Устройство и принцип работы системы охлаждения дизельного двигателя

Система охлаждения двигателя автомобиля, принцип действия, неисправности

Автомобильную систему охлаждения двигателя требуется периодически проверять. Многие значительные неисправности авто имеют причиной перегрев двигателя. Значение температуры сжигаемой топливовоздушной смеси достигает нескольких тысяч градусов. Соответственно, образуется большое количество тепла, которое требуется отвести, дабы не перегреть мотор, что может привести к серьёзным проблемам.

Как работает система охлаждения двигателя?

Компоненты системы охлаждения включают в себя радиатор, один или несколько вентиляторов, шланги, водяной насос и термостат, а также переливной резервуар. Охлаждающая жидкость представляет собой смесь воды и антифриза, которая не только предотвращает замерзание жидкости, как следует из ее названия, но и содержит химические вещества для уменьшения коррозии и накопления накипи. В некоторых юрисдикциях, таких как Британская Колумбия, требуется, чтобы антифриз включал добавку с горьким вкусом.

Для выполнения своей работы охлаждающая жидкость движется непрерывным циклом и проталкивается водяным насосом через двигатель. Двигатель содержит внутренние полые конструкции, называемые водяными рубашками. Через них протекает охлаждающая жидкость, поглощая его избыточное тепло. Затем она проходит через шланги к радиатору и там остывает. Оттуда антифриз возвращается в двигатель, где заменяет горячую охлаждающую жидкость, чтобы повторить процесс.

При этом радиатор охлаждает горячую жидкость, используя более холодный воздух, который поступает через решетку автомобиля. Хладагент течет через узкие трубки внутри радара, чтобы тепло могло рассеиваться как можно быстрее. Если через решетку не поступает достаточное количество воздуха, например, когда автомобиль работает на холостом ходу, вентилятор позади радиатора пропускает через него воздух.

Примечание: какая-то часть горячей охлаждающей жидкости отводится прямо из двигателя в небольшие шланги, которые подводят ее к сердечнику нагревателя — это миниатюрная версия радиатора. Когда охлаждающая смесь проходит через нее, это тепло отводится в кабину для системы климат-контроля.

Но хотя двигатель не должен быть горячим, также он не может быть слишком холодным. Хотя диапазон для работы мотора варьируется в зависимости от модели, минимальная температура обычно составляет от 85 C до 95 C.

Работа системы охлаждения

Циркуляцию жидкости в системе охлаждения осуществляют по двум кругам: малому и большому.

По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодною двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев в такой последовательности: жидкостной насос — распределительные трубы — рубашка охлаждения блока цилиндров — рубашка охлаждения головки блока цилиндров — верхний патрубок термостата (клапан закрыт) — перепускной шланг приемная полость жидкостного насоса.

Технология ремонта водяного насоса

Признаки и причины неисправностей

Переохлаждение двигателя сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания, следствием чего является повышенный расход топлива. Конденсация паров воды в картерной полости холодного двигателя и на стенках цилиндров приводит к коррозии. В отрабатавших газах повышается содержание углеводородов не сгоревшего топлива и высокотоксичных альдегидных соединений.
Принудительный отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется с помощью жидкости или воздуха, в связи с чем различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Радиатор является теплообменником системы охлаждения, где поступающая из двигателя жидкость передаст теплоту потоку воздуха.

установка расширительного бачка,

доработка пробки радиатора

Пробка заливной горловины в закрытых системах жидкостного охлажде­ния имеет два предохранительных клапана с уплотнительными резиновы­ми прокладками и пружинами. Паровой клапан регулируют на избыточное давление (0,145—0,160 МПа), воздушный клапан открывается при падении давленияв системе против атмосферного не более чем на 0,01 МПа.

При нормальном функционировании клапанов система охлаждения только кратковременно может сообщаться с окружающей средой или поло­стью расширительного бачка.

Жалюзи устанавливаются перед радиатором, с их помощью регулирует­ся количество воздуха, проходящего через сердцевину радиатора. Жалюзи изготовляются в виде набора вертикальных иди горизонтальных пластин — створок из оцинкованного железа, которые объединены общей рамкой и снабжены шарнирным устройством, обеспечивающим одновременный или групповой поворот их вокруг своей оси. Жалюзи прикрепляют к каркасу радиатора или к его наружной облицовке. Управление створками осущест­вляется вручную или с помощью устройства с термостатом.

Жидкостной насос создаст в системе охлаждения принудительную цир­куляцию жидкости. Применяют одноступенчатые жидкостные насосы цен­тробежного типа. Привод насоса, как правило, работает от шкива коленча­того вала посредством клиноременной передачи.

