Вопрос38: Система охлаждения. Виды. Назначение, устройство, принцип действия.
Система охлаждения служит для отвода тепла от наиболее нагретых деталей двигателя, поддерживая в системе оптимальную температуру (80-95 C).
Существуют следующие виды систем охлаждения :
жидкостная (применяется закрытая жидкостная система охлаждения, связанная с атмосферой через клапан. Избыточное давление в системе позволяет увеличить температуру кипения жидкости, что исключает излишнее парообразование.)
воздушная (открытого типа);
комбинированная.
Схема жидкостной системы охлаждения:
1) Жидкостной циркуляционный насос (помпа)
2) Нагреватель жидкости (рубашка охлаждения блока цилиндров и головки блока)
3) Термостат
3а) Перепускной клапан
3б) Основной (радиаторный) клапан
3в) Термочувствительный элемент
4) Блок подогрева карбюратора и впускного коллектора
5) Указатель температуры
6) Радиатор отопителя салона
6а) Кран управления радиатора
7) Основной радиатор
8) Вентилятор с электродвигателем
9) Расширительный бачок
10) Пробка расширительного бачка
10а) Паровой клапан
10б) Воздушный клапан
11) Клапан слива охлаждающей жидкости
При запуске двигателя жидкость циркулирует по малому кругу:
насос (1) нагреватель (2) открытый клапан (3а) насос (1)
При прогреве двигателя ~80C клапан (3а) прикрывается, а клапан (3б) открывается. Работают оба круга циркуляции. При превышении 90С клапан (3а) полностью закрыт, а (3б) полностью открыт и вся жидкость циркулирует по большому кругу.
Система охлаждения предназначена для поддержания нормального теплового режима двигателя. При работе двигателя температура в его цилиндрах поднимается выше 2000 градусов, а средняя составляет 800 - 900оС! Если не отводить тепло от «тела» двигателя, то через несколько десятков секунд после запуска, он станет уже не холодным, а безнадежно горячим. Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта. Система охлаждения нужна для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, но это только половина ее предназначения, правда - большая половина. Для обеспечения нормального рабочего процесса также важно - ускорять прогрев холодного двигателя. И это вторая часть работы системы охлаждения. Как правило, применяется жидкостная система охлаждения, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости и расширительным бачком (рис. 25).
Система охлаждения состоит из:
рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров,
центробежного насоса,
термостата,
радиатора с расширительным бачком,
вентилятора,
соединительных патрубков и шлангов.
На рисунке 25 Вы без труда можете различить два круга циркуляции охлаждающей жидкости. Малый круг циркуляции (стрелки красного цвета) служит для скорейшего прогрева холодного двигателя. А когда к красным стрелкам присоединяются синие, то, уже нагревшаяся жидкость, начинает циркулировать и по большому кругу, охлаждаясь в радиаторе. Руководит этим процессом автоматическое устройство – термостат. Для контроля за работой системы, на щитке приборов имеется указатель температуры охлаждающей жидкости. Нормальная температура охлаждающей жидкости при работе двигателя должна быть в пределах 80- 90оС (см. рис. 63). Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Натяжение ремня регулируется отклонением корпуса генератора (см. рис. 59а) или натяжным роликом привода распределительного вала двигателя (см. рис. 11б). Термостат предназначен для поддержания постоянного оптимального теплового режима двигателя. При пуске холодного двигателя термостат закрыт, и вся жидкость циркулирует только по малому кругу (рис. 25) для скорейшего ее прогрева. Когда температура в системе охлаждения поднимается выше 80 - 85О, термостат автоматически открывается и часть жидкости поступает в радиатор для охлаждения. При больших температурах термостат открывается полностью и уже вся горячая жидкость направляется по большому кругу для ее активного охлаждения. Радиатор служит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора. В радиаторе имеется множество трубок и «перепонок», которые образуют большую площадь поверхности охлаждения. Расширительный бачок необходим для компенсации изменения объема и давления охлаждающей жидкости при ее нагреве и охлаждении. Вентилятор предназначен для принудительного увеличения потока воздуха проходящего через радиатор движущегося автомобиля, а также для создания потока воздуха в случае, когда автомобиль стоит без движения с работающим двигателем. Применяются два типа вентиляторов: постоянно включенный, с ременным приводом от шкива коленчатого вала и электровентилятор, который включается автоматически, когда температура охлаждающей жидкости достигает приблизительно 100 градусов. Патрубки и шланги служат для соединения рубашки охлаждения двигателя с термостатом, насосом, радиатором и расширительным бачком. В систему охлаждения двигателя включен также и отопитель салона. Горячая охлаждающая жидкость проходит через радиатор отопителя и нагревает воздух, подающийся в салон автомобиля. Температура воздуха в салоне регулируется специальным краном, которым водитель прибавляет или уменьшает поток жидкости, проходящий через радиатор отопителя.
