Система охлаждения автомобильного двигателя: устройство и принцип действия

Термостат и его особенности

Сложно сказать, какой именно элемент обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. С одной стороны, помпа создает давление и антифриз двигается по патрубкам с ее помощью.

Но с другой стороны, если бы не было термостата, движение происходило бы исключительно по малому кругу. Конструкция содержит такие элементы:

1. Корпус из алюминия.
2. Выходы для соединения с патрубками.
3. Пластина биметаллического типа.
4. Механический клапан с возвратной пружиной.

Принцип работы заключается в том, что при температуре ниже 85 градусов двигается жидкость только по малому контуру. При этом клапан внутри термостата находится в таком положении, при котором не попадает антифриз в большой контур.

Как только достигнет температура 85 градусов, начнет деформироваться Она воздействует на механический клапан и открывает доступ антифризу к основному радиатору. Как только снизится температура, клапан термостата вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Структура системы

Подавляющее большинство ДВС имеют жидкостную систему охлаждения (закрытого типа), использующую принцип принудительной циркуляции. Именно она, с одной стороны, способно обеспечить максимально эффективное охлаждение, а с другой, — является более эргономичным и комфортным способом отвода избыточного тепла от двигателя.Устройство и принципиальная схема системы охлаждения двигателя (как дизельного, так и бензинового) включает в себя работу следующих компонентов:

1. радиатора с вентилятором (электрическим, механическим или гидравлическим);
2. радиатора отопителя («печки») с электрическим вентилятором;
3. рубашек охлаждения блока цилиндров и головки блока;
4. термостата;
5. циркуляционного (водяного) насоса («помпы»);
6. расширительного бачка;
7. крана радиатора «печки»;
8. соединительных патрубков и шлангов.

В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вода, тосол, антифриз. Система охлаждения подавляющего числа автомобилей использует тосол, как более оптимальный вариант, из-за хорошего соотношения стоимости и функциональных характеристик.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости. Схема системы охлаждения двигателя

В любом автомобиле используется двигатель внутреннего сгорания. Широкое распространение получили жидкостные системы охлаждения – только на старых «Запорожцах» и новых «Тата» используется обдув воздухом. Нужно отметить, что схема циркуляции охлаждающей жидкости на всех машинах практически похожа – присутствуют в конструкции одинаковые элементы, выполняют они идентичные функции.

Малый круг охлаждения

В схеме системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания присутствует два контура – малый и большой. Чем-то она схожа с анатомией человека – движением крови в организме. Жидкость двигается по малому кругу тогда, когда необходимо произвести быстрый прогрев до рабочей температуры. Проблема в том, что мотор может нормально функционировать в узком диапазоне температур – около 90 градусов.

Нельзя ее повышать или понижать, так как это приведет к нарушениям – изменится угол опережения зажигания, топливная смесь будет сгорать несвоевременно. В контур включен радиатор отопителя салона – ведь нужно, чтобы внутри машины было тепло как можно раньше. Подача горячего антифриза перекрывается с помощью крана. Место его установки зависит от конкретного автомобиля – на перегородке между салоном и моторным отсеком, в области бардачка и т.д.

Большой контур охлаждения

В схему системы охлаждения двигателя при этом включается еще и основной радиатор. Он устанавливается в передней части автомобиля и предназначен для экстренного снижения температуры жидкости в двигателе. Если на автомобиле имеется кондиционер, то радиатор его устанавливается рядом. На автомобилях «Волга» и «Газель» применяется масляный радиатор, который также ставится в передней части автомобиля. На радиаторе обычно ставится вентилятор, который приводится в движение электромотором, ремнем или муфтой.

Жидкостный насос в системе

Это устройство входит в схему циркуляции охлаждающей жидкости «Газели» и любого другого автомобиля. Привод может осуществляться следующим образом:

1. От ремня газораспределительного механизма.
2. От ремня генератора.
3. От отдельного ремня.

Конструкция состоит из таких элементов:

1. Металлическая или пластиковая крыльчатка. От количества лопастей зависит эффективность работы насоса.
2. Корпус – обычно выполняется из алюминия и его сплавов. Дело в том, что именно этот металл хорошо работает в агрессивных условиях, практически не действует на него коррозия.
3. Шкив для установки ремня привода – зубчатый или клиновидный.
4. Вал – стальной ротор, на одном конце которого находится крыльчатка (внутри), а снаружи шкив для установки приводного шкива.
5. Бронзовая втулка или подшипник – смазка этих элементов осуществляется при помощи специальных присадок, которые имеются в антифризе.
6. Сальник позволяет избежать вытекания жидкости из системы охлаждения.

Термостат и его особенности

Сложно сказать, какой именно элемент обеспечивает наиболее эффективную циркуляцию жидкости в системе охлаждения. С одной стороны, помпа создает давление и антифриз двигается по патрубкам с ее помощью.

Но с другой стороны, если бы не было термостата, движение происходило бы исключительно по малому кругу. Конструкция содержит такие элементы:

1. Корпус из алюминия.
2. Выходы для соединения с патрубками.
3. Пластина биметаллического типа.
4. Механический клапан с возвратной пружиной.

Принцип работы заключается в том, что при температуре ниже 85 градусов двигается жидкость только по малому контуру. При этом клапан внутри термостата находится в таком положении, при котором не попадает антифриз в большой контур.

Как только достигнет температура 85 градусов, начнет деформироваться биметаллическая пластина. Она воздействует на механический клапан и открывает доступ антифризу к основному радиатору. Как только снизится температура, клапан термостата вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Расширительный бачок

В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания имеется расширительный бачок. Дело в том, что любая жидкость, в том числе и антифриз, при нагреве увеличивает объем. А при охлаждении объем уменьшается. Следовательно, необходим какой-то буфер, в котором будет храниться небольшое количество жидкости, чтобы в системе всегда ее было вдоволь. Именно с этой задачей и справляется расширительный бачок – туда выплескивается излишек во время нагрева.

Крышка расширительного бачка

Еще один незаменимый компонент системы – это пробка. Существует два типа конструкции – герметичная и негерметичная. В том случае, если на автомобиле применяется последняя, пробка расширительного бачка имеет только дренажное отверстие, через которое уравновешивается давление в системе.

Радиатор и вентилятор

Циркуляция охлаждающей жидкости проходит через основной радиатор, который установлен в передней части автомобиля. Такое место выбрано не случайно — при движении с большой скоростью соты радиатора обдуваются встречным потоком воздуха, что обеспечивает снижение температуры двигателя. На радиаторе устанавливается вентилятор. Большая часть таких устройств имеет На «Газелях», например, часто используются муфты, аналогичные тем, которые ставятся на компрессорах кондиционера.

Включение электрического вентилятора происходит с помощью датчика, установленного в нижней части радиатора. Может использоваться на инжекторных машинах сигнал от датчика температуры, который расположен на корпусе термостата или в блоке двигателя. Самая простая схема включения содержит в себе только один термовыключатель — у него нормально разомкнуты контакты. Как только в нижней части радиатора температура достигнет 92 градусов, контакты внутри переключателя замкнутся и произойдет подача напряжения на электродвигатель вентилятора.

Устройство системы охлаждения двигателя

В настоящее время в подавляющем большинстве легковых и грузовых транспортных средств установлена жидкостная (или водяная) система охлаждения закрытого типа. Это обусловлено тем, что она позволяет добиться равномерного и достаточно быстрого охлаждения цилиндроблока, при этом не производит сильного шума. Рассмотрим устройство узла на ее примере.

Она состоит из следующих элементов:

• радиатор для хладагента;
• радиатор для масла (присутствует не на всех моделях);
• теплообменник;
• вентилятор;
• насос;
• расширительный бачок;
• термостат;
• система шлангов и патрубков.

