Устройство и принцип работы системы охлаждения

Система охлаждения двигателя (СОД) — элемент в работе силового агрегата. Без СОД эксплуатация автомобиля невозможна. В статье ниже рассматривается принцип действия, частые поломки и советы по обслуживанию.

Назначение системы охлаждения двигателя

Назначение системы охлаждения заключается в поддержании температуры работы двигателя путем отвода излишнего тепла.

Основные функции:

• контроль температуры;
• предотвращение перегрева;
• удаление излишнего тепла от силового агрегата в процессе сгорания топлива;
• помогает предотвращать загрязнение путем осаждения примесей и отложений.

Типы и виды систем охлаждения

Существует три типа СО, которые используются в автомобилях.

1. Воздушное. Для отвода тепла от двигателя используется воздух. Применяется в мотоциклах, старых моделях автомобилей и легких самолетах. Преимущество воздушного охлаждения – конструктивность элементов. Однако этот тип менее эффективен, чем остальные.
2. Жидкостное. Наиболее распространенное охлаждение, использующееся в большинстве автомобилей. Включает в себя циркуляцию охлаждающей жидкости через двигатель и радиатор, где тепло отводится в окружающую среду.
3. Гибридный тип, который комбинирует воздушное и жидкостное охлаждение. Используется в некоторых спортивных и высокофорсированных двигателях автомобилей для устойчивой работы.

Принцип работы системы воздушного охлаждения

Работа состоит из нескольких этапов.

1. Воздух захватывается вентилятором, который устанавливается сзади или спереди в зависимости от расположения мотора.
2. Вентилятор приводится во вращение за счет ременной передачи от коленчатого вала или электрическим способом.
3. Воздух, нагнетаемый с помощью вентилятора, проходит вдоль корпуса и охлаждает мотор.

Помимо этого, в воздушном типе конструктивным элементом являются внешние заборники, которые захватывают набегающий поток при движении, помогая избавиться от тепла в подкапотном пространстве. Ярким примером может послужить конструкция воздухозаборников автомобиля ЗАЗ-968, известного в народе, как «ушастый запорожец».

Преимущества и недостатки воздушного охлаждения

Среди преимуществ можно выделить следующие:

• Простота. Воздушное охлаждение не требует наличия радиатора, ОЖ или насоса для циркуляции, что делает систему проще и дешевле.
• Вес и компактность. Уменьшается масса и размеры двигателя, что важно для таких типов транспортных средств, как мотоциклы.
• Меньшая зона риска. Поскольку воздушное охлаждение не требует наличия жидкости и соединительных патрубков, то исключается вероятность утечки.

Однако есть и недостатки без использования жидкости:

• Ограничения в теплоотводе. Охлаждение воздухом менее эффективно в рассеивании тепла.
• Шум. Работа вентилятора или крыльчатки создает дополнительный шум, что является вредным фактором для водителя или оператора машины.
• Ограничение в контроле температуры. Воздушное охлаждение не позволяет контролировать температурный режим.

Виды воздушного охлаждения

Охлаждение воздухом может быть пассивным и активным.Пассивный обдув используется для простых и маломощных моторов. Активный вид эффективен в мощных моторах при эксплуатации в экстремальных условиях (повышенная температура и нагрузка).

Пассивное

Отличительные особенности:

• Естественная конвекция. Поток циркулирует вокруг мотора, используя разницу в плотности горячего и холодного воздуха.
• Ребристые поверхности. Двигатель имеет ребристые выступы, что увеличивает площадь контакта с воздушной средой и способствует более эффективному охлаждению.

Активное

Особенности:

• Вентиляторное охлаждение. Вентилятор устанавливается для принудительной циркуляции воздуха и усиления теплоотвода. Он может работать на электрическом или механическом приводе.
• Для усиления теплоотдачи зачастую используются дополнительные узлы, такие как масляные охладители или несколько вентиляторов.

Устройство системы воздушного охлаждения

Воздушное охлаждение осуществляется с помощью принудительного или естественного обдува воздухом. Для этого в конструкции мотора предусмотрены вентилятор, охладительные ребра на цилиндрах и ГБЦ, съемный кожух и дефлекторы.

Для эффективного теплорассеивания цилиндры двигателя выполняются ребристыми и выносятся наружу. Ярким примером пассивного воздушного охлаждения могут послужить ребристые цилиндры мотора мотоцикла.