Воздушное охлаждение.
Вентилятор направляет воздух вокруг оребренных стенок цилиндра. Преимущества: надежность, почти полное отсутствие ТО. Недостатки: увеличение массы и стоимости, недостаточное охлаждение при малых скоростях, неравномерность отвода тепла.
Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.
Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.
Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.
С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.
История системы охлаждения двигателя
Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.
Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.
Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.
Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.
В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.
Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.
Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.
Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.
В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:
- Fiat 500,
- Citroën 2CV,
- Фольксваген Жук.
В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.
Как работает жидкостная система охлаждения двигателя
Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.
Устройство
Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:
- Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
- Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
- Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
- Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
- Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
- Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.
Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.
Принцип работы
В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.
Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.
Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.
Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.
Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.
Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.
Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.
Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения
Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.
Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.
Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.
Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.
Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.
Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.
Частые неисправности системы
Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.
Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:
- Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
- Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
- Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
- Потеря эластичности в результате высоких температур.
- Механическое повреждение.
Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.
Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.
Итоги
Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.
Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной функции, выполняет ряд других функций, в том числе:
В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкостную и воздушную системы.
На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения.
Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя включает множество элементов, среди которых радиатор охлаждающей жидкости, масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, центробежный насос, а также расширительный бачок и термостат. В схему системы охлаждения включена «рубашка охлаждения» двигателя. Для регулирования работы системы используются элементы управления.
Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.
Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки.
Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.
Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок.
Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой . Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.
Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и «рубашкой охлаждения» двигателя.
На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С.
Вентилятор радиатора служит для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод:
- механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя );
- электрический (управляемый электродвигатель );
- гидравлический (гидромуфта ).
Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования.
Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.
Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости.
Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением.
В работе системы управления могут использоваться следующие исполнительные устройства: нагреватель термостата, реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.
Принцип работы системы охлаждения
Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов.
Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через «рубашку охлаждения» двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному).
В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт.
По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора.
После охлаждения жидкость снова поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.
На автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения , в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха.
Чтобы уберечь двигатель от перегрева, тем самым увеличивая срок безотказной эксплуатации автомобиля, необходима действенная система охлаждения. Предстоящее исследование посвящено «воздушникам», их устройству, а также достоинствам и недостаткам. Изучив предлагаемую информацию, можно сравнить принудительное охлаждение воздухом с жидкостным, чтобы сделать правильный выбор системы.
Чем привлекателен двигатель воздушного охлаждения
В функционирующем моторе температура цилиндров способна достигать 2000 градусов, тогда как оптимально допустимым считается режим 80-90 градусов. Разумеется, в таких экстремальных условиях ни одна деталь не прослужит долго. Для сохранности рабочих фрагментов автомашины двигатель нуждается в достаточно надежной системе охлаждения. Подобные конструкции имеют две разновидности:
- система, использующая воздушное охлаждение. Здесь в качестве защиты работающего агрегата от перегрева выступает воздух;
- жидкостное охлаждение ранее, в былые времена осуществлялось обычной водой. Технический прогресс отразился на создании специального вещества, названного антифризом. Также для снижения температуры мотора применяется тосол.
