Устройство системы охлаждения двигателя

Виды систем охлаждения двигателя (жидкостная и воздушная)

Системы охлаждения (СO) ДВС транспортных средств бывают разных видов:

Воздушными.
Жидкостными (функционирующими на воде, антифризах).
Гибридными.

Воздушная СО – это конструкция, которая обеспечивает отвод излишек тепла от цилиндров и стенок камер с помощью принудительного потока воздуха. Принуждение возникает за счет вентиляторов. Они могут быть автономными или объединёнными с маховиком. Воздух может нагнетаться или просасываться.

Наиболее активно воздушные системы охлаждения двигателя устанавливались на авто в шестидесятые годы прошлого века. В том числе, такое решение было популярно у заводов, выпускающих Volkswagen, Citroën, Honda, Porsche. Но со временем у легковых автомобилей двигатели с воздушным охлаждением стало возможно встретить всё реже. Это легко объяснить тем, что большинство легковых авто, появившихся позже, в том числе, современные легковые авто – это, преимущественно, переднеприводные модели с поперечным расположением ДВС. При такой системе трудно организовать эффективную систему воздушного охлаждения.

К тому же, при воздушном охлаждении производители вынуждены существенно увеличивать габариты двигателя, а вместе с ним возрастает и уровень шума. Но на сельскохозяйственные, коммунальные машины, скутера, мотоблоки такие СО по-прежнему ставят. Правда, даже у тракторов их можно встретить уже очень редко.

Вторая же разновидность СО – жидкостная система охлаждения двигателя – это система, где есть промежуточный теплоноситель (жидкость – антифриз). Именно антифриз основательно «прорабатывает» толщь стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента у большинства СО такого типа при этом опять-таки играет воздух. Поэтому часто системы называют не просто жидкостными, а комбинированными, гибридными. С точки зрения физики, это действительно верно (и более грамотно), но при этом, так как жидкостные системы в чистом виде (без отводящего агента в виде воздуха) сейчас не используются (первые системы были именно непосредственно жидкостными и работали исключительно на воде), в том, что жидкостными и гибридными МО называют на практике одни и те же решения, ничего зазорного нет.

Потоки жидкостной СО

Жидкостные системы охлаждения двигателей могут быть с параллельными, последовательными и смешанными потоками.

Параллельные потоки. Антифриз под давлением поступает в блок цилиндров, проходит через отверстия прокладки головки блока и в головку блока.

Последовательные потоки. Жидкость поступает к задней части блока цилиндра, а затем перетекает в головку блока цилиндров. Здесь она течет вокруг каждого цилиндра и только потом через перекрестные проходы попадает во коллектор впуска.

Смешанные потоки. У некоторых ДВС потоки теплоносителя объединены. Вентиляционные отверстия берут на себя функцию выпуска пара.

Крышка расширительного бачка

Еще один незаменимый компонент системы – это пробка. Существует два типа конструкции – герметичная и негерметичная. В том случае, если на автомобиле применяется последняя, пробка расширительного бачка имеет только дренажное отверстие, через которое уравновешивается давление в системе.

Но если герметичная система применена, то в пробке имеется два клапана – впускной (забирает внутрь воздух из атмосферы, работает при давлении ниже 0,2 бар) и выпускной (срабатывает при давлении свыше 1,2 бар). Он выбрасывает из системы излишки воздуха.

Получается так, что в системе всегда давление больше, чем в атмосфере. Это позволяет немного повысить температуру кипения антифриза, что благоприятно сказывается на работе двигателя. Особенно это хорошо для движения по пробкам в городских условиях. Пример герметичной системы – автомобили ВАЗ-2108 и аналогичные. Негерметичной – модели классической серии ВАЗ.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

Блок цилиндров . Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).

Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

Система питания . В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
Система смазки . Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
Система охлаждения . Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто

А это одна из важнейших характеристик любого мотора.

Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС.

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE

Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор

Неисправности

Существует ряд наиболее распространенных неисправностей в системе охлаждения двигателя:

Завоздушивание системы охлаждения двигателя: устранить воздушную пробку.
Недостаточная производительность помпы: заменить помпу. Выбрать помпу с максимальной высотой крыльчатки.
Неисправен термостат: устраняется заменой на новое устройство.
Низкая производительность радиатора охлаждающей жидкости: промывка старого или замена стандартного на модель с более высокими теплоотводящими качествами.
Недостаточный уровень производительности основного вентилятора: установка нового вентилятора с более высокой производительностью.

Видео — определение неисправностей системы охлаждения в автосервисе

Регулярный уход, своевременная замена охлаждающей жидкости гарантирует длительную эксплуатацию автомобиля в целом.

Схема, элементы системы охлаждения и их работа

Основные элементы, из которых состоит схема системы охлаждения двигателя, встречаются и схожи у разных типов моторов: инжекторных, дизельных и карбюраторных.

Общая схема жидкостной системы охлаждения двигателя

Жидкостное охлаждение мотора дает возможность в равной мере забирать тепло со всех узлов и деталей двигателя не зависимо от степени тепловой нагрузки. Двигатель с использованием водяного охлаждения создает меньше шума, чем двигатель с воздушным охлаждением, обладает большей скоростью прогрева при пуске.

Система охлаждения двигателя содержит следующие детали и элементы:

рубашка охлаждения (водяная рубашка);
радиатор;
вентилятор;
термостат;
жидкостный насос (помпа);
расширительный бачок;
соединительные патрубки и сливные краны;
отопитель салона.

Рубашкой охлаждения («водяной рубашкой») принято считать сообщающиеся между двойными стенками полости в тех местах, где наиболее нужен вывод избыточного тепла.
Радиатор. Предназначен для рассеивания тепла в окружающую атмосферу. Он конструктивно состоит из множества изогнутых трубочек с дополнительными ребрами для увеличения теплоотдачи.
Вентилятор, включающийся электромагнитной, реже гидравлической муфтой, при срабатывании температурного датчика охлаждающей жидкости усиливает набегающий на авто воздушный поток. Вентиляторы с “классическим” (постоянно включенным) ременным приводом встречаются в наши дни редко, в основном, на старых автомобилях.
Центробежный жидкостный насос (помпа) в системе охлаждения обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости. Привод помпы чаще всего реализован с помощью ремня или шестерней. Двигатели с турбонаддувом и с непосредственным впрыском топлива, как правило, снабжены дополнительной помпой.
Термостат – главный узел, регулирующий потоки охлаждающей жидкости, устанавливается обычно между входным патрубком радиатора и «водяной рубашкой» двигателя, конструктивно выполнен в виде биметаллического или электронного клапана. Назначение термостата – поддержание заданного рабочего температурного диапазона охлаждающей жидкости при всех режимах работы двигателя.
Радиатор отопителя очень похож на радиатор системы охлаждения меньших размеров и расположен в салоне авто. Принципиальное отличие состоит в том, что радиатор отопителя передает тепло в салон, а радиатор системы охлаждения – в окружающую среду.

Принцип работы

Принцип работы жидкостного охлаждения двигателя состоит в следующем: цилиндры окружены «водяной рубашкой» из охлаждающей жидкости, отбирающей лишнее тепло и переносящей его к радиатору, откуда оно передается в атмосферу. Жидкость, непрерывно циркулируя, обеспечивает оптимальную температуру двигателя.

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Охлаждающие жидкости – антифризы, тосол и вода – в процессе эксплуатации образуют осадок и накипи, нарушающие нормальную работу всей системы.

Вода не бывает химически чистой в принципе (за исключением дистиллированной) – в ней содержатся примеси, соли и всевозможные агрессивные соединения. При повышенной температуре они выпадают в осадок и образуют накипь.

В отличие от воды антифризы не создают накипи, но в процессе эксплуатации разлагаются, а продукты распада отрицательным образом сказываются на работе механизмов: на внутренних поверхностях металлических элементов появляется коррозионный налет и наслоения органических веществ.

Кроме этого, в систему охлаждения могут попадать различные посторонние загрязняющие субстанции: масло, моющие средства или пыль. Также могут попасть и специальные герметики, используемые для аварийной заделки повреждений в радиаторах.

Все эти загрязнения оседают на внутренних поверхностях узлов и агрегатов. Они характеризуются плохой теплопроводностью и забивают тонкие трубки и соты радиатора, нарушая эффективную работу системы охлаждения, что приводит к перегреву двигателя.

Видео о том, как устроено охлаждение мотора, принцип работы и неисправности

Ещё кое-что полезное для Вас:

Плохо греет печка в салоне, причины, что делать и профилактика
Почему двигатель автомобиля не заводится: как найти причину
Радиатор охлаждения двигателя: устройство и принцип работы

Причины неисправностей радиатора охлаждения

Причин, вызывающих проблемы с радиатором, не так уж много, и условно их можно разделить на три вида:

механические повреждения;

неправильная эксплуатация;

естественный износ при эксплуатации.

Можно добавить еще и заводской брак, но эта причина встречается крайне редко. В большинстве случаев указанные выше причины приводят к одному последствию – нарушению герметичности радиатора. То есть, он попросту начинает протекать.

Но есть и другой «результат» поломки, который скорее можно отнести к неправильной эксплуатации – загрязнение теплообменных пластин. Проще говоря, радиатор загрязняется настолько, что перестает обмениваться теплом с окружающей средой, так как налипший и засохший слой грязи (пыль, насекомые, тополиный пух) препятствует отделению тепла от теплообменных пластин.

В данной ситуации вряд ли уместно говорить о ремонте, потому как проблема решается простой промывкой пластин радиатора струей проточной воды. Кстати, грязь может образоваться не только снаружи радиатора, но и внутри него в виде засоров, накипи и коррозийных отложений.

Механические повреждения

Повредить радиатор механически с последующим нарушением герметичности может как небольшой камень, случайно вылетевший из-под колеса автомобиля, так и серьезное ДТП с лобовым столкновением. Также к механическим повреждениям можно отнести и неумелое обслуживание радиатора неопытным автовладельцем, когда он случайно повреждает корпус, теплообменные элементы или другие детали.

Неправильная эксплуатация

Неправильность эксплуатации может заключаться не только в несвоевременной очистке и помывке радиатора, но и в использовании низкокачественной охлаждающей жидкости.

Низкое качество жидкости может привести к ее замерзанию и «размораживанию» радиатора даже при небольшом морозе, с последующим нарушением герметичности. Либо состав низкокачественной жидкости может быть настолько агрессивен, что разъедает металл. А это со временем приводит к тому же дефекту – разгерметизации и протечкам.

Естественный износ при эксплуатации

В автомобиле, как и в другой технике, нет ничего вечного. И радиатор охлаждения — тоже не исключение. Он и его сопутствующие детали также подвержены в процессе эксплуатации коррозии, разрушению, засорам.

Охлаждающие жидкости

Внутри системы перемещается теплоноситель (жидкость), который при проходе через радиатор охлаждается и возвращается в мотор. Условно все ОЖ делятся на несколько видов:

Дистиллированная вода. Наиболее экономный вариант, не предусматривающий покупки дополнительного средства. Применяется в теплое время года, когда нет риска замерзания системы.
Тосол — старое название ОЖ, применяемой в СССР. Раньше такие составы заливались в «Жигули», но сегодня почти не применяются.
Антифризы — современные охлаждающие жидкости, в состав которых входят специальные присадки. Они отличаются по ресурсу, особенностям защиты от коррозии, наличием добавок и другими особенностями.

Задача современных антифризов состоит в отводе тепла, защите от коррозии и чистке радиатора автомобиля от накопившихся внутри загрязнителей.

При этом антикоррозийная функция считается самой важной, а эффективность этой опции напрямую влияет на цену. При выборе ОЖ необходимо ориентироваться на рекомендации производителя в привязке к марке автомобиля