Устройство системы охлаждения двигателя

Принципиальная схема нагнетания воздуха в радиатор

Обеспечить прохождение воздушных масс через сотовую структуру радиатора возможно двумя способами – нагнетать воздух вдоль направления естественного потока с внешней стороны или создавать разрежение изнутри. Принципиальной разницы нет, особенно если используется система воздушных щитков – диффузоров. Они обеспечивают минимальный расход потока на бесполезные завихрения вокруг лопастей вентилятора.

Таким образом, типовых вариантов организации обдува два. В первом случае вентилятор располагается на двигателе или радиаторной рамке в подкапотном пространстве моторного отсека и создаёт напорный поток на двигатель, забирая воздух снаружи и пропуская его через радиатор. Чтобы лопасти не работали вхолостую, пространство между радиатором и крыльчаткой максимально плотно закрыто пластиковым или металлическим диффузором. Его форма также способствует использованию максимальной площади сот, поскольку обычно диаметр вентилятора значительно меньше, чем геометрические размеры радиатора.

При расположении крыльчатки с передней стороны привод вентилятора возможен лишь от электромотора, поскольку механической связи с двигателем препятствует радиаторная сердцевина. В обоих случаях выбранная форма радиатора и требуемая эффективность охлаждения может заставить использовать двойной вентилятор с крыльчатками меньшего диаметра. Такой подход обычно сопровождается усложнением алгоритма работы, вентиляторы способны коммутироваться раздельно, регулируя интенсивность обдува в зависимости от нагрузки и температуры.

Сама крыльчатка вентилятора может иметь достаточно сложную и аэродинамически проработанную конструкцию. К ней предъявляется целый ряд требований:

  • количество, форма, профиль и шаг лопастей должны обеспечивать минимальные потери, не внося дополнительных затрат энергии на бесполезное перемалывание воздуха;
  • в заданном диапазоне скоростей вращения срыв потока исключается, иначе падение эффективности отразится на тепловом режиме;
  • вентилятор должен быть отбалансирован и не создавать как механических, так и аэродинамических вибраций, способных нагружать подшипники и соседствующие детали двигателя, особенно тонкие структуры радиаторов;
  • шумность крыльчатки также минимизируется согласно общему тренду снижения производимого автомобилями акустического фона.

Если сравнить современные вентиляторы легковых автомобилей с примитивными пропеллерами полувековой давности, то можно отметить, что наука поработала и с такими достаточно очевидными деталями. Это видно даже внешне, а при работе хороший вентилятор почти бесшумно создаёт неожиданно мощный напор воздуха.

Воздушное охлаждение двигателя: принцип работы, преимущества и недостатки

Назначение

В процессе работы ДВС температуры в камере сгорания могут достигать 2000 градусов. Если не будет надежной системы охлаждения, повысится расход масла и горючего. Перегрев приведет к быстрому износу и поломке двигателя.

Если мотор не будет достаточно прогреваться, это также будет на нем негативно сказываться. Если наблюдается переохлаждение, это грозит снижением мощности, интенсивным износу, повышенным расходом горючего.

Более того, в большинстве современных автомобилей, кроме основных задач, данная система выполняет и второстепенные функции. Первым делом это обеспечение работы отопителя. Также система призвана охлаждать не только сам двигатель, но и масло, жидкость в автоматической коробке передач. Иногда она действует и на дроссельный узел вместе с впускным коллектором.

В современной системе (будь то жидкостное или воздушное охлаждение двигателя) рассеивается до 35 процентов тепла, произведенного в результате горения топливо-воздушной смеси.

Устройство и принцип действия

В воздушной системе самым главным является воздушный поток. При помощи воздуха тепло отводится от камер сгорания, ГБЦ, масляных радиаторов. Система представляет собой вентилятор, охладительные ребра в цилиндрах и на ГБЦ. Также в устройстве имеется съемный кожух, дефлекторы и решение для контроля за работой системы. Вентилятор системы охлаждения двигателя оснащен сеткой для защиты лопастей от попадания посторонних предметов.

Дополнительные ребра позволяют увеличить площадь поверхности, которая контактирует с воздухом. За счет этого воздушное охлаждение двигателя эффективно справляется со своей задачей.

