Система охолодження двигуна внутрішнього згоряння. Принцип роботи та влаштування системи охолодження двигуна. Як використання різних охолоджуючих рідин впливає на систему охолодження

Сьогодні з нашої постійної рубрики « Як це працює» Ви дізнаєтесь пристрій та принцип роботи системи охолодження двигуна, навіщо потрібен термостаті радіатор, а також чому не набула широкого поширення повітряна система охолодження.

Система охолодження двигуна внутрішнього згоряння здійснює відведення теплотивід деталей двигуна та передачу її в навколишнє середовище. Крім основної функції система виконує ряд другорядних: охолодження олії в системі мастила; нагрівання повітря в системі опалення та кондиціювання; охолодження відпрацьованих газів та ін.

При згорянні робочої суміші температура в циліндрі може досягати 2500°С, в той час як робоча температура ДВЗ становить 80-90°С. Саме для підтримки оптимального температурного режиму існує система охолодження, яка може бути наступних типів, залежно від теплоносія: рідинна, повітряна та комбінована . Варто зазначити, що рідинна система у чистому вигляді вже практично не використовуєтьсяоскільки не здатна тривалий час підтримувати роботу сучасних двигунів в оптимальному тепловому режимі.

Комбінована система охолодження двигуна:

У комбінованій системі охолодження як охолоджувальна рідина часто використовується вода, оскільки має високу питому теплоємність, доступність та нешкідливість для організму. Однак вода має ряд істотних недоліків: утворення накипу та замерзання при негативних температурах. У зимовий часроку в систему охолодження необхідно заливати низькозамерзаючі рідини - антифризи (водні розчини етиленгліколю, суміші води зі спиртом або гліцерином, з добавками вуглеводнів та ін.).

Розглянута система охолодження складається з: рідинного насоса, радіатора, термостата, розширювального бачка, сорочки охолодження циліндрів і головок, вентилятора, датчика температури та шлангів, що підводять.

Варто зазначити, що охолодження двигуна примусове, а значить, у ньому підтримується надлишковий тиск (до 100 кПа), внаслідок чого температура кипіння рідини, що охолоджує, підвищується до 120°С.

При запуску холодного двигуна відбувається його поступове нагрівання. Перший час охолодна рідина, під дією рідинного насоса, циркулює по малому колу, тобто в порожнинах між стінками циліндрів та стінками двигуна (сорочка охолодження), не потрапляючи в радіатор. Це обмеження необхідне швидкого введення двигуна в ефективний тепловий режим. Коли температура двигуна перевищує оптимальні значення, рідина, що охолоджує, починає циркулювати через радіатор, де активно охолоджується (називають великим колом циркуляції).

Пристрій та принцип роботи:

РІДИННИЙ НАСОС . Насос забезпечує примусову циркуляцію рідини у системі охолодження двигуна. Найчастіше застосовують лопатеві насоси відцентрового типу. Вал 6 насоса встановлений у кришці 4 з використанням підшипника 5. На кінці валу напресована лита чавунна крильчатка 1. При обертанні вала насоса охолоджуюча рідина через патрубок 7 надходить до центру крильчатки, захоплюється її лопатями, відкидається до корпусу 2 вікно 3 у корпусі направляється у сорочку охолодження блоку циліндрів двигуна.

Радіаторзабезпечує відведення теплоти охолоджуючої рідини в довкілля. Радіатор складається з верхнього та нижнього бачків та серцевини. Його кріплять на автомобілі на гумових подушках із пружинами. Найбільш поширені трубчасті та пластинчасті радіатори. У перших серцевина утворена кількома рядами латунних трубок, пропущених через горизонтальні пластини, що збільшують поверхню охолодження і надають жорсткості радіатору. У других серцевина складається з одного ряду плоских латунних трубок, кожна з яких виготовлена ​​зі спаяних між собою по краях гофрованих пластин. Верхній бачок має заливну горловину та паровідвідну трубку. Горловина радіатора герметично закривається пробкою, що має два клапани: паровий для зниження тиску при закипанні рідини, який відкривається при надмірному тиску понад 40 кПа (0,4 кгс/см2), і повітряне, що пропускає повітря в систему при зниженні тиску внаслідок охолодження рідини і цим запобіжний трубки радіатора від сплющування атмосферним тиском. Використовуються та алюмінієві радіатори: вони дешевшеі легше, але теплообмінні властивості та надійність нижче .

Охолодна рідина «бігаючи» по трубках радіатора, охолоджується при русі зустрічним потоком повітря.

ВЕНТИЛЯТОР посилюєпотік повітря через серцевину радіатора. Ступицю вентилятора кріплять на валу рідинного насоса. Вони разом наводяться у обертання від шківа колінчастого валуременями. Вентилятор укладено у встановлений на рамці радіатора кожух, що сприяє збільшенню швидкості потоку повітря, що проходить через радіатор. Найчастіше застосовують чотири- та шестилопатеві вентилятори.

ДатчикТемпература охолоджуючої рідини відноситься до елементів управління і призначений для встановлення значення контрольованого параметра і подальшого його перетворення в електричний імпульс. Електронний блок керування отримує цей імпульс і посилає певні сигнали виконавчим пристроям. За допомогою датчика рідини, що охолоджує, комп'ютер визначає кількість палива, необхідне для нормальної роботи ДВС. Також, ґрунтуючись на показаннях датчика температури охолоджуючої рідини, блок управління, формує команду включення вентилятора.

Повітряна системаохолодження:

У повітряній системі охолодження відведення теплоти від стінок камер згоряння та циліндрів двигуна здійснюється примусово потоком повітря, створюваним потужним вентилятором. Ця система охолодження є найпростішим, оскільки не вимагає складних деталей та систем управління. Інтенсивність повітряного охолодження двигунів істотно залежить від організації напряму потоку повітря та розташування вентилятора.

У рядних двигунах вентилятори розташовують спереду, збоку або об'єднують з маховиком, а V-подібних - зазвичай у розвалі між циліндрами. Залежно від розташування вентилятора циліндри охолоджуються повітрям, яке нагнітається або просмоктується через систему охолодження.

Оптимальним температурним режимом двигуна з повітряним охолодженнямвважається такою, при якому температура олії в мастильній системі двигуна становить 70 ... 110 ° С на всіх режимах роботи двигуна. Це можливо за умови, що з охолоджуючим повітрям розсіюється в довкілля до 35% теплоти, що виділяється при згорянні палива в циліндрах двигуна.

Повітряна система охолодження зменшує час прогріву двигуна, забезпечує стабільне відведення теплоти від стінок камер згоряння та циліндрів двигуна, більш надійна та зручна в експлуатації, проста в обслуговуванні, більш технологічна при задньому розташуванні двигуна, переохолодження двигуна малоймовірне. Проте повітряна система охолодження збільшує габаритні розміридвигуна, створює підвищений шумпри роботі двигуна, складніше у виробництві та вимагає застосування більш якісних паливно-мастильних матеріалів. Теплоємність повітря малащо не дозволяє рівномірно відводити від двигуна велику кількість тепла і, відповідно, створювати компактні потужні силові установки.

У будь-якому автомобілі використовується двигун внутрішнього згоряння. Широкого поширення набули рідинні системи охолодження - тільки на старих «Запорожцях» та нових "Татах" використовується обдув повітрям. Слід зазначити, що схема циркуляції усім машинах практично схожа - присутні у конструкції однакові елементи, виконують вони ідентичні функції.

Мале коло охолодження

У схемі системи охолодження двигуна внутрішнього згоряння є два контури - малий і великий. Чимось вона схожа з анатомією людини – рухом крові в організмі. Рідина рухається по малому колу тоді, коли необхідно зробити швидке прогрівання до робочої температури. Проблема в тому, що двигун може нормально функціонувати у вузькому діапазоні температур - близько 90 градусів.

Не можна її підвищувати чи знижувати, оскільки це призведе до порушень - зміниться кут випередження запалення, паливна суміш згорятиме невчасно. У контур включений радіатор обігрівача салону – адже потрібно, щоб усередині машини було тепло якомога раніше. Подача гарячого антифризу перекривається краном. Місце його встановлення залежить від конкретного автомобіля - на перегородці між салоном та моторним відсіком, в області бардачку і т.д.

Великий контур охолодження

У цьому включається ще й основний радіатор. Він встановлюється в передній частині автомобіля та призначений для екстреного зниження температури рідини у двигуні. Якщо на автомобілі є кондиціонер, то його радіатор встановлюється поруч. На автомобілях "Волга" та "Газель" застосовується масляний радіатор, який також ставиться у передній частині автомобіля. На радіаторі зазвичай ставиться вентилятор, який рухається електромотором, ременем або муфтою.

Рідинний насос у системі

Цей пристрій входить у схему циркуляції охолоджуючої рідини "Газелі" та будь-якого іншого автомобіля. Привід може здійснюватися так:

1. Від ременя газорозподільного механізму.
2. Від ременя генератора.
3. Від окремого ременя.

Конструкція складається з таких елементів:

1. Металева або пластикова крильчатка. Від кількості лопат залежить ефективність роботи насоса.
2. Корпус - зазвичай виконується з алюмінію та його сплавів. Справа в тому, що саме цей метал добре працює в агресивних умовах, практично не діє нею корозія.
3. Шків для встановлення ременя приводу - зубчастий або клиноподібний.
4. Вал – сталевий ротор, на одному кінці якого знаходиться крильчатка (всередині), а зовні шків для встановлення приводного шківа.
5. Бронзова втулка або підшипник - мастило цих елементів здійснюється за допомогою спеціальних присадок, що є в антифризі.
6. Сальник дозволяє уникнути витікання рідини із системи охолодження.

Термостат та його особливості

Важко сказати, який саме елемент забезпечує найефективнішу циркуляцію рідини у системі охолодження. З одного боку, помпа створює тиск і антифриз рухається патрубками з її допомогою.

Але з іншого боку, якби не було термостата, рух відбувався б виключно з малого кола. Конструкція містить такі елементи:

1. Корпус із алюмінію.
2. Виходи для з'єднання із патрубками.
3. Пластина біметалевого типу.
4. Механічний клапан зі зворотною пружиною.

Принцип роботи у тому, що з температурі нижче 85 градусів рухається рідина лише з малому контуру. При цьому клапан усередині термостата знаходиться в такому положенні, при якому антифриз не потрапляє у великий контур.

Як тільки досягне температура 85 градусів, почне деформуватися. Вона впливає на механічний клапан і відкриває доступ антифризу до основного радіатора. Як тільки знизиться температура, клапан термостата повернеться у вихідне положення під дією зворотної пружини.

Розширювальний бачок

У системі охолодження двигуна внутрішнього згоряння є розширювальний бачок. Справа в тому, що будь-яка рідина, у тому числі й антифриз, під час нагрівання збільшує об'єм. А за охолодження обсяг зменшується. Отже, потрібен якийсь буфер, у якому зберігатиметься невелика кількість рідини, щоб у системі завжди її було вдосталь. Саме з цим завданням і справляється розширювальний бачок – туди виплескується надлишок під час нагрівання.

Кришка розширювального бачка

Ще один незамінний компонент системи – це пробка. Існує два типи конструкції - герметична та негерметична. У тому випадку, якщо на автомобілі застосовується остання, пробка розширювального бачка має лише дренажний отвір, через який врівноважується тиск у системі.

Але якщо герметична система застосована, то в пробці є два клапани - впускний (забирає всередину повітря з атмосфери, працює при тиску нижче 0,2 бар) і випускний (спрацьовує при тиску понад 1,2 бар). Він викидає із системи надлишки повітря.

Виходить так, що в системі тиск завжди більший, ніж в атмосфері. Це дозволяє трохи підвищити температуру кипіння антифризу, що сприятливо позначається на роботі двигуна. Особливо це добре для руху пробками у міських умовах. Приклад герметичної системи – автомобілі ВАЗ-2108 та аналогічні. Негерметичній – моделі класичної серії ВАЗ.

Радіатор та вентилятор

Циркуляція рідини, що охолоджує, проходить через основний радіатор, який встановлений в передній частині автомобіля. Таке місце обрано не випадково - під час руху з великою швидкістю стільники радіатора обдуваються зустрічним потоком повітря, що забезпечує зниження температури двигуна. На радіаторі встановлюється вентилятор. Більшість таких пристроїв має на "Газелях", наприклад, часто використовуються муфти, аналогічні тим, які ставляться на компресорах кондиціонера.

Увімкнення електричного вентилятора відбувається за допомогою датчика, встановленого у нижній частині радіатора. Може використовуватися на інжекторних машинах сигнал від датчика температури, розташованого на корпусі термостата або в блоці двигуна. Сама проста схемавключення містить лише один термовимикач - у нього нормально розімкнені контакти. Як тільки в нижній частині радіатора температура сягне 92 градусів, контакти всередині перемикача замкнуться і відбудеться подача напруги на електродвигун вентилятора.

Обігрівач салону

Це найважливіша частина, якщо дивитися з погляду водія та пасажирів. Від ефективності роботи печі залежить комфорт при їзді взимку. Обігрівач входить у схему циркуляції рідини, що охолоджує, і складається з таких компонентів:

1. Електродвигун із крильчаткою. Включається він за спеціальною схемою, в якій є постійний резистор - він дозволяє змінювати частоту обертання крильчатки.
2. Радіатор - це елемент, яким проходить гарячий антифриз.
3. Кран - призначений для відкривання та закривання подачі антифризу всередину радіатора.
4. Система повітроводів дозволяє спрямовувати гаряче повітря у потрібному напрямку.

Схема циркуляції охолоджуючої рідини по системі така, що при закриванні всього одного входу в радіатор гарячий антифриз ніяк не потрапить у нього. Існують автомобілі, в яких кран грубки відсутній - усередині радіатора завжди знаходиться гарячий антифриз. А в літню пору просто закриваються повітропроводи і тепло в салон не подається.

Система охолодження призначена для охолодження деталей двигуна, що нагріваються внаслідок його роботи. на сучасних автомобіляхсистема охолодження, крім основної функції, виконує низку інших функцій, зокрема:

Залежно від способу охолодження розрізняють такі види систем охолодження: рідинна (закритого типу), повітряна (відкритого типу) та комбінована. У системі рідинного охолодження тепло від нагрітих частин двигуна відводиться потоком рідини. Повітряна система охолодження використовує потік повітря. Комбінована система поєднує рідинну та повітряну системи.

На автомобілях найбільшого поширенняодержали система рідинного охолодження. Дана система забезпечує рівномірне та ефективне охолодження, а також має менший рівень шуму. Тому пристрій і принцип дії системи охолодження розглянуті на прикладі системи рідинного охолодження.

Конструкція системи охолодження бензинового та дизельних двигунівподібні. Система охолодження двигуна включає безліч елементів, серед яких радіатор охолоджувальної рідини, масляний радіатор, теплообмінник обігрівача, вентилятор радіатора, відцентровий насос, а також розширювальний бачок та термостат. У схему системи охолодження включено «сорочка охолодження» двигуна. Для регулювання роботи системи використовують елементи управління.

Радіатор призначений для охолодження нагрітої рідини, що охолоджує потоком повітря. Для збільшення тепловіддачі радіатор має спеціальний трубчастий пристрій.

Поряд з основним радіатором у системі охолодження можуть встановлюватися масляний радіатор та радіатор системи рециркуляції відпрацьованих газів. Олійний радіатор служить для охолодження олії в системі мастила.

Радіатор системи рециркуляції відпрацьованих газів охолоджує відпрацьовані гази, чим досягається зниження температури згоряння паливно-повітряної суміші та утворення оксидів азоту. Роботу радіатора відпрацьованих газів забезпечує додатковий насос циркуляції рідини, що охолоджує, включений в систему охолодження.

Теплообмінник обігрівача виконує функцію, протилежну радіатору системи охолодження. Теплообмінник нагріває повітря, що проходить через нього. Для ефективної роботи теплообмінник обігрівача встановлюється безпосередньо біля виходу нагрітої рідини, що охолоджує, з двигуна.

Для компенсації зміни об'єму рідини, що охолоджує, внаслідок температури в системі встановлюється розширювальний бачок. Заповнення системи охолоджувальної рідини зазвичай здійснюється через розширювальний бачок.

Циркуляція рідини, що охолоджує, в системі забезпечується відцентровим насосом. У побуті відцентровий насос називають помпою. Відцентровий насос може мати різний привід: шестеренний, ремінний та ін На деяких двигунах, обладнаних турбонаддувом, для охолодження наддувного повітря і турбокомпресора встановлюється додатковий насос циркуляції охолоджуючої рідини, що підключається блоком управління двигуном.

Термостат призначений для регулювання кількості охолоджуючої рідини, що проходить через радіатор, що забезпечує оптимальний температурний режим в системі. Термостат встановлюється в патрубку між радіатором та «сорочкою охолодження» двигуна.

на потужних двигунахвстановлюється термостат з електричним підігрівом, який забезпечує двоступінчасте регулювання температури охолоджувальної рідини. Для цього в конструкції термостата передбачено три робочі положення: закрите, частково відкрите та повністю відкрите. При повному навантаженніна двигун за допомогою електричного підігріву термостата провадиться його повне відкриття. При цьому температура рідини, що охолоджує, знижується до 90°С, зменшується схильність двигуна до детонації. В інших випадках температура рідини, що охолоджує, підтримується в межах 105°С.

Вентилятор радіатора служить підвищення інтенсивності охолодження рідини в радіаторі. Вентилятор може мати різний привід:

• механічний ( постійне з'єднання з колінчастим валомдвигуна);
• електричний ( керований електродвигун);
• гідравлічний ( гідромуфта).

Найбільшого поширення набув електричний привід вентилятора, що забезпечує широкі можливості регулювання.

Типовими елементами управління системи охолодження є датчик температури рідини, що охолоджує, електронний блокуправління та різні виконавчі пристрої.

Датчик температури охолоджуючої рідини фіксує значення контрольованого параметра і перетворює його на електричний сигнал. Для розширення функцій системи охолодження (охолодження відпрацьованих газів у системі рециркуляції відпрацьованих газів, регулювання роботи вентилятора та ін.) на виході радіатора встановлюється додатковий датчик температури рідини, що охолоджує.

Сигнали від датчика приймає електронний блок управління і перетворює їх у керуючі на виконавчі пристрої. Використовується, як правило, блок керування двигуном із встановленим відповідним програмним забезпеченням.

У роботі системи управління можуть використовуватися наступні виконавчі пристрої: нагрівач термостата, реле додаткового насосуохолоджуючої рідини, блок управління вентилятором радіатора, реле охолодження двигуна після зупинки.

Принцип роботи системи охолодження

Роботу системи охолодження забезпечує система керування двигуном. У сучасних двигунахалгоритм роботи реалізований на основі математичної моделі, яка враховує різні параметри (температуру охолоджуючої рідини, температуру олії, зовнішню температурута ін) і задає оптимальні умови включення та час роботи конструктивних елементів.