Рубашка цилиндров также является составной частью узла.

Основная задача радиатора – понижение температуры жидкости, которая циркулирует по контуру узла. Для этого он имеет трубчатое устройство, которое существенно облегчает отдачу тепла.

Масляный радиатор используется для понижения температуры масла в автомобильной системе смазки. Дело в том, что во время работы оно тоже достаточно сильно нагревается. Это обусловлено интенсивным трением смазываемых деталей, а также поступлением тепла от цилиндров.

Теплообменник используется для нагрева воздуха, который через него проходит. Это необходимо для запуска двигателя в холодное время года.

Вентилятор при необходимости нагнетает воздушный поток на радиатор, тем самым делая его прохождение (а значит, и охлаждение) более интенсивным. Устройство приводится в движение коленвалом или сцеплением.

Насос обеспечивает стабильную циркуляцию жидкости в системе, поддерживая ее давление на одном и том же уровне. Он вращается за счет подключения к коленчатому валу.

Расширительный бачок нужен на случай, если объем жидкости существенно возрастет в результате ее нагрева. Это устройство предотвращает повышение давления в патрубках, тем самым не допуская нарушения их целостности и утечку.

Термостат определяет количество охладителя в зависимости от степени его нагрева. Его основное назначение – регулировка температуры в целях ее поддержания на одном и том же уровне. На современных моделях транспортных средств вместо термостата стоит температурный датчик, который передает информацию на ЭБУ. Он, в свою очередь, вычисляет необходимые давление и температуру и подает соответствующие команды на клапаны.

Патрубки и шланги служат для соединения между собой всех остальных составных элементов системы. Именно по ним циркулирует охладитель по пути от одной детали к другой.

Также на некоторых ДВС присутствует дополнительная система. Она помогает избежать перегрева, когда мотор длительное время работает вхолостую. Чаще всего ее устанавливают на пожарные машины, бетономешалки и другой транспорт специального назначения.

Функции и виды системы

Основное назначение системы охлаждения и бензинового, и дизельного ДВС сводится к принудительному отводу тепла от деталей двигателя, которые нагреваются в процессе его работы, и поддержанию его рабочего температурного режима.Помимо данной функции, система охлаждения автомобиля выполняет и ряд иных сопутствующих задач:

1. ускорение прогрева двигателя до рабочей температуры;
2. нагрев воздуха для отопления салона;
3. охлаждение системы смазки ДВС;
4. охлаждение выхлопных газов (при применении рециркуляции);
5. охлаждение воздуха (при турбонаддуве);
6. охлаждение смазки в коробке передач (при АКПП).

В зависимости от принципа действия и способа функционирования принято различать следующие системы охлаждения:

• жидкостную (основанную на отводе тепла потоком жидкости);
• воздушную (базирующуюся на охлаждении воздушным потоком);
• комбинированную (сочетающую в себе принцип действия жидкостной и воздушной систем).

Какое давление в системе охлаждения двигателя

Итак, двигатели внутреннего сгорания являются тепловой машиной, то есть энергия сгорания топлива преобразуется в механическую работу. При этом КПД двигателей данного типа (особенно бензиновых) достаточно низкий, так как полезная энергия в большой степени расходуется на нагрев и трение сопряженных деталей.

Что касается нагрева, двигатель нуждается в эффективном охлаждении. Если детали перегреются, зазоры между ними уменьшаются в результате температурного расширения. В том случае, когда силовой агрегат сильно перегрет, мотор попросту заклинивает.

Для отвода избыточного тепла в современных ДВС используется комбинированная система охлаждения, которая состоит из воздушной и жидкостной систем. В жидкостной системе реализована циркуляция специальной охлаждающей жидкости (тосол, антифриз) по каналам в блоке и ГБЦ.

