Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Принцип работы и устройство системы охлаждения двигателя. Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения

Сегодня из нашей постоянной рубрики «Как это работает » Вы узнаете устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя , для чего нужен термостат и радиатор , а так же почему не получила широкого распространения воздушная система охлаждения .

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания осуществляет отвод теплоты от деталей двигателя и передачу её в окружающую среду. Кроме основной функции система выполняет ряд второстепенных: охлаждение масла в системе смазки; нагрев воздуха в системе отопления и кондиционирования; охлаждение отработавших газов и др.

При сгорании рабочей смеси, температура в цилиндре может достигать 2500°С, в то время как рабочая температура ДВС составляет 80-90°С. Именно для поддержания оптимального температурного режима существует система охлаждения, которая может быть следующих типов, в зависимости от теплоносителя: жидкостная, воздушная и комбинированная . Следует отметить, что жидкостная система в чистом виде уже практически не используется , так как не способна длительное время поддерживать работу современных двигателей в оптимальном тепловом режиме.

Комбинированная система охлаждения двигателя:

В комбинированной системе охлаждения в качестве охлаждающей жидкости часто используется вода , так как имеет высокую удельную теплоемкость, доступность и безвредность для организма. Однако вода имеет ряд существенных недостатков: образование накипи и замерзание при отрицательных температурах . В зимнее время года в систему охлаждения необходимо заливать низкозамерзающие жидкости - антифризы (водные растворы этиленгликоля, смеси воды со спиртом или с глицерином, с добавками углеводородов и др.).

Рассматриваемая система охлаждения состоит из: жидкостного насоса, радиатора, термостата, расширительного бачка, рубашки охлаждения цилиндров и головок, вентилятора, датчика температуры и подводящих шлангов.

Стоит оговорить, что охлаждение двигателя принудительное, а значит в нём поддерживается избыточное давление (до 100 кПа), вследствие чего температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 120°С .

При запуске холодного двигателя происходит его постепенный нагрев. Первое время охлаждающая жидкость, под действием жидкостного насоса, циркулирует по малому кругу , то есть в полостях между стенками цилиндров и стенками двигателя (рубашка охлаждения), не попадая в радиатор. Это ограничение необходимо для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. Когда температура двигателя превышает оптимальные значения, охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор, где активно охлаждается (называют большим кругом циркуляции ).

Устройство и принцип работы:

ЖИДКОСТНОЙ НАСОС . Насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. Чаще всего применяют лопастные насосы центробежного типа. Вал 6 насоса установлен в крышке 4 с использованием подшипника 5. На конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 7 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя.

РАДИАТОР обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков и сердцевины. Его крепят на автомобиле на резиновых подушках с пружинами. Наиболее распространены трубчатые и пластинчатые радиаторы. У первых сердцевина образована несколькими рядами латунных трубок, пропущенных через горизонтальные пластины, увеличивающие поверхность охлаждения и придающие радиатору жесткость. У вторых сердцевина состоит из одного ряда плоских латунных трубок, каждая из которых изготовлена из спаянных между собой по краям гофрированных пластин. Верхний бачок имеет заливную горловину и пароотводную трубку. Горловина радиатора герметически закрывается пробкой, имеющей два клапана: паровой для снижения давления при закипании жидкости, который открывается при избыточном давлении свыше 40 кПа (0,4 кгс/см2), и воздушный, пропускающий воздух в систему при снижении давления вследствие охлаждения жидкости и этим предохраняющий трубки радиатора от сплющивания атмосферным давлением. Используются и алюминиевые радиаторы : они дешевле и легче, но теплообменные свойства и надёжность ниже .

Охлаждающая жидкость «бегая» по трубкам радиатора, охлаждается при движении встречным потоком воздуха.

ВЕНТИЛЯТОР усиливает поток воздуха через сердцевину радиатора. Ступицу вентилятора крепят на валу жидкостного насоса. Они вместе приводятся во вращение от шкива коленчатого вала ремнями. Вентилятор заключен в установленный на рамке радиатора кожух, что способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор. Чаще всего применяют четырех- и шестилопастные вентиляторы.

ДАТЧИК температуры охлаждающей жидкости относится к элементам управления и предназначен для установления значения контролируемого параметра и дельнейшего его преобразования в электрический импульс. Электронный блок управления получает данный импульс и посылает определенные сигналы исполнительным устройствам. При помощи датчика охлаждающей жидкости компьютер определяет количество топлива, требуемое для нормальной работы ДВС. Также, основываясь на показаниях датчика температуры охлаждающей жидкости блок управления, формирует команду включения вентилятора.

Воздушная система охлаждения:

В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя осуществляется принудительно потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Эта система охлаждения является самой простой , так как не требует сложных деталей и систем управления. Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

В рядных двигателях вентиляторы располагают спереди, сбоку или объединяют с маховиком, а в V- образных - обычно в развале между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются воздухом, который нагнетается или просасывается через систему охлаждения.

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

Воздушная система охлаждения уменьшает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем расположении двигателя, переохлаждение двигателя маловероятно . Однако воздушная система охлаждения увеличивает габаритные размеры двигателя , создает повышенный шум при работе двигателя, сложнее в производстве и требует применения более качественных горюче-смазочных материалов. Теплоёмкость воздуха мала , что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.

В любом автомобиле используется двигатель внутреннего сгорания. Широкое распространение получили жидкостные системы охлаждения - только на старых «Запорожцах» и новых "Тата" используется обдув воздухом. Нужно отметить, что схема циркуляции на всех машинах практически похожа - присутствуют в конструкции одинаковые элементы, выполняют они идентичные функции.

Малый круг охлаждения

В схеме системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания присутствует два контура - малый и большой. Чем-то она схожа с анатомией человека - движением крови в организме. Жидкость двигается по малому кругу тогда, когда необходимо произвести быстрый прогрев до рабочей температуры. Проблема в том, что мотор может нормально функционировать в узком диапазоне температур - около 90 градусов.

Нельзя ее повышать или понижать, так как это приведет к нарушениям - изменится угол опережения зажигания, топливная смесь будет сгорать несвоевременно. В контур включен радиатор отопителя салона - ведь нужно, чтобы внутри машины было тепло как можно раньше. Подача горячего антифриза перекрывается с помощью крана. Место его установки зависит от конкретного автомобиля - на перегородке между салоном и моторным отсеком, в области бардачка и т.д.

Большой контур охлаждения

В при этом включается еще и основной радиатор. Он устанавливается в передней части автомобиля и предназначен для экстренного снижения температуры жидкости в двигателе. Если на автомобиле имеется кондиционер, то радиатор его устанавливается рядом. На автомобилях "Волга" и "Газель" применяется масляный радиатор, который также ставится в передней части автомобиля. На радиаторе обычно ставится вентилятор, который приводится в движение электромотором, ремнем или муфтой.

Жидкостный насос в системе

Это устройство входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости "Газели" и любого другого автомобиля. Привод может осуществляться следующим образом:

1. От ремня газораспределительного механизма.
2. От ремня генератора.
3. От отдельного ремня.

Конструкция состоит из таких элементов:

1. Металлическая или пластиковая крыльчатка. От количества лопастей зависит эффективность работы насоса.
2. Корпус - обычно выполняется из алюминия и его сплавов. Дело в том, что именно этот металл хорошо работает в агрессивных условиях, практически не действует на него коррозия.
3. Шкив для установки ремня привода - зубчатый или клиновидный.
4. Вал - стальной ротор, на одном конце которого находится крыльчатка (внутри), а снаружи шкив для установки приводного шкива.
5. Бронзовая втулка или подшипник - смазка этих элементов осуществляется при помощи специальных присадок, которые имеются в антифризе.
6. Сальник позволяет избежать вытекания жидкости из системы охлаждения.

Термостат и его особенности

Сложно сказать, какой именно элемент обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. С одной стороны, помпа создает давление и антифриз двигается по патрубкам с ее помощью.

