гидромуфта: а - принцип действия; б - устройство; 1 — крышка блока цилиндров; 2 - корпус; 3 - кожух; 4 - валик привода: 5 - шкив; 6 - ступииа вентилятора; А - ведуши вал; Б — ведомый вал; В - кожух; Г, Д - сосуды; Т - турбинное колесо; Н - насосное колесо

Гидромуфта размещена в полости, образованной передней крышкой 1 блока цилиндров и корпусом 2, соединенных винтами. Гидромуфта состоит из кожуха 3, насосного Н и турбинного Г колес, ведущего А и ведомого Б валов. Кожух соединен через ведущий вал А с коленчатым валом с помощью валика привода 4. С другой стороны кожух 3 соединен с насосным колесом и шкивом 5 привода генератора и водяного насоса. Ведомый вал Б опирается на два шариковых подшипника и соединен одним концом с турбинным колесом, а другим - со ступицей 6 вентилятора.

Вентилятор двигателя расположен соосно с коленчатым валом, передний конец которого соединен шлицевым валом с ведущим валиком 4 привода гидромуфты. Поворотом рычага включателя гидромуфты можно задать один из требуемых режимов работы вентилятора: «П» - вентилятор включен постоянно, «А» - вентилятор включается автоматически, «О» - вентилятор отключен (рабочая жидкость выпущена из кожуха). На режиме «П» допустима только кратковременная работа.

Автоматическое включение вентилятора происходит при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик. При температуре охлаждающей жидкости 85 °С клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и рабочая жидкость - моторное масло - поступает в рабочую полость гидромуфты из главной магистрали смазочной системы двигателя.

Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования его теплового режима в заданных пределах. Он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.

На изучаемых двигателях применяют одноклапанные термостаты с твердым наполнителем - церезином (нефтяным воском). Термостат состоит из корпуса 2, внутри которого помещен медный баллон 9, заполненный активной массой 8, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Масса в баллоне плотно закрыта резиновой мембраной 7, на которой установлена направляющая втулка 6 с отверстием для резинового буфера 12. На последнем установлен шток 5, связанный рычагом 4 с клапаном. В исходном положении (на холодном двигателе) клапан плотно прижат к седлу (рис. б) корпуса 2 спиральной пружиной 1. Термостат установлен между патрубками 10 и 11, отводящими нагретую жидкость в верхний бак радиатора и водяной насос.

Рис. Термостат с поворотным (а-в) и простым (г) клапанами: а - устройство термостата с поворотным клапаном (карбюраторный двигатель ЗИЛ-508); б - клапан закрыт; в - клапан открыт; г - устройство термостата с простым клапаном (карбюраторный двигатель 3M3-53); 1 - спиральная пружина; 2 - корпус; 3 - клапан (заслонка); 4 - рычаг; 5 - шток; 6 - направляющая втулка; 7 - мембрана; 8 - активная масса; 9 - баллон; 10 и 11 - патрубки отвода жидкости в радиатор и водяной насос; 12 - резиновый буфер; 13 - клапан; 14 - пружина; 15 - седло корпуса; А - ход клапана

При температуре охлаждающей жидкости выше 75 °С активная масса Оплавится и расширяется, воздействуя через мембрану, буфер и шток 5 на рычаг 4, который, преодолевая силу пружины 1, начинает открывать клапан 3 (рис. в). Полностью клапан откроется при температуре охлаждающей жидкости 90 °С. В интервале температур 75…90 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и тем самым поддерживает нормальный температурный режим двигателя.

На рисунке г показан термостат с простым клапаном 13 в положении, когда он открыт полностью для прохода жидкости в радиатор, т.е. когда его ход равен расстоянию А. При температуре 90 °С, когда активная масса баллона расплавлена, клапан вместе с баллоном садится вниз, преодолевая сопротивление пружины 14. По мере остывания масса в баллоне сжимается и пружина поднимает клапан вверх. При температуре 75 °С клапан 13 прижимается к седлу 15 корпуса, закрывая выход жидкости в радиатор.

