Охлаждение двигателя: воздушная и жидкостная система

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания –

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) приводит к чрезмерному нагреванию всех его деталей и без их охлаждения функционирование главного агрегата транспортного средства невозможно. Эту роль выполняет система охлаждения двигателя, которая также отвечает за обогревание салона авто.
В турбированных двигателях с ее помощью снижается температура воздуха, нагоняемого в цилиндры, а в АКПП эта система охлаждает жидкость, которая применяется для ее работы.
Отдельные модели машин оснащают масляным радиатором, который принимает участие в терморегуляции масла, использующегося для смазки двигателя.

Система охлаждения ДВС бывает воздушная и жидкостная

Обе эти системы не идеальны и имеют как достоинства, так и недостатки.
Преимущества воздушной системы охлаждения:

• небольшой вес двигателя;
• простота устройства и его обслуживания;
• невысокая требовательность к температурным изменениям.

Недостатки воздушной системы охлаждения:

• большой шум от работы двигателя;
• перегрев отдельных деталей мотора;
• невозможность выстроить цилиндры блоками;
• затруднительность в использовании выделяемого тепла для обогревания салона авто.

В современных условиях автопроизводители предпочитают оснащать свои машины преимущественно двигателями с системами жидкостного охлаждения. Воздушные конструкции, охлаждающие узлы мотора, встречаются очень редко.
Преимущества жидкостной системы охлаждения:

• не такой шумный двигатель по сравнению с воздушной системой;
• высокая скорость начала работы при запуске мотора;
• равномерное охлаждение всех деталей силового механизма;
• меньшая предрасположенность к детонации.

Недостатки жидкостной системы охлаждения:

• дорогое техническое обслуживание и ремонт;
• возможное вытекание жидкости;
• частые переохлаждения мотора;
• замерзание системы в периоды морозов.

Структура жидкостной системы охлаждения двигателя

К основным составляющим жидкостной системы охлаждения ДВС относятся следующие детали:

• «водяная рубашка» двигателя
• вентилятор;
• радиатор;
• помпа (центробежный насос);
• термостат;
• бачок расширительный;
• теплообменник отопителя;
• составляющие элементы управления.

Водяная рубашка двигателя – это плоскость между стенками агрегата в тех местах, которым требуется охлаждение.
Радиатор системы охлаждения – это механизм, который предназначен для отдачи созданного работой двигателя тепла. Узел представляет собой конструкцию из многих изогнутых алюминиевых трубой, которые также имеют дополнительные ребра, способствующие большей теплоотдаче.
Вентилятор используется для ускорения циркуляции воздуха, обволакивающего радиатор. Вентилятор включается при граничном нагревании охлаждающей жидкости.

Центробежный насос (другими словами – помпа) обеспечивает беспрерывное движение жидкости во время работы двигателя. Привод для помпы может быть разным: ременной, например, или шестеренный. На авто с турбированными двигателями часто устанавливают добавочные насосы, которые способствуют циркуляции жидкости и запускаются из блока управления.

Термостат – это устройство в виде биметаллического (или электронного) клапана, расположенного между входным отверстием радиатора и «рубашкой охлаждения». Этот прибор обеспечивает нужную температуру жидкости, служащей для охлаждения ДВС.
Когда мотор остывший, термостат закрыт, поэтому принудительная циркуляция остужающей жидкости проходит внутри двигателя, не затрагивая радиатор. В момент нагревания жидкости до граничной температуры клапан открывается.
В этот момент система начинает функционировать во всю свою мощь.
Расширительный бачок используется для заливания охлаждающей жидкости. Этот узел компенсирует также изменение количества жидкости в системе во время изменения температуры.

Радиатор отопителя – механизм, предназначенный для подогрева воздуха в салоне транспортного средства. Его рабочая жидкость набирается непосредственно возле входа в «рубашку» мотора.

Главным элементом координации системы охлаждения ДВС есть датчик (температурный), электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Особенность работы системы охлаждения двигателя

Система охлаждения работает под контролем системы управления силовым агрегатом. Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя. Учитывая степень нагрева, жидкость перемещается либо по малому, либо по большому кругу.
Чтобы двигатель быстрее прогрелся после запуска, жидкость циркулирует по кругу малому. После ее нагревания термостат открывается, предоставляя жидкости возможность циркулировать через радиатор, на выходе с которого на жидкость воздействует поток воздуха (встречного или от работающего вентилятора), который ее охлаждает.

Далее остывшая жидкость поступает опять в «рубашку охлаждения» и весь процесс повторяется снова и снова.
В моторах с турбонаддувом может использоваться двухконтурная система охлаждения. Особенностью ее работы есть то, что один контур контролирует охлаждение нагнетаемого воздуха, а второй – охлаждение двигателя.