Под воздушной системой следует понимать вентилятор системы охлаждения, который включается при определенном нагреве и охлаждает двигатель путем его обдува потоком воздуха. Что касается жидкостной системы, охлаждающая жидкость циркулирует в данной системе под определенным давлением.

Примечательно то, что давление внутри системы охлаждения создается не специально (принудительно), а является результатом особенностей работы данной системы

Кстати, для поддержания нормального температурного баланса для двигателя важно не давление, а нормальная циркуляция ОЖ по системе

Так вот, охлаждающая жидкость в системе нагревается. От нагрева происходит расширение, уровень жидкости в системе поднимается. С учетом того, что жидкостная система является закрытой, не трудно догадаться, что с нагревом ДВС и самой жидкости антифриз/тосол сильно расширяется и увеличивается в объеме (до 20%). В результате образуется давление внутри.

Более того, герметичность и давление в системе позволяет повысить температуру кипения охлаждающей жидкости. Простыми словами, если при атмосферном давлении ОЖ или вода закипит при 100 градусах по Цельсию, то с учетом повышенного давления точка кипения сдвигается в большую сторону.

Например, давление в 1.5 атмосферы означает, что ОЖ закипит при 110 градусах, увеличение давления еще на 0.5 атм. отодвинет точку кипения еще на 10 градусов и т.д. Если добавить, что в современных антифризах пакет присадок позволяет улучшить также свойства самой жидкости, температурой кипения нередко является отметка около 130-140 градусов при нужном давлении. Это позволяет увеличить температуру срабатывания термостата, делая моторы более «горячими», производительными и одновременно экологичными.

Идем далее. На разных двигателях рабочее давление внутри системы охлаждения может отличаться от 1.2 до 2.0 атм. или даже больше (другими словами, от 1.2 до 2.0 Бар). Данный показатель зависит от конструктивных особенностей ДВС, свойств самой ОЖ, температуры термостатирования и т.д. При этом давление создает сама жидкость при нагреве в замкнутом контуре.

При этом избытки давления сбрасывает в атмосферу специальный клапан, который находится в крышке расширительного бачка

Обратите внимание, важно понимать, что от данного клапана и общей герметичности самой системы напрямую зависит ее работоспособность и эффективность охлаждения мотора

Простыми словами, если система герметична, клапан контролирует давление внутри системы, не допуская образования избыточного давления, что и препятствует разрыву патрубков, радиатора или самого расширительного бачка и т.п.

Еще одной функцией крышки бачка является выравнивание давления после того, как двигатель заглушен и ОЖ начинает остывать. Уровень остывающей ОЖ понижается, во время остывания в закрытой системе неизбежно образуется разрежение. Вполне очевидно, что это также приведет к проблемам. Чтобы выровнять давление, клапан в крышке расширительного бачка открывается, через него происходит забор наружного воздуха.

Одной из главных задач производителей двигателей является повышение КДП, которое в идеале должно доходить до 100%. Но в данный момент двигатели внутреннего сгорания, используемые в автомобилях, далеки от идеалов. Во время их работы значительная часть энергии тратится на трение и нагрев. Из-за возникающего нагрева, в автомобиль приходится устанавливать системы охлаждения. В данный момент наиболее распространена система жидкостного охлаждения мотора автомобиля. В нее заливается охлаждающая жидкость (тосол или антифриз), которая циркулирует по системе под давлением, охлаждая соответствующие агрегаты. В рамках данной статьи рассмотрим, какое именно давление в системе охлаждение создается, как это происходит, а также другие вопросы, связанные с темой.

Контроль уровня охлаждающей жидкости

Контролировать этот уровень следует постоянно. К слову, в процессе эксплуатации (в течение рабочего дня) он в бачке может (и должен) меняться. Это — нормально. Ненормально — когда этот уровень опускается ниже нижней отметки, что означает потерю жидкости, либо – выше, что может означать, например, прорыв картерных газов в систему охлаждения. И это — уже крайне тревожный звонок.

