Принцип работы системы охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя

Устройство системы охлаждения

Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ).

Радиатор состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые.

Виды сердцевин радиаторов

Расширительный бачок

Есть несколько способов охлаждения двигателя, от применения которого зависит тип используемой системы охлаждения. Различают жидкостную, воздушную и комбинированную системы. Жидкостная — отводит от двигателя тепло при помощи потока жидкости, а воздушная — потока воздуха. В комбинированной системе оба этих способа объединены.

Чаще других в автомобилях используется жидкостная система охлаждения. Она равномерно и достаточно эффективно охлаждает детали двигателя и работает с меньшим шумом, чем воздушная. Основываясь на популярности жидкостной системы, именно на её примере и будет рассмотрен принцип действия систем охлаждения двигателя автомобиля в целом.

Схема системы охлаждения двигателя

На фотографии схема системы охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ 2110 с карбюратором и ВАЗ 2111 с инжектором (оборудование для впрыска топлива).Для бензинового и дизельного двигателей применяются схожие конструкции систем охлаждения. Их стандартный набор элементов следующий:

1. обычный, масляный радиатор и радиатор охлаждающей жидкости;
2. вентилятор радиатора;
3. центробежный насос;
4. термостат;
5. теплообменник отопителя;
6. расширительный бачок;
7. рубашка охлаждения двигателя;
8. система управления.

Рассмотрим каждый из этих элементов по отдельности:

1. Радиаторы.

1. В обычном радиаторе нагретая жидкость охлаждается встречным потоком воздуха. Чтобы повысить его эффективность, в конструкции используется специальное устройство трубчатого вида.
2. Масляный радиатор предназначен для уменьшения температуры масла системы смазки.
3. Для охлаждения отработавших газов системы их рециркуляции задействуют третий вид радиаторов. Он позволяет охлаждать топливно-воздушную смесь при её сгорании, благодаря чему меньше образовывается оксидов азота. Дополнительный радиатор снабжен отдельным насосом, который также включен в систему охлаждения.

2. Вентилятор радиатора. Для повышения эффективности работы радиатора в нём используется вентилятор, который может иметь различный приводной механизм:

• гидравлический;
• механический (соединен на постоянной основе с коленчатым валом мотора автомобиля);
• электрический (работает от тока аккумулятора).

Наиболее распространен электрический вид вентиляторов, управление которым осуществляется в достаточно широких пределах.

3. Центробежный насос. При помощи насоса в системе охлаждения обеспечивается циркуляция её жидкости. Центробежный насос может быть оснащен различным типом привода, например, ременным или же шестеренным. У двигателей с турбонаддувом помимо основного может быть использован дополнительный центробежный насос для более эффективного охлаждения турбокомпрессора и наддувочного воздуха. Для управления работой насосов используется блок управления двигателем.

4. Термостат. При помощи термостата осуществляется регулировка количества жидкости, попадающей в радиатор. Устанавливается термостат в патрубке, ведущем к радиатору от рубашки охлаждения мотора. Благодаря термостату можно управлять температурным режимом системы охлаждения.

В автомобилях с мощным двигателем может быть использован термостат несколько иного вида — с электрическим подогревом. Он способен обеспечить регулирование температурного режима жидкости системы в двухступенчатом диапазоне при трех рабочих положениях.

В открытом состоянии такой термостат находится во время максимальной работы двигателя. При этом температура охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, понижается до 90 °С, благодаря чему снижается вероятность детонации двигателя. В остальных двух рабочих положениях термостата (открытое и полуоткрытое) температура жидкости будет поддерживаться на отметке 105 °С.

5. Теплообменник отопителя. Поступающий в теплообменник воздух нагревается для последующего его использования в отопительной системе автомобиля. Для повышения эффективности работы теплообменника его размещают непосредственно на выходе охлаждающей жидкости, прошедшей через двигатель и имеющей высокую температуру.

6. Расширительный бачок. Вследствие изменения температуры охлаждающей жидкости меняется и её объем. Чтобы компенсировать его, в систему охлаждения встраивается расширительный бачок, поддерживающий объем жидкости в системе на одном уровне.

