Приветствую всех! Любой автолюбитель прекрасно осведомлен, что транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания не может функционировать без ряда систем и конструкций. Возьмем к примеру, систему охлаждения двигателя – это уникальная совокупность деталей и узлов, которая призвана регулировать теплообмен силового агрегата. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе детальнее.
Итак, функции данной системы можно свести к следующему:
- принудительный отвод излишнего тепла;
- поддержание оптимального температурного режима;
- ускоренный , благодаря чему его работа становится эффективнее;
- охлаждение нагретых выпускных газов;
- снижение температуры воздуха для турбонаддува;
- подогрев воздуха внутри салона.
Чаще всего система охлаждения бывает жидкостного принципа действия - это предполагает рабочую жидкость или просто воду, которая нужна для отведения лишнего тепла. В качестве такой жидкости сейчас используются различные антифризы и тосолы (разновидность антифриза). Вода применяется гораздо реже по причине замерзания в морозную погоду. Бывают еще воздушные системы - достаточно вспомнить автомобили «Запорожец» с постоянной проблемой перегрева движка летом или при движении в горной местности. Но они с успехом продолжают применяться на мотоциклах, скутерах, мопедах и других видах транспорта.
Составляющие и их предназначение
Поскольку именно жидкостная конструкция является наиболее популярной, то остановимся на рассмотрении именно ее компонентов. В стандартном комплекте обязательно встречаются следующие:
В качестве основной рабочей жидкости может заливаться как антифриз, так и тосол. О том можно ли смешивать антифриз различных цветов читайте .
О принципе работы системы
Коснемся этого вопроса поверхностно, поскольку более подробно он описывается в материале . Теплообмен осуществляется антифризом, который циркулирует по всей системе под давлением. Оно создается работой водяного насоса.
Когда мотор еще холодный, то движение антифриза происходит по малому кругу. В этом процессе еще не принимает участия радиатор. Именно таким образом удается быстрее достичь требуемого температурного режима для силового агрегата. Когда температура достигает нужной точки, открывается термостат, начиная движение антифриза по большому кругу с заходом в радиатор.
Процесс охлаждения становится более интенсивным, потому что принимает участие та рабочая жидкость, которая находится в радиаторе и ранее не была использована. Для снижения температуры в самом радиаторе применяется атмосферный воздух из окружающей среды.
О неисправностях системы
Этот подраздел необходим для того, чтобы водители знали, с чем им возможно придется столкнуться в дороге и были потенциально готовы к устранению неполадок. Самой распространенной является подтекание рабочей жидкости из системы. Обычно шланги и патрубки в ходе эксплуатации утрачивают свою эластичность и не могут обеспечить прежней герметичности.
Создается воздушная пробка, и антифриз начинает покидать систему в наиболее слабом месте. Подтверждением тому выступают пятна на асфальте после стоянки транспортного средства. Необходимо безотлагательно проверить места соединений, а также следить за уровнем в расширительном бачке. Если ремонт недоступен какое-то время, можно воспользоваться доливкой тосола (для этого в продаже имеются 1-литровые емкости).
Еще один печально известный вариант - заклинивание термостата из-за его физического срабатывания. Если жидкость будет проходить лишь по малому кругу, то это приведет к перегреву мотора со всеми вытекающими последствиями. То же самое касается разгерметизации радиатора или отложение солей, которые нарушают отвод излишнего объема тепла.
Одним из самых дорогостоящих является выход из строя помпы охлаждения (водяного насоса). Свидетельством тому является характерный свистящий звук подшипника насоса. Решение только одно - замена данного узла новым.
Уберечь от появления солевых отложений поможет , к которой периодически прибегают опытные автолюбители. Это вполне реально выполнить самостоятельно, используя специально предназначенные средства. Сначала мотору дают остыть, затем удаляют весь объем рабочей жидкости из системы. После заливки можно проехать в течение 1–2 тысяч километров - за это время нагары и отложения отмываются специальными активными компонентами.
На этом будем подводить итоги, уважаемые подписчики и читатели. Если у вас есть вопросы по поводу функционирования и ремонта охлаждающей системы - можете задавать их в комментариях. Не забывайте подписаться на обновления блога! С вами был . Пока!
Система охлаждения двигателя служит для поддержания нормального теплового режима работы двигателей путем интенсивного отвода тепла от горячих деталей двигателя и передачи этого тепла окружающей среде.
Отводимое тепло состоит из части выделяющегося в цилиндрах двигателя тепла, не превращающейся в работу и не уносимой с выхлопными газами, и из тепла работы трения, возникающего при движении деталей двигателя.