В условиях профильной СТО контроль уровня и давления в системе осуществляется при помощи специального оборудования и инструмента. Рядовой автовладелец имеет в своем арсенале только один прием — систематический визуальный контроль уровня в верхнем бачке радиатора (на автомобилях старых конструкций, без расширительного бачка) либо — в расширительном бачке по специальным рискам – max и min.

Прозеваешь — беда!

Источники

• https://ustroistvo-avtomobilya.ru/sistemy-ohlazhdeniya/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya-avtomobilya/
• https://www.zr.ru/content/articles/909838-sistema-okhlazhdeniya-nuzhno-li-e/
• https://ZnanieAvto.ru/otvod-tepla/sistema-oxlazhdeniya-dvigatelya-avtomobilya.html
• https://dvigatels.ru/uhod/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html
• https://avtoyoutubb.ru/sistema-okhlazhdeniya-avtomobilya.php
• http://AvtoMotoProf.ru/obsluzhivanie-i-uhod-za-avtomobilem/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya/
• https://avtofirst.ru/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html
• https://FB.ru/article/447908/vozdushnoe-ohlajdenie-dvigatelya-printsip-rabotyi-preimuschestva-i-nedostatki
• https://auto-gl.ru/tipy-sistem-ohlazhdeniya/

Post Views:
1 974

Устройство центробежного насоса

Помпа зачастую устанавливается в передней части бензинового и дизельного силового агрегата. Решение оснащается двумя типами привода. Механический привод наиболее распространен. Механизм устроен так, что усилие передается от коленвала или распределительного вала силовой установки. Для этого используется ременная передача. Электрический тип привода основан на использовании электродвигателя, который дополнительно имеет собственную систему управления. Помпа системы охлаждения имеет ряд конструктивных элементов:

• корпус;
• вал;
• подшипник;
• рабочее колесо (крыльчатка);
• сальник насосной камеры;
• прокладка;

Насос охлаждающей жидкости является насосом центробежного типа. В процессе работы помпа способна создать давление в системе охлаждения на приблизительной отметке около 1-й атмосферы. Такого давления вполне достаточно для того, чтобы точка кипения антифриза в системе сдвинулась вверх на 20 градусов по Цельсию.

Конструктивно насос ОЖ состоит из рабочего колеса, которое закреплено на валу со шкивом. Данное колесо может также иметь название «крыльчатка». Вся конструкция заключена в отдельном корпусе. Корпус помпы изготавливают из чугуна, а также можно встретить изделия из литого алюминия или магниевых сплавов. Встречаются и более удешевленные версии, когда отдельные элементы насоса изготовлены из пластмассы. В корпусе помпы имеются особые каналы, по которым реализован подвода и отвод охлаждающей жидкости к крыльчатке.

Корпус насоса жестко фиксируется на блоке цилиндров двигателя, а между блоком ДВС и корпусом помпы размещается специальная уплотнительная прокладка. Стоит понимать, что важную роль в работе помпы играет качественная герметизация насоса и наилучшее уплотнение. Именно указанная уплотнительная прокладка не позволяет вытекать охлаждающей жидкости из насоса в том месте, где помпа соединяется с рубашкой охлаждения двигателя. Там, где вал выходит из корпуса насоса, дополнительно установлен сальник помпы. Данные решения надежно герметизируют устройство и уплотняют стык корпуса насоса и блока, тем самым эффективно предотвращается утечка охлаждающей жидкости из корпуса.

За принудительную циркуляцию жидкости в системе отвечает рабочее колесо в корпусе насоса. Колесо выполнено так, что имеет специальные лопасти особой формы. Именно по этой причине колесо называют крыльчаткой, которая закрепляется на валу привода.

Приводной вал фиксируется в корпусе на подшипниках, которые отвечают за вращение вала. На противоположной стороне приводного вала установлен приводной шкив, который приводится в действие механическим способом от двигателя или отдельным электромотором.