Жидкостной насос состоит из корпуса, вала привода с крыльчаткой, ступицы для крепления шкива привода, самоподжимной уплотняющей манжеты, двух латунных обойм, резиновой манжеты» уплотняющей шайбы ипружинного кольца. Вал насоса вращается на двух шарикоподшипниках.

Центробежные насосы одноступенчатого типа, рассчитанные на давле­ние и 0,04 —0,1 МПа, отличаются компактностью и обеспечивают доста­точную подачу жидкости при сравнительно больших зазорах между крыль­чаткой и стенками корпуса.

неисправности системы охлаждения

Воздушное

Существуют еще воздушные системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, которое тоже имеет датчик. Данная система, правда, утратила свою популярность уже давно. Такой вид был востребован в шестидесятых годах прошлого столетия.

Самые известные автомобили с воздушным охлаждением считаются Порше. На автомобили этой марки, благодаря мыслям Фердинанда Порше, устанавливались самые мощные двигатели того времени с воздушным охлаждением и датчиком температуры.

Долгое время с воздушной системой охлаждения производился автомобиль Porsche 911. В СССР тоже производили автомобили с таким принципом снижения температуры двигателя. Запорожский автомобильный завод за все время существования СССР производил автомобили с таким видом снижения температуры.

Сегодня такой вид не популярен за счет того, что сегодня все больше автомобилей оснащены двигателем спереди. Такой двигатель устанавливается поперечно, что позволяет установить радиатор. При этом расположении трудно правильно настроить воздушное охлаждение и проще установить радиатор воздушного охлаждения.

Принцип работы устроен на том, что главный вентилятор подает в систему нужное количество воздуха, которым охлаждается двигатель. По причине того, что блок цилиндров и голова нагреваются больше чем остальные узлы и механизмы, на них направлена основная часть охлажденного воздуха. Циркуляция воздуха в этой системе регулируется термостатом и специальными заслонками в автоматическом режиме.

На просторах Интернета можно подробно рассмотреть схему и более детально понять весь принцип работы такого охлаждения. На схемах в Интернете показаны и подписаны все устройства, которые входят в состав всей магистрали охлаждения.

Несмотря на то, что система утратила свою популярность, она имеет ряд преимуществ. Главным из них считается простота конструкции, также снижена масса двигателя автомобиля, и упрощен запуск холодного двигателя. Недостатки здесь тоже есть.

Главным минусом является громкость и увеличение объема двигателя. Такой вид охлаждения имеет много требований к эксплуатации автомобиля. Требования предъявляются к топливу, оно должно быть хорошего качество, иначе перегрева не избежать. Все смазочные материалы и запасные части также должны быть качественными, дело в том, что такой вид снижения температуры работает в экстремальном режиме постоянно. Помимо всего этого нужно следить за чистотой в моторном отсеке, даже небольшой слой грязи на двигателе автомобиля приведет к перегреву.

Устройство автомобилей

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался во время работы, поскольку и перегрев и переохлаждение вредны двигателю.

Сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается выделением значительного количества теплоты. Если двигатель не охлаждать, или охлаждать недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, а это уменьшает их прочность, вызывает значительные тепловые деформации и изменение размеров, ухудшает свойства и снижает вязкость масла смазочной системы, отрицательно сказывается на наполнении цилиндров горючей смесью, вызывает интенсивное отложение нагара на деталях.
Все это может привести к снижению эффективности работы двигателя и даже его отказу из-за потери работоспособности отдельных деталей, агрегатов и узлов.

Переохлаждение двигателя тоже крайне нежелательно. Оно сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания (особенно в дизелях), следствием чего являются повышенный расход топлива, снижение эффективности работы двигателя, интенсивный коррозийный износ деталей из-за отложения конденсата, и увеличение выброса в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива.

Оптимальным для работы двигателя внутреннего сгорания является узкий температурный диапазон, который, например, у двигателей с жидкостной системой охлаждения, характеризуется температурой охлаждающей жидкости 85. 95 ˚С.

Требования к системе охлаждения

В связи с основным назначением, к системе охлаждения двигателя предъявляются следующие требования:

• автоматическое поддержание оптимального теплового режима в двигателе, независимо от режима его работы и внешних условий;
• надежная работа в условиях повышенных вибраций;
• малые габариты, масса и металлоемкость;
• технологичность и удобство в техническом обслуживании;
• быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры;
• длительное сохранение теплоты после остановки двигателя;
• малые энергетические затраты на функционирование (затраты энергии двигателя, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения);
• экологическая безопасность и минимальное коррозийное воздействие применяемых теплообменных материалов на детали двигателя.

Способы охлаждения двигателя

Отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется при помощи различных способов – применением принудительной системы охлаждения, охлаждением маслом смазочной системы, теплообменом с более массивными сопрягаемыми деталями, работающими в благоприятном температурном режиме, рассеиванием теплоты с рабочих поверхностей перегретых деталей и т. п.

Очевидно, что естественного теплообмена с перегретыми деталями двигателя недостаточно, чтобы поддерживать их оптимальную температуру в рабочем режиме, поэтому в современных двигателях применяется принудительный отвод теплоты от деталей, несмотря на то, что это связано с увеличением энергетических затрат и тепловых потерь рабочего цикла двигателя.
Принудительное охлаждение осуществляется с помощью жидкости или воздуха, поэтому различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Преимущества и недостатки систем охлаждения

Каждый из способов принудительного охлаждения имеет свои преимущества и недостатки.
Воздушная система охлаждения проста в эксплуатации, однако не может полностью обеспечить нормального теплового состояния деталей двигателя из-за неравномерности их охлаждения. Возникает необходимость использования принудительного направления движения воздуха в сочетании с оребрением двигателей, что приводит к увеличению уровня шума при работе двигателя, снижению его мощности, а также удорожанию деталей.

Теплопроводность жидких теплоносителей в 20…25 раз выше, чем у воздуха, поэтому жидкостная система охлаждения обеспечивает более эффективный теплоотвод и создает равномерное температурное поле охлаждения. Такая система охлаждения более инерционна — двигатель медленно прогревается, но и медленнее охлаждается.
Однако жидкостная система сложнее устроена, содержит в своей конструкции дорогостоящие узлы и детали для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости и теплообмена с внешней средой (радиатор).
Кроме того жидкостная система включает различные трубопроводы (патрубки, трубки), каналы и полости в охлаждаемых деталях для подвода и циркуляции жидкости, которые могут давать течь, снижая надежность и повышая стоимость двигателя в целом.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур в жидкостной системе охлаждения приходится применять специальные низкозамерзающие жидкости, имеющие достаточно высокую стоимость, что тоже отрицательно сказывается на экономических показателях.
Кроме того, применяемые в современных двигателях низкозамерзающие жидкости имеют более низкую теплопроводность, по сравнению с обычной водой, уменьшая тем самым основное преимущество жидкостной системы охлаждения перед воздушной.

Тем не менее, несмотря на перечисленные недостатки, в двигателях современных автомобилей наибольшее распространение получило жидкостное охлаждение, как более полно удовлетворяющее требованиям, перечисленным выше. Несмотря на сложность конструкции и связанные с этим удорожание и снижение надежности, жидкостная система охлаждения обеспечивает надежное поддержание рабочей температуры двигателя в заданных интервалах, и способна автоматически поддерживать ее в широком диапазоне нагрузочных режимов.

Замена жидкости и промывка

Хладагент меняют примерно раз в 2 года (или через каждые 45 000 километров пробега). Для этого сначала необходимо слить жидкость, для чего нужно:

• ослабить пробку, находящуюся в расширительном бачке;
• открыть кран, расположенный в радиаторе, предварительно подставив под него емкость для сбора охладителя.

При сливе лучше обеспечит наклон авто вперед, чуть приподняв его заднюю часть. Так хладагент будет вытекать гораздо быстрее. Наклон обеспечивают путем установки небольших брусочков под задние колеса или с помощью домкрата.

После требуется промыть систему. Для этого надо выполнить следующие действия:

• залить в систему дистиллированную воду (в идеале – чуть подкисленную лимонной или уксусной кислотой);
• запустить мотор и дать ему поработать некоторое время (не больше 20 минут в общей сложности);
• заглушить двигатель и слить воду описанным выше способом.

Зачем нужна промывка? Дело в том, что в результате коррозии, а также наличия в охладителе специальных примесей на патрубках узла образуется налет, который существенно затрудняет их проходимость. В результате отъем тепла от цилиндрогруппы и его перенос на радиатор становятся куда менее эффективными. Для очистки можно использовать не только воду, но и специальные составы, которые можно приобрести в автомобильных магазинах. Однако следует учитывать, что это обойдется гораздо дороже. Впрочем, результат очистки будет гораздо лучше.

Затем необходимо заправить новый хладагент. Это делают через расширительный бачок, предварительно отсоединив его с посадочного места и освободив одно из отверстий. Когда заправка завершена, бачок устанавливают на прежнее место и на некоторое время запускают мотор. Это необходимо для того, чтобы охладитель равномерно разошелся по системе. После заправки обязательно нужно проверить уровень хладагента и убедится в отсутствии подтеканий.

О ремонте и обслуживании

Для эксплуатации данных двигателей владелец должен немного понимать принцип работы системы и знать, где находится датчик температуры двигателя. В остальном, это надежная охлаждающая система, аналогов по простоте устройства которой нет. Не нужно раз в два года менять антифриз, не нужно использовать герметик для устранения течей, периодически менять помпу. И таких «не нужно» достаточно много.