Большая часть тепла отводится в окружающую среду системой охлаждения, меньшая часть – системой смазки и непосредственно от наружных поверхностей двигателя.
Принудительный отвод тепла необходим потому, что при высоких температурах газов в цилиндрах двигателя (во время процесса горения 1800–2400 °С, средняя температура газов за рабочий цикл при полной нагрузке 600–1000 °С) естественная отдача тепла в окружающую среду оказывается недостаточной.
Нарушение правильного отвода тепла вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя. Последнее приводит к резкому падению прочности материала деталей и даже их обгоранию (например, выпускных клапанов). При сильном перегреве двигателя нормальные зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному износу, заеданию и даже поломке. Перегрев двигателя вреден и потому, что вызывает уменьшение коэффициента наполнения, а в бензиновых двигателях, кроме того, – детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.
Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно влечет за собой конденсацию частиц топлива на стенках цилиндров, ухудшение смесеобразования и воспламеняемости рабочей смеси, уменьшение скорости ее сгорания и, как следствие, уменьшение мощности и экономичности двигателя.
Классификация систем охлаждения
В автомобильных и тракторных двигателях, в зависимости от рабочего тела, применяют системы жидкостного и воздушного охлаждения. Наибольшее распространение получило жидкостное охлаждение.
При жидкостном охлаждении циркулирующая в системе охлаждения двигателя жидкость воспринимает тепло от стенок цилиндров и камер сгорания и передает затем это тепло при помощи радиатора окружающей среде.
По принципу отвода тепла в окружающую среду системы охлаждения могут быть замкнутыми и незамкнутыми (проточными) .
Жидкостные системы охлаждения автотракторных двигателей имеют замкнутую систему охлаждения, т. е. постоянное количество жидкости циркулирует в системе. В проточной системе охлаждения нагретая жидкость после прохождения через нее выбрасывается в окружающую среду, а новая забирается для подачи в двигатель. Применение таких систем ограничивается судовыми и стационарными двигателями.
Воздушные системы охлаждения являются незамкнутыми. Охлаждающий воздух после прохождения через систему охлаждения выводится в окружающую среду.
Классификация систем охлаждения приведена на рис. 3.1.
По способу осуществления циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:
принудительными, в которых циркуляция обеспечивается специальным насосом, расположенным на двигателе (или в силовой установке), или давлением, под которым жидкость подводится в силовую установку из внешней среды;
термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы гравитационных сил, возникающих в результате различной плотности жидкости, нагретой около поверхностей деталей двигателя и охлаждаемой в охладителе;
комбинированными , в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров, поршни) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.
Рис. 3.1. Классификация систем охлаждения
Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми.
Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой при помощи пароотводной трубки.
В большинстве автомобильных и тракторных двигателей в настоящее время применяют закрытые системы охлаждения, т. е. системы, разобщенные от окружающей среды установленным в пробке радиатора паровоздушным клапаном.
Давление и соответственно допустимая температура охлаждающей жидкости (100–105 °С) в этих системах выше, чем в открытых системах (90–95 °С), вследствие чего разность между температурами жидкости и просасываемого через радиатор воздуха и теплоотдача радиатора увеличиваются. Это позволяет уменьшить размеры радиатора и затрату мощности на привод вентилятора и водяного насоса. В закрытых системах почти отсутствует испарение воды через пароотводный патрубок и закипание ее при работе двигателя в высокогорных условиях.
Жидкостная система охлаждения
На рис. 3.2 показана схема жидкостной системы охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.
Рубашка охлаждения блока цилиндров 2 и головки блока 3, радиатор и патрубки через заливную горловину заполнены охлаждающей жидкостью. Жидкость омывает стенки цилиндров и камер сгорания работающего двигателя и, нагреваясь, охлаждает их. Центробежный насос 1 нагнетает жидкость в рубашку блока цилиндров, из которой нагретая жидкость поступает в рубашку головки блока и затем по верхнему патрубку вытесняется в радиатор. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему патрубку возвращается к насосу.
Рис.
