Принципы построения систем охлаждения
Снижение эффективности работы системы охлаждения приводит к увеличению температуры поршней, уменьшению зазоров между поршнем и цилиндром. Тепловые зазоры уменьшаются до нуля. Поршень задевает за стенки цилиндра, образуются задиры, перегретое масло теряет смазочные свойства и масляная плёнка разрывается. Такой режим работы может привести к заклиниванию двигателя. Перегрев сопровождается неравномерным расширением головки блока, болтов крепления, блока двигателя и пр. В дальнейшем разрушение двигателя неизбежно: трещины в головке блока, деформация плоскостей стыка головки и самого блока цилиндров, образуются трещины сёдел клапанов и т.п. — неприятно даже перечислял, всё это, поэтому лучше до этого не доводить!
Система охлаждения двигателя и масла призвана не допустить подобного развития событий, но для того, чтобы система справилась с поставленными задачами, необходимо использовать качественную охлаждающую жидкость (ОЖ). Низкозамерзающие ОЖ называют антифризами — от английского слова «antifreeze». Ранее ОЖ приготовляли на основе водных растворов одноатомных спиртов, гликолей, глицерина и неорганических солей. В настоящее время предпочтение отдано моноэтиленгликолю — бесцветной сиропообразной жидкости с плотностью примерно 1,112 г\см2 и температурой кипения 198 гр. Задача ОЖ не только охлаждать двигатель, но и не кипеть во всём диапазоне температур работы двигателя и его компонентов, иметь высокую теплоёмкость и теплопроводность, не пениться, не оказывать вредного воздействия на патрубки и уплотнения, обладать смазывающими и антикоррозийными свойствами.
В 70 х годах выпускался антифриз на основе водного раствора моноэтиленгликоля с температурой начала кристаллизации — 40 гр. Он не требовал разбавление водой при добавлении в систему охлаждения. Этот препарат получил название ТОСОЛ — по названию лаборатории «Технология Органического Синтеза». Т.к. название не запатентовано, то ТОСОЛом называют готовый к применению продукт, а «антифризом» — концентрированный раствор (хотя ТОСОЛ тоже антифриз).
Готовые антифризы окрашивают для безопасности и выбирают броские цвета: синий, зелёный, красный. В процессе эксплуатации антифриз теряет полезные свойства — снижаются антикоррозийные свойства, возрастает склонность к пенообразованию. Срок службы отечественных ОЖ от 2 до 5 лет, импортных 5-7 лет.
На рисунке, приведённом ниже, изображена схема системы охлаждения автомобиля. Ничего особенного или сложного в системе охлаждения нет и тем не менее…
При пуске двигателя начинает вращаться помпа (водяной насос). Привод помпы может иметь свой шкивок, приводимый во вращение ремнем вспомогательного оборудования или приводиться вращением ремня ГРМ. В системе охлаждения находится крыльчатка, которая вращаясь, приводит в движение охлаждающую жидкость. Для быстрого прогрева двигателя система «закорочена», т.е. термостат закрыт и не пропускает жидкость в радиатор охлаждения. По мере роста температуры охлаждающей жидкости открывается термостат, переводя систему в другое состояние, когда охлаждающая жидкость проходит по длинному пути — через радиатор системы охлаждения (короткий путь перекрыт термостатом). Термостаты имеют различные характеристики открытия. Обычно на кромке нанесена температура открытия. Наверное не стоит объяснять устройство радиатора. В нижней части радиатора установлен датчик включения вентилятора. Если температура охлаждающей жидкости достигнет определённой величины — датчик замкнётся, а т.к. электрически он соединён на разрыв цепи питания электровентилятора, то при замыкании — должен включиться вентилятор системы охлаждения. По мере остывания охлаждающей жидкости — вентилятор выключается, а термостат перекрывает длинный путь на короткий. Всё просто, но не очень…
Такая схема является основой, но жизнь не стоит на месте и различные производители усовершенствуют системы охлаждения. На некоторых автомобилях Вы не найдёте датчика включения вентилятора системы охлаждения, т.к. вентилятор включается от ЭБУ двигателем в зависимости от показаний датчика температуры охлаждающей жидкости
Стоит обратить внимание на ситуацию, при которой при вклинении зажигания — сразу включается вентилятор системы охлаждения. Или неисправен датчик температуры, или повреждены его цепи, или неисправен сам ЭБУ двигателем — он «не видит» температуру двигателя и на всякий случай включает сразу вентилятор
На некоторых а\м на пути к отопителю установлены специальные электроклапана, разрешающие или перекрывающие путь охлаждающей жидкости (БМВ, МЕРСЕДЕС). Такие клапана иногда «помогают» системе охлаждения выйти из строя.
Бестолковые слухи и «мнение»
1. Нельзя доливать воду в охлаждающую жидкость. Это неправда. Когда у вас в дороге начало протекать, и вам надо как-то доехать домой, не бойтесь долить воды. Дома отремонтируете, и поменяете жидкость в системе охлаждения.
2. Нельзя смешивать «тосол» и «антифриз», а особенно различные виды «антифриза». Это неправда, но здесь придется объяснить немного подробнее. «Антифриз» — это английское слово «anti freeze» (замерзания). Это жидкость, которая при наших температурах не замерзает. Традиционный антифриз, то есть охлаждающая жидкость для двигателя, изготавливается на основе этиленгликоля или диэтиленгликоля или пропиленгликоля. Эти три химических соединения, так сказать, «родные сестры», они как-то переживут, если их зачем смешать. «Тосол» — это лишь техническое название популярного антифриза на основе диэтиленгликоля. Он является устаревшим, ухудшенным вариантом современных жидкостей для охлаждения. Антифриз также некоторые полезные добавки против накипи. Они не ликвидируют накипь, но уменьшают его. Итак! Если поломка в дороге заставила вас доливать в систему охлаждения какой-то неизвестный антифриз, или даже воду, не бойтесь. Главное — доехать до точки ремонта.
3. Крысы и мыши могут погрызть резиновые трубки в системе охлаждения. Это неправда. Крысы могут грызть изоляцию в электрооборудовании, но они не грызут бензостойк, высокотемпературную резину.
4. В старом двигателе система охлаждения всегда перегревается. Это неправда. Даже в плохо отрегулированном двигателе с низкой компрессией система охлаждения держит нормальную температуру. Надо только хороший радиатор и нормально работающий термостат, и чтобы помпа крутилась нормально, ремень не пробуксовывал.
5. В старом двигателе накипь полностью забивает водяную рубашку блока цилиндров, двигатель отремонтировать невозможно. Это спради возможно, но такая поломка — не про вашу честь. Для этого придется поездить этим двигателем лет 500. Каналы водяной рубашки блока цилиндров в несколько раз шире, чем каналы радиатора. Но система охлаждения может быть забитой черным, густым маслянистым грязью, который попадает в систему охлаждения, если через прогорела прокладка блока головок цилиндров у вас масло попадает в систему охолодення. Но отмыть эту грязь — не проблема.
Система охлаждения — конструкция, которая очень нужна в двигателе. И она очень проста.
Ремонт радиатора и расширительного бачка
У радиатора могут быть следующие неисправности:
- вмятины, пробоины, трещины на бачках;
- поломки и трещины на пластинах каркаса;
- нарушение герметичности в местах пайки;
- повреждение охлаждающих пластин или трубок;
- засорение вследствие налипания насекомых;
- отложение накипи.
Загрязнения и накипь удаляют в установках с подогревом моющего средства до 70–85 °C, его циркуляцию и последующую промывку радиатора производят водой. Для очистки поверхности радиатора от налипших насекомых применяют специальный растворитель, который наносят на радиатор, а затем смывают водой.
Если латунные бачки имеют вмятины, их рихтуют на деревянной подкладке киянкой. Небольшие трещины запаивают мягким припоем. Поврежденные верхний и нижний бачки радиатора ремонтируют наложением заплат. Заплату и поврежденный участок зачищают, лудят и припаивают друг к другу. При невозможности запаять поврежденные трубки, их заглушают путем запаивания верхнего и нижнего концов. Но на весь радиатор допускается заглушать не более трех трубок. При большем числе поврежденных трубок их заменяют новыми или меняют радиатор полностью. Поломки и трещины на пластинах крепления радиатора заваривают газовой сваркой. Проверка герметичности радиатора. При утечке охлаждающей жидкости из радиатора, если найти место утечки невозможно, радиатор проверяют на герметичность. Для проверки на автомобиле радиатор заполняют водой, патрубки закрывают заглушками, оставив один открытым. Через открытый патрубок в радиатор подают воздух под давлением 1 кгс/см2. По месту появления воды определяют место утечки.
Вследствие плохого доступа к радиатору его удобнее проверять, сняв с автомобиля при холодном двигателе.
Для снятия и установки радиатора и расширительного бачка необходимо:
- слить охлаждающую жидкость из двигателя и радиатора;
- отсоединить электрические провода от датчика включения вентилятора и от вентилятора;
- отсоединить шланги от радиатора и расширительного бачка;
- снять четыре направляющих кожуха (верхний, правый, левый и нижний) с учетом того, что для снятия верхнего кожуха его необходимо вывести из специальных удерживающих пазов, для снятия правого и левого кожухов необходимо отстегнуть на левом кожухе две защелки, а на правом – три, для снятия нижнего кожуха нужно отвернуть три болта, крепящих его к радиатору;
- снять электровентилятор с направляющим кожухом в сборе, отвернув для этого гайки крепления направляющего кожуха к нижнему кронштейну крепления радиатора и гайки крепления кожуха к радиатору, снять кожух с электровентилятором в сборе;
- отвернуть гайки крепления радиатора к нижнему кронтшейну крепления радиатора и болты крепления радиатора, снять радиатор;
- отвернуть болт крепления расширительного бачка и снять бачок с автомобиля.
После снятия радиатора и расширительного бачка закрывают заливную горловину и патрубки радиатора, оставив один открытым, и подают через него воздух под давлением 1 кгс/см2. Радиатор помещают в ванну с водой и наблюдают за появлением пузырьков воздуха, которые укажут место утечки. В разобранном виде без охлаждающей жидкости внутри радиатор не следует хранить более двух дней, так как может начаться коррозия. Рекомендуется закрыть отверстия пробками или заполнить радиатор слитой охлаждающей жидкостью.
Если радиатор покрыт накипью, маслом, а снаружи ржавчиной, следует продуть его сжатым воздухом, промыть водой, воздушные каналы осторожно прочистить деревянными шпильками. При ремонте радиатора эпоксидным клеем на поврежденные места шпателем наносят эпоксидный клей и обертывают их пропитанной этим же клеем полоской ткани
Для удобства продевания ткани между трубками, пользуются пинцетом. При работе с эпоксидным клеем нужно помнить: эпоксидные смолы ядовиты.
Установку радиатора и расширительного бачка производят в обратном порядке. Отремонтированный радиатор надо проверить на герметичность. Если у автомобиля стоит радиатор с сердцевиной из алюминиевого сплава и пластмассовыми бачками, то их обычно не ремонтируют, за исключением замены некоторых трубок, а заменяют полностью. Расширительный бачок системы охлаждения изготавливают из прозрачной пластмассы. Отдельные небольшие трещины на шве, который соединяет верхнюю и нижнюю половины бачка, можно заварить, используя для нагрева пластмассы паяльник. При длине трещин более 20 мм бачок следует заменить. Вздутый бачок также заменяют. Вздутие может произойти в результате залипания выпускного клапана в его пробке, что приводит к повышению давления в системе охлаждения.
Самые распространённые причины перегрева двигателя и способы их устранения.
Забит радиатор.
Радиатор — это основной компонент системы охлаждения, который предназначен для отвода тепла. Он может быть забит как снаружи, в этом случае про его чистку, у нас на сайте есть отдельная статья, так и изнутри.
Пример радиатора, забитого грязью снаружи:
Такой радиатор можно продуть на сервисе или помыть на мойке.
Пример радиатора забитого внутри:
Как правило, изнутри, радиаторы забивает при езде на воде, или при неисправности системы охлаждения.
Чистка радиатора выполняется после снятия радиатора, посредством промывания его обратным потоком или при помощи специальной химии, про это у нас тоже есть отдельная статья.
Если промыть радиатор изнутри невозможно его меняют.
Способ устранения неисправности — продувка радиатора снаружи и промывка изнутри.
Неисправен электровентилятор охлаждения.
Большую часть времени, тепло отводится от радиатора охлаждения, посредством набегающего потока воздуха. При малой скорости движения, или при стоянках автомобиля с работающим двигателем, потока набегающего воздуха не хватает. В этом случае, в работу включается электровентилятор системы охлаждения. Он имеет мощность порядка 80-150 Вт. и обеспечивает движение большого количества воздуха через радиатор.
Наиболее распространенные причины отказа — перегорание предохранителя, отказ реле, износ подшипников и заклинивание электродвигателя.
Способ устранения неисправности — проверка электрической цепи, при отказе электродвигателя вентилятора замена его на новый или контрактный.
Заклинил термостат.
Термостат является основным компонентом, задающим рабочую температуру двигателя.
Работа термостата, основанна на изменении объема воска при плавлении. В зависимости от объёма воска и характеристик пружин задается его рабочая температура.
Вследствие естественного износа возможно заклинивание термостата в закрытом положении или его неполное открытие.
Как итог — в большом круге системы охлаждения будет недостаточная циркуляция, и двигатель будет перегреваться.
Способ устранения неисправности — замена термостата новым. Перед заменой термостат желательно сварить делается это вот так:
Неисправна помпа (водяной насос).
Помпа — это компонент системы охлаждения, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости. Вследствие износа крыльчатки из-за кавитации помпа теряет эффективность. Вот так выглядит изношенная крыльчатка:
Также помпа может заклинить — в этом случае вы услышите противный писк ремня, износиться в подшипниках — в этом случае вы увидите бегущую охлаждающую жидкость и болтающийся шкив помпы.
В любом случае помпа теряет эффективность и перестает перекачивать по системе охлаждающую жидкость.
Способ устранения неисправности — замена помпы на новую.
Воздушные пробки в системе охлаждения.
В современных автомобилях система охлаждения работает на температурах больше 100 градусов. Благодаря этому достигается лучшая топливная экономичность. К несчастью, у работы двигателя на повышенных температурах есть одна особенность — повышенная кавитационная нагрузка. Кавитация — это образование пузырьков газа в жидкости. Сама по себе кавитация не опасна, но она изнашивает помпу и препятствует циркуляции жидкости.
Для того чтобы снизить образование пузырьков газа в системе охлаждения применяют повышенное давление. Основной элемент, задающий максимальное рабочее давление — пробка расширительного бачка.
Как правило, её клапан закисает в открытом положении, вследствие этого, снижается температура кипения, и антифриз периодически выплескивается из расширительного бачка.
Способ устранения неисправности — замена пробки расширительного бачка на новую.
Также часто воздушные пробки образуются по причине неисправности прокладки ГБЦ, но про это у нас есть отдельная статья, повторяться не будем.
Неправильная регулировка зажигания.
Все видели, как разогреваются выпускные коллектора при позднем зажигании:
Занятно, что при очень раннем зажигании, будет перегреваться весь двигатель. Эта неисправность стоит последний в списке, так как карбюраторных двигателей, где регулировка зажигания осуществлялась вручную, практически не осталось, а на современном инжекторном двигателе такой перегрев просто невозможен, так как зажигание устанавливается блоком управления двигателем.
Способ устранения неисправности — регулировка момента опережения зажигания.
Вентиляторы с термовыключателем
Подобные механизмы устанавливались на автомобили до изобретения электронного блока. Например, вентилятор охлаждения ВАЗ также снабжается термовыключателем. Это устройство отвечает за включение/отключение электродвигателя системы. Принцип действия вентиляторов охлаждения данного типа состоит в следующем: сигнал подается с температурного датчика, который установлен в корпусе блока цилиндров на специальную шкалу, размещенную в салоне автомобиля. Этот показатель и реагирование термовыключателя на изменения температуры жидкости в радиаторе влияют на процедуру включения и выключении движка. Если температура охладителя будет увеличена до максимума, внутри термовыключателя будут замкнуты контакты, подключенные к цепи питания системы. Затем будет подан ток на электродвигатель, который приведет крыльчатку вентилятора в режим вращения. Контакты будут размыкаться в случае понижения температуры до предельного минимума, что гарантирует выключение прибора.
Проблемы перегрева двигателя
Неэффективная работа системы охлаждения может привести к превышению рабочей температуры поршней, уменьшению теплового зазора между поршнем и стенками цилиндра вплоть до нуля. Это вызывает задевания корпусом поршня стенок цилиндра, образование царапин, задиров. Также при перегреве моторное масло теряет смазывающие свойства, нарушается масляная плёнка. Двигатель из-за этого может заклинить.
Перегрев системы охлаждения и двигателя сопровождается разным из-за различных материалов расширением ГБЦ, блока и болтов крепления, что приводит к искривлению установочной поверхности головки, вытягиванию болтов, растрескиванию сёдел клапанов. Понятно, что после подобных изменений отремонтировать двигатель сложно, а иногда и невозможно.
История создания
С изобретение двигателей внутреннего сгорания, начали думать как этот двигатель охлаждать. Первым автомобилем, на котором установили радиатор охлаждения является авто Benz Velo. Бенз Вело начали продавать в 1886 году. Далее, Вильгельм Майбах начал усовершенствовать охлаждающее устройство и придумал конструкцию с сотами. Такой радиатор со сотами установили на машину Mercedes 35HP. Со времен первой модели Мерседеса 35НР с охлаждающим радиатором, конструкция радиаторов сильно не менялась, кроме геометрии и некоторых доработок.
За счет эффекта термосифона жидкость охлаждения попадала в радиатор. В термосифоне происходит следующие физические явления: если вода нагревается, значит плотность ее уменьшается. Вода с уменьшенной плотностью поднимается вверх. Нагретая жидкость, которая поднималась вверх, оказывалась в устройстве проходя через верхний патрубок.
А в самом радиаторе температура жидкости уменьшалась, а плотность увеличивалась. Прохладная утяжеленная жидкость опускалась вниз и через патрубок заходила в рубашку охлаждения ДВС.
Основной минус радиатора с термосифоном в том, что такое устройство плохо начало справляться с охлаждением моторов повышенной мощности. Далее, конструкторы изобрели помпу для поддержания циркуляции в двигателях любых мощностей.
Авторемонт
Процесс сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается высвобождением большого количества тепла, которое нагревает двигатель. Если не охлаждать двигатель во время работы, то через несколько минут его температура превысит критическую, и он разрушится. Чтобы этого не произошло, в автомобиле применяется система охлаждения двигателя.
Состав системы охлаждения двигателя:
- охлаждающая жидкость (тосол или антифриз);
- радиатор;
- вентилятор;
- термостат;
- водяной насос (помпа);
- соединительные патрубки;
- расширительный бачок;
- отопитель салона.
Водяной насос (помпа) начинает работать вместе с двигателем. Как только двигатель заработал, вращающиеся лопасти помпы заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по малому кругу системы охлаждения (минуя радиатор). Это надо для того, чтобы двигатель как можно быстрее прогрелся и вышел на свою рабочую температуру.
Когда температура охлаждающей жидкости работающего двигателя достигла рабочего значения, открывается термостат и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу — через радиатор.
Охлаждающая жидкость (тосол, антифриз) подается в радиатор через верхний патрубок, проходит сверху вниз по его сотам, и через нижний патрубок (уже охлажденная жидкость) подается обратно в рубашку двигателя.
Когда температура охлаждающей жидкости поднимается к верхним значениям (100 °C и более), включается вентилятор, который усиливает поток воздуха через решетку радиатора и увеличивает эффективность охлаждения. На старых машинах вентилятор соединен жестко ремнем с валом помпы и вращается постоянно.
Чтобы жидкость в системе охлаждения не замерзала при низких температурах и не закипала при 100 °C, применяются специальные охлаждающие жидкости: тосол или антифриз. Эти жидкости содержат этиленгликоль или пропиленгликоль — химические соединения, не дающие воде замерзать. Кроме того, охлаждающие жидкости содержат ингибиторы ржавчины, коррозии и вспенивания, что предотвращает образование ржавчины на металлических поверхностях двигателя и радиатора, смазывает водяной насос и не дает жидкости вспениваться, циркулируя по системе.
ВНИМАНИЕ! Не используйте в качестве охлаждающей жидкости воду!!!!. Вода — довольно агрессивная среда, которая быстро разрушает все металлические детали системы охлаждения. При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме
Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку
При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме. Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку.
В салоне автомобиля находится еще один небольшой радиатор, спрятанный под торпедо, который принято называть отопителем салона автомобиля, или просто — печкой. В холодное время года водитель открывает заслонку печки, и нагретая охлаждающая жидкость начинает циркулировать через теплообменник, нагревая воздух в салоне автомобиля.
Система охлаждения довольно проста и при нормальной работе не требует какого-либо обслуживания. Если утечек охлаждающей жидкости нет, то можно спокойно ездить пару лет. Раз в два года рекомендуется полностью менять охлаждающую жидкость в системе охлаждения автомобиля. Также, надо следить за состоянием резиновых патрубков, поскольку резина со временем пересыхает и растрескивается. Очень будет неприятно, если в дороге вдруг произойдет разрыв патрубка — дальнейшее движение будет практически невозможно. Поэтому, имеет смысл через 5-6 лет проводить полную замену всех резиновых патрубков на новые.
В начало страницы
