Система охлаждения двигателя автомобиля

Переходим к знакомству с системой охлаждения двигателя автомобиля. В отличие от системы смазки двигателя, у нее одна основная функция – именно охлаждение двигателя и обеспечение нормальных условий для его работы. Нормальными, или оптимальными ус­ло­ви­я­ми принято считать температуру двигателя автомобиля в районе 90-110°C. Раньше для определения оптимальной температуры применялся простой метод. При прикосновении подушек пальцев руки к блоку цилиндров двигателя – человек не должен был получать ожог, а мог бы выдержать 3-5 секундный контакт с нагретым металлом.

Самым простым веществом охлаждения ДВС является вода. Но у нее есть недостатки. Она сильно подвергает коррозии металлические детали, а также замерзает при температуре ниже 0°C. Поэтому воду приходилось в зимнее время сливать на период простоя автомобиля.

Сегодня для охлаждения применяют технические жидкости: антифриз и тосол. Их химический состав позволяет снижать точку замерзания до -50°C, а также содержит ан­ти­кор­ро­зий­ные присадки.

Типичная схема системы охлаждения двигателя автомобиля выглядит