Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Нормальное функционирование силовой установки автомобиля возможно только при определенном температурном режиме. Для большинства авто оптимальный диапазон температуры составляет 80-90 град. С. При более низком показателе ухудшается смесеобразование в цилиндрах, а высокая температура приводит к расширению металла, что может стать причиной заклинивания узлов.

Общее устройство системы охлаждения

Чтобы температура силовой установки была в оптимальном диапазоне, в конструкцию мотора включена система охлаждения. Именно благодаря ей обеспечивается отвод тепла от самых разогреваемых элементов — цилиндров.

Виды систем охлаждения

Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.

Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки

Устройство воздушной системы охлаждения двигателя

В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.

Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.

На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:

• невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
• чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
• во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
• невозможно организовать обогрев салона.

Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).

Видео: Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы

Устройство, конструкция, принцип работы

Жидкостная система охлаждения

Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.

В ее состав входит:

1. Рубашка охлаждения
2. Водяной насос
3. Термостат
4. Радиаторы
5. Соединяющие патрубки
6. Вентилятор

При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – антифриз, при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.

1. Рубашка охлаждения

Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.

2. Помпа

Так выглядит водяная помпа

В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.

Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.

3. Радиатор

При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть двигатель быстро бы перегревался. Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен радиатор.

Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними. Чтобы обеспечить лучший теплообмен, радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь). Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.

Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.

Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и отопление салона. Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.

Видео: Перегрев двигателя. Последствия перегрева.

4. Термостат

Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.

Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.

Устройство и принцип работы термостата

Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем антифриза или тосола увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.

Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).

Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.

Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.

5. Вентилятор, датчики

Принцип работы вентилятора системы охлаждения

Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.

Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.

Дополнительно в конструкцию входит также температурный датчик, который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».

Основные неисправности системы охлаждения

Неисправностей у системы охлаждения двигателя не так уж и много, но последствия от них могут быть очень серьезными. Основными из них являются:

• Утечка охлаждающей жидкости;
• Неисправность насоса, термостата;
• Повреждение проводки датчиков.

Видео: Все причины перегрева и кипения двигателя. Устранение причин перегрева двигателя ВАЗ НИВА

Утечка жидкости может произойти из-за пробоя рубашки охлаждения, прокладки ГБЦ, резиновых патрубков, радиатора или же из-за ненадежного крепления мест соединения.

Выявить эту неисправность несложно, поскольку в результате утечки под авто будет образовываться лужа из охлаждающей жидкости. Если своевременно не устранить течь, то большая часть охлаждающей жидкости может вытечь, и система уже не сможет поддерживать температурный режим.

Поломка насоса зачастую связана с выходом из строя его подшипника. Сопровождается это следами подтеков со стороны привода, повышенным шумом при работе мотора, неравномерным износом приводного ремня.

Если своевременно не заменить насос, то существует вероятность, что он заклинит и порвет приводной ремень, а это уже чревато достаточно серьезными проблемами, поскольку зачастую этим ремнем приводится в работу и ГРМ.

Проблема с термостатом обычно связана с тем, что он заклинивает в каком-то одном положении. Из-за этого перевод жидкости между кольцами не осуществляется, она движется либо только по малому, либо по большому кругу.

Повреждение же проводки или датчиков приводит к тому, что показания на приборную панель не передаются или не соответствуют действительности, а вентилятор не включается в требуемый момент или же работает постоянно, из-за чего нарушается температурный режим.

Система воздушного охлаждения двигателей.

Систему воздушного охлаждения двигателя применяют для от­вода теплоты от цилиндров, их головок и масляного радиатора сма­зочной системы. Масляный радиатор расположен с правой сторо­ны двигателя.

В систему охлаждения входят ребра охлаждения цилиндров 12 (рис. 29) и их головок 10, вентилятор, съемный кожух 9, дефлек­торы и приборы контроля работы системы.

Рис. 29. Схема воздушного охлаждения дизеля Д-120: 7 — ведущий шкив вентилятора и генератора; 2 — приводной ремень; 3 — генератор; 4 — ведомый шкив привода вентилятора; 5 — защитная сетка; 6 — вал вентилятора; 7 — направляющий аппарат вентилятора; 8 — ротор вентилятора; 9— кожух; 10 — головка цилиндра; 11, 13 и 14— соответственно задний (направляющий щиток), средний и передний дефлекторы; 12 — цилиндр

Вентилятор состоит из рабочего колеса (ротора) 8 и неподвиж­ного направляющего аппарата 7, отлитых из алюминиевого сплава. На роторе имеются восемь радиально расположенных лопаток, а на направляющем аппарате — 23 лопасти переменного сечения, равномерно размещенные по окружности. Ротор закреплен на од­ном валу 6 со шкивом 4, который приводится во вращение клино­видным ремнем 2 от шкива коленчатого вала. Вал 6 вращается на двух шариковых подшипниках одноразового смазывания, установ­ленных в ступице направляющего аппарата. Последний прикреп­лен к кронштейну крышки распределительных шестерен.

Вентилятор подает в систему охлаждения около 30 м 3 воздуха за 1 мин. Этого количества воздуха достаточно для нормальной рабо­ты двигателя, когда температура окружающего воздуха 40 о С. Чтобы в вентилятор не попадали посторонние предметы, на направляю­щий аппарат надевают быстросъемную защитную сетку 5.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, направляется кожухом в межреберное пространство цилиндров и головок.

Тепловое состояние двигателя с воздушным охлаждением регу­лируют дроссельным диском, установленным под защитную сетку 5 вентилятора (на входе охлаждающего воздуха в вентилятор), а также включением и отключением масляного радиатора переклю­чателем, расположенным на корпусе центрифуги. В холодное время года (при установившейся температуре 5°С и ниже) масляный радиатор отключают от смазочной системы, а диск крепят под за­щитную сетку вентилятора. При установившейся температуре ок­ружающего воздуха выше 5°С радиатор включают в смазочную си­стему двигателя, а диск снимают с вентилятора.

