Виды систем охлаждения двс. Общее устройство и работа жидкостной системы охлаждения

В автомобиле призвана защитить рабочий агрегат от перегрева и тем самым контролирует работоспособность всего моторного блока. Охлаждение является важнейшей функцией в работе двигателя внутреннего сгорания.

Последствия неисправности охлаждения ДВС могут стать фатальными для самого агрегата, вплоть до полного выхода из строя блока цилиндров. Поврежденные узлы уже могут не подлежать восстановительным работам, их ремонтопригодность будет равна нулю. Следует со всей внимательностью и ответственностью отнестись к эксплуатации и проводить периодическую промывку системы охлаждения двигателя.

Контролируя систему охлаждения, автовладелец напрямую заботится о "здоровье сердца" своего железного "коня".

Назначение системы охлаждения

Температура в блоке цилиндров при работающем агрегате может подниматься до 1900 ℃. Из этого объема тепла только часть является полезной и используется в необходимых режимах работы. Остальное выводится системой охлаждения за пределы моторного отсека. Увеличение температурного режима сверх нормы чревато негативными последствиями, которые приводят к прогоранию смазочных материалов, нарушению технических зазоров между определенными деталями, особенно в поршневой группе, что приведет к уменьшению срока их службы. Перегрев мотора, как следствие неисправности системы охлаждения двигателя, является одной из причин детонации горючей смеси, поставляемой в камеру сгорания.

Переохлаждение двигателя также нежелательно. В "холодном " агрегате появляется потеря мощности, густота масла повышается, из-за чего увеличивается трение несмазанных узлов. Рабочая горючая смесь частично конденсируется, тем самым лишая стенки цилиндра смазки. Вместе с тем, поверхность стенки цилиндра подвергается процессу коррозии вследствие образования серных отложений.

Система охлаждения двигателя предназначена стабилизировать тепловой режим, необходимый для нормального функционирования мотора транспортного средства.

Типы системы охлаждения

Система охлаждения двигателя классифицируется по способу отвода тепла:

• охлаждение при помощи жидкостей в закрытом типе;
• охлаждение воздухом в открытом типе;
• комбинированная (гибридная) система отвода тепла.

В настоящее время воздушное охлаждение в автомобилях встречается крайне редко. Жидкостное может быть и открытого типа. В таких системах отвод тепла происходит через пароотводную трубку в окружающую среду. Закрытая система изолирована от внешней атмосферы. Поэтому такого типа намного выше. При высоком давлении увеличивается порог закипания охлаждающего элемента. Температура хладагента в закрытой системе может достигать 120 ℃.

Охлаждение воздухом

Естественное приточное охлаждение воздушными массами являет собой самый простейший способ отвода тепла. Двигатели с данным типом охлаждения выбрасывают тепло в окружающую среду при помощи радиаторных ребер, находящихся на поверхности агрегата. Такая система имеет огромный недостаток в функциональной возможности. Дело в том, что такой способ напрямую зависит от небольшой удельной теплоемкости воздуха. К тому же, присутствуют проблемы с равномерностью отвода тепла от мотора.

Такие нюансы препятствуют монтажу одновременно эффективной и компактной установки. В системе охлаждения двигателя воздух поступает неравномерно на все части, и тогда приходится избегать возможности локального перегрева. Следуя конструктивным особенностям, ребра для охлаждения монтируют в тех местах двигателя, где воздушные массы наименее всего активны, по причине аэродинамических свойств. Те части мотора, которые больше всего подвержены нагреву, располагают навстречу воздушным массам, при этом более "холодные" участки размещают сзади.

Принудительное охлаждение воздухом

Двигатели с таким типом отвода излишнего тепла оборудованы вентилятором и ребрами охлаждения. Такой набор конструктивных узлов позволяет искусственно нагнетать воздух в систему охлаждения двигателя для обдува охлаждающих ребер. Над вентилятором и ребрами устанавливается защитный кожух, который участвует в направлении воздушных масс для охлаждения и препятствует попаданию тепла извне.

Положительными моментами в данном типе охлаждения принимается простота конструктивных особенностей, малый вес, отсутствие узлов подачи и циркуляции хладагента. Недостатками считаются высокий шумовой уровень функционирования системы и громоздкость устройства. Также в принудительном воздушном охлаждении не решена проблема с локальным перегревом агрегата и рассеянностью обдува, несмотря на установленные кожухи.