7. Рубашка охлаждения двигателя. В конструкции такая рубашка представляет собой каналы для жидкости, проходящие через головку блока двигателя и блок цилиндров.

8. Система управления. В качестве элементов управления системы охлаждения двигателя в ней могут быть представлены следующие устройства:

1. Температурный датчик циркулирующей жидкости. Датчик температуры преобразует величину температуры в соответствующую величину электрического сигнала, который подается на блок управления. В тех случаях, когда система охлаждения используется для охлаждения отработавших газов или в других задачах, в ней может быть установлен ещё один температурный датчик, устанавливаемый на выходе радиатора.
2. Блок управления на электронной основе. Получая от датчика температуры электрические сигналы, блок управления автоматически реагирует и выполняет соответствующие воздействия на другие исполнительные элементы системы. Обычно, блок управления имеет программное обеспечение, выполняющее всю функции по автоматизации процесса обработки сигналов и настройки работы системы охлаждения.
3. Также, в системе управления могут быть задействованы следующие устройства и элементы: реле охлаждения мотора после его остановки, реле вспомогательного насоса, термостатный нагреватель, управляющий блок радиаторного вентилятора.

Принцип работы системы охлаждения двигателя в действии

Налаженная работа охлаждения обусловлена наличием системы управления.

В автомобилях с современными двигателями её действия основаны на математической модели, в которой учтены различные показатели параметров системы:

• температура смазочного масла;
• температура жидкости, используемой для охлаждения двигателя;
• температура наружной среды;
• другие важные показатели, влияющие на работу системы.

Система управления, оценивая различные параметры и их влияние на работу системы, компенсирует их влияние регулированием условий работы управляемых элементов.

С помощью центробежного насоса осуществляется принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Проходя через рубашку охлаждения жидкость нагревается, а попав в радиатор — остывает. Нагревая жидкость, сами детали двигателя остывают. В рубашке охлаждения жидкость может циркулировать как в продольном (по линии цилиндров), так и в поперечном направлении (от одного коллектора к другому).

От температуры охлаждающей жидкости зависит круг ее циркуляции. Во время запуска двигателя он сам и охлаждающая жидкость холодные, и чтобы ускорить его нагрев жидкость направляется на малый круг циркуляции, минуя радиатор. В дальнейшем, при нагревании двигателя, термостат нагревается и меняет свое рабочее положение на полуоткрытое. Вследствие этого охлаждающая жидкость начинает течь через радиатор.

Если встречного потока воздуха радиатора недостаточно для понижения температуры жидкости до требуемого значения, включается вентилятор, образующий дополнительный поток воздуха. Охлажденная жидкость вновь попадает в рубашку охлаждения и цикл повторяется.

Если в автомобиле используется турбонаддув, то он может быть оснащен двухконтурной системой охлаждения. Первый её контур охлаждает сам двигатель, а второй — наддувочный поток воздуха.

Смотрите познавательное видео про принцип работы системы охлаждения двигателя.

Виды систем охлаждения

Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.

Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки

Устройство воздушной системы охлаждения двигателя

В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная.

Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.

Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это вся конструкция воздушной системы.

На автотранспорте воздушная система практически не используется, потому что:

• невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
• чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
• во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
• невозможно организовать обогрев салона.

Видео: Система охлаждения двигателя. Устройство и принцип работы

Жидкостная система охлаждения

Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.

В ее состав входит:

1. Рубашка охлаждения
2. Водяной насос
3. Термостат
4. Радиаторы
5. Соединяющие патрубки
6. Вентилятор

При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – антифриз, при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.

1. Рубашка охлаждения

Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.

2. Помпа

Так выглядит водяная помпа

В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.

Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.

3. Радиатор

При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть двигатель быстро бы перегревался. Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен радиатор.

Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними. Чтобы обеспечить лучший теплообмен, радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь). Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.

Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.

Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и отопление салона. Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.

4. Термостат

Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.

Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.

Устройство и принцип работы термостата

Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем антифриза или тосола увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.

Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).

Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.

Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.

5. Вентилятор, датчики

Принцип работы вентилятора системы охлаждения

Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.

Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.

Дополнительно в конструкцию входит также температурный датчик, который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».

Как работает система охлаждения автомобильного двигателя?