Охолодна рідина в системі має примусову циркуляцію, яку забезпечує відцентровий насос. Рух рідини здійснюється через "сорочку охолодження" двигуна. При цьому відбувається охолодження двигуна та нагрівання охолоджуючої рідини. Напрямок руху рідини в "сорочці охолодження" може бути поздовжнім (від першого циліндра до останнього) або поперечним (від випускного колектора до впускного).

Залежно від температури, рідина циркулює по малому або великому колу. При запуску двигуна сам двигун і рідина, що охолоджує, в ньому холодні. Для прискорення прогріву двигуна рідина, що охолоджує, рухається по малому колу, минаючи радіатор. Термостат закритий.

У міру нагрівання охолоджуючої рідини термостат відкривається, і рідина, що охолоджує, рухається по великому колу - через радіатор. Нагріта рідина проходить через радіатор, де охолоджується зустрічним потоком повітря. За потреби рідина охолоджується потоком повітря від вентилятора.

Після охолодження рідина знову надходить у «сорочку охолодження» двигуна. У ході роботи двигуна цикл руху рідини, що охолоджує, багаторазово повторюється.

На автомобілях з турбонаддувом може застосовуватися двоконтурна система охолодження, в якій один контур відповідає за охолодження двигуна, інший за охолодження наддувного повітря.

У процесі роботи піддаються впливу дуже високих температур і без відведення зайвого тепла його функціонування неможливе. Основним призначенням системи охолодження двигунає охолодження деталей працюючого двигуна. Наступною за важливістю функцією системи охолодження є нагрівання повітря у салоні. У двигунах з турбонаддувом система охолодження знижує температуру повітря, що нагнітається в циліндри, в автомобілях з охолоджує робочу рідину в . У деяких моделях автомобілів для додаткового охолодження масла встановлюється масляний радіатор.

Системи охолодження поділяються на два основні типи:

1. рідинну;
2. повітряну.

Кожна з цих систем має свої переваги та недоліки.

Повітряна система охолодженнямає наступні переваги: ​​простота конструкції та обслуговування, менша вага двигуна, знижені вимоги до температурних коливань навколишнього середовища. Недоліками двигунів з повітряним охолодженням є велика втрата потужності на приводі вентилятора, що охолоджує, шумна робота, надмірне теплове навантаження на окремі вузли, відсутність конструктивної можливості організації циліндрів за блочним принципом, складності з подальшим використанням тепла, що відводиться, зокрема – для обігріву салону.

У сучасних двигунах автомобілів система повітряного охолодження зустрічається досить рідко, і основне поширення набула система рідинного охолодження закритого типу.

Пристрій та схема рідинної (водяної) системи охолодження двигуна

Система рідинного охолодженнядозволяє рівномірно забирати тепло у всіх вузлів двигуна незалежно від теплових навантажень. Двигун водяного охолодження менш шумний щодо двигуна з повітряним охолодженням, менш схильний до детонації, швидше розігрівається при запуску.

Основними елементами системи рідинного охолодження двигуна як бензинового, так і дизельного є:

1. "водяна сорочка" двигуна;
2. радіатор системи охолодження;
3. вентилятор;
4. відцентровий насос (помпа);
5. термостат;
6. розширювальний бачок;
7. радіатор обігрівача;
8. елементи керування.

