Любой механизм при работе выделяет некоторый объём тепла. Особенно это заметно по двигателю внутреннего сгорания (ДВС), который далеко не идеален в принципе, поэтому значительную часть энергии горящего топлива приходится быстро сбрасывать в атмосферу, избегая перегревов. Но и некоторые другие узлы автомобиля нуждаются в теплоотводе, часто всё это обслуживает единый контур с теплоносителем. Дополнительные сложности возникают из-за необходимости поддержания рабочей температуры в узком диапазоне, где все системы могут трудиться в оптимальном штатном режиме.
Различные способы охлаждения агрегатов
В конечном счёте тепловая энергия уходит в окружающую среду, то есть в атмосферу. Но на этом пути возможно появление промежуточных носителей тепла, что обеспечивает удобства в организации процесса. Отсюда и три возможных построения системы охлаждения.
- Можно прямо обдувать греющиеся детали забортным воздухом. Для этого на теплонагруженных деталях двигателя выполнено оребрение, увеличивающее площадь теплообмена, а весь мотор обдувается либо естественным путём скоростного напора в движении, либо принудительно, мощным вентилятором, обычно с ременным приводом от шкива коленвала. Способ не самый лучший, поскольку детали загрязняются, отвод ухудшается, а точное поддержание температуры весьма затруднено. Обычно воздушное охлаждение сочетается с масляным, для чего предусмотрен соответствующий радиатор.
- Более совершенным является способ с применением дополнительного теплоносителя, чаще всего это незамерзающий раствор этиленгликоля в воде – антифриз. Охлаждающая жидкость (ОЖ) непрерывно циркулирует между поверхностями охлаждения и внешним радиатором, что обеспечивается водяным насосом (помпой). Возможна и естественное перемещение, но это устарело и не используется.
- В обоснованных случаях используются оба способа, можно говорить о гибридном охлаждении. Это не всегда логично, поскольку если есть термостатированные объёмы, то лучше их и использовать. Например, масло в картере прокачивать через теплообменники, где оно сбрасывает лишнюю энергию в основной контур с антифризом. Хотя в не очень нагруженных моторах вполне достаточно оребрения на легкосплавном картере.
Наиболее часто применяемые системы жидкостного охлаждения выполнены герметичными, то есть закрытыми. Это выгодно с точки зрения подъёма температуры теплоносителя выше точки кипения, которая повышается с ростом давления и делает теплообмен более интенсивным.
Состав и функционирование типовой системы жидкостного охлаждения
Всё оборудование состоит из основных функциональных узлов и деталей:
- выполненные в металле головки и блока цилиндров полости и каналы, образующие рубашку охлаждения;
- основной радиатор, куда снаружи направляется поток воздуха, а изнутри прокачивается антифриз;
- водяной насос, обеспечивающий циркуляцию в заданных объёмах;
- термостат, работающий на поддержание температуры двигателя на расчётном уровне, перераспределяя потоки жидкости между малым контуром, с выхода помпы на вход через рубашки, и большим, включая основной радиатор;
- вентилятор принудительного обдува радиатора, включающийся, когда интенсивности набегающего потока не хватает, или он отсутствует;
- дополнительные узлы, расширительный бачок, радиатор салонного отопителя, датчики, клапаны и электронное оснащение.
Во время прогрева двигателя до рабочей температуры циркуляция идёт по малому контуру, после чего приоткрываются клапаны термостата, и часть жидкости поступает в радиатор, сбрасывая излишнюю температуру. Под большой нагрузкой, когда тепловой поток максимален, через радиатор прокачивается весь объём антифриза.
Если и в таком режиме температура продолжит расти, подключается принудительный обдув сот радиатора дополнительным вентилятором. Он способен работать с разной интенсивностью, вплоть до максимальной мощности. И только если и это не помогает, давление в системе достигает критической величины, открывается клапан аварийного сброса в пробке радиатора или расширительного бачка, антифриз мгновенно вскипает и выбрасывается наружу. На этой стадии спасти двигатель может только водитель, быстро выключив мотор и приступив к ремонту. В противном случае двигатель необратимо перегревается, клинит или деформируется.Система снабжена индикатором температуры ОЖ, стрелочным, цифровым или обычной красной лампочкой. Водитель должен уделять этому параметру адекватное внимание, особенно в напряжённых режимах, в жару или при максимальной нагрузке.