Автомобильный двигатель выделяет много тепла во время движения и должен постоянно охлаждаться, чтобы избежать перегрева и повреждения. Чтобы понять как работает охлаждительная система в машине, необходимо знать все основные ее компоненты.

Система охлаждения автомобиля — это сеть компонентов, которая отводит тепло от работающего двигателя. Современные автомобили достигают этого, используя жидкую охлаждающую жидкость и воду, циркулирующие по всей системе, предназначенные для отвода тепла от двигателя.

Из чего состоит охлаждающая система мотора?

• Радиатор,
• Верхний шланг радиатора,Нижний шланг радиатора,
• Помпа,
• Термостат,
• Электрический вентилятор,
• Термо-таймер,
• Радиатор.

Радиатор является наиболее важной частью механизма охлаждения. Охлаждающая смесь, прошедшая через двигатель, прокачивается через трубки радиатора и охлаждается в течение следующего цикла.

Шланги радиатора

Система охлаждения мотора имеет несколько резиновых шлангов, которые перемещают жидкость из одного места в другое. Эти шланги радиатора необходимо заменить, прежде чем они станут хрупкими и треснутыми.

Помпа

Водяной насос прокачивает охлаждающую жидкость через систему. В большинстве двигателей насос оснащен ременным приводом, за исключением некоторых гоночных автомобилей, которые используют электрические водяные насосы.

Термостат

Автомобильный двигатель не всегда поддерживает одинаковую температуру и его запуск в холодную погоду занял бы целую вечность, если бы он оставался при одинаковой температуре. Термостат контролирует поток охлаждающей жидкости через систему охлаждения, а охлаждающая жидкость охлаждает двигатель. Термостат действует как клапан, который контролирует поток охлаждающей жидкости. Внутри находится воскообразное вещество, которое размягчается при определенном температурном пороге, открывая клапан и позволяя охлаждающей жидкости свободно течь.

Электрический вентилятор

Современные автомобили имеют вентилятор для основного или дополнительного охлаждения. Если автомобиль движется медленно, чтобы создать достаточный поток воздуха для охлаждения двигателя, вентилятор всасывает воздух через радиатор.

При этом вентилятор может быть механическим (приводится в движение от вращения двигателя) и создавать силу для перемещения воздуха через радиатор в жарких условиях или во время стоянки автомобиля. Система имеет датчик, который определяет повышение температуры антифриза и дает команду вентилятору работать.

Термо-таймер

Это датчик температуры, который сообщает электровентилятору, когда нужно дуть.

Охлаждающая жидкость

Это транспортное средство, которое отводит тепло от двигателя через охладительную систему в атмосферу. Свойства антифриза становятся важными в холодную погоду — ведь если использовать простую воду, она быстро замерзнет, расширится и повредит множество компонентов.

Водяной насос

Этот компонент способствует циркуляции антифриза по всей системе. Чаще всего водяной насос приводится в движение цепью, либо ремнем газораспределительного механизма двигателя), но вместо этого на некоторых автомобилях установлен водяной насос с электронным управлением.

Двигатель

Двигатель имеет несколько внутренних проходов и портов, через которые идет охлаждающая смесьь, поглощая тепло и отводя его. Антифриз выходит из блока цилиндров/головки двигателя через различные шланги, которые переносят охлаждающую жидкость к другим частям системы.

Сердечник нагревателя

Это еще один компонент, имеющий множество мелких ребер, которые рассеивают тепло. Однако это тепло используется для обогрева пассажирского салона (если это необходимо), и поступает в кабину через вентилятор/двигатель вентилятора.

Датчики

Система охлаждения обычно имеет два датчика: датчик температуры антифриза и измеритель уровня охлаждающей жидкости. Датчик температуры контролирует тепло охлаждающей жидкости и обнаруживает перегрев. Измеритель уровня контролирует количество антифриза в системе (если оно падает слишком низко, это может привести к перегреву).

Также система охлаждения также имеет различные трубки, которые помогают переносить охлаждающую жидкость от одного основного компонента к другому с конечной целью поддержания температуры двигателя в безопасном рабочем диапазоне (и предотвращения повреждения двигателя).