Система охлаждения двигателя – назначение, виды систем, устройство, принцип работы

Функции системы охлаждения двигателя автомобиля

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

• Охлаждения смазывающих жидкостей в автоматических коробках передач;
• Охлаждения выхлопных газов в системе рециркуляции отработавших газов;
• Охлаждения воздуха в системе турбонаддува;
• Охлаждения систем смазки двигателя;
• Нагрева воздуха в системе отопления и кондиционирования.

Выход из строя или низкая эффективность работы системы охлаждения ведет к повышенному износу и выходу из строя двигателя деталей двигателя. Рабочая температура современных бензиновых двигателей составляет 100-120°C (или 70-90°C для дизельных моторов), а с учетом облегченных конструкций нынешних моторов и увеличенной мощностью по отношению к объему даже кратковременный перегрев гарантирует мгновенную или очень скорую поломку двигателя. Поэтому правильная работа системы охлаждения в современных автомобилях является гарантом работоспособности и ресурса силовой установки.

Как работает система охлаждения автомобильного двигателя?

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

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

Виды систем охлаждения двигателя

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

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

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

Схема системы охлаждения двигателя

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

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

1. Рубашка охлаждения

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

2. Помпа

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

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

3. Радиатор

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

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

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

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

Видео: Перегрев двигателя. Последствия перегрева.

4. Термостат

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

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

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

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

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

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

5. Вентилятор, датчики

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

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

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

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.

Неисправности системы охлаждения

Все, что может потечь, рано или поздно потечет. Это не только одна из интерпретаций закона Мерфи, но и четкое описание главной неисправности системы охлаждения. Система, включающая в себя порой более 10 резиновых шлангов, постепенно старея, начинает терять герметичность. Текут сами шланги, пропуская жидкость через нитяное армирование, текут хомутовые соединения. Со временем под воздействием противогололедных реагентов и летящих с дороги камней теряет герметичность радиатор. Особенно он страдает на автомобилях без кондиционера, где его не прикрывает теплообменник этой системы. Также радиатор принимает на себя все «удары судьбы» даже при небольших авариях. Течь теплообменника отопителя, хотя он и стоит в более «защищенном» от внешнего воздействия месте, также встречается нередко. Тот же антифриз, просочившийся сквозь сальниковое уплотнение насоса, выводит из строя подшипник, и — «Здравствуй, замена помпы». И хорошо, если вовремя уследите за признаками выхода из строя насоса, а то его поломка приведет или к обрыву ремня ГРМ и аварии двигателя, или к невозможности двигаться дальше на автомобилях, где установлен цепной привод газораспределительного механизма.

Термостат, этот маленький точный приборчик, тоже может начать хандрить. Его клапан может зависнуть или в закрытом, или в открытом состоянии. В первом случае неминуем перегрев двигателя даже в холодную погоду, а во втором двигатель не будет прогреваться до рабочей температуры. Повышенные износ мотора и расход топлива, негреющая печка — вот что гарантирует нам постоянно открытый термостат. Еще остается расширительный бачок. Течь его встречается только в схеме системы охлаждения, где он находится под рабочим давлением.

И последний узел, который может терять герметичность, — это пробка радиатора или расширительного бачка. И хотя жидкость через нее сразу не потечет, но это произойдет после первого же закипания двигателя. А закипит он быстро. Помните назначение пробки? Правильно: обеспечивать повышение температуры кипения жидкости. Ни один современный мотор не может работать без герметичной пробки, кроме случаев очень низкой температуры окружающей среды и небольшой нагрузки на двигатель.

Основы эксплуатации и обслуживания системы

Контроль за состоянием системы охлаждения – это необходимое условие комфортного движения на транспортном средстве. Несмотря на то, что неисправности указанной системы не запрещают эксплуатации автомобиля, водитель должен понимать опасность перспективы выхода ее из строя. Перегрев двигателя, более чем возможный в теплое время года, и недостаточный обогрев салона автомобиля в зимнюю пору приводит к необходимости ремонта, порой весьма дорогостоящего.
Соблюдение элементарных правил эксплуатации системы охлаждения двигателя позволит избежать, вовремя предупредить или минимизировать воздействие неисправностей на нормальную работу автомобиля.

Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости

Расширительный бачок служит для визуального контроля за уровнем жидкости в системе охлаждения. Дело в том, что объем системы охлаждения постоянен, а вот объем жидкости изменяется в зависимости от условий эксплуатации. При понижении или повышении уровня охлаждающей жидкости (указанного на расширительном бачке) необходимо корректировать ее количество в системе.

Диагностика негерметичности системы

Постоянное понижение уровня охлаждающей жидкости чаще всего связано с ее протеканием. Многочисленные соединения патрубков с элементами системы охлаждения, коррозия основного радиатора или радиатора «печки» приводят к постоянному уменьшению уровня жидкости в расширительном бачке. Диагностирование проблемы связано с обнаружением темных пятен на узлах и агрегатах, расположенных в моторном отсеке, мокрым следам на проезжей части, а также по характерному сладковато-приторному запаха тосола. Более серьезный характер носит обнаружение следов тосола на масляном щупе, что приводит к дорогостоящему ремонту двигателя.

Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

Перегрев может быть связан с несколькими причинами:

1. заклиниванием термостата в положении «закрыто»;
2. засорением каналов системы;
3. недостаточным уровнем жидкости в системе.

А вот недостаточный нагрев двигателя автомобиля свидетельствует исключительно о заклинивании термостата, который работает только в положении «открыто».

Подведем итог. Система охлаждения двигателя выполняет функции отвода излишнего тепла от силового агрегата, образовавшегося в процессе работы, и поддержания нормального (рабочего) режима его эксплуатации.

Замена жидкости и промывка

Если не пришлось заменять какой-либо узел в системе охлаждения раньше, то инструкции рекомендуют менять антифриз не реже чем в 5–10 лет. Если вам не приходилось доливать в систему воду из канистры, а еще хуже — из придорожной канавы, то при замене жидкости систему можно не промывать.

Видео «Устройство СО и схема циркуляции»

Пользователь Рамиль Абудллин опубликовал видео, в котором рассказывает об устройстве и принципе действия, а также циркуляции хладагента по системе охлаждения.