3.2. Схема жидкостной системы охлаждения
Циркуляция жидкости в зависимости от теплового состояния двигателя изменяется с помощью термостата 4. При температуре охлаждающей жидкости ниже 70–75 °С основной клапан термостата закрыт. В этом случае жидкость не поступает в радиатор 5 , а циркулирует по малому контуру через патрубок 6, что способствует быстрому прогреву двигателя до оптимального теплового режима. При нагревании термочувствительного элемента термостата до 70–75 °С основной клапан термостата начинает открываться и пропускать воду в радиатор, где она охлаждается. Полностью термостат открывается при 83–90 °С. С этого момента вода циркулирует по радиаторному, т. е. большому, контуру. Температурный режим двигателя регулируется также с помощью поворотныхжалюзей, путем изменения воздушного потока, создаваемого вентилятором 7 и проходящего через радиатор.
В последние годы наиболее эффективным и рациональным способом автоматического регулирования температурного режима двигателя является изменение производительности самого вентилятора.
Элементы жидкостной системы
Термостат предназначен для обеспечения автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости во время работы двигателя.
Для быстрого прогрева двигателя при его пуске устанавливают термостат в выходном патрубке рубашки головки блока цилиндров. Он поддерживает желательную температуру охлажда-ющей жидкости путем изменения интенсивности ее циркуляции через радиатор.
На рис. 3.3 представлен термостат сильфонного типа. Он состоит из корпуса 2, гофрированного цилиндра (сильфона), клапана 1 и штока, соединяющего сильфон с клапаном. Сильфон изготовлен из тонкой латуни и заполнен легкоиспаряющейся жидкостью (например, эфиром или смесью этилового спирта и воды). Расположенные в корпусе термостата окна 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости могут или оставаться открытыми, или быть закрытыми клапанами.
При температуре охлаждающей жидкости, омывающей сильфон, ниже 70 °С клапан 1 закрыт, а окна 3 открыты. Вследствие этого охлаждающая жидкость в радиатор не поступает, а циркулирует внутри рубашки двигателя. При повышении температуры охлаждающей жидкости выше 70 °С сильфон под давлением паров испаряющейся в нем жидкости удлиняется и начинает открывать клапан 1 и постепенно прикрывать окна клапанами 3. При температуре охлаждающей жидкости выше 80–85 °С клапан 1 полностью открывается, окна же полностью закрываются, вследствие чего вся охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор. В настоящее время данный тип термостатов применяется очень редко.
Рис. 3.3. Термостат сильфонного типа
Сейчас в двигателях устанавливают термостаты, в которых заслонка 1 открывается при расширении твердого наполнителя – церезина (рис. 3.4). Это вещество расширяется при повышении температуры и открывает заслонку 1 , обеспечивая поступление охлаждающей жидкости в радиатор.
Рис.
3.4. Термостат с твердым наполнителем
Радиатор является теплорассеивающим устройством, предназначенным для передачи тепла охлаждающей жидкости окружающему воздуху.
Радиаторы автомобильных и тракторных двигателей состоят из верхнего и нижнего резервуаров, соединенных между собой большим количеством тонких трубок.
Для усиления передачи тепла от охлаждающей жидкости воздуху поток жидкости в радиаторе направляют через ряд обдуваемых воздухом узких трубок или каналов. Радиаторы изготовляют из материалов, хорошо проводящих и отдающих тепло (латуни и алюминия).
В зависимости от конструкции охлаждающей решетки радиаторы делят на трубчатые, пластинчатые и сотовые.
В настоящее время наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы . Охлаждающая решетка таких радиаторов (рис. 3.5а) состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему резервуарам радиатора. Наличие пластин улучшает теплопередачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее, так как при одинаковом сечении струи поверхность охлаждения их больше, чем поверхность охлаждения круглых трубок; кроме того, при замерзании воды в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.
Рис. 3.5. Радиаторы
В пластинчатых радиаторах охлаждающая решетка (рис. 3.5б) устроена так, что охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям пластин. Верхние и нижние концы пластин, кроме того, впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается вентилятором через проходы между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины обычно выполняют волнистыми. Пластинчатые радиаторы имеют большую охлаждающую поверхность, чем трубчатые, но вследствие ряда недостатков (быстрое загрязнение, большое количество паяных швов, необходимость более тщательного ухода) применяются сравнительно редко.
Сотовый радиатор относится к радиаторам с воздушными трубками (рис. 3.5в). В решетке сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи водой или охлаждающей жидкостью. Чтобы сделать возможной спайку концов трубок, края их развальцовывают так, что в сечении они имеют форму правильного шестиугольника.
Достоинством сотовых радиаторов является большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения. Из-за ряда недостатков, большинство из которых те же, что и у пластинчатых радиаторов, сотовые радиаторы в настоящее время встречаются крайне редко.