Устройство автомобилей


Жидкостная система охлаждения может быть термосифонной и принудительной, открытой и закрытой.
Большинство современных автомобильных двигателей оснащены принудительной системой охлаждения закрытого типа из-за ряда существенных преимуществ.
При термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует по рубашке охлаждения и соединенному с ней радиатору благодаря разнице плотности горячей и холодной жидкости в верхней и нижней части системы (горячая жидкость поднимается, а холодная опускается самотеком, без применения перекачивающих устройств).
Такая система проста, но малоэффективна и требует радиатор увеличенной емкости.
Поэтому термосифонная система жидкостного охлаждения распространения на автомобильных двигателях не получила; обычно применяется принудительная система охлаждения, в которой циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается жидкостным насосом.
Открытая система сообщается с окружающей средой (атмосферой) непосредственно, т. е. в такую систему постоянно может поступать воздух, а из системы выпускаться пар.
Закрытая система сообщается с окружающей средой посредством специальных клапанов, размещенных в пробке радиатора или крышке расширительного бачка. Такая система сообщается с атмосферой лишь в случае значительного превышения давления в ней, выпуская пар и горячий воздух через клапана.

Это позволяют поднять давление и температуру кипения охлаждающей жидкости, благодаря чему можно уменьшить габаритные размеры радиатора.

Закипевшая охлаждающая жидкость резко снижает эффективность системы охлаждения, так как в этом случае в жидкости образуются пузырьки пара, препятствующие циркуляции жидкости и теплообменным процессам. Поэтому современные автомобильные двигатели оснащаются закрытой системой охлаждения, позволяющей использовать более высокий нагрев жидкости без закипания.
***

Устройство и работа жидкостной системы охлаждения

В классическом исполнении жидкостная система охлаждения двигателя состоит из жидкостного и воздушного трактов. Жидкостный тракт системы включает в себя (см. рис. 1): рубашку 6 охлаждения, термостат, радиатор 1, жидкостный насос 5, расширительный бачок 4 и трубопроводы.
Воздушный тракт системы состоит из радиатора 1, вентилятора 9 и направляющих элементов тракта (диффузора).
Принцип действия системы охлаждения заключается в следующем: жидкостный насос 5, приводимый от коленчатого вала двигателя, засасывает охлаждающую жидкость из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения 6.

Проходя по каналам и полостям рубашки, жидкость забирает избыток теплоты у цилиндров и головки блока цилиндров, охлаждая детали.
Затем охлаждающая жидкость через систему патрубков и термостат поступает в верхний бачок 12 (рис.

1,б) радиатора, откуда по множеству трубок, составляющих сердцевину радиатора, скатывается в нижний бачок, отдавая по пути теплоту и охлаждаясь. Далее охлаждающая жидкость опять засасывается насосом и циркуляция повторяется.
Описанный путь охлаждающей жидкости называют циркуляцией по большому кругу (рис. 2,б).

На пути охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в верхнем патрубке устанавливается специальный прибор – термостат, представляющий собой температурный клапан, который автоматически, в зависимости от степени нагрева, изменяет направление движения охлаждающей жидкости. Если жидкость холодная, т. е. еще не прогрелась до рабочей температуры, клапан термостата перекрывает проход жидкости в радиатор и направляет ее сразу в насос, откуда она вновь поступает к рубашке охлаждения двигателя.

Такой путь жидкости, когда она перемещается, минуя радиатор, называется циркуляцией по малому кругу (рис. 2,а).

По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев до рабочих температур. Когда двигатель прогревается, термостат обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по большому кругу, через радиатор.
Клапан термостата начинает открываться, пропуская охлаждающую жидкость в радиатор при температуре 70…87 ˚С.
***
Интенсивному охлаждению жидкости в радиаторе способствует поток воздуха, создаваемый вентилятором 9. Скорость потока охлаждающего воздуха зависит от скорости движения автомобиля. Изменить скорость воздушного потока можно с помощью жалюзи 2 (рис.
2,а), установленных перед радиатором.
На современных автомобилях изменение интенсивности обдува радиатора воздухом осуществляется автоматическими устройствами, например, вентиляторами с приводом от управляемого термодатчиком электродвигателя, гидромуфтами различных конструкций и т. п.

Охлаждающая жидкость может подводиться к рубашке охлаждения двигателя через нижний пояс цилиндров, верхний пояс и головку блока цилиндров. Подвод охлаждающей жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, которые допускают повышение температуры головки блока цилиндров, способствующее лучшему воспламенению рабочей смеси от сжатия.
В двигателях с принудительным воспламенением, склонных к детонации при наличии в камере сгорания перегретых зон, охлаждающая жидкость подводится через верхние пояса (рис. 1,б) или даже через головку блока цилиндров (рис. 1,в). В последнем случае нагретые участки головки блока цилиндров охлаждаются наиболее интенсивно.
Для подвода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения иногда применяют водораспределительные трубы 14 (рис. 1,в), имеющие окна против каждого цилиндра. Благодаря этому достигается параллельный подвод охлаждающей жидкости одинаковой температуры ко всем цилиндрам и улучшается равномерность их охлаждения.

Контроль над работой системы охлаждения осуществляется с помощью датчиков и указателя температуры, а также сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости.

Датчики устанавливаются в системе охлаждения двигателя, а указатель и сигнализатор – на приборной доске (щитке приборов) в кабине водителя.
Теплота, отводимая жидкостью от деталей двигателя, используется для подогрева впускного трубопровода, улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.
***
Назначение и устройство радиатора


Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Система охлаждения автомобильного двигателя: устройство и принцип действия

Двигатели внутреннего сгорания (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:

Максимальная мощность.

Минимальный расход горючего.

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:

Принудительного воздушного охлаждения.

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:

заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);

поломка помпы;

повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;

утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).

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.

Какое охлаждение лучше: жидкостное или воздушное?

Основная масса современных водителей понятия не имеет что такое воздушное охлаждение. Некоторая часть населения, сопоставляет такой вид вывода лишней температуры с мотоциклами, которые, в большинстве своем, тоже уже охлаждаются различными тосолами и антифризами.
Некоторые еще помнят «Запорожцы», Фольксвагены Жуки, середины прошлого века, и некоторые модели Порше. И только малая доля водителей понимает, что значит ездить на машине с мотором охлаждаемым воздухом, какие это дает преимущества перед жидкостным и какие имеет недостатки.

Описывать систему жидкостного охлаждения двигателя я не буду, итак, все сталкиваются с ней каждый день. А вот что такое воздушное охлаждение и с чем его едят, попробуем разобрать по подробнее.

Воздушное охлаждение ДВС

Как ясно из названия, двигатель охлаждается воздухом. Вентилятор затягивает воздух в отводящие контуры, которые опоясывают все нагреваемые детали и охлаждают мотор. Все просто и ясно. Чаще всего можно встретить такие системы на мотоциклах.
Ярким примером служат все мотоциклы производимые в СССР (про современную Россию говорить не приходится, ибо мотоциклами тут и не пахнет, а если пахнет, то китайским ширпотребом).
Если присмотреться к ним внимательно, то можно обнаружить, что радиатора нет, расширительного бочка нет, вентилятор и трубопровод тоже отсутствует, зато есть блоки цилиндров с ребристыми корпусами.
В автомобилях устройство почти такое же, только отличается тем, что мотор охлаждается принудительно, с помощью вентилятора, засасывающего воздух, и специального кожуха, опоясывающего весь мотор. Это из-за того, что мотор автомобиля расположен внутри, а мотоцикла на свежем воздухе.

Случилось так, что подобные двигатели стали ни кому не нужны. Почему? Вселенский заговор, конструктивная особенность, спрос среди населения или что-либо другое, в общем, ни кто из простых смертных не знает. Однако, сделали это напрасно, ведь с точки зрения практичности, надежности и экономической целесообразности для семейного бюджета, такие моторы вполне могут дать фору жидкостным.
В тот период жидкостные системы охлаждения называю водяными, так как антифризы не были распространены и все заливали в радиатор воду. В воздушный контур заливать ни чего не надо было и это являлось одним огромным плюсом таких двигателей. Рассмотрим ближе преимущества и недостатки таких ДВС.

Достоинства мотора с воздушным охлаждением

Преимуществ было много и одним из них было — надежность. Надежность узлов и агрегатов определяется сроком их службы, ремонтопригодностью и стоимостью запасных частей. По этим трем факторам ДВС с воздушным охлаждением опережал своего водяного собрата.
Туда же добавлялся фактор количества деталей в узле. Чем меньше деталей, тем меньшему их числу придется ломаться.
Особенно, если учесть, что в системе водяного охлаждения выходят из строя сопутствующие агрегаты, такие как термостат, радиатор, патрубки и шланги, которые в принципе отсутствуют в системах воздушного охлаждения, то это уже говорит о многом.

Из-за малого количества деталей, он был проще в эксплуатации и дешевле в ремонте. Легче починить одну деталь, чем десяток. Как гласит статистика авторемонтов, то 20% поломок, связанных с автомобилем приходится на систему охлаждения.

Недостатки

Недостатков тоже хватало и кажутся вполне разумными, если не учитывать тот факт, что они не вполне объективными. Первый недостаток — шумность. Такое присутствует и отказываться от этого ни кто не будет.
Происходит из-за того, что рабочая зона цилиндров не прикрыта жидкостными контурами, как в водяных моторах. Из-за этого он шумит сильнее, плюсом служит большой вентилятор, который работает постоянно, а не в момент срабатывания температурного датчика как в современных двигателях.

Далее пойдут недостатки, которые не могут быть объективными, так как были выявлены владельцами «Запорожцев».
Мотор перегревается — неправда. Температура охлаждающей жидкости намного выше, чем температура воздуха за бортом и поэтому двигатель остывает быстрее.
https://www.youtube.com/watch?v=7WwNaWrBJsI
Мотор плохо нагревался зимой и машина долго была холодной — тоже фантазия. Ввиду того, что мотор не опоясывался контуром холодной жидкости, то после первого пуска мотор разогревался быстрее, так как не было дополнительных охлаждающих элементов.
Двигатель «запорожца» был неплохим, сгубило его недостаточное сервисное обслуживание. Как его ремонтировать никто толком не знал, заправляли его некачественным топливом, специализированных сервисов не было и это не мудрено, так как машина не задействовалась в структурах скорой помощи, милиции или такси. Поэтому и дела до нее не было.
А вот и объективные недостатки:

• Малая мощность;
• Большой размер агрегата;
• Плохая звукоизоляция;
• Неравномерность обдува и частичный перегрев;
• Чувствительность к качеству ГСМ.

Данные факторы не позволяют судить об авто, как о комфортном, однако, смотря с какой стороны посмотреть.
Двигатель с воздушным охлаждением больше по размеру, чем с водяным. Все так! Если сравнивать чисто двигатели между собой как отдельные агрегаты.
Но стоит добавить сопутствующие элементы, то водяной выходит объемнее, из-за радиатора, проводящих трубок и патрубков, водяного насоса, термостата и расширительного бочка (которые еще и часто ломаются).
Неравномерность обдува и частичный перегрев связан с загрязненностью мотора. Хороший слой пыли или грязи препятствуют эффективному отбору тепла с мотора, поэтому необходимо тщательнее следить за чистотой ДВС.

Вот и выходит, что сам по себе двигатель с воздушным охлаждение не так уж и плох и прикрыли его развитие по непонятным причинам. Ибо инженеры Порше, практически справились со многими недостатками подобных моторов, так как они производили свои знаменитые спортивные купе с моторами на воздушном охлаждении аж до 1998 года. А ребята из Porsche знают толк в моторах.

Система охлаждения двигателя

_____________________________________________________________________________________________________________________

Детали двигателя внутреннего сгорания в процессе работы подвергаются воздействию очень высоких температур, и без отвода излишнего тепла его функционирование невозможно. Основным назначением системы охлаждения двигателя является охлаждение деталей работающего двигателя.
Следующей по важности функцией системы охлаждения является нагрев воздуха в салоне. В двигателях с турбонаддувом система охлаждения снижает температуру нагнетаемого в цилиндры воздуха, в автомобилях с АКПП охлаждает рабочую жидкость в коробке передач.
В некоторых моделях автомобилей для дополнительного охлаждения масла в системе смазки двигателя устанавливается масляный радиатор.

Системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания подразделяются на два основных типа:

Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки.
Воздушная система охлаждения имеет следующие преимущества: простота конструкции и обслуживания, меньший вес двигателя, пониженные требования к температурным колебаниям окружающей среды.
Недостатками двигателей с воздушным охлаждением являются большая потеря мощности на приводе охлаждающего вентилятора, шумная работа, чрезмерная тепловая нагрузка на отдельные узлы, отсутствие конструктивной возможности организации цилиндров по блочному принципу, сложности с последующим использованием отводимого тепла, в частности – для обогрева салона.
В современных двигателях автомобилей система воздушного охлаждения встречается довольно редко, и основное распространение получила система жидкостного охлаждения закрытого типа.

Устройство и схема жидкостной (водяной) системы охлаждения двигателя

Система жидкостного охлаждения позволяет равномерно забирать тепло у всех узлов двигателя, независимо от тепловых нагрузок. Двигатель водяного охлаждения является менее шумным относительно двигателя с воздушным охлаждением, менее склонен к детонации, быстрее разогревается при запуске.
Основными элементами системы жидкостного охлаждения двигателя как бензинового, так и дизельного являются:

«водяная рубашка» двигателя;

радиатор системы охлаждения;

вентилятор;

центробежный насос (помпа);

термостат;

расширительный бачок;

радиатор отопителя;

элементы управления.

«Водяная рубашка» представляет собой сообщающиеся полости между двойными стенками двигателя в местах, откуда необходим отвод избыточного тепла посредством циркуляции охлаждающей жидкости.

Радиатор системы охлаждения служит для отдачи тепла в окружающую среду. Радиатор выполняется из большого количества изогнутых (в настоящее время чаще всего алюминиевых) трубок, имеющих дополнительные ребра для повышения теплоотдачи.

