Конструируем систему охлаждения компьютера

Устройство системы охлаждения

Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ).

Радиатор состоит из сердцевины, верхнего и нижнего

Радиатор состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые.

Виды сердцевин радиаторов

Виды сердцевин радиаторов

Расширительный бачок

Расширительный бачок

    Есть несколько способов охлаждения двигателя, от применения которого зависит тип используемой системы охлаждения. Различают жидкостную, воздушную и комбинированную системы. Жидкостная — отводит от двигателя тепло при помощи потока жидкости, а воздушная — потока воздуха. В комбинированной системе оба этих способа объединены.

    Чаще других в автомобилях используется жидкостная система охлаждения. Она равномерно и достаточно эффективно охлаждает детали двигателя и работает с меньшим шумом, чем воздушная. Основываясь на популярности жидкостной системы, именно на её примере и будет рассмотрен принцип действия систем охлаждения двигателя автомобиля в целом.

    Жидкостная система охлаждения

     

    В настоящее время для эффективного охлаждения автомобильных двигателей используют закрытую систему жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

    Конструкция

    В обязательном порядке система содержит расширительный бачок, который служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Кроме того, через него заливают теплоноситель.

    Также в состав системы входят:

    • водяная рубашка силового агрегата (пространство между двойными стенками блока цилиндров и его головки в местах отвода чрезмерного количества тепла);
    • датчик температуры;
    • биметаллический или электронный термостат, обеспечивающий оптимальную температуру в системе;
    • помпа-насос центробежного типа, обеспечивающий принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;
    • вентилятор, с помощью которого усиливается поток встречного воздуха на основной радиатор системы;
    • радиатор, осуществляющий передачу тепла окружающей среде;
    • радиатор отопителя, предназначенный для передачи тепла непосредственно в салон автомобиля;
    • контрольный прибор, встроенный в панель приборов автомобиля.

    Принцип действия

    Охлаждающая жидкость заливается в систему через расширительный бачок. Постоянно циркулируя внутри системы, она отводит тепло от составных частей мотора, нагревающихся в процессе работы, нагревается, попадает в радиатор, охлаждается в радиаторе встречным потоком воздуха и возвращается обратно.

    При необходимости включается вентилятор, усиливая эффективность охлаждения. Для замкнутых систем охлаждения температура теплоносителя не должна превышать 126 градусов Цельсия. Таким образом, обеспечивается оптимальный тепловой режим работы силового агрегата.

    Дополнительные функции

    Кроме своей главной задачи – отвода тепла от нагревающихся элементов, жидкостная система охлаждения двигателя обеспечивает также:

    • Прогрев силового агрегата в холодное время года

    В современных системах жидкостного охлаждения предусмотрено два контура, по которым может циркулировать охлаждающая жидкость. Это сделано для того, чтобы в момент пуска холодного двигателя, когда его детали и сама жидкость имеют низкую температуру, циркуляция теплоносителя осуществлялась по малому кругу (мимо радиатора).

    Обеспечивается это термостатом, который в момент, когда температура поднимется до определенного уровня (70-80 градусов Цельсия), открывается, давая возможность теплоносителю циркулировать по большому кругу (через радиатор). Таким образом, осуществляется ускоренный процесс прогрева двигателя.

    • Нагревание воздуха в салоне автомобиля

    В холодное время года с помощью горячего теплоносителя происходит нагревание воздуха в салоне автомобиля. Для этого служит дополнительный радиатор, установленный в салоне и оснащенный собственным вентилятором. С их помощью тепло, отобранное от горячей жидкости, распространяется по всему объему салона.

    • Снижение температуры нагнетаемого в цилиндры воздуха

    Специально для двигателей, оснащенных турбонагнетателями, предусмотрены двухконтурные системы, в которых один контур обеспечивает охлаждение жидкости, а второй – охлаждение воздуха.

    Кроме того, контур охлаждения теплоносителя также представляет собой двухконтурную систему, один контур которой охлаждает головку блока цилиндров, а другой – сам блок.

    Это вызвано тем, что в турбированном моторе температура головки блока цилиндров должна быть ниже температуры самого блока на 15…20 градусов Цельсия. Особенностью такой системы охлаждения является то, что каждый контур контролируется собственным термостатом.

    Достоинства и недостатки

    Жидкостная система охлаждения двигателя присутствует практически у всех современных автомобилей. Принципиально отличаясь от систем воздушного охлаждения, она гарантирует:

    • равномерное и быстрое прогревание силового агрегата;
    • эффективный отвод тепла в любых условиях эксплуатации двигателя;
    • снижение затрат мощности;
    • стабильный тепловой режим работы мотора;
    • возможность использования выделяемого тепла для нагревания воздуха в салоне и пр.

    Среди немногочисленных недостатков жидкостной системы охлаждения можно отметить:

    • необходимость регулярного обслуживания и сложность ремонта;
    • повышенную чувствительность к изменениям температуры.

    Неисправности и способы их устранения

    Всем системам жидкостного охлаждения свойственны характерные неисправности. Чаще всего встречаются:

    1. заклинивание термостата в закрытом положении (циркуляция жидкости осуществляется по малому кругу);
    2. поломка помпы;
    3. повреждение выпускного клапана, встроенного в пробку расширительного бачка;
    4. утечка теплоносителя вследствие разгерметизации системы (повреждение уплотнителей, коррозия и пр.).
    5. Кроме того, достаточно часто термостат заклинивает в положении «Открыто» (теплоноситель циркулирует по большому кругу), что увеличивает время прогрева холодного мотора и способствует нестабильности теплового режима при его дальнейшей работе.

    Все эти неисправности характеризуются значительным повышением рабочей температуры силового агрегата, что может привести к закипанию теплоносителя и перегреву мотора.

    Устраняются все дефекты путем замены неисправных и/или поврежденных деталей или комплектующих.

    Схема системы охлаждения двигателя

      обычный, масляный радиатор и радиатор охлаждающеНа фотографии схема системы охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ 2110 с карбюратором и ВАЗ 2111 с инжектором (оборудование для впрыска топлива).Для бензинового и дизельного двигателей применяются схожие конструкции систем охлаждения. Их стандартный набор элементов следующий:

    1. обычный, масляный радиатор и радиатор охлаждающей жидкости;
    2. вентилятор радиатора;
    3. центробежный насос;
    4. термостат;
    5. теплообменник отопителя;
    6. расширительный бачок;
    7. рубашка охлаждения двигателя;
    8. система управления.

    Рассмотрим каждый из этих элементов по отдельности:

    1. Радиаторы.

    1. В обычном радиаторе нагретая жидкость охлаждается встречным потоком воздуха. Чтобы повысить его эффективность, в конструкции используется специальное устройство трубчатого вида.
    2. Масляный радиатор предназначен для уменьшения температуры масла системы смазки.
    3. Для охлаждения отработавших газов системы их рециркуляции задействуют третий вид радиаторов. Он позволяет охлаждать топливно-воздушную смесь при её сгорании, благодаря чему меньше образовывается оксидов азота. Дополнительный радиатор снабжен отдельным насосом, который также включен в систему охлаждения.

    2. Вентилятор радиатора. Для повышения эффективности работы радиатора в нём используется вентилятор, который может иметь различный приводной механизм:

    • гидравлический;
    • механический (соединен на постоянной основе с коленчатым валом мотора автомобиля);
    • электрический (работает от тока аккумулятора).

    Наиболее распространен электрический вид вентиляторов, управление которым осуществляется в достаточно широких пределах.

    3. Центробежный насос. При помощи насоса в системе охлаждения обеспечивается циркуляция её жидкости. Центробежный насос может быть оснащен различным типом привода, например, ременным или же шестеренным. У двигателей с турбонаддувом помимо основного может быть использован дополнительный центробежный насос для более эффективного охлаждения турбокомпрессора и наддувочного воздуха. Для управления работой насосов используется блок управления двигателем.

    4. Термостат. При помощи термостата осуществляется регулировка количества жидкости, попадающей в радиатор. Устанавливается термостат в патрубке, ведущем к радиатору от рубашки охлаждения мотора. Благодаря термостату можно управлять температурным режимом системы охлаждения.

    В автомобилях с мощным двигателем может быть использован термостат несколько иного вида — с электрическим подогревом. Он способен обеспечить регулирование температурного режима жидкости системы в двухступенчатом диапазоне при трех рабочих положениях.

    В открытом состоянии такой термостат находится во время максимальной работы двигателя. При этом температура охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, понижается до 90 °С, благодаря чему снижается вероятность детонации двигателя. В остальных двух рабочих положениях термостата (открытое и полуоткрытое) температура жидкости будет поддерживаться на отметке 105 °С.

    5. Теплообменник отопителя. Поступающий в теплообменник воздух нагревается для последующего его использования в отопительной системе автомобиля. Для повышения эффективности работы теплообменника его размещают непосредственно на выходе охлаждающей жидкости, прошедшей через двигатель и имеющей высокую температуру.

    6. Расширительный бачок. Вследствие изменения температуры охлаждающей жидкости меняется и её объем. Чтобы компенсировать его, в систему охлаждения встраивается расширительный бачок, поддерживающий объем жидкости в системе на одном уровне.

    7. Рубашка охлаждения двигателя. В конструкции такая рубашка представляет собой каналы для жидкости, проходящие через головку блока двигателя и блок цилиндров.

    8. Система управления. В качестве элементов управления системы охлаждения двигателя в ней могут быть представлены следующие устройства:

    1. Температурный датчик циркулирующей жидкости. Датчик температуры преобразует величину температуры в соответствующую величину электрического сигнала, который подается на блок управления. В тех случаях, когда система охлаждения используется для охлаждения отработавших газов или в других задачах, в ней может быть установлен ещё один температурный датчик, устанавливаемый на выходе радиатора.
    2. Блок управления на электронной основе. Получая от датчика температуры электрические сигналы, блок управления автоматически реагирует и выполняет соответствующие воздействия на другие исполнительные элементы системы. Обычно, блок управления имеет программное обеспечение, выполняющее всю функции по автоматизации процесса обработки сигналов и настройки работы системы охлаждения.
    3. Также, в системе управления могут быть задействованы следующие устройства и элементы: реле охлаждения мотора после его остановки, реле вспомогательного насоса, термостатный нагреватель, управляющий блок радиаторного вентилятора.

    Принцип работы системы

    В целом работа системы довольно проста. Приведённый в действие гидравлический насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по рубашке блока цилиндров. Скорость циркуляции зависит от количества оборотов коленчатого вала ДВС.

    Антифриз, проходящий по каналам в блоке цилиндров, отводит излишек тепла от агрегата и поступает обратно в приёмный отсек помпы, минуя термостат. Когда температура охлаждающей жидкости достигает 80-90оС, термостат открывает большой круг циркуляции, блокируя малый. Таким образом, жидкость после блока цилиндров направляется в радиатор охлаждения, где её температура снижается благодаря встречному потоку воздуха и вентилятору. Далее, процесс повторяется.

    Несмотря на простоту конструкции, система охлаждения силового агрегата способна дать сбой во время эксплуатации транспортного средства. В связи с этим двигатель будет работать в повышенном температурном режиме, из-за чего ресурс его деталей значительно снизится. Причины некорректной работы охлаждения могут быть совершенно разные.

    Причины засорения

    Основной причиной загрязнения системы является использование в качестве охлаждающей жидкости обычной воды. Проточная вода из крана имеет в составе большое количество солей, создаёт накипь и ржавчину на стенках магистралей. Использование дистиллированной воды менее пагубно, но полноценное охлаждение в жаркий период она не способна обеспечить. Кроме того, зимой при минусовой темпе вода замёрзнет и расширяясь может нарушить целостность отдельных деталей и соединений.

    Применение качественного антифриза или тосола более целесообразно. Специальные вещества для охлаждения имеют значительный ресурс и не замерзают даже при очень низких температурах. Однако присадки содержащиеся в составе, с течением времени начинают выпадать в осадок засоряя систему.

    Принцип работы системы охлаждения двигателя в действии

    Налаженная работа охлаждения обусловлена наличием

    Налаженная работа охлаждения обусловлена наличием системы управления.

    В автомобилях с современными двигателями её действия основаны на математической модели, в которой учтены различные показатели параметров системы:

    • температура смазочного масла;
    • температура жидкости, используемой для охлаждения двигателя;
    • температура наружной среды;
    • другие важные показатели, влияющие на работу системы.

    Система управления, оценивая различные параметры и их влияние на работу системы, компенсирует их влияние регулированием условий работы управляемых элементов.

    С помощью центробежного насоса осуществляется принудительная циркуляция охлаждающей жидкости в системе. Проходя через рубашку охлаждения жидкость нагревается, а попав в радиатор — остывает. Нагревая жидкость, сами детали двигателя остывают. В рубашке охлаждения жидкость может циркулировать как в продольном (по линии цилиндров), так и в поперечном направлении (от одного коллектора к другому).

    От температуры охлаждающей жидкости зависит круг ее циркуляции. Во время запуска двигателя он сам и охлаждающая жидкость холодные, и чтобы ускорить его нагрев жидкость направляется на малый круг циркуляции, минуя радиатор. В дальнейшем, при нагревании двигателя, термостат нагревается и меняет свое рабочее положение на полуоткрытое. Вследствие этого охлаждающая жидкость начинает течь через радиатор.

    Если встречного потока воздуха радиатора недостаточно для понижения температуры жидкости до требуемого значения, включается вентилятор, образующий дополнительный поток воздуха. Охлажденная жидкость вновь попадает в рубашку охлаждения и цикл повторяется.

    Если в автомобиле используется турбонаддув, то он может быть оснащен двухконтурной системой охлаждения. Первый её контур охлаждает сам двигатель, а второй — наддувочный поток воздуха.

    Смотрите познавательное видео про принцип работы системы охлаждения двигателя.

    Классификация

    При работе мотора необходимо обеспечить отвод от 25 до 35% выделяемого тепла. Для его эффективного поглощения (отвода) чаще всего используют воду, воздух или специальную жидкость (тосол, антифриз). Материал теплоносителя определяет способ охлаждения силового агрегата.

    Различают системы:

    1. Принудительного воздушного охлаждения.
    2. Жидкостного охлаждения с замкнутым циклом.

    Система воздушного или прямого охлаждения

    В системе прямого охлаждения двигатель охлаждается непосредственно с помощью воздуха, проходящего через него. Это такая же система охлаждения, которая используется для мотоциклетных двигателей.

    В ней воздух находится в непосредственном контакте с двигателем, следовательно, она также известна как система прямого охлаждения.

    Система воздушного охлаждения используется для небольших двигателей, таких как велосипеды, газонокосилки и т. д.

    Преимущества системы воздушного охлаждения

    1. Конструкция двигателя становится проще.
    2. Ремонт легко в случае повреждений.
    3. Отсутствие громоздкой системы охлаждения облегчает обслуживание системы.
    4. Нет опасности утечки охлаждающей жидкости.
    5. Двигатель не подвержен заморозкам.
    6. Это автономное устройство, так как оно не требует радиатора, жатки, резервуаров и т.д.
    7. Установка системы воздушного охлаждения проста.
    Недостатки двигателей воздушного охлаждения

    Недостатки двигателей воздушного охлаждения

    1. Их можно использовать только в местах, где температура окружающей среды ниже.
    2. Охлаждение не равномерное.
    3. Более высокая рабочая температура по сравнению с двигателями с водяным охлаждением.
    4. Производят больше аэродинамического шума.
    5. Удельный расход топлива выше.
    6. Более низкие максимально допустимые коэффициенты сжатия.
    7. Вентилятор, если он используется, потребляет почти 5% мощности, вырабатываемой двигателями.

    Неполадки гидравлического насоса

    Одной из причин перегрева силового агрегата машины может стать неисправность помпы системы охлаждения. Чаще всего проблема заключается в том, что приводной ремень гидронасоса оборвался либо его натяг слишком слабый. В таком случае помпа перестанет качать антифриз, либо будет это делать не полноценно. Проверить это довольно просто, стоит лишь завезти двигатель и пронаблюдать за поведением приводного ремня. В случае если он работает с проскоками натяг следует увеличить или вовсе заменить ремень на новый. Наиболее часто это решает проблему.

    Возникают ситуации, когда неполадка кроется в самой помпе: износ крыльчатки, подшипника, иногда возможна даже трещина вала. Кроме всего прочего, стыки соединения патрубков с помпой могут быть не герметичны, и создаваемое насосом давление спровоцирует протечку охлаждающей жидкости. Диагностировать протечку довольно просто, необходимо на полу под двигателем положить листы белой бумаги на несколько часов. Если на ней будут видны даже небольшие пятна голубого или зеленоватого цвета, это свидетельствует об износе прокладок помпы.

    Проверить работоспособность самого насоса можно зажав пальцами верхний шланг радиатора на несколько секунд при работающем агрегате. Исправная помпа создаст сильное давление и после отпускания шланга появится ощущение, что жидкость быстро побежала по магистрали. Также стоит помнить о том, что повышенная шумность работы ДВС и люфт шкива помпы говорят об износе подшипника. Обычно его износ связан с просачиванием жидкости через сальник, которая смывает смазку с подшипника.

    Устройство водяной помпы системы охлаждения двигат

    Устройство водяной помпы системы охлаждения двигателя

    Насос охлаждающей жидкости в отличие от термостата можно заменить частично, но нередко автовладельцы предпочитают полноценно менять механизм.

    Производить замену помпы рекомендуется через каждые пройденные 90 000 км пробега, либо после каждой второй замены ремня ГРМ (газораспределительный механизм).

    Замена насоса:

    1. В первую очередь необходимо отключить массу автомобиля от аккумулятора, а поршень первого цилиндра должен находиться в верхней мёртвой точке. Произвести демонтаж ролика для натяга ремня и снять шкив распредвала.
    2. Далее, следует слить охлаждающую жидкость с нижней пробки в радиаторе.
    3. Открутив крепёжные болты помпы её нужно отсоединить от блока цилиндров.
    4. Оценив визуально снятый механизм важно определить его износ. Если крыльчатка, сальник и приводная шестерня имеют повреждения помпу лучше заменить полностью.
    5. Новый механизм должен устанавливаться с новой прокладкой, поскольку прежняя может иметь даже мелкие повреждения, которые впоследствии приведут к утечке охлаждающей жидкости. Помпа устанавливается таким образом, чтобы номер, указанный на корпусе, смотрел вверх.
    6. Дальнейшая сборка проводится в обратном порядки разборки. Охлаждающую жидкость лучше залить новую, но можно использовать и ту, которая была, если её ресурс ещё не исчерпан.

    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).

    Износ термостата

    Наиболее часто неполадки в системе связаны именно с клапаном переключающим круги циркуляции, он же термостат. Если деталь заклинивает в одном положении или клапан перекрывает каналы кругов циркуляции неплотно, прогрев двигателя может занять значительно больше времени или наоборот, агрегат начнёт сильно перегреваться без достаточного охлаждения.

    Принцип работы термостата

    Принцип работы термостата

    Как правило, поломка термостата связана с нарушением его целостности. Основой клапана является термический воск, который при нагревании расширяется и сдавливает мембрану, открывающую большой круг циркуляции. Если воск по какой-либо причине вытек из детали, то клапан перестанет функционировать и антифриз не сможет полноценно охлаждаться. Также причиной износа может стать несвоевременная замена охлаждающей жидкости или её низкое качество. Коррозия пружины термостата вызывает заклинивание детали в открытом или реже закрытом положении. В обоих случаях двигатель не сможет работать в нормальном температурном диапазоне — жидкость будет либо постоянно охлаждаться, даже когда в этом нет необходимости, либо наоборот, всё время будет горячей.

    Пружина термостата подверглась коррозии

    Пружина термостата подверглась коррозии

    Определить износ довольно просто и это можно сделать двумя способами. Проще всего проверку произвести несъёмным методом. Для этого сразу после запуска двигателя следует потрогать входной патрубок радиатора. Если он стал тёплым почти сразу после пуска ДВС, это говорит о том, что термостат заклинило в открытом положении. И наоборот, когда патрубок остаётся холодным, даже если показатель температуры находится в пиковом положении, это свидетельствует о неспособности термостата открываться.

    Более точно удостовериться в том, что причина некорректной работы системы охлаждения заключается именно в неисправности термостата можно путём его демонтажа. Снятый клапан кладётся в ёмкость с водой и подвергается нагреву. Когда температура воды достигнет 90оС, исправный клапан обязательно должен сработать — шток термостата сместится. Если этого не происходит, можно с уверенностью считать деталь неисправной.

    Вышедший из строя термостат не подлежит ремонту, а требует обязательной замены. Его стоимость для большинства автомобилей редко превышает 1000 рублей. Клапан вполне можно заменить самостоятельно, без посещения автосервиса.

    Полезные сервисы:

    Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 1957)
    Сразу все понял
    Не до конца понял
    Пришлось перечитывать несколько раз
    Вообще не понял
    Как я сюда попал?
    Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты