Строго говоря, термин «жидкостное охлаждение» не вполне корректен, так как жидкость в системе охлаждения - всего лишь промежуточный теплоноситель, проникающий в толщу стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента в системе играет воздух, обдувающий радиатор, поэтому охлаждение современного автомобиля правильней назвать гибридным.

Устройство жидкостной системы охлаждения

Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из нескольких элементов. Самый сложный называется «рубашкой охлаждения». Это разветвленная сеть каналов в толще блока цилиндров и . Кроме рубашки в систему входит радиатор системы охлаждения, расширительный бачок, водяной насос, термостат, металлические и резиновые соединительные патрубки, датчики и контрольные приборы.

Пропилен гликоль - основа охлаждающей жидкости (антифриза) и одобренная ветеринарными врачами пищевая добавка для рациона собак

Система построена на принципе принудительной циркуляции, которую обеспечивает водяной насос. Благодаря постоянному оттоку разогретой жидкости двигатель охлаждается равномерно. Этим и объясняется применение системы в подавляющем большинстве современных автомобилей.

Пройдя по каналам в стенках блока, жидкость нагревается и попадает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха. Когда автомобиль движется, для охлаждения достаточно естественного обдува, а когда автомобиль стоит – обдув происходит за счет электрического вентилятора, включающегося по сигналу от датчика температуры.

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, 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 зависимости от режима работы ДВС цикл движения охлаждающей жидкости в системе может меняться. Объем жидкости, циркулирующей в каждом круге напрямую зависит от того, в какой степени открыты основной и дополнительный клапаны термостата. Эта схема обеспечивает автоматическую поддержку оптимального температурного режима работы двигателя.

Преимущества и недостатки жидкостной системы охлаждения

Главное достоинство жидкостного охлаждения заключается в том, что охлаждение двигателя происходит равномернее, чем в случае обдува блока потоком воздуха. Это объясняется большей теплоемкостью охлаждающей жидкости по сравнению с воздухом.

Жидкостная система охлаждения позволяет значительно снизить шум от работающего двигателя за счет большей толщины стенок блока.

Инерционность системы не дает быстро остывать двигателю после выключения. Разогретая жидкость автомобиля и для предварительного подогрева горючей смеси.

Наряду с этим, жидкостная система охлаждения имеет ряд недостатков.

Основной недостаток заключается в сложности системы и в том, что она работает под давлением после прогрева жидкости. Жидкость, находящаяся под давлением, предъявляет повышенные требования к герметичности всех соединений. Ситуация осложняется тем, что работа системы подразумевает постоянное повторение цикла "нагрев - остывание". Это вредно для соединений и резиновых патрубков. При нагреве резина расширяется, а затем сжимается при остывании, что становится причиной течей.

Кроме того, сложность и большое количество элементов сама по себе служит потенциальной причиной "техногенных катастроф", сопровождаемых "закипанием" двигателя в случае выхода из строя одной из ключевых деталей, например, термостата.

Назначение и принцип работы системы охлаждения

Система охлаждения служит для принудительного отвода от цилиндров двигателя тепла и передачи его окруячающему воздуху. Необходимость в системе охлаждения вызывается тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскаленными газами, при работе сильно нагреваются. Если не охлаждать внутренних деталей двигателя, то вследствие перегрева может произойти выгорание слоя смазки между деталями и заедание движущихся деталей вследствие чрезмерного их расширения.

Система охлаждения может быть воздушной или жидкостной.

При воздушной системе охлаждения (рис. 1, а) тепло от цилиндров двигателя передается непосредственно обдувающему их воздуху. Для этого с целью увеличения поверхности теплоотдачи на цилиндрах и головке делают охлаждающие ребра, изготовляемые путем отливки. Цилиндры окружены металлическим кожухом. Через образовавшуюся воздушную рубашку просасывается с помощью вентилятора воздух, охлаждающий двигатель. Вентилятор приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала.

Воздушная система охлаждения получила применение лишь на двигателях небольшой мощности. Достоинством такой системы является простота устройства, некоторое снижение веса двигателя и удобство обслуживания. Для’более мощных двигателей применение воздушной системы охлаждения встречает ряд трудностей ввиду необходимости отвода большого количества тепла и обеспечения равномерности охлаждения всех нагревающихся точек двигателя.

В систему жидкостного охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости входят водяные рубашки соответственно головки и блока, радиатор, нижний и верхний соединительные патрубки со шлангами, водяной насос с водораспределительной трубой, вентилятор и термостат.

Водой заполняются водяные рубашки головки и блока, патрубки и радиатор. При работе двигателя приводимый от него в действие водяной насос создает круговую циркуляцию воды через водяную рубашку, патрубки и радиатор. По водораспределительной трубе вода в первую очередь направляется к наиболее нагреваемым местам блока. Проходя по водяной рубашке блока и головки, вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания и охлаждает двигатель. Нагретая вода по верхнему патрубку поступает в радиатор, где, разветвляясь по трубкам на тонкие струйки, охлаждается воздухом,

который просасывается между трубками вращающимися лопастями вентилятора. Охлаяеденная вода вновь поступает в водяную рубашку двигателя.

В некоторых двигателях с верхними клапанами вода от насоса принудительно направляется только в рубашку головки, седел и патрубков выпускных клапанов, и далее по отводящему патрубку отводится в радиатор. Охлаждение цилиндров при этом производится водой, циркулирующей в ее рубашке вследствие наличия разности температур воды в водяной рубашке блока и головки. Более нагретая вода из водяной рубашки блока вытесняется более холодной водой, поступающей из водяной рубашки головки, чем обеспечивается естественная - конвекционная циркуляция воды (термосифонная). При таком охлаждении условия работы цилиндров двигателя улучшаются.

Термостат, установленный в верхнем водяном патрубке, регулирует циркуляцию воды через радиатор, поддерживая наивыгоднейшую ее температуру.

В V-образных карбюраторных двигателях общий водяной насос, соединенный нижним патрубком с радиатором и установленный на одном валу с вентилятором, нагнетает воду по двум патрубкам и водораспределительным каналам в водяные рубашки обеих секций блока. Нагретая вода отводится от головок по каналам, обычно отлитым в верхней крышке блока, и через общий термостат и верхний патрубок поступает обратно в радиатор. На дизелях компоновка элементов системы охлаждения несколько видоизменена.

В зависимости от способа соединения полости системы охлаждения с атмосферой принудительная система охлаждения делится на два типа -открытую и закрытую. В открытой системе полость верхнего бачка радиатора постоянно сообщается с атмосферой. В закрытой системе охлаждения, получившей применение на всех автомобилях, полость бачка может сообщаться с атмосферой только через специальный паровоздушный клапан.

Для нормальной работы двигателя необходима температура 80 – 90 градусов. А температура в цилиндре в рабочем состоянии может расти до 2000 градусов, что разрушительно влияет на детали. Система охлаждения в машине позволяет мотору не перегреваться в жару и не промерзать в мороз. Нарушение температурного режима чревато быстрым износом деталей, повышенным расходом топлива и масла, падением мощности двигателя.

Таким образом, система охлаждения контролирует температурные пределы для идеальной работы автомобиля.

Предназначение воздушного охлаждения

Прямое предназначение системы охлаждения – поддерживать оптимальную температуру для работы двигателя. Система охлаждения отвечает и за нагрев воздуха в салоне, за охлаждение моторного масла и рабочей жидкости коробки-автомат, иногда охлаждается приемный коллектор и дроссельный узел. В результате сгорания топлива рассеивается 35% тепла.

Знаете ли Вы? Первая система охлаждения появилась в 1950 году.

Принцип работы воздушной системы охлаждения

Название говорит само за себя – поток воздуха главный в воздушной системе охлаждения. С воздухом отводится тепло от цилиндров, головки блока и масляного радиатора. Вся система состоит из вентилятора (приводится в движение от шкива коленчатого вала ремнем), охладительных ребер цилиндров и головки, съемного кожуха, дефлекторов и контрольных приборов. На вентиляторе стоит защитная сетка, чтобы исключить попадание посторонних предметов.

Воздушный поток принудительно поступает к двигателю при помощи алюминиевых лопастей вентилятора. Движется воздух между ребрами охлаждения, а потом равномерно распределяется с помощью дефлекторов на все детали мотора.

Вентилятор состоит из направляющего диффузора (по окружности в нем имеются неподвижные радиально расположенные лопасти переменного сечения, чтобы направлять поток воздуха) и ротора с 8 радиально расположенными лопатками. Лопасти диффузора меняют направление потока воздуха, и он движется в противоположную от вращения ротора сторону. Это увеличивает давление воздуха и лучше охлаждает двигатель.

Интересно знать! В 1997 году был установлен двигатель воздушного охлаждения с двумя турбинами в 400 лошадиных сил. Он считается самым мощным.

Чтобы увеличить площадь поверхности для контакта с воздухом, на блок и головку блока цилиндров установлены дополнительные ребра. В минуту вентилятор может подать 30 кубов воздуха, что позволяет двигателю работать при температуре от –40° до +40°. Термостаты и заслонки позволяют регулировать интенсивность охлаждения двигателя.

Естественное воздушное охлаждение

Самым простым способом охлаждения двигателя является естественное воздушное охлаждение. На внешней поверхности цилиндров стоят ребра, через которые и отдается тепло. Такая система охлаждения стоит на мотоциклах, мопедах, поршневых двигателях и др.

Принудительное воздушное охлаждение

В системе принудительного воздушного охлаждения есть вентилятор и ребра охлаждения. Кожух покрывает вентилятор и ребра. Это способствует направлению воздушного потока и препятствует проникновению тепла извне.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателей с воздушным охлаждением:

1. Простота конструкции. Легко ремонтировать.

2. Незначительный вес.

3. Надежность.

4. Недорого.

5. Хорошие показатели холодного запуска мотора.

Недостатки:

1. Создает шум.

2. Увеличиваются размеры мотора.

3. Неравномерность обдува и локальный перегрев.

4. Чувствительность к качеству топлива, масла и запчастей.

Внимание! Даже тонкий слой грязи на корпусе мотора снижает продуктивность охлаждения. Поэтому нужно тщательно следить за чистотой корпуса двигателя.

Распространённые поломки

Датчик показывает повышение температуры масла в – охлаждающая система дает сбой в работе. Немедленно заглушите мотор и выясните причину. На приборной панели загорается лампа, которая сигнализирует о неполадках. Причина может быть в обрыве ремня вентилятора. Очень редко случаются проблемы в работе термостата.

Где применяются двигатели з воздушной системой охлаждения

Двигатели с воздушной системой охлаждения применяются все меньше (их вытесняет жидкостное охлаждение) в машиностроении (компактные малолитражки, дизельные ДВС, грузовики, техника сельского хозяйства).

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

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

Влияние температурных параметров на работу мотора

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

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

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

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

В результате химические свойства последнего ухудшаются, что способствует:

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

Классификация

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

Различают системы:

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

Жидкостная система охлаждения

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

Конструкция

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

Также в состав системы входят:

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

Принцип действия

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

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

Дополнительные функции

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

• Прогрев силового агрегата в холодное время года

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

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

• Нагревание воздуха в салоне автомобиля

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

• Снижение температуры нагнетаемого в цилиндры воздуха

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

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

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

Достоинства и недостатки

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

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

Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно отметить:

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

Неисправности и способы их устранения

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

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

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

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

Воздушная система охлаждения

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

Конструкция и принцип действия

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

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

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

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

Достоинства и недостатки

Моторы с принудительным воздушным охлаждением отличаются:

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

К недостаткам системы воздушного охлаждения относят:

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

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.