Вентилятор предназначен для усиления потока набегающего воздуха на радиатор системы охлаждения (работает в сторону двигателя) и включается посредством электромагнитной (иногда – гидравлической) муфты от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости. Вентиляторы охлаждения с постоянным приводом от двигателя встречаются в настоящее время довольно редко.

Центробежный насос (помпа) служит для обеспечения бесперебойной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения работающего двигателя. Привод помпы от двигателя осуществляется механическим путем: ремнем, реже – шестернями. Некоторые двигатели, такие как: двигатели с турбонаддувом, непосредственным впрыском топлива, могут оснащаться двухконтурной системой охлаждения – дополнительной помпой для указанных агрегатов, подключаемой по команде с электронного блока управления двигателем при достижении порогового значения температур.

Термостат – прибор, представляющий собой биметаллический, реже – электронный клапан, установленный между «рубашкой» двигателя и входным патрубком радиатора охлаждения. Назначение термостата – обеспечение оптимальной температуры охлаждающей жидкости в системе. При холодном двигателе термостат закрыт, и циркуляция охлаждающей жидкости происходит «по малому кругу» – внутри двигателя, минуя радиатор. При увеличении температуры жидкости до рабочего значения термостат открывается, и система начинает работать в режиме максимальной эффективности.

Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания в большинстве своем представляют собой системы закрытого типа, а потому в их состав включается расширительный бачок, компенсирующий изменение объема жидкости в системе при изменении температуры. Через расширительный бачок обычно и заливается охлаждающая жидкость в систему.

Радиатор отопителя – это, по сути, радиатор системы охлаждения, уменьшенный в размерах и установленный в салоне автомобиля. Если радиатор системы охлаждения отдает тепло в окружающую среду, то радиатор отопителя – непосредственно в салон. Для достижения максимальной эффективности отопителя забор рабочей жидкости для него из системы осуществляется в самом «горячем» месте – непосредственно на выходе из «рубашки» двигателя.

Основным элементом в цепи устройств управления системой охлаждения является температурный датчик. Сигналы с него поступают на контрольный прибор в салоне автомобиля, электронный блок управления (ЭБУ) с настроенным соответствующим образом программным обеспечением и, через него – на иные исполнительные устройства. Список этих исполнительных устройств, расширяющих стандартные возможности типовой системы жидкостного охлаждения достаточно широк: от управления вентилятором, до реле дополнительной помпы в двигателях с турбонаддувом или непосредственным впрыском топлива, режимом работы вентилятора двигателя после остановки, и так далее.

Принцип работы системы охлаждения

Здесь дана только общая, упрощенная схема работы системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Современные системы управления двигателем на самом деле учитывают множество параметров, как то: температуру рабочей жидкости в системе охлаждения, температуру масла, температуру за бортом и прочее, и уже на основе собранных данных реализуют оптимальный алгоритм включения в работу тех или иных устройств.

Жидкостная система охлаждения

Назначение и виды системы охлаждения, и основные требования к ней
Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального те­плового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался. Требования к системе охлаждения:
• автоматическое поддержание оптимального теплового режима в дви­гателе, независимого от режима работы и внешних условий;
• быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры;
• длительное сохранение теплоты после остановки двигателя;
• малые энергетические затраты, связанные с приводом агрегатов сис­темы охлаждения.
Сгорание топливовоздушной смеси сопровождается выделением значи­тельного количества теплоты.
Если двигатель не охлаждать или охлаждать недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, а это уменьшает их прочность и наполнение цилиндров, ухудшает условия рабо­ты смазочной системы вследствие снижения вязкости перегретого масла, ускоряет срабатывание присадок к маслам и увеличивает количество отло­жений и нагара на деталях.
Переохлаждение двигателя сопровождается ростом механических по­терь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразо­вания и сгорания, следствием чего является повышенный расход топлива.
Конденсация паров воды в картерной полости холодного двигателя и на стенках цилиндров интенсифицирует коррозионный износ.
В отработав­ших газах повышается содержание углеводородов несгоревшего топлива и высокотоксичных альдегидных соединений.

Принудительный отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется с помощью жидкости или воздуха, в связи с чем различают двигатели жид­костного и воздушного охлаждения.
Жидкостная система охлаждения
Большинство автомобильных двигателей имеют жидкостные системы охлаждения закрытого типа (рис. 5.1). Жидкостная система охлаждения более инерционна. Двигатель медленно прогревается, но и медленно осты­вает.
Кроме того, большая теплоемкость охлаждающей жидкости обеспечивает интенсивный и равномерный теплоотвод и меньшую температуру де­талей.

Теплота, отводимая от двигателей, используется для подогрева впускного трубопровода и улучшения смесеобразования, а также для ото­пления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.

