Система охлаждения двигателя: функции, устройство, неисправности, уход

Система охлаждения двигателя предназначена для отвода тепла от деталей и узлов двигателя и поддержания оптимальной температуры работающего двигателя. В состав системы охлаждения автомобиля входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, насос (помпа), радиатор, вентилятор радиатора, термостат, расширительный бачок, патрубки и шланги. Владелец автомобиля должен внимательно следить за состоянием всех элементов системы охлаждения и при обнаружении неисправностей немедленно их устранять.

Содержание

Функции системы охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя выполняет целый ряд важных функций:

Отвод тепла от двигателя — температура в цилиндрах двигателя достигает 2000 °C, при отсутствии отвода тепла стенки камер сгорания нагревались бы до нескольких сот градусов, что привело бы к сгоранию и испарению моторного масла, потере прочности материалов из которых изготовлен двигатель и преждевременному выходу двигателя из строя.
Охлаждение масла в системе смазки — система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения моторного масла с помощью масляного радиатора встроенного в систему охлаждения двигателя для предотвращения потери маслом смазывающих свойств.
Нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования — осуществляется с помощью радиатора отопителя салона, обеспечивает комфортную температуру в салоне автомобиля.
Охлаждение отработанных газов в системе рециркуляции отработавших газов (EGR) — система охлаждения двигателя может использоваться для уменьшения температуры отработавших газов перед подачей их в цилиндры.
Охлаждает воздух в системе турбонадува — система охлаждения двигателя может использоваться для снижения температуры сжатого компрессором воздуха перед подачей его в цилиндры.
Охлаждает рабочую жидкость в АКПП — система охлаждения двигателя может использоваться для снижения температуры рабочей жидкости в автоматических коробках передач.

Типы систем охлаждения

Воздушное охлаждение

Воздушное охлаждение — тепло от двигателя с воздушной системой охлаждения передается в окружающую среду через оребрение цилиндров двигателя.

Воздушное охлаждение может быть естественным (за счет естественного движения потока воздуха) и принудительным (за счет потока воздуха создаваемого вентилятором).

Воздушное охлаждение не способно равномерно отводить тепло от двигателя и в настоящее время используется на двигателях легкой высокоподвижной техники: мотоциклах, мопедах, снегоходах и квадроциклах.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение — тепло от двигателя отводится с помощью охлаждающей жидкости, в качестве которой может выступать вода, антифриз или масло.

Системы жидкостного охлаждения могут быть замкнутые (охлаждающая жидкость циркулирует по герметичному контуру) и незамкнутые (теплоноситель подается извне двигателя и нагретый уходит в окружающую среду).

По способу циркуляции охлаждающей жидкости системы жидкостного охлаждения делятся на принудительные (циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется за счет работы насоса) и термосифонные (циркуляция жидкости осуществляется за счет разницы в плотности жидкости нагретой в двигателе и охлажденной в радиаторе).

Жидкостное охлаждение имеет гораздо более сложное устройство, но лучше справляется со своими функциями, поэтому используется на большинстве современных автомобилей.

Основные части системы охлаждения двигателя автомобиля

Двигатели большинства двигателей современных автомобилей оснащаются замкнутыми жидкостными системами охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, насос (помпа), радиатор, вентилятор радиатора, термостат, расширительный бачок, патрубки и шланги. К системе охлаждения подключен теплообменник отопителя салона.

Рубашка охлаждения блока и головки цилиндров

Рубашка охлаждения блока и головки цилиндров представляет собой систему каналов внутри блока и головки цилиндров по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Охлаждающая жидкость отбирает тепло от сильно нагретых блока и цилиндров двигателя и переносит его к радиатору.

Охлаждающая жидкость

В качестве охлаждающей жидкости используется антифризы с низкой температурой замерзания (-40°C или— 65°C) и высокой температурой кипения (+120 °С).

В качестве антифризов используются водные растворы этиленгликоля или пропиленгликоля.

Для получения нужных свойств в состав антифриза входят до полутора десятка присадок: противокоррозийных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплект присадок определяет качество и область применения антифриза.

Антифризы выпускаются либо в концентратов, либо в виде готовых к применению растворов. Концентраты перед использованием разбавляют в определенной пропорции дистиллированной водой.

Производители окрашивают антифризы с помощью красителей в разные цвета. Яркий цвет антифриза облегчает контроль его уровня и напоминает о его токсичности. Совпадение цвета двух разных антифризов не является свидетельством их совместимости.

Насос охлаждающей жидкости (помпа)

Насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Насос приводится во вращение ремнем ГРМ или ремнем привода вспомогательных агрегатов. В двигателях современных автомобилей все чаще используются электрические насосы охлаждающей жидкости.

Термостат

Термостат предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат является автоматическим клапаном управляемым термоэлементом, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости термостат открывает или закрывает путь антифризу к радиатору охлаждения.