В пробке заливной горловины радиатора установлен паровой клапан 2 и воздушный клапан 1 , которые служат для поддержания давления в заданных пределах (рис. 3.6).
Рис.
3.6. Пробка радиатора
Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, в системах охлаждения устанавливают малогабаритные одноступенчатые центробежные насосы низкого давления производительностью до 13 м 3 /ч, создающие давление 0.05–0.2 МПа. Такие насосы конструктивно просты, надежны и обеспечивают высокую производительность (рис. 3.7).
Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. В водяных насосах автомобильных двигателей обыкновенно применяют полузакрытые крыльчатки, т. е. крыльчатки с одним диском.
Крыльчатки центробежных водяных насосов часто монтируют на одном валике с вентилятором. В этом случае насос устанавливают в верхней передней части двигателя, приводится он в движение от коленчатого вала при помощи клиноременной передачи.
Рис.
3.7. Водяной насос
Ременную передачу можно применять и при установке центробежного насоса отдельно от вентилятора. В некоторых двигателях грузовых автомобилей и тракторов привод водяного насоса осуществляется от коленчатого вала шестеренчатой передачей. Вал центробежного водяного насоса устанавливают обычно на подшипниках качения и снабжают для уплотнения рабочей поверхности простыми или саморегулирующимися сальниками.
Вентилятор в жидкостных системах охлаждения устанавливают для создания искусственного потока воздуха, проходящего через радиатор. Вентиляторы автомобильных и тракторных двигателей делят на два типа: а) со штампованными из листовой стали лопастями, прикрепленными к ступице; б) с лопастями, которые отлиты за одно целое со ступицей.
Число лопастей вентилятора изменяется в пределах четырех – шести. Увеличение числа лопастей выше шести нецелесообразно, так как производительность вентилятора при этом увеличивается крайне незначительно. Лопасти вентилятора можно выполнять плоскими и выпуклыми.
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.
В автомобиле призвана защитить рабочий агрегат от перегрева и тем самым контролирует работоспособность всего моторного блока. Охлаждение является важнейшей функцией в работе двигателя внутреннего сгорания.
Последствия неисправности охлаждения ДВС могут стать фатальными для самого агрегата, вплоть до полного выхода из строя блока цилиндров. Поврежденные узлы уже могут не подлежать восстановительным работам, их ремонтопригодность будет равна нулю. Следует со всей внимательностью и ответственностью отнестись к эксплуатации и проводить периодическую промывку системы охлаждения двигателя.
Контролируя систему охлаждения, автовладелец напрямую заботится о "здоровье сердца" своего железного "коня".
Назначение системы охлаждения
Температура в блоке цилиндров при работающем агрегате может подниматься до 1900 ℃. Из этого объема тепла только часть является полезной и используется в необходимых режимах работы. Остальное выводится системой охлаждения за пределы моторного отсека. Увеличение температурного режима сверх нормы чревато негативными последствиями, которые приводят к прогоранию смазочных материалов, нарушению технических зазоров между определенными деталями, особенно в поршневой группе, что приведет к уменьшению срока их службы. Перегрев мотора, как следствие неисправности системы охлаждения двигателя, является одной из причин детонации горючей смеси, поставляемой в камеру сгорания.
Переохлаждение двигателя также нежелательно. В "холодном " агрегате появляется потеря мощности, густота масла повышается, из-за чего увеличивается трение несмазанных узлов. Рабочая горючая смесь частично конденсируется, тем самым лишая стенки цилиндра смазки. Вместе с тем, поверхность стенки цилиндра подвергается процессу коррозии вследствие образования серных отложений.
Система охлаждения двигателя предназначена стабилизировать тепловой режим, необходимый для нормального функционирования мотора транспортного средства.
Типы системы охлаждения
Система охлаждения двигателя классифицируется по способу отвода тепла:
- охлаждение при помощи жидкостей в закрытом типе;
- охлаждение воздухом в открытом типе;
- комбинированная (гибридная) система отвода тепла.
В настоящее время воздушное охлаждение в автомобилях встречается крайне редко. Жидкостное может быть и открытого типа. В таких системах отвод тепла происходит через пароотводную трубку в окружающую среду. Закрытая система изолирована от внешней атмосферы. Поэтому такого типа намного выше. При высоком давлении увеличивается порог закипания охлаждающего элемента. Температура хладагента в закрытой системе может достигать 120 ℃.