В настоящей публикации подробно рассматривается первая разновидность систем, оберегающих функционирующий двигатель от чрезмерного перегрева. Это позволит несведущему автолюбителю ознакомиться с устройством и принципом работы сложного технологического механизма.
Функции охлаждающих систем
Следует отметить, что поддержание оптимального температурного режима в двигателе автомобиля требует защиты не только от непомерного перегревания, но также от промерзания. Переохлаждение агрегата способно вызвать конденсацию топливно-воздушной смеси, вызванную соприкосновением горючего с прохладной поверхностью цилиндров.
Попадая в картер силовой установки, она приводит к разжижению смазочного вещества, что отражается потерей большинства его полезных характеристик.
Смешивание топлива с маслом вызывает досадное падение мощности мотора. Функционально важные детали двигателя быстрее изнашиваются. Также отрицательным моментом является загустевание масла в переохлажденном агрегате. Ухудшение своевременной подачи смазочного вещества в цилиндры приводит к непомерной растрате горючего, функциональная способность двигателя существенно понижается.
Помимо выполнения основной функции, системы охлаждения дополнительно обеспечивают:
- понижение температуры отработанных газов в системе рециркуляции;
- вентиляцию и кондиционирование воздуха в салоне автомобиля. Также они отвечают за отопление;
- своевременное охлаждение моторного масла;
- поддержание оптимального температурного баланса в турбокомпрессорных агрегатах;
- охлаждение рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат.
Назначение и принцип действия системы воздушного охлаждения
Установлено, что перегревающийся двигатель вызывает непомерный расход топлива, также тратится большое количество машинного масла. Важные для нормального функционирования автомобиля детали быстро выходят из строя вследствие скорого износа. К тому же, нарушение температурного режима может привести к необоснованной потере мотором необходимой мощности.
С помощью воздушной системы охлаждения в двигателе поддерживается оптимальная температура. Также ее предназначением является контроль подогрева воздуха в салоне автомобиля. Она следит за своевременным охлаждением смазочных материалов, снижает температуру рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат, а порой поддерживает оптимальный режим в дроссельном узле и приемном коллекторе.
Принцип действия системы заключается в отведении тепла потоком воздуха от чрезмерно нагревающихся деталей работающего двигателя. Таким путем охлаждаются цилиндры, головки блока и масляного радиатора.
Воздушный поток к двигателю нагнетается принудительно алюминиевыми лопастями вентилятора, защищенного специальной сеткой от нежелательного попадания случайных предметов, способных повредить агрегат. Дефлекторы равномерно распределяют воздух, поступающий через ребра охлаждения, между всеми деталями функционирующего мотора.
Конструкция вентилятора
Следует отметить, что принудительное воздушное охлаждение невозможно без специального устройства. Вентилятор, являющийся необходимым звеном рассматриваемой системы, состоит из следующих деталей:
- направляющего диффузора, оснащенного по окружности стационарными, радиально расположенными лопастями переменного сечения, влияющими на равномерное распределение воздушного потока;
- ротора, имеющего восемь особых лопаток, размещенных по радиусу;
- алюминиевых лопастей, нагнетающих поток воздуха в требуемом направлении;
- кожуха, предотвращающего попадание тепла из внешнего пространства;
- защитной сетки, предохраняющей механизм от случайного проникновения посторонних предметов внутрь устройства.
Лопастями диффузора изменяется направление воздушного потока, и он устремляется в сторону, противоположную вращению ротора. Это способствует увеличению атмосферного давления, вызывая лучшее охлаждение двигателя.
Преимущества и недостатки системы охлаждения двигателя воздухом
Отдельно следует заметить, что иногда для обеспечения нормального температурного режима вполне достаточно естественной циркуляции атмосферных потоков. Внешняя поверхность цилиндров мопедов, мотоциклов, поршневых и прочих простейших двигателей оснащается специальными ребрами, способствующими отдаче тепла во внешнюю среду.
Сложная конструкция автомобильного мотора требует принудительного охлаждения. Воздушному потоку необходимо придать определенное направление. Для этой цели используются вентиляторы.
