Система охлаждения двигателя

Неисправности системы охлаждения

Итак, каковы «симптомы» неисправности системы? В их роли могут выступать следующие признаки:

• перегрев ДВС;
• переохлаждение мотора;
• видимая утечка охладителя.

Не заметить поломку очень сложно – мотор будет работать некорректно и нормальное передвижение на автомобиле станет попросту затруднительным.

https://youtube.com/watch?v=6xX9X3i2APY

Чаще всего встречаются следующие неисправности.

• Проблемы с радиатором. Здесь спектр поломок довольно большой: это и засорение патрубков, и загрязнение решетки, и нарушение целостности устройства.
• Поломка насоса. Чаще всего возникают загрязнение, нарушение центробежности или физический износ вследствие продолжительного срока эксплуатации.
• Проблемы с вентиляторов. Наиболее часто ослабевает привод или выходит из строя подшипник вентилятора. В результате он вращается не в полную силу.
• Нарушение целостности одного из элементов системы. В данном случае в роли поломки может выступать трещина в рубашке цилиндров, в патрубках, насосе или любой другой детали. Она приводит к утечке охладителя и менее эффективному снижению температуры.
• Поломка термостата или температурного датчика. Если один из этих компонентов перестанет корректно работать, то жидкость будет циркулировать только по одному замкнутому кругу (обычно большому).

Неисправности выявляются в ходе тщательного осмотра всех деталей системы и их последующего ремонта или замены (в случае, если отремонтировать устройство не представляется возможным).

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

Рубашка цилиндра свободно обдувается воздухом, тем самым забирая большую часть тепла двигателя. Является самой простой, так как не требует сложных деталей и систем управления. Недостаток системы заключается в маленькой теплоёмкости воздуха, что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.

Примером машины с воздушным охлаждением может служит автомобиль ЗАЗ-965. Так как предполагалось, что советским автовладельцам придется обслуживать автомобиль самостоятельно (и с учётом дефицита запчастей), воздушное охлаждение оценивалось положительно и виделось весьма практичным в суровых зимних условиях (при низких температурах нет риска замерзания охлаждающей жидкости на стоянке). Кроме того, малая масса силового агрегата, его простота и разборная конструкция (съёмные цилиндры) позволяла отремонтировать автомобиль практически «в чистом поле». Однако такая конструкция системы охлаждения обусловила возникновение проблемы перегрева в жаркую погоду, которая особенно усугублялась в процессе износа двигателя, когда его оребрение покрывалось слоем масла и прилипшей к нему пыли. Следует отметить, что на автомобилях ЛуАЗ-967, где тот же двигатель работал с большей нагрузкой, но лучше обдувался набегающим потоком воздуха, его перегрев наблюдался редко.

Жидкостное охлаждение

Основная статья: Жидкостное охлаждение

Цилиндры двигателя охлаждаются жидкостью, после чего она возвращается в расширительный бачок. Является очень старым типом системы охлаждения, в настоящее время этот тип в автомобилестроении не используется, так как жидкость не успевает охладиться, поэтому двигатели, оснащённые этой системой охлаждения, не могут работать в течение длительного времени. Однако в двигателях речных и морских судов запас охлаждающей жидкости (забортной воды) не ограничен, что позволяет уменьшить вес силовой установки по сравнению с двигателями с гибридной системой охлаждения.

Гибридный тип

Сейчас гибридную систему называют жидкостной. Фактически она всё же гибридная, так как там тоже участвует воздух.

Система жидкостного охлаждения обычно включает следующие элементы:

• двойные стенки цилиндров, пространство между которыми заполнено охлаждающей жидкостью (например, водой или антифризом);
• теплообменник или радиатор, состоящий из трубок и полостей;
• вентилятор, состоящий из ступицы и лопастей, при вращении которого обеспечивается прокачка воздуха между трубками радиатора;
• насос центробежного типа для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости в системе;
• трубопроводы, связывающие двигатель с радиатором.

