Устройство современного двигателя

Из чего состоит охлаждающая система мотора?

  • Радиатор,
  • Верхний шланг радиатора,Нижний шланг радиатора,
  • Помпа,
  • Термостат,
  • Электрический вентилятор,
  • Термо-таймер,
  • Радиатор.

Радиатор является наиболее важной частью механизма охлаждения. Охлаждающая смесь, прошедшая через двигатель, прокачивается через трубки радиатора и охлаждается в течение следующего цикла

Шланги радиатора

Система охлаждения мотора имеет несколько резиновых шлангов, которые перемещают жидкость из одного места в другое. Эти шланги радиатора необходимо заменить, прежде чем они станут хрупкими и треснутыми.

Помпа

Водяной насос прокачивает охлаждающую жидкость через систему. В большинстве двигателей насос оснащен ременным приводом, за исключением некоторых гоночных автомобилей, которые используют электрические водяные насосы.

Термостат

Автомобильный двигатель не всегда поддерживает одинаковую температуру и его запуск в холодную погоду занял бы целую вечность, если бы он оставался при одинаковой температуре. Термостат контролирует поток охлаждающей жидкости через систему охлаждения, а охлаждающая жидкость охлаждает двигатель. Термостат действует как клапан, который контролирует поток охлаждающей жидкости. Внутри находится воскообразное вещество, которое размягчается при определенном температурном пороге, открывая клапан и позволяя охлаждающей жидкости свободно течь.

Электрический вентилятор

Современные автомобили имеют вентилятор для основного или дополнительного охлаждения. Если автомобиль движется медленно, чтобы создать достаточный поток воздуха для охлаждения двигателя, вентилятор всасывает воздух через радиатор.

При этом вентилятор может быть механическим (приводится в движение от вращения двигателя) и создавать силу для перемещения воздуха через радиатор в жарких условиях или во время стоянки автомобиля. Система имеет датчик, который определяет повышение температуры антифриза и дает команду вентилятору работать.

Охлаждающая жидкость

Это транспортное средство, которое отводит тепло от двигателя через охладительную систему в атмосферу. Свойства антифриза становятся важными в холодную погоду — ведь если использовать простую воду, она быстро замерзнет, расширится и повредит множество компонентов.

Водяной насос

Этот компонент способствует циркуляции антифриза по всей системе. Чаще всего водяной насос приводится в движение цепью, либо ремнем газораспределительного механизма двигателя), но вместо этого на некоторых автомобилях установлен водяной насос с электронным управлением.

Двигатель

Двигатель имеет несколько внутренних проходов и портов, через которые идет охлаждающая смесьь, поглощая тепло и отводя его. Антифриз выходит из блока цилиндров/головки двигателя через различные шланги, которые переносят охлаждающую жидкость к другим частям системы.

Сердечник нагревателя

Это еще один компонент, имеющий множество мелких ребер, которые рассеивают тепло. Однако это тепло используется для обогрева пассажирского салона (если это необходимо), и поступает в кабину через вентилятор/двигатель вентилятора.

Датчики

Система охлаждения обычно имеет два датчика: датчик температуры антифриза и измеритель уровня охлаждающей жидкости. Датчик температуры контролирует тепло охлаждающей жидкости и обнаруживает перегрев. Измеритель уровня контролирует количество антифриза в системе (если оно падает слишком низко, это может привести к перегреву).

Также система охлаждения также имеет различные трубки, которые помогают переносить охлаждающую жидкость от одного основного компонента к другому с конечной целью поддержания температуры двигателя в безопасном рабочем диапазоне (и предотвращения повреждения двигателя).

Авторемонт

Процесс сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя сопровождается высвобождением большого количества тепла, которое нагревает двигатель. Если не охлаждать двигатель во время работы, то через несколько минут его температура превысит критическую, и он разрушится. Чтобы этого не произошло, в автомобиле применяется система охлаждения двигателя.

Состав системы охлаждения двигателя:

  • охлаждающая жидкость (тосол или антифриз);
  • радиатор;
  • вентилятор;
  • термостат;
  • водяной насос (помпа);
  • соединительные патрубки;
  • расширительный бачок;
  • отопитель салона.

Водяной насос (помпа) начинает работать вместе с двигателем. Как только двигатель заработал, вращающиеся лопасти помпы заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по малому кругу системы охлаждения (минуя радиатор). Это надо для того, чтобы двигатель как можно быстрее прогрелся и вышел на свою рабочую температуру.

Когда температура охлаждающей жидкости работающего двигателя достигла рабочего значения, открывается термостат и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу — через радиатор.