Рис. 5.1. Система охлаждения дизеля КамАЗ-740:
1 — шкив коленчатого вала; 2 — нижний ба­чок; 3 — жалюзи; 4 — радиатор; 5 — гидромуфта привода вентилятора; 6 — перепускной пат­рубок; 7 — нагнетательный патрубок; 8 — верхний бачок; 9 — верхний патрубок; 10 — термо­стат; 11 — водораспределительная коробка; 12 — соединительная труба; 13 — подводящая трубка; 14 – правая труба; 15 — отводящая трубка; 16 – впускной коллектор; 17 — датчик контрольной лампы перегрева жидкости; 18 — расширительный бачок; 19 — горловина с пробкой; 20 — пробка с клапанами; 21 — отводящая трубка от компрессора; 22 — отводящая трубка левой трубы; 23 — компрессор; 24 — левая труба; 25 — крышка головки; 26 — головка блока цилиндров; 27 — жидкостной насос; 28 — сливной кран (пробка); 29 — шкив жидкост­ного насоса; 30 — вентилятор; 31 — нижний патрубок
Система охлаждения двигателя состоит из радиатора, вентилятора, жидкостного насоса, рубашки охлаждения блока цилиндров, рубашки ох­лаждения головки блока цилиндров, термостата, патрубков, шлангов, рас­ширительного бачка, приборов контроля температуры жидкости, сливных краников.
Циркуляцию жидкости в системе охлаждения осуществляют по двум кругам: малому и большому.
По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодного двигате­ля, обеспечивая его быстрый прогрев в такой последовательности: жидко­стной насос — распределительные трубы — рубашка охлаждения блока ци­линдров — рубашка охлаждения головки блока цилиндров — верхний патрубок термостата (клапан закрыт) — перепускной шланг приемная полость жидкостного насоса.
По большому кругу жидкость циркулирует при прогретом двигателе: жидкостной насос (как и по малому кругу) — термостат (клапан открыт) — резиновый шланг — патрубок радиатора — верхний бачок радиатора — сердцевина радиатора — нижний бачок радиатора — патрубок — шланги — приемная полость жидкостного насоса.
Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 291;

Общее устройство и работа жидкостной системы охлаждения

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
Система охлаждения предназначена для принудительного отвода от деталей двигателя лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Благодаря этому создается определенный температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается.
Тепло в двигателях отводится двумя способами: жидкостью (жидкостная система охлаждения) или воздухом (воздушная система охлаждения). Эти системы поглощают 25 — 35 % тепла, выделяющегося во время сгорания топлива.
Температура охлаждающей жидкости, находящейся в головке блока цилиндров, должна быть равна 80 —95 0С. Такой температурный режим наиболее выгоден, обеспечивает нормальную работу двигателя и не должен изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки двигателя.

Температура в течение рабочего цикла двигателя изменяется от 80—120 °С (минимальная) в конце впуска до 2000 —2200 °С (максимальная) в конце сгорания смеси.

Если двигатель не охлаждать, то газы, имеющие высокую температуру, сильно нагревают детали двигателя и они расширяются.
Масло на цилиндрах и поршнях выгорает, их трение и износ возрастают, а от чрезмерного расширения деталей происходит заклинивание поршней в цилиндрах дви­гателя, и двигатель может выйти из строя.
Чтобы избежать отрицательных явлений, вызываемых перегревом двигателя, его необходимо охлаждать.

Однако чрезмерное охлаждение двигателя вредно отражается на его работе. При переохлаждении двигателя на стенках цилиндров конденсируются пары топлива (бензина), смывая смазку, разжижают масло в картере.

В этих условиях происходит интенсивный износ поршневых колец, поршней, цилиндров и снижается экономичность и мощность двигателя.
Нормальная работа системы охлаждения способствует получению наибольшей мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока службы двигателя без ремонта.

Большинство двигателей имеет жидкостные системы охлаждения (открытые или закрытые). У открытой системы охлаждения внутреннее пространство непосредственно сообщается с окружающей атмосферой.
Распространение полу­чили закрытые системы охлаждения, у которых внутреннее пространство только периодически сообщается с окружающей средой при помощи специальных клапанов.
В этих системах охлаждения повышается температура кипения охлаждающей жидкости и уменьшается ее выкипание.

Двигатель автомобиля КамАЗ-5320 имеют закрытую жидкостную систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости, создаваемой водяным центробежным насосом. Жидкостная система охлаждения автомобильного двигателя (рис.

1) состоит из водяной рубашки 16, радиатора 1, вентилятора 24, термостата 9, насоса с крыльчаткой 17. отводящего 8и подводящего 8патрубков, ремня 23привода вентилятора, датчика 13указателя температуры жидкости, сливных краников 15 и 21 идру­гих деталей.
Вокруг цилиндров двигателя и головки блока имеется пространство с двойными стенками (водяная рубашка), где циркулирует охлаждающая жидкость.

Рис. 1. Схема жидкостей системы охлаж­дения:
1 — радиатор; 2— верхний бачок; 3 — пробка радиатора; 4 — контрольная трубка; 5 — верхний патрубок радиатора; 6и 19 — резиновые шланги; 7—перепускной канал; 8и 18 — соответственно отводящий и под­водящий патрубки; 9 —термостат; 10 — отверстие; 11 — головка блока; 12 — водораспределительная трубка; 13 — датчик ука­зателя температуры жидкости; 14 — блок цилиндров; 15и 21 — сливные краники; 16 — водяная рубашка; 17 — крыльчатка во­дяного центробежного насоса; 20 — нижний патрубок радиатора; 22 — нижний бачок радиатора; 23 — ремень привода вентиля­тора; 24 — вентилятор

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость нагревается и водяным насосом подается в радиатор, где охлаждается, а затем снова поступает в рубашку блока цилиндров.

Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы охлаждаю­щая жидкость постоянно циркулировала по замкнутому кругу: двигатель — радиатор — двигатель.
Жидкость может циркулировать по малому кругу, минуя радиатор (непрогретый двигатель, термостат закрыт), или по большому кругу, поступая в радиатор (прогретый двигатель, термостат открыт). Направление движения охлаждающей жидкости показано на рис. 1 стрелками.
Водяная рубашка 16двигателя состоит из рубашки блока 14цилиндров и рубашки головки 11блока, соединенных между собой отверстиями в прокладке между головкой и блоком. Крыльчатка 17водяного центробежного насоса и вентилятор приводятся в действие клиновидным ремнем 23.

При вращении крыльчатки насоса охлаждающая жидкость нагнетается в водораспределительную трубку 12, расположенную в головке блока. Через отверстия 10в трубке жидкость направляется к патрубкам выпускных клапанов, благодаря чему охлаждаются наиболее нагретые части головки блока и цилиндров.

Нагретая охлаждающая жидкость проходит в верхний отводящий патрубок 8. Если термостат 9закрыт, то по перепускному каналу 7 жидкость снова поступает к центробежному насосу.
При открытом термостате охлаждающая жидкость проходит в верхний бачок 2радиатора, охлаждается, протекая по трубкам, и поступает в нижний бачок 22радиатора. Охлажденная в радиаторе жидкость по нижнему подводящему патрубку 18подводится к насосу.
Система охлаждения дизеля автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 3) рассчитана нa постоянное использование жидкостей ТОСОЛ-А-40 или ТОСОЛ-А-65 (замерзающих при низкой температуре). Применение воды в системе охлаждения допускается только в особых случаях и кратковременно.

В систему охлаждения входят водяные рубашки блока и головок 26цилиндров, водяной насос 27, радиатор 4,вентилятор 30с гидромуфтой 5, жалюзи 3, два термостата 10, расширительный бачок 18, соединительные трубопроводы, шланги, клиноременная передача привода насоса, сливные краны или пробки, датчики температуры охлаждаю­щей жидкости и другие детали.

Рис. 3. Система охлаждения лик-ля автомобиля КамАЗ-5320:
1 – шкив коленчатою вала; 2 – нижний бачок; 3 – жалюзи; 4 — радиатор; 5 – гидромуфта привода вентилятора; 6 – перепускной патрубок; 7 — нагнетательный патрубок; 8 — верхний бачок; 9 – верхний патрубок; 10 – термостат; 11 — водораспределительная коробка; 12 – соединительная труба; 13 – подводящая трубка; 14 – правая водяная труба; 15 – отводящая трубка; 16 – впускной коллектор; 17 – датчик контрольной лампы перегрева жидкости; 18 — расширительный бачок; 19 – горловина герметизирующей пробкой; 20 – пробка с клапанами; 21 – отводящая трубка от компрессора: 22 – отводяшая трубка левой водяной трубы; 23 — компрессор; 24 – левая водяная труба; 25 — крышка головки; 26 – головка цилиндра; 27 — водяной насос; 28 – сливной кран или пробка; 29 — шкив водяного насоса; 30 – вентилятор; 31— нижний патрубок
Завод допускает работу двигателя при температуре охлаждающей жидкости не более 105 0С. Температурный режим работы двигателя поддерживается двумя термостатами, гидромуфтой включения вентилятора и жалюзи.
Если двигатель не прогрет, то охлаждающая жидкость, подаваемая насосом 27, поступает в левый ряд цилиндров и по нагнетательному патрубку 7 в правый ряд.

Омывает наружные поверхности гильз цилиндров обоих рядов, затем через отверстия в верхней плоскости блока цилиндра, прокладке головки блока поступает в головки цилиндров, охлаждая наиболее нагретые места — выпускные каналы и гнезда форсунок.

