Система охлаждения двигателя: устройство, типы и принцип работы

Во время работы двигателя автомобиля в цилиндрах сгорает топливная смесь. Это требует их охлаждения. Если оно не будет обеспечено, цилиндры расширятся и движение по ним поршня будет невозможно. Понижение температуры обеспечивает система охлаждения. Поговорим более подробно, как она устроена, как работает, каких типов бывает и какие неисправности у нее чаще всего возникают.

Устройство системы охлаждения двигателя

В настоящее время в подавляющем большинстве легковых и грузовых транспортных средств установлена жидкостная (или водяная) система охлаждения закрытого типа. Это обусловлено тем, что она позволяет добиться равномерного и достаточно быстрого охлаждения цилиндроблока, при этом не производит сильного шума. Рассмотрим устройство узла на ее примере.

Она состоит из следующих элементов:

• радиатор для хладагента;
• радиатор для масла (присутствует не на всех моделях);
• теплообменник;
• вентилятор;
• насос;
• расширительный бачок;
• термостат;
• система шлангов и патрубков.

Рубашка цилиндров также является составной частью узла.

Основная задача радиатора – понижение температуры жидкости, которая циркулирует по контуру узла. Для этого он имеет трубчатое устройство, которое существенно облегчает отдачу тепла.

Масляный радиатор используется для понижения температуры масла в автомобильной системе смазки. Дело в том, что во время работы оно тоже достаточно сильно нагревается. Это обусловлено интенсивным трением смазываемых деталей, а также поступлением тепла от цилиндров.

Теплообменник используется для нагрева воздуха, который через него проходит. Это необходимо для запуска двигателя в холодное время года.

Вентилятор при необходимости нагнетает воздушный поток на радиатор, тем самым делая его прохождение (а значит, и охлаждение) более интенсивным. Устройство приводится в движение коленвалом или сцеплением.

Насос обеспечивает стабильную циркуляцию жидкости в системе, поддерживая ее давление на одном и том же уровне. Он вращается за счет подключения к коленчатому валу.

Расширительный бачок нужен на случай, если объем жидкости существенно возрастет в результате ее нагрева. Это устройство предотвращает повышение давления в патрубках, тем самым не допуская нарушения их целостности и утечку.

Термостат определяет количество охладителя в зависимости от степени его нагрева. Его основное назначение – регулировка температуры в целях ее поддержания на одном и том же уровне. На современных моделях транспортных средств вместо термостата стоит температурный датчик, который передает информацию на ЭБУ. Он, в свою очередь, вычисляет необходимые давление и температуру и подает соответствующие команды на клапаны.

Патрубки и шланги служат для соединения между собой всех остальных составных элементов системы. Именно по ним циркулирует охладитель по пути от одной детали к другой.

Следует отметить, что описанное выше устройство используется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях.

Также на некоторых ДВС присутствует дополнительная система. Она помогает избежать перегрева, когда мотор длительное время работает вхолостую. Чаще всего ее устанавливают на пожарные машины, бетономешалки и другой транспорт специального назначения.

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Принцип работы узла (на примере жидкостной системы) выглядит следующим образом.

• При пуске двигателя начинает вращаться коленвал, а вместе с ним и насос. В результате в системе образуется давление, достаточное для циркуляции по ней охладителя.
• По патрубкам жидкость идет сперва к наиболее горячим частям мотора (то есть к цилиндровой группе). Когда она их полностью омывает и забирает большую часть тепла на себя, она направляется к радиатору.
• В радиаторе охладитель теряет накопленное тепло за счет распределения по системе трубок. Это происходит благодаря прохождению через нее воздуха в результате движения транспортного средства, а также с помощью вентилятора.
• После того, как охлаждение завершено, жидкость опять поступает в насос. Цикл повторяется снова.

При этом необходимая температура поддерживается термостатом. Чем горячее цилиндровый блок, тем больше просвет его клапана, благодаря чему охладитель циркулирует по контуру более интенсивно. При относительно холодном цилиндроблоке просвет клапана уменьшается, а вместе с ним уменьшается и циркуляция. В современных моделях транспортных средств роль термостата выполняет термодатчик, который посылает информацию о температуре на блок управления, контролирующий клапаны.

Кроме того, при низкой температуре цилиндров жидкость может циркулировать по так называемому малому кругу. Это означает, что она не поступает в радиатор, а протекает между цилиндроблоком и насосом. Подобная схема функционирования необходима для достижения мотором оптимальной температуры работы. Когда желаемая температура обеспечена, термостат (или клапан под управлением ЭБУ) открывают охладителю путь для циркуляции по большому кругу, после чего он начинает поступать в том числе в радиатор и охлаждаться более интенсивно.

В расширительный бачок при сильном нагреве охладителя отводят его излишки, а также образовавшийся в ходе работы пар. Кроме того, эта деталь содержит некоторый запас жидкости, предназначенный для восполнения ее потерь (они могут происходить в результате испарения или утечек).

Виды систем охлаждения двигателя в автомобиле

На сегодняшний день самыми распространенными являются следующие типы охлаждения:

• воздушная;
• жидкостная.

Рассмотрим их особенности, преимущества и недостатки.

Воздушное охлаждение

Воздушная система встречается крайне редко. Это обусловлено спецификой этого вида охлаждения и меньшей эффективностью по сравнению с жидкостной. Ее можно встретить на старых моделях ЗАЗ, малолитражных автомобилях ОКА, а также грузовых машинах чешского производства Tatra. Кроме того, она применяется на подавляющем большинстве мопедов, мотороллеров и мотоциклов.