Рис. Паровоздушный клапан: а — открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан; 1 и 6 - соответственно паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 - пружины парового и воздушного клапанов; 3 - пароотводная трубка; 4 - пробка (крышка) наливной горловины радиатора

Паровоздушный клапан необходим для сообщения внутренней полости радиатора с атмосферой. Он смонтирован в пробке 4 наливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 6. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением пара паровой клапан открывается и его избыток выходит наружу.

Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор поступает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Посредством воздушного клапана вода сливается из системы охлаждения при закрытой крышке горловины. При этом трубки радиатора предохраняются от разрушения под влиянием атмосферного давления в процессе остывания двигателя.

Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть в головке цилиндров, в водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или в верхнем баке радиатора.

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:

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.

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.

(ДВС) и их составные части подвергаются сильному нагреву во время эксплуатации различных транспортных средств. При этом, как перегрев, так и переохлаждение мотора способны спровоцировать выход его из строя. В связи с этим одной из важнейших задач разработчиков силовых агрегатов является обеспечение оптимального теплового режима их работы. Грамотно организованная система охлаждения двигателя способствует получению наилучших эксплуатационных параметров ДВС, к которым относятся:

1. Максимальная мощность.
2. Минимальный расход горючего.
3. Увеличенный срок эксплуатации.

Влияние температурных параметров на работу мотора

За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.

Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.

Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.

Для исключения негативных последствий, связанных с нарушением теплового режима, системы охлаждения проектируются так, чтобы исключить перегрев и переохлаждение мотора в процессе эксплуатации.

В результате химические свойства последнего ухудшаются, что способствует:

• увеличенному расходу моторного масла;
• интенсивному износу трущихся поверхностей;
• падению мощности силового агрегата;
• увеличению расхода горючего.

Классификация

При работе мотора необходимо обеспечить отвод от 25 до 35% выделяемого тепла. Для его эффективного поглощения (отвода) чаще всего используют воду, воздух или специальную жидкость (тосол, антифриз). Материал теплоносителя определяет способ охлаждения силового агрегата.

Различают системы:

1. Принудительного воздушного охлаждения.
2. Жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

Жидкостная система охлаждения

В настоящее время для эффективного охлаждения автомобильных двигателей используют закрытую систему жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

Конструкция

В обязательном порядке система содержит расширительный бачок, который служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Кроме того, через него заливают теплоноситель.

Также в состав системы входят:

• водяная рубашка силового агрегата (пространство между двойными стенками блока цилиндров и его головки в местах отвода чрезмерного количества тепла);
• датчик температуры;
• биметаллический или электронный термостат, обеспечивающий оптимальную температуру в системе;
• помпа-насос центробежного типа, обеспечивающий принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;
• вентилятор, с помощью которого усиливается поток встречного воздуха на основной радиатор системы;
• радиатор, осуществляющий передачу тепла окружающей среде;
• радиатор отопителя, предназначенный для передачи тепла непосредственно в салон автомобиля;
• контрольный прибор, встроенный в панель приборов автомобиля.

Принцип действия

Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Постоянно циркулируя внутри системы, она отводит тепло от составных частей мотора, нагревающихся в процессе работы, нагревается, попадает в радиатор, охлаждается в радиаторе встречным потоком воздуха и возвращается обратно.

При необходимости включается вентилятор, усиливая эффективность охлаждения. Для замкнутых систем охлаждения температура теплоносителя не должна превышать 126 градусов Цельсия. Таким образом, обеспечивается оптимальный тепловой режим работы силового агрегата.

Дополнительные функции

Кроме своей главной задачи – отвода тепла от нагревающихся элементов, жидкостная система охлаждения двигателя обеспечивает также:

• Прогрев силового агрегата в холодное время года

В современных системах жидкостного охлаждения предусмотрено два контура, по которым может циркулировать охлаждающая жидкость. Это сделано для того, чтобы в момент пуска холодного двигателя, когда его детали и сама жидкость имеют низкую температуру, циркуляция теплоносителя осуществлялась по малому кругу (мимо радиатора).

Обеспечивается это термостатом, который в момент, когда температура поднимется до определенного уровня (70-80 градусов Цельсия), открывается, давая возможность теплоносителю циркулировать по большому кругу (через радиатор). Таким образом, осуществляется ускоренный процесс прогрева двигателя.

