Система охлаждения двигателя в автомобиле: устройство и принцип работы

Назначение и характеристика

Система охлаждения представляет собой комплекс устройств, осуществляющих управляемый принудительный отбор и передачу тепла от деталей двигателя в окружающую среду.

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимальной температуры для максимальной мощности, экономичности и длительного срока службы двигателя.

При сгорании рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2500 °С, а в среднем при работающем двигателе составляет 800…900 °С. Поэтому детали двигателя сильно нагреваются и, если их не охладить, мощность и КПД двигателя снизятся, возрастет износ деталей и может произойти выход двигателя из строя.

При чрезмерном охлаждении двигатель также теряет мощность, ухудшается его экономичность и увеличивается износ.

Для принудительного и регулируемого отвода тепла в автомобильных двигателях применяют два типа систем охлаждения (рис. 1). Тип системы охлаждения определяется охлаждающей жидкостью (рабочим телом), используемой для охлаждения двигателя.

Рисунок 1 – Типы систем охлаждения

Применение различных систем охлаждения в двигателях зависит от типа и назначения двигателя, его мощности и класса автомобиля.

Функции системы охлаждения двигателя автомобиля

Помимо основной функции в виде отвода тепла от двигателя, система охлаждения двигателя (сокращенно СОД) выполняет и другие задачи:

• Охлаждение смазочных жидкостей в автоматических коробках передач;
• Охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
• Воздушное охлаждение в системе турбонаддува;
• Охлаждение систем смазки двигателя;
• Подогрев воздуха в системе отопления и кондиционирования.

Выход из строя или низкая эффективность системы охлаждения приводит к повышенному износу и выходу из строя деталей двигателя. Рабочая температура современных бензиновых двигателей составляет от 100 до 120°С (или от 70 до 90°С для дизельных двигателей), а с учетом современных облегченных конструкций двигателей и повышенной мощности даже кратковременный перегрев гарантирует мгновенный нагрев или очень быстрый выход двигателя из строя. Поэтому правильная работа системы охлаждения в современных автомобилях – залог работоспособности и ресурса силовой установки.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться с помощью охлаждающей жидкости (тосол, охлаждающая жидкость) и циркулирующего воздуха. Исходя из этого, выделяют три типа систем:

• Воздух. Физически это поток воздуха, потому что горячий воздух выбрасывается из моторного отсека в атмосферу. Охлаждение воздуха может быть естественным или принудительным (с помощью вентилятора). Из-за низкого КПД практически не используется как автономная система.
• Жидкость. Это система трубчатых контуров, по которым циркулирует хладагент. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (насосным), термосифонным (за счет разности плотностей нагреваемой и охлаждаемой жидкостей) и комбинированным (охлаждение ГБЦ принудительное, остальные компоненты термосифонные). Такая система более эффективна, чем воздушная, но при определенных условиях эксплуатации (длительный простой при работающем двигателе, высокая температура окружающего воздуха) ее может быть недостаточно для качественного охлаждения.
• Задавать. Он представляет собой использование как воздушных, так и жидкостных контуров продувки.

Системы жидкостного охлаждения также делятся на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой с помощью паровой трубы, а вторые — жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза выше и, следовательно, температура кипения выше. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°С).

Жидкостная система охлаждения

В системе жидкостного охлаждения используются специальные охлаждающие жидкости — антифризы различных марок с температурой загустения -40°С и ниже. Антифриз содержит антикоррозийные и антипенные присадки, препятствующие образованию накипи. Они очень токсичны и требуют осторожного обращения. По сравнению с водой антифризы обладают меньшей теплоемкостью и поэтому менее интенсивно отводят тепло от стенок цилиндров двигателя.

Так, при охлаждении тосолом температура стенок цилиндров на 15…20°С выше, чем при охлаждении водой. Это ускоряет прогрев двигателя и снижает износ цилиндров, но летом может привести к перегреву двигателя.

Оптимальным температурным режимом двигателя с жидкостной системой охлаждения считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в двигателе составляет 80…100 °С на всех режимах работы двигателя.

Это возможно при условии, что с охлаждающей жидкостью в окружающую среду уносится 25…35 % тепла, выделяющегося при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. При этом в бензиновых двигателях количество отводимого тепла больше, чем в дизелях.

На рис. 2 представлена ​​схема распределения тепла, выделяющегося при сгорании топлива в цилиндрах автомобильных двигателей с жидкостной системой охлаждения.

Рисунок 2 – Схема теплораспределения

Из диаграммы следует, что 20…35 % теплоты превращается в механическую работу, 35…40 % теплоты уносится с отходящими газами, 5 % теряется на трение, 25… 35% тепла уносится хладагентом.

По сравнению с воздушно-жидкостной системой охлаждения она более эффективна, менее шумна, обеспечивает более низкую среднюю температуру деталей двигателя, улучшает наполнение цилиндров горючей смесью и облегчает запуск двигателя при отрицательных температурах, а также использование жидкости для подогрева топливной смеси и обогрева салона кузова. Однако в системе возможна утечка охлаждающей жидкости и существует вероятность переохлаждения двигателя зимой.

В автомобильных двигателях наибольшее распространение получила жидкостная система охлаждения.

Воздушная система охлаждения

В воздушной системе охлаждения тепло от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя отводится принудительным потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Для более интенсивного отвода тепла от цилиндров и головок цилиндров они изготавливаются с оребрением. Вентилятор двигателя V-образной формы установлен в развале между цилиндрами и приводится в движение клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Двигатель закрыт сверху, с передней и задней сторон, кожухами, которые направляют потоки воздуха к наиболее горячим частям двигателя. Вентилятор всасывает воздух из внутреннего пространства, ограниченного опусканием цилиндров. Поток воздуха, поступающий снаружи в пространство между развалами цилиндров, проходит между ребрами цилиндров и головками и охлаждает их. В режиме максимальной мощности вентилятор потребляет 8% мощности, развиваемой двигателем.

Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

В рядных двигателях вентиляторы расположены спереди, сбоку или совмещены с маховиком, а в V-образных двигателях обычно располагаются в камере между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются принудительным или всасываемым воздухом через систему охлаждения.

Оптимальным температурным режимом двигателя с воздушным охлаждением считается такой, при котором температура масла в системе смазки двигателя составляет 70…110 °С на всех режимах работы двигателя. Это возможно при условии, что до 35 % тепла, выделяющегося при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, отводится в окружающую среду с охлаждающим воздухом.

Воздушная система охлаждения сокращает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод тепла от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем переохлаждении двигателя двигатель вряд ли. Однако воздушная система охлаждения увеличивает габариты двигателя, создает больший шум при работе двигателя, сложнее в изготовлении, требует применения более качественных горюче-смазочных материалов.

Воздушная система охлаждения имеет ограниченное применение в двигателях.

Комбинированная (гибридная) система охлаждения

По герметичному жидкостному контуру нагнетается жидкость, которая нагревается в рубашке охлаждения двигателя и охлаждается в радиаторе охлаждения. Кроме того, рядом с радиатором установлен вентилятор, который включается, когда температура охлаждающей жидкости превышает заданное значение. Эта система используется в подавляющем большинстве современных автомобилей.

На сегодняшний день в качестве охлаждающей жидкости чаще всего используется антифриз – специальная жидкость на основе этиленгликоля, не замерзающая при низких температурах (в народе называемая «антифриз»). Ранее использовалась водопроводная вода. В СССР широко применялись антифризы марки Тосол, под которыми выпускался ряд технических автомобильных жидкостей. Охлаждающие жидкости этой марки под названиями «Тосол-А» и «Тосол-АМ» были настолько популярны, что слово «антифриз» стало популярным синонимом «тосол».

Принцип охлаждения одинаков для бензиновых и дизельных двигателей. В этой статье мы рассмотрим общую схему, которая актуальна для обоих типов моторов. Порядок элементов может отличаться от автомобиля к автомобилю, но основные узлы, обеспечивающие исправное функционирование системы охлаждения, одни и те же.

Достоинства и недостатки жидкостной системы

Жидкостная система охлаждения двигателя присутствует практически во всех современных автомобилях. Принципиально отличаясь от систем с воздушным охлаждением, он гарантирует:

• равномерный и быстрый прогрев силового агрегата;
• эффективный отвод тепла в любых режимах работы двигателя;
• снижение затрат на электроэнергию;
• устойчивый тепловой режим работы двигателя;
• возможность использования вырабатываемого тепла для нагрева воздуха в салоне и т.д.

Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно выделить:

• необходимость регулярного технического обслуживания и сложность ремонта;
• большая чувствительность к перепадам температуры.

Достоинства и недостатки воздушной системы

Двигатели с принудительным воздушным охлаждением отличаются:

• простота конструкции;
• низкие требования к перепадам температуры окружающей среды;
• легкий вес;
• простое обслуживание.

К недостаткам воздушной системы охлаждения можно отнести:

• большая потеря мощности двигателя, которая расходуется на обеспечение работы вентилятора;
• высокий уровень шума при работе вентилятора;
• недостаточное охлаждение отдельных элементов двигателя из-за неравномерного потока воздуха;
• невозможность использования избыточного тепла для обогрева салона.

Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС

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

• Радиатор системы охлаждения.
• Вентилятор радиатора.
• Малые и большие контуры охлаждения.
• Рубашка системы охлаждения (система каналов в блоке цилиндров).
• Датчик температуры.
• Термостат.
• Расширительный бак.
• Бомба (бомба).
• Радиатор печи.
• Масляный радиатор (опционально).
• Радиатор системы рециркуляции отработавших газов (опция).

В момент запуска двигателя насос начинает прокачивать жидкость по малому контуру. Когда двигатель достигает рабочей температуры, термостат срабатывает и открывает второй (большой) контур охлаждения. Проходя через узлы двигателя, охлаждающая жидкость нагревается и расширяется. При повышении температуры часть жидкости попадает в расширительный бачок. Это позволяет компенсировать лишний объем вне зависимости от того, какое давление установлено в системе.

Большой и малый круги циркуляции теплоносителя

Проходя через радиаторную секцию системы охлаждения, антифриз снова остывает и возвращается к новому циклу. Если этого режима снижения температуры недостаточно, срабатывает датчик температуры, который передает сигнал на блок управления двигателем и включает вентилятор охлаждения воздуха. Если его недостаточно, на приборную панель (датчик) поступает сигнал о перегреве двигателя.

Масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов могут присутствовать не на всех системах охлаждения. Они необходимы для одновременного снижения температуры смазки и выхлопа, что делает эксплуатацию автомобиля более безопасной и экономичной. Автомобили с турбонаддувом также могут иметь другой контур охлаждения для снижения температуры наддувочного воздуха.

Как устроен радиатор охлаждения двигателя

Устройство радиатора системы охлаждения ДВС

Радиатор системы охлаждения ДВС состоит из следующих элементов:

• Центр. Он может быть трубчатым (вертикальные трубы овального или круглого сечения, соединенные между собой тонкими горизонтальными пластинами), пластинчатым (пары изогнутых пластин, сваренных по краям) и сотовым (сварные трубы правильного шестигранного сечения).
• Верхний бак. Оснащен заливной горловиной с герметичной пробкой, а также отводом для установки шланга, подающего антифриз. В горловине делается отверстие для установки патрубка выхода пара. Последний имеет паровой клапан, открывающийся в случае закипания.
• Воздушный клапан. Заполнять радиатор воздухом необходимо после остановки двигателя. При полностью холодном хладагенте, без дополнительной подачи воздуха, в системе может возникнуть сильный вакуум, вызывающий сдавливание трубок.
• Нижний бак. Оснащен патрубком для крепления шланга удаления жидкости.
• Маунты.

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

Пластинчатые радиаторы являются наиболее эффективными, но склонны к быстрому загрязнению, поэтому трубчатые радиаторы стали наиболее популярной конструкцией.

Особенности работы датчика температуры ОЖ

Датчик температуры системы охлаждения

Датчик температуры позволяет следить за состоянием системы. Определить, где находится датчик температуры охлаждающей жидкости, просто: как правило, он находится в канале ГБЦ. Представляет собой термистор 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 уменьшается, а при уменьшении — увеличивается. Показатель сопротивления передается в электронный блок управления двигателем. Для получения точных данных о состоянии охлаждающей жидкости датчик должен быть полностью погружен в охлаждающую жидкость. При температуре 100°С сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости должно быть около 177 Ом. С учетом погрешности измерения допускается номинал сопротивления 190 Ом. Если отклонения более чем допустимые, датчик следует заменить.

Проверить автомобиль на наличие неисправностей, в том числе датчика температуры охлаждающей жидкости, проще всего с помощью автомобильного диагностического сканера. Например, это можно сделать с помощью недорогого мультибрендового устройства Rokodil ScanX.

Мультимарочный сканер Rokodil ScanX

После диагностики автомобиля сканер укажет имеющиеся коды ошибок. В частности, при появлении ошибок P0115 — P0119 причина неисправности будет в самом датчике охлаждающей жидкости, разъеме подключения или проводке. После этого необходимо более подробно рассмотреть причину неисправности. Также с помощью Rokodil ScanX вы можете проверять показания датчиков в режиме реального времени. На «холодном» двигателе его показания должны быть примерно равны температуре окружающей среды, а на горячем — не превышать 150 ˚С.

Некоторые модели автомобилей могут иметь два датчика температуры. Один отвечает исключительно за включение вентилятора радиатора, а второй является датчиком для индикации текущей температуры охлаждающей жидкости.

Что используют в качестве охлаждающих жидкостей

Расширительный бачок системы охлаждения

Дистиллированная или деионизированная вода первоначально использовалась в качестве рабочей жидкости в холодильных системах. Однако для современных двигателей он не обеспечивает необходимого диапазона рабочих температур. Кроме того, он склонен к коррозионной активности по отношению к металлам, что сокращает срок службы системы охлаждения. Для устранения этих недостатков сегодня в качестве охлаждающей жидкости применяют составы со специальными добавками (этиленгликоль, ингибиторы коррозии), улучшающие работу всей системы. Наиболее широко используемый антифриз, имеющий более низкий порог замерзания.

Если возникает ситуация, когда требуется аварийный долив охлаждающей жидкости, можно использовать обычную чистую воду. Однако для корректной работы системы такой раствор необходимо как можно скорее заменить качественным антифризом.

Замена охлаждающей жидкости производится каждые 60-100 тысяч километров. В остывшем состоянии (при выключенном двигателе) его количество должно быть на уровне нижней кромки перепускного патрубка расширительного бачка системы охлаждения. Для удобства сделаны отметки «Min» и «Max». Когда количество жидкости ниже минимальной отметки, залейте. Если после работы уровень снова падает, это свидетельствует о разгерметизации системы.

Важность системы охлаждения двигателя неоспорима. Поэтому стоит регулярно проводить профилактический осмотр основных его узлов. Это предотвратит перегрев двигателя и возникновение критических поломок.

Конструкция и работа жидкостной системы охлаждения

В автомобильных двигателях применяется закрытая (герметичная) жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Внутренняя полость замкнутой системы охлаждения не имеет постоянной связи с окружающей средой, а сообщение осуществляется через специальные клапаны (при определенном давлении или вакууме), расположенные на крышках радиатора или расширительного бачка системы. Теплоноситель в такой системе закипает при 110…120°С. Принудительная циркуляция теплоносителя в системе обеспечивается жидкостным насосом .

Система охлаждения двигателя состоит из рубашки охлаждения головки и блока цилиндров, радиатора, помпы, термостата, вентилятора, расширительного бачка, соединительных патрубков и сливных кранов. Кроме того, в систему охлаждения входит подогреватель днища.

Работа системы

Рис. 3. Система охлаждения двигателя

1, 2, 3, 5, 15, 18 — шланги; 4 — перепускная труба; 6 — бак; 7, 9 — пробки; 8 — рубашка охлаждения; 10 — радиатор; 11 — кожух; 12 — вентилятор; 13, 14 — шкивы; 16 — ремень; 17- бомба; 19 — термостат

При холодном двигателе главный клапан термостата 19 (рис. 3) закрыт и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор 10. При этом жидкость подается насосом 17 в рубашку охлаждения 8 цилиндра блок двигателя и головка блока цилиндров. Из ГБЦ по шлангу 3 жидкость поступает на клапан дополнительного термостата и снова поступает в насос. Благодаря циркуляции этой части жидкости двигатель быстро нагревается. При этом меньшая часть жидкости поступает из головки блока цилиндров в нагреватель (рубашку) во впускной трубе двигателя и, при открытом кране, в нагреватель внутри корпуса.

Когда двигатель прогрет, дополнительный клапан термостата закрыт, а основной клапан открыт. В этом случае большая часть жидкости ГБЦ поступает в радиатор, охлаждается, а затем поступает в насос через открытый главный термостатический клапан. Меньшая часть жидкости, как и при холодном двигателе, циркулирует через подогреватель впускной трубы двигателя и подогреватель днища. В определенном диапазоне температур основной и дополнительный термостатические вентили открыты одновременно, и хладагент циркулирует при этом в двух направлениях (циркуляционных кругах).

Количество циркулирующей жидкости в каждом круге зависит от степени открытия клапанов термостата, что обеспечивает автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя. Расширительный бачок 6, заполненный охлаждающей жидкостью, сообщается с атмосферой через резиновый вентиль, установленный на крышке 7 бачка. Бачок соединен шлангом с заливной горловиной радиатора, имеющей пробку 9 с вентилями. Резервуар компенсирует изменения объема хладагента, и в системе поддерживается постоянный объем циркулирующей жидкости.