1. «Водяна сорочка»являє собою сполучені порожнини між подвійними стінками двигуна в місцях, звідки необхідний відведення надлишкового тепла за допомогою циркуляції рідини, що охолоджує.
2. Радіатор системи охолодженняслужить для віддачі тепла у довкілля. Радіатор виконується з великої кількості вигнутих (нині найчастіше алюмінієвих) трубок, що мають додаткові ребра для підвищення тепловіддачі.
3. Вентилятор призначений для посилення потоку повітря, що набігає, на радіатор системи охолодження (працює в бік двигуна) і включається за допомогою електромагнітної (іноді – гідравлічної) муфти від сигналу датчика при перевищенні порогового значення температури охолоджуючої рідини. Вентилятори охолодження з постійним приводом двигуна зустрічаються в даний час досить рідко.
4. Відцентровий насос (помпа)служить для забезпечення безперебійної циркуляції рідини, що охолоджує, в системі охолодження. Привід помпи від двигуна здійснюється механічним шляхом: ременем, рідше – шестернями. Деякі двигуни, такі як: двигуни з турбонаддувом, безпосереднім упорскуваннямпалива можуть оснащуватися двоконтурною системою охолодження - додатковою помпою для зазначених агрегатів, що підключається по команді з електронного блоку управління двигуном при досягненні порогового значення температур.
5. Термостат – прилад, що є біметалічний, рідше - електронний клапан, встановлений між «сорочкою» двигуна і вхідним патрубком радіатора охолодження. Призначення термостата – забезпечення оптимальної температури рідини, що охолоджує, в системі. При холодному двигуні термостат закритий, і циркуляція рідини, що охолоджує, відбувається «по малому колу» - всередині двигуна, минаючи радіатор. При збільшенні температури рідини до робочого значення термостат відкривається і система починає працювати в режимі максимальної ефективності.
6. Системи охолодження двигунів внутрішнього згорянняздебільшого є системи закритого типу, а тому до їх складу включається розширювальний бачоккомпенсує зміну об'єму рідини в системі при зміні температури. Через розширювальний бачок зазвичай і заливається рідина, що охолоджує, в систему.
7. Радіатор обігрівача– це, по суті, радіатор системи охолодження, зменшений у розмірах та встановлений у салоні автомобіля. Якщо радіатор системи охолодження віддає тепло в навколишнє середовище, то радіатор обігрівача безпосередньо в салон. Для досягнення максимальної ефективності обігрівача паркан робочої рідинидля нього із системи здійснюється в самому «гарячому» місці – безпосередньо на виході з «сорочки» двигуна.
8. Основним елементом у ланцюзі пристроїв керування системою охолодження є датчик температури . Сигнали з нього надходять на контрольний прилад в салоні автомобіля, електронний блок управління (ЕБУ) з відповідним чином налаштованим програмним забезпеченням і, через нього - на інші виконавчі пристрої. Список цих виконавчих пристроїв, що розширюють стандартні можливості типової системи рідинного охолодження, досить широкий: від управління вентилятором, до реле додаткової помпиу двигунах з турбонаддувом або безпосереднім упорскуванням палива, режимом роботи вентилятора двигуна після зупинки тощо.

Принцип роботи системи охолодження

Тут дана лише загальна, спрощена схема роботи системи охолодженнядвигуна внутрішнього згоряння Сучасні системиуправління двигуном насправді враховують безліч параметрів, як-от: температуру робочої рідини в системі охолодження, температуру масла, температуру за бортом та інше, і вже на основі зібраних даних реалізують оптимальний алгоритм включення в роботу тих чи інших пристроїв.

Системою охолодження називається сукупність пристроїв, що здійснюють примусове відведення, що регулюється, і передачу теплоти від деталей двигуна в навколишнє середовище.

Система охолодження призначена для підтримки оптимального температурного режиму, що забезпечує отримання максимальної потужності, високої економічності та тривалого терміну служби двигуна.

При згорянні робочої суміші температура в циліндрах двигуна підвищується до 2500 ° С і в середньому під час роботи двигуна становить 800 ... 900 ° С. Тому деталі двигуна сильно нагріваються, і якщо їх не охолоджувати, то знижуватимуться потужність двигуна, його економічність, збільшуватиметься зношування деталей і може статися поломка двигуна.

При надмірному охолодженні двигун також втрачає потужність, погіршується його економічність та зростає зношування.

Для примусового та регульованого відведення теплоти в двигунах автомобілів застосовують два типи системи охолодження (). Тип системи охолодження визначається теплоносієм (робочою речовиною), що використовується для охолодження двигуна.

Малюнок 1– Типи систем охолодження

Застосування в двигунах різних систем охолодження залежить від типу та призначення двигуна, його потужності та класу автомобіля.

Рідина система охолодження

У рідинної системиохолодження використовуються спеціальні охолодні рідини - антифризи різних марок, що мають температуру загусання - 40 ° С і нижче. Антифризи містять антикорозійні та антиспінювальні присадки, що виключають утворення накипу. Вони дуже отруйні та вимагають обережного поводження. Порівняно з водою антифризи мають меншу теплоємність і тому відводять тепло від стінок циліндрів двигуна менш інтенсивно.

Так, при охолодженні антифризом температура стінок циліндрів на 15...20°З вище, ніж за охолодженні водою. Це прискорює прогрів двигуна і зменшує зношування циліндрів, але влітку може призвести до перегріву двигуна.

Оптимальним температурним режимом двигуна при рідинній системі охолодження вважається такою, при якому температура охолоджуючої рідини в двигуні становить 80 ... 100 ° С на всіх режимах роботи двигуна.

Це можливо за умови, що з рідиною, що охолоджує, виноситься в навколишнє середовище 25...35 % теплоти, що виділяється при згорянні палива в циліндрах двигуна. При цьому в бензинових двигунахвеличина теплоти, що відводиться більше, ніж у дизелях.

Система охолодження двигуна складаєтьсяз сорочки охолодження головки та блоку циліндрів, радіатора, насоса, термостата, вентилятора, розширювального бачка, з'єднувальних трубопроводів та зливних краників. Крім того, до системи охолодження входить обігрівач салону кузова автомобіля.

Робота системи

Малюнок 3- Система охолодження двигуна

1, 2, 3, 5, 15, 18 – шланги; 4 – патрубок; 6 – бачок; 7, 9 – пробки; 8 – сорочка охолодження; 10 – радіатор; 11 – кожух; 12 – вентилятор; 13, 14 – шківи; 16 - ремінь; 17 - насос; 19 – термостат

При непрогрітому двигуніосновний клапан термостата 19 () закритий, і охолодна рідина не проходить через радіатор 10. У цьому випадку рідина нагнітається насосом 17 в сорочку охолодження блоку 8 і головки циліндрів двигуна. З головки блоку циліндрів через шланг 3 рідина надходить до додаткового клапана термостата і знову потрапляє в насос. Внаслідок циркуляції цієї частини рідини двигун швидко прогрівається. Одночасно менша частина рідини надходить із головки блоку циліндрів в обігрівач (сорочка) впускного трубопроводу двигуна, а при відкритому крані - в обігрівач салону кузова автомобіля.

При прогрітому двигунідодатковий клапан термостата закрито, а основний клапан відкритий. В цьому випадку більша частина рідини з головки блоку циліндрів потрапляє в радіатор, охолоджується в ньому і через відкритий основний клапан термостата надходить у насос. Найменша частина рідини, як і при непрогрітому двигуні, циркулює через обігрівач впускного трубопроводу двигуна та обігрівач салону кузова. У деякому інтервалі температур основний і додатковий клапани термостата відкриті одночасно, і охолодна рідина циркулює в цьому випадку за двома напрямками ( колам циркуляції).

Кількість циркулюючої рідини в кожному колі залежить від ступеня відкриття клапанів термостата, що забезпечує автоматичну підтримку оптимального температурного режиму двигуна. Розширювальний бачок 6 заповнений охолоджувальною рідиною, повідомляється з атмосферою через гумовий клапан, встановлений в пробці 7 бачка. Бачок з'єднаний шлангом з горловиною наливної радіатора, яка має пробку 9 з клапанами. Бачок компенсує зміни обсягу рідини, що охолоджує, і в системі підтримується постійний обсяг циркулюючої рідини.

Для зливу охолоджуючої рідини із системи охолодження є два зливних отвориз різьбовими пробками, одна з яких знаходиться в нижньому бачку радіатора, а інша в блоці циліндрів двигуна. Температура рідини у системі контролюється покажчиком, датчик якого встановлено голівці блоку циліндрів двигуна.

Рідкісний насос забезпечує примусову циркуляцію рідини в системі охолодження двигуна. На двигунах автомобілів застосовують лопатеві насоси відцентрового типу ().

Малюнок 4– Рідинний насос (а) та вентилятор (б) двигуна

1 - крильчатка; 2 – корпус; 3 – вікно; 4 – кришка; 5 – підшипник; 6 – вал; 7 - маточина; 8 - гвинт; 9 - ущільнювальний пристрій; 10 – патрубок; 11, 13,14 – шківи; 12 - ремінь; 15 – вентилятор; 16 – накладка; 17 – болт

Вал 6 насоса встановлений у відлитій з алюмінієвого сплаву кришці 4 у дворядному нерозбірному підшипнику 5. Підшипник розміщений і зафіксований у кришці стопорним гвинтом 8. На одному кінці валу напресована лита чавунна крильчатка 1, а на іншому кінці - маточина 1 і 7 ступ. При обертанні валу насоса охолодна рідина через патрубок 10 надходить до центру крильчатки, захоплюється її лопатями, відкидається до корпусу 2 насоса під дією відцентрової сили і через вікно 3 в корпусі направляється в сорочку охолодження блоку циліндрів двигуна. Ущільнювальний пристрій 9, що складається з самопідтискної манжети та графітокомпозитного кільця, встановлений на валу насоса, виключає потрапляння рідини в підшипник валу.

Привід насоса та вентилятора здійснюється клиновим ременем 12 від шківа 13, який встановлений на передньому кінці колінчастого валу двигуна. За допомогою цього ременя також обертається шків 14 генератора. Нормальну роботу насоса та вентилятора забезпечує правильний натяг ременя.

Натяг ременя регулюють шляхом переміщення генератора у бік від двигуна (показано на (а) стрілкою). Насос корпусом 2, відлитим з алюмінієвого сплаву, кріпиться до фланця блоку циліндрів передньої частини двигуна.

Рідинний насос із приводом від зубчастого ременя

Розглянемо пристрій насоса, привод якого здійснюється зубчастим ременем ().

Малюнок 5– Рідкісний насос двигуна

1 – шків; 2 - гвинт; 3 – підшипник; 4 – вал; 5 – корпус; 6 - ущільнювальний пристрій; 7 – отвір; 8 - крильчатка

Вал 4 насоса встановлений у корпусі 5 з алюмінієвого сплаву в нерозбірному дворядному кульковому підшипнику 3. Підшипник стопориться в корпусі гвинтом 2 і ущільнюється спеціальним пристроєм 6, що включає графитокомпозитне кільце і манжету. На передньому кінці валу напресований зубчастий шків 1 із спеченого матеріалу, а на задньому кінці - крильчатка 8. У крильчатці зроблено два наскрізні отвори 7, які з'єднують між собою порожнини з охолоджувальною рідиною, розташовані по обидва боки крильчатки. Завдяки цим отворам вирівнюється тиск охолоджуючої рідини на крильчатку з обох боків, що виключає осьові навантаженняна вал насоса під час його роботи.

Вал насоса приводиться в обертання через шків 1 зубчастим ременем приводу розподільчого валу від колінчастого валу. При обертанні валу рідина надходить до центру крильчатки і під дією відцентрової сили спрямовується в сорочку охолодження двигуна. Насос кріпиться корпусом до блоку циліндрів двигуна через прокладку ущільнювача.

Сприяє прискоренню прогріву двигуна і регулює в певних межах кількість рідини, що охолоджує, проходить через радіатор. Термостат є автоматичним клапаном. У двигунах автомобілів застосовують нерозбірні двоклапанні термостати із твердим наповнювачем.

Малюнок 6

1, 6, 11 – патрубки; 2, 8 – клапани; 3, 7 – пружини; 4 – балон; 5 – діафрагма; 9 – шток; 10 – наповнювач

) має два вхідні патрубки 1 і 11, вихідний патрубок 6, два клапани (основний 8, додатковий 2) і чутливий елемент. Термостат встановлений перед входом у насос охолоджувальної рідини і з'єднується з ним через патрубок 6. Через патрубок 1 термостат з'єднується з головкою блоку циліндрів двигуна, а через патрубок 11 з нижнім бачком радіатора.

Чутливий елемент термостата складається з балона 4, гумової діафрагми 5 і штока 9. Усередині балона між стінкою і гумовою діафрагмою знаходиться твердий наповнювач 10 (дрібнокристалічний віск), що володіє високим коефіцієнтом об'ємного розширення.

Основний клапан термостата 8 з пружиною 7 починає відкриватися при температурі охолоджуючої рідини більше 80 °С. При температурі менше 80 °С основний клапан закриває вихід рідини з радіатора, і вона надходить з двигуна в насос, проходячи через додатковий відкритий клапан 2 термостата з пружиною 3.

При зростанні температури охолоджуючої рідини більше 80 °С у чутливому елементі плавиться твердий наповнювач, і його об'єм збільшується. Внаслідок цього шток 9 виходить з балона 4 і балон переміщається вгору. Додатковий клапан 2 при цьому починає закриватися і при температурі більше 94 °С перекриває прохід рідини, що охолоджує, від двигуна до насоса. Основний клапан 8 у цьому випадку відкривається повністю, і охолоджуюча рідина циркулює через радіатор.

Розширювальний бачок

Розширювальний бачокслужить для компенсації змін обсягу охолоджувальної рідини при коливаннях її температури та контролю кількості рідини в системі охолодження. Він також містить деякий запас охолоджуючої рідини на її природний спад і можливі втрати.

На автомобілях застосовують напівпрозорі пластмасові бачки із заливною горловиною, що закривається пластмасовою пробкою. Через горловину система заповнюється рідиною, що охолоджує, а через клапани, розміщені в пробці, здійснюється зв'язок внутрішньої порожнини бачка і системи охолодження з атмосферою. У пробці розширювальних бачків часто є один гумовий клапан, що спрацьовує при тиску, близькому до атмосферного. При зливі рідини, що охолоджує, з системи пробку знімають з розширювального бачка. Розширювальний бачок розміщується в підкапотному просторівідділення двигуна, де кріпиться до кузова автомобіля.

Радіатори автомобілів

Радіаторзабезпечує відведення теплоти охолоджуючої рідини в довкілля. на легкових автомобіляхзастосовуються трубчасто-пластинчасті радіатори.

Малюнок 7– Нерозбірний радіатор (а) та кожух (б) вентилятора двигуна

1 – пробка; 2 – горловина; 3, 4 – бачки; 5 – серцевина; 6 – патрубок; 7, 8 – клапани; 9 – кожух; 10 – ущільнювач

На деяких двигунах застосовується електровентилятор. Він складається з електродвигуна 6 та вентилятора 5. Вентилятор - чотирилопатевий, кріпиться на валу електродвигуна. Лопаті на маточині вентилятора розташовані нерівномірно і під кутом до площини його обертання. Це збільшує подачу вентилятора та зменшує шумність його роботи. Для більш ефективної роботи електровентилятор розміщений у кожусі 7, який прикріплений до радіатора. Електровентилятор кріпиться до кожуха на трьох гумових втулках. Вмикається та вимикається електровентилятор автоматично датчиком 3 залежно від температури охолоджувальної рідини.