Такой тип предупреждения перегрева двигателей активно применялся вплоть до 70-х годов. Работа системы охлаждения двигателя с принудительным воздушным типом была популярна на малолитражных транспортных средствах.

Охлаждение при помощи жидкостей

Жидкостная система охлаждения на сегодня является самой популярной и распространенной. Процесс отвода тепла происходит при помощи жидкого хладагента, циркулирующего по основным элементам двигателя по специальным закрытым магистралям. Гибридная система сочетает в себе элементы воздушного охлаждения одновременно с жидким. Жидкость охлаждается в радиаторе, имеющем ребра и вентилятор с кожухом. Также такой радиатор охлаждается приточными воздушными массами при движении транспортного средства.

Жидкостная система охлаждения двигателя выдает минимальный уровень шума при эксплуатации. Данный тип повсеместно собирает тепло и отводит его от двигателя с высокой эффективностью.

По методу движения жидкого хладагента системы классифицируются:

Устройство системы охлаждения двигателя

Конструкция жидкостного охлаждения имеет одинаковую структуру и элементы, как для бензинового двигателя, так и для дизельного. Система состоит из:

• радиаторного блока;
• масляного радиатора;
• вентилятора, с установленным кожухом;
• помпы (насос с центробежной силой);
• бачок для расширения нагретой жидкости и контроля уровня;
• термостат циркуляции хладагента.

При промывке системы охлаждения двигателя затрагиваются все данные узлы (кроме вентилятора) для более эффективной дальнейшей работы.

Охлаждающая жидкость циркулирует по магистралям внутри блока. Совокупность таких проходов называется "рубашкой охлаждения". Она охватывает наиболее подверженные нагреву участки двигателя. Хладагент, двигаясь по ней, вбирает в себя тепло и несет его к радиаторному блоку. Охлаждаясь, он повторяет круг.

Функционирование системы

Одним из основных элементов в устройстве системы охлаждения двигателя считается радиатор. Его задачей является остужать хладагент. Он состоит из радиаторной обрешетки, внутри которой проложены трубки для движения жидкости. Охлаждающая жидкость попадает в радиатор через нижний патрубок и выходит через верхний, который вмонтирован в верхний бачок. Сверху бачка имеется горловина, закрытая крышкой со специальным клапаном. Когда возрастает давление в системе охлаждения двигателя, клапан приоткрывается и жидкость поступает в расширительный бачок, прикрепленный отдельно в моторном отсеке.

Также на радиаторе находится датчик температуры, который сигнализирует водителю о предельном нагреве жидкости посредством прибора, установленного в салоне на информационной панели. В большинстве случаев к радиатору крепится вентилятор (бывает два) с кожухом. Вентилятор активируется автоматически при достижении критической температуры охлаждающей жидкости или работает принудительно от привода с помпой.

Помпа обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости по всей системе. Энергию вращения насос получает путем ременной передачи от шкива коленвала.

Термостат управляет большим и малым кругом циркуляции хладагента. При первом пуске двигателя термостат пускает жидкость по малому кругу для того, чтобы моторный агрегат быстрее прогрелся до рабочей температуры. После этого термостат открывает большой круг системы охлаждения двигателя.

Антифриз или вода

В качестве охлаждающей жидкости используется вода или антифриз. Современные автовладельцы стали все чаще применять последнее. Вода замерзает при минусовых температурах и является катализатором в процессах коррозии, что негативно сказывается на системе. Единственным плюсом является ее высокая теплоотдача и еще, пожалуй, доступность.

Антифриз не замерзает при холоде, предотвращает коррозию, препятствует серным отложениям в системе охлаждения двигателя. Но имеет более низкую теплоотдачу, что негативно сказывается в жаркое время года.

Неисправности

Последствиями неисправности охлаждения становятся перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев может быть вызван недостаточностью жидкости в системе, нестабильной работой помпы или вентилятора. Также неправильной работой термостата, когда он должен открыть большой круг охлаждения.

Могут быть вызваны сильным загрязнением радиатора, зашлакованностью магистралей, плохой работой крышки радиатора, расширительного бачка или некачественным антифризом.