Двухконтурная система охлаждения

двухконтурная система охлаждения (напр. дизеля — Тепловоз ТЭП150). В одном контуре охлаждается вода дизеля, а в другом вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух (в тепло­обмен­ных аппаратах). Охлаждение воды обеих контуров осуществляется воздухом в полуторных радиаторных секциях холодильной камеры, имеющей три мотор-вентилятора. В контуре охлаждения воды дизеля используются радиаторные секции половинной глубины, а в контуре охлаждения воды второго контура используются радиаторные секции полной глубины. Мотор-вентиляторы холодильной камеры оборудованы системой плавного регулирования их производительности.

Подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.

Устройство радиатора

Важнейшим конструктивным элементом не только системы охлаждения, но и самого двигателя, является радиатор. Прообраз современного радиатора устанавливался даже на самых первых автомобилях, так как без радиатора работа двигателя не представляется возможной. Радиатор системы охлаждения выполняет такую важную функцию, как поддержание рабочей температуры двигателя и защита его от перегрева.

Как правило, автомобильный радиатор состоит из таких элементов, как верхний и нижний баки, сердцевина, детали крепления. Радиатор предназначен для того, чтобы жидкость, поступающая в него непосредственно из водяной рубашки двигателя, охлаждалась до необходимой температуры. Баки радиатора, а также сердцевина, которая к ним припаяна, как правило, изготавливаются из латуни, благодаря чему обеспечивается хорошая теплопроводность.

Сердцевина радиатора представляет собой тонкие поперечные пластины, через которые проходят плоские вертикальные трубки, припаянные к этим пластинам. Жидкость, которая проходит через сердцевину радиатора охлаждения, расходится на множество потоков. Подобное устройство сердцевины позволяет жидкости охлаждаться более интенсивно, так как значительно возрастает площадь соприкосновения жидкости со стенками трубок.

Баки радиатора соединяются с рубашкой охлаждения при помощи патрубков. Нижний бак оснащен специальным краником, предназначенным для слива жидкости из радиатора. Чтобы спускать воду из водяной рубашки, в нижней части блока также имеется краник.

В систему охлаждения жидкость заливается через горловину бака, расположенного вверху и закрываемого крышкой. Жидкостная система охлаждения двигателя отличается наличием двойного регулирования теплового режима: термостатом и шторкой.

Шторка радиатора охлаждения — это своеобразное полотно, один из концов которого закрепляется на сматывающем механизме, который, в свою очередь, монтируется в барабане. Второй конец неподвижно соединяется в нижней части автомобильного радиатора.

Некоторые двигатели внутреннего сгорания вместо шторки оснащены жалюзи створчатого типа, состоящими из пластин. Пластины шарнирно закрепляются в нижней планке, связанной тягой и системой рычагов с рукояткой управления жалюзи, которая находится в кабине. Сами створки могут быть расположены горизонтально или вертикально.

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.

На что следует обратить внимание при обслуживании системы охлаждения двигателя

Чтобы предупредить неисправности системы охлаждения двигателя, необходимо регулярно выполнять следующие операции по ее техническому обслуживанию:

• Проверка плотности охлаждающей жидкости. Плотность антифриза проверяется ареометром. При повышенной плотности, разбавьте вашу жидкость дистиллированной водой, а при пониженной – аналогичной охлаждающей жидкостью.
• Натяжение приводного ремня. Одной из самых распространенных причин перегрева двигателя автомобиля (особенно с механическим приводом вентилятора) является слабое натяжение приводного ремня. Пробуксовка ремня снижает производительность помпы и, соответственно, скорость вращения крыльчатки.
• Чистка системы охлаждения двигателя. Также не забывайте проверять внешнее состояние мотора и радиатора. И радиатор, и двигатель нуждаются в регулярной чистке, так как грязь и мусор мешают нормальному охлаждению мотора. Зачастую радиатор забивается грязью, пылью, тополиным пухом и прочей гадастью. Весь этот мусор легко устраняется сильной струей воды или мощным пылесосом. Потёки масла на двигателе и прилипшая к ним пыль также должны регулярно смываться.
• Проверка термостата. Важным элементом системы охлаждения является термостат, благодаря которому поддерживается оптимальная рабочая температура мотора, а также быстрый прогрев двигателя сразу после запуска. Подробно о том как устроен автомобильный термостат и методах его диагностики мы писали в статье об устройстве и принципе работы автомобильного термостата.
• Вентилятор системы охлаждения двигателя. Еще один элемент, требующий внимания при уходе за системой охлаждения двигателя – это вентилятор. На большинстве современных автомобилей установлены электрические вентиляторы охлаждения, которые управляются термоэлектрическим датчиком, вкрученным в радиатор. При достижении заданной температуры контакты датчика замыкаются, и вентилятор начинает работать, охлаждая поверхность радиатора.