Охлаждающая жидкость (тосол, антифриз) подается в радиатор через верхний патрубок, проходит сверху вниз по его сотам, и через нижний патрубок (уже охлажденная жидкость) подается обратно в рубашку двигателя.

Когда температура охлаждающей жидкости поднимается к верхним значениям (100 °C и более), включается вентилятор, который усиливает поток воздуха через решетку радиатора и увеличивает эффективность охлаждения. На старых машинах вентилятор соединен жестко ремнем с валом помпы и вращается постоянно.

Чтобы жидкость в системе охлаждения не замерзала при низких температурах и не закипала при 100 °C, применяются специальные охлаждающие жидкости: тосол или антифриз. Эти жидкости содержат этиленгликоль или пропиленгликоль — химические соединения, не дающие воде замерзать. Кроме того, охлаждающие жидкости содержат ингибиторы ржавчины, коррозии и вспенивания, что предотвращает образование ржавчины на металлических поверхностях двигателя и радиатора, смазывает водяной насос и не дает жидкости вспениваться, циркулируя по системе.

ВНИМАНИЕ! Не используйте в качестве охлаждающей жидкости воду!!!!. Вода — довольно агрессивная среда, которая быстро разрушает все металлические детали системы охлаждения. При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме

Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку

При нагреве охлаждающая жидкость расширяется и увеличивается в объеме. Поскольку система охлаждения является герметичной, то излишки охлаждающей жидкости выталкиваются в расширительный бачок, который соединен гибким шлангом в горловиной радиатора. Когда охлаждающая жидкость остывает, она опять подается в систему охлаждения через нижний патрубок расширительного бачка. Расширительный бачок служит также для залива и долива охлаждающей жидкости в систему охлаждения. При открытии крышки расширительного бачка надо быть очень осторожным, т.к. горячие пары могут ошпарить вашу руку.

В салоне автомобиля находится еще один небольшой радиатор, спрятанный под торпедо, который принято называть отопителем салона автомобиля, или просто — печкой. В холодное время года водитель открывает заслонку печки, и нагретая охлаждающая жидкость начинает циркулировать через теплообменник, нагревая воздух в салоне автомобиля.

Система охлаждения довольно проста и при нормальной работе не требует какого-либо обслуживания. Если утечек охлаждающей жидкости нет, то можно спокойно ездить пару лет. Раз в два года рекомендуется полностью менять охлаждающую жидкость в системе охлаждения автомобиля. Также, надо следить за состоянием резиновых патрубков, поскольку резина со временем пересыхает и растрескивается. Очень будет неприятно, если в дороге вдруг произойдет разрыв патрубка — дальнейшее движение будет практически невозможно. Поэтому, имеет смысл через 5-6 лет проводить полную замену всех резиновых патрубков на новые.

В начало страницы

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.

Радиатор охлаждения двигателя

В то время как существуют разные типы радиаторов, распространенный тип называется радиатором с зазубренной трубкой. Он состоит из трубок (для переноса жидкости), к которым прикреплены кольца или ребра для рассеивания тепла.

Горячая вода подается по трубам в верхний резервуар (верх радиатора) с помощью водяного насоса. Охлажденная вода направляется из нижнего резервуара (нижняя часть радиатора) обратно в двигатель для циркуляции через блок двигателя через небольшие каналы.

Жидкость, проходящая через блок двигателя, помогает отводить тепло, в дополнение к дополнительному воздуху, пропускаемому через него вентилятором и при движении.

Помпа

Водяной насос обычно устанавливается в передней части двигателя и приводится в движение ремнем. Нижняя часть радиатора (нижняя емкость) соединена со стороной всасывания насоса.

Шпиндель насоса приводится в движение ремнем, который соединяется со шкивом, установленным на конце коленчатого вала. Назначение насоса — просто извлекать горячую и впрыскивать более холодную жидкость (часто смесь воды и охлаждающей жидкости на основе спирта).

Приводы вентилятора

Вентилятор радиатора прикрепляется с помощью шкива и ремня. Скорость его вращения определяется частотой вращения двигателя и механической конструкцией механизма шкива / ремня.

Замкнутый цикл

Со временем система водяного охлаждения заняла прочные позиции в автомобильном моторе. Циркуляцию воды в нем поддерживал центробежный насос (помпа), приводимый двигателем. А иногда работал и принцип термосифона, когда масса воды циркулировала благодаря разности температур на входе и выходе теплообменника (радиатора).