Для слива охлаждающей жидкости из системы охлаждения предусмотрено два сливных отверстия с резьбовыми пробками, одно из которых расположено в нижнем бачке радиатора, а другое — в блоке цилиндров. Температура жидкости в системе контролируется индикатором, датчик которого установлен в головке блока цилиндров двигателя.

Рубашка охлаждения

Рубашка охлаждения представляет собой специальную систему каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которым движется жидкость. Если рассматривать все просто, то выглядит это так: есть блок, в котором установлены цилиндры, а также основные узлы и механизмы. Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить близко к узлам, установленным в блоке и головке, что обеспечивает отвод от них тепла.

Помпа

Как водяная помпа

На рубашке охлаждения установлен водяной насос. Он состоит из ведущей шестерни (шкива) и рабочего колеса, которое размещено внутри втулки, посаженной на вал. Его привод осуществляется от коленчатого вала посредством ремня.

Это водяной насос, который обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет жидкость двигаться по каналам втулки.

Жидкостный насос

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. В автомобильных двигателях применяются лопастные насосы центробежного типа (рис. 4).

Рисунок 4 – Жидкостный насос (а) и мотор-вентилятор (б

1 — рабочее колесо; 2 — корпус; 3 — окно; 4 — крышка; 5 — подшипник; 6 — ось; 7 — куб; 8 — винт; 9 — уплотнительное устройство; 10 — перепускной патрубок; 11, 13,14 — шкивы; 12 — ремень; 15 — вентилятор; 16 — перекрытие; 17 — болт

Вал насоса 6 установлен в крышке 4, отлитой из алюминиевого сплава в двухрядном неразборном подшипнике 5. Подшипник установлен и закреплен в крышке стопорным винтом 8. На одном конце вала установлена ​​литая запрессована железная крыльчатка 1, а на другом конце — ступица 7 и шкив 11 вентилятора 15. При вращении вала насоса теплоноситель по патрубку 10 поступает в центр крыльчатки, захватывается ее лопастями, под действием центробежной силы выбрасывается в корпус насоса 2 и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. Уплотнительное устройство 9, состоящее из самозажимной втулки и графитокомпозитного кольца, установленное на валу насоса.

Насос и вентилятор приводятся клиновым ремнем 12 от шкива 13, установленного на переднем конце коленчатого вала двигателя. С помощью этого ремня вращается и шкив генератора 14. Надлежащее натяжение ремня обеспечивает правильную работу насоса и вентилятора.

Натяжение ремня регулируется перемещением генератора от двигателя (как показано стрелкой на рис. 4(а)). Корпус насоса 2, отлитый из алюминиевого сплава, крепится к фланцу блока цилиндров перед двигателем.

Жидкостный насос с приводом от зубчатого ремня

Рассмотрим насосное устройство с приводом от зубчатого ремня (рис. 5).

Рис. 5. Жидкостный насос двигателя

1 — шкив; 2 — винт; 3 — подшипник; 4 — ось; 5 — корпус; 6 — уплотнительное устройство; 7 — отверстие; 8 — рабочее колесо

Вал насоса 4 установлен в корпусе из алюминиевого сплава 5 в неразборном двухрядном шарикоподшипнике 3. Подшипник застопорен в корпусе винтом 2 и уплотнен специальным приспособлением 6, в состав которого входит графитовое композитное кольцо и рукав. На переднем конце вала запрессован зубчатый шкив 1 из спеченного материала, а на заднем конце — рабочее колесо 8. В рабочем колесе выполнены два сквозных отверстия 7, которые соединяют полости с теплоносителем, расположенные по обе стороны от крыльчатка Благодаря этим отверстиям давление теплоносителя в крыльчатке выравнивается с обеих сторон, что исключает осевые нагрузки на вал насоса во время работы.

Вал насоса приводится через шкив 1 зубчатым ремнем привода распределительного вала от коленчатого вала. При вращении вала жидкость поступает в центр рабочего колеса и под действием центробежной силы направляется в рубашку охлаждения двигателя. Насос соединяется корпусом с блоком двигателя через прокладку.

Термостат

Термостат способствует ускорению прогрева двигателя и регулирует в определенных пределах количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор. Термостат представляет собой автоматический клапан. В автомобильных двигателях применяются неразборные двухклапанные термостаты с твердой начинкой.

Рисунок 6 – Термостат

1, 6, 11 — ответвления; 2, 8 — клапаны; 3, 7 — пружины; 4 — глобус; 5 — диафрагма; 9 — штоки; 10 — прокладка

Термостат (рис. 6) имеет два входных патрубка 1 и 11, один выходной патрубок 6, два вентиля (основной 8, дополнительный 2) и чувствительный элемент. Термостат установлен напротив входа насоса охлаждающей жидкости и соединен патрубком 6. По патрубку 1 термостат соединен с головкой блока цилиндров двигателя, а по патрубку 11 — с днищем бачка радиатора.

Чувствительный элемент термостата состоит из цилиндра 4, резиновой диафрагмы 5 и стержня 9. Внутри цилиндра, между его стенкой и резиновой диафрагмой, находится твердый наполнитель 10 (мелкокристаллический воск), обладающий высоким коэффициентом расширение объема.

Главный клапан 8 подпружиненного термостата 7 начинает открываться, когда температура охлаждающей жидкости превышает 80 °С. При температуре ниже 80°С основной клапан перекрывает выход жидкости радиатора и она поступает от двигателя к насосу, проходя через открытый дополнительный клапан 2 подпружиненного термостата 3.