Но с другой стороны, если бы не было термостата, движение происходило бы исключительно по малому кругу. Конструкция содержит такие элементы:

1. Корпус из алюминия.
2. Выходы для соединения с патрубками.
3. Пластина биметаллического типа.
4. Механический клапан с возвратной пружиной.

Принцип работы заключается в том, что при температуре ниже 85 градусов двигается жидкость только по малому контуру. При этом клапан внутри термостата находится в таком положении, при котором не попадает антифриз в большой контур.

Как только достигнет температура 85 градусов, начнет деформироваться Она воздействует на механический клапан и открывает доступ антифризу к основному радиатору. Как только снизится температура, клапан термостата вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Расширительный бачок

В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания имеется расширительный бачок. Дело в том, что любая жидкость, в том числе и антифриз, при нагреве увеличивает объем. А при охлаждении объем уменьшается. Следовательно, необходим какой-то буфер, в котором будет храниться небольшое количество жидкости, чтобы в системе всегда ее было вдоволь. Именно с этой задачей и справляется расширительный бачок - туда выплескивается излишек во время нагрева.

Крышка расширительного бачка

Еще один незаменимый компонент системы - это пробка. Существует два типа конструкции - герметичная и негерметичная. В том случае, если на автомобиле применяется последняя, пробка расширительного бачка имеет только дренажное отверстие, через которое уравновешивается давление в системе.

Но если герметичная система применена, то в пробке имеется два клапана - впускной (забирает внутрь воздух из атмосферы, работает при давлении ниже 0,2 бар) и выпускной (срабатывает при давлении свыше 1,2 бар). Он выбрасывает из системы излишки воздуха.

Получается так, что в системе всегда давление больше, чем в атмосфере. Это позволяет немного повысить температуру кипения антифриза, что благоприятно сказывается на работе двигателя. Особенно это хорошо для движения по пробкам в городских условиях. Пример герметичной системы - автомобили ВАЗ-2108 и аналогичные. Негерметичной - модели классической серии ВАЗ.

Радиатор и вентилятор

Циркуляция охлаждающей жидкости проходит через основной радиатор, который установлен в передней части автомобиля. Такое место выбрано не случайно - при движении с большой скоростью соты радиатора обдуваются встречным потоком воздуха, что обеспечивает снижение температуры двигателя. На радиаторе устанавливается вентилятор. Большая часть таких устройств имеет На "Газелях", например, часто используются муфты, аналогичные тем, которые ставятся на компрессорах кондиционера.

Включение электрического вентилятора происходит с помощью датчика, установленного в нижней части радиатора. Может использоваться на инжекторных машинах сигнал от датчика температуры, который расположен на корпусе термостата или в блоке двигателя. Самая простая схема включения содержит в себе только один термовыключатель - у него нормально разомкнуты контакты. Как только в нижней части радиатора температура достигнет 92 градусов, контакты внутри переключателя замкнутся и произойдет подача напряжения на электродвигатель вентилятора.

Отопитель салона

Это самая важная часть, если смотреть с точки зрения водителя и пассажиров. От эффективности работы печки зависит комфорт при езде в зимнее время года. Отопитель входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости и состоит из таких компонентов:

1. Электродвигатель с крыльчаткой. Включается он по специальной схеме, в которой имеется постоянный резистор - он позволяет менять частоту вращения крыльчатки.
2. Радиатор - это элемент, по которому проходит горячий антифриз.
3. Кран - предназначен для открывания и закрывания подачи антифриза внутрь радиатора.
4. Система воздуховодов позволяет направлять горячий воздух в нужном направлении.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости по системе такая, что при закрывании всего одного входа в радиатор горячий антифриз никаким образом в него не попадет. Существуют автомобили, в которых кран печки отсутствует - внутри радиатора всегда находится горячий антифриз. А в летнее время просто закрываются воздуховоды и тепло в салон не подается.

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:

В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.

На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.

Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.

Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.

Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.

Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.

Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой . Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.

Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.

На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.

Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:

• механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя );
• электрический (управляемый электродвигатель );
• гидравлический (гидромуфта ).

Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.

Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.

Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.

В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

Принцип работы системы охлаждения

Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.

Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).

В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.

По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.

После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.

На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения , в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.

В процессе работы подвергаются воздействию очень высоких температур, и без отвода излишнего тепла его функционирование невозможно. Основным назначением системы охлаждения двигателя является охлаждение деталей работающего двигателя. Следующей по важности функцией системы охлаждения является нагрев воздуха в салоне. В двигателях с турбонаддувом система охлаждения снижает температуру нагнетаемого в цилиндры воздуха, в автомобилях с охлаждает рабочую жидкость в . В некоторых моделях автомобилей для дополнительного охлаждения масла в устанавливается масляный радиатор.

Системы охлаждения подразделяются на два основных типа:

1. жидкостную;
2. воздушную.

Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки.

Воздушная система охлаждения имеет следующие преимущества : простота конструкции и обслуживания, меньший вес двигателя, пониженные требования к температурным колебаниям окружающей среды. Недостатками двигателей с воздушным охлаждением являются большая потеря мощности на приводе охлаждающего вентилятора, шумная работа, чрезмерная тепловая нагрузка на отдельные узлы, отсутствие конструктивной возможности организации цилиндров по блочному принципу, сложности с последующим использованием отводимого тепла, в частности – для обогрева салона.

В современных двигателях автомобилей система воздушного охлаждения встречается довольно редко, и основное распространение получила система жидкостного охлаждения закрытого типа.

Устройство и схема жидкостной (водяной) системы охлаждения двигателя

Система жидкостного охлаждения позволяет равномерно забирать тепло у всех узлов двигателя, независимо от тепловых нагрузок. Двигатель водяного охлаждения является менее шумным относительно двигателя с воздушным охлаждением, менее склонен к детонации, быстрее разогревается при запуске.

Основными элементами системы жидкостного охлаждения двигателя как бензинового, так и дизельного являются:

1. «водяная рубашка» двигателя;
2. радиатор системы охлаждения;
3. вентилятор;
4. центробежный насос (помпа);
5. термостат;
6. расширительный бачок;
7. радиатор отопителя;
8. элементы управления.

1. «Водяная рубашка» представляет собой сообщающиеся полости между двойными стенками двигателя в местах, откуда необходим отвод избыточного тепла посредством циркуляции охлаждающей жидкости.
2. Радиатор системы охлаждения служит для отдачи тепла в окружающую среду. Радиатор выполняется из большого количества изогнутых (в настоящее время чаще всего алюминиевых) трубок, имеющих дополнительные ребра для повышения теплоотдачи.
3. Вентилятор предназначен для усиления потока набегающего воздуха на радиатор системы охлаждения (работает в сторону двигателя) и включается посредством электромагнитной (иногда – гидравлической) муфты от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости. Вентиляторы охлаждения с постоянным приводом от двигателя встречаются в настоящее время довольно редко.
4. Центробежный насос (помпа) служит для обеспечения бесперебойной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения . Привод помпы от двигателя осуществляется механическим путем: ремнем, реже - шестернями. Некоторые двигатели, такие как: двигатели с турбонаддувом, непосредственным впрыском топлива, могут оснащаться двухконтурной системой охлаждения - дополнительной помпой для указанных агрегатов, подключаемой по команде с электронного блока управления двигателем при достижении порогового значения температур.
5. Термостат – прибор, представляющий собой биметаллический, реже - электронный клапан, установленный между «рубашкой» двигателя и входным патрубком радиатора охлаждения. Назначение термостата – обеспечение оптимальной температуры охлаждающей жидкости в системе. При холодном двигателе термостат закрыт, и циркуляция охлаждающей жидкости происходит «по малому кругу» - внутри двигателя, минуя радиатор. При увеличении температуры жидкости до рабочего значения термостат открывается, и система начинает работать в режиме максимальной эффективности.
6. Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания в большинстве своем представляют собой системы закрытого типа, а потому в их состав включается расширительный бачок , компенсирующий изменение объема жидкости в системе при изменении температуры. Через расширительный бачок обычно и заливается охлаждающая жидкость в систему.
7. Радиатор отопителя – это, по сути, радиатор системы охлаждения, уменьшенный в размерах и установленный в салоне автомобиля. Если радиатор системы охлаждения отдает тепло в окружающую среду, то радиатор отопителя – непосредственно в салон. Для достижения максимальной эффективности отопителя забор рабочей жидкости для него из системы осуществляется в самом «горячем» месте - непосредственно на выходе из «рубашки» двигателя.
8. Основным элементом в цепи устройств управления системой охлаждения является температурный датчик . Сигналы с него поступают на контрольный прибор в салоне автомобиля, электронный блок управления (ЭБУ) с настроенным соответствующим образом программным обеспечением и, через него - на иные исполнительные устройства. Список этих исполнительных устройств, расширяющих стандартные возможности типовой системы жидкостного охлаждения достаточно широк: от управления вентилятором, до реле дополнительной помпы в двигателях с турбонаддувом или непосредственным впрыском топлива, режимом работы вентилятора двигателя после остановки, и так далее.

Принцип работы системы охлаждения

Здесь дана только общая, упрощенная схема работы системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Современные системы управления двигателем на самом деле учитывают множество параметров, как то: температуру рабочей жидкости в системе охлаждения, температуру масла, температуру за бортом и прочее, и уже на основе собранных данных реализуют оптимальный алгоритм включения в работу тех или иных устройств.

Системой охлаждения называется совокупность устройств, осуществляющих принудительный регулируемый отвод и передачу теплоты от деталей двигателя в окружающую среду.

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального температурного режима, обеспечивающего получение максимальной мощности, высокой экономичности и длительного срока службы двигателя.

При сгорании рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2500 °С и в среднем при работе двигателя составляет 800...900°С. Поэтому детали двигателя сильно нагреваются, и если их не охлаждать, то будут снижаться мощность двигателя, его экономичность, увеличиваться изнашивание деталей и может произойти поломка двигателя.

При чрезмерном охлаждении двигатель также теряет мощность, ухудшается его экономичность и возрастает изнашивание.

Для принудительного и регулируемого отвода теплоты в двигателях автомобилей применяют два типа системы охлаждения (). Тип системы охлаждения определяется теплоносителем (рабочим веществом), используемым для охлаждения двигателя.

Рисунок 1 – Типы систем охлаждения

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

Жидкостная система охлаждения

В жидкостной системе охлаждения используются специальные охлаждающие жидкости -- антифризы различных марок, имеющие температуру загустевания - 40 °С и ниже. Антифризы содержат антикоррозионные и антивспенивающие присадки, исключающие образование накипи. Они очень ядовиты и требуют осторожного обращения. По сравнению с водой антифризы имеют меньшую теплоемкость и поэтому отводят теплоту от стенок цилиндров двигателя менее интенсивно.

Так, при охлаждении антифризом температура стенок цилиндров на 15...20°С выше, чем при охлаждении водой. Это ускоряет прогрев двигателя и уменьшает изнашивание цилиндров, но в летнее время может привести к перегреву двигателя.

Оптимальным температурным режимом двигателя при жидкостной системе 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 уносится в окружающую среду 25...35 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. При этом в бензиновых двигателях величина отводимой теплоты больше, чем в дизелях.

Система охлаждения двигателя состоит из рубашки охлаждения головки и блока цилиндров, радиатора, насоса, термостата, вентилятора, расширительного бачка, соединительных трубопроводов и сливных краников. Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.

Работа системы

Рисунок 3 - Система охлаждения двигателя

1, 2, 3, 5, 15, 18 - шланги; 4 - патрубок; 6 - бачок; 7, 9 - пробки; 8 - рубашка охлаждения; 10 - радиатор; 11 - кожух; 12 - вентилятор; 13, 14 - шкивы; 16 - ремень; 17- насос; 19 – термостат

При непрогретом двигателе основной клапан термостата 19 () закрыт, и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор 10. В этом случае жидкость нагнетается насосом 17 в рубашку охлаждения 8 блока и головки цилиндров двигателя. Из головки блока цилиндров через шланг 3 жидкость поступает к дополнительному клапану термостата и попадает вновь в насос. Вследствие циркуляции этой части жидкости двигатель быстро прогревается. Одновременно меньшая часть жидкости поступает из головки блока цилиндров в обогреватель (рубашку) впускного трубопровода двигателя, а при открытом кране - в отопитель салона кузова автомобиля.