Системы охлаждения компьютера бывают разных типов и разной эффективности. Вне зависимости от этого, у них у всех одна и та же цель: остудить устройства внутри системного блока, чем предохранить их от сгорания и повысить эффективность работы. Разные системы предназначены для охлаждения разных устройств и делают они это при помощи разных способов. Это, конечно, не самая захватывающая тема, но меньше важной она от этого не становится. Сегодня мы подробно разберемся какие системы охлаждения нужны нашему компьютеру, и как добиться максимальной эффективности их работы.

Для начала предлагаю быстренько пробежаться по системам охлаждения вообще, дабы к изучению компьютерных их разновидностей мы подошли максимально подготовленными. Надеюсь, что это сэкономит наше время и упростит понимание. Итак. Системы охлаждения бывают…

Воздушные системы охлаждения

Сегодня это наиболее распространенный тип систем охлаждения. Принцип его действия очень прост. Тепло от нагревающего компонента передается на радиатор с помощью теплопроводящих материалов (может быть прослойка воздуха или специальная теплопроводящая паста). Радиатор получает тепло и отдает его в окружающее пространство, которое при этом либо просто рассеивается (пассивный радиатор), либо сдувается вентилятором (активный радиатор или кулер). Такие системы охлаждения устанавливаются непосредственно в системный блок и практически на все греющиеся компьютерные компоненты. Эффективность охлаждения зависит от размеров эффективной площади радиатора, металла из которого он сделан (медь, аллюминий), скорости проходящего потока воздуха (от мощности и размеров вентилятора) и его температуры. Пассивные радиаторы устанавливаются на те компоненты компьютерной системы, которые не очень сильно греются в процессе работы, и возле которых постоянно циркулируют естественные воздушные потоки. Активные системы охлаждения или кулеры разработаны в основном для процессора, видеоадаптера и прочих постоянно и напряженно работающих внутренних компонентов. Для них иногда могут устанавливаться и пассивные радиаторы, но обязательно с более эффективным чем обычно отводом тепла при низкой скорости воздушных потоков. Это дороже стоит и применяется в специальных бесшумных компьютерах.

Жидкостные системы охлаждения

Чудо-диво-изобретение последней десятилетки, используется в основном для серверов, но в связи с бурным развитием техники, со временем имеет все шансы перебраться и в домашние системы. Дорого и немного страшно, если представить, но достаточно эффективно, поскольку вода проводит тепло в 30 (или около того) раз быстрее воздуха. Такой системой можно практически без шума одновременно охлаждать несколько внутренних компонентов. Над процессором помещается специальная металлическая пластинка (теплосъемник), которая собирает тепло с процессора. Поверх теплосъемника периодически прокачивается дистиллированная вода. Собирая с него тепло, вода попадает в радиатор охлажденный воздухом, остывает и начинает свой второй круг с металлической пластины над процессором. Радиатор при этом рассеивает собранное тепло в окружающую среду, охлаждается и ждет новую порцию нагретой жидкости. Вода в таких системах может быть специальная, например, с бактерицидным либо антигальваническим эффектом. Вместо такой воды может использоваться антифриз, масла, жидкие металлы или еще какая-нибудь жидкость, обладающая высокой теплопроводностью и высокой удельной теплоемкостью, дабы обеспечить максимальную эффективность охлаждения при наименьшей скорости циркуляции жидкости. Конечно, такие системы более дорогие и сложные. Они состоят из помпы, теплосъемника (ватерблок или головка охлаждения), прикрепленного к процессору, радиатора (может быть как активным, так и пассивным), обычно прикрепленного к задней части корпуса компьютера, резервуара для рабочей жидкости, шлангов и датчикв потока, разнообразных измерителей, фильтров, сливных кранов и пр. (перечисленные компоненты, начиная от датчиков, опциональны). Кстати, замена такой системы - занятие не для слабонервных. Это вам не вентилятор с радиатором поменять.

Фреоновая установка

Маленький холодильник, устанавливаемый прямо на нагревающийся компонент. Они эффективны, но в компьютерах применяются в основном, исключительно для разгона. Знающие люди говорят, что у него больше недостатков, чем достоинств. Во-первых, конденсат, который появляется на детальках, более холодных, чем окружающая среда. Как вам перспектива появления жидкости внутри святая святых? Повышенное энергопотребление, сложность и немалая цена – меньшие недостатки, но от этого достоинствами тоже не становятся.

Системы открытого охлаждения

В них используется сухой лед, жидкий азот либо гелий в специальном резервуаре (стакане), установленном прямо на охлаждаемом компоненте. Используется Кулибиными для самого экстремального разгона или оверклокинга, по нашему. Недостатки те же – дороговизна, сложность и пр. + 1 очень существенный. Стакан надо постоянно наполнять и периодически бегать в магазин за его содержимым.

Системы каскадного охлаждения

Две и более последовательно подключенные системы охлаждения (например, радиатор + фреон). Это самые сложные в реализации системы охлаждения, которые в состоянии работать без перерывов, в отличие от всех остальных.

Комбинированные системы охлаждения

Такие сочетают в себе элементы охлаждения систем различных типов. В пример комбинированных можно привести Ватерчпперы. Ватерчипперы = жидкость + фреон. Антифриз циркулирует в системе жидкостного охлаждения и кроме нее охлаждается еще и фреоновой установкой в теплообменнике. Еще более сложно и дорого. Сложность в том, что теплоизоляция понадобится и всей этой системе, зато этот агрегат можно применять для одновременного эффективного охлаждения сразу нескольких компонентов, что довольно сложно реализуется в других случаях.

Системы с элементами Пельтелье

Они никогда не используются самостоятельно и кроме этого, имеют наименьшую эффективность. Их принцип работы описал Чебурашка, когда предложил Гене понести чемоданы (“Давай я понесу чемоданы, а ты понесешь меня”). Элемент Пельтелье устанавливают на нагревающий компонент, а другую сторону элемента охлаждают другой, обычно воздушной или жидкостной системой охлаждения. Поскольку возможно охлаждение до температуры ниже окружающей среды, то проблема конденсата актуальна и в этом случае. Элементы Пельтелье менее эффективны, чем фреоновое охлаждение, но при этом тише и не создают вибраций, как холодильники (фреон).

Если вы никогда не замечали, то внутри вашего системного блока постоянно кипит бурнейшая деятельность: ток бегает туда-сюда, процессор считает, память запоминает, программы работают, жесткий диск вертится. Компьютер работает, одним словом. Из школьного курса физики мы знаем, что проходящий ток нагревает устройство, а если устройство греется, то это – нехорошо. В худшем случае оно просто перегорит, а в лучшем будет просто туго работать. (Это действительно частая причина не слабо тормозящей системы). Именно во избежание таких вот неприятностей внутри вашего системного блока предусмотрено несколько видов разнообразных систем охлаждения. По крайней мере, для самых важных компонентов.

Охлаждение системного блока

Как производится охлаждение? В основном – воздухом. Когда вы включаете компьютер, он начинает гудеть – включается вентилятор (очень часто их несколько), потом он затихает. Через несколько минут работы, когда ваша система достигла определенного порогового температурного значения, вентилятор включается вновь. И так все время работы. Самый большой и самый заметный вентилятор внутри системного блока просто выдувает из коробки нагревшийся воздух, чем и охлаждает все вместе взятое, включая компоненты, на которые трудно установить собственную систему охлаждения, например, жесткий диск. По законам той самой физики, на место нагретого воздуха через специальные вентиляционные отверстия в передней части системного блока, поступает охлажденный воздух. Точнее тот, который еще просто не успел нагреться. Охлаждая собой внутренние части компьютера, он нагревается сам и выходит через отверстия в боковой и/ или задней панели системного блока.

Охлаждение процессора

У процессора, как у очень важного и постоянно загруженного компонента вашего железного друга есть личная система охлаждения. Она состоит аж из двух компонентов – радиатора и вентилятора, конечно же меньших размеров, чем тот о котором мы только что говорили. Радиатор иногда называют теплосъемником, в соответствии с его основной функциональной деятельностью – он рассеивает тепло от процессора (пассивное охлаждение), а маленький вертилятор сверху сдувает тепло с радиатора (активное охлаждение). Кроме этого, процессор смазывается специальной термопастой, способствующей максимальной передаче тепла от процессора к радиатору. Дело в том, что поверхности и процессора, и радиатора даже после полировки имеют зазубрины около 5 мкм. В результате таких зазубрин между ними остается тончайший воздушный слой с очень низкой теплопроводимостью. Именно эти промежутки и замазываются пастой из вещества с высоким коэффициентом теплопроводности. У пасты ограниченный срок действия, соответственно, ее нужно менять. Это удобно делать одновременно с чисткой системного блока, о которой мы поговорим чуть ниже, тем более, что старая паста вообще может давать обратный эффект.

Охлаждение видеокарты

Современная видеокарта – это компьютер внутри компьютера. Система охлаждения крайне необходима и ей. У простеньких и дешевых видеокарт системы охлаждения может и не быть, а вот современные видеоадаптеры для игровых монстров в обязательном порядке нуждаются в освежающей прохладе, пожалуй, даже больше чем вы в сорокаградусную жару.

Загрязнение пылью

Вместе с воздухом из комнаты внутрь вашего системного блока поступает пыль. Причем, даже в регулярно убираемом и проветриваемом помещении, пыли, на диво, достаточно, чтобы за несколько месяцев ежедневной работы опутать вашу новенькую крутилку неизвестно откуда взявшимися длинными, малоприятными для глаз шерстяными лохмами. Это дает обратный эффект – забиваются вентиляционные отверстия, а “лохмы” (кроме того, что они физически не позволяют крутиться вентилятору) не хуже норковой шубы согреют ваш компьютер до самого процессора, причем не только в тропический зной, но и в полярную вьюгу. Человек, насколько я знаю, болеет от переохлаждения, компьютер же вполне может заболеть от перегрева. Лечим бедолагу приблизительно раз в пол года не антибиотиками и горячим чаем с малиной, а пылесосом. Желательно приобретенном в специальном магазине компьютерной техники. Привычный, в очень крайнем случае, сойдет, но следует быть предельно осторожным со статическим электричеством. Его очень не любят внутренние компоненты.

Чистка системы охлаждения

Первый признак плохо работающей или не работающей совсем системы – “не гудит” вентилятор и греется системный блок. Кстати, это частая причина самовыключения компьютера или слишком медленной работы системы, а диагноз настолько прост, что может банально не прийти в голову. И начинается: обновление драйверов, сканирование антивирусом, аппаратное обновление системы, покупка дополнительных модулей оперативной памяти и прочие невеселые телодвижения. Смешно? Скорее печально. Срочно вскрываем пациента и смотрим, что у него внутри. Желательно перед этим поискать точный алгоритм проведения процедуры в технической документации у производителей материнки.

В принципе, в чистке системного блока нет ничего сложного. Нужно выключить компьютер, не забыв вытянуть шнур из розетки, разобрать системный блок и аккуратно очистить все внутренности от пыли. В магазинах продаются специальные пылесосы, которыми это делать лучше всего. Больше всего пыли скапливается на радиаторе с вентилятором и возле вентиляционных отверстий на системном блоке. Аккуратно удаляем с них пылевые накопления и смазываем при необходимости (у вентилятора нужно снять наклейку и капнуть несколько капель на ось вентилятора). Неплохо подойдет масло для швейных машинок. Кроме этого, необходимо очистить процессор от старой термопасты и намазать на него новую. Аналогичные действия повторяем с видеокартой и вентилятором системного блока. Осталось собрать компьютер и пользоваться им еще несколько месяцев перед проведением повторной чистки системного блока. Ноутбуки чистить тоже нужно, причем судя по моему опыту – несколько чаще, чем стационарные (малые расстояния между компонентами внутри ноута и потребление печенюшек и бутербродов рядом с ним любимым делают свое черное дело). Многие пользователи легко справляются с этой процедурой без помощи компьютерных специалистов, но лучше не спешить, особенно с ноутбуками, если вы не чувствуете себя достаточно уверенно. Риски: статическое электричество может вывести из строя материнку, процессор или что-нибудь еще, а также вы сами, в силу неопытности, запросто можете повредить что-нибудь важное. Шутки-шутками, но делать это действительно нужно, иначе проблем может появиться просто немерянное количество.

Если же вы почистили компьютер, но заметного облегчения это не принесло, возможно вам придется установить более сильную систему охлаждения. В самом легком случае может помочь дополнительный вентилятор. Чтобы узнать степень нагрева системных компонентов, можно заглянуть на сайт производителя материнской платы. Вполне возможно, что там вы найдете специальное программное обеспечение, которое поможет это определить. Усредненные показатели для процессора это 30-50 градусов, а в режиме нагрузки до 70-ти. Винчестер не должен греться более чем на 40 градусов. Более точные показатели следует проверить в технической документации.

В завершение описанного, хочу сказать, что в 90 (если не больше) процентах случаев вполне подойдет стандартная штатная система охлаждения. Метаться между качеством и ценой, а также внедрять систему охлаждения в свой компьютер (иногда это довольно рискованно и совсем не просто) действительно нужно владельцам серверов, мощных игровых компьютеров и любителям экспериментов с разгоном. Если же вы покупаете компьютер для дома или офиса, вам нужно просто поинтересоваться, что у него внутри, дабы возможная экономия производителя не вылезла для вас боком.

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.

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.

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 охлаждает рабочую жидкость в . В некоторых моделях автомобилей для дополнительного охлаждения масла в устанавливается масляный радиатор.

Системы охлаждения подразделяются на два основных типа:

1. жидкостную;
2. воздушную.

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:

1. «водяная рубашка» двигателя;
2. радиатор системы охлаждения;
3. вентилятор;
4. центробежный насос (помпа);
5. термостат;
6. расширительный бачок;
7. радиатор отопителя;
8. элементы управления.

1. «Водяная рубашка» представляет собой сообщающиеся полости между двойными стенками двигателя в местах, откуда необходим отвод избыточного тепла посредством циркуляции охлаждающей жидкости.
2. 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.
3. 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.
4. Центробежный насос (помпа) служит для обеспечения бесперебойной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения . 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.

На рисунке показана жидкостная система охлаждения карбюраторного V-образного двигателя. Каждый ряд блока имеет обособленную водяную рубашку. Нагнетаемая вода водяным насосом 5 разделяется на два потока - в распределительные каналы и далее в водяную рубашку своего ряда блока, а из них - в рубашки головок цилиндров.

Рис. Система охлаждения двигателя ЗМЗ-53: а - устройство; б - сердцевина; в - жалюзи; 1 - радиатор; 2 - датчик сигнализатора перегрева жидкости; 3 - пробка радиатора; 4 - кожух; 5 - водяной насос; 6 - перепускной шланг; 7 и 12 - соответственно отводящий и подводящий шланги; 8 - термостат; 9 - датчик температуры жидкости; 10 - штуцер сливного краника; 11 - рубашка охлаждения; 13 - ремень вентилятора; 14 - сливной краник; 15 - вентилятор; 16 - жалюзи; 17 - вентилятор отопителя; 18 - отопитель кабины; 19 - пластина жалюзи; 20 - тросик

При работе системы охлаждения значительное количество жидкости подается к наиболее нагретым местам - патрубкам выпускных клапанов и гнездам искровых свечей зажигания. У карбюраторных двигателей вода из рубашек головок цилиндров предварительно проходит через водяную рубашку впускной трубы, омывает стенки и нагревает смесь, поступающую из карбюратора по внутренним каналам трубы. При этом улучшается испарение бензина.

Радиатор служит для охлаждения воды, поступающей из водяной рубашки двигателя. Радиатор состоит из верхнего и нижнего баков, сердцевины и деталей крепления. Баки и сердцевина для лучшей проводимости теплоты изготовлены из латуни.

В сердцевине размещен ряд тонких пластин, сквозь которые проходит множество вертикальных трубок, припаянных к ним. Вода, поступающая через сердцевину радиатора, разветвляется на большое число мелких струек. При таком строении сердцевины вода охлаждается интенсивнее благодаря увеличению площади соприкосновения воды со стенками трубок.

Верхний и нижний баки шлангами 7 и 12 соединены с рубашкой охлаждения двигателя. В нижем баке предусмотрен краник 14 для слива воды из радиатора. Для ее спуска из водяной рубашки в нижней части блока цилиндров также имеются краники (с обеих сторон).

В систему охлаждения воду заливают через горловину верхнего бака, закрываемую пробкой 3.

К отопителю кабины 18 горячая вода поступает от водяной рубашки головки блока и отводится трубой к водяному насосу. Количество воды, поступающей к отопителю (или температура в кабине водителя), регулируется краном.

В системе жидкостного охлаждения предусмотрено двойное регулирование теплового режима двигателя - с помощью жалюзи 16 и термостата 8. Жалюзи состоят из набора пластин 19, которые шарнирно закреплены в планке. В свою очередь, планка тягой и системой рычагов связана с рукояткой управления жалюзи. Рукоятка размещена в кабине. Створки могут располагаться вертикально или горизонтально.

Водяной насос и вентилятор объединены в одном корпусе, который через уплотнительную прокладку прикреплен к площадке на передней стенке блок-картера. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках установлен валик 4. На его переднем конце с помощью ступицы закреплен шкив 2. К его торцу привернута крестовина, к которой приклепана крыльчатка 1 вентилятора. При работе двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала через ремень. Лопасти крыльчатки 1, расположенные под углом к плоскости вращения, забирают воздух от радиатора, создавая разрежение внутри кожуха вентилятора. Благодаря этому холодный воздух проходит через сердцевину радиатора, отнимая у него теплоту.

На заднем конце валика 4 жестко посажена крыльчатка 5 центробежного водяного насоса, который представляет собой диск с равномерно расположенными на нем криволинейными лопатками. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 8 поступает к ее центру, захватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7 и через прилив подается в водяную рубашку двигателя.

Рис. Водяной насос и вентилятор двигателя ЗИЛ-508: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - шкив; 3 - подшипник; 4 - валик; 5 - крыльчатка насоса; 6 - прокладка; 7 - корпус насоса; 8 - подводящий патрубок; 9 - корпус подшипников; 10 - манжета; 11 - уплотняющая шайба; 12 - обойма сальникового уплотнения

На заднем конце валика 4 также предусмотрено сальниковое уплотнение, которое не пропускает воду из водяной рубашки двигателя. Уплотнение смонтировано в цилиндрической ступице крыльчатки и застопорено в ней пружинным кольцом. Оно состоит из текстолитовой уплотняющей шайбы 11, резиновой манжеты 10 и пружины, которая прижимает шайбу к торцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба входит в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 12.

На двигателе автомобиля КамАЗ вентилятор расположен отдельно от водяного насоса и приводится в действие через гидравлическую муфту. Гидромуфта (рис. а) включает в себя герметический кожух В, заполненный жидкостью. В кожухе помещены два (с поперечными лопастями) сферических сосуда Д и Г, жестко соединенные с ведущим А и ведомым Б валами соответственно.

Принцип работы гидромуфты основан на действии центробежной силы жидкости. Если быстро вращать сферический сосуд Д (насосный), заполненный рабочей жидкостью, то под действием центробежной силы жидкость скользит по криволинейной поверхности этого сосуда и попадает во второй сосуд Г (турбинный), заставляя его вращаться. Потеряв энергию при ударе, жидкость снова попадает в первый сосуд, разгоняется в нем, и процесс повторяется. Таким образом, передается вращение с ведущего вала А, соединенного с одним сосудом Д, на ведомый вал Б, соединенный жестко с другим сосудом Г. Этот принцип гидродинамической передачи используется в технике при конструировании различных механизмов.

Рис. Гидромуфта: а - принцип действия; б - устройство; 1 — крышка блока цилиндров; 2 - корпус; 3 - кожух; 4 - валик привода: 5 - шкив; 6 - ступииа вентилятора; А - ведуши вал; Б — ведомый вал; В - кожух; Г, Д - сосуды; Т - турбинное колесо; Н - насосное колесо

Гидромуфта размещена в полости, образованной передней крышкой 1 блока цилиндров и корпусом 2, соединенных винтами. Гидромуфта состоит из кожуха 3, насосного Н и турбинного Г колес, ведущего А и ведомого Б валов. Кожух соединен через ведущий вал А с коленчатым валом с помощью валика привода 4. С другой стороны кожух 3 соединен с насосным колесом и шкивом 5 привода генератора и водяного насоса. Ведомый вал Б опирается на два шариковых подшипника и соединен одним концом с турбинным колесом, а другим - со ступицей 6 вентилятора.

Вентилятор двигателя расположен соосно с коленчатым валом, передний конец которого соединен шлицевым валом с ведущим валиком 4 привода гидромуфты. Поворотом рычага включателя гидромуфты можно задать один из требуемых режимов работы вентилятора: «П» - вентилятор включен постоянно, «А» - вентилятор включается автоматически, «О» - вентилятор отключен (рабочая жидкость выпущена из кожуха). На режиме «П» допустима только кратковременная работа.

