Система охлаждения двигателя автомобиля: как диагностировать неисправность
Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Система охлаждения двигателя автомобиля: как диагностировать неисправность». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Система охлаждения двигателя — это комплекс устройств, позволяющих поддерживать оптимальную температуру работающего двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Перегрев способен вывести ДВС из строя, поскольку его компоненты сохраняют заданные характеристики только до определенного температурного порога. Излишки тепла отводятся в атмосферу.
Виды систем охлаждения двигателя
Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:
- Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
- Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
- Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.
Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания предназначена для отвода излишнего тепла от деталей и узлов двигателя. На самом деле эта система вредна для вашего кармана. Приблизительно треть теплоты, полученной от сгорания драгоценного топлива, приходится рассеивать в окружающей среде. Но таково устройство современного ДВС. Идеальным был бы двигатель, который может работать без отвода теплоты в окружающую среду, а всю ее превращать в полезную работу. Но материалы, используемые в современном двигателестроении, таких температур не выдержат. Поэтому по крайней мере две основные, базовые детали двигателя — блок цилиндров и головку блока — приходится дополнительно охлаждать. На заре автомобилестроения появились и долго конкурировали две системы охлаждения: жидкостная и воздушная. Но воздушная система охлаждения постепенно сдавала свои позиции и сейчас применяется, в основном, на очень небольших двигателях мототранспорта и генераторных установках малой мощности. Поэтому рассмотрим подробнее систему жидкостного охлаждения.
Устройство системы охлаждения двигателя
Сначала затронем конструирование устройства системы охлаждения. При конструировании системы охлаждения производители учитывают целый комплекс факторов:
- тепловая мощностью ДВС (быстрота выделения тепла),
- габаритов радиатора, вентилятора и водяной помпы,
- давления в СО,
- конструктивных особенностей термостата.
Если проектируется жидкостная система, учитывается тип охлаждающей жидкости – антифриза: этиленгликолевый (карбоксилатный, лобридный, комбинированный), пропилен-гликолевый.
Если проектируется воздушная СО, обязательно учитывается температура и влажность окружающего ДВС воздуха.
При конструировании воздушных систем специалисты заинтересованы, в первую очередь, обеспечить подачу воздуха к:
- перемычкам между гнездами клапанов (самым горячим местам головки цилиндров), если речь касается бензиновых ДВС.
- форсункам, если в фокусе внимания – дизельные двигатели.
Устройство и принцип работы воздушной и жидкостной систем охлаждения
Устройство воздушной системы охлаждение крайне простое: головки цилиндров выполнены ребристыми, причем ребра расположены вдоль направления потока обдувающего их воздуха. Ребра многократно повышают площадь нагретой поверхности, которая контактирует с воздухом, и отдача тепла происходит лучше. Ребра могут располагаться как по продольной оси цилиндра (то есть, сверху вниз), так и поперек цилиндра.
Воздушная система охлаждения имеет одно преимущество — она крайне проста и надежна. Действительно, вся система — это просто ребристый цилиндр, имеющий грамотное расположение. Однако за простотой кроется множество недостатков, главный из которых — низкая эффективность (воздух обладает малой теплоемкостью, поэтому плохо отбирает тепло) и невозможность применения на мощных двигателях. Поэтому воздушное охлаждение имеют моторы малой кубатуры, в том числе мотоциклетные, а также устанавливаемые на малолитражных автомобилях (таким двигателем оснащался знаменитый Фольксваген «Жук» и не менее знаменитый «Запорожец»).
Жидкостная система устроена сложнее. В ней в качестве теплоносителя используется вода, поэтому необходимо обеспечить ее подачу к нагретым деталям двигателя. Эта задача решается с помощью так называемой «водяной рубашки» — системы полостей для воды в блоке цилиндров и ГБЦ. Вода проходит сквозь двигатель в самых его нагретых частях, отбирает тепло, и отдает его в атмосферу.
Но и у классического жидкостного охлаждения есть свои недостатки — в этой системе нет принудительного охлаждения воды (она теряет тепло только в расширительном бачке), поэтому моторы большой мощности с ее помощью охлаждать невозможно. Так что понять вытеснение чисто жидкостной системы системой гибридной нетрудно.
О гибридной системе охлаждения вы скоро сможете узнать в следующей части данной статьи.
Работа жидкостной системы охлаждения
Топливо сгорает внутри цилиндров, которые располагаются в блоке, его стенки образуют, так называемую «рубашку блока». Полость сложной формы между гильзами цилиндров и стенками блока — это зарубашечное пространство. В нем циркулирует охлаждающая жидкость, которая приводится в движение насосом. Это малый круг: насос ОЖ (помпа) — рубашка блока — возвратный патрубок — снова насос.
Пока двигатель холодный, ОЖ перемещается по малому кругу. Тепло отводится в атмосферу через стенки блока, головки блока и другие поверхности. Циркуляция обеспечивает более или менее равномерное соблюдение температурного режима. В целом жидкость нагревается, поскольку не идет в радиатор — ее ток перекрывает клапан термостата. Термостат — это механизм, который расширяясь от тепла, открывает большой круг охлаждения и перекрывает малый. При падении температуры он открывает малый и закрывает большой.
Что такое система охлаждения двигателя и как работает
По сути это система, интегрированная с двигателем. Она отводит избыточное тепло с помощью специальной жидкости.
В системе жидкостного охлаждения двигатель окружен водяными рубашками. С помощью насоса эта вода циркулирует в этой водяной рубашке.
Вода, текущая в этих рубашках, отводит тепло от двигателя. Эта горячая вода затем течет через радиатор, где охлаждается от холодного тепла, выдуваемого через вентилятор.
В этой системе вода отбирает тепло у двигателя, и охлаждается воздухом, а затем снова циркулирует в двигателе.
Это косвенный процесс охлаждения, когда фактическое охлаждение, то есть воздух, не охлаждает систему напрямую. При этом воздух охлаждает воду, а вода охлаждает двигатель.
Система жидкостного или непрямого охлаждения используется в больших двигателях, в таких как легковые и грузовые автомобили.
Эффективная система охлаждения двигателя: какая она
Она должна быть способна отводить около 30% тепла, выделяемого двигателем, при этом поддерживая оптимальную рабочую температуру.
Она должна отводить тепло с большей скоростью, когда двигатель горячий, и снимать двигатель с меньшей скоростью, когда двигатель холодный.
Примечание: двигатели в автомобилях повышенной проходимости и внедорожниках необходимо охлаждать по крайней мере по двум причинам. Одна основана на температуре горящих газов в цилиндрах, превышающей температуру плавления материала блока и цилиндров.
Если не убрать тепло, двигатель может выйти из строя. Вторая причина – поддержание оптимальной температуры двигателя помогает поддерживать его эффективную работу (подумайте об экономии топлива) и оптимизирует объемную эффективность (подумайте о лошадиных силах).
Устройство масляного радиатора
По своей сути, это все тот же радиатор с некоторыми доработками. Во-первых, он должен быть относительно небольшим, ведь система охлаждения двигателя и так занимает много места, а масляный радиатор может и вовсе находится прямо перед основным радиатором. Во-вторых, компоновка радиатора должна быть хорошо продумана – в нем не должно происходить перепадов давления. Условно масляные радиаторы делят на два типа:
- С естественным охлаждением. Стенки радиатора обдуваются встречным воздухом по ходу движения автомобиля, что приводит к охлаждению циркулирующего внутри устройства масла;
- С принудительным охлаждением. Радиатор обдувается не только встречным потоком воздуха, но и вентилятором.
И тот, и другой тип радиаторов имеют одинаковое конструктивное исполнение. Это ряд стальных или алюминиевых трубок овального сечения, причем на каждую из трубок, как правило, навита спираль – это позволяет увеличить площадь теплообмена. В отдельных моделях радиаторов между трубками могут располагаться охлаждающие пластины. Еще один элемент масляного радиатора: пара бачков (нижний и верхний). К бачкам приварены штуцеры, к котором и подсоединена трубки подвода и отвода масла. Разумеется, радиатор имеет специальные крепежи, которые позволяют осуществить его монтаж на автомобиль.
Что такое система охлаждения и для чего она нужна
В процессе работы ДВС вырабатывает много тепла. Температура в цилиндрах может достигать 900 градусов! Если с этим ничего не делать и агрегат никак не охлаждать, показатель зашкаливает, что может привести мотор к поломкам и выходу из строя.
Чтобы отводить тепло от работающего агрегата и охлаждать его, была придумана система охлаждения. Первоначально она была воздушной – то есть, грубо говоря, мотор охлаждался с помощью обдува. Теперь же в современных транспортных средствах используется жидкостная система охлаждения.
В нее заливается специальная жидкость – антифриз. Температура ее застывания ниже, а закипания – выше, чем у обычной воды, а также отличные теплоотводные, защитные, антикоррозионные и другие полезные свойства. Омывая работающий двигатель, ОЖ забирает у него тепло, не давая перегреваться и выходить из строя.
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:
- ускорение прогрева двигателя до рабочей температуры;
- нагрев воздуха для отопления салона;
- охлаждение системы смазки ДВС;
- охлаждение выхлопных газов (при применении рециркуляции);
- охлаждение воздуха (при турбонаддуве);
- 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).
Замена жидкости и промывка
Если не пришлось заменять какой-либо узел в системе охлаждения раньше, то инструкции рекомендуют менять антифриз не реже чем в 5–10 лет. Если вам не приходилось доливать в систему воду из канистры, а еще хуже — из придорожной канавы, то при замене жидкости систему можно не промывать.
А вот если автомобиль многое повидал на своем веку, то при замене жидкости полезно произвести промывку системы охлаждения. Разомкнув в нескольких местах систему можно струей воды из шланга тщательно ее прополоскать. Либо просто слить старую жидкость и залить чистую, кипяченую воду. Запустить двигатель и прогреть до рабочей температуры. Выждав, пока система остынет, чтобы не обжечься, слить воду. Затем продуть воздухом систему и залить свежий антифриз.
Промывку системы охлаждения обычно затевают в двух случаях: когда перегревается двигатель (проявляется это прежде всего в летний период) и когда перестает греть печка зимой. В первом случае причина кроется в заросших грязью снаружи и засоренных изнутри трубках радиатора. Во втором — проблема в том, что забились отложениями трубки радиатора отопителя. Поэтому при плановой смене жидкости и при замене компонентов системы охлаждения не упускайте возможности хорошенько промыть все узлы.
Расскажите, с какими неисправностями системы охлаждения сталкивались вы. И желаю вам жаркого отопителя зимой и хорошего охлаждения летом.
Влияние температурных параметров на работу мотора
За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.
Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.
Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.
На ВАЗ 2110 применена жидкостная система охлаждения, имеющая принудительную циркуляцию. Когда двигатель нагревается (оптимальная рабочая температура примерно 90-95°С), возникает избыточное давление, которое обеспечивает выпускной клапан крышки расширительного бачка. Чтобы не возникал перегрев, когда давление доходит примерно до 1,2 -1,4 кгс/см2, клапан открывается. Впускной же начинает функционировать, когда двигатель остывает и его давление относительно атмосферного, падает.
Если баланс давления по какой-то причине не соблюдается, тогда и возникает перегрев, который грозит двигателю многими дорогостоящими неприятностями.
Постоянная рабочая температура обеспечивается, а также поддерживается термостатом и электро вентилятором. Датчик, находящийся на головке блока цилиндров, передает блоку управления данные о температуре ОЖ, и уже оттуда поступает команда, на которую быстро реагирует система охлаждения, чтобы устранить перегрев двигателя.Если машина имеет электронный впрыск, на ней также есть дополнительный датчик, сообщающий на ЭБУ, есть ли перегрев мотора.
Типичные поломки в системе охлаждения
Любая неисправность может серьезно сказаться на работе силового агрегата. Самое первое, к чему веден поломка СО – перегрев ДВС.
Помпа и термостат системы охлаждения
Итак, мы выяснили, что двигатель не перегревается благодаря циркуляции ОЖ. Но что заставляет жидкость двигаться? Ответ – помпа. Это такой специальный насос, который приводится в движение двигателем через ремень, но бывают помпы и с электромотором. Основные неисправности помпы связанные с течью сквозь дренажное отверстие и износом подшипника (сопровождается писком). Также бывают помпы с пластиковой крыльчаткой, которая разъедается от некачественного антифриза.
Термостат, этот самый клапан, который открывается при нагреве ОЖ и пускает ее по большому кругу. Состоит из цилиндра с веществом, которые расширяется при нагреве; достигнув определенной температуры, оно выдавливает шток и открывает клапан. Остыв, шток втягивается, а клапан закрывается.
Охлаждающие жидкости двигателя
Исправно работающая система охлаждения должна не допускать перегрева, однако для нормального функционирования системы требуется использование качественной охлаждающей жидкости. Незамерзающие при низких температурах технические жидкости называются антифризами (от англ. antifreeze). Сегодня антифризы производятся, как правило, на основе моноэтиленгликоля, представляющего собой густую жидкость с температурой кипения около 200 °C.
Задачей охлаждающей жидкости является не только охлаждение мотора, но и теплопередача для отопления салона, подогрева топлива зимой. Охлаждающая жидкость автомобиля должна удовлетворять следующим требованиям:
- не замерзать во всей области рабочих температур двигателя;
- иметь высокие значения теплоёмкости и теплопроводности;
- не образовывать пену;
- не разъедать пластик и резину патрубков;
- не повреждать уплотнения;
- смазывать, защищать от коррозии детали системы охлаждения и двигателя;
- не откладывать накипь и другие отложения разного рода на внутренних стенках рабочей поверхности системы охлаждения
Принято различать понятия «тосол» и «антифриз». Считается, что тосол — это готовый продукт, а антифриз — концентрат. Хотя, конечно, по составу это одно и то же, просто с разным названием.
Автомобильные антифризы окрашиваются в заметные, яркие цвета:
- зелёный,
- оранжевый, или оттенки красного
- голубой (синий),
- бирюзовый
Делается это ради безопасности, ведь антифриз весьма ядовит. По мере использования жидкость теряет необходимые свойства — постепенно утрачиваются смазывающие и антикоррозийные параметры, повышается склонность к образованию пены.