Система охлаждения

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания обеспечивает подвод охлаждающей жидкости или воздуха к нагретым деталям и отвод в атмосферу излишков тепла.

Как вредит работе двигателя нарушение температурного режима

В момент сгорания рабочей смеси температура в цилиндре поднимается до 2000 °C и даже выше. При этом, оптимальная температура блока цилиндров, при которой все механические детали работают без лишнего напряжения, колеблется в пределах от 80 до 90°. Сильный нагрев может привести к нарушению рабочих зазоров между сопряженными деталями, а это означает, что им грозит усиленный износ, заклинивание и поломка. Даже если до этого не дойдет, перегрев приводит к снижению мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, отводя от них тепло в атмосферу.

На высокогорном перевале Зустен в Швейцарских Альпах сохраняется превращенная в музей станция замены воды в радиаторах автомобилей. В 30-е годы в верхней точке перевала «кипели» почти все автомобили

Чрезмерное снижение температуры также негативно сказывается на работе двигателя. Перемешанное с воздухом топливо, попадая на холодные стенки цилиндра, частично конденсируется и стекает в картер двигателя и смешивается с моторным маслом. От этого масло теряет свойства, что приводит к повышенному износу деталей.

Очень опасное явление — кипение двигателя. При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Дело в физических свойствах жидкости — при переходе в парообразное состояние происходит резкое расширение. Последствия всегда плачевны — как правило, первыми не выдерживают резиновые соединительные патрубки радиатора. В системе жидкостного охлаждения применяется антифриз с температурой кипения около 120°C. Для предотвращения разгерметизации и отвода избытков жидкости в систему введен расширительный бачок.

Системы охлаждения разных конструкций

О необходимости охлаждения двигателей инженерам стало известно задолго до появления автомобилей. Однако после того как двигатели попали в руки непрофессионалов — то есть автолюбителей, желающих просто передвигаться, не следя за температурой под капотом, проблема приобрела настоящую актуальность.  

В ходе эволюции автомобилей было испробовано множество различных конструкций этой системы, однако все они так или иначе относятся к трем основным типам.

Воздушное охлаждение

Этот тип строится на принципе обдува блока цилиндров воздухом, отводящим тепло от двигателя. Воздушное охлаждение — самая простая система: чем сильнее обдув, тем ниже температура. Недостаток заключается в низкой теплоёмкости воздуха.

Porsche 911 с двигателем воздушного охлаждения выпускался с 1964 до 1998 года

Это значит, что для отвода большого количества тепла от двигателя необходима значительная площадь контакта. Иными словами, создавать компактные и мощные силовые установки с воздушным охлаждением сложно.

Однако там, где мощность не требуется, воздушное охлаждение успешно справляется со своей работой.  

Жидкостная система охлаждения

Жидкостная система построена на принципе отвода тепла циркулирующей в непосредственной близости от цилиндров охлаждающей жидкостью. Система жидкостного охлаждения, даже при условии принудительной циркуляции, не может охлаждать мощные двигатели, так как для отвода большого количества тепла необходим значительный объем жидкости. Это условие практически невозможно реализовать в легковом автомобиле, поэтому двигатели, оснащённые этой системой охлаждения, используются, в основном, на судах, то есть там, где есть возможность организовать постоянный приток холодной воды.

Гибридная система охлаждения

Гибридный тип на данный момент стал вершиной постройки систем охлаждения. Его преимущество заключается в том, что гибридная система сочетает в себе достоинства как жидкостного, так и воздушного охлаждения. Блок цилиндров охлаждается циркулирующей жидкостью, а жидкость, в свою очередь, охлаждается потоком воздуха. Состоит система из рубашки охлаждения блока цилиндров, радиатора, одного или нескольких вентиляторов, водяного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Эта конструкция используется на всех современных автомобилях, за редким исключением.

Схема системы охлаждения двигателя

Схема системы охлаждения двигателя выглядит следующим образом:

Предыдущее фото

Следующее фото

Конструкция системы жидкостного (гибридного) охлаждения 

 Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая тепло, а затем охлаждается в радиаторе. Система организована так, что в ней существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат.

В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона также входит в малый круг с целью быстрого прогрева салона).

Двигатель водяного охлаждения Volkswagen Type E был снят с производства лишь в 2006 году. Последние годы его устанавливали в аэропланы малой авиации

Сразу после запуска непрогретая жидкость циркулирует по малому кругу. Функцию запорного клапана, не пускающего жидкость в большой круг осуществляет термостат. Как только жидкость прогревается до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор, где ее охлаждает набегающий поток воздуха (а в случае стоянки с работающим двигателем жидкость принудительно охлаждается вентилятором). Чем выше становится температура, тем сильнее открывается термостат, и тем чаще включается вентилятор. Так в системе поддерживается постоянная оптимальная температура в пределах 85-90 °C. Емкость и другие параметры системы просчитываются для каждой модели автомобиля с большим запасом, чтобы не допустить перегрева даже при длительной работе с максимальной нагрузкой (например, при длительном движении в гору).