Двигатели с воздушным охлаждением обладают следующими достоинствами:
- чрезвычайной простотой конструкции, значительно упрощающей процесс ремонта или замены пришедших в непригодность деталей;
- сравнительно небольшим весом;
- основательной надежностью;
- приемлемой стоимостью;
- хорошими характеристиками холодного запуска мотора.
Однако, прежде чем выбрать автомобиль, имеющий двигатель воздушного охлаждения, следует ознакомиться и с недостатками рассматриваемых систем. Они характеризуются:
- непомерным шумом, который создается работающим вентилятором;
- увеличением размера двигателя в связи с необходимостью дополнительного пространства для размещения обдувающего устройства;
- неравномерностью направленности воздушных потоков, что определяет возможность локального перегрева;
- чрезмерной чувствительностью к качеству горючего, смазочных материалов, а также повышенными требованиями к состоянию запчастей.
Тем не менее, воздушное охлаждение приобрело свою нишу в автомобилестроении. Такими моторами оснащают грузовики, сельскохозяйственную технику и машины с дизельными ДВС.
Распространенные мифы о «воздушниках», истина или вымысел
К сожалению, недостатки «Запорожца» окончательно подорвали доверие отечественных автолюбителей к воздушной системе охлаждения двигателя. Ее обвиняли в сильном нагревании, недостаточной мощности и быстром выходе из строя. В то время, как немецкий «Жук», оснащенный подобной системой, пользуется неизменной популярностью у потребителей, радуя производителя постоянным повышенным спросом.
Равняясь на характеристики германского автомобиля, подробно исследуем некоторые довольно распространенные легенды, преследующие двигатели, охлаждаемые воздухом.
Утверждение 1. «Воздушник» проигрывает жидкостной системе за счет сильного нагревания
Отнюдь не является непреложной истиной. В действительности температурные особенности, наоборот, можно считать достоинством двигателя, охлаждаемого воздушным потоком. Разумеется, пониженная теплопроводность не позволяет воздуху отбирать тепло с достаточной скоростью, обеспечиваемой водой или антифризом.
Однако, отличие температур на поверхности цилиндров и во внешней среде значительно больше разницы между стенками и жидкостью, перемещающейся внутри системы. Поэтому, погодные условия в меньшей степени влияют на тепловой режим «воздушника». Возможность перегрева мотора с жидкостным охлаждением в жару намного выше.
Утверждение 2. Большие габариты
Также весьма спорно. При сравнении размеров двух двигателей, имеющих равные диаметры цилиндров и одинаковый ход поршня, но оснащенные разными системами охлаждения, преимущество зачастую оказывается на стороне «воздушника».
Несмотря на довольно внушительный вид вентилятора с дефлектором и достаточно громоздкие кожухи, окружающие цилиндры с головками, его параметры оказываются несколько компактнее, чем у жидкостного агрегата.
К тому же, «водянка» занимает значительно большее пространство за счет дополнительного оборудования, выносимого за пределы двигателя. На кузове находится весьма громоздкий радиатор, оснащенный вентилятором. Также большое количество всевозможных шлангов отнюдь не добавляют компактности.
Утверждение 3. Воздушные системы проигрывают жидкостным в надежности
Не соответствует действительности. Статистические исследования утверждают, что в одном из пяти случаев отказа двигателя вина ложится на жидкостное охлаждение. Причиной являются отказоопасные детали наподобие термостата, радиатора, помпы и пр.
Простота конструкции обеспечивает надежность вентилятора с дефлектором, объясняемую низкой вероятностью поломки. Кроме того, привлекательным моментом, свидетельствующим в пользу «воздушника», считается снижение расходов на обслуживание системы.
Утверждение 4. Воздушное охлаждение слишком громкое
К сожалению, является истинным. Конструктивными особенностями воздушной системы не предусмотрены эффективные звукопоглощающие устройства, которыми располагает жидкостной двигатель. Кроме того, ребра цилиндров и головок «воздушника» иногда, наоборот, усиливают шумы, производимые функционирующим мотором.
Конструкторы предусмотрели звукоизоляцию жидкостной системы, осуществляемую благодаря удвоенным стенкам рубашки охлаждения, внутри которой циркулирует антифриз или вода. Поэтому на этой позиции «воздушник» действительно оказался в проигрыше.
Утверждение 5. Воздушные двигатели быстрее изнашиваются
Является правильным применительно к устаревшим системам. Вентилятор просто нагнетал потоки воздуха на ребра цилиндров, не обеспечивая достаточной равномерности обдува. Современные двигатели характеризуются рациональным распределением тепла.
К тому же, более высокая температура на стенках цилиндров «воздушников» способствует сокращению потерь, вызываемых трением колец о цилиндры благодаря лучшему разжижению смазочных материалов. Это объясняет меньший износ деталей. Масло меньше подвергается окислению, что замедляет его старение, позволяя экономить на частой замене.
Утверждение 6. Недостаточная мощность
Не совсем верно. Причиной подобного обвинения является ухудшение весового наполнения цилиндров рабочей жидкостью, вызывающее непродолжительное падение мощности двигателя. Это происходит благодаря повышению температуры цилиндров и головок с увеличением нагрузки, что ведет к нежелательному нагреванию воздуха внутри системы.
Однако, при большем количестве оборотов разница в коэффициенте наполнения у воздушных двигателей и жидкостных моторов становится меньше 3,5%, установленных исследованиями, практически устремляясь к нулю. Поэтому, бороться с потерей отдачи можно, увеличивая обороты.
Заключение
Итак, проведенное исследование доказало, что охлаждение воздухом ничуть не хуже жидкостного, а по некоторым параметрам и вовсе превосходит его. Не пора ли производителям задуматься о возобновлении выпуска автомобилей с воздушными системами? Спрос потребителей будет расти, несмотря на печальный опыт злосчастного «Запорожца».
Современный автолюбитель, все больше интересуется устройством автомобиля. В изучении автомобильного устройства, сложно обойти стороной такую важную часть, как поддержание температурного режима в движке авто. СО (Система охлаждающая движок), важнейшая составляющая любой машины. От правильности ее функционирования, зависим износ и продуктивность движка машины. Исправная СО, существенно снижает нагрузку на рабочие элементы двигателя. Для поддержания корректного функционирования системы, необходимо хорошо понимать ее составляющие. Изучив полезные материалы, вы сможете обслуживать СО со знанием дела.
В ходе эксплуатации автомобиля, рабочие части движка способны набирать высокую температуру. Во избежание перегрева рабочих частей, авто оснащается системой охлаждения. Система охлаждения автомобиля, существенно снижает температуру рабочих частей двигателя. Поддержание оптимального температурного режима, происходит благодаря рабочей жидкости. Рабочая смесь, циркулирует по специальным проводникам, предотвращая перегрев. Система, на всех автомобилях, выполняет ряд дополнительных функций.
Функции охладительной системы.
- Оптимизация температуры смеси для смазывания рабочих частей авто.
- Регулирование температуры отработанных газов, в выхлопной системе.
- Понижение температуры смеси для работы АКПП.
- Понижение температуры воздуха в турбине автомобиля.
- Нагревание потока воздуха в системе отопления.
На сегодняшний день, существует несколько видов систем охлаждения. Системы, разделяют в частности от способа понижения температуры рабочих частей.
Виды охлаждающих систем.
- Закрытая. В данной системе, понижение температуры происходит благодаря рабочей жидкости.
- Открытая (Воздушная). В открытой системе, понижение температуры осуществляется при помощи воздушного потока.
- Комбинированная. Рассматриваемая система охлаждения, совместила в себе два вида охлаждения. В частности от производителя системы, охлаждение производится совместно или последовательно.
Наиболее популярной в машиностроении, стала система охлаждения двигателя использующая ОЖ. Рассматриваемая система охлаждения, стала наиболее действенной и практичной к эксплуатации. Система охлаждения, равномерно осуществляет понижение температуры рабочих частей двигателя. Рассмотрим устройство и способ функционирования системы, используя наиболее популярный пример.