Двигатель Peugeot водяного охлаждения. Видны корпус термостата (1), основной радиатор (2), радиатор отопителя салона (3) и пробка расширительного бачка с паровоздушным клапаном (4)

Ранние конструкции последнего имели вид змеевика — его S-образно изогнутая трубка была усеяна поперечными ребрами, увеличивавшими площадь поверхности, излучавшей тепло в окружающее пространство. Затем распространение получил сотовый радиатор, предложенный в 1901 году фирмой «Daimler», — его шестигранные трубочки спаивали по кромкам фланцев в общий блок. Процесс пайки был очень трудоемким, и потому на смену ему пришел пластинчатый радиатор, сборка которого легко механизировалась. Сердцевина и тех и других набиралась из латунных деталей — ранние радиаторы были очень тяжелыми. Позже их сменили алюминиевые конструкции.

Первоначальные жидкостные системы охлаждения спасали моторы от перегрева и только

Но важно еще и поддерживать температуру двигателя в оптимальном для его работы диапазоне. Для этою перед радиатором разместили жалюзи — они позволяли регулировать поступление набегающего потока воздуха и, следовательно, степень охлаждения циркулирующей в нем волы. Дальнейшим шагом стало внедрение термостата — при запуске двигателя в холодную погоду этот прибор на время исключает циркуляцию воды через радиатор, пока двигатель не прогреется до рабочей температуры

Дальнейшим шагом стало внедрение термостата — при запуске двигателя в холодную погоду этот прибор на время исключает циркуляцию воды через радиатор, пока двигатель не прогреется до рабочей температуры.

С другой стороны, при длительном движении с высокой скоростью чрезмерный обдув радиатора встречным потоком воздуха может привести к тому, что мотор переохладится. В этом случае помогает электромагнитная муфта, отключающая вентилятор. Все вышеперечисленные устройства образуют единую термостатическую систему.

Phanomobil с двигателем воздушного охлаждения, вентиляторами про-пеллерного типа и одним передним ведущим колесом, 1910 г.

Вода системы охлаждения через отдельный небольшой теплообменник отдает тепло и салону. Известны курьезные случаи, особенно характерные для отечественных автомобилей с «забитыми» отложениями радиаторами, когда летом в жаркую погоду водителю приходится включать отопитель, — салон тогда «работает» как дополнительный радиатор. Со временем для повышения эффективности водяного охлаждения были созданы герметичные системы. Благодаря пробке особой конструкции вода в радиаторе находится под давлением собственных паров — в результате несколько повышается точка ее кипения. Поэтому открывается возможность уменьшить объем и соответственно размер радиатора. Для сброса избыточного давления, чтобы трубки не вспучивало и не разрывало, в пробку вставляют предохранительный паровоздушный клапан.

Со временем стали использовать лучшие теплоносители, нежели вода. Например, смесь воды с этиленгликолем. Температура его кипения составляет 170°С, благодаря чему также удается уменьшить размеры радиатора.

Бензиновые

Основная статья: Бензиновый двигатель

Бензиновые карбюраторные

Дополнительные сведения: Карбюратор

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

Бензиновые инжекторные

Дополнительные сведения: Инжекторная система подачи топлива

Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного (моновпрыск), и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно-рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется с помощью электронного блока управления (ЭБУ), управляющего электрическими бензиновыми форсунками.

Основные причины завоздушивания системы

Присутствие воздуха – банальная причина выхода из строя многих компонентов системы охлаждения. Всё дело в том, что пробка стопорит циркуляцию в каналах системы, нарушая тем самым стабильность работы охлаждающих устройств. Наверняка каждый водитель сталкивался в процессе эксплуатации авто с кипением тосола или антифриза – это также верный признак наличия воздуха. Распространенные причины появления пробки:

  1. В негерметичных местах соединения путей системы с прохождением жидкости образуется низкое давление, следовательно, происходит втягивание воздуха.
  2. С заменой или доливом недостающего количества хладогена может произойти попадание воздуха в систему.
  3. Использование дешевого, низкокачественного антифриза. Качественная ОЖ способна выдержать повышения температуры без образования пара. Дешевая жидкость зачастую закипает в самом начале работы мотора, образовывает пар, и, как следствие, воздушную пробку.

Часто воздушная пробка появляется вследствие выхода из строя прокладки ГБЦ

Попутно с этим антифриз попадает в цилиндры мотора, что важно вовремя предотвратить. В расширительном бачке при этом наблюдается характерное повышению температуры бурление из-за проникновения выхлопных газов

Причины образования пробки

Воздушная пробка появляется в системе по следующим причинам:

  • Разгерметизация патрубков, штуцеров, трубок. Втягивание воздуха сквозь щели повреждённого участка происходит из-за разгерметизации и возникающего вследствие этого снижения давления.
  • Попадание воздуха при доливе или замене ОЖ.
  • Нарушение герметичности водяной помпы вследствие изношенности прокладок пломбы или прокладки ГБЦ. Сквозь повреждённый участок происходит утечка жидкости.
  • Залипание клапана бачка. Вместо стравливания избыточного давления клапан работает на закачку воздуха.
  • Применение некачественного антифриза. Он закипает даже при минимальном перегреве двигателя. Хороший антифриз держит температуру до 150 градусов без образования пара. Дешёвые подделки закипают при температуре 100 градусов.

