Система охлаждения двигателя – назначение, виды систем, устройство, принцип работы

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

• нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;
• охлаждение масла в системе смазки;
• охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
• охлаждение воздуха в системе турбонаддува;
• охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

• механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя);
• электрический (управляемый электродвигатель);
• гидравлический (гидромуфта).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

Принцип работы системы охлаждения

Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.

Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).

В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.

По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.

После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.

На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения, в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.

Материалы: http://systemsauto.ru/cooling/cooling.html

Надежная и безаварийная работа ДВС (двигателя внутреннего сгорания) не может быть осуществлена без системы охлаждения. Ее основные принципы функционирования удобно представить в виде схемы системы охлаждения двигателя. Основное предназначение системы – отвод избыточного тепла от двигателя и предохранение его от перегрева. Дополнительная функция – обогрев автомобиля печкой отопителя салона. Устройство и принцип работы, отображенный на схеме системы охлаждения двигателя, у разных типов автомобилей примерно одинаковы.

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

Общая схема системы охлаждения двигателя

Система жидкостного охлаждения дает возможность в равной мере забирать тепло со всех узлов и деталей двигателя не зависимо от степени тепловой нагрузки. Двигатель с использованием системы водяного охлаждения создает меньше шума, чем двигатель с воздушным охлаждением, обладает большей скоростью прогрева при пуске и не так сильно склонен к детонации.

Система охлаждения двигателя содержит следующие детали и элементы:

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

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

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

Принцип работы системы охлаждения двигателя

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

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

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

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

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

Видео о том, как устроена система охлаждения, из чего состоит, неисправности

Промывка системы охлаждения двигателя — процесс, которым очень многие водители нередко пренебрегают, что рано или поздно может вызвать фатальные последствия.

Производить подобные работы рекомендуется одновременно с заменой охлаждающей жидкости. Принимая во внимание модель автомобиля и его марку, делать это необходимо от 1-го раза в календарный год до одного раза в три года.

Признаки того, что систему охлаждения пора промывать

1. Если стрелка указателя температуры находится не в середине, а стремится к красной зоне во время движения;
2. В салоне холодно, печка отопления не дает достаточную температуру;
3. Вентилятор радиатора включается слишком часто

Промыть систему охлаждения простой водой невозможно, поскольку в системе концентрируются загрязнения, которые не удаляются даже водой, нагретой до высоких температур.

Накипь удаляется с помощью кислоты, а жиры и органические соединения – исключительно щелочью, заливать же в радиатор одновременно оба состава нельзя, так как они согласно законам химии взаимонейтрализуются. Производители средств для промывки, пытаясь решить эту проблему, создали целый ряд средств, которые условно можно разделить на:

Первые два слишком агрессивны и в чистом виде почти не используются, так как опасны для системы охлаждения и требуют нейтрализации после использования. Реже встречаются двухкомпонентные виды очистителей, содержащие оба раствора — щелочной и кислотный, которые заливаются в систему охлаждения поочередно.

Наибольшую востребованность имеют нейтральные очистители, не содержащие в своем составе сильных щелочей и кислот. Эти средства обладают разной степенью эффективности и могут использоваться как для профилактики, так и для капитальной промывки системы охлаждения от сильных загрязнений.

Промывка системы охлаждения

Промывка системы охлаждения:

1. Сливается антифриз, тосол или вода. Перед этим необходимо на пару минут завести двигатель.
2. Залить в систему воду и очиститель.
3. Включить двигатель на 5-30 минут (зависит от марки очистителя) и включить обогрев салона.
4. По истечении обозначенного в инструкции времени двигатель нужно заглушить.
5. Слить отработанный очиститель из системы охлаждения.
6. Произвести промывку водой либо специальным составом.
7. Залить свежую охлаждающую жидкость.

Работы по промывке системы охлаждения просты и доступны: их могут выполнять даже неопытные автовладельцы. Эта операция существенно продлевает моторесурс двигателя и поддерживает его эксплуатационные характеристики на высоком уровне.

Существует ряд наиболее распространенных неисправностей в системе охлаждения двигателя:

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

Видео — определение неисправностей системы охлаждения в автосервисе

Регулярный уход системы охлаждения двигателя гарантирует длительную эксплуатацию автомобиля в целом.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Материалы: http://avtomotoprof.ru/obsluzhivanie-i-uhod-za-avtomobilem/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya/

Система охлаждения служит для поддержания оптимального теплового режима двигателя путем регулируемого отвода теплоты от наиболее нагревающихся деталей.

Высокая температура газов во время рабочего хода вызывает интенсивный нагрев деталей, непосредственно соприкасающихся с горячими газами (цилиндры, головки цилиндров, поршни, клапаны). На нагрев деталей двигателя затрачивается 20 — 35% теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах. Если эту теплоту не отводить, т. е. не охлаждать двигатель, то на многих движущихся деталях масло выгорит и вследствие чрезмерного расширения произойдет их заедание. Чтобы избежать перегрева деталей, от них принудительно отводится теплота с интенсивностью, зависящей от режима и условий работы двигателя. При недостаточном отводе теплоты двигатель перегревается — не развивает максимальной мощности, увеличивается расход топлива, а детали двигателя из-за недостаточной смазки быстро изнашиваются. В случае чрезмерного отвода тепла, т. е. при переохлаждении двигателя, также ухудшается его топливная экономичность и значительно снижается срок службы.

Поэтому двигатель следует охлаждать до оптимальной температуры, обеспечивающей получение максимальной мощности и высокой экономичности, а также длительного срока службы (моторесурса).

Принудительный отвод теплоты в двигателях может осуществляться с помощью жидкости (жидкостная система охлаждения) или воздуха (воздушная система охлаждения). На автомобильных двигателях наибольшее распространение получили жидкостные системы охлаждения, так как они по сравнению с системами воздушного охлаждения более эффективны в работе, создают меньший шум и обеспечивают лучший пуск двигателя в условиях низких температур. Принципиальная схема жидкостной системы охлаждения двигателя показана на рисунке. Вокруг цилиндров 77 двигателя и их головок имеется пространство (рубашка охлаждения), заполняемое охлаждающей жидкостью. Рубашка охлаждения соединена патрубками 8 и 15 с радиатором 2 — устройством, служащим для охлаждения нагретой жидкости. Радиатор и рубашка заполняются жидкостью через заливную горловину, закрываемую пробкой 5. В пробке имеются клапаны, через которые внутренняя полость системы охлаждения сообщается с атмосферой. Такая система охлаждения называется закрытой. В закрытых системах охлаждения поддерживается избыточное давление (до 100 кПа), вследствие чего температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 120°С. Пар отводится по трубке 4. Закрытые системы охлаждения более компактны, чем открытые, т. е. непосредственно сообщающиеся с атмосферой, и реже нуждаются в дополнительной заправке охлаждающей жидкостью.

Принудительная циркуляция жидкости в системе создается насосом 14, приводимым в работу от коленчатого вала двигателя шкивом 7. Жидкость соприкасается с нагретыми стенками цилиндров и головки, нагревается и через патрубок 8 поступает в верхний бачок радиатора. По трубкам радиатора 2,обдуваемым потоком воздуха, жидкость проходит в нижний бачок радиатора и охлаждается. Движение воздуха через радиатор обеспечивается вентилятором 6 и напором встречного потока воздуха при движении автомобиля. Охлажденная жидкость через патрубок 75 поступает в насос и от него по водораспределительной трубе 12 вновь подводится к наиболее нагретым участкам каждого цилиндра. Водораспределительная труба позволяет равномерно охлаждать все детали независимо от их удаленности от насоса. Таким образом, в системе охлаждения происходит непрерывная циркуляция охлаждающей жидкости.

Температуру охлаждающей жидкости контролируют по термометру 13. Оптимальным температурным режимом двигателя является такой, при котором температура охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров равна 80 —100 °С. Для быстрого прогрева двигателя, особенно после его пуска, в системе охлаждения устанавливают термостат 10. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и жидкость из рубашки охлаждения не может попасть в радиатор (в большой круг циркуляции). При закрытом клапане термостата жидкость поступает к насосу через трубку 9 (малый круг циркуляции). Так как двигатель в данном случае охлаждается лишь частью жидкости, заполняющей систему, то эта жидкость быстро нагревается. После этого клапан термостата открывается и охлаждение двигателя осуществляется всей жидкостью, циркулирующей по большому кругу. Проходное сечение клапана термостата и количество жидкости, поступающей в радиатор, увеличиваются по мере повышения температуры, чем в определенных пределах автоматически регулируется температурный режим двигателя.

Оптимальный температурный режим двигателя поддерживается в основном изменением интенсивности воздушного потока, проходящего через радиатор. При помощи жалюзи 3 изменяют количество воздуха, проходящего через радиатор, и тем самым интенсивность охлаждения. Интенсивность воздушного потока можно изменять также с помощью вентилятора с автоматически меняющимся шагом лопастей. На некоторых двигателях вентилятор включается в работу только после прогрева двигателя. Жидкость сливают через кран 1, установленный в нижней точке системы охлаждения.

Одной из особенностей системы охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ-21011 (рис.) является наличие расширительного бачка 5, расположенного в высшей точке системы. Расширительный бачок, сообщающийся с атмосферой, заполнен охлаждающей жидкостью и соединен трубкой 4 с заливной горловиной 3 радиатора 1. При открытии выпускного (парового) клапана, которым снабжена пробка заливной горловины, избыточная жидкость или пар отводятся в расширительный бачок. При уменьшении объема охлаждающей жидкости (например, при ее охлаждении) в пробке открывается впускной клапан и жидкость из расширительного бачка возвращается в радиатор. Таким образом, в системе поддерживается постоянный объем циркулирующей жидкости.

Другая особенность системы охлаждения этого двигателя заключается в способе поддержания оптимального температурного режима, обеспечиваемого двухклапанным термостатом 2. Когда двигатель не прогрет, нижний клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор. В этом случае жидкость нагнетается насосом 11 в рубашку 10 блока цилиндров и затем в рубашку 7 головки блока. Выходящая из передней части головки блока жидкость подходит к верхнему клапану термостата и попадает вновь в насос. Вследствие циркуляции этой части жидкости двигатель быстро прогревается. Одновременно меньшая часть жидкости попадает из рубашки головки в рубашки 6 впускного трубопровода и смесительных камер карбюратора, а при открытом кране 8 в радиатор 9 отопителя салона.

Когда двигатель прогрет, верхний клапан термостата закрыт, нижний открыт. В этом случае большая часть жидкости из рубашки головки блока попадает в радиатор 1, охлаждается в нем, а затем по трубопроводу 12 и через от крытый нижний клапан термостата поступает в насос. Меньшая часть жидкости, как и на непрогретом двигателе, циркулирует через впускной трубопровод, карбюратор и отопитель салона. В некотором интервале температур оба клапана термостата открыты и жидкость циркулирует одновременно по двум кругам. Количество движущейся жидкости в каждом круге циркуляции зависит от степени открытия того или другого клапана, чем обеспечивается автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя. Жалюзи в системе охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ-21011 отсутствуют.

В качестве охлаждающих жидкостей применяют воду или специальную низкозамерзающую жидкость — антифриз. Особенность антифризов ТОСОЛ состоит в том, что их температура кипения значительно превышает 100 °С, а имеющиеся в них ингибиторы уменьшают коррозию всех металлических деталей.

При воздушном охлаждении двигателя цилиндры и их головки для увеличения поверхности охлаждения снабжены большим количеством ребер. Охлаждающий воздух подается мощным вентилятором, приводимым в работу от коленчатого вала двигателя. К цилиндрам воздух поступает по направляющему кожуху, обеспечивающему равномерное их охлаждение. Нагретый воздух выходит наружу через специальный раструб, в котором установлена заслонка. При повороте заслонки, осуществляемом водителем или автоматически, изменяется интенсивность охлаждения, чем обеспечивается оптимальный температурный режим двигателя.

Основными преимуществами воздушного охлаждения перед жидкостным является его простота в эксплуатации и невозможность выхода из строя системы в холодное время.

Конструкция жидкостной системы охлаждения. Радиатор является теплообменником, в котором теплота от воды передается потоку воздуха. В верхнем бачке 6 (рис.) радиатора имеется горловина 8, через которую система заполняется охлаждающей жидкостью. Горловина герметично закрыта пробкой 7, снабженной двумя клапанами. Паровой клапан 3 (рис.), прижимаемый к торцу горловины 5 сильной пружиной 4, открывается для выпуска пара из системы при избыточном давлении, равном 45-55 кПа. Воздушный клапан 2, имеющий слабую пружину 7, открывается при падении давления до 10 кПа вследствие остывания жидкости.

В нижнем бачке 3 (см. рисунок) радиатора установлен кран 2 для слива жидкости из системы. Верхний и нижний бачки сообщаются рядами плоских трубок с припаянными к ним пластинами, образующими необходимую охлаждающую поверхность. Оба бачка, трубки и пластины такого радиатора, называемого трубчато-пластинчатым, для лучшей отдачи теплоты выполнены из латуни. Иногда основу 10 радиатора делают трубчато-ленточным. У такого радиатора для увеличения площади теплоотдачи между трубками проложены гофрированные ленты на всю ширину остова. Охлаждающая жидкость поступает в радиатор через трубу 9, а отводится из него через трубу 1. Радиатор закреплен на раме автомобиля впереди двигателя на резиновых подушках.