Речь идет о двигателе внутреннего сгорания. По названию видно, что внутри двигателя происходит сгорание топлива. При этом получается тепло, которое разогревает мотор. Для двигателя необходима оптимальная температура, при которой он работает нормально. Для создания и поддержания такого заданного режима во многих двигателях используется система охлаждения, включающая в себя циркуляцию охлаждающей жидкости в двигателе.

Сама система усложняет процесс изготовления, делая его более энергоемким, что ведет к удорожанию всей конструкции. Во время эксплуатации требуется проводить регулярное наблюдение, устранение неисправностей и ремонт. Поэтому систему охлаждения стремятся сделать наиболее простой. Все системы можно разделить на три вида:

• воздушная;
• жидкостная;
• комбинированная.

Использование воздуха

Воздушная система - самая простая и дешевая, в основном не требует дополнительного оборудования и присмотра. Используется два способа циркуляции:

• естественный;
• принудительный.

Естественный способ широко используется на скоростных и легких подвижных транспортных средствах, например, в самолетах, которые, как правило, летают в более холодных слоях атмосферы.

Двигатель охлаждается воздухом, который нагнетается винтом. К легким транспортным средствам можно отнести мототранспорт и всевозможные модели. Мощность двигателя таких конструкций небольшая, естественного обдува, в основном, хватает. Для увеличения теплоотдачи цилиндры выносятся из двигателя и снабжаются ребрами.

Отрицательной чертой такого охлаждения является отсутствие возможности регулировать температуру двигателя. В холодную погоду требуется много времени на его прогрев, а в жаркую приходится глушить двигатель, чтобы он остыл.

Эта проблема частично решается принудительным способом. Он используется в двигателях, которые установлены стационарно. В этом случае на двигатель направляется поток воздуха, идущего от вентилятора. Этим потоком можно управлять, меняя скорость вращения вентилятора.

Употребление жидкости

Чтобы охлаждающая система была более регулируемой и эффективной, применяют жидкостный охладитель. Кроме того, схема движения тосола в системе охлаждения имеет два круга: большой и малый, что также способствует равномерности температуры. В этом качестве раньше использовали воду. В отличие от воздуха у воды лучшая теплопроводимость, что повышает КПД. Используемая система может быть:

• замкнутая;
• незамкнутая.

При использовании первой системы жидкость циркулирует по замкнутой цепи. Движется по трубам или шлангам самотеком или благодаря водяному насосу. Нагреваясь от работающего двигателя, она расширяется, создавая давление, превышающее атмосферное. Поэтому точка кипения достигает 110 - 120 градусов. Для охлаждения используется теплообменник, который, в свою очередь, охлаждается воздушным потоком. Для регулировки температуры (ОЖ) меняют скорость воздуха, проходящего через теплообменник. Это можно делать, открывая и закрывая жалюзи или меняя скорость потока воздуха. Используется в мощных двигателях.

Незамкнутая система используется там, где нет недостатка в воде - это плавсредства. Вода поступает с водоема и с помощью насоса передается к двигателю. После охлаждения двигателя она выбрасывается наружу.

Преимущество в том, что не нужно устанавливать теплообменник и вентилятор для его охлаждения.

Работа комбинированной схемы

Такая система в основном используется в автомобилях и некоторых мотоциклах. Она включает в себя как жидкостное, так и воздушное охлаждение. В блоке цилиндров делаются окна, по которым вода протекает и нагревается.

Чтобы не нарушать естественное движение нагреваемой жидкости, ее подводят к нижнему краю цилиндра, далее она поднимается к головке и выходит наружу. После чего движение продолжается по трубке к верхнему бачку радиатора. Опускаясь вниз по трубкам радиатора, жидкость охлаждается и по трубке подходит к водяному насосу, также именуемому помпой. От помпы по трубке проходит в нижний край блока цилиндров, и схема движения охлаждающей жидкости в двигателе замыкается.

В зимнее время, и когда мотор еще не нагрелся, необходимости в охлаждении мотора нет.

Чтобы отключить на это время радиатор, используют термостат. Таким образом, он является регулятором для определения большого и малого круга системы охлаждения. Он расположен на выходе охлаждающей жидкости из мотора. Термостат устроен таким образом, что при невысокой температуре охлаждающей жидкости перекрывает ей доступ к радиатору, образуя малый круг охлаждения двигателя.

Элементы, входящие в систему

Комбинированная схема закрытого типа включает в себя систему обогрева салона машины. Исходя из этого, можно составить следующий список элементов, входящих в охлаждающую систему:

• радиаторы (один для охлаждения, другой для обогрева);
• вентиляторы;
• водяной насос (помпа);
• термостат;
• датчик температуры.