Автоматическое включение вентилятора происходит при повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик. При температуре охлаждающей жидкости 85 °С клапан датчика открывает масляный канал в корпусе включателя и рабочая жидкость - моторное масло - поступает в рабочую полость гидромуфты из главной магистрали смазочной системы двигателя.

Термостат служит для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического регулирования его теплового режима в заданных пределах. Он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.

На изучаемых двигателях применяют одноклапанные термостаты с твердым наполнителем - церезином (нефтяным воском). Термостат состоит из корпуса 2, внутри которого помещен медный баллон 9, заполненный активной массой 8, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Масса в баллоне плотно закрыта резиновой мембраной 7, на которой установлена направляющая втулка 6 с отверстием для резинового буфера 12. На последнем установлен шток 5, связанный рычагом 4 с клапаном. В исходном положении (на холодном двигателе) клапан плотно прижат к седлу (рис. б) корпуса 2 спиральной пружиной 1. Термостат установлен между патрубками 10 и 11, отводящими нагретую жидкость в верхний бак радиатора и водяной насос.

Рис. Термостат с поворотным (а-в) и простым (г) клапанами: а - устройство термостата с поворотным клапаном (карбюраторный двигатель ЗИЛ-508); б - клапан закрыт; в - клапан открыт; г - устройство термостата с простым клапаном (карбюраторный двигатель 3M3-53); 1 - спиральная пружина; 2 - корпус; 3 - клапан (заслонка); 4 - рычаг; 5 - шток; 6 - направляющая втулка; 7 - мембрана; 8 - активная масса; 9 - баллон; 10 и 11 - патрубки отвода жидкости в радиатор и водяной насос; 12 - резиновый буфер; 13 - клапан; 14 - пружина; 15 - седло корпуса; А - ход клапана

При температуре охлаждающей жидкости выше 75 °С активная масса Оплавится и расширяется, воздействуя через мембрану, буфер и шток 5 на рычаг 4, который, преодолевая силу пружины 1, начинает открывать клапан 3 (рис. в). Полностью клапан откроется при температуре охлаждающей жидкости 90 °С. В интервале температур 75…90 °С клапан термостата, изменяя свое положение, регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и тем самым поддерживает нормальный температурный режим двигателя.

На рисунке г показан термостат с простым клапаном 13 в положении, когда он открыт полностью для прохода жидкости в радиатор, т.е. когда его ход равен расстоянию А. При температуре 90 °С, когда активная масса баллона расплавлена, клапан вместе с баллоном садится вниз, преодолевая сопротивление пружины 14. По мере остывания масса в баллоне сжимается и пружина поднимает клапан вверх. При температуре 75 °С клапан 13 прижимается к седлу 15 корпуса, закрывая выход жидкости в радиатор.

Рис. Паровоздушный клапан: а — открыт паровой клапан; б - открыт воздушный клапан; 1 и 6 - соответственно паровой и воздушный клапаны; 2 и 5 - пружины парового и воздушного клапанов; 3 - пароотводная трубка; 4 - пробка (крышка) наливной горловины радиатора

Паровоздушный клапан необходим для сообщения внутренней полости радиатора с атмосферой. Он смонтирован в пробке 4 наливной горловины радиатора. Клапан состоит из парового клапана 1 и размещенного внутри него воздушного клапана 6. Паровой клапан под действием пружины 2 плотно закрывает горловину радиатора. Если температура воды в радиаторе повышается до предельного значения (для данного двигателя), то под давлением пара паровой клапан открывается и его избыток выходит наружу.

Когда при охлаждении воды и конденсации пара в радиаторе создается разрежение, открывается воздушный клапан и в радиатор поступает атмосферный воздух. Воздушный клапан закрывается под действием пружины 5, когда давление воздуха внутри радиатора уравновешивается с атмосферным. Посредством воздушного клапана вода сливается из системы охлаждения при закрытой крышке горловины. При этом трубки радиатора предохраняются от разрушения под влиянием атмосферного давления в процессе остывания двигателя.

Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальная лампа и дистанционный термометр. Лампа и указатель термометра помещены на щитке приборов, а их датчики могут быть в головке цилиндров, в водоотводящей трубе, впускном трубопроводе или в верхнем баке радиатора.