При запуске двигателя, пока температура охлаждающей жидкости не достигла рабочей температуры двигателя, термостат закрыт и пускает охлаждающую жидкость по малому кругу (насос — рубашка двигателя — термостат — насос).

При достижении охлаждающей жидкости рабочей температуры двигателя термостат открывается и пускает охлаждающую жидкость по большому кругу, через радиатор охлаждения.

Расширительный бачок

Расширительный бачок предназначен для компенсации расширения охлаждающей жидкости при нагреве. Расширительный бачок изготавливают из полупрозрачной пластмассы, на его стенке размещают отметки MIN/MAX для контроля уровня охлаждающей жидкости в системе.

Расширительный бачок закрывается пробкой, в которую встроены паровой (выпускной) клапан и воздушный (впускной) клапан. Клапана в пробке расширительного бачка поддерживают повышенное давление (1,1–1,3 бара) охлаждающей жидкости в системе, что позволяет повысить температуру кипения охлаждающей жидкости.

В случает закипания охлаждающей жидкости, давление пара в радиаторе возрастает и при достижении определенного значения паровой клапан открывается и выпускает пар наружу.

При остановке двигателя охлаждающая жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе создается разрежение, воздушный клапан при этом открывается и пропускает воздух внутрь радиатора.

Радиатор

Радиатор предназначен для отвода избыточного тепла в атмосферу. Существует несколько основных типов конструкции радиаторов:

Трубчатые радиаторы — самый распространенный тип радиаторов. Трубчатые радиаторы состоят из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора.
Пластинчатые радиаторы — состоят из волнистых спаянных между собой по краям пластин, верхние и нижние концы пластин впаяны в отверстия в верхнем и нижнем резервуарах радиатора. Охлаждающая жидкость циркулирует внутри спаянных пластин. Пластинчатые радиаторы имеют большую площадь поверхности, чем трубчатые радиаторы, но быстрее загрязняются и менее надежны из-за большого количества паяных швов.
Сотовые радиаторы — представляют собой набор круглых горизонтальных спаянных между собой трубок, охлаждающий воздух проходит через трубки, а охлаждающая жидкость омывает внешние поверхности трубок. Сотовые радиаторы имеют большую поверхность охлаждения, чем радиаторы других типов, но расходы на материал и изготовление сотовых радиаторов очень велики, поэтому в настоящее время они встречаются крайне редко.

Для изготовления радиаторов используются материалы хорошо проводящие тепло, чаще всего из алюминия, меди или их сплавов.

Вентилятор охлаждения радиатора

Вентилятор охлаждения радиатора предназначен для усиления потока воздуха проходящего через радиатор для его принудительного охлаждения, когда естественного обдува вентилятора недостаточно.

Привод вентилятора может быть механическим или электрическим. При механическом приводе вентилятор может быть закреплен на одной оси с насосом охлаждающей жидкости и работать постоянно, либо может быть соединен с приводом через электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная муфту и тогда он будет включаться при необходимости.

В большинстве современных автомобилей используются электрические вентиляторы, которые включаются при необходимости в дополнительном обдуве вентилятора. Электрические вентиляторы позволяют автоматически регулировать моменты включения и выключения вентилятора и изменять частоту вращения вентилятора.

Патрубки и шланги

Элементы системы охлаждения двигателя соединены между собой с помощью патрубков и шлангов. Патрубки и шланги крепятся с помощью стяжных хомутов.

Датчик температуры

Датчики температуры охлаждающей жидкости предназначены для измерения и контроля температуры антифриза. Чаще всего один датчик ввернут в верхний бачок радиатора, а другой ввернут в рубашку охлаждения головки блока цилиндров. Показания датчиков температуры охлаждающей жидкости поступают в блок управления двигателем и отображаются указателем температуры охлаждающей жидкости и сигнальной лампой перегрева двигателя, которые расположены на приборной панели автомобиля.

Радиатор отопителя

Радиатор отопителя предназначен для нагревания воздуха поступающего в салон автомобиля. Радиатор отопителя подключается к выходному патрубку водяной рубашки двигателя.

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Охлаждающая жидкость нагревается за счет тепла выделяемого в цилиндрах двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения двигателя.

Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется принудительно с помощью насоса охлаждающей жидкости.

Усиленное охлаждение охлаждающей жидкости осуществляется за счет интенсивного обдува воздухом радиатора вентилятором.

В системе охлаждения двигателя существуют два круга циркуляции охлаждающей жидкости: малый и большой. Малый круг циркуляции: рубашка охлаждения двигателя — водяной насос — термостат — рубашка охлаждения двигателя. Большой круг циркуляции: рубашка охлаждения двигателя — водяной насос — термостат — радиатор — рубашка охлаждения двигателя. Радиатор отопителя салона может входить в малый или в большой круг циркуляции в зависимости от автомобиля.