Радиатор выполняет основную роль в охлаждающей системе. Его изготавливают из двух бачков, которые объединяются множеством латунных сварных или вытянутых трубок. Из алюминия трубки делают реже, так как прочность их ниже. Трубки могут быть прямыми или ленточными, сечение эллипсом. Благодаря такому строению они легче выдерживают давление замерзшей жидкости. Для увеличения площади теплоотдачи трубки проходят через пакет пластин. В нижнем бачке имеется кран для слива жидкости. В верхнем бачке расположена горловина или патрубок, ведущий к расширительному бачку. Закрывается пробкой, внутри которой расположены впускной и выпускной клапаны.

На боковой стороне радиатора расположен датчик температуры, указывающий температуру охлаждающей жидкости. В центре устанавливается вентилятор для обдува радиатора. Привод он может получать тремя способами:

1. Непосредственно от коленвала.
2. Через муфту.
3. От электродвигателя.

Водяной центробежный насос прогоняет жидкость по всей системе. Крепится непосредственно на коленвале. При большой мощности мотора производят охлаждение масла, устанавливая масляный радиатор на основной.

Самой дешевой жидкостью является вода, особенно если она мягкая. Она обладает хорошей теплоемкостью, имеет низкую вязкость, что позволяет ей просачиваться сквозь небольшие отверстия. Однако она сильно вызывает коррозию и замерзает при сравнительно высоких температурах, поэтому ее заменяют тосолом.

В советское время был институт, который занимался разработкой охлаждающих жидкостей. Совокупность всех жидкостей, борющихся с замерзанием, обледенением, называют антифризом (переводится как «против замерзания»). К ним относится водный раствор этиленгликоля, реже пропиленгликоля, который нетоксичен, но значительно дороже.

Антифризы не только замерзают при более низких температурах, но и меньше расширяются при замерзании. Например, вода расширяется на 9%, а 40% водный раствор этиленгликоля всего на 1,5%. Процесс замерзания происходит тоже по-разному. Вода при замерзании превращается в сплошной монолит, а раствор этиленгликоля кристаллизуется, не нанося вреда механизмам.

Добавки, которые входят в антифризы, направлены на борьбу с коррозией, смазывают трущиеся детали, борются с пеной. Немаловажным является и то, что у них также повышена точка кипения, что благотворно сказывается на моторе.

При всех плюсах этиленгликолевые антифризы имеют и минусы. Главный из них - высокая токсичность. Для человека весом 70 кг достаточно 140 миллилитров, чтобы привести к летальному исходу. Ядом является не только сама жидкость, но и ее пары. Даже небольшая утечка в отопительном радиаторе может привести к тяжелым последствиям. Для своевременного обнаружения неисправности такие антифризы обладают флуоресцентными свойствами.

Другим недостатком является большой коэффициент расширения. Для новых авто это не проблема, у них уже на этот случай стоит расширительный бачок, а вот для старых без доработки это будет затруднительно. В горячем состоянии антифриз выбросится, а когда остынет, уровень сильно упадет. Существует другая трудность, с ней уже намного труднее справиться.

Антифриз хуже передает тепло, примерно на 15 - 20%. В жаркую погоду он просто не справится со своей работой, и мотор может перегреться.

Срок годности этиленгликоля ограничивается 2 - 3 годами, при повышенных температурах срок сильно сокращается, а при превышении температуры 105 градусов добавки, смазывающие детали двигателя, быстро разрушаются. Для повышения качества стали использовать силикатные антифризы. В США и Японии используют фосфатные антифризы, но для Европы из-за повышенной жесткости воды они непригодны.

Строго говоря, термин «жидкостное охлаждение» не вполне корректен, так как жидкость в системе охлаждения - всего лишь промежуточный теплоноситель, проникающий в толщу стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента в системе играет воздух, обдувающий радиатор, поэтому охлаждение современного автомобиля правильней назвать гибридным.

Устройство жидкостной системы охлаждения

Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из нескольких элементов. Самый сложный называется «рубашкой охлаждения». Это разветвленная сеть каналов в толще блока цилиндров и . Кроме рубашки в систему входит радиатор системы охлаждения, расширительный бачок, водяной насос, термостат, металлические и резиновые соединительные патрубки, датчики и контрольные приборы.

Пропилен гликоль - основа охлаждающей жидкости (антифриза) и одобренная ветеринарными врачами пищевая добавка для рациона собак

Система построена на принципе принудительной циркуляции, которую обеспечивает водяной насос. Благодаря постоянному оттоку разогретой жидкости двигатель охлаждается равномерно. Этим и объясняется применение системы в подавляющем большинстве современных автомобилей.

Пройдя по каналам в стенках блока, жидкость нагревается и попадает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха. Когда автомобиль движется, для охлаждения достаточно естественного обдува, а когда автомобиль стоит – обдув происходит за счет электрического вентилятора, включающегося по сигналу от датчика температуры.

Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения

Радиатор охлаждения

Радиатор - панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых для увеличения площади теплоотдачи алюминиевым или медным "оперением". В сущности, оперение, это многократно сложенная лента из металла. Общая суммарная площадь ленты достаточно велика, а значит, может отдать в атмосферу в единицу времени достаточно много тепла.

Самый уязвимый элемент конструкции двигателя - турбокомпрессор (турбина), работающая на крайне высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно

Таким образом, разогретая жидкость внутри радиатора циркулирует сразу по всем многочисленным тонким трубкам и охлаждается достаточно интенсивно. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, отводящий пары и избыток жидкости, расширяющейся при нагреве.

В зависимости от режима работы ДВС цикл движения охлаждающей жидкости в системе может меняться. Объем жидкости, циркулирующей в каждом круге напрямую зависит от того, в какой степени открыты основной и дополнительный клапаны термостата. Эта схема обеспечивает автоматическую поддержку оптимального температурного режима работы двигателя.

Преимущества и недостатки жидкостной системы охлаждения

Главное достоинство жидкостного охлаждения заключается в том, что охлаждение двигателя происходит равномернее, чем в случае обдува блока потоком воздуха. Это объясняется большей теплоемкостью охлаждающей жидкости по сравнению с воздухом.

Жидкостная система охлаждения позволяет значительно снизить шум от работающего двигателя за счет большей толщины стенок блока.

Инерционность системы не дает быстро остывать двигателю после выключения. Разогретая жидкость автомобиля и для предварительного подогрева горючей смеси.

Наряду с этим, жидкостная система охлаждения имеет ряд недостатков.

Основной недостаток заключается в сложности системы и в том, что она работает под давлением после прогрева жидкости. Жидкость, находящаяся под давлением, предъявляет повышенные требования к герметичности всех соединений. Ситуация осложняется тем, что работа системы подразумевает постоянное повторение цикла "нагрев - остывание". Это вредно для соединений и резиновых патрубков. При нагреве резина расширяется, а затем сжимается при остывании, что становится причиной течей.

Кроме того, сложность и большое количество элементов сама по себе служит потенциальной причиной "техногенных катастроф", сопровождаемых "закипанием" двигателя в случае выхода из строя одной из ключевых деталей, например, термостата.

При разделении кровеносной системы человека на два круга кровообращения сердце подвергается меньшей нагрузке, чем если бы в организме была общая система кровоснабжения. В малом круге кровообращения кровь проходит путь к легким и затем обратно благодаря замкнутой артериальной и венозной системе, которая соединяет сердце и легкие. Ее путь начинается в правом желудочке и заканчивается в левом предсердии. В малом круге кровообращения кровь с углекислым газом несут артерии, а кровь с кислородом - вены.

Из правого предсердия кровь поступает в правый желудочек, и затем через легочную артерию нагнетается в легкие. Из правого венозная кровь поступает в артерии и легких, там она избавляется от углекислого газа, а затем насыщается кислородом. По легочным венам кровь вливается в предсердие, затем она поступает в большой круг кровообращения и после этого направляется ко всем органам. Так как в капиллярах она медленно, в нее успевает поступить углекислый газ, а кислород - проникнуть в клетки. Поскольку кровь попадает в легкие под низким давлением, малый круг кровообращения также называется системой низкого давления. Время прохождения крови по малому кругу кровообращения составляет 4-5 секунд.

При повышенной потребности в кислороде, например, при интенсивных занятиях спортом увеличивается давление, создаваемое сердцем, и кровоток ускоряется.

Большой круг кровообращения

От левого желудочка сердца начинается большой круг кровообращения. Насыщенная кислородом кровь попадает из легких в левое предсердие, а затем попадает в левый желудочек. Оттуда артериальная кровь попадает в артерии и капилляры. Через стенки капилляров кровь отдает в тканевую жидкость кислород и питательные вещества, забирая углекислый газ и продукты обмена веществ. Из капилляров она поступает в мелкие вены, образующие более крупные вены. Затем по двум венозным стволам (верхней полой вене и нижней полой вене) она поступает в правое предсердие, заканчивая большой круг кровообращения. Кругооборот крови в большом круге кровообращения равен 23-27 секундам.

По верхней полой вене кровь течет от верхних частей тела, а по нижней - от нижних частей.