Вне зависимости от особенностей двигателя, конструкция и функционирование охладительной системы, отличаются не сильно. Таким образом, двигатели с различным видом топлива, обладают практически идентичной системой поддержания температурного режима. Система охлаждения, включает в себя составные части, обеспечивающие ее функционирование. Каждая составляющая, является крайне важна для полноценной работы. При нарушении работы одной составляющей, нарушается корректная оптимизация температурного режима.
Составные элементы систем охлаждения.
- Теплообменник ОЖ.
- Масляный теплообменник.
- Вентилятор.
- Насосы. В частности от модели ОС, их может быть несколько.
- Бак для рабочей смеси.
- Датчики.
Для функционирования рабочей смеси, в системе существуют специальные проводники. Контроль работы системы, осуществляется благодаря центральной системы управления.
Теплообменник, осуществляет понижение температуры жидкости, потоком холодного воздуха. Для изменения тепловой отдачи, теплообменник оснащается определенным механизмом, представляющим небольшую трубку.
Вместе с штатным передатчиком, некоторые производители, оснащают систему теплообменником масла и переработанных газов. Теплообменник масла, осуществляет понижение температуры жидкости, смазывающей рабочие составляющие. Второй, необходим для понижения температуры выхлопной смеси. Регулятор циркуляции выхлопа — снижает температуру выработки совокупности топлива и воздуха. Тем самым, снижается количество получаемого азота, в процессе функционирования двигателя. За правильную работу рассматриваемого устройства, отвечает специальный компрессор. Компрессор, приводит в движение рабочую смесь, перемещая ее по системе. Устройство, является встроенным в ОС.
Теплообменник, отвечает за противоположное действие. Устройство производит увеличение температуры, функционирующего по системе, потока воздуха. Для обеспечения максимальной продуктивности, механизм находиться на выходной части ОЖ из двигателя автомобиля.
Расширительный бочок, предназначен для заполнения системы рабочей смесью. Благодаря данному, в проводники поступает свежая ОЖ, восстанавливающая объем отработанной. Тем самым, уровень смеси, всегда остается необходимым.
Движение ОЖ, происходит благодаря центральному насосу. В зависимости от производителя, насос приводиться в действие различными методами. Большинство насосов, имеют привод в виде ремня или шестеренки. Некоторые производители, оснащают ОС еще одним насосом. Дополнительный насос, необходим при оснащении механизма компрессором, для охлаждения воздушного потока. Блок управления двигателя, отвечает за функционирование всех насосов системы.
Для создания оптимальной температуры жидкости, предусмотрен термостат. Данное устройство выявляет объем жидкости (движущейся через радиатор), который необходимо охладить. Тем самым, создаются необходимый температурный режим, для корректной работы двигателя. Устройство находиться между радиатором и проводника смеси.
Двигатели с большим объемом, оснащаются электрическими термостатами. Данный вид устройств, осуществляют изменение температуры жидкости в несколько этапов. Устройство имеет несколько режимов работы: свободный, замкнутый и промежуточный. Когда, нагрузка на двигатель становиться предельной, благодаря электрическому приводу, термостат приводиться в свободный режим. В данном случае, температура снижается до необходимого уровня. В частности от давления на двигатель, термостат работает в режиме поддержания оптимальной температуры.
Вентилятор, отвечает за улучшение продуктивности регулирования температуры жидкости. В зависимости от модели ОС и производителя, привод вентилятора различается.
Виды привода вентилятора:
- Механика. Данный вид привода, устанавливает непрерывный контакт с кален — валом движка.
- Электрика. В таком случае, вентилятор приводиться в действие благодаря электрическому движку.
- Гидравлика. Специальная муфта с гидравлическим приводом, непосредственно активирует вентилятор.
Благодаря возможности регулировки и множеству режимов работы, наиболее популярным стал — электрический привод.