Если при нагревании двигателя вентилятор не включается, то причина этого может крыться в датчике температуры. Работоспособность датчика определяется очень просто, для этого нужно просто замкнуть его контакты:

• если вентилятор заработал, значит неисправен датчик,
• если нет – причина или в электродвигателе вентилятора, или в электрической цепи его питания.

Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения

Радиатор охлаждения

Радиатор – панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых для увеличения площади теплоотдачи алюминиевым или медным “оперением”. В сущности, оперение, это многократно сложенная лента из металла. Общая суммарная площадь ленты достаточно велика, а значит, радиатор может отдать в атмосферу в единицу времени достаточно много тепла.

Самый уязвимый элемент конструкции двигателя – турбокомпрессор (турбина), работающая на крайне высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно 

Таким образом, разогретая жидкость внутри радиатора циркулирует сразу по всем многочисленным тонким трубкам и охлаждается достаточно интенсивно. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, отводящий пары и избыток жидкости, расширяющейся при нагреве.

В радиаторе автомобиля с автоматической коробкой передач предусмотрен второй, независимый контур, в котором охлаждается трансмиссионная жидкость.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации расширения жидкости при повышении температуры. В зависимости от конструкции системы бачок может быть “простым” или “сложным”. “Простой” бачок представляет из себя емкость для сбора излишков расширившейся от нагрева жидкости. К нему через крышку подведена резиновая трубка, другим концом присоединенная к патрубку в верхнем бачке радиатора. 

В более сложном варианте бачок – полноправная часть системы охлаждения. Он находится под давлением, и отводящий клапан вмонтирован в крышку бачка. В этом случае в бачке всегда должна быть жидкость, чтобы при падении температуры двигателя в радиатор не попадал воздух. Для контроля на стенку бачка, находящегося под давлением, наносят метки Min и Max. 

Водяной насос, или помпа

Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, это центробежный насос, в котором давление создает расположенная внутри корпуса на центральной оси крыльчатка с лопастями сложной формы.

Термостат 

Термостат – устройство, поддерживающее постоянную температуру в блоке цилиндров. Он не позволяет жидкости не только перегревать двигатель, но и переохлаждать его в зимний период. С его помощью регулируется объем охлаждающей жидкости, которая проходит через радиатор.

Вентилятор системы охлаждения

В ряде случаев набегающего потока воздуха может быть недостаточно для эффективного обдува радиатора. Для обеспечения отвода тепла в автомобильной системе охлаждения предусмотрен вентилятор. В автомобилях с задним приводом и продольным расположением двигателя нередко применяется механический вентилятор, который приводится в движение ремнем от переднего шкива коленвала. Скорость вращения лопастей регулирует термомуфта (разновидность вискомуфты), к которой привинчена крыльчатка.

Если прикрепить крыльчатку вентилятора к шкиву без термомуфты, при раскручивании двигателя свыше 3000 оборотов лопасти крыльчатки отломятся

В переднеприводных (и большинстве современных заднеприводных) автомобилях используется электрический вентилятор. Он соединен с диффузором, который привинчен к крепежным элементам, расположенным по контуру радиатора. Преимущество электрического вентилятора в возможности гибко управлять его работой при помощи контроллера, руководствующегося показаниями датчика температуры ОЖ.