В сердце есть две пары клапанов. Одна из них расположена между желудочками и предсердиями. Вторая пара находится между желудочками и артериями. Эти клапаны обеспечивают направление кровотока и мешают обратному току крови. Кровь нагнетается в легкие под большим давлением, а в левое предсердие она попадает при отрицательном давлении. Человеческое сердце имеет асимметричную форму: поскольку его левая половина выполняет более тяжелую работу, она несколько толще, чем правая.

Предлагаю сначала рассмотреть принципиальную схему системы охлаждения.

1 - отопитель; 2 - двигатель; 3 - термостат; 4 - насос; 5 - радиатор; 6 - пробка; 7 - вентилятор; 8 - расширительный бачок;
А - малый круг циркуляции (термостат закрыт);
А+Б - большой круг циркуляции (термостат открыт)

Циркуляция жидкости в системе охлаждения осуществляют по двум кругам:

1. Малый круг - жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев.

2.Большой круг - движение циркулирует при прогретом двигателе.

Если говорить проще, то малый круг это циркуляция охлаждающей жидкости БЕЗ радиатора, а большой круг - циркуляция охлаждающей жидкости ЧЕРЕЗ радиатор.

Устройство системы охлаждения различаются по своему устройству в зависимости от модели автомобиля, однако, принцип действия един.

Итак, начало работы системы охлаждения происходит при запуске сердца данной системы - жидкостного насоса.

Жидкостной насос(water pump)

Жидкостный насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. На двигателях автомобилей применяют лопастные насосы центробежного типа.

Искать наш жидкостной насос или же водяную помпу следует на передней части двигателя(передняя часть эта та, которая ближе к радиатору и там где расположен ремень/цепь).

Жидкостной насос соединён ремнём с коленчатым валом и генератором. Поэтому, чтобы найти наш насос достаточно найти коленчатый вал и найти генератор. Про генератор мы поговорим позже, но пока лишь покажу, что нужно искать. Генератор выглядит как цилиндр, прикрепленный к корпусу двигателя:

1 - генератор; 2 - жидкостной насос; 3 - коленчатый вал

Итак, с расположением разобрались. Теперь давайте рассмотрим его устройство. Напомним, что устройство всей системы и её деталей различно, но принцип работы этой системы одинаков.

1 - Крышка насоса; 2 - Упорное уплотнительное кольцо сальника.
3 - Сальник; 4 - Подшипник валика насоса.
5 - Ступица шкива вентилятора; 6 - Стопорный винт.
7 - Валик насоса; 8 - Корпус насоса; 9 - Крыльчатка насоса.
10 - Приемный патрубок.

Работа насоса заключается в следующем: привод насоса осуществляется от коленчатого вала через ремень. Ремень крутит шкив насоса, вращая ступицу шкива насоса(5). Тот в свою очередь приводит во вращение вал насоса(7), на конце которого находится крыльчатка(9). Охлаждающая жидкость поступает в корпус насоса(8) через приёмный патрубок(10), а крыльчатка перемещает её в рубашку охлаждения(через окошко в корпусе, видно на рисунке, направление движение из насоса показано стрелкой).

Таким образом, насос имеет привод от коленвала, жидкость поступает в него через приёмный патрубок и уходит в рубашку охлаждения.

Давайте теперь посмотрим, а откуда поступает жидкость в насос? А жидкость поступает через очень важную деталь - термостат. Именно термостат ответствен за температурный режим.

Термостат(thermostat)

Термостат автоматически регулирует температуру воды для ускорения прогрева двигателя после пуска. Именно работа термостата определяет, по каком кругу(большому или малому) пойдёт охлаждающая жидкость.

Выглядит сей агрегат примерно вот так в реальности:

Принцип работы термостата очень прост: термостат имеет чувствительный элемент, внутри которого находится твёрдый наполнитель. При определённой температуре он начинает плавиться и открывает основной клапан, а дополнительный наоборот, закрывается.

Устройство термостата:

1, 6, 11 – патрубки; 2, 8 – клапаны; 3, 7 – пружины; 4 – баллон; 5 – диафрагма; 9 – шток; 10 – наполнитель

Термостат имеет два входных патрубка 1 и 11, выходной патрубок 6, два клапана (основной 8, дополнительный 2) и чувствительный элемент. Термостат установлен перед входом в насос охлаждающей жидкости и соединяется с ним через патрубок 6.

Соединение:

Через патрубок 1 соединяется с рубашкой охлаждения двигателя ,

Через патрубок 11 - с нижним отводящим бачком радиатора.