Конструкция радиатора и расширительного бачка
Для эффективного теплообмена с воздухом сердцевина радиатора выполняется в виде тонких трубочек круглого или иного сечения, соединённых дополнительными рёбрами из металла с хорошей теплопроводностью, меди или алюминия. Всё это образует сотовую структуру, ограниченную двумя бачками, через которые отводится и подаётся антифриз к сотам.
Иногда радиатор основного охлаждения совмещается с масляным или конденсором климатической системы. В последнем случае часто устанавливается ещё один вентилятор, постоянно включаемый в режиме охлаждения салона.
При разогреве антифриза его объём увеличивается, компенсировать это призван расширительный бачок. Он выполняется полупрозрачным для визуального контроля уровня жидкости, утечки которой недопустимы. Заливная пробка снабжена упомянутым выше клапаном аварийного сброса давления. Калибровочные данные пружины клапана индивидуальны для каждого мотора, как и рабочая температура.
Помпа и термостат
От состояния этих приборов зависит поддержание температуры и равномерность прогрева двигателя. Жидкость должна двигаться с большой скоростью, перенося значительные количества тепла. Поэтому крыльчатка водяного насоса тщательно просчитана и установлена в корпусе с точным зазором. Его величина поддерживается подшипником, на котором вращается вал крыльчатки, люфты в нём недопустимы.
Появление люфта ведёт к нарушению работы сальника помпы. Условия его жизни непросты, он удерживает горячую и текучую жидкость под высоким давлением. Износ сальника или нештатное перемещение рабочих кромок ведёт к утечкам, падению давления и попаданию антифриза на детали привода агрегатов.
Термостат состоит из двух клапанов, управляемых гофрированным цилиндром со специальным веществом внутри. Оно сильно расширяется при нагреве, перемещая штоки клапанов. Когда один из них открывает большой контур, то второй перекрывает малый и наоборот. Так регулируется температура двигателя.
Управлением вентилятором заведуют датчики температуры. На старых моторах один из них устанавливался в бачке радиатора и при росте температуры через реле подавал питание на реле электромотора крыльчатки. Современные двигатели содержат общий блок управления с единственным датчиком в головке блока. После превышения определённого порога блок подаёт команду на реле вентилятора. При обрыве в цепи этого аналогового датчика вентилятор работает непрерывно, а на панели высвечивается ошибка управления.
Обслуживание и ремонт системы
Плановые работы заключаются в своевременной регламентной замене антифриза. Он содержит в своём составе многочисленные антикоррозийные, противовспенивающие, смазывающие и иные присадки, которые со временем вырабатываются. Коррозия внутри системы недопустима, поэтому жидкость надо регулярно менять. Простейшие антифризы служат около двух лет, более современные – до пяти. Пропуск сроков замены ведёт к необратимому ухудшению теплообмена внутри рубашек двигателя.
Неисправности чаще всего связаны с утечками и падением уровня жидкости в бачке. Это требует постоянного контроля. При выявлении ухода жидкости систему необходимо опрессовать, то есть подать в неё некоторое избыточное давление и визуально определить место негерметичности. Давление должно быть небольшим, чтобы не деформировать тонкую структуру радиаторов.
Применение воды вместо антифриза недопустимо, немедленно начнётся коррозия деталей из чёрных и цветных металлов. Нормально работать двигатель после этого уже не сможет. В крайнем случае можно временно долить небольшое количество дистиллированной воды, после чего произвести ремонт, промыть систему и залить свежий антифриз с точно рекомендованным для данного двигателя допуском. Разные конструкции подразумевают разный состав присадок в составе охлаждающей жидкости.