Вентиляторы

Вентилятор представляет собой направляющий диффузор и ротор. На обводке радиально расположены лопасти. Диффузор также имеет лопатки с переменным сечением. Главная их задача – создание направленного воздушного потока.

Вентилятор закрыт специальной сеткой для защиты лопастей в целях безопасности и от попадания мусора. Подача воздуха объемом 30 м³/мин достаточна для обеспечения нормальной работы двигателя малой мощности.

Радиаторы

Несмотря на то, что в воздушной системе не предусматривается использование жидкостного теплоносителя, конструктивно все-таки присутствует радиатор для охлаждения масла. Поток воздуха, проходя через него, отводит тепло и охлаждает моторное масло.

По такой схеме работает двигатель Volkswagen Beetle, прозванный в народе «Жуком». Но данный радиатор – составная часть системы смазки.

Тепловые трубки

Этого элемента нет, так как жидкостный контур отсутствует.

Расширительный бачок

Расширительный бачок не предусмотрен конструкцией из-за отсутствия ОЖ.

Принцип работы системы жидкостного охлаждения

Система предназначена для циркуляции антифриза по внутренним каналам двигателя. Во время работы мотора, особенно под нагрузкой, необходимо рассеивание избыточного тепла, создаваемое при сгорании топлива.

Принцип работы сводится к следующим этапам:

1. Помпа через ременную или шестеренчатую передачу циркулирует жидкость от двигателя к радиатору и обратно.
2. Термостат, стоящий в контуре, постоянно контролирует температуру ОЖ. При достижении рабочей температуры он открывается или закрывается, направляя потоки по малому или большому кругу.
3. Если температура жидкости превышает установленную величину, а набегающий поток отсутствует или его не хватает для обдува радиатора, то включается вентилятор для его усиления.
4. Далее ОЖ по кругу возвращается в двигатель для поддержания оптимальной температуры.

Преимущества и недостатки жидкостного охлаждения

Жидкостное охлаждение имеет свои достоинства и минусы.

Среди плюсов:

• Позволяет удалять избыточное тепло, создаваемое при работе мотора, особенно под нагрузкой, предотвращая перегрев. Это увеличивает ресурс двигателя.
• Равномерно распределяет остывание деталей двигателя, соблюдая температурный режим.
• Позволяет работать в различных температурных диапазонах окружающего воздуха, что важно в экстремальных условиях.

Есть и отрицательные моменты:

• Конструктивная сложность. Для жидкостного охлаждения необходимы радиатор, насос, термостат, датчики и трубопроводы. Чем больше узлов и сочленений между ними, тем вероятнее поломки и утечки.
• При использовании специальной охлаждающей жидкости, как правило, антифриза, требуется регулярно проверять и поддерживать точный уровень.
• При поломке любого элемента в контуре охлаждения дальнейшая эксплуатация двигателя невозможна. Зачастую на запчасти и ремонт требуются немалые денежные вложения.

Виды жидкостного охлаждения

Существуют два основных вида: закрытая и открытая системы. Принципиальная разница состоит в их герметичности.

Закрытая система

В закрытой системе ОЖ находится в герметичном контуре и не имеет контакта с внешней средой. В конструкции предусмотрен расширительный бачок, позволяющий жидкости изменять объем в зависимости от температуры. Он также компенсирует потери жидкости из-за испарения.

Закрытый контур обеспечивает лучшую защиту от окисления и коррозии, позволяет точно контролировать давление.

Открытая система

Открытая (негерметичная) система контактирует с окружающей средой. ОЖ заливается в радиатор через горловину с закручивающейся пробкой, а избыточная жидкость при расширении вытекает через выпускной клапан или переливной шланг. Система менее эффективна в поддержании оптимальной температуры и контроле давления, но она проще обслуживается и не требует расширительного бачка.

Использование конкретного вида в автомобиле зависит от его конструкции и требований производителя. Большинство современных машин использует герметичный контур. Открытая система охлаждения встречается в основном в старой или специализированной технике.

Устройство системы жидкостного охлаждения

В жидкостном охлаждении поток ОЖ направляется сначала по малому, а затем по большому кругу, задействуя все элементы системы.

Охлаждающая жидкость (антифриз)

Охлаждающая жидкость — как видно из названия, это специальный теплоноситель для отвода тепла от нагревающихся деталей и механизмов работающего двигателя. При эксплуатации в холодное время с отрицательными температурами жидкость должна быть незамерзающей, иначе запуск мотора будет невозможен.