Насос системы охлаждения

Датчик температуры охлаждающей жидкости

Вентилятор охлаждения двигателя

Примеры автомобилей с воздушным охлаждением

В советские времена выпуском компактных автомобилей с воздушным охлаждением занимался Запорожский автомобильный завод. Так как предполагалось, что советские автолюбители будут обслуживать автомобиль самостоятельно, использование такой системы оценивалось положительно и виделось весьма практичным, особенно, в суровых зимних условиях. Кроме того, малая масса силового агрегата, его простота и разборная конструкция (съёмные цилиндры) позволяла отремонтировать автомобиль практически «в чистом поле». Однако такая конструкция обусловила возникновение проблемы перегрева в жаркую погоду, которая особенно усугублялась в процессе износа двигателя, когда его оребрение покрывалось слоем масла и прилипшей к нему пыли. Следует отметить, что на автомобилях повышенной проходимости того же Запорожского завода, ЛуАЗ-969, где тот же двигатель работал с большей нагрузкой, но лучше обдувался набегающим потоком воздуха за счет расположения в передней части кузова, его перегрев наблюдался редко.

Кроме смешного «горбатого» ЗАЗ-968, на протяжении нескольких десятилетий, вплоть до 1997 года, мотор с воздушным охлаждением имел и совсем не смешной Porsche 911. Однако потребители требовали все более скоростных моделей, а значит, мощных и больших моторов, и «Porsche 911», начиная с «996-й» серии, стали машинами с жидкостным охлаждением.

Система охлаждения двигателя — устройство, принцип работы, конструкция

Назначение и характеристика

Системой охлаждения называется совокупность устройств, осуществляющих принудительный регулируемый отвод и передачу теплоты от деталей двигателя в окружающую среду.

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального температурного режима, обеспечивающего получение максимальной мощности, высокой экономичности и длительного срока службы двигателя.

При сгорании рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2500 °С и в среднем при работе двигателя составляет 800.

..900°С. Поэтому детали двигателя сильно нагреваются, и если их не охлаждать, то будут снижаться мощность двигателя, его экономичность, увеличиваться изнашивание деталей и может произойти поломка двигателя.

При чрезмерном охлаждении двигатель также теряет мощность, ухудшается его экономичность и возрастает изнашивание.

Для принудительного и регулируемого отвода теплоты в двигателях автомобилей применяют два типа системы охлаждения (рисунок 1). Тип системы охлаждения определяется теплоносителем (рабочим веществом), используемым для охлаждения двигателя.

Рисунок 1 – Типы систем охлаждения

Применение в двигателях различных систем охлаждения зависит от типа и назначения двигателя, его мощности и класса автомобиля.

Жидкостная система охлаждения

В жидкостной системе охлаждения используются специальные охлаждающие жидкости — антифризы различных марок, имеющие температуру загустевания — 40 °С и ниже. Антифризы содержат антикоррозионные и антивспенивающие присадки, исключающие образование накипи. Они очень ядовиты и требуют осторожного обращения. По сравнению с водой антифризы имеют меньшую теплоемкость и поэтому отводят теплоту от стенок цилиндров двигателя менее интенсивно.

Так, при охлаждении антифризом температура стенок цилиндров на 15…20°С выше, чем при охлаждении водой. Это ускоряет прогрев двигателя и уменьшает изнашивание цилиндров, но в летнее время может привести к перегреву двигателя.

Оптимальным температурным режимом двигателя при жидкостной системе охлаждения считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в двигателе составляет 80 …100 °С на всех режимах работы двигателя.

Это возможно при условии, что с охлаждающей жидкостью уносится в окружающую среду 25…35 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. При этом в бензиновых двигателях величина отводимой теплоты больше, чем в дизелях.

На рисунке 2 приведена диаграмма распределения теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателей автомобилей при жидкостной системе охлаждения.

Рисунок 2 – Диаграмма распределения теплоты

Из диаграммы следует, что в механическую работу преобразуется 20…35% теплоты, уносится с отработавшими газами 35…40%, теряется на трение 5 % и уносится с охлаждающей жидкостью 25…35 % теплоты.

По сравнению с воздушной жидкостная система охлаждения более эффективная, менее шумная, обеспечивает меньшую среднюю температуру деталей двигателя, улучшение наполнения цилиндров горючей смесью и более легкий пуск двигателя при низких температурах, а также использование жидкости для подогрева горючей смеси и отопления салона кузова автомобиля. Однако в системе возможно подтекание охлаждающей жидкости и имеется вероятность переохлаждения двигателя в зимнее время.

В двигателях автомобилей жидкостная система охлаждения получила наиболее широкое распространение.

