Системы охлаждения ДВС: полное руководство по устройству и обслуживанию

Поскольку ДВС создают экстремально высокие температуры, применяется система охлаждения. От качества циркуляции зависит ресурс двигателя и комплектующих. В авто охлаждение водяное или воздушное — оба эффективны. Масляная смазка также частично охлаждает детали.

За годы авто сильно изменились, но система охлаждения — мало. Современные конструкции надёжнее и эффективнее, поддерживают постоянную температуру двигателя. Даже при +43°C (110°F) или –23°C (10°F ниже нуля) охлаждение стабильно. КПД и экология могут страдать.

Сегодня: определение, функции, компоненты, схема, типы, принцип работы, ТО и ремонт системы охлаждения ДВС.

Что такое система охлаждения двигателя?

Система охлаждения — комплекс компонентов, обеспечивающих поток жидкой ОЖ через каналы в блоке цилиндров и головке для поглощения тепла сгорания. Нагретая жидкость возвращается в радиатор через резиновый шланг для охлаждения. Горячая жидкость (вода) в тонких трубках радиатора остывает от воздушного потока.

Современные ДВС охлаждаются и водой, и воздухом, но некоторые используют только воздух или только жидкость для увода теплоты. Спецмалые двигатели — воздушное охлаждение (атмосферный воздух), лёгкие и простые. В других — тепло от закрытого контура воды уходит в радиатор.

Вода уводит тепло от двигателя быстрее воздуха. Компоненты водяной системы добавляют вес, сложность и стоимость. Подходит для мощных двигателей с большим тепловыделением, которые могут переносить лишний вес.

Функции системы охлаждения

Суть: температура горячих газов в цилиндре — 1500–2000°C. Это выше точки плавления материалов головки и блока. Без отвода тепла — серьезные поломки материалов цилиндров.

Другая функция — снижение температуры масла, смазывающего и охлаждающего движущиеся части. Слишком высокая температура окисляет масляную плёнку — нагар на поверхностях, приводит к задиранию поршней.

Избыточное удаление тепла снижает тепловой КПД. Система рассчитана на удаление минимум 30% тепла камеры сгорания.

Функциональная система должна быстро уводить тепло при горячем двигателе. На холодном пуске охлаждение минимально — детали быстрее достигают рабочей температуры.

Высокая температура снижает объёмную эффективность. Перегрев → большие температурные разницы → деформация деталей от тепловых напряжений. Рабочая система охлаждения держит температурные вариации в норме.

Компоненты системы охлаждения

Радиатор

Алюминиевые трубки и ленты зигзагом между ними. Горячая ОЖ по шлангу в радиатор. Тепло от трубок к воздуху, вентилятор уносит в атмосферу.

Охлаждающий вентилятор

За радиатором, ближе к двигателю. Защищает пальцы, направляет поток. Дует на радиатор, охлаждая жидкость при работе. Современный электрический — управляется ЭБУ. Датчик температуры мониторит двигатель, шлёт данные в ЭБУ.

Крышка с клапаном и расширительный бак

Радиаторы с крышкой под давлением — прессованная ОЖ выходит при расширении. Функция — поддержание давления до заданной точки. Пружинный клапан, калиброванный на нужные psi. При превышении — сброс части ОЖ.

Расширительный бак — резервуар для сброшенной ОЖ. Пластиковый, может показывать температуру ОЖ.

Водяной насос

Важный компонент. На передней части двигателя. Циркулирует ОЖ пока двигатель работает. Чугун или алюминий, рабочее колесо качает ОЖ.

Термостат

Клапан, чувствующий температуру ОЖ. Если ОЖ негорячая — закрыт. При достижении температуры открывается, пропускает ОЖ через радиатор.

Печь салона (Heater Core)

Горячая ОЖ служит салону. Охлаждение спроектировано с печью — похожей на радиатор. Пара резиновых шлангов забирает и возвращает ОЖ от водяного насоса к верхушке двигателя. Вентилятор салона дует на печь — тепло от ОЖ в салон.

Шланги

Полная циркуляция ОЖ радиатор → двигатель → радиатор и ассоциированные узлы — через шланги. Главные — верхний и нижний радиаторные шланги. Крупнее и шире остальных.

Байпас-система (Bypass System)

Работает, когда ОЖ достаточно горячая для открытия термостата. Позволяет ОЖ обходить радиатор и возвращаться прямо в двигатель для баланса температуры. Часто резиновый шланг, иногда фиксированная стальная трубка.

Прокладки головки блока и впускного коллектора

Помогают охлаждению: герметично сжимают стыки камеры сгорания. Предотвращают утечки ОЖ и масла из двигателя или в камеру сгорания. Даже при точной обработке ОЖ может просачиваться — нужны прокладки.

Заглушки замерзания (Freeze Plugs)

Деталь из спецпеска и расплава металла. Форма каналов ОЖ в блоке. ОЖ течёт через них — заглушки закрывают отверстия, иначе ОЖ выльется.

Большинство компонентов подробно разобраны в отдельных статьях — читайте для глубокого понимания.

Типы систем охлаждения

Два типа в ДВС:

Воздушное охлаждение (Air Cooling System)

Тепло с наружных частей двигателя излучается и уносится воздушным потоком. Поток из атмосферы, эффективно направленный на детали ребрами. Ребра — металлические гребёнки, размер определяет количество уводимого тепла.

Эффективность зависит от: общей площади ребер, скорости охлаждающего воздуха, температуры ребер и воздуха. Подходит для тракторов малой мощности, скутеров, мотоциклов, малой авиации, малых авто, мелкой промтехники.

Преимущества воздушного охлаждения:

• Дешевле в производстве.
• Лёгче — нет водяных жакетов, радиатора, насоса, самой воды.
• Меньше ТО.
• Нет риска повреждений от мороза (трещины жакетов, трубок радиатора).
• Менее сложны.

Водяное охлаждение (Water Cooling System)

Основное внимание — водяным системам, они часты в авто. Две задачи: увод излишнего тепла (нет перегрева) и поддержание эффективной рабочей температуры.

Водяные системы четырех типов:

• Прямая (невозвратная) / Direct Non-return
• Термосифонная / Thermo-Syphon
• Хопперная / Hopper
• Насосная (принудительная циркуляция) / Pump/Forced Circulation

Принцип работы (водяная система)

Автоохлаждение двух типов. Рассмотрим водяное. Система: каналы в блоке и головке, водяной насос для циркуляции, термостат для контроля температуры ОЖ, радиаторная крышка для контроля давления. ОЖ движется по взаимосвязанным шлангам.

Работа: перенос жидкой ОЖ через каналы блока и головки. ОЖ из радиатора поглощает излишек тепла сгорания. Нагретая — в радиатор через резиновый шланг. Охлаждение начинается сразу: воздушный поток входит в отсек двигателя спереди авто.

Охлаждённая ОЖ возвращается в двигатель за новой порцией тепла. Насос обеспечивает циркуляцию к скрытым каналам. Термостат между двигателем и радиатором гарантирует: ОЖ нагрета до заданной температуры перед радиатором. Если термостат чувствует холодную ОЖ — закрыт, не останавливая циркуляцию, а обходит радиатор (байпас) и возвращается в двигатель.

Система имеет клапан под давлением против кипения ОЖ. Под давлением кипение выше, крышка сбрасывает давление при превышении. Иначе излишнее давление разрушит шланги и детали.

Обслуживание системы охлаждения

Так как система жизненно важна, ТО обязательно для спасения двигателя и самой системы. Частое ТО — промывка и подзарядка ОЖ периодически. Аддитивы в антифризе предотвращают коррозию.

Производители предупреждают: обычная ОЖ вызывает коррозию, усиливающуюся при взаимодействии разных металлов. Накипь закупоривает тонкие трубки печи и радиатора — перегрев неизбежен.

Антифриз критичен — владельцы должны знать его функции. Увеличивает ресурс двигателя и экономит деньги. Работает 5 лет или 150 000 миль. Обычно красноватый или зелёный.

Обратная промывка (reverse-flush) требует профи и спецоборудование — только в хорошем сервисе. При ТО проверяйте термостат, радиаторную крышку, водяной насос — если слабые, меняйте.

Давление тест для поиска внешних течей: радиатор, каналы ОЖ, шланги печи, печь. Вентилятор должен быть исправен.

Итог: глубоко изучили систему охлаждения ДВС — циркуляция ОЖ для поглощения тепла. Функции в разных зонах, компоненты. Воздушное и водяное охлаждение — два типа. Работа и ТО рассмотрены.