Чувствительный элемент термостата состоит из баллона 4, резиновой диафрагмы 5 и штока 9. Внутри баллона между его стенкой и резиновой диафрагмой находится твердый наполнитель 10 (мелкокристаллический воск), обладающий высоким коэффициентом объемного расширения.

Основной клапан 8 термостата с пружиной 7 начинает открываться при температуре охлаждающей жидкости более 80 °С. При температуре менее 80 °С основной клапан закрывает выход жидкости из радиатора, и она поступает из двигателя в насос, проходя через открытый дополнительный клапан 2 термостата с пружиной 3.

При возрастании температуры охлаждающей жидкости более 80 °С в чувствительном элементе плавится твердый наполнитель, и объем его увеличивается. Вследствие этого шток 9 выходит из баллона 4, и баллон перемещается вверх. Дополнительный клапан 2 при этом начинает закрываться и при температуре более 94 °С перекрывает проход охлаждающей жидкости от двигателя к насосу. Основной клапан 8 в этом случае открывается полностью, и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор.

Работа клапана понятно и наглядно показана на рисунке ниже:

А - малый круг, основной клапан закрыт, перепускной - закрыт. Б - большому круг, основной клапан открыт, перепускной - закрыт.

1 - Входной патрубок (от радиатора); 2 - Основной клапан;
3 - Корпус термостата; 4 - Перепускной клапан.
5 - Патрубок перепускного шланга.
6 - Патрубок подачи охлаждающей жидкости в насос.
7 - Крышка термостата; 8 - Поршень.

Итак, мы разобрались с малым кругом. Разобрали устройство насоса и термостата, соединённых между собой. А теперь давайте перейдём к большому кругу и ключевому элементу большого круга - радиатору.

Радиатор(radiator/cooler)

Радиатор обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. На легковых автомобилях применяются трубчато-пластинчатые радиаторы.

Итак, различают 2 вида радиаторов: разборный и не разборный.

Снизу представлено их описание:

Хочу ещё раз сказать про расширительный бачок (expansion Tank)

Рядом с радиатором или же на нём устанавливается вентилятор. Давайте теперь перейдём к устройству этого самого вентилятора.

Вентилятор(fan)

Вентилятор увеличивает скорость и количество воздуха, проходящего через радиатор. На двигателях автомобилей устанавливают четырех- и шестилопастные вентиляторы.

Если применяется механический вентилятор ,

Вентилятор включает шесть или четыре лопасти(3), приклепанные к крестовине(2). Последняя привернута к шкиву жидкостного насоса(1), который приводится в движение коленчатым валом с помощью ременной передачи(5).

Как мы уже ранее говорили, в зацепление входит так же генератор(4).

Если применяется электровентилятор ,

то вентилятор состоит из электродвигателя 6 и вентилятора 5. Вентилятор - четырехлопастный, крепится на валу электродвигателя. Лопасти на ступице вентилятора расположены неравномерно и под углом к плоскости его вращения. Это увеличивает подачу вентилятора и уменьшает шумность его работы. Для более эффективной работы электровентилятор размещен в кожухе 7, который прикреплен к радиатору. Электровентилятор крепится к кожуху на трех резиновых втулках. Включается и выключается электровентилятор автоматически датчиком 3 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Итак, давайте подведём итог. Не будем голословными и подведём итог по какой-нибудь картинке. Не стоит делать акцент на конкретное устройство, но вот принцип работы надо понять, ибо он одинаков во всех системах, как бы не различалось их устройство.

При пуске двигателя начинает вращаться коленчатый вал. Через ременную передачу(напомню, что на ней же находится и генератор) передаётся вращение на шкив жидкостного насоса(13). Тот приводит во вращение вал с крыльчаткой внутри корпуса жидкостного насоса(16). Охлаждающая жидкость поступает в рубашку охлаждения двигателя(7). Далее через выпускной патрубок(4) охлаждающая жидкость возвращается в жидкостной насос через термостат(18). В это время в термостате открыт перепускной клапан, но закрыт основной. Поэтому, жидкость циркулирует через рубашку двигателя без участия радиатора(9). Это обеспечивает быстрый прогрев двигателя. После того как охлаждающая жидкость нагревается, открывается основной клапан термостата и закрывается перепускной клапан. Теперь жидкость не может течь через перепускной патрубок термостата(3) и вынуждена течь через подводящий патрубок(5) в радиатор(9). Там жидкость охлаждается и поступает обратно в жидкостной насос(16) через термостат(18).

Стоит заметить, что некоторая часть охлаждающей жидкости поступает из рубашки охлаждения двигателя в отопитель через патрубок 2 и возвращается из отопителя через патрубок 1.

Замена