Важными составляющими совокупности являются датчики. Датчик уровня и температуры охладительной жидкости, позволяют следить за необходимыми параметрами и своевременно их восстанавливать. Так же, в устройстве располагаются центральный блок управления и элементы регулировки.
Датчик температуры ОЖ, определяет показатель рабочей жидкости и переводит его в цифровой формат, для передачи устройству. На выходе радиатора, устанавливается отдельный датчик, для расширения функциональности охладительной системы.
Электрический блок, принимает показатели от датчика и передает его специальным устройствам. Блок, так же изменяет показатели для воздействия, определяя необходимое направление. Для этого, в блоке существует специальная программная установка.
Для осуществления действий и регулировки температуры охлаждающей жидкости, механизм оснащается рядом специальных устройств.
Исполнительные системы ОС.
- Регулировщик температуры термостата.
- Переключатель основного и вторичного компрессора.
- Блок управления режимов вентилятора.
- Блок, регулирующий работу ОС, после остановки движка.
Принципы функционирования охлаждающей системы.
Контроль за работой охладительной совокупности, осуществляет центральный блок управления двигателя. Большинство автомобилей оборудованы системой, в основе которой лежит определенный алгоритм. Необходимые условия работы и период определенных процессов, определяются с использованием соответствующих показателей. Оптимизация происходит, исходя из показателей датчиков (температура и уровень ОЖ, температура смазывающей жидкости). Тем самым, задаются оптимальные процессы для поддержания температурного режима в движке автомобиля.
Центральный насос, отвечает за постоянное движение охлаждающей жидкости по проводникам. Под давление, жидкость непрерывно движется по проводникам ОС. Благодаря данному процессу, происходит понижение температуры рабочих частей двигателя. В зависимости от особенностей определенного механизма, различают несколько направлений движения смеси. В первом случае, смесь направляется из начального цилиндра в конечный. Во втором, от коллектора выхода до входного.
Исход из показателей температуры, жидкость поступает по узкой или широкой дуге. При запуске двигателя, рабочие элементы и жидкость, в том числе, обладают низкой температурой. Для быстрого повышения температуры, смесь движется по узкой дуге, не охлаждая радиатор. Во время этого процесса, термостат находиться в замкнутом режиме. Тем самым, достигается оперативный прогрев двигателя.
По ходу повышения температуры элементов двигателя, термостат переходит в свободный режим (открывая крышку). При этом, жидкость начинает проходить через радиатор, двигаясь по широкой дуге. Поток воздуха в радиаторе, охлаждает нагретую жидкость. Вспомогательным элементом для охлаждения, так же, может являться вентилятор.
После создания необходимой температуры, смесь переходит в проводники, расположенные на двигателе. Во время работы автомобиля, процесс оптимизации температуры постоянно повторяется.
На автомобилях — оснащенных турбиной, устанавливается специальный механизм охлаждения с двумя уровнями. В данном, происходит разделение проводников ОЖ. Один из уровней — отвечает за охлаждения двигателя автомобиля. Второй — охлаждает воздушный поток.
Охладительное устройство, является особо важным для правильной работы автомобиля. При возникновении неполадок в нем, двигатель может перегреться и выйти из строя. Как и любая составляющая автомобиля, ОС, требует своевременного обслуживания и ухода. Одним из важнейший элементов для поддержания температурного режима, является охлаждающая жидкость. Данную смесь, необходимо регулярно менять, согласно рекомендациям производителя. При возникновении неисправностей в ОС, не рекомендуется эксплуатировать автомобиль. Это может подвернуть двигатель, влиянию высоких температур. Во избежание серьезных неисправностей, необходимо оперативно диагностировать устройство. Изучив устройство и принцип функционирования, вы сможете определить характер неисправности. При возникновении серьезных неисправностей, обратитесь к профессионалам. Данные знания, так же пригодятся вам в этом. Обслуживайте устройство своевременно и вы существенно увеличите срок ее эксплуатации. Удачи в изучении полезного материала.