Устройство системы охлаждения двигателя

В процессе работы детали мотора подвергаются не только механическим, но и серьезным термическим нагрузкам. Помимо силы трения, из-за которой некоторые элементы нагреваются, в двигателе сгорает воздушно-топливная смесь. В этот момент выделяется огромное количество тепловой энергии. Температура в зависимости от модификации двигателя в некоторых его отделах может превышать показатель в 1000 градусов.

Металлические элементы при нагреве расширяются. Перекал повышает их хрупкость. В чрезмерно горячей среде воздушно-топливная смесь будет бесконтрольно воспламеняться, приводя к детонации в агрегате. Чтобы устранить проблемы, связанные с перегревом мотора, и поддерживать оптимальную температуру агрегата, автомобиль оснащается системой охлаждения.

Рассмотрим строение этой системы, какие в ней появляются поломки, как за ней ухаживать и какие существую разновидности.

Что такое система охлаждения

Назначение охлаждающей системы в машине – отводить избыток тепла от работающего мотора. Независимо от типа ДВС (дизельный или бензиновый), он обязательно будет иметь эту систему. Она позволяет поддерживать рабочую температуру силового агрегата (о том, каким должен быть этот параметр, читайте в другом обзоре).

Помимо основной функции, данная система в зависимости от модели авто обеспечивает:

• Охлаждение трансмиссии, турбины;
• Обогрев салона в зимний период;
• Охлаждение смазки ДВС;
• Охлаждение системы рециркуляции отработанных газов.

К данной системе предъявляются следующие требования:

1. Она должна поддерживать рабочую температуру ДВС в разных условиях эксплуатации;
2. Не должна переохлаждать двигатель, что снизит его эффективность, особенно если это дизельный агрегат (о принципе работы этого типа моторов рассказывается здесь);
3. Должна позволять мотору быстро прогреваться (низкая температура моторного масла повышает износ деталей агрегата, так как оно густое, и насос плохо его прокачивает к каждому узлу);
4. Должна затрачивать минимум энергетических ресурсов;
5. Продолжительное время поддерживать температуру мотора после его остановки.

Устройство и принцип работы системы охлаждения

Хотя конструктивно СО отдельных моделей авто могут отличаться, их принцип остается идентичным. В устройство системы входят следующие элементы:

• Рубашка охлаждения. Это часть мотора. В блоке цилиндров и ГБЦ сделаны полости, составляющие в собранном ДВС систему каналов, по которым в современных моторах циркулирует рабочая жидкость. На сегодняшний день это самая эффективная схема отвода высокой температуры от блока цилиндров, в котором происходит экстремальное повышение температуры. Инженеры проектируют этот элемент таким образом, чтобы ОЖ контактировала с теми частями стенок блока, которые больше всего должны охлаждаться.
• Радиатор охлаждения. Это плоская деталь прямоугольной формы, которая состоит из металлических тонких трубок с нанизанными на них ребрами из алюминиевой фольги. Дополнительно об устройстве этого элемента рассказывается в другой статье. В его полость поступает горячая жидкость, идущая от мотора. Благодаря тому, что стенки в радиаторе очень тонкие, а трубок и ребер большое количество, проходящий через них воздух быстро остужает рабочую среду.
• Радиатор системы отопления. Данный элемент имеет конструкцию, идентичную главного радиатора, только его размер в несколько раз меньше. Устанавливается он в модуле печки. Когда водитель открывает заслонку обогрева, вентилятор отопителя подает поток воздуха на теплообменник. Помимо обогрева салона эта деталь выступает в роли дополнительного элемента охлаждения мотора. Например, когда машина находится в пробке, ОЖ в системе может закипеть. Некоторые водители включают отопление салона и открывают окна.
• Вентилятор охлаждения. Этот элемент устанавливается возле радиатора. Его конструкция идентична любой модификации вентиляторов. В старых автомобилях работа этого элемента зависела от мотора – пока вращается коленвал, крутятся и лопасти. В современном исполнении это электродвигатель с лопастями, размер которых зависит от площади радиатора. Он срабатывает, когда жидкость в контуре сильно нагревается, и теплообмена, происходящего при естественном обдуве теплообменника, недостаточно. Обычно такое происходит в летний период, когда машина стоит или медленно передвигается, например, в пробках.
• Помпа. Это водяной насос, который постоянно работает, пока будет работать мотор. Данная деталь используется в силовых агрегатах, в которых система охлаждения имеет жидкостный тип. В большинстве случаев помпа работает от ременного или цепного привода (на шкив надевается ремень или цепь ГРМ). В автомобилях с турбированным мотором и непосредственным впрыском может использоваться дополнительный центробежный насос.
• Термостат. Это небольшой перепускной клапан, который регулирует поток ОЖ. Чаще всего эта деталь находится возле выхода рубашки охлаждения. Подробно об устройстве и принципе работы элемента рассказывается здесь. В зависимости от модели авто он может быть биметаллическим или с электронным приводом. Любой автомобиль с жидкостным охлаждением оснащен системой, в которой имеется малый и большой круг циркуляции. Когда ДВС заводится, он должен прогреться. Для этого не нужно, чтобы рубашка быстро охлаждалась. По этой причине ОЖ циркулирует по малому кругу. Как только агрегат достаточно нагрелся, клапан открывается. В этот момент он перекрывает доступ к малому кругу, и жидкость поступает в полость радиатора, где быстро охлаждается. Этот элемент также применяется, если система имеет помповый вид.
• Расширительный бачок. Это пластмассовая емкость, самый верхний элемент системы. Он компенсирует увеличение объема жидкости охлаждения в контуре за счет ее нагрева. Чтобы антифризу было куда расширяться, автовладельцу не стоит заполнять бачок выше максимальной отметки. Но при этом если жидкости будет слишком мало, то при охлаждении в контуре может образовываться воздушная пробка, поэтому необходимо также следить и за минимальным уровнем.
• Пробка бачка. Она обеспечивает герметичность системы. Однако это не просто крышка, которую накручивают на горловину бачка или радиатора (подробней об этой детали рассказывается отдельно). Она должна соответствовать параметрам системы охлаждения автомобиля. В ее устройство входит клапан, реагирующий на давление в контуре. Помимо того, что эта деталь способна компенсировать избыточный напор в магистрали, она позволяет повысить температуру закипания ОЖ. Как известно из уроков физики, чем выше давление, тем сильнее нужно нагреть жидкость, чтобы она закипела, например, в горах кипеть вода начинает при показателе в 60 градусов и меньше.
• Охлаждающая жидкость. Это не просто вода, а специальная жидкость, которая не замерзает при отрицательных температурах и имеет более высокую температуру кипения.
• Патрубок. Все узлы системы соединены в общую магистраль при помощи резиновых патрубков большого сечения. Они фиксируются при помощи металлических хомутов, которые не дают резиновым деталям сорваться при высоком давлении в контуре.

Действие системы охлаждения следующее. Когда водитель запускает мотор, шкив коленвала передает крутящий момент на привод ГРМ и другое навесное оборудование, например, у большинства машин в эту цепь входит и привод водяного насоса. Крыльчатка помпы создает центробежную силу, благодаря которой антифриз начинает циркулировать по патрубкам и узлам системы.

Пока мотор холодный, термостат закрыт. В таком положении он не дает ОЖ поступать в большой круг. Такое устройство позволяет мотору быстро прогреться и выйти на нужный температурный режим. Как только жидкость в должной степени нагреется, клапан открывается, и начинает работать охлаждение ДВС.

Жидкость движется в следующем направлении. При прогреве мотора: от насоса к рубашке охлаждения, далее к термостату, и в завершение круга – к насосу. Как только клапан открывается, циркуляция проходит по большему рукаву. В этом случае жидкость подается на рубашку, затем через термостат и резиновый шланг (патрубок) на радиатор и обратно на помпу. Если открывается кран печки, то параллельно с большим кругом антифриз движется от термостата (но не через него) к радиатору печки и обратно к насосу.

Когда жидкость начинает расширяться, ее часть выдавливается через шланг в расширительный бачок. Обычно этот элемент не принимает участия в циркуляции тосола.

В данной анимации наглядно показано, как работает СО современного автомобиля:

Система охлаждения двигателя автомобиля. Общее устройство. 3D анимация.

Что заливать в систему охлаждения?

В систему нельзя заливать обычную воду (хотя в старых машинах водители могли использовать эту жидкость), так как минералы, входящие в ее состав, при высоких температурах остаются на внутренних поверхностях контура. Если в трубах с большим диаметром это долго не приводит к закупорке протока, то радиатор быстро забьется, из-за чего теплообмен затруднится, а то и вовсе прекратится.

Также вода закипает при температуре в 100 градусов. Помимо этого при отрицательных температурах жидкость начинает кристаллизоваться. В этом состоянии в лучшем случае она закупорит протоки радиатора, но если водитель вовремя не сольет воду перед тем, как оставить машину на стоянке, тонкие трубки теплообменника просто разорвутся от расширения кристаллизующейся воды.

По этим причинам в СО используются специальные жидкости (тосолы или антифризы), которые обладают такими свойствами:

• Не замерзают при морозе -40 и в некоторых случаях ниже;
• Температура кипения – не менее 115 градусов;
• Не вспениваются;
• Устойчивы к окислительной реакции (не способствуют образованию коррозии в пустой системе, как вода);
• Не выпадают в осадок при длительном использовании;
• Не образуют накипь на металлических частях при высоких температурах;
• Смазывают подвижные детали механизмов СО.

Стоит упомянуть, что в экстренных случаях вместо тосола или антифриза можно использовать воду (желательно дистиллированную). Примером таких ситуаций может быть порыв радиатора. Чтобы добраться до ближайшего СТО или гаража, периодически по дороге водитель останавливается и восполняет объем воды через расширительный бачок. Это единственная ситуация, в которой допустимо использовать воду.

 Хотя на рынке технических жидкостей для автомобилей много, не стоит приобретать самую дешевую продукцию. Она зачастую менее качественная и имеет меньший срок службы. Подробней о том, чем отличаются жидкости для СО, рассказывается отдельно. Также нельзя смешивать разные марки, так как у каждой из них свой химический состав, из-за чего при высоких температурах может образоваться негативная химическая реакция.

Виды систем охлаждения

В современных автомобилях используется водяное охлаждение мотора, но иногда встречаются модели с воздушной системой. Рассмотрим, из каких элементов будет состоять каждая из этих модификаций, а также по какому принципу они работают.

Жидкостная система охлаждения

Причина использования жидкостного типа заключается в том, что ОЖ быстрее и с большей эффективностью отводит избыток тепла от деталей, требующих охлаждения. Немного выше было описано устройство такой системы и принцип ее работы.

Циркуляция ОЖ происходит все время, пока двигатель работает. Самым главным теплообменником является основной радиатор. Каждая пластина, нанизанная на центральной трубке детали, увеличивает площадь охлаждения.

Когда авто стоит с включенным ДВС, пластины радиатора плохо обдуваются потоком воздуха. Это приводит к быстрому нагреву всей системы. Если ничего в таком случае не предпринять, ОЖ в магистрали закипит. Чтобы решить эту проблему, инженеры оснастили систему принудительным нагнетателем воздуха. Их существует несколько модификаций.

Одна срабатывает от муфты, оснащенной термоклапаном, реагирующем на температуру в системе. Привод этого элемента происходит за счет вращения коленвала. Более простые модификации имеют электрический привод. Он может срабатывать от температурного датчика, расположенного внутри магистрали или от ЭБУ.

Воздушная система охлаждения

Воздушное охлаждение имеет более простое строение. Так, двигатель с такой системой имеет наружные ребра. К верху они увеличены, чтобы улучшить теплообмен в той части, которая сильнее нагревается.

В устройство такой модификации СО будут входить следующие элементы:

• Ребра на головке и на блоке цилиндров;
• Патрубки для подачи воздуха;
• Вентилятор охлаждения (в этом случае он работает от мотора на постоянной основе);
• Радиатор, который подсоединен к системе смазки агрегата.

Работает такая модификация по следующему принципу. Вентилятор нагнетает воздух через воздуховоды на ребра ГБЦ. Чтобы ДВС не переохлаждался, и не испытывал трудности с зажиганием воздушно-топливной смеси, в воздуховодах могут устанавливаться клапаны, перекрывающие доступ свежего воздуха к агрегату. Это необходимо для того, чтобы поддерживать более-менее постоянную рабочую температуру.

Хотя такая СО и способна отводить излишек тепла от мотора, по сравнению с жидкостным аналогом у нее есть несколько существенных недостатков:

1. Чтобы вентилятор мог работать, используется часть мощности ДВС;
2. В некоторых узлах детали чрезмерно нагреваются;
3. Из-за постоянной работы вентилятора и максимально открытого мотора такой транспорт сильно шумит;
4. Сложно одновременно обеспечить качественный обогрев салона и охлаждение агрегата;
5. В таких конструкциях цилиндры для лучшего охлаждения должны быть отдельными, что усложняет конструкцию мотора (нельзя использовать блок цилиндров).

По этим причинам автопроизводители крайне редко используют такую систему в своей продукции.

Типичные поломки в системе охлаждения

Любая неисправность может серьезно сказаться на работе силового агрегата. Самое первое, к чему веден поломка СО – перегрев ДВС.

Вот самые распространенные поломки в системе охлаждения силового агрегата:

1. Поломка радиатора. Это самая распространенная неисправность, так как данная деталь состоит из тонких трубок, которые разрываются при чрезмерном давлении в совокупности с разрушением стенок из-за накипи и других отложений.
2. Нарушение герметичности контура. Такое часто происходит при недостаточной затяжке хомутов на патрубках. Из-за давления тосол начинает просачиваться через слабое соединение. Постепенно объем жидкости снижается. Если в машине стоит старый расширительный бачок, от напора воздуха он может лопнуть. В основном это происходит на шве, что не всегда заметно (если порыв образовался в верхней части). Так как в системе не создается должное давление, ОЖ может закипеть. Также разгерметизация может произойти из-за естественного старения резиновых частей системы.
3. Выход из строя термостата. Он предназначен для того, чтобы переключить режим прогрева системы на охлаждение ДВС. Он может остаться в закрытом или открытом положении. В первом случае двигатель быстро перегреется. Если термостат остается открытым, двигатель слишком долго будет прогреваться, из-за чего будет испытывать затруднение с воспламенением ВТС (в холодном моторе топливо плохо смешивается с воздухом, так как распыленные капли не испаряются, и не образуют однородное облако). Это влияет не только на динамику и стабильность агрегата, но и на степени загрязнения выброса. Если в выхлопной системе машины имеется катализатор, то плохо сгоревшее топливо ускорит засорение этого элемента (о том, зачем машине каталитический нейтрализатор, рассказывается здесь).
4. Поломка помпы. Чаще всего в ней выходит из строя подшипник. Так как данный механизм находится в постоянном подключении к приводу ГРМ, то заклинивший подшипник быстро разрушится, что приведет к обильной утечке ОЖ. Чтобы такого не происходило, большинство автомобилистов при замене ремня ГРМ также меняют и помпу.
5. Не срабатывает вентилятор, даже когда температура антифриза повысилась до критических значений. У этой поломки есть несколько причин. Например, может окислиться контакт проводки или выйти из строя клапан муфты (если вентилятор установлен на привод мотора).
6. Завоздушивание системы. Воздушные пробки могут появиться в процессе замены тосола. Чаще в этом случае страдает контур системы отопления.

Правила дорожного движения не ограничивают использование транспортных средств с неисправным охлаждением мотора. Однако каждый автомобилист, который бережет свои средства, не будет затягивать с ремонтом конкретного узла СО.

Проверить герметичность контура можно следующим образом:

• В холодной магистрали уровень антифриза должен находиться между отметками МАХ и MIN. Если после поездки в остывшей системе уровень изменился, значит, жидкость испаряется.
• Любые потеки жидкости на патрубках или на радиаторе – признак разгерметизации контура.
• После поездки некоторые виды расширительных бачков деформируются (становятся более округлыми). Это свидетельствует о том, что в контуре повысилось давление. При этом бачок не должен шипеть (в верхней части есть трещина или не держит клапан пробки).

Если была обнаружена неисправность, сломанную деталь нужно заменить на новую. Что касается образования воздушных пробок, то они блокируют движение жидкости в контуре, из-за чего двигатель может перегреться или перестанет работать обогрев салона. Эту неисправность можно определить и устранить следующим образом.

Снимаем пробку бачка, заводим мотор. Агрегат работает на протяжении пары минут. При этом открываем заслонку отопителя. Если в системе есть пробка, воздух должен продавливаться в бачок. Чтобы ускорить этот процесс, нужно поставить машину передней частью на возвышенности.

Завоздушивание радиатора отопителя можно устранить, если поставить автомобиль боком на небольшую возвышенность так, чтобы патрубки были расположены выше теплообменника. Это обеспечит естественное перемещение пузырьков воздуха по каналам к расширителю. При этом мотор должен работать на холостых оборотах.

Уход за системой охлаждения

Обычно поломки СО происходят при максимальных нагрузках, а именно во время езды. В дороге некоторые неисправности невозможно устранить. По этой причине не стоит дожидаться, когда нужен будет ремонт машины. Чтобы продлить срок службы всех элементов системы, ее необходимо вовремя обслуживать.

Выполняя профилактические работы, необходимо:

• Проверять состояние антифриза. Для этого помимо визуального осмотра (он должен сохранять свой первоначальный цвет, например, красный, зеленый, синий) следует воспользоваться ареометром (как он работает, читайте здесь) и замерить плотность жидкости. Если тосол или антифриз изменил свой цвет и стал грязным или вообще черным, то он непригоден для дальнейшего использования.
• Проверять степень натяжения приводного ремня. В большинстве автомобилей помпа работает синхронно с газораспределительным механизмом и коленчатым валом, поэтому слабое натяжение ремня ГРМ в первую очередь повлияет на стабильность работы двигателя. Если же помпа имеет индивидуальный привод, то его натяжение нужно перепроверять.
• Периодически очищать двигатель и теплообменник от мусора. Наличие грязи на поверхности мотора мешает обмену тепла. Также ребра радиатора должны быть чистыми, особенно если машина эксплуатируется в местности, где обильно цветет тополь или летит мелкая листва. Такие мелкие частицы препятствуют качественному прохождению воздуха между трубками теплообменника, из-за чего температура в магистрали будет повышаться.
• Проверять работу термостату. Когда заводится автомобиль, необходимо обращать внимание на то, как быстро он прогревается. Если он очень быстро нагрелся до критической температуры, то это первый признак несработавшего термостата.
• Проверять работоспособность вентилятора. В большинстве случаев этот элемент срабатывает от термодатчика, установленного на радиаторе. Бывает так, что вентилятор не включается из-за окислившихся контактов, и на него не поступает напряжение. Еще одна причина – неработающий термодатчик. Эту неисправность можно выявить следующим образом. Замыкаются контакты на датчике. При этом вентилятор должен включиться. Если это произошло, значит, необходимо заменить датчик. В противном случае необходимо отвезти машину на автомобильный сервис для диагностики. В некоторых автомобилях работа вентилятора контролируется электронным блоком управления. Иногда сбои в нем приводят к нестабильной работе вентилятора. Диагностический прибор выявит эту неполадку.

Промывка системы охлаждения двигателя

Отдельно стоит упомянуть промывку системы. Эта профилактическая процедура позволяет сохранить полости магистрали в чистоте. Многие автомобилисты пренебрегают этой процедурой. В зависимости от модели авто промывать систему нужно раз в год или через каждые три года.

В основном ее совмещают с заменой антифриза. Коротко рассмотрим, какие признаки указывают на необходимость в промывке, и как ее правильно выполнить.

Признаки того, что пора промывать

1. В процессе работы мотора стрелка температуры ОЖ постоянно показывает сильный нагрев ДВС (приближенный к максимальному значению);
2. Печка стала плохо отдавать тепло;
3. Независимо от того, прохладно на улице или тепло, вентилятор стал чаще работать (конечно, это не относится к тем ситуациям, когда машина находится в пробке).

Промывка системы охлаждения

Для промывки СО нельзя использовать обычную воду. Часто к засорению приводят не посторонние частицы, а накипь и отложения, скопившиеся в узкой части контура. С накипью отлично справляется кислота. Жир и минеральные отложения устраняются щелочными растворами.

Так как при смешивании действие этих веществ нейтрализуется, их нельзя использовать одновременно. Однако не стоит пользоваться чисто кислотным или щелочным растворами. Они слишком агрессивны, и после их использования нужно провести процесс нейтрализации, прежде чем заливать свежий антифриз.

Лучше воспользоваться нейтральными промывками, которые можно найти в любом магазине автохимии. На упаковке каждого вещества производитель указывает, для каких видов загрязнений можно его использовать: либо в качестве профилактики, либо для борьбы со сложными отложениями.

Сама промывка должна выполняться в соответствии с инструкцией, указанной на таре. Основная последовательность следующая:

1. Прогреваем ДВС (не доводим до включения вентилятора);
2. Сливаем старый тосол;
3. В зависимости от средства (это может быть емкость с уже разведенным составом или концентрат, который нужно разбавлять в воде) раствор заливается в расширительный бачок, как при обычной замене тосола;
4. Заводим мотор и даем ему поработать до получаса (это время указывается производителем промывки). В процессе работы мотора также включаем отопление салона (открываем кран отопителя, чтобы промывка циркулировала и по контуру обогрева салона);
5. Очищающая жидкость сливается;
6. Промываем систему специальным раствором или дистиллированной водой;
7. Заливаем свежий тосол.

Не обязательно ехать на СТО, чтобы выполнить данную процедуру. Ее можно выполнить и самостоятельно. От чистоты магистрали зависит производительность мотора и его моторесурс.

Дополнительно посмотрите короткое видео о том, как бюджетно и без вреда для системы выполнить ее промывку:

НИКОГДА НЕ ПРОМЫВАЙТЕ СИСТЕМУ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОКА НЕ ПОСМОТРИТЕ ЭТО ВИДЕО

Вопросы и ответы:

Как устроена система охлаждения? Жидкостная СО состоит из радиатора, магистрали большого и малого круга, патрубков, водяной охладительной рубашки блока цилиндров, водяной помпы, термостата, вентилятора.

Какие бывают системы охлаждения двигателя? Мотор может охлаждаться воздухом или жидкостью. В зависимости от конструкции системы смазки ДВС он также может охлаждаться за счет циркуляции масла по каналам блока.

Какие охлаждающие жидкости применяются в системе охлаждения легкового автомобиля? Для системы охлаждения используется смесь дистиллированной воды и незамерзающего вещества. В зависимости от состава ОЖ называется тосолом или антифризом.