Охлаждение воздухом
Естественное приточное охлаждение воздушными массами являет собой самый простейший способ отвода тепла. Двигатели с данным типом охлаждения выбрасывают тепло в окружающую среду при помощи радиаторных ребер, находящихся на поверхности агрегата. Такая система имеет огромный недостаток в функциональной возможности. Дело в том, что такой способ напрямую зависит от небольшой удельной теплоемкости воздуха. К тому же, присутствуют проблемы с равномерностью отвода тепла от мотора.
Такие нюансы препятствуют монтажу одновременно эффективной и компактной установки. В системе охлаждения двигателя воздух поступает неравномерно на все части, и тогда приходится избегать возможности локального перегрева. Следуя конструктивным особенностям, ребра для охлаждения монтируют в тех местах двигателя, где воздушные массы наименее всего активны, по причине аэродинамических свойств. Те части мотора, которые больше всего подвержены нагреву, располагают навстречу воздушным массам, при этом более "холодные" участки размещают сзади.
Принудительное охлаждение воздухом
Двигатели с таким типом отвода излишнего тепла оборудованы вентилятором и ребрами охлаждения. Такой набор конструктивных узлов позволяет искусственно нагнетать воздух в систему охлаждения двигателя для обдува охлаждающих ребер. Над вентилятором и ребрами устанавливается защитный кожух, который участвует в направлении воздушных масс для охлаждения и препятствует попаданию тепла извне.
Положительными моментами в данном типе охлаждения принимается простота конструктивных особенностей, малый вес, отсутствие узлов подачи и циркуляции хладагента. Недостатками считаются высокий шумовой уровень функционирования системы и громоздкость устройства. Также в принудительном воздушном охлаждении не решена проблема с локальным перегревом агрегата и рассеянностью обдува, несмотря на установленные кожухи.
Такой тип предупреждения перегрева двигателей активно применялся вплоть до 70-х годов. Работа системы охлаждения двигателя с принудительным воздушным типом была популярна на малолитражных транспортных средствах.
Охлаждение при помощи жидкостей
Жидкостная система охлаждения на сегодня является самой популярной и распространенной. Процесс отвода тепла происходит при помощи жидкого хладагента, циркулирующего по основным элементам двигателя по специальным закрытым магистралям. Гибридная система сочетает в себе элементы воздушного охлаждения одновременно с жидким. Жидкость охлаждается в радиаторе, имеющем ребра и вентилятор с кожухом. Также такой радиатор охлаждается приточными воздушными массами при движении транспортного средства.
Жидкостная система охлаждения двигателя выдает минимальный уровень шума при эксплуатации. Данный тип повсеместно собирает тепло и отводит его от двигателя с высокой эффективностью.
По методу движения жидкого хладагента системы классифицируются:
Устройство системы охлаждения двигателя
Конструкция жидкостного охлаждения имеет одинаковую структуру и элементы, как для бензинового двигателя, так и для дизельного. Система состоит из:
- радиаторного блока;
- масляного радиатора;
- вентилятора, с установленным кожухом;
- помпы (насос с центробежной силой);
- бачок для расширения нагретой жидкости и контроля уровня;
- термостат циркуляции хладагента.
При промывке системы охлаждения двигателя затрагиваются все данные узлы (кроме вентилятора) для более эффективной дальнейшей работы.
Охлаждающая жидкость циркулирует по магистралям внутри блока. Совокупность таких проходов называется "рубашкой охлаждения". Она охватывает наиболее подверженные нагреву участки двигателя. Хладагент, двигаясь по ней, вбирает в себя тепло и несет его к радиаторному блоку. Охлаждаясь, он повторяет круг.
Функционирование системы
Одним из основных элементов в устройстве системы охлаждения двигателя считается радиатор. Его задачей является остужать хладагент. Он состоит из радиаторной обрешетки, внутри которой проложены трубки для движения жидкости. Охлаждающая жидкость попадает в радиатор через нижний патрубок и выходит через верхний, который вмонтирован в верхний бачок. Сверху бачка имеется горловина, закрытая крышкой со специальным клапаном. Когда возрастает давление в системе охлаждения двигателя, клапан приоткрывается и жидкость поступает в расширительный бачок, прикрепленный отдельно в моторном отсеке.
Также на радиаторе находится датчик температуры, который сигнализирует водителю о предельном нагреве жидкости посредством прибора, установленного в салоне на информационной панели. В большинстве случаев к радиатору крепится вентилятор (бывает два) с кожухом. Вентилятор активируется автоматически при достижении критической температуры охлаждающей жидкости или работает принудительно от привода с помпой.
Помпа обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости по всей системе. Энергию вращения насос получает путем ременной передачи от шкива коленвала.
Термостат управляет большим и малым кругом циркуляции хладагента. При первом пуске двигателя термостат пускает жидкость по малому кругу для того, чтобы моторный агрегат быстрее прогрелся до рабочей температуры. После этого термостат открывает большой круг системы охлаждения двигателя.
Антифриз или вода
В качестве охлаждающей жидкости используется вода или антифриз. Современные автовладельцы стали все чаще применять последнее. Вода замерзает при минусовых температурах и является катализатором в процессах коррозии, что негативно сказывается на системе. Единственным плюсом является ее высокая теплоотдача и еще, пожалуй, доступность.
Антифриз не замерзает при холоде, предотвращает коррозию, препятствует серным отложениям в системе охлаждения двигателя. Но имеет более низкую теплоотдачу, что негативно сказывается в жаркое время года.
Неисправности
Последствиями неисправности охлаждения становятся перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев может быть вызван недостаточностью жидкости в системе, нестабильной работой помпы или вентилятора. Также неправильной работой термостата, когда он должен открыть большой круг охлаждения.
Могут быть вызваны сильным загрязнением радиатора, зашлакованностью магистралей, плохой работой крышки радиатора, расширительного бачка или некачественным антифризом.
Нормальное функционирование силовой установки автомобиля возможно только при определенном температурном режиме. Для большинства авто оптимальный диапазон температуры составляет 80-90 град. С. При более низком показателе ухудшается смесеобразование в цилиндрах, а высокая температура приводит к расширению металла, что может стать причиной заклинивания узлов.
Общее устройство системы охлаждения
Чтобы температура силовой установки была в оптимальном диапазоне, в конструкцию мотора включена система охлаждения. Именно благодаря ей обеспечивается отвод тепла от самых разогреваемых элементов — цилиндров.
Виды систем охлаждения
Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.
Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки
Устройство воздушной системы охлаждения двигателя
В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.
Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.
На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:
- невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
- чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
- во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
- невозможно организовать обогрев салона.
Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).
Видео: Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы
Устройство, конструкция, принцип работы
Жидкостная система охлаждения
Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.
В ее состав входит:
- Рубашка охлаждения
- Водяной насос
- Термостат
- Радиаторы
- Соединяющие патрубки
- Вентилятор
При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – , при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.
1. Рубашка охлаждения
Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.
2. Помпа
Так выглядит водяная помпа
В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.
Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.
3. Радиатор
При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть . Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен .
Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними. Чтобы , радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь). Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.
Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.
Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и . Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.
Видео: Перегрев двигателя. Последствия перегрева.
4. Термостат
Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.
Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.
Устройство и принцип работы термостата
Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.
Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).
Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.
Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.
5. Вентилятор, датчики
Принцип работы вентилятора системы охлаждения
Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.
Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.
Дополнительно в конструкцию входит также температурный , который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».
Основные неисправности системы охлаждения
Неисправностей у системы охлаждения двигателя не так уж и много, но последствия от них могут быть очень серьезными. Основными из них являются:
- Утечка охлаждающей жидкости;
- Неисправность насоса, термостата;
- Повреждение проводки датчиков.
Видео: Все причины перегрева и кипения двигателя. Устранение причин перегрева двигателя ВАЗ НИВА
Утечка жидкости может произойти из-за пробоя рубашки охлаждения, прокладки ГБЦ, резиновых патрубков, радиатора или же из-за ненадежного крепления мест соединения.
Выявить эту неисправность несложно, поскольку в результате утечки под авто будет образовываться лужа из охлаждающей жидкости. Если своевременно не устранить течь, то большая часть охлаждающей жидкости может вытечь, и система уже не сможет поддерживать температурный режим.
Поломка насоса зачастую связана . Сопровождается это следами подтеков со стороны привода, повышенным шумом при работе мотора, неравномерным износом приводного ремня.
Если своевременно не заменить насос, то существует вероятность, что он заклинит и порвет приводной ремень, а это уже чревато достаточно серьезными проблемами, поскольку зачастую этим ремнем приводится в работу и ГРМ.
Проблема с термостатом обычно связана с тем, что он заклинивает в каком-то одном положении. Из-за этого перевод жидкости между кольцами не осуществляется, она движется либо только по малому, либо по большому кругу.
Повреждение же проводки или датчиков приводит к тому, что показания на приборную панель не передаются или не соответствуют действительности, а вентилятор не включается в требуемый момент или же работает постоянно, из-за чего нарушается температурный режим.