При температуре охлаждающей жидкости выше 80°С твердый наполнитель вплавляется в чувствительный элемент и его объем увеличивается. В результате шток 9 выходит из цилиндра 4, и цилиндр движется вверх. При этом дополнительный клапан 2 начинает закрываться и при температуре более 94°С перекрывает проход охлаждающей жидкости от двигателя к насосу. Главный клапан 8 в этом случае открывается полностью и охлаждающая жидкость циркулирует по радиатору.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости при колебаниях ее температуры и для регулирования количества жидкости в системе охлаждения. Он также содержит некоторый запас хладагента на случай его естественного износа и возможных потерь.

В автомобилях используются полупрозрачные пластиковые баки с заливной горловиной, закрывающейся пластиковой пробкой. Через горловину система заполняется охлаждающей жидкостью, а через вентили, расположенные в пробке, внутренняя полость бака и система охлаждения сообщаются с атмосферой. Крышка расширительного бачка часто имеет резиновый клапан, работающий при давлении, близком к атмосферному. При сливе охлаждающей жидкости из системы крышка расширительного бачка снимается. Расширительный бачок находится в моторном отсеке моторного отсека, где крепится к кузову автомобиля.

Радиаторы автомобилей

Радиатор обеспечивает отвод тепла от теплоносителя в окружающую среду. Трубчатые пластинчатые радиаторы используются в легковых автомобилях.

Рис. 7. Неразборный радиатор вентилятора двигателя (a) и корпус (b

1 — пробка; 2 — шейка; 3, 4 — баки; 5 — ядро; 6 — перепускная труба; 7, 8 — клапаны; 9 — кожух; 10 — уплотнение

Радиатор автомобиля (рис. 7, а) неразборный, имеет вертикальное расположение трубок и горизонтальное расположение охлаждающих пластин. Баки и трубки радиатора изготовлены из латуни, а охлаждающие пластины — из луженой стали. Трубки и пластины образуют сердцевину 5 радиатора. В верхнем бачке 3 радиатора имеется горловина 2, через которую система охлаждения заполняется жидкостью. Горловина герметически закрыта пробкой 1, имеющей два клапана: входной 7 и выходной 8. Выходной клапан открывается при избыточном давлении в системе 0,05 МПа, и вскипевший теплоноситель через патрубок 6 и шланговый штуцер выпускается в расширительный бак. Впускной клапан беспружинный и обеспечивает сообщение внутренней полости системы охлаждения с окружающей средой через расширительный бачок и резиновый клапан на его крышке, срабатывающий при давлении, близком к атмосферному. Впускной клапан отводит жидкость из расширительного бачка при уменьшении ее объема в системе (при охлаждении) и переходит в расширительный бачок при увеличении ее объема (при прогреве жидкости).

Радиатор крепится нижним бачком 4 к кузовным креплениям на двух резинометаллических опорах, а вверху закрепляется двумя болтами через стальные прокладки и резиновые втулки. Для направления воздушного потока через радиатор и более эффективной работы вентилятора за радиатором установлен стальной кожух вентилятора 9 (рис. 7, б), состоящий из двух половин. Обе половины корпуса имеют по 10 резиновых прокладок, которые уменьшают поток воздуха к вентилятору и радиатору и защищают корпус и радиатор от повреждений при вибрации двигателя на резиновых опорах. Радиатор не имеет жалюзи и при необходимости утепляется специальным съемным теплоизоляционным кожухом.

Разборный радиатор

Автомобильный радиатор, показанный на рис. 8, разборный, с горизонтальным расположением трубок и вертикальным расположением охлаждающих пластин. Радиатор не имеет заливной горловины и выполнен двухходовым: охлаждающая жидкость входит и выходит через левый бачок, который отделен перегородкой.

Рисунок 8 – Складной радиатор (а) и электровентилятор (б) двигателя.

1, 8 — баки; 2 — ядро; 3 — датчик; 4 — прокладка; 5 — вентилятор; 6 — электродвигатель; 7 — кожух; 9 — опора; 10 — пробка

Бачки радиатора пластиковые. Левый бачок 8 имеет три патрубка, через которые он соединен с расширительным бачком, термостатом и выходным патрубком ГБЦ. Правый бак 1 имеет сливную пробку 10, на нем имеется датчик 3 включения вентилятора. 2-я сердцевина радиатора крепится к бачкам через 4 резиновых прокладки и состоит из двух рядов круглых алюминиевых трубок и алюминиевых пластин с насечкой. В части трубок вставлены штопорообразные пластиковые турбулизаторы. Двойной поток жидкости через радиатор, прорези в охлаждающих пластинах и турбулизаторы в трубках обеспечивают турбулентное движение жидкости и воздуха, повышая эффективность охлаждающей жидкости в радиаторе.

Алюминиевый сердечник и пластиковые баки значительно уменьшают массу радиатора. Радиатор крепится на трех резинометаллических опорах 9. Две опоры расположены ниже левого и правого баков, а третья опора — выше. Резиновые опоры и прокладки между сердцевиной и баками делают радиатор нечувствительным к вибрациям.

Вентилятор

Вентилятор увеличивает скорость и количество воздуха, проходящего через радиатор. На автомобильные двигатели устанавливаются четырех- и шестилопастные вентиляторы.

Мотор-вентилятор 15 (см рис. 4, б) имеет шесть лопастей. Их лопасти имеют закругленные концы и расположены под углом к ​​плоскости вращения вентилятора. Вентилятор крепится накладкой 16 и болтами 17 к ступице и приводится в движение от шкива коленчатого вала.

На некоторых двигателях (см рис. 8, б) используется электровентилятор. Он состоит из электродвигателя 6 и вентилятора 5. Вентилятор имеет четыре лопасти, закрепленные на валу двигателя. Лопасти на ступице вентилятора расположены неравномерно и под углом к ​​плоскости их вращения. Это увеличивает поток вентилятора и снижает шум его работы. Для более эффективной работы электровентилятор размещен в кожухе 7, который крепится к радиатору. Электровентилятор крепится к корпусу на трех резиновых втулках. Электровентилятор включается и выключается автоматически через датчик 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Термо-таймер

Это датчик температуры, который сообщает электрическому вентилятору, когда дуть.

Охлаждающая жидкость

Это транспортное средство, которое отводит тепло от двигателя через систему охлаждения в атмосферу. Свойства антифриза становятся важными в холодном климате: если использовать простую воду, она быстро замерзнет, ​​расширится и повредит многие узлы.

Сердечник нагревателя

Это еще один компонент, который имеет множество маленьких ребер, рассеивающих тепло. Однако это тепло используется для обогрева салона (при необходимости) и поступает в салон через вентилятор/двигатель вентилятора.

Датчики

Система охлаждения обычно имеет два датчика: датчик температуры антифриза и указатель уровня охлаждающей жидкости. Датчик температуры контролирует тепло охлаждающей жидкости и обнаруживает перегрев. Указатель уровня следит за количеством охлаждающей жидкости в системе (слишком низкий уровень может привести к перегреву).

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

Двигатель

Двигатель имеет несколько внутренних каналов и портов, по которым течет охлаждающая смесь, поглощая тепло и отводя его. Антифриз выходит из блока цилиндров/головки двигателя через различные шланги, по которым охлаждающая жидкость переносится к другим частям системы.

Основы эксплуатации и обслуживания системы

Проверка состояния системы охлаждения – необходимое условие комфортного передвижения в автомобиле. Несмотря на то, что неисправность этой системы не запрещает эксплуатацию автомобиля, водитель должен понимать опасность возможности выхода из строя. Перегрев двигателя, более чем возможный в жаркое время года, и недостаточный прогрев салона автомобиля зимой приводят к необходимости ремонта, иногда очень дорогого.
Соблюдение элементарных правил эксплуатации системы охлаждения двигателя позволит избежать, предотвратить или свести к минимуму влияние неисправностей на нормальную работу автомобиля.

Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости

Расширительный бачок служит для визуального контроля уровня жидкости в системе охлаждения. Дело в том, что объем системы охлаждения постоянный, а вот объем жидкости меняется в зависимости от условий эксплуатации. Когда уровень охлаждающей жидкости (указанный на расширительном бачке) падает или повышается, необходимо откорректировать ее количество в системе.

Неисправности системы охлаждения

Все, что может протечь, рано или поздно протечет. Это не только одна из интерпретаций закона Мерфи, но и наглядная характеристика основной неисправности системы охлаждения. Система, в которую иногда входит более 10 резиновых шлангов, постепенно старея, начинает терять герметичность. Текут сами шланги, пропуская жидкость через резьбовое армирование, текут хомутовые соединения. Со временем под воздействием антифризных реагентов и летящих с дороги камней радиатор теряет герметичность. Особенно страдает в автомобилях без кондиционера, где теплообменник этой системы его не прикрывает. Кроме того, радиатор получает все «удары судьбы», даже при небольших авариях. Течь теплообменника отопителя, хоть он и находится в более «защищенном» от внешних воздействий месте, тоже довольно частое явление. Тот же антифриз вытек через сальник помпы, выводит из строя подшипник, и — «Здравствуйте, замена помпы». И хорошо, если вы вовремя проследите за признаками выхода из строя помпы, иначе ее выход из строя приведет к обрыву ремня ГРМ и отказу двигателя, или невозможности движения на автомобилях, где установлен цепной привод ГРМ.

Термостат, этот маленький точный прибор, тоже может начать сбоить. Ваш клапан может висеть открытым или закрытым. В первом случае перегрев двигателя неизбежен даже в морозы, а во втором случае двигатель не прогреется до рабочей температуры. Повышенный износ двигателя и расход топлива, печка без подогрева – вот что гарантирует нам постоянно открытый термостат. Есть еще расширительный бачок. Его утечка происходит только в контуре системы охлаждения, где он находится под рабочим давлением.

И последний узел, который может потерять герметичность, это крышка радиатора или расширительный бачок. И хотя жидкость через него не сразу потечет, это произойдет уже после первого закипания двигателя. И быстро закипает. Вы помните назначение пробки? Правильно: повысить температуру кипения жидкости. Ни один современный двигатель не может работать без заглушки, за исключением случаев очень низких температур окружающей среды и небольшой нагрузки на двигатель.

Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

При критическом перегреве происходит:

• периодический уход стрелки указателя температуры на приборной панели в красный сектор (или появление красного индикатора на тех автомобилях, где индикатор не предусмотрен);
• потеря мощности двигателя в «кажущихся безобидными ситуациях»;
• несоразмерно высокая температура в области моторного отсека.

При недостаточном нагреве:

• стрелка «не выходит» из нижнего сектора указателя температуры на приборной панели;
• желтый (или, в некоторых конструкциях, белый) индикатор указателя температуры не выключается;
• в результате двигатель становится «тупым», не развивает достаточной мощности — и особенно «когда нужно» — при наборе высоты, обгоне, при аварийных маневрах и/или разгоне.

Эти, как и многие другие, весьма специфические и малопонятные водителю, «неадекватности» в поведении двигателя, его агрегатов и автомобиля в целом.

Диагностика негерметичности охлаждающей системы

Одной из основных причин отказа системы является падение уровня антифриза в расширительном бачке. Кроме банальной течи в негерметичных соединениях, может выйти из строя пробка бака с откалиброванным клапаном регулировки давления. Охлаждающая жидкость, а точнее вода из раствора этиленгликоля (пропиленгликоля) просто испаряется, а уровень охлаждающей жидкости падает, двигатель перегревается.

Контролировать уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке несложно. Об этом постоянно вспоминают и упоминают: и преподаватели в автошколах, и различные инструкции для водителей. а моторы кипели и продолжают кипеть. На радость механикам и автолюбителям…

Контроль уровня охлаждающей жидкости

Этот уровень необходимо постоянно контролировать. Кстати, в процессе эксплуатации (в течение рабочего дня) можно (и нужно) менять в баке. Это хорошо. Аномальный – когда этот уровень падает ниже нижней отметки, что означает потерю жидкости, или выше, что может означать, например, проникновение картерных газов в систему охлаждения. А это уже очень тревожный звонок.