Статья в тему: Замена крестовины карданного вала и рулевого вала своими руками

Причины появления воздушных пробок

Воздух характеризуется относительно невысокой теплопроводностью, и сам по себе он редко используется в качестве охладительного агента (исключение – обдув радиатора, но причины здесь прозаические – полное отсутствие энергетических затрат). Но его опасность при смешивании с техническими жидкостями заключается не столько в снижении теплоёмкости, сколько в образовании воздушных пробок, которые, скапливаясь в самых высоких точках магистрали, препятствуют свободному течению охлаждающей жидкости.

В каких случаях происходит проникновение воздуха в герметичную систему охлаждения двигателя? Причин может быть несколько:

  • разгерметизация системы – нарушение целостности соединений патрубков, трубок, шлангов в месте их крепления к штуцерам, что и приводит к такому явлению, как подсос наружного воздуха. Произойти такое может в результате перегрева, случайного механического воздействия, неумелых действий водителя, из-за естественного износа. Отдельно стоит упомянуть о случаях, когда потеря герметичности происходит по причине длительного воздействия пониженного давления в системе, наблюдающегося у поверхности стенок трубопроводов во время движения ОЖ;
  • многие водители даже не догадываются, что при замене или доливании антифриза, если делать это быстро, образуется обширная воронка, которая не позволяет воздуху выйти наружу. В результате в систему попадает ощутимое количество воздуха, что грозит образование пробок со всеми вытекающими последствиями. Поэтому рекомендация заливать тосол тонкой струёй, не считаясь со временем, остаётся актуальной для значительной части автовладельцев;
  • проблемы в функционировании воздушного клапана. Для циркуляции ОЖ в системе используется помпа, но создаваемое давление не статичное: из-за нагрева жидкости на определённых участках магистрали давление повышается, в районе радиатора – уменьшается. Это, в принципе, нормально. Но в некоторых случаях область повышенного давления достигает расширительного бачка, воздух в котором сжимается, и клапан в крышке бачка стравливает его наружу. При пониженном давлении происходит обратный процесс – засасывание воздуха. Но если клапан заело, то он работает только в одном направлении. Это чревато накоплением воздушной массы, которая просто вынуждена идти дальше через трубопроводы, смешиваясь с охлаждающей жидкостью;
  • воздух может проникать в СО и через прохудившийся сальник помпы, а также через фибру, если она имеет сквозные механические дефекты;
  • течи антифриза через соединения шлангов, патрубков и обоих радиаторов могут и не приводить к попаданию через них воздуха внутрь системы, но в таких случаях объем ОЖ уменьшается, что автоматически приводит к увеличению объёма воздуха (через расширительный бачок). В случае засорения радиатора двигатель начинает перегреваться, и в совокупности это приводит к образованию пробок;
  • нарушение целостности прокладки ГБЦ – ещё одна распространённая причина возникновения течи антифриза, проникающего в цилиндры, в результате чего объём охлаждающей жидкости понижается, а последствия этого явления вы уже знаете.

Кстати, когда тосол попадает из цилиндров в картер и там накапливается, проверка уровня масла щупом может показать его увеличение. Если же ОЖ попадает в выхлопную систему, обнаружить это можно по изменению цвета выхлопа из прозрачного на белый.

Не следует относиться к этой проблеме, как второстепенной. Неприятности в случае неустранения завоздушенности и причин его возникновения могут оказаться слишком серьёзными. Изменение нормальной циркуляции тосола по магистрали – только первый звоночек, но именно с него начинаются проблемы с отводом тепла от силового агрегата.

Поскольку из-за воздушных пробок ОЖ не попадает в радиатор, она не охлаждается и следует в двигатель ещё горячей. Последний начинает перегреваться, ухудшая свои динамические показатели.

Вторичное проявление завоздушенности СО – ухудшение работы салонного отопителя, поскольку антифриз до него не добирается, а работа вентилятора положения не улучшает – в салон продолжает поступать холодный воздух

Чаще всего водители обращают внимание на наличие пробок не из-за перегрева мотора, а потому, что им холодно

В тёплое время года и эта причина становится неочевидной. Между тем ненормальный температурный режим работы двигателя рано или поздно завершится тепловым ударом – худшим, что может с ним случиться вообще. И тогда больших трат на восстановление мотора не избежать, причём вам придётся обходиться без средства передвижения довольно долго – такие неисправности за день-два не чинят.