Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Помимо главной функции отвода тепла от основных узлов двигателя автомобиля, система охлаждения решает ряд дополнительных задач. Фактически она участвует в работе системы смазки, отопления салона, выхлопа и рециркуляции отработавших газов, турбонаддува и коробки передач. О том, как она устроена, а также в чем заключается принцип работы охлаждающей системы и пойдет речь далее.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:

• Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
• Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
• Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.

Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).

Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС

Наиболее популярной в современных автомобилях является комбинированная система охлаждения двигателя с принудительной циркуляцией воздуха и жидкости. Она состоит из следующих элементов:

• Радиатор системы охлаждения.
• Вентилятор радиатора.
• Малый и большой охлаждающие контуры.
• Рубашка системы охлаждения (система каналов в блоке цилиндров).
• Датчик температуры.
• Термостат.
• Расширительный бачок.
• Насос (помпа).
• Радиатор печки.
• Масляный радиатор (опционально).
• Радиатор системы рециркуляции отработавших газов (опционально).

В момент запуска двигателя насос начинает перекачку жидкости по малому контуру. Когда двигатель нагревается до рабочей температуры, срабатывает термостат и открывает второй (большой) контур охлаждения. Проходя через узлы мотора, охлаждающая жидкость нагревается и расширяется. При увеличении температуры часть жидкости поступает в расширительный бачок. Это позволяет компенсировать излишний объем, независимо от того, какое давление установилось в системе.

Большой и малый круги циркуляции ОЖ

Проходя через участок радиатора системы охлаждения, антифриз вновь остывает и возвращается на новый цикл. Если этот режим снижения температуры оказывается недостаточным, срабатывает температурный датчик, передающий сигнал блоку управления двигателя и запускающий вентилятор воздушного охлаждения. Если и его оказывается недостаточно, на приборную панель (индикатор) поступает сигнал о перегреве двигателя.

Масляный радиатор и радиатор рециркуляции отработавших газов может присутствовать не во всех системах охлаждения. Они необходимы для синхронного снижения температуры смазки и выхлопа, что делает эксплуатацию автомобиля более безопасной и экономичной. В автомобилях с турбонаддувом также может присутствовать еще один охлаждающий контур для снижения температуры воздуха наддува.

Как устроен радиатор охлаждения двигателя

Радиатор системы охлаждения ДВС состоит из следующих элементов:

• Сердцевина. Она может быть трубчатой (вертикальные трубки овального или круглого сечения, объединенные тонкими горизонтальными пластинами), пластинчатой (изогнутые пары пластин, спаянные по краям) и сотовой (спаянные трубки с сечением в виде правильного шестиугольника).
• Верхний бачок. Оснащен заливной горловиной с герметичной пробкой, а также патрубком для установки шланга, подводящего антифриз. В горловине выполнено отверстие для установки пароотводящей трубки. Последняя имеет паровой клапан, который открывается в случае закипания.
• Воздушный клапан. Он необходим для наполнения радиатора воздухом после остановки двигателя. Когда охлаждающая жидкость полностью остывает, без подачи дополнительного объема воздуха в системе может возникнуть сильное разрежение, провоцирующее сдавливание трубок.
• Нижний бачок. Оснащен патрубком для крепления шланга отвода жидкости.
• Крепления.

Принцип работы радиатора основан на многоуровневой циркуляции воздуха в его сердцевине, что делает снижение температуры охлаждающей жидкости, проходящей через него, более интенсивным.

Наиболее эффективными являются радиаторы пластинчатого типа, но они подвержены быстрому загрязнению, а потому самой популярной конструкцией стали трубчатые.

Особенности работы датчика температуры ОЖ

Температурный датчик позволяет контролировать состояние системы. Определить, где находится датчик температуры охлаждающей жидкости просто: как правило, он расположен в канале головки блока цилиндров. Он представляет собой терморезистор в герметичном корпусе, который может быть изготовлен из бронзы, пластика и латуни. На корпусе имеется резьба для установки в канал.

Принцип работы датчика основан на следующем эффекте: при повышении температуры сопротивление чувствительного элемента снижается, а при ее уменьшении увеличивается. Показатель сопротивления передается на электронный блок управления двигателем. Чтобы при этом данные состояния охлаждающей жидкости были точными, датчик должен быть полностью погружен в нее. При температуре 100°C сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости должно быть порядка 177 Ом. С учетом погрешностей измерения допускается показатель сопротивления 190 Ом. Если же отклонения больше допустимых, датчик необходимо заменить.

В некоторых моделях автомобилей может быть предусмотрено два датчика температуры. Один отвечает исключительно за включение вентилятора радиатора, а второй представляет собой датчик указателя текущей температуры охлаждающей жидкости.

Что используют в качестве охлаждающих жидкостей

В роли рабочей жидкости в системах охлаждения изначально применялась дистиллированная или деионизированная вода. Однако для современных двигателей она не обеспечивает нужный диапазон рабочих температур. Помимо этого, она склонна к коррозионной активности в отношении металлов, что снижает срок эксплуатации системы охлаждения. Для устранения этих недостатков в качестве охлаждающей жидкости сегодня применяются составы со специальными присадками (этиленгликоль, ингибиторы коррозии), что повышает характеристики всей системы. Чаще всего используется антифриз, который имеет более низкий порог замерзания.

При возникновении ситуации, когда требуется экстренный долив охлаждающей жидкости, можно использовать обычную чистую воду. Однако для корректной работы системы при первой возможности такой раствор необходимо заменить на качественный антифриз.

Замена охлаждающей жидкости проводится каждые 60-100 тысяч километров пробега. В охлажденном состоянии (при выключенном двигателе) ее количество должно быть на уровне нижнего края патрубка расширительного бачка охлаждающей системы. Для удобства на нем выполнены отметки “Min” и “Max”. Когда количество жидкости ниже минимальной отметки – выполняют долив. Если после работы уровень вновь упал – это свидетельствует о разгерметизации системы.

Значимость системы охлаждения двигателя не вызывает сомнений. А потому стоит регулярно проводить профилактический осмотр ее основных узлов. Это позволит избежать перегрева двигателя и возникновения критических поломок.

Схема системы охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя обеспечивает охлаждения мотора и препятствует перегреву. В этот автомобильный узел входит достаточно много компонентов. Для каждой разновидности мотора, они могут быть разные, но имеют совместное предназначение и конструктивные особенности.

Описание системы охлаждения

Система охлаждения двигателя имеет жидкостный закрытый тип. В неё входит стандартный набор деталей и компонентов. Что же именно входит в этот узел: радиатор, термостат, помпа, патрубки, отопитель и водяная рубашка.

Схема охлаждения двигателя.

Эта система необходима для поддержания рабочей температуры силового агрегата. Циркуляция жидкости производится по двум кругам — малому и большому. Рассмотрим, схему циркулирования ОЖ: водяная рубашка ГБЦ — патрубки — радиатор — водяной насос — термостат. В эту систему может добавляться отопитель.

Схема системы охлаждения

Схема системы охлаждения автомобильного двигателя выглядит следующим образом (рассмотрим на примере Лада Приора):

Расположение элементов системы охлаждения в подкапотном пространстве.

Рис. 1. Расположение элементов системы охлаждения двигателя Лада Приора ВАЗ 2170:
1 — расширительный бачок; 2 — шланги отопителя; 3 — термостат; 4 — датчик указателя температуры охлаждающей жидкости (на фото не виден, расположен под термостатом); 5 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 — шланги радиатора; 7 — пробка сливного отверстия радиатора;
8 — пробка сливного отверстия блока цилиндров; 9 — шланги подогрева дроссельного узла

Основные элементы системы охлаждения. Радиатор, расширительный бачок, помпа.

Рис. 2. Система охлаждения двигателя Лада Приора ВАЗ 2170:
1 — расширительный бачок; 2 — пробка расширительного бачка; 3 — отводящий шланг радиатора; 4 — радиатор системы охлаждения двигателя; 5 — датчик температуры охлаждающей жидкости системы управления двигателем; 6 — подводящий шланг радиатора; 7 — термостат; 8 — датчик указателя температура охлаждающей жидкости; 9 — прокладка термостата; 10 — головка блока цилиндров; 11 — прокладка водяного насоса; 12 — водяной насос; 13 — прокладка подводящей трубы; 14 — подводящая труба водяного насоса; 15 — заправочный шланг; 16 — шланг от термостата к подводящей трубке водяного насоса

Радиатор и электровентилятор.

Рис. 3. Радиатор с электровентилятором и расширительный бачок Лада Приора ВАЗ 2170:
1 — расширительный бачок; 2 — пароотводящий шланг радиатора отопителя; 3 — пароотводящий шланг радиатора системы охлаждения; 4 — радиатор; 5 — сливная пробка; 6 — уплотнительное кольцо сливной пробки; 7 — подушка опоры радиатора; 8 — кожух электровентилятора; 9 — упругая втулка;
10 — дистанционная втулка; 11 — шайба; 12 — шайба пружинная; 13 — гайка; 14 — болт; 15 — электровентилятор; 16 — пробка расширительного бачка

Детали и узлы системы

Схема устройства охлаждения двигателя достаточно простая и присущая всем версиям. Охлаждающая жидкость циркулирует по кругам — большому и малому. Рассмотрим, детали узла «охлаждайки» более детальнее.

Радиатор и вентилятор

Радиатор и электровентилятор обеспечивают постоянную температуру мотора в пределах 87-103 (в некоторых случаях до 110) градуса Цельсия, чтобы двигатель не перегрелся. На первых моделях двигателя устанавливался трёхрядный охладитель медной конструкции.

Радиатор системы охлаждения.

Медные радиаторы широко распространены на отечественных Волгах, УАЗах и грузовиках, выпущенных в эпоху СССР. Но, после неудачных испытаний, конструкторами было принято решение сменить радиатор на трёхрядный алюминиевый.

Вентилятор бывает двух типов — электрический (устанавливается на все современные автомобили) и принудительного действия (на старых Волгах, ВАЗах и других машинах). Механический вентилятор приводится в действие при помощи коленчатого вала, на котором установлены лопасти. Именно они обеспечивают постоянное охлаждение радиатора.

Вентилятор принудительного действия.

Электровентилятор включается при помощи блока управления, который регулирует температуру мотора при помощи датчика температуры охлаждающей жидкости. Данные о температурном режиме считываются с рубашки охлаждения и подаются на ЭБУ, который включает и выключает основной вентилятор.

Неисправность вентилятора и радиатора охлаждения ведут к плохой циркуляции, и недостаточном охлаждении системы. При этом мотор может перегреваться. Если в паре с этим ещё и неисправен термостат, то это приведёт к перегреву мотора, что потянет более серьёзные неполадки.

Термостат

Обеспечивает перевод потоков охлаждающей жидкости с малого на большой круг, и наоборот. Так, открывается термостат при температурном диапазоне в 60-70 градусов. Это одна из самых важных деталей мотора, поскольку именно она регулирует эффективный и быстрый прогрев движка, а также нормальную работу системы ОЖ.

При прогреве мотора термостат находится в закрытом положении и циркуляция ОЖ обеспечивается по малому кругу без участия радиатора. После открытия термостата жидкость начинает гоняться по большому кругу, что обеспечивает эффективное охлаждение благодаря радиатору.

Неисправность термостата приводит к тому, что двигатель начинает греться, поскольку он находится в закрытом состоянии и зачастую, эта неисправность сопровождается частым включением электровентилятора. Смена термостата проводится легко, для этого просто необходимо слить ОЖ до уровня ниже детали и открутить корпус. Под корпусом находится изделие. При замене стоит менять и уплотнительную резинку.

Водяной насос или помпа

Водяной насос или помпа служит для обеспечения циркуляции ОЖ по всей системе. Неисправность данного элемента приводит к потере жидкости и перегреву силового агрегата. Обычно износ подшипников внутри изделия приводит к заклиниванию, из-за чего из-под водяного насоса начинается течь.

Отопитель

Одним из неотъемлемых элементов системы охлаждения является система отопителя. Она включает в себя входящий и выходящий патрубок, радиатор и электровентилятор. В зимнее время активно эксплуатируется, чем дополнительно охлаждает движок.

Расширительный бачок и пробка

В расширительный бачок вытесняются газы и пары, которые образуются вследствие эксплуатации системы. Там, этот элемент служить также уровнем ОЖ в системе. Через пробку вытесняется воздух, а также горячая «охлаждайка» при перегреве силового агрегата.

Патрубки

Патрубки — промежуточные элементы, через которые циркулирует охлаждающая жидкость, а также соединяются разные элементы системы. Неисправность данных деталей может привести к потере жидкости, что может значительно снизить уровень в движке. Обычно, в зависимости от пробега и местности эксплуатации данные детали рекомендуется менять один раз на 100 000 км пробега.

Датчик температуры

Датчик температуры охлаждения считывает данные о температурном режиме и передаёт их в электронный блок управления, который проводит регулировке температуры. Устанавливается он на термостате.

Датчик температуры ОЖ.

Неисправность элемента может привести к тому, что мотор будет перегреваться, поскольку электровентилятор не будет включаться. Особенно это опасно в летний период. Также, проблемы с датчиком могут послужить ряду других проблем связанных с мотором.

Водяная рубашка

Водяная рубашка охлаждения находится внутри блока цилиндров и головки блока. Она обеспечивает вывод тепла с этих элементов, которые нагреваются в процессе эксплуатации. Так, при помощи водяного насоса и патрубков жидкость двигается в радиатор, где собственно и происходит охлаждение, а затем возвращается для поглощения нового тепла.

Вывод

Система охлаждения автомобильного двигателя достаточно простая. Что касается неисправностей и ремонта, то они характерны и типичны для всех силовых агрегатов. Многие автолюбители, как показывает практика, проводят ремонтно-восстановительные работы самостоятельно.