При прогретом двигателе дополнительный клапан термостата закрыт, а основной клапан открыт. В этом случае большая часть жидкости из головки блока цилиндров попадает в радиатор, охлаждается в нем и через открытый основной клапан термостата поступает в насос. Меньшая часть жидкости, как и при непрогретом двигателе, циркулирует через обогреватель впускного трубопровода двигателя и отопитель салона кузова. В некотором интервале температур основной и дополнительный клапаны термостата открыты одновременно, и охлаждающая жидкость циркулирует в этом случае по двум направлениям (кругам циркуляции ).

Количество циркулирующей жидкости в каждом круге зависит от степени открытия клапанов термостата, чем обеспечивается автоматическое поддержание оптимального температурного режима двигателя. Расширительный бачок 6, заполненный охлаждающей жидкостью, сообщается с атмосферой через резиновый клапан, установленный в пробке 7 бачка. Бачок соединен шлангом с наливной горловиной радиатора, которая имеет пробку 9 с клапанами. Бачок компенсирует изменения объема охлаждающей жидкости, и в системе поддерживается постоянный объем циркулирующей жидкости.

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

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа ().

Рисунок 4 – Жидкостный насос (а) и вентилятор (б) двигателя

1 - крыльчатка; 2 - корпус; 3 - окно; 4 - крышка; 5 - подшипник; 6 - вал; 7 - ступица; 8 - винт; 9 - уплотнительное устройство; 10 - патрубок; 11, 13,14 - шкивы; 12 - ремень; 15 - вентилятор; 16 - накладка; 17 – болт

Вал 6 насоса установлен в отлитой из алюминиевого сплава крышке 4 в двухрядном неразборном подшипнике 5. Подшипник размещен и зафиксирован в крышке стопорным винтом 8. На одном конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1, а на другом конце - ступица 7 и шкив 11 вентилятора 15. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 10 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя. Уплотнительное устройство 9, состоящее из самоподжимной манжеты и графитокомпозитного кольца, установленное на валу насоса, исключает попадание жидкости в подшипник вала.

Привод насоса и вентилятора осуществляется клиновым ремнем 12 от шкива 13, который установлен на переднем конце коленчатого вала двигателя. С помощью этого ремня также вращается шкив 14 генератора. Нормальную работу насоса и вентилятора обеспечивает правильное натяжение ремня.

Натяжение ремня регулируют путем перемещения генератора в сторону от двигателя (показано на (а) стрелкой). Насос корпусом 2, отлитым из алюминиевого сплава, крепится к фланцу блока цилиндров в передней части двигателя.

Жидкостный насос с приводом от зубчатого ремня

Рассмотрим устройство насоса, привод которого осуществляется зубчатым ремнем ().

Рисунок 5 – Жидкостный насос двигателя

1 - шкив; 2 - винт; 3 - подшипник; 4 - вал; 5 - корпус; 6 - уплотнительное устройство; 7 - отверстие; 8 - крыльчатка

Вал 4 насоса установлен в корпусе 5 из алюминиевого сплава в неразборном двухрядном шариковом подшипнике 3. Подшипник стопорится в корпусе винтом 2 и уплотняется специальным устройством 6, включающим в себя графитокомпозитное кольцо и манжету. На переднем конце вала напрессован зубчатый шкив 1 из спеченного материала, а на заднем конце - крыльчатка 8. В крыльчатке сделаны два сквозных отверстия 7, которые соединяют между собой полости с охлаждающей жидкостью, расположенные по обе стороны крыльчатки. Благодаря этим отверстиям выравнивается давление охлаждающей жидкости на крыльчатку с обеих сторон, что исключает осевые нагрузки на вал насоса при его работе.

Вал насоса приводится во вращение через шкив 1 зубчатым ремнем привода распределительного вала от коленчатого вала . При вращении вала жидкость поступает к центру крыльчатки и под действием центробежной силы направляется в рубашку охлаждения двигателя. Насос крепится корпусом к блоку цилиндров двигателя через уплотнительную прокладку.

Способствует ускорению прогрева двигателя и регулирует в определенных пределах количество охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор. Термостат представляет собой автоматический клапан. В двигателях автомобилей применяют неразборные двухклапанные термостаты с твердым наполнителем.

Рисунок 6

1, 6, 11 – патрубки; 2, 8 – клапаны; 3, 7 – пружины; 4 – баллон; 5 – диафрагма; 9 – шток; 10 – наполнитель

) имеет два входных патрубка 1 и 11, выходной патрубок 6, два клапана (основной 8, дополнительный 2) и чувствительный элемент. Термостат установлен перед входом в насос охлаждающей жидкости и соединяется с ним через патрубок 6. Через патрубок 1 термостат соединяется с головкой блока цилиндров двигателя, а через патрубок 11 - с нижним бачком радиатора.

Чувствительный элемент термостата состоит из баллона 4, резиновой диафрагмы 5 и штока 9. Внутри баллона между его стенкой и резиновой диафрагмой находится твердый наполнитель 10 (мелкокристаллический воск), обладающий высоким коэффициентом объемного расширения.

Основной клапан 8 термостата с пружиной 7 начинает открываться при температуре охлаждающей жидкости более 80 °С. При температуре менее 80 °С основной клапан закрывает выход жидкости из радиатора, и она поступает из двигателя в насос, проходя через открытый дополнительный клапан 2 термостата с пружиной 3.

При возрастании температуры охлаждающей жидкости более 80 °С в чувствительном элементе плавится твердый наполнитель, и объем его увеличивается. Вследствие этого шток 9 выходит из баллона 4, и баллон перемещается вверх. Дополнительный клапан 2 при этом начинает закрываться и при температуре более 94 °С перекрывает проход охлаждающей жидкости от двигателя к насосу. Основной клапан 8 в этом случае открывается полностью, и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации изменений объема охлаждающей жидкости при колебаниях ее температуры и для контроля количества жидкости в системе охлаждения. Он также содержит некоторый запас охлаждающей жидкости на ее естественную убыль и возможные потери.

На автомобилях применяют полупрозрачные пластмассовые бачки с заливной горловиной, закрываемой пластмассовой пробкой. Через горловину система заполняется охлаждающей жидкостью, а через клапаны, размещенные в пробке, осуществляется связь внутренней полости бачка и системы охлаждения с атмосферой. В пробке расширительных бачков часто имеется один резиновый клапан, срабатывающий при давлении, близком к атмосферному. При сливе охлаждающей жидкости из системы пробку снимают с расширительного бачка. Расширительный бачок размещается в подкапотном пространстве отделения двигателя, где крепится к кузову автомобиля.

Радиаторы автомобилей

Радиатор обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. На легковых автомобилях применяются трубчато-пластинчатые радиаторы.

Рисунок 7 – Неразборный радиатор (а) и кожух (б) вентилятора двигателя

1 – пробка; 2 – горловина; 3, 4 – бачки; 5 – сердцевина; 6 – патрубок; 7, 8 – клапаны; 9 – кожух; 10 – уплотнитель

На некоторых двигателях () применяется электровентилятор. Он состоит из электродвигателя 6 и вентилятора 5. Вентилятор - четырехлопастный, крепится на валу электродвигателя. Лопасти на ступице вентилятора расположены неравномерно и под углом к плоскости его вращения. Это увеличивает подачу вентилятора и уменьшает шумность его работы. Для более эффективной работы электровентилятор размещен в кожухе 7, который прикреплен к радиатору. Электровентилятор крепится к кожуху на трех резиновых втулках. Включается и выключается электровентилятор автоматически датчиком 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.