Поток воздуха при работе двигателя в принудительном порядке подается к мотору при помощи лопастей вентилятора – они преимущественно изготовлены из алюминия. Не нужно объяснять, наверное, почему включается вентилятора охлаждения на холодном двигателе. Воздушный поток проходит между ребрами, а затем равномерно разделяется за счет дефлекторов и проходит через все горячие детали двигателя. Таким образом, мотор не нагревается чрезмерно.

Вентилятор подает в систему охлаждения поток воздуха объемом 30 кубических метров в минуту. Этого достаточно для обеспечения нормальной работы мотора с невысокой мощностью и небольшим объемом.

Воздушная система охлаждения

Моторами воздушного охлаждения оснащались транспортные средства в 50-70 годах прошлого века. Типичными представителями таких автомобилей являются «Запорожец» или FIAT 500. Сейчас моторы с воздушным охлаждением в автомобилестроении практически не встречаются.

Конструкция и принцип действия

Конструктивно система принудительного воздушного охлаждения монтируется в подкапотном пространстве транспортного средства и состоит из:

  • отсасывающего или нагнетающего вентилятора;
  • направляющих ребер рубашки охлаждения двигателя;
  • органов управления (дроссельные заслонки, управляющие подачей воздуха или муфта, регулирующая частоту вращения вентилятора в автоматическом режиме);
  • температурного датчика, установленного в силовом агрегате;
  • контрольного прибора, выведенного на приборную панель в салоне автомобиля.

Охлаждение мотора осуществляется встречным холодным воздухом. Для усиления его потока чаще всего используют вентилятор нагнетающего типа. Он усиливает поток холодного плотного воздуха и обеспечивает его подачу в больших количествах при малых энергетических затратах.

Отсасывающий вентилятор требует больших затрат мощности, однако обеспечивает более равномерный отвод тепла от деталей силового агрегата.

Достоинства и недостатки

Моторы с принудительным воздушным охлаждением отличаются:

  • простотой конструкции;
  • низкими требованиями к изменению температуры окружающей среды;
  • небольшим весом;
  • несложным техническим обслуживанием.

К недостаткам системы воздушного охлаждения относят:

  • большую потерю мощности мотора, которая расходуется на обеспечение работы вентилятора;
  • высокий уровень шума во время работы вентилятора;
  • недостаточное охлаждение отдельных элементов двигателя из-за неравномерного обдува;
  • невозможность использования излишков тепла для обогрева салона.

https://youtube.com/watch?v=EK7_GSpECNo

Антифриз: преимущества

Традиционные антифризы наносят на металлические детали защитный слой. Так как теплопроводность слоя низкая, кроме антикоррозионной защиты, защитный слой снижает теплоотдачу металла.

Тогда получается, что тосол работает изолятором, который снижает теплоотдачу деталей мотора. Это приводит к работе узлов двигателя на повышенных температурах. При этом заметно снижается мощность мотора, увеличивается расход топлива и износ деталей.

Тесты, которые автолюбители проводят постоянно, показали, что карбоксилатные ОЖ имеют большую эффективность. Здесь защитный слой создается лишь там, где это необходимо. А сам он имеет очень маленькую толщину. Остальные узлы и детали не покрываются слоем.

Виды насосов охлаждающей системы

Виды насосов системы охлаждения

Используемые в современном автомобилестроении насосы охлаждающей жидкости не имеют принципиальных конструктивных отличий. Но они могут разделяться в зависимости от типа привода, назначения и конструкции корпуса. Привод насоса может осуществляться двумя способами:

  • Механический — вал помпы соединен при помощи ременной передачи с коленвалом или распредвалом мотора. В этом случае она приводится в движение синхронно с запуском двигателя.
  • Электрический — в такой схеме вал насоса приводится в движение дополнительным электродвигателем, работа которого контролируется электронным блоком управления двигателя (ЭБУ).

По назначению помпа автомобильного двигателя может быть:

  • Основной. Такой насос выполняет непосредственную перекачку жидкости в системе охлаждения.
  • Дополнительной. Устанавливается не на всех автомобилях и может предназначаться для вспомогательного охлаждения в регионах с очень жарким климатом, снижения температуры отработавших газов, охлаждения турбонагнетателя в моторах с турбонаддувом, дополнительного охлаждения двигателя после остановки. В отличие от основного насоса, дополнительный приводится в работу индивидуальным электродвигателем.

Рекомендуем: Как проверить работоспособность автомобильного термостата?

Сроки эксплуатации насоса для перекачки охлаждающей жидкости зависят от типа конструкции его корпуса. По этому параметру различают:

  • Разборные. Этот тип применяется в старых и отечественных автомобилях. Такая конструкция позволяет выполнить ремонт и промывку помпы.
  • Неразборные. В большинстве стран помпа двигателя считается недорогой расходной запчастью, а потому многие производители перешли к изготовлению неразборных насосов. Их необходимо полностью заменять каждые 60 тысяч километров пробега автомобиля. При установке нового насоса обязательно выполняется замена приводного ремня.

Помимо описанных выше конструкций, также существуют отключаемые насосы. Они позволяют отключать поступление охлаждающей жидкости, пока она не прогреется до температуры 30°С. Это позволяет обеспечить более быстрый прогрев двигателя и улучшить показатели расхода топлива.

Радиатор

Присутствие радиатора в подкапотном пространстве сводится к его способности отводить лишнюю тепловую энергию от нагретых элементов двигателя. Оптимальные тепловые режимы для систем охлаждения находятся в границах 85–95°C. Поэтому, одна из главных задач устройства – поддержание расчетных показателей на протяжении всего рабочего цикла независимо от температуры атмосферного воздуха и условий эксплуатации механизма.

Каркас радиаторной секции производят из медного или алюминиевого сплава. Его конструкция комплектуется из следующих элементов:

• верхнего и нижнего бачка; • сердцевины; • отводов для соединительных патрубков; • проушин для крепления корпуса.

Классифицируют радиаторы с учетом строения их средней части, это:

• трубчатая; • пластинчатая; • сотовая.

Устройство трубчатых моделей вмещает в себя квадратную или прямоугольную рамку, вверху и внизу которой размещаются емкости для приема нагретого раствора. Средняя секция собрана из вертикально установленных медных или алюминиевых профилей овального или круглого сечения, соединенных между собой горизонтально размещенными пластинами, выполненными из того же материала.

Концы профилей запаяны в верхнюю и нижнюю емкости. Установленные пластины способствуют усилению прочности конструкции, и повышения коэффициента теплоотдачи для протекающей сквозь профили ОЖ.

Средняя секция пластинчатого радиатора монтируется из вертикальных, полых внутри, пластинчатых профилей волнистой формы. Внутренняя часть устройства омывается антифризом, наружная – атмосферным воздухом. Верхние и нижние части плоского каркаса соединяются в единую конструкцию при помощи бачков для приема жидкости.

Сотовые радиаторы представляют собой набор шестигранных профилей с круглым внутренним сечением. Трубки в каркасе расположены горизонтально, навстречу движения автомобиля. Внутренняя круглая часть сердцевины обдувается проходящим атмосферным воздухом, а по каналам, расположенным в стенках профиля поступает нагретый антифриз.

Вверху радиатора находится горловина с заливным отверстием и впускным патрубком. Горловина оснащается крышкой, устройство которой включает в себя паровой и воздушный клапаны, пружину и паровыпускную трубку. При сильном нагреве двигателя антифриз начинает кипеть, напор в шлангах увеличивается, в это время срабатывает паровой дроссель, и выводит излишки пара наружу.

После удаления пара в каналах создается разряжение, способное отрицательно повлиять на состояние резиновых отводов. Для защиты подводящих трубок от повреждения служит воздухоспускной дроссель, который срабатывает в нужный момент, и поступающий внутрь воздух стабилизирует обстановку в магистрали.

Для регулирования объема ОЖ в двигателе предусмотрена расширительная емкость. Корпус бачка изготавливают из полимерных материалов. Вверху резервуара находится заливное отверстие с пробкой, конструкция которой аналогична устройству крышки радиатора.

С радиаторной секцией емкость соединяется посредством резиновой трубки, по которой добавленный антифриз попадает в общую систему. На боковую плоскость резервуара наносятся ограничительные метки (max, min), обозначающие оптимальный объем антифриза.

Расположение и назначение элемента

В автомобилях предусмотрено чаще всего два круга охлаждения:

Также предусмотрены различные элементы, входящие в систему охлаждения. Каждый из них выполняет свою функцию. А для чего нужна помпа, является очевидным многим опытным автомобилистам, так как она работает для принудительной прокачки жидкости в отведенных для этого полостях и каналах.

Встроенная в корпус насоса крыльчатка отвечает за перекачивание антифриза. Вращение этому колесу передается по ременному приводу. Шкивы передачи располагаются на валу помпы и на выходном хвостовике коленвала автомобиля.

Находится водяной насос там, где его расположили инженеры. В большинстве моделей современных машин найти помпу можно в следующих зонах:

  • если смотреть по ходу движения, то в машинах с передним приводом прокачивающее устройство располагается на правом торце блока цилиндров (так как помпа является жестко связанной с приводом ГРМ, то она располагается там, где привод защищен крышкой);
  • автомобили с задним приводом оснащаются водяным насосом, зафиксированным на передней стенке блока цилиндров, а вращение крыльчатки придает ремень от ГРМ либо от привода генератора.

Помпа перегоняет антифриз по каналам и двум радиаторам, один из которых служит от вывода тепла в атмосферу, а второй способен передавать тепло в салон. Таким образом удается быстро остудить силовую установку.

Эффективная система охлаждения двигателя: какая она

Она должна быть способна отводить около 30% тепла, выделяемого двигателем, при этом поддерживая оптимальную рабочую температуру.

Она должна отводить тепло с большей скоростью, когда двигатель горячий, и снимать двигатель с меньшей скоростью, когда двигатель холодный.

Примечание: двигатели в автомобилях повышенной проходимости и внедорожниках необходимо охлаждать по крайней мере по двум причинам. Одна основана на температуре горящих газов в цилиндрах, превышающей температуру плавления материала блока и цилиндров.

Если не убрать тепло, двигатель может выйти из строя. Вторая причина – поддержание оптимальной температуры двигателя помогает поддерживать его эффективную работу (подумайте об экономии топлива) и оптимизирует объемную эффективность (подумайте о лошадиных силах).

Проблемы с радиатором и вентилятором

Недостаточное охлаждение двигателя может быть связано с проблемами работы радиатора и вентилятора. В первую очередь стоит помнить, что слишком сильно забитый пылью и насекомыми радиатор неспособен полноценно охлаждаться как встречным потоком воздуха, так и вентилятором. Нередко его чистка решает проблему с охлаждением.

Устройство «классического» радиатора охлаждения двигателя. Во многих современных двигателях, охлаждающая жидкость заливается не через горловину радиатора, а в расширительный бачок

И всё же, возможны и более серьёзные ситуации — трещины радиатора, которые могут возникнуть, как при ДТП, так и в результате коррозии. Радиатор в большинстве случаев можно восстановить. Латунные и медные ремонтируются с помощью пайки, а алюминиевые специальными герметиками.

Перед началом пайки места повреждения тщательно зачищаются наждачной шкуркой, до появления металлического блеска. После, трещина обрабатывается паяльным флюсом и с помощью мощного паяльника наносится равномерный слой припоя (см. видео).

Алюминиевый радиатор запаять не получиться, однако для их ремонта предлагаются специальные герметики или же можно использовать обычную «холодную сварку»

Перед началом заделывания трещин важно хорошо зачистить дефектные места. Клеящая масса хорошо разминается до однородного состояния и наносится на проблемный участок

Стоит помнить о том, что эксплуатировать автомобиль можно только на следующие сутки после ремонта – эпоксидный клей высыхает довольно долго.

Что касается вентилятора охлаждения, его поломка может быть связана с обрывом электропроводки или нарушением привода от коленчатого вала, если вращение передаётся от силового агрегата.

В первом случае, стоит визуально оценить состояние проводов идущих к мотору вентилятора, при обнаружении обрыва нужно заново соединить повреждённые контакты. Если состояние проводов нормальное, а вентилятор всё равно не работает, возможно, поломался сам двигатель или датчик, отвечающий за его своевременное включение. При этом лучше обратиться в автосервис, где определят причину, по которой вентилятор не включается. При проблемах с датчиком обдув может как беспрерывно, так и не включаться вовсе.

В автомобилях, где вентилятор начинает вращаться при передаче крутящего момента от двигателя, поломка чаще всего связана с обрывом приводного ремня. Его замена довольно проста: необходимо ослабить натяг шкива и поставить новый ремень.

Промывка системы охлаждения и замена жидкости

Гидравлическая система охлаждения требует своевременного промывания магистралей, в противном случае на стенках каналов может образоваться коррозия, солевые отложения, и другие загрязнения.