Воздушная система охлаждения

В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя осуществляется принудительно потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Для более интенсивного отвода теплоты от цилиндров и головок цилиндров они выполнены с оребрением. Вентилятор у V-образного двигателя установлен в развале между цилиндрами и приводится клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Двигатель сверху, с передней и задней сторон закрыт кожухами, направляющими потоки воздуха к наиболее нагреваемым частям двигателя. Вентилятор отсасывает воздух из внутреннего пространства, ограниченного развалом цилиндров. Поток воздуха, входящий снаружи в пространство между развалом цилиндров, проходит между ребрами цилиндров и головок и охлаждает их. На режиме максимальной мощности вентилятор потребляет 8 % мощности, развиваемой двигателем.

Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

В рядных двигателях вентиляторы располагают спереди, сбоку или объединяют с маховиком, а в V- образных — обычно в развале между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются воздухом, который нагнетается или просасывается через систему охлаждения.

Оптимальным температурным режимом двигателя с воздушным охлаждением считается такой, при котором температура масла в смазочной системе двигателя составляет 70… 110°С на всех режимах работы двигателя. Это возможно при условии, что с охлаждающим воздухом рассеивается в окружающую среду до 35 % теплоты, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.

Воздушная система охлаждения уменьшает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем расположении двигателя, переохлаждение двигателя маловероятно. Однако воздушная система охлаждения увеличивает габаритные размеры двигателя, создает повышенный шум при работе двигателя, сложнее в производстве и требует применения более качественных горюче-смазочных материалов.

Воздушная система охлаждения имеет ограниченное применение в двигателях.

Конструкция и работа жидкостной системы охлаждения

В двигателях автомобилей применяется закрытая (герметичная) жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Внутренняя полость закрытой системы охлаждения не имеет постоянной связи с окружающей средой, а связь осуществляется через специальные клапаны (при определенном давлении или вакууме), находящиеся в пробках радиатора или расширительного бачка системы. Охлаждающая жидкость в такой системе закипает при 110… 120 °С. Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается жидкостным насосом.

Система охлаждения двигателя состоит из рубашки охлаждения головки и блока цилиндров, радиатора, насоса, термостата, вентилятора, расширительного бачка, соединительных трубопроводов и сливных краников. Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.

Работа системы

Рисунок 3 — Система охлаждения двигателя

1, 2, 3, 5, 15, 18 — шланги; 4 — патрубок; 6 — бачок; 7, 9 — пробки; 8 — рубашка охлаждения; 10 — радиатор; 11 — кожух; 12 — вентилятор; 13, 14 — шкивы; 16 — ремень; 17- насос; 19 – термостат

При непрогретом двигателе основной клапан термостата 19 (рисунок 3) закрыт, и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор 10. В этом случае жидкость нагнетается насосом 17 в рубашку охлаждения 8 блока и головки цилиндров двигателя. Из головки блока цилиндров через шланг 3 жидкость поступает к дополнительному клапану термостата и попадает вновь в насос. Вследствие циркуляции этой части жидкости двигатель быстро прогревается. Одновременно меньшая часть жидкости поступает из головки блока цилиндров в обогреватель (рубашку) впускного трубопровода двигателя, а при открытом кране — в отопитель салона кузова автомобиля.

При прогретом двигателе дополнительный клапан термостата закрыт, а основной клапан открыт. В этом случае большая часть жидкости из головки блока цилиндров попадает в радиатор, охлаждается в нем и через открытый основной клапан термостата поступает в насос. Меньшая часть жидкости, как и при непрогретом двигателе, циркулирует через обогреватель впускного трубопровода двигателя и отопитель салона кузова. В некотором интервале температур основной и дополнительный клапаны термостата открыты одновременно, и охлаждающая жидкость циркулирует в этом случае по двум направлениям (кругам циркуляции).

Количество циркулирующей жидкости в каждом круге зависит от степени открытия клапанов термостата, чем обеспечивается автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя. Расширительный бачок 6, заполненный охлаждающей жидкостью, сообщается с атмосферой через резиновый клапан, установленный в пробке 7 бачка. Бачок соединен шлангом с наливной горловиной радиатора, которая имеет пробку 9 с клапанами. Бачок компенсирует изменения объема охлаждающей жидкости, и в системе поддерживается постоянный объем циркулирующей жидкости.

Для слива охлаждающей жидкости из системы охлаждения имеются два сливных отверстия с резьбовыми пробками, одно из которых находится в нижнем бачке радиатора, а другое в блоке цилиндров двигателя. Температура жидкости в системе контролируется указателем, датчик которого установлен в головке блока цилиндров двигателя.

Жидкостный насос

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа (рисунок 4).