В условиях специализированной АЗС контроль уровня и давления в системе осуществляется с помощью специального оборудования и инструментов. У владельца обычного автомобиля в арсенале всего одна хитрость: систематический визуальный контроль уровня в верхнем бачке радиатора (в старых автомобилях без расширительного бачка) или — в расширительном бачке для особых рисков — max и min.

Ремонт системы охлаждения

Основные возможные дефекты деталей водяного насоса: сколы и трещины в корпусе, сорванная резьба в отверстиях, износ посадочных мест подшипников и упорных втулок; изгиб и износ посадочного места рабочего колеса на валу, под втулками, уплотнениями и шкивами вентилятора; износ, трещины и коррозия поверхности лопаток рабочего колеса; износ внутренней поверхности втулок и шпоночного паза. Корпус насоса охлаждения изготовлен из алюминиевого сплава ЗИЛ-130 АЛ4, корпус подшипника из серого чугуна; для ЗМЗ-53 — от СЧ 18-36, для ЯМЗ КамАЗ — от СЧ 15-32. Основные дефекты корпуса подшипников водяной помпы двигателя ЗИЛ-130: износ торцевой поверхности под упорной шайбой; разрывы концов гнезд и износ отверстия заднего подшипника; и износ переднего подшипника.

Трещины и разрывы в корпусе завариваются или заделываются синтетическими материалами. Сколы на фланце и трещины в корпусе устраняются сваркой. Деталь предварительно нагревается. Мы рекомендуем сварку нейтральным кислородно-ацетиленовым пламенем. Трещины можно заделать эпоксидной смолой. Изношенные опорные поверхности с зазорами не более 0,25 мм восстанавливать герметиками Унигерм-7 и Унигерм-11. При зазоре более 0,25 мм для устранения дефекта требуются тонкие стальные полосы (толщиной до 0,07 мм.

Кривой ролик исправляют под прессом, а износ восстанавливают меньше допустимого хромированием и последующей шлифовкой до номинального размера. Изношенный шпоночный паз на валу приваривают, а затем фрезеруют новый шпоночный паз под углом 90-180° к старому.

Рабочие колеса могут быть изготовлены методом литья из алюминиевого сплава или нейлона. При этом ступица (втулка) должна быть изготовлена ​​из стали.

После восстановления корпус насоса охлаждения должен удовлетворять следующим техническим требованиям: окончательное биение поверхности корпуса подшипника ниже упорной шайбы рабочего колеса относительно оси отверстий подшипника не должно быть более 0,050 мм; биение торцевой поверхности буртика корпуса подшипника под корпус насоса относительно отверстий подшипника не более 0,15 мм; шероховатость поверхности корпуса подшипника под упорную шайбу рабочего колеса не превышает Ra=0,80 мкм, поверхности отверстия подшипника не превышает Ra=1,25 мкм.

Ролики насосов охлаждения изготавливаются на ЗИЛ и ЗМЗ из стали 45, HRC 50-60; на ЯМЗ — из стали 35, НВ 241-286; на КамАЗ — из стали 45Х, HRC 24-30. Основные дефекты катка: износ поверхности под подшипниками; износ шейки под рабочим колесом; износ канавок; повреждение резьбы.

Изношенные поверхности восстанавливают углекислотным покрытием с последующим хромированием или железным покрытием с последующей шлифовкой на бесцентровом шлифовальном станке. На уплотнительной шайбе допускается риск и износ на глубину не более 0,5 мм. При большем износе шайба заменяется. При установке ролика в полость между подшипниками следует положить 100 г смазки Литол-24. Уплотнительная шайба и торец опорной втулки перед установкой должны быть покрыты тонким слоем герметика или смазки, состоящей по весу на 60% из дизельного топлива и на 40% из графита.

Изношенную или поврежденную резьбу в отверстиях восстанавливают нарезкой на ремонтный размер или наваркой с последующей нарезкой на номинальный размер.

После монтажа зазор между корпусом водяного насоса и лопастями рабочего колеса должен составлять 0,1…1,5 мм, а ролик должен легко вращаться.

Водяные насосы обкатываются и испытываются на специальных опорах, например, насосы двигателей ЯМЗ-240Б — на станине ОР-8899, двигателей Д-50 и Д-240 — на КИ-1803, а двигателей ЗМЗ-53 — на ОР-9822. Обкатку проводят в течение 3 минут при температуре воды 85…90°С и испытывают по режиму.

Каждый отремонтированный насос проверяется на герметичность при давлении 0,12…0,15 МПа. Утечка воды через уплотнения и резьбу шпилек не допускается.

Возможные дефекты деталей вентилятора: износ посадочных мест шкивов наружных колец, износ канавок ременных шкивов, ослабление заклепок крестовины, искривление крестовины и лопаток

Изношенные посадочные места подшипников восстанавливают утюгом, хромированием. Изношенные наплывы шкивов (до 1 мм) обрабатываются. Ослабленные заклепки на крестовине лопастей затягиваются. Если отверстия под заклепки изношены, их рассверливают и устанавливают заклепки большего диаметра. Передние кромки лопастей после клепки должны находиться в одной плоскости с отклонением не более 2 мм. По шаблону проверяют форму лопастей вентилятора и угол их наклона относительно плоскости вращения, который должен быть в пределах 30…35° (при необходимости исправить).

Вентилятор в сборе со шкивом статически сбалансирован. Для устранения неуравновешенности сверлят неуравновешенные шпунты, сверлят шпунты на концах шкивов или утяжеляют лист с выпуклой стороны путем сварки или клепки пластины.

При просачивании масла через уплотнения в гидромуфте привода вентилятора, осевом люфте и заедании крыльчатки и приводных валов при вращении лопаток и шкива крыльчатки вручную необходим ремонт.