Вспомогательные элементы

Жидкостная система охлаждения включает в себя и типовые элементы управления: электронный блок, датчик температуры и т.д., а также приспособления для слива жидкости. Жидкость приходится сливать, к примеру, для ремонта двигателя.               

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

Устройство радиатора охлаждения

Основная функция этого устройства — отведение тепла от нагретых веществ. Это можно обеспечить конструктивной особенностью радиатора и материалами из чего он сделан. Также, для создания наилучшего эффекта охлаждения, место монтажа должно быть таким, где устройство встречается с большим потоком воздушного сопротивления. Поэтому на всех автомобилях, вне зависимости от марки и модели, радиатор системы охлаждения устанавливается спереди перед двигателем и, поэтому элементы кузова перед радиатором делают щелевым (решетка радиатора).

Есть автомобили, в которых мотор устанавливается сзади. Даже при таком расположении ДВС, радиатор ставят спереди. Единственное, приходится прокладываться длинные магистрали для циркуляции жидкости. На спортивных авто можно встретить конструкцию, когда ДВС и радиатор находятся сзади, но по бокам кузова есть воздухозаборники.

Из чего состоит радиатор системы охлаждения

Конструкция автомобильного радиатора может быть нескольких видов, но основная схема такая, как представлена на рисунке.

а — сам радиатор; б — паровой клапан в открытом виде; в -воздушный клапан в открытом положении.

1. Верхний бачок.
2. Верхний патрубок.
3. Пробка горловины радиатора.
4. Пароотводная труба.
5. Алюминиевые или латунные трубки, соединяющие верхний 1 и нижний 7 бачки.
6. Пластины. Они припаяны к трубкам 5. Служат для увеличения площади поверхностного охлаждения.
7. Нижний бачок.
8. Патрубок для соединения радиатора и помпы. Некоторые модификации имеют на патрубке сливной кран.
9. Крепежные элементы.

Пластины 6 — это сердцевина радиатора. Основной элемент теплообменного процесса. Основная часть сердцевин — это бесшовные трубки с толщиной 0,15 мм. Вокруг трубки есть медная или алюминиевая лента. Горячая жидкость проходит через труби и охлаждается.

Классификация по типу сердцевин:

1. Радиаторы с трубчатыми сердцевинами.
2. Радиаторы с пластинчатыми сердцевинами.
3. Радиаторы с трубчато-ленточными сердцевинами.

Устройство парового 11 и воздушного 12 клапанов радиатора:

• 10-пружина. Упругость пружины от 1250 до 2000 грамм. Клапана и пружина с такой упругостью позволяет увеличить давление в охлаждающей циркуляционной системе и увеличить порог закипания жидкости до 110-120 градусов. Таким способом, объем охлаждающей жидкости не такой уж большой в современных двигателях.
• Пружинка воздушного клапана имеет упругость от 50 до 100 грамм.

Функция воздушного клапана — пропускать воздух внутрь радиатора, если охлаждающая жидкость (вода, тосол, антифриз) закипела и остыла, и появился конденсат.

В системе возникает избыточно давление и парообразование при нагреве жидкости. Крышка с клапаном сама разряжает давление вне зависимости от того, какой атмосферное давление на улице. Так как в горах низкое атмосферное давление, то жидкость охлаждения закипает быстрее, чем на равнине. Воздушный клапан защищает радиатор от разрушения, которое может возникнуть от разницы давлений в самом радиатор и на улице.

На пробке есть клапаны. При закипании охлаждающей жидкости (ОЖ) открывается выпускной клапан на крышке. Пар при этом выводится через пароотводную трубу. Когда в радиаторе жидкость остывает, давление падает и, если давление в радиаторе стало ниже атмосферного 1 Атм (килограмм на 1 квадратный сантиметр), то открывается впускной клапан и запускает воздух, чтобы не создавался вакуум.

Чтобы слить ОЖ из системы охлаждения закрытого типа, надо открутить сливной болт или открыт краник, и открыть крышку. Для полного слива жидкости из системы охлаждения двигателя, в на блоке цилиндров есть специальный сливной болт под ключ на 13 (ВАЗ).