Антифриз – это распространенное название водного раствора этиленгликоля. Многие считают, что антифриз и тосол по сути две разные жидкости. Однако это не так.

Во времена строительства «АвтоВАЗа» итальянцы оказали помощь СССР. Для будущих ВАЗ 2101, то есть по сути Фиата, нужен был качественный антифриз. В Италии использовалась марка «Парафлю». Существующие на тот момент в СССР марки ОЖ не прошли проверку на соответствие итальянским требованиям по качеству.

Советские химики взялись за дело и уже вскоре создали свою марку под названием Тосол. Первые три буквы расшифровываются как «теория органического синтеза» с окончанием ОЛ. Вскоре он стал использоваться в автомобильных, авиационных и тракторных двигателях, эксплуатация которых проходила при экстремально низких температурах окружающего воздуха.

Водяная рубашка

Важная часть системы охлаждения, позволяющая эффективно отводить тепло от определенных элементов двигателя, предотвращая перегрев. Пример водяной рубашки – полость между гильзой и телом блока цилиндров.

Помпа

Помпа или насос осуществляет циркуляцию ОЖ через всю систему как по малому, так и большому кругу, получая крутящий момент через ремень от шкива коленчатого вала двигателя. Крыльчатка внутри насоса создает небольшое давление, прокачивая жидкость от мотора через радиатор. Помпы различаются по типу привода: ременные, шестеренчатые и электрические.

Расширительный бачок

Расширительный бачок компенсирует объем ОЖ в зависимости от ее температуры. Он позволяет расширяться жидкости при нагреве и сжиматься при охлаждении, тем самым предотвращая переполнение и излив. Также препятствует возникновению воздушных пробок в системе.

Пробка расширительного бачка

Пробка необходима для доступа в контур, чтобы долить или же полностью заполнить систему. Однако есть и другая функция – сброс избыточного давления жидкости при перегреве двигателя для сохранения целостности контура. В основном, когда машина закипает, пар выбрасывается наружу именно через клапан пробки, расположенной на расширительном бачке или на горловине радиатора.

Патрубки

Трубопроводы и шланги соединяют все компоненты охлаждения и обеспечивают циркуляцию охлаждающей жидкости. В основном они выполнены из мягких и гибких материалов (резина, силикон) или пластиковых трубок.

Термостат

Термостат – это устройство, распределяющее поток ОЖ, контролируя температуру силового агрегата. Он расположен между двигателем и радиатором.

Принцип работы основан на термоэлементе, который реагирует на изменение температуры. Когда блок или ГБЦ холодный, термостат закрыт и ОЖ циркулирует только внутри мотора для быстрого нагрева.

Как только достигается рабочая температура, термостат начинает открываться, так как термоэлемент расширяется под воздействием тепла. ОЖ проходит через радиатор, где охлаждается, перед тем как попасть обратно в двигатель. Если температура снова снижается, то термостат закрывается.

Существуют различные типы термостатов, включая механические и электронные.

Радиатор

Радиатор является теплообменником, охлаждающим ОЖ. Он состоит из нескольких частей:

1. Металлическая рама, которая поддерживает все другие элементы.
2. Внутри рамы находятся трубки, обычно из алюминия или меди, через которые проходит антифриз. Трубки прокладываются в спиралевидной или волновой форме для увеличения площади контакта с воздухом.
3. Пластинчатые ребра между трубками, которые увеличивают поверхность рассеивания тепла от ОЖ во внешнюю среду. Ребра изготавливаются из алюминия, меди или латуни.

Вентилятор охлаждения радиатора

Вентилятор находится перед радиатором и активируется при определенной температуре охлаждающей жидкости. Он усиливает воздушный поток для улучшения охлаждения при низкой скорости движения или во время стоянки автомобиля.

Датчик температуры

Датчик температуры ОЖ – это устройство системы для измерения температуры жидкости внутри двигателя. Он предоставляет данные измерений ЭБУ или выводит показания на панель приборов.

Состоит из двух основных частей:

• корпуса, выполненного из металла или пластика, который вкручивается в блок цилиндров или ГБЦ в месте контакта с охлаждающей жидкостью;
• термистора – электронного элемента, меняющего свое сопротивление в зависимости от температуры: когда температура жидкости возрастает, сопротивление термистора уменьшается и наоборот.

Контроллер или электронный блок управления использует эту информацию для управления работой вентилятора и топливной системой, впрыском топлива и др.