Конструкция несколько отличается от жидкостной. В ней отсутствует радиатор. Вместо него имеется специальная рубашка цилиндроблока, снабженная направляющими ребрами. Они обеспечивают максимально эффективное омывание цилиндров воздухом. Его нагнетает вентилятор. Чтобы потоки воздуха не рассеивались и имели постоянную силу, цилиндры скрыты специальным кожухом.

Таким образом, в воздушной системе цилиндроблок охлаждается воздухом без посредничества жидкости.

К достоинствам этого типа охлаждения можно отнести:

• простоту конструкции (и, как следствие, техобслуживания);
• малый вес;
• надежность.

Однако она имеет и недостатки:

• меньшую эффективность по сравнению с жидкостной;
• высокий уровень шума при запущенном двигателе;
• невозможность использования тепла мотора для обогрева авто;
• большую потерю мощности, которая уходит на вращение вентилятора;
• чувствительность к перепадам температуры окружающей среды (в мороз запустить мотор гораздо сложнее).

Как можно заметить, минусы в данном случае перевешивают плюсы. Это и обусловило столь малое распространение охлаждения двигателя внутреннего сгорания этой разновидности.

Жидкостное охлаждение

Устройство и принцип действия жидкостной охладительной системы ДВС более подробно описаны выше. Здесь стоит сказать о ее преимуществах и недостатках.

К числу плюсов можно отнести следующие:

• легкий пуск в мороз;
• равномерное охлаждение;
• возможность использование блочной конструкции цилиндровой группы, которая делает компоновку мотора более простой;
• малый уровень шума при работе ДВС;
• отсутствие механической нагрузки в деталях узла;
• меньшая потеря мощности.

А это – недостатки подобного типа систем:

• более сложная конструкция (а значит, и техническое обслуживание);
• необходимость периодической смены жидкости;
• возможность подтекания или замерзания охладителя, которые нарушают общую работу системы;
• увеличенный коррозийный износ, возникающий вследствие постоянного контакта металлических элементов конструкции с жидкостью.

Неисправности системы охлаждения

Итак, каковы «симптомы» неисправности системы? В их роли могут выступать следующие признаки:

• перегрев ДВС;
• переохлаждение мотора;
• видимая утечка охладителя.

Не заметить поломку очень сложно – мотор будет работать некорректно и нормальное передвижение на автомобиле станет попросту затруднительным.

Чаще всего встречаются следующие неисправности.

• Проблемы с радиатором. Здесь спектр поломок довольно большой: это и засорение патрубков, и загрязнение решетки, и нарушение целостности устройства.
• Поломка насоса. Чаще всего возникают загрязнение, нарушение центробежности или физический износ вследствие продолжительного срока эксплуатации.
• Проблемы с вентиляторов. Наиболее часто ослабевает привод или выходит из строя подшипник вентилятора. В результате он вращается не в полную силу.
• Нарушение целостности одного из элементов системы. В данном случае в роли поломки может выступать трещина в рубашке цилиндров, в патрубках, насосе или любой другой детали. Она приводит к утечке охладителя и менее эффективному снижению температуры.
• Поломка термостата или температурного датчика. Если один из этих компонентов перестанет корректно работать, то жидкость будет циркулировать только по одному замкнутому кругу (обычно большому).

Неисправности выявляются в ходе тщательного осмотра всех деталей системы и их последующего ремонта или замены (в случае, если отремонтировать устройство не представляется возможным).

Замена жидкости и промывка

Хладагент меняют примерно раз в 2 года (или через каждые 45 000 километров пробега). Для этого сначала необходимо слить жидкость, для чего нужно:

• ослабить пробку, находящуюся в расширительном бачке;
• открыть кран, расположенный в радиаторе, предварительно подставив под него емкость для сбора охладителя.

При сливе лучше обеспечит наклон авто вперед, чуть приподняв его заднюю часть. Так хладагент будет вытекать гораздо быстрее. Наклон обеспечивают путем установки небольших брусочков под задние колеса или с помощью домкрата.

После требуется промыть систему. Для этого надо выполнить следующие действия:

• залить в систему дистиллированную воду (в идеале – чуть подкисленную лимонной или уксусной кислотой);
• запустить мотор и дать ему поработать некоторое время (не больше 20 минут в общей сложности);
• заглушить двигатель и слить воду описанным выше способом.

Зачем нужна промывка? Дело в том, что в результате коррозии, а также наличия в охладителе специальных примесей на патрубках узла образуется налет, который существенно затрудняет их проходимость. В результате отъем тепла от цилиндрогруппы и его перенос на радиатор становятся куда менее эффективными. Для очистки можно использовать не только воду, но и специальные составы, которые можно приобрести в автомобильных магазинах. Однако следует учитывать, что это обойдется гораздо дороже. Впрочем, результат очистки будет гораздо лучше.

Затем необходимо заправить новый хладагент. Это делают через расширительный бачок, предварительно отсоединив его с посадочного места и освободив одно из отверстий. Когда заправка завершена, бачок устанавливают на прежнее место и на некоторое время запускают мотор. Это необходимо для того, чтобы охладитель равномерно разошелся по системе. После заправки обязательно нужно проверить уровень хладагента и убедится в отсутствии подтеканий.