Малый круг циркуляции предназначен для быстрого выведения двигателя на эффективный рабочий температурный режим. При малом круге циркуляции антифриз не проходит через радиатор и фактически не охлаждается.

Большой круг циркуляции предназначен для охлаждения антифриза когда двигатель уже достиг рабочего температурного режима.

Чем сильнее нагревается охлаждающаяся жидкость, тем сильнее открывается термостат и тем больший объем охлаждающей жидкости пропускается через радиатор и охлаждается там.

Принцип переключения между малым и большим кругом циркуляции позволяет максимально быстро вывести холодный двигатель в эффективный рабочий температурный режим.

В наиболее современных экологичных двигателях могут иметься два контура системы охлаждения, отдельный контур для блока цилиндров и другой отдельно для головки блока цилиндров (ГБЦ). Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом. При запуске холодного двигателя охлаждающая жидкость в контуре блока цилиндров не перекачивается и нагревается быстрее. Охлаждающая жидкость в головке блока цилиндров (ГБЦ) начинает циркулировать сразу и забрав тепло поступает в радиатор отопителя. По мере прогрева двигателя включается циркуляция в контуре блока цилиндров. Во время работы обоих контуров, в контуре охлаждения головки блока цилиндров (ГБЦ), поддерживается температура на 15-20 градусов ниже, чем в контуре блока цилиндров, что позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации.

Охлаждающую жидкость в систему охлаждения заливают через горловину расширительного бачка. Объем системы охлаждения легкового автомобиля указывается в руководстве по эксплуатации на автомобиль и обычно составляет от 6 до 12 литров.

Неисправности системы охлаждения

Наиболее частыми неисправностями системы охлаждения двигателя являются:

Перегрев двигателя — перегрев двигателя возможен из-за следующих причин: низкий уровень охлаждающей жидкости, слабое натяжение или обрыв ремня насоса охлаждающей жидкости, неисправность насоса охлаждающей жидкости, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи в системе охлаждения, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность клапана пробки радиатора или расширительного бачка.
Падение уровня охлаждающей жидкости — может произойти в результате утечки или выкипания. При понижении уровня охлаждающей жидкости в результате выкипания следует долить в расширительный бачок дистиллированной воды. При понижении уровня охлаждающей жидкости в результате утечки следует долить в расширительный бачок антифриз.
Протечки в патрубках, шлангах и местах их присоединения — патрубки и шланги системы охлаждения двигателя подвержены переменному воздействию низких и высоких температур, что приводит к появлению в них трещин и последующим протечкам. Протечки также возможны в местах присоединения патрубков и шлангов из-за ослабления винтовых и пружинных хомутов.
Течь радиатора — возникает из-за коррозии и механических воздействий на радиатор, краткосрочно решить проблему можно с помощью специального герметика, но в дальнейшем радиатор придется в любом случае заменить.
Течь сальника насоса охлаждающей жидкости — ведет к снижению уровню антифриза и выходу из строя подшипника насоса из-за вымываемой смазки.
Выход из строя термостата — заедание клапана термостата в одном из крайних или промежуточных положений ведет к постоянному непрогреву или перегреву двигателя, увеличенному расходу топлива, усиленному износу двигателя.
Выход из строя клапана в крышке расширительного бачка или радиатора— залипание клапана в открытом положении ведет к невозможности создания повышенного давления в системе охлаждения и закипанию антифриза при более низкой температуре. При залипании клапана в закрытом положении приведет во время работы двигателя к созданию чрезмерного давления, что может привести к протечкам антифриза или даже разрыву патрубков или расширительного бачка. При остывании двигателя в системе охлаждения создастся сильное разряжение, что может вызвать подсос воздуха в систему охлаждения через прокладки и соединения, а возникающие при этом паровоздушные пробки приведут к нарушению циркуляции антифриза и последующему перегреву двигателя.

Уход за системой охлаждения

Уход за системой охлаждения двигателя сводится к следованию простым правилам:

Следует регулярно следить за уровнем охлаждающей жидкости в расширительном бачке, при снижении уровня антифриза следует долить его до нормального уровня
Следует регулярно проверять систему охлаждения на наличие протечек охлаждающей жидкости и при обнаружении немедленно их устранять
Следует контролировать состояние крышки расширительного бачка и следить за правильной работой расположенных в ней клапанов
Следует соблюдать периодичность замены охлаждающей жидкости, менять охлаждающую жидкость нужно не менее, чем раз в 5 лет
При замене охлаждающей жидкости желательно произвести промывку системы охлаждения.
Рыже-бурый цвет антифриза говорит о коррозии деталей системы охлаждения, нужно промыть систему охлаждения и залить новую охлаждающую жидкость