Рисунок 4 – Жидкостный насос (а) и вентилятор (б) двигателя

1 — крыльчатка; 2 — корпус; 3 — окно; 4 — крышка; 5 — подшипник; 6 — вал; 7 — ступица; 8 — винт; 9 — уплотнительное устройство; 10 — патрубок; 11, 13,14 — шкивы; 12 — ремень; 15 — вентилятор; 16 — накладка; 17 – болт

Вал 6 насоса установлен в отлитой из алюминиевого сплава крышке 4 в двухрядном неразборном подшипнике 5. Подшипник размещен и зафиксирован в крышке стопорным винтом 8. На одном конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1, а на другом конце — ступица 7 и шкив 11 вентилятора 15. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 10 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. Уплотнительное устройство 9, состоящее из самоподжимной манжеты и графитокомпозитного кольца, установленное на валу насоса, исключает попадание жидкости в подшипник вала.

Привод насоса и вентилятора осуществляется клиновым ремнем 12 от шкива 13, который установлен на переднем конце коленчатого вала двигателя. С помощью этого ремня также вращается шкив 14 генератора. Нормальную работу насоса и вентилятора обеспечивает правильное натяжение ремня.

Натяжение ремня регулируют путем перемещения генератора в сторону от двигателя (показано на рисунке 4 (а) стрелкой). Насос корпусом 2, отлитым из алюминиевого сплава, крепится к фланцу блока цилиндров в передней части двигателя.

Жидкостный насос с приводом от зубчатого ремня

Рассмотрим устройство насоса, привод которого осуществляется зубчатым ремнем (рисунок 5).

Рисунок 5 – Жидкостный насос двигателя

1 — шкив; 2 — винт; 3 — подшипник; 4 — вал; 5 — корпус; 6 — уплотнительное устройство; 7 — отверстие; 8 — крыльчатка

Вал 4 насоса установлен в корпусе 5 из алюминиевого сплава в неразборном двухрядном шариковом подшипнике 3. Подшипник стопорится в корпусе винтом 2 и уплотняется специальным устройством 6, включающим в себя графитокомпозитное кольцо и манжету. На переднем конце вала напрессован зубчатый шкив 1 из спеченного материала, а на заднем конце — крыльчатка 8. В крыльчатке сделаны два сквозных отверстия 7, которые соединяют между собой полости с охлаждающей жидкостью, расположенные по обе стороны крыльчатки. Благодаря этим отверстиям выравнивается давление охлаждающей жидкости на крыльчатку с обеих сторон, что исключает осевые нагрузки на вал насоса при его работе.

Вал насоса приводится во вращение через шкив 1 зубчатым ремнем привода распределительного вала от коленчатого вала. При вращении вала жидкость поступает к центру крыльчатки и под действием центробежной силы направляется в рубашку охлаждения двигателя. Насос крепится корпусом к блоку цилиндров двигателя через уплотнительную прокладку.

Термостат

Термостат способствует ускорению прогрева двигателя и регулирует в определенных пределах количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор. Термостат представляет собой автоматический клапан. В двигателях автомобилей применяют неразборные двухклапанные термостаты с твердым наполнителем.

Рисунок 6 – Термостат

1, 6, 11 – патрубки; 2, 8 – клапаны; 3, 7 – пружины; 4 – баллон; 5 – диафрагма; 9 – шток; 10 – наполнитель

Термостат (рисунок 6) имеет два входных патрубка 1 и 11, выходной патрубок 6, два клапана (основной 8, дополнительный 2) и чувствительный элемент. Термостат установлен перед входом в насос охлаждающей жидкости и соединяется с ним через патрубок 6. Через патрубок 1 термостат соединяется с головкой блока цилиндров двигателя, а через патрубок 11 — с нижним бачком радиатора.

Чувствительный элемент термостата состоит из баллона 4, резиновой диафрагмы 5 и штока 9. Внутри баллона между его стенкой и резиновой диафрагмой находится твердый наполнитель 10 (мелкокристаллический воск), обладающий высоким коэффициентом объемного расширения.

Основной клапан 8 термостата с пружиной 7 начинает открываться при температуре охлаждающей жидкости более 80 °С. При температуре менее 80 °С основной клапан закрывает выход жидкости из радиатора, и она поступает из двигателя в насос, проходя через открытый дополнительный клапан 2 термостата с пружиной 3.

При возрастании температуры охлаждающей жидкости более 80 °С в чувствительном элементе плавится твердый наполнитель, и объем его увеличивается. Вследствие этого шток 9 выходит из баллона 4, и баллон перемещается вверх. Дополнительный клапан 2 при этом начинает закрываться и при температуре более 94 °С перекрывает проход охлаждающей жидкости от двигателя к насосу. Основной клапан 8 в этом случае открывается полностью, и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации изменений объема охлаждающей жидкости при колебаниях ее температуры и для контроля количества жидкости в системе охлаждения. Он также содержит некоторый запас охлаждающей жидкости на ее естественную убыль и возможные потери.