Показатель работы системы воздушного охлаждения — темпера­тура масла в картере двигателя, контролируемая термометром, расположенным на щитке приборов. Там же находится красная лампа, которая загорается при обрыве ремня вентилятора.

Методы и способы предупреждения неисправностей. Основные неисправности систем охлаждения, их признаки, причины, способы устранения.

Для достижения работоспособного состояния системы охлажде­ния необходимы: оптимальная температура охлаждающей жидко­сти (85. 95°С) или оптимальная температура масла (55. 100°С); хорошая теплопроводность стенок водяной рубашки и трубок ра­диатора; наличие регулируемого потока воды и воздуха.

При снижении температуры охлаждающей жидкости от опти­мального значения на 30. 40°С увеличивается расход топлива на 10%. В результате длительной работы двигателя с перегревом ох­лаждающей жидкости нарушается смесеобразование, что приводит к неполному износу трущихся деталей двигателя.

Для обеспечения нормальной работы системы охлаждения не­обходимо выполнять следующие правила.

В систему жидкостного охлаждения следует заливать чистую, же­лательно мягкую воду. Признак мягкой воды — способность хоро­шо мылиться. К наиболее простым способам смягчения жесткости воды, взятой из колодцев, рек, родников, прудов и озер, относят­ся: предварительное кипячение; добавление соды или антинакипинов (например, 10. 12 мг тринатрийфосфата на 1 л воды).

Заполнять радиатор надо до уровня горловины верхнего бака. Во время работы нельзя допускать, чтобы уровень воды был ниже 8 см от верхней плоскости заливной горловины.

Доливать воду в систему охлаждения перегретого двигателя нужно постепенно и обязательно при работающем двигателе. В зимнее время года нельзя заливать слишком горячую воду в холодный двигатель: от резкой Смены температуры в головке цилиндров и блоке могут образоваться трещины.

Зимой вода может замерзнуть в системе охлаждения двигателя, что приводит к образованию трещин на его деталях, поскольку при замерзании воды ее объем увеличивается. Вследствие этого стенки блоков цилиндров, головки и трубок радиатора разрыва­ются. Поэтому перед длительной стоянкой воду из системы ох­лаждения необходимо слить.

Следует помнить, что у У-образных двигателей воду сливают через три краника (два на блоке цилиндров и один на радиаторе), а у рядных — через два (из блока цилиндров и радиатора).

Желательно в зимнее время в систему охлаждения заливать ан­тифриз, самый распространенный из которых Тосол А-40М. Он предназначен для круглогодичного использования в системе ох­лаждения в течение двух лет.

Антифриз при нагревании расширяется больше, чем вода, по­этому в систему его не доливают примерно 2 л. При понижении уровня антифриза в радиаторе, если не было его утечки через неплотности, доливают воду, так как она испаряется из анти­фриза.

Следует помнить, что антифриз очень ядовит и при попадании в желудок и кишечник вызывает отравление. Запрещается переливать жидкость без резиновых перчаток, засасывать ртом в шланг, а так­же курить и принимать пищу во время работы с ним.

При ЕТО проверяют уровень воды в радиаторе. Открывая крыш­ку заливной горловины радиатора перегретого двигателя, следует оберегать лицо и руки от ожогов горячей водой и парами, кото­рые могут вырваться из горловины. Сильная утечка воды из слив­ного отверстия в корпусе водяного насоса свидетельствует о том, что детали уплотнительного устройства насоса износились и их следует заменить.

При ТО-1 смазывают подшипники водяного насоса. Для этого необходимо очистить масленку от пыли и нагнетать солидол 3. 4 раза шприцем.

Проверяют натяжение ремня вентилятора. Нормальным натяже­нием ремня вентилятора считают такое, при котором от нажатия на ремень в его средней части с определенным усилием образуется прогиб. Натяжение ремня вентилятора регулируют перемещением генератора или специальным натяжением роликом.

В последнем случае ослабляют контргайку и ввертывают натяж­ной болт 15 (см. рис. 26), после чего гайку плотно затягивают. При установке новых ремней через 3. 4 ч работы дизеля их повторно подтягивают.

Следует иметь в виду, что при чрезмерном натяжении ремня вентилятора возникает преждевременный износ подшипников и ремня, а при слабом натяжении — перегрев двигателя и повышен­ный износ ремня.

При ТО-3 необходимо промыть систему охлаждения Специаль­ным раствором.

Для удаления накипи из двигателей с чугунной головкой исполь­зуют раствор каустической соды (100 г соды и 15 г керосина на 1 л воды). Сняв термостат, заполняют систему охлаждения раствором и прогревают двигатель. По истечении 10 ч снова пускают двигатель и, прогрев его на малой частоте вращения коленчатого вала около 15 мин, останавливают. Отъединив нижний шланг, сливают раствор и промывают систему охлаждения чистой водой для удаления шлама.

В двигателях с воздушным охлаждением нужно очистить защит­ную сетку вентилятора и межреберное пространство цилиндров и головок.

При СТО проверяют работу термостата и термометра. Термостат вынимают из корпуса и опускают в посуду с горячей водой. При температуре 70 °С отверстие основного клапана термостата начинает открываться, а при температуре 85 °С оно полностью откроется. По­казания дистанционного термометра сравнивают с показателями жид­костного термометра, опущенного в заливную горловину радиатора

В процессе работы могут возникнуть следующие неисправности системы охлаждения (табл. 3)