Радиатор отопителя

Радиатор отопителя – элемент отопления и кондиционирования воздуха. Отвечает за передачу теплого воздуха в салон автомобиля.

Неисправности в системе охлаждения

Среди основных неисправностей системы охлаждения можно выделить следующие:

1. Утечка ОЖ из-за повреждения патрубков, треснутых трубок радиатора, течи водяного насоса или расширительного бачка.
2. Повреждение термостата, что может привести к перегреву двигателя.
3. Неисправность вентилятора из-за поломки мотора, обрыва приводного ремня, перегоревших предохранителей или отсутствия контакта в электропроводке.
4. Засорение радиатора из-за накопления отложений и последующего засора. В результате снижается его эффективность в теплоотдаче.
5. Недостаточный уровень ОЖ в системе.

Своевременное ТО автомобиля поможет избежать многих проблем, в том числе связанных с системой охлаждения.

Важность регулярного обслуживания и ухода

Регулярное регламентное обслуживание и уход за СОД необходимы для бесперебойной работы двигателя и повышения его ресурса. Перечень работ указан в разделе «Техническое обслуживание автомобиля», инструкции по эксплуатации.

Замена жидкости и промывка

Замена жидкости и промывка системы – важные процедуры, которые следует выполнять в рамках регламента обслуживания. Основные шаги этого процесса заключаются в следующем.

• Подготовка. Автомобиль должен находиться на ровной поверхности с остывшим двигателем. Только при соблюдении этих условий можно приступать к замене жидкости.
• Слив жидкости. Поместить сборочный поддон или другую емкость под сливной пробкой. Откручивается пробка и полностью сливается старая жидкость. Затем закручиваются все пробки на место.

• Промывка системы. Выполняется двумя способами:
  • Заполняется система охлаждения промывочной жидкостью. Затем на некоторое время запускается двигатель для циркуляции по системе и удаления накопившихся отложений и загрязнений. После этого мотор остужается, промывочная жидкость сливается в емкость.
  • Чаще всего этот способ используется на СТО, так как для его осуществления необходимо специальное оборудование. После слива жидкости в определенных местах снимаются патрубки (зависит от конструкции двигателя) и подсоединяются рукава промывочного насоса. Специальной жидкостью промывается система в замкнутом контуре, а затем в нижней точке один патрубок насоса снимается. После этого снова начинается промывка проточной водой или специальным средством до тех пор, пока со снятого патрубка не потечет чистая жидкость.
• Заполнение новой жидкостью. После промывки система заполняется новой ОЖ, рекомендованной производителем автомобиля. Антифриз заливается через расширительный бачок или горловину радиатора до тех пор, пока не будет достигнут рекомендуемый уровень.
• Прокачка и проверка уровня. Запустить двигатель на несколько минут, чтобы убедиться в циркуляции жидкости по системе и отсутствии подтеков. Проверить уровень ОЖ. В случае необходимости добавить жидкость. Запуск мотора необходим и для удаления воздушных пробок.

Важно следить за рекомендациями автопроизводителя при замене и промывке, так как конкретные регламентные работы зависят от модели двигателя. После всех работ необходимо закрыть крышку расширительного бачка.

Промывка двигателя: лечит или калечит

Промывка двигателя может иметь как положительный, так и отрицательный эффект. Результат зависит от нескольких факторов. Перед работой нужно оценить все риски использования химии и специальных моющих средств.

Плюсы промывки двигателя:

• удаление отложений и загрязнений;
• улучшение работоспособности и увеличение ресурса элементов системы охлаждения.

Основной отрицательный эффект промывки – потенциальное повреждение уплотнения агрессивными промывочными жидкостями.

При принятии решения о промывке важно учитывать общее состояние двигателя, рекомендации производителя, а также выбирать качественные промывочные средства. Перед началом самостоятельного технического обслуживания обсуждается вопрос с профессиональным автомехаником.

Видеоинструкции

Чтобы лучше понять схему системы охлаждения двигателя и разобраться с особенностями работы, можно посмотреть видео инструкции по теме.

В заключении стоит отметить важность своевременной проверки и замены ОЖ, обслуживания радиатора, вентилятора, термостата и других элементов системы. Перед самостоятельным ремонтом и заменой элементов рекомендуется ознакомиться с пошаговым разбором предстоящих работ.

А Вы на что ориентируетесь при выборе антифриза? Учитываете рекомендации производителя авто?