На автомобилях применяют полупрозрачные пластмассовые бачки с заливной горловиной, закрываемой пластмассовой пробкой. Через горловину система заполняется охлаждающей жидкостью, а через клапаны, размещенные в пробке, осуществляется связь внутренней полости бачка и системы охлаждения с атмосферой. В пробке расширительных бачков часто имеется один резиновый клапан, срабатывающий при давлении, близком к атмосферному. При сливе охлаждающей жидкости из системы пробку снимают с расширительного бачка. Расширительный бачок размещается в подкапотном пространстве отделения двигателя, где крепится к кузову автомобиля.

Радиаторы автомобилей

Радиатор обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. На легковых автомобилях применяются трубчато-пластинчатые радиаторы.

Рисунок 7 – Неразборный радиатор (а) и кожух (б) вентилятора двигателя

1 – пробка; 2 – горловина; 3, 4 – бачки; 5 – сердцевина; 6 – патрубок; 7, 8 – клапаны; 9 – кожух; 10 – уплотнитель

Радиатор автомобиля (рисунок 7, а) — неразборный, имеет вертикальное расположение трубок и горизонтальное расположение охлаждающих пластин. Бачки радиатора и трубки латунные, а охлаждающие пластины стальные, луженые. Трубки и пластины образуют сердцевину 5 радиатора. В верхнем бачке 3 радиатора имеется горловина 2, через которую систему охлаждения заполняют жидкостью. Горловина герметично закрывается пробкой 1, имеющей два клапана — впускной 7 и выпускной 8. Выпускной клапан открывается при избыточном давлении в системе 0,05 МПа, и закипевшая охлаждающая жидкость через патрубок 6 и соединительный шланг выбрасывается в расширительный бачок. Впускной клапан не имеет пружины и обеспечивает связь внутренней полости системы охлаждения с окружающей средой через расширительный бачок и резиновый клапан в его пробке, который срабатывает при давлении, близком к атмосферному. Впускной клапан перепускает жидкость из расширительного бачка при уменьшении ее объема в системе (при охлаждении) и пропускает в расширительный бачок при увеличении объема (при нагревании жидкости).

Радиатор установлен нижним бачком 4 на кронштейны кузова на двух резиновых опорах, а вверху закреплен двумя болтами через стальные распорки и резиновые втулки. Для направления воздушного потока через радиатор и более эффективной работы вентилятора за радиатором установлен стальной кожух 9 вентилятора (рисунок 7, б), состоящий из двух половин. Обе половины кожуха имеют резиновые уплотнители 10, которые уменьшают проход воздуха к вентилятору помимо радиатора и предохраняют от поломок кожух и радиатор при колебаниях двигателя на резиновых опорах крепления. Радиатор не имеет жалюзи и утепляется в случае необходимости специальным съемным чехлом-утеплителем.

Разборный радиатор

Радиатор автомобиля, приведенный на рисунке 8, — разборный, с горизонтальным расположением трубок и вертикальным расположением охлаждающих пластин. Радиатор не имеет заливной горловины и выполнен двухходовым — охлаждающая жидкость входит в него и выходит через левый бачок, который разделен перегородкой.

Рисунок 8 – Разборный радиатор (а) и электровентилятор (б) двигателя.

1, 8 — бачки; 2 — сердцевина; 3 — датчик; 4 — прокладка; 5 — вентилятор; 6 — электродвигатель; 7 — кожух; 9 — опора; 10 – пробка

Бачки радиатора пластмассовые. Левый бачок 8 имеет три патрубка, через которые соединяется с расширительным бачком, термостатом и выпускным патрубком головки блока цилиндров. Правый бачок 1 имеет сливную пробку 10, в нем установлен датчик 3 включения вентилятора. К бачкам через резиновые уплотнительные прокладки 4 крепится сердцевина 2 радиатора. Она состоит из двух рядов алюминиевых круглых трубок и алюминиевых пластин с насечками. В части трубок вставлены пластмассовые турбулизаторы в виде штопоров. Двойной ход жидкости через радиатор, насечки на охлаждающих пластинах и турбулизаторы в трубках обеспечивают турбулентное движение жидкости и воздуха, что повышает эффективность охлаждения жидкости в радиаторе.

Алюминиевая сердцевина и пластмассовые бачки существенно уменьшают массу радиатора. Радиатор установлен на трех резиновых опорах 9. Две опоры находятся снизу под левым и правым бачками, а третья опора — сверху. Резиновые опоры и прокладки между сердцевиной и бачками делают радиатор нечувствительным к вибрациям.

Вентилятор

Вентилятор увеличивает скорость и количество воздуха, проходящего через радиатор. На двигателях автомобилей устанавливают четырех- и шестилопастные вентиляторы.

Вентилятор 15 двигателя (см. рисунок 4, б) — шестилопастный. Лопасти его имеют скругленные концы и расположены под утлом к плоскости вращения вентилятора. Вентилятор крепится накладкой 16 и болтами 17 к ступице и приводится во вращение от шкива коленчатого вала.

На некоторых двигателях (см. рисунок 8, б) применяется электровентилятор. Он состоит из электродвигателя 6 и вентилятора 5. Вентилятор — четырехлопастный, крепится на валу электродвигателя. Лопасти на ступице вентилятора расположены неравномерно и под углом к плоскости его вращения. Это увеличивает подачу вентилятора и уменьшает шумность его работы. Для более эффективной работы электровентилятор размещен в кожухе 7, который прикреплен к радиатору. Электровентилятор крепится к кожуху на трех резиновых втулках. Включается и выключается электровентилятор автоматически датчиком 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Другие статьи по системам двигателя

• Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
• Газораспределительный механизм (ГРМ)
• Неисправности и техническое обслуживание КШМ и ГРМ
• Гидравлический толкатель клапана
• Система смазки двигателя
• Вентиляция картера двигателя
• Техническое обслуживание системы охлаждения
• Стартер — назначение, устройство, работа
• Электронное управление двигателем
• Датчики контроля параметров работы двигателя

Система охлаждения | инжиниринг | Британника

Похожие темы:

преобразование энергии охлаждение кондиционер адсорбционный охладитель

См. весь связанный контент →

система охлаждения , устройство, используемое для предотвращения превышения температурой конструкции или устройства ограничений, налагаемых требованиями безопасности и эффективности. При перегреве масло в механической коробке передач теряет свою смазывающую способность, а жидкость в гидромуфте или гидротрансформаторе под создаваемым давлением вытекает. В электродвигателе перегрев вызывает ухудшение изоляции. Поршни в перегретом двигателе внутреннего сгорания могут заедать (заклинивать) в цилиндрах. Системы охлаждения используются в автомобилях, промышленном оборудовании, ядерных реакторах и многих других типах оборудования. (Для обработки систем охлаждения, используемых в зданиях, см. кондиционирование воздуха.)

Обычно используемыми охлаждающими агентами являются воздух и жидкость (обычно вода или раствор воды и антифриза), отдельно или в комбинации. В некоторых случаях может быть достаточно прямого контакта с окружающим воздухом (свободная конвекция); в других случаях может понадобиться принудительная конвекция воздуха, создаваемая либо вентилятором, либо естественным движением горячего тела. Жидкость обычно перемещается по непрерывному контуру в системе охлаждения с помощью насоса.

Больше из Britannica

строительство: отопление и охлаждение

В трансмиссии, если площадь поверхности корпуса (контейнера) достаточно велика по сравнению с теряемой мощностью, или если трансмиссия находится в движущемся транспортном средстве, обычно имеется достаточная свободная конвекция и нет необходимости в искусственном охлаждении. Для усиления эффекта охлаждения за счет увеличения площади поверхности корпус может быть снабжен тонкими металлическими ребрами. На некоторых стационарных механических трансмиссиях может потребоваться циркуляция смазочного масла по трубам, окруженным холодной водой, или использование вентилятора для продувки воздухом труб, окруженных маслом в резервуаре. На многих электродвигателях к вращающемуся элементу прикреплен вентилятор для создания потока охлаждающего воздуха через корпус.

В автомобиле движение транспортного средства обеспечивает достаточное принудительно-конвекционное охлаждение трансмиссии и шестерен заднего моста; однако в двигателе выделяется так много энергии, что, за исключением некоторых ранних моделей и некоторых малолитражных автомобилей с маломощными двигателями, воздушного охлаждения недостаточно, и требуется система водяного охлаждения (радиатор).

Типичная автомобильная система охлаждения включает (1) ряд каналов, отлитых в блоке цилиндров и головке цилиндров, окружающих камеры сгорания с циркулирующей жидкостью для отвода тепла; (2) радиатор, состоящий из множества маленьких трубок, снабженных сотовыми ребрами для быстрого отвода тепла, который принимает и охлаждает горячую жидкость от двигателя; (3) водяной насос, обычно центробежного типа, для циркуляции жидкости по системе; (4) термостат для контроля температуры путем изменения количества жидкости, подаваемой на радиатор; и (5) вентилятор для подачи свежего воздуха через радиатор.

Для предотвращения замерзания в воду добавляют раствор антифриза или заменяют его. Чтобы повысить температуру кипения раствора, в системе охлаждения обычно создается давление с помощью герметизирующей крышки на радиаторе с клапанами, которые открываются наружу при заданном давлении и внутрь для предотвращения образования вакуума при охлаждении системы.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.

Подписаться сейчас

Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​Уильямом Л. Хошем.

Понимание системы охлаждения вашего автомобиля

Вы здесь

Главная | Понимание системы охлаждения вашего автомобиля

Охлаждение автомобиля: как это работает?

Тепло — непостоянный друг двигателя: слишком много тепла приведет к тому, что он расширится и заклинит; слишком мало, и он не будет работать эффективно, на пути к изнашиванию.