Нагретая жидкость проходит от головок цилиндров в пра­вую 14и левую 24трубы, расположенные в «развале» двигателя, затем по соединительной трубе 12подается в водораспределительную коробку (или коробку термостатов). Клапаны термостатов 10закрыты, и по перепускному патрубку 6охлаждающая жидкость снова подается к водяному насосу 27.
Термостаты установлены в отдельной коробке, укрепленной на перед­нем торце правого ряда цилиндров. Расширительный бачок 18расположен на двигателе с правой стороны и соединен с верхним бачком 8радиатора, водораспределительной коробкой, компрессором 23и водяной рубашкой блока цилиндров.
Расширительный бачок 18компенсирует изменение объема жидкости при ее нагревании, позволяет контролировать ее уровень в системе охлаждения. В бачок 18отводится и в нем конденсируется пар из верхних участков радиатора и системы. Собирающийся в бачке воздух улучшает работу системы охлаждения. ТОСОЛ-А-40 или ТОСОЛ-А-65 в систему охлаждения наливают через горловину 9, имеющую герметизированную пробку на резьбе. Паровой и воздуш­ный клапаны установлены в пробке 20.

В системе охлаждения дизеля применена гидромуфта (рис. 4) привода вентилятора, которая передает крутящий момент от коленчатого вала двигателя к вентилятору.

Используя гидромуфту, поддерживают наивыгоднейший температурный режим в системе охлаждения и гасят возникающие колебания при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.
Гидромуфта привода вентилятора имеет автоматическое управление.
Рис. 4. Гидромуфта привода вентилятора:
1 — передняя крышка; 2 – корпус; 3 – кожух; 4, 7, 13 и 20 — шарикоподшипники; 5 – трубка подвода масла; 6 — ведущий вал; 8 — уплотнительные кольца; 9 – ведомое колесо; 10 – ведущее колесо; 11 –шкив; 12 — вал шкива; 14 – упорная втулка; 15 – ступица вентилятора; 16 – ведомый вал; 17 и 21 — самоподжимные сальники: 18 – прокладка; 19 и 22 — болты
В движение гидромуфта приводится от коленчатого вала двигателя через шлицевой ведущий вал 6. Вентилятор, расположенный соосно с коленчатым валом, укреплен на ступице 15, установленной на ведомом валу 16.
Ведущую часть гидромуфты составляют: ведущий вал 6в сборе с кожухом 3; ведущее колесо 10, соединенное болтами с кожухом и валом 12шкива; шкив 1привода насоса и генератора, привернутый к валу 12 болтами 19.
Ведущая часть гидромуфты вращается на шарикоподшипниках 7 и 20. Ведомую .часть гидромуфты составляют: ведомое колесо 9 в сборе, соединенное болтами 22 с ведомым валом 16. Ведомая часть гидромуфты привода вентилятора вращается на шарикоподшипниках 4и 13.

Уплотнение гидромуфты осуществлено двумя уплотнительными кольцами 8и самоподжимными сальниками 17и 21.

Для управления гидромуфтой привода вентилятора имеется выключатель золотникового типа, установленный на нагнетательном патрубке 7 (см. рис. 3) в передней части двигателя.
В зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения выключатель гидромуфты соединяет или разъединяет ведущий вал с ведомым 16(см. рис. 4), изменяя количество масла, поступающего в гидромуфту из системы смазки.
Масло для работы гидромуфты подается насосом в ее полость, затем по трубке 5 подводится в каналы ведущего вала и через отверстия в ведомом колесе — в межлопастное пространство.

При вращении ведущего колеса 10масло с его лопаток переходит на лопатки ведомого колеса 9, и оно начинает вращаться, передавая крутящий момент на вал 16и вентилятор. Гидромуфта при помощи крана включается в работу или отключается, а в связи с этим включается или отключается вентилятор. Кран находится в корпусе выключателя гидромуфты.

Вентилятор может работать в трех режимах:
автоматический — температура охлаждающей жидкости в двигателе поддержи­вается равной 80 — 95 °С; кран выключателя гидромуфты установлен в поло­жение В (метка на корпусе); при снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 80 0С вентилятор автоматически отключается;
вентилятор отключен — кран выключателя гидромуфты установлен в поло­жение 0; вентилятор может вращаться с небольшой частотой;
вентилятор включен постоянно — в таком режиме допускается кратковременная работа в случае возможных неисправностей гидромуфты или ее выключателя.
Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют дистанционным термометром, приемник которого расположен в кабинете водителя на щитке приборов, в датчик в водораспределительной коробке (дизель автомобиля КамАЗ-5320), в водяном канале впускного трубопровода (двигатели автомобилей ГАЗ-53А и ЗИЛ-130), в головке блока (двигатель автомобиля ГАЗ-24 «Волга»). Если температура воды в системе охлаждения превышает определенную величину, то на щитке приборов загорается сигнальная лампа, например красная (автомобиль ГАЗ-53А) при температуре воды 105—108 °С.