Схема системы охлаждения двигателя

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.

https://youtube.com/watch?v=6xX9X3i2APY

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).

Териология систем охлаждения

В то время как охлаждающий модуль вклю­чает компоненты, выполняющие опреде­ленные функции, система охлаждения охватывает все компоненты, относящиеся к охлаждению, в том числе и те, которые не входят в состав законченных конструктив­ах узлов. Сюда относятся компоненты, не входящие в состав модуля охлаждения, такие как соединительные трубопроводы и шланги, насосы, расширительные бачки и элементы Управления.

Технология систем охлаждения имеет целый ряд технических и экономических преимуществ:

• Снижение паразитных потерь за счет опти­мизации гидравлической части системы;
• Оптимизация процессов управления и динамики;
• Оптимизация системы отопления салона автомобиля;
• Большое количество вариантов, что по­зволяет выбрать наиболее подходящий для данного автомобиля и условий экс­плуатации;
• Стандартизованная концепция сборки всех компонентов системы охлаждения;
• Снижение затрат на разработку благодаря уменьшению количества интерфейсов.

См. также

Термостат двигателя

• Предпусковой подогреватель двигателя — устройство, позволяющее прогреть двигатель безрельсового транспортного средства, не запуская его.
• Свеча накаливания — это деталь в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Служит для разогрева камеры сгорания перед запуском двигателя
• Система впрыска воды
• Шеститактный двигатель (Двигатель с двумя циклами рабочего хода) Двигатель такого вида первые 4 такта работает по циклу Отто или Дизеля, а затем в цилиндр подаётся охлаждённый воздух или вода. За счёт расширения воздуха или испарения воды происходит дополнительное охлаждение стенок цилиндра и снижение тепловых потерь двигателя.
• Интеркулер — промежуточный охладитель наддувочного воздуха, представляющий собой теплообменник (воздуховоздушный, водовоздушный), чаще радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. В основном используется в двигателях с системой турбонаддува.
• Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры.
• Двигатель внутреннего сгорания
• Антифриз
• Glysantin
• Расширительный бачок
• Двухклапанная крышка радиатора
• Радиатор
• Стоп-течь
• Термостат

Жидкостная система охлаждения

Жиддкостная система охлаждения более инерционна, двигатель медленно прогревается, но и медленно остывает. Кроме того, большая теплоемкость охлаждающей жидкости обеспечивают интенсивный и равномерный теплоотвод и меньшую температуру деталей.

Теплота, отводимая от двигателей, используется для подогрева впускного трубопровода и улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.

Приборы системы охлаждения:

радиатора 3, вентилятора 1, жидкостного насоса 8, рубашки охлаждения блока цилиндров, рубашки охлаждения головки блока цилиндров, термостата 10, патрубков 6,17 шлангов 9, расширительного бачка, приборов контроля температуры жидкости 13, сливных краников 18, 19.

Отопитель салона

Смотреть галерею

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.

Принципы построения систем охлаждения

Снижение эффективности работы системы охлаждения приводит к увеличению температуры поршней, уменьшению зазоров между поршнем и цилиндром. Тепловые зазоры уменьшаются до нуля. Поршень задевает за стенки цилиндра, образуются задиры, перегретое масло теряет смазочные свойства и масляная плёнка разрывается. Такой режим работы может привести к заклиниванию двигателя. Перегрев сопровождается неравномерным расширением головки блока, болтов крепления, блока двигателя и пр. В дальнейшем разрушение двигателя неизбежно: трещины в головке блока, деформация плоскостей стыка головки и самого блока цилиндров, образуются трещины сёдел клапанов и т.п. — неприятно даже перечислял, всё это, поэтому лучше до этого не доводить!

Система охлаждения двигателя и масла призвана не допустить подобного развития событий, но для того, чтобы система справилась с поставленными задачами, необходимо использовать качественную охлаждающую жидкость (ОЖ). Низкозамерзающие ОЖ называют антифризами — от английского слова «antifreeze». Ранее ОЖ приготовляли на основе водных растворов одноатомных спиртов, гликолей, глицерина и неорганических солей. В настоящее время предпочтение отдано моноэтиленгликолю — бесцветной сиропообразной жидкости с плотностью примерно 1,112 г\см2 и температурой кипения 198 гр. Задача ОЖ не только охлаждать двигатель, но и не кипеть во всём диапазоне температур работы двигателя и его компонентов, иметь высокую теплоёмкость и теплопроводность, не пениться, не оказывать вредного воздействия на патрубки и уплотнения, обладать смазывающими и антикоррозийными свойствами.

В 70 х годах выпускался антифриз на основе водного раствора моноэтиленгликоля с температурой начала кристаллизации — 40 гр. Он не требовал разбавление водой при добавлении в систему охлаждения. Этот препарат получил название ТОСОЛ — по названию лаборатории «Технология Органического Синтеза». Т.к. название не запатентовано, то ТОСОЛом называют готовый к применению продукт, а «антифризом» — концентрированный раствор (хотя ТОСОЛ тоже антифриз).

Готовые антифризы окрашивают для безопасности и выбирают броские цвета: синий, зелёный, красный. В процессе эксплуатации антифриз теряет полезные свойства — снижаются антикоррозийные свойства, возрастает склонность к пенообразованию. Срок службы отечественных ОЖ от 2 до 5 лет, импортных 5-7 лет.

На рисунке, приведённом ниже, изображена схема системы охлаждения автомобиля. Ничего особенного или сложного в системе охлаждения нет и тем не менее…

При пуске двигателя начинает вращаться помпа (водяной насос). Привод помпы может иметь свой шкивок, приводимый во вращение ремнем вспомогательного оборудования или приводиться вращением ремня ГРМ. В системе охлаждения находится крыльчатка, которая вращаясь, приводит в движение охлаждающую жидкость. Для быстрого прогрева двигателя система «закорочена», т.е. термостат закрыт и не пропускает жидкость в радиатор охлаждения. По мере роста температуры охлаждающей жидкости открывается термостат, переводя систему в другое состояние, когда охлаждающая жидкость проходит по длинному пути — через радиатор системы охлаждения (короткий путь перекрыт термостатом). Термостаты имеют различные характеристики открытия. Обычно на кромке нанесена температура открытия. Наверное не стоит объяснять устройство радиатора. В нижней части радиатора установлен датчик включения вентилятора. Если температура охлаждающей жидкости достигнет определённой величины — датчик замкнётся, а т.к. электрически он соединён на разрыв цепи питания электровентилятора, то при замыкании — должен включиться вентилятор системы охлаждения. По мере остывания охлаждающей жидкости — вентилятор выключается, а термостат перекрывает длинный путь на короткий. Всё просто, но не очень…

Такая схема является основой, но жизнь не стоит на месте и различные производители усовершенствуют системы охлаждения. На некоторых автомобилях Вы не найдёте датчика включения вентилятора системы охлаждения, т.к. вентилятор включается от ЭБУ двигателем в зависимости от показаний датчика температуры охлаждающей жидкости

Стоит обратить внимание на ситуацию, при которой при вклинении зажигания — сразу включается вентилятор системы охлаждения. Или неисправен датчик температуры, или повреждены его цепи, или неисправен сам ЭБУ двигателем — он «не видит» температуру двигателя и на всякий случай включает сразу вентилятор

На некоторых а\м на пути к отопителю установлены специальные электроклапана, разрешающие или перекрывающие путь охлаждающей жидкости (БМВ, МЕРСЕДЕС). Такие клапана иногда «помогают» системе охлаждения выйти из строя.

История создания

С изобретение двигателей внутреннего сгорания, начали думать как этот двигатель охлаждать. Первым автомобилем, на котором установили радиатор охлаждения является авто Benz Velo. Бенз Вело начали продавать в 1886 году. Далее, Вильгельм Майбах начал усовершенствовать охлаждающее устройство и придумал конструкцию с сотами. Такой радиатор со сотами установили на машину Mercedes 35HP. Со времен первой модели Мерседеса 35НР с охлаждающим радиатором, конструкция радиаторов сильно не менялась, кроме геометрии и некоторых доработок.

За счет эффекта термосифона жидкость охлаждения попадала в радиатор. В термосифоне происходит следующие физические явления: если вода нагревается, значит плотность ее уменьшается. Вода с уменьшенной плотностью поднимается вверх. Нагретая жидкость, которая поднималась вверх, оказывалась в устройстве проходя через верхний патрубок.

А в самом радиаторе температура жидкости уменьшалась, а плотность увеличивалась. Прохладная утяжеленная жидкость опускалась вниз и через патрубок заходила в рубашку охлаждения ДВС.

Основной минус радиатора с термосифоном в том, что такое устройство плохо начало справляться с охлаждением моторов повышенной мощности. Далее, конструкторы изобрели помпу для поддержания циркуляции в двигателях любых мощностей.

Неполадки гидравлического насоса

Одной из причин перегрева силового агрегата машины может стать неисправность помпы системы охлаждения. Чаще всего проблема заключается в том, что приводной ремень гидронасоса оборвался либо его натяг слишком слабый. В таком случае помпа перестанет качать антифриз, либо будет это делать не полноценно. Проверить это довольно просто, стоит лишь завезти двигатель и пронаблюдать за поведением приводного ремня. В случае если он работает с проскоками натяг следует увеличить или вовсе заменить ремень на новый. Наиболее часто это решает проблему.

Возникают ситуации, когда неполадка кроется в самой помпе: износ крыльчатки, подшипника, иногда возможна даже трещина вала. Кроме всего прочего, стыки соединения патрубков с помпой могут быть не герметичны, и создаваемое насосом давление спровоцирует протечку охлаждающей жидкости. Диагностировать протечку довольно просто, необходимо на полу под двигателем положить листы белой бумаги на несколько часов. Если на ней будут видны даже небольшие пятна голубого или зеленоватого цвета, это свидетельствует об износе прокладок помпы.

Проверить работоспособность самого насоса можно зажав пальцами верхний шланг радиатора на несколько секунд при работающем агрегате. Исправная помпа создаст сильное давление и после отпускания шланга появится ощущение, что жидкость быстро побежала по магистрали. Также стоит помнить о том, что повышенная шумность работы ДВС и люфт шкива помпы говорят об износе подшипника. Обычно его износ связан с просачиванием жидкости через сальник, которая смывает смазку с подшипника.

Устройство водяной помпы системы охлаждения двигателя

Насос охлаждающей жидкости в отличие от термостата можно заменить частично, но нередко автовладельцы предпочитают полноценно менять механизм.

Замена насоса:

В первую очередь необходимо отключить массу автомобиля от аккумулятора, а поршень первого цилиндра должен находиться в верхней мёртвой точке

Произвести демонтаж ролика для натяга ремня и снять шкив распредвала.
Далее, следует слить охлаждающую жидкость с нижней пробки в радиаторе.
Открутив крепёжные болты помпы её нужно отсоединить от блока цилиндров.
Оценив визуально снятый механизм важно определить его износ. Если крыльчатка, сальник и приводная шестерня имеют повреждения помпу лучше заменить полностью.
Новый механизм должен устанавливаться с новой прокладкой, поскольку прежняя может иметь даже мелкие повреждения, которые впоследствии приведут к утечке охлаждающей жидкости

Помпа устанавливается таким образом, чтобы номер, указанный на корпусе, смотрел вверх.
Дальнейшая сборка проводится в обратном порядки разборки. Охлаждающую жидкость лучше залить новую, но можно использовать и ту, которая была, если её ресурс ещё не исчерпан.

Преимущества

Главное среди всех прочих преимуществ воздушного охлаждения двигателя – это простота конструкции. В системе отсутствует помпа, радиатор, термостат, патрубки и хомуты, трубки подвода и оттока антифриза.

Второе важное преимущество – высокая ремонтопригодность. Например, в тракторных силовых агрегатах имеются индивидуальные цилиндры. Если случилась поломка, то при необходимости можно заменить цилиндр или устранить неисправность

В двигателях с жидкостным охлаждением в случае повреждения какого-либо из цилиндров придется менять блок полностью либо выпрессовывать гильзы

Если случилась поломка, то при необходимости можно заменить цилиндр или устранить неисправность. В двигателях с жидкостным охлаждением в случае повреждения какого-либо из цилиндров придется менять блок полностью либо выпрессовывать гильзы.

Для примера не стоит далеко ходить. Возьмем двигатель Tatra T815. Это мотор с воздушным охлаждением. Головки блока здесь сделаны раздельными. В случае необходимости ремонта не нужно снимать ГБЦ полностью. Даже очень серьезные работы по ремонту можно производить без демонтажа блока двигателя.

Двигатели, оснащенные воздушным охлаждением, более ресурсные. Если в моторе с жидкостной системой повредятся патрубки или ослабятся хомуты, то агрегат эксплуатировать нельзя, так как охлаждающая жидкость уйдет. Также существует опасность выброса горячей жидкости из системы. Всех этих недостатков лишены воздушные системы.

Даже серьезные повреждения охлаждаемой поверхности на блоке двигателя или ГБЦ не смогут помешать дальнейшему использованию мотора. Это очень большой плюс. Кроме того, двигателю нужно значительно меньше времени для выхода в рабочий режим – нет необходимости в прогреве жидкости, что актуально зимой. Все это обуславливает значительно меньшие затраты на обслуживание и эксплуатацию подобных силовых агрегатов.

Устройство современного радиатора

Радиатор охлаждения ДВС, как правило, имеет два бачка (нижний и верхний), сердцевину, в которой охлаждается жидкость (антифриз или тосол), и несколько дополнительных деталей для крепления. Жидкость от охлаждающей рубашки двигателя поступает в радиатор, где ее температура понижается до требуемого значения, затем антифриз снова передается двигателю. Для изготовления сердцевины и бачков используются легкие металлы: или алюминий, или латунь. Благодаря их высокой теплопроводности они обеспечивают эффективное и быстрое охлаждение антифриза.

Сердцевина радиатора состоит из горизонтально расположенных металлических пластин, соединенных с полыми трубками, идущими вертикально вниз от верхнего бачка к нижнему бачку. Таким образом, при движении через сердцевину жидкость разбивается на несколько потоков, и происходит увеличение площади ее соприкосновения с воздухом атмосферы, ведущее к повышению интенсивности охлаждения.

Патрубки радиатора позволяют соединять бачки с рубашкой охлаждения двигателя. Нижний бачок имеет, как правило, сливной краник , через который можно слить жидкость. Подобным краником снабжена и рубашка двигателя. Антифриз заливается внутрь системы охлаждения через горловину верхнего бачка.

Функционирование систем охлаждения современных автомобилей происходит с учетом значения температуры:

• двигателя;
• охлаждающей жидкости;
• окружающей среды;
• масла и т. д.

Действие системы охлаждения можно объяснить следующим образом. Нагретая двигателем жидкость направляется насосом через патрубки в радиатор, в котором обеспечивается понижение ее температуры. После чего охлажденная жидкость (антифриз) снова подается в рубашку двигателя, и далее цикл повторяется.

Сердцевины радиаторов автомашин могут быть:

• трубчато-пластинчатыми;
• трубчато-ленточными.

В первом случае охлаждающие трубки могут иметь расположение:

• шахматное;
• под углом;
• в ряд.

Ребра у радиаторов, относящихся к типу трубчато-пластинчатых, бывают либо плоскими, либо волнистыми, и могут иметь разный размер. Кроме того, для усиления теплопередачи на них иногда делают специальные турбулизаторы (просечки, отогнутые и образующие узкие проходы для воздуха).

У радиаторов, называемых, трубчато-ленточными, охлаждающие трубки всегда расположены в ряд, а для изготовления ленты их решеток используется медный лист толщиною от 0,05 миллиметра до 0,1 миллиметра. Чтобы усилить теплоотдачу с помощью завихрений, на ленте выполняют фигурные отверстия методом штамповки или создают отогнутые просечки.

Сегодня наибольшее распространение получили радиаторы охлаждения автомобиля, изготовленные на основе алюминиевых сплавов. Такие устройства дешевле и легче латунных аналогов, но уступают последним по надежности и сроку службы. Еще одним достоинством радиаторов из латуни является то, что они проще ремонтируются: их можно паять. В то время как радиатор системы охлаждения, известный как алюминиевый, более сложен в ремонте, так как его детали и конструктивные элементы соединяют между собой с использованием завальцовки и герметизирующих материалов.

https://youtube.com/watch?v=M318cunQ1vA

Интеллектуальные системы теплового регулирования

В настоящее время имеют место тенденции к разработке оптимизированных систем ре­гулирования различных потоков веществ и тепловых потоков.

Тепловое регулирование выходит далеко за пределы систем охлаждения в том отно­шении, что оно учитывает все потоки веществ и тепловые потоки, имеющие место в автомо­биле, т.е. в дополнение к системе охлаждения двигателя учитывается, например, система кондиционирования воздуха. Цели оптими­зации включают:

• Снижение расхода топлива и содержания вредных веществ в отработавших газах;
• Повышение эффективности кондициони­рования воздуха;
• Увеличение срока службы компонентов;
• Улучшение охлаждения при частичных на­грузках двигателя.

Один из основных принципов теплового регу­лирования заключается в том, что вспомога­тельная мощность, используемая для работы системы охлаждения, всегда представляет собой потери полезной мощности двигателя, и производительность тех или иных компо­нентов не может произвольно повышаться при неизменной доступной вспомогатель­ной мощности. Поэтому для достижения целей оптимизации система охлаждения снабжается «интеллектуальной» микропро­цессорной системой управления как с из­вестными, так и с новыми исполнительными механизмами. Например, в целях снижения интенсивности подачи охлаждающего воз­духа до необходимого минимума в зависи­мости от рабочих условий (регулирование по потребности) система может быть оборудована регулируемыми шторками радиатора или регулируемым приводом вентилятора. В дополнение к снижению коэффициента сопротивления c_d, эти меры способствуют ускорению прогрева двигателя при низких наружных температурах и повышению эф­фективности системы отопления салона. Уменьшение части мощности, расходуемой на работу системы охлаждения, означает на­личие запаса мощности, который может быть использован при критических состояниях си­стемы охлаждения, с обеспечением в то же время выполнения целей оптимизации.

Другим важным принципом является под­держание, насколько возможно, постоянной температуры охлаждаемых компонентов не­зависимо от условий работы и окружающих условий. Примером применения этого прин­ципа является использование охлаждающей жидкости двигателя для регулирования тем­пературы рабочей жидкости трансмиссии. Быстрый прогрев рабочей жидкости после запуска двигателя и ее эффективное охлаж­дение, предотвращающее перегрев, снижают потери на трение в трансмиссии, увеличи­вают срок службы и позволяют увеличить интервалы технического обслуживания.

В конечном итоге, рассмотрение систем охлаждения и кондиционирования воздуха как единого целого открывает новые возмож­ности использования «тепловой интеграции». Тепловые потоки одной системы могут исполь­зоваться или рассеиваться другой системой без необходимости в каком-либо значительном увеличении вспомогательной мощности. При­мером такого подхода является использование отходящего тепла системы охлаждения отрабо­тавших газов для отопления салона автомобиля.

В целом система теплового регулирования включает:

• Выравнивание температуры рабочей жид­кости трансмиссии;
• Программируемый термостат;
• Электрически регулируемую вязкостную муфту;
•  Регулирование скорости насоса системы охлаждения;
• Регулирование потока охлаждающего воздуха при помощи, например, шторок радиатора;
• Охлаждение отработавших газов;
• Жидкостное охлаждение воздуха наддува (промежуточное охлаждение).

Потенциал снижения расхода топлива за счет применения всех этих устройств и систем со­ставляет до 5 % (для легковых автомобилей). Кроме того, имеется ряд дополнительных преимуществ, соответствующих вышеуказанным целям оптимизации. Решающее значение в реа­лизации этого потенциала имеют пределы, в ко­торых система управления двигателем исполь­зует опции управления системой охлаждения.

В настоящее время на автомобилях в раз­личной степени реализуются те или иные отдельные меры по оптимизации темпера­турных режимов узлов автомобиля. В то же время комплексная система теплового регу­лирования остается резервом для будущих поколений автомобилей.