Но, несмотря на то, что в последние годы в системах трансмиссии автомобилей произошли масштабные изменения, включая турбонаддув, уменьшение размеров и гибридизацию, автомобильное охлаждение осталось в основном неизменным, за исключением, возможно, того, что оно стало более компактным и более быстрым для повышения эффективности и сокращения выбросов.

Ниже мы объясним, что такое автомобильная система охлаждения, что она делает и как ее обслуживать.

С воздушным охлаждением против жидкостного

Двигатели с воздушным охлаждением — вчерашняя новость, возвращающая нас к таким моделям, как оригинальный VW Beetle и Porsche 911. В настоящее время все новые серийно выпускаемые автомобильные двигатели используют систему жидкостного охлаждения, и это то, что мы Сосредотачиваемся здесь.

Система водяного охлаждения представляет собой сложный теплообменник, состоящий из специальной охлаждающей жидкости, труб, нескольких хитроумных регулирующих клапанов, автомобильного радиатора и расширительного бачка.

Приводимая в движение водяным насосом охлаждающая жидкость течет от радиатора к двигателю, где она циркулирует вокруг основного блока двигателя, в котором поршни движутся вверх и вниз, и головки блока цилиндров, включая клапаны, где температура очень высока.

Охлаждающая жидкость возвращается к радиатору автомобиля, часть ее проходит через отопитель автомобиля, где вентилятор обдувает ее и направляет теплый воздух в салон. Охлажденная охлаждающая жидкость снова начинает свое путешествие по двигателю.

Узнайте, как проверить охлаждающую жидкость вашего автомобиля (и другие уровни)

Как выглядит система охлаждения автомобиля?

Откройте капот, и в передней части моторного отсека находится автомобильный радиатор — тонкая прямоугольная сотовая панель с прикрепленными к ней шлангами.

Отведите взгляд немного назад, и вы увидите небольшой прозрачный пластиковый резервуар с крышкой, обычно наполненный жидкостью розового, зеленого или синего цвета. Это расширительный бачок радиатора автомобиля. На всякий случай поищите от него пару узких шлангов, один из них к радиатору.

Кстати, если вы только что проехали, не открывайте эту крышку — вы можете обжечься горячей охлаждающей жидкостью под давлением. Подождите, пока двигатель не остынет, прежде чем откручивать эту крышку.

Загляните за радиатор, и вы увидите большой вентилятор, установленный на двигателе или отдельно от него. Это пропускает воздух через радиатор, помогая отводить тепло.

Рядом вы также увидите длинный резиновый вспомогательный ремень, который приводит в движение различные вспомогательные системы двигателя, в том числе (на некоторых двигателях) странную штуку с отходящими от него шлангами. Это водяной насос, который направляет охлаждающую жидкость по системе. На некоторых других двигателях насос приводится в действие ремнем ГРМ, в то время как на очень новых автомобилях насос приводится в действие электродвигателем.

Как работает система охлаждения?

Вот что происходит, когда двигатель и охлаждающая жидкость холодные

Холодный двигатель не годится, так как топливо плохо испаряется при низких температурах, а моторное масло холодное и вялое и плохо справляется с работой двигателя. смазывание движущихся частей двигателя. Так что его нужно нагреть — быстро.

Как ни странно, но система охлаждения может помочь. В тот момент, когда вы заводите автомобиль, водяной насос начинает перекачивать холодную охлаждающую жидкость из нижнего бачка в радиаторе (в основном, из нижней части) к холодному блоку двигателя. Отсюда он проходит по каналам в отливке к головке блока цилиндров, а затем обратно к насосу.

А вот и хитрость. Рядом с насосом находится клапан с термостатическим управлением. Если охлаждающая жидкость слишком холодная, клапан остается закрытым, препятствуя ее попаданию в радиатор и заставляя ее перекачиваться обратно в неохлажденный двигатель, а также в обход обогревателя салона.

Охлаждающая жидкость начинает очень быстро нагреваться, помогая переносить тепло вокруг двигателя и ускоряя процесс прогрева, что повышает эффективность двигателя.

Вот что происходит, когда двигатель и охлаждающая жидкость горячие

Максимальная рабочая температура двигателя составляет около 120°С, но когда температура охлаждающей жидкости достигает отметки около 90°С, происходит волшебство: термостатический клапан открывается, направляя горячую охлаждающую жидкость к радиатору через верхний патрубок радиатора и в верхний бачок радиатора.

Конечно, это не волшебство. На самом деле воск внутри термостата плавится и расширяется, заставляя клапан открываться. Между прочим, это изменение температуры отслеживается датчиком, который передает данные в блок управления двигателем автомобиля, который при необходимости вносит небольшие текущие коррективы в топливную систему и систему зажигания.