• Нагревание воздуха в салоне автомобиля

В холодное время года с помощью горячего теплоносителя происходит нагревание воздуха в салоне автомобиля. Для этого служит дополнительный радиатор, установленный в салоне и оснащенный собственным вентилятором. С их помощью тепло, отобранное от горячей жидкости, распространяется по всему объему салона.

• Снижение температуры нагнетаемого в цилиндры воздуха

Специально для двигателей, оснащенных турбонагнетателями, предусмотрены двухконтурные системы, в которых один контур обеспечивает охлаждение жидкости, а второй – охлаждение воздуха.

Кроме того, контур охлаждения теплоносителя также представляет собой двухконтурную систему, один контур которой охлаждает головку блока цилиндров, а другой – сам блок.

Это вызвано тем, что в турбированном моторе температура головки блока цилиндров должна быть ниже температуры самого блока на 15…20 градусов Цельсия. Особенностью такой системы охлаждения является то, что каждый контур контролируется собственным термостатом.

Достоинства и недостатки

Жидкостная система охлаждения двигателя присутствует практически у всех современных автомобилей. Принципиально отличаясь от систем воздушного охлаждения, она гарантирует:

• равномерное и быстрое прогревание силового агрегата;
• эффективный отвод тепла в любых условиях эксплуатации двигателя;
• снижение затрат мощности;
• стабильный тепловой режим работы мотора;
• возможность использования выделяемого тепла для нагревания воздуха в салоне и пр.

Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно отметить:

• необходимость регулярного обслуживания и сложность ремонта;
• повышенную чувствительность к изменениям температуры.

Неисправности и способы их устранения

Всем системам жидкостного охлаждения свойственны характерные неисправности. Чаще всего встречаются:

1. заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);
2. поломка помпы;
3. повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;
4. утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).
5. Кроме того, достаточно часто термостат заклинивает в положении «Открыто» (теплоноситель циркулирует по большому кругу), что увеличивает время прогрева холодного мотора и способствует нестабильности теплового режима при его дальнейшей работе.

Все эти неисправности характеризуются значительным повышением рабочей температуры силового агрегата, что может привести к закипанию теплоносителя и перегреву мотора.

Устраняются все дефекты путем замены неисправных и/или поврежденных деталей или комплектующих.

Воздушная система охлаждения

Моторами воздушного охлаждения оснащались транспортные средства в 50-70 годах прошлого века. Типичными представителями таких автомобилей являются «Запорожец» или FIAT 500. Сейчас моторы с воздушным охлаждением в автомобилестроении практически не встречаются.

Конструкция и принцип действия

Конструктивно система принудительного воздушного охлаждения монтируется в подкапотном пространстве транспортного средства и состоит из:

• отсасывающего или нагнетающего вентилятора;
• направляющих ребер рубашки охлаждения двигателя;
• органов управления (дроссельные заслонки, управляющие подачей воздуха или муфта, регулирующая частоту вращения вентилятора в автоматическом режиме);
• температурного датчика, установленного в силовом агрегате;
• контрольного прибора, выведенного на приборную панель в салоне автомобиля.

Охлаждение мотора осуществляется встречным холодным воздухом. Для усиления его потока чаще всего используют вентилятор нагнетающего типа. Он усиливает поток холодного плотного воздуха и обеспечивает его подачу в больших количествах при малых энергетических затратах.

Отсасывающий вентилятор требует больших затрат мощности, однако обеспечивает более равномерный отвод тепла от деталей силового агрегата.

Достоинства и недостатки

Моторы с принудительным воздушным охлаждением отличаются:

• простотой конструкции;
• низкими требованиями к изменению температуры окружающей среды;
• небольшим весом;
• несложным техническим обслуживанием.

К недостаткам системы воздушного охлаждения относят:

• большую потерю мощности мотора, которая расходуется на обеспечение работы вентилятора;
• высокий уровень шума во время работы вентилятора;
• недостаточное охлаждение отдельных элементов двигателя из-за неравномерного обдува;
• невозможность использования излишков тепла для обогрева салона.