Дефекты деталей гидромуфт аналогичны дефектам деталей вентиляторов. Это также приводит к аналогичным способам их удаления. Шариковые подшипники гидромуфты подлежат замене, если осевой и радиальный люфт превышает 0,1 мм.

При сборке зазор между ведущими и ведущими колесами гидромуфты должен быть 1,5…2 мм. Ведущий шкив гидромуфты с неподвижной ступицей вентилятора и, наоборот, ступица с неподвижным шкивом должны свободно вращаться. Датчик термосилы гидромуфты регулируется установкой регулировочных шайб на включение при температуре охлаждающей жидкости 90…95°С и отключение при температуре охлаждающей жидкости 75…80°С.

Радиаторы системы охлаждения изготовлены из: верхних и нижних баков и трубок — латуни, охлаждающих пластин — меди, каркаса и латуни; баки маслоохладителя — сталь.

Радиаторы могут иметь следующие основные дефекты: отложения известкового налета на внутренних стенках труб и баков, их повреждение и загрязнение наружных поверхностей труб, сердцевины, охлаждающих пластин и пластин каркаса, негерметичность труб, дыры, вмятины или трещины в баках, протечки в местах сварки. После снятия с автомобиля радиатор поступает на ремонтную площадку, где промывается снаружи и выявляется дефект путем внешнего осмотра и проверки герметичности сжатым воздухом под давлением 0,15 МПа для масляных радиаторов в ванне с водой при температуре 30… 50°С. При проверке, герметизации резиновыми пробками, водяной радиатор заполняется водой, а насос создает избыточное давление: в течение 3…5 минут радиатор не должен течь. Если обнаружены утечки, разбирают радиатор, сердцевину помещают в водяную баню и, подавая воздух по шлангу от ручного насоса в каждую трубку, по пузырькам определяют место повреждения. Загрязнения и накипь удаляют в установках, обеспечивающих нагрев раствора до 60-80°С, его циркуляцию и последующую промывку радиатора водой. Отверстия закрыты резиновыми заглушками, через одну из которых поступает шланг на дефекты. При ремонте радиаторов без демонтажа (без снятия барабанов) испытание на герметичность проводят после удаления накипи. Загрязнения и накипь удаляют в установках, обеспечивающих нагрев раствора до 60-80°С, его циркуляцию и последующую промывку радиатора водой. Отверстия закрыты резиновыми заглушками, через одну из которых поступает шланг на дефекты. При ремонте радиаторов без демонтажа (без снятия барабанов) испытание на герметичность проводят после удаления накипи. Загрязнения и накипь удаляют в установках, обеспечивающих нагрев раствора до 60-80°С, его циркуляцию и последующую промывку радиатора водой. Отверстия закрыты резиновыми заглушками, через одну из которых поступает шланг на дефекты. При ремонте радиаторов без демонтажа (без снятия барабанов) испытание на герметичность проводят после удаления накипи.

Негерметичные трубы удаляются сваркой. Поврежденные трубы, расположенные во внутренних рядах, заваривают (демпфируют) с обоих концов. К сварке допускается до 5 % труб, при этом большее количество поврежденных труб заменяется. Замените новыми забитые трубки и трубки с большими вмятинами. Для этого через трубки продувают горячий воздух, нагретый до 500-600°С в змеевике, закрепленном на паяльной лампе. Когда припой расплавится, трубку снимают специальными клещами с язычком, размер и форма которого соответствуют сечению отверстия трубки. Сварить трубки можно голенью, нагретой до 700-800°С в печи, или пропустить электрический ток через сварочный трансформатор. Старые трубки удаляются, а новые или отремонтированные трубки вставляются в направлении антенн охлаждающей пластины. Трубки привариваются к опорным плитам припоем.

По другой технологии бракованную трубу расширяют до большого диаметра (для круглых труб используют шомпол квадратного сечения или для плоских — ножевидный с раструбом на конце) и вставляют новую, приваривая ее к плитам основания на концах.

Общее количество вновь устанавливаемых или футерованных трубок для дизелей не должно превышать 20 % от их общего количества, а для карбюраторных двигателей — 25%.

При больших повреждениях, после приваривания опорных пластин, отрезать дефектную часть радиатора (использовать ленточные пилы и вместо этого установить такую ​​же часть радиатора от другого бракованного, приварив все трубы к опорным пластинам.

Трещины в чугунных емкостях ремонтируют сваркой. В латунных цистернах трещины и разрывы ремонтируют сваркой.

Вмятины на цистернах удаляют рихтовкой, для чего цистерну кладут на деревяшку и выравнивают повреждения деревянным молотком. Отверстия удаляются путем подкладывания заплаток из листовой латуни с последующей их пайкой. Трещины заварены.

Повреждения пластин каркаса устраняются газовой сваркой. Сморщенные пластины радиатора разглаживаются гребенкой.

Отремонтированный радиатор проверяют в ванной, предварительно накачав в него воздух.

Операции по ремонту масляных радиаторов аналогичны ремонту водяных. Смолистые отражения на них удаляются в препарате АМ-15. Приварка труб к резервуарам осуществляется газовой сваркой ПМК медно-цинковой сваркой. Масляные радиаторы испытывают давлением 0,3 МПа.

При ремонте термостатов удалите накипь. Повреждения в месте расположения пружинной коробки заделывают сваркой ПОС-40. Пружинные коробки заполняют 15% раствором этилового спирта.

При испытании термостата в водяной бане открытие клапана должно быть 70°С, а полное открытие 85°С. Высота общего подъема клапанов 9-9,5 мм. Он регулируется поворотом клапана на резьбовом конце штока корпуса пружины.

Замена жидкости и промывка

Если ранее не приходилось заменять какие-либо узлы в системе охлаждения, инструкция рекомендует менять антифриз не реже, чем раз в 5-10 лет. Если не приходилось доливать воду в систему из тары, а того хуже из придорожной канавы, то при смене жидкости систему не промыть.