На последних автомобилях работа термостата полностью контролируется системой управления двигателем. Это позволяет точно контролировать температуру охлаждающей жидкости, дополнительно снижая выбросы и повышая эффективность.

Как работает автомобильный радиатор?

Здесь система охлаждающей жидкости помогает не нагревать двигатель, а помогает ему не перегреваться. Как и ваш домашний радиатор, автомобильный радиатор содержит сеть труб, идущих от так называемого верхнего бака к нижнему баку.

Однако, в отличие от вашего домашнего радиатора, автомобильный радиатор представляет собой плотную массу тонких алюминиевых слоев в сотовой структуре, которая окружает трубы, по которым течет охлаждающая жидкость. Тепло передается от охлаждающей жидкости к алюминию.

По мере движения автомобиля воздух поступает через переднюю решетку и проходит над этими алюминиевыми слоями, эффект которых заключается в увеличении площади поверхности радиатора и ускорении процесса теплопередачи. К тому времени, когда охлаждающая жидкость переместится из верхнего бачка радиатора в его нижний бачок, она будет готова к перекачиванию обратно в двигатель.

Что делает расширительный бачок охлаждающей жидкости?

По мере повышения температуры охлаждающей жидкости она расширяется, вызывая повышение давления в системе. Это не так плохо, как кажется, потому что повышение давления поднимает температуру кипения охлаждающей жидкости выше 100 градусов по Цельсию, как в скороварке вы можете готовить при очень высоких температурах, не доводя пищу до кипения.

Однако очень важно, чтобы это давление можно было сбросить, иначе, во-первых, охлаждающая жидкость больше не сможет попасть в радиатор, а во-вторых, рано или поздно система взорвется.

Здесь происходит вторая часть магии системы охлаждения. Автомобильный радиатор имеет крышку или клапан давления, который, когда давление достигает примерно 15 фунтов на квадратный дюйм, открывается, позволяя большему количеству охлаждающей жидкости поступать в упомянутый ранее расширительный бачок, тем самым сбрасывая давление.

Это герметичная система, поэтому редко возникает необходимость в доливке охлаждающей жидкости, что делается при холодном двигателе путем отвинчивания заливной горловины на бачке. Проверьте отметки уровня на стенках бачка и, если уровень падает, проверьте шланги системы охлаждения на наличие утечек.

В старых системах вместо резервуара используется переливная труба, поэтому вы должны доливать воду в систему через радиатор, опять же, когда холодно.

Важен ли электрический вентилятор охлаждения?

Когда вы останавливаетесь на светофоре или прибываете в пункт назначения и глушите двигатель, вы можете услышать приглушенный жужжащий звук. Это электрический вентилятор охлаждения за радиатором, прогоняющий через него воздух, чтобы охладить его.

Управляется датчиком температуры, но современные системы охлаждения настолько эффективны, что, если вы не стоите в пробке на долгое время с работающим двигателем или едете особенно быстро, он редко загорается.

Альтернативой электрическому вентилятору является вентилятор с прямым приводом от двигателя через вязкостную муфту, управляемую термочувствительным клапаном. Он включает или выключает вентилятор по мере необходимости.

Пришло время заменить охлаждающую жидкость вашего автомобиля? Узнайте, как

Что входит в автомобильную охлаждающую жидкость?

Если бы охлаждающей жидкостью для автомобилей была обычная вода, жизнь была бы намного проще, но вода содержит примеси, которые разъедают систему охлаждения и снижают ее эффективность. Мало того, вода также кипит при 100°С и замерзает при 0°С.

Эта последняя характеристика плоха тем, что вообще не имеет охлаждающей жидкости, так как при замерзании охлаждающая жидкость не будет течь и водяной насос не будет вращаться, а это означает, что двигатель будет нагреваться все больше и больше, пока не заклинит. Если водяной насос приводится в действие ремнем ГРМ, заклинивший насос может повредить ремень. Замерзшая охлаждающая жидкость также расширяется, вызывая серьезные повреждения блока цилиндров и трубопроводов.

Автомобильная охлаждающая жидкость представляет собой смесь воды и антифриза. Большинство производителей теперь рекомендуют использовать деионизированную воду (другими словами, все минералы, такие как натрий и кальций, были удалены). Антифриз содержит присадки, в том числе ингибиторы коррозии. Охлаждающую жидкость можно приготовить путем смешивания деионизированной воды с концентратом антифриза, или ее можно купить предварительно смешанной, готовой для добавления в систему охлаждения. Если вы смешиваете собственную охлаждающую жидкость, придерживайтесь соотношения антифриза и воды 50/50. Любое меньшее или большее количество снизит эффективность охлаждающей жидкости.

На данном этапе важно знать, что антифриз является довольно агрессивным химическим веществом, и важно использовать в автомобиле правильный тип антифриза, тем более что его можно купить отдельно от охлаждающей жидкости и добавлять по мере необходимости.