Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя
Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Система охлаждения двигателя — это комплекс устройств, позволяющих поддерживать оптимальную температуру работающего двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Перегрев способен вывести ДВС из строя, поскольку его компоненты сохраняют заданные характеристики только до определенного температурного порога. Излишки тепла отводятся в атмосферу.
Существует ряд наиболее распространенных неисправностей в системе охлаждения двигателя:
- Завоздушивание системы охлаждения двигателя: устранить воздушную пробку.
- Недостаточная производительность помпы: заменить помпу. Выбрать помпу с максимальной высотой крыльчатки.
- Неисправен термостат: устраняется заменой на новое устройство.
- Низкая производительность радиатора охлаждающей жидкости: промывка старого или замена стандартного на модель с более высокими теплоотводящими качествами.
- Недостаточный уровень производительности основного вентилятора: установка нового вентилятора с более высокой производительностью.
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.
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.
Устройство и принцип работы воздушной и жидкостной систем охлаждения
Устройство воздушной системы охлаждение крайне простое: головки цилиндров выполнены ребристыми, причем ребра расположены вдоль направления потока обдувающего их воздуха. Ребра многократно повышают площадь нагретой поверхности, которая контактирует с воздухом, и отдача тепла происходит лучше. Ребра могут располагаться как по продольной оси цилиндра (то есть, сверху вниз), так и поперек цилиндра.
Воздушная система охлаждения имеет одно преимущество — она крайне проста и надежна. Действительно, вся система — это просто ребристый цилиндр, имеющий грамотное расположение. Однако за простотой кроется множество недостатков, главный из которых — низкая эффективность (воздух обладает малой теплоемкостью, поэтому плохо отбирает тепло) и невозможность применения на мощных двигателях. Поэтому воздушное охлаждение имеют моторы малой кубатуры, в том числе мотоциклетные, а также устанавливаемые на малолитражных автомобилях (таким двигателем оснащался знаменитый Фольксваген «Жук» и не менее знаменитый «Запорожец»).
Жидкостная система устроена сложнее. В ней в качестве теплоносителя используется вода, поэтому необходимо обеспечить ее подачу к нагретым деталям двигателя. Эта задача решается с помощью так называемой «водяной рубашки» — системы полостей для воды в блоке цилиндров и ГБЦ. Вода проходит сквозь двигатель в самых его нагретых частях, отбирает тепло, и отдает его в атмосферу.
Но и у классического жидкостного охлаждения есть свои недостатки — в этой системе нет принудительного охлаждения воды (она теряет тепло только в расширительном бачке), поэтому моторы большой мощности с ее помощью охлаждать невозможно. Так что понять вытеснение чисто жидкостной системы системой гибридной нетрудно.
О гибридной системе охлаждения вы скоро сможете узнать в следующей части данной статьи.
Конструкция и работа жидкостной системы охлаждения
В двигателях автомобилей применяется закрытая (герметичная) жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.
Внутренняя полость закрытой системы охлаждения не имеет постоянной связи с окружающей средой, а связь осуществляется через специальные клапаны (при определенном давлении или вакууме), находящиеся в пробках радиатора или расширительного бачка системы. Охлаждающая жидкость в такой системе закипает при 110… 120 °С. Принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается жидкостным насосом.
Система охлаждения двигателя состоит из рубашки охлаждения головки и блока цилиндров, радиатора, насоса, термостата, вентилятора, расширительного бачка, соединительных трубопроводов и сливных краников. Кроме того, в систему охлаждения входит отопитель салона кузова автомобиля.
Еще один радиатор с электровентилятором — это отопитель салона. Он находится в кабине и отделен от малого круга краном. На старых машинах кран открывался вручную, а на современных — автоматически. Старинные системы сообщались с атмосферой, современные замкнуты. В замкнутых контурах при нагреве повышается давление, а с ним и температура закипания ОЖ. Это очень важно, потому, что при закипании с горячей гильзой цилиндра контактирует не жидкость, а пар, то есть газ, теплоемкость которого в разы меньше воды или антифриза. Пар не способен отвести избыточное тепло. ЦПГ перегревается и поршень заклинивает во втулке цилиндра. В замкнутом объеме раствор антифриза вскипает только при 120 градусах по Цельсию. Высокотемпературное охлаждение надежнее предохраняет двигатель от губительного перегрева.
Все рассмотренные составляющие в обязательном порядке входят в конструкцию автомобиля. Но система охлаждения двигателя имеет и дополнительные функции:
В зависимости от устройства, антифриз проходит через масляный теплообменник. Он помогает смазке быстрее нагреться. Когда температура масла становится выше температуры ОЖ, теплообмен идет в обратном направлении.
• Охлаждающая жидкость поддерживает температуру автоматических трансмиссий.
• Системы рециркуляции газов и турбонаддува тоже включены в общую схему.
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.
Охлаждающие жидкости двигателя
Исправно работающая система охлаждения должна не допускать перегрева, однако для нормального функционирования системы требуется использование качественной охлаждающей жидкости. Незамерзающие при низких температурах технические жидкости называются антифризами (от англ. antifreeze). Сегодня антифризы производятся, как правило, на основе моноэтиленгликоля, представляющего собой густую жидкость с температурой кипения около 200 °C.
Задачей охлаждающей жидкости является не только охлаждение мотора, но и теплопередача для отопления салона, подогрева топлива зимой. Охлаждающая жидкость автомобиля должна удовлетворять следующим требованиям:
- не замерзать во всей области рабочих температур двигателя;
- иметь высокие значения теплоёмкости и теплопроводности;
- не образовывать пену;
- не разъедать пластик и резину патрубков;
- не повреждать уплотнения;
- смазывать, защищать от коррозии детали системы охлаждения и двигателя;
- не откладывать накипь и другие отложения разного рода на внутренних стенках рабочей поверхности системы охлаждения
Принято различать понятия «тосол» и «антифриз». Считается, что тосол — это готовый продукт, а антифриз — концентрат. Хотя, конечно, по составу это одно и то же, просто с разным названием.
Автомобильные антифризы окрашиваются в заметные, яркие цвета:
- зелёный,
- оранжевый, или оттенки красного
- голубой (синий),
- бирюзовый
Делается это ради безопасности, ведь антифриз весьма ядовит. По мере использования жидкость теряет необходимые свойства — постепенно утрачиваются смазывающие и антикоррозийные параметры, повышается склонность к образованию пены.
Видео от Рамиля Абдуллина «Система охлаждения двигателя»
В этом видео подробно описан процесс охлаждения двигателя антифризом, а также рассмотрено устройство СО.
Вам пригодился этот материал? Может быть, вам есть что добавить? Расскажите об этом!
Для этого на автомобилях и присутствует система охлаждения двигателя. Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Эксплуатация системы охлаждения. Рубашка охлаждения двигателя – это каналы в блоке и головке блока цилиндров.
Термостат 7. Регулирует циркуляцию по малому или большому кругу в зависимости от температуры. Циркуляция через печку идет постоянно, в независимости от того в каком положении находится термостат, и по какому кругу циркулирует жидкость.
Давление в системе нужно для того, чтобы повысить температуру кипения. Даже при достижении температуры 110 градусов жидкость в системе не закипает. Мы завели холодный двигатель. Сразу же у нас появляется циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Циркуляция жидкости создается помпой 6 (рис1), приводимой в движение ремнем ГРМ или отдельным ремнем.
Жидкость будет циркулировать по следующей схеме, пока она не достигнет определенной температуры. После чего термостат 7 перекроет малый круг и откроет большой. Охлажденная жидкость вновь закачивается помпой в двигатель. Если естественного охлаждения жидкости в радиаторе не достаточно и температура ОЖ продолжает расти, то срабатывает датчик включения вентиляторов 4, расположенный внизу радиатора.
При такой температуре в двигателе устанавливаются оптимальные тепловые зазоры, двигатель развивает максимальную мощность, расход топлива становится номинальным. Под руководством термостата выполняют свои функции 2 круга циркуляции (рисунок 7.1). Малый круг выполняет функцию подогрева двигателя. После нагревания жидкость начинает циркулировать по большому кругу и охлаждается в радиаторе.
По этим каналам циркулирует охлаждающая жидкость. Радиатор представляет собой множество трубок, образующих большую поверхность охлаждения. Здесь и охлаждается жидкость. Расширительный бачок. С его помощью происходит компенсация объема жидкости, когда она нагревается и охлаждается.
Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта. Система охлаждения нужна для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, но это только половина ее предназначения, правда — большая половина
Для обеспечения нормального рабочего процесса также важно — ускорять прогрев холодного двигателя. На рисунке 25 Вы без труда можете различить два круга циркуляции охлаждающей жидкости
Влияние температурных параметров на работу мотора
За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.
Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.
Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.
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.
Как проверить циркуляцию охлаждающей жидкости?
Если с автомобилем есть некоторые проблемы, например, слабая циркуляция охлаждающей жидкости, то нужно попытаться выяснить основные причины этого.
Во-первых, для того, чтобы поставить правильный диагноз, нужно удостовериться, что уровень охлаждающей жидкости находится в норме. Это можно сделать, проверив бачок. Он должен быть заполнен, как минимум, на 50%.
Если наблюдаются утечки антифриза, то стоит осмотреть все под капотом на предмет подтеков. Основные причины утечек — это плохое соединение трубок и патрубков или же пробитый или старый радиатор.
Далее нужно проверить непосредственно то, как жидкость циркулирует в системе охлаждения. Чтобы проверить это, нужно снять крышку с расширительного бачка и смотреть, как в него поступает антифриз. Плохая циркуляция охлаждающей жидкости – это в большинстве случаев либо забитая система, либо проблемы с насосом.
Как работает охлаждение автомобильного двигателя
Для обеспечение нормальной “охлаждающей” деятельности необходим блок управления. Она учитывает температуру окружающей среды, смазки, рабочей жидкости и пр. После математической оценки различных параметров подаются команды, а также производится регулировка для компенсации отклонений.
Элементы узла перечислены ниже:
- радиаторы (трубчатый, масляный, газовый);
- вентилятор (возможно механическое, гидравлическое или электрическое приводное устройство);
- насос (необходим для циркуляции жидкости);
- термостат (регулирует объем раствора в радиаторе, вариант с электрическим подогревом позволяет использовать три его рабочих положения);
- отопительный теплообменник (позволяет использовать тепло из воздуха для последующего обогрева);
- бачок расширителя (компенсирует изменение объема воздушной массы);
- рубашка охлаждения мотора (магистрали для жидкости, проходящие через цилиндрический блок и головку блока ДВС);
- система управления (в том числе датчики).
Как работает ЭБУ охлаждения двигателя? Температурный сенсор посылает в блок управления электрический сигнал, опираясь на тепловые данные.
Основные составляющие жидкостной системы охлаждения
Системы эти бывают одноконтурными, двух- и многоконтурными. Устройство системы охлаждения двигателя — не сложно, в ее «стандартный перечень» входят:
- рубашка охлаждения самого блока цилиндров;
- рубашка охлаждения головки (или головок) блока цилиндров, обе имеют так называемые рёбра охлаждения, они – наружные, именно поэтому теория автомобиля и называет данную систему комбинированной;
- один или несколько радиаторов охлаждения;
- один или несколько вентиляторов принудительного охлаждения радиаторов (или радиатора, если он один);
- жидкостный насос, который механики между собой называют водяным насосом или помпой; конструктивно является насосом центробежного типа, приводы — шестеренчатый, ременной или электрический;
- термостат (в двухконтурных системах старого типа моторов без применения электроники);
- расширительный бачок с крышкой не герметичной, а тарированной под определенное давление;
- соединительные патрубки системы охлаждения двигателя;
- теплообменник отопителя салона (или теплообменники отопителей частей салона в многозонных системах климат-контроля);
- датчик (или датчики) температуры ОЖ;
- электронный блок управления охлаждением, а также вентиляцией и отоплением салона.
Бизнес: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги — контроль • Ценные бумаги — оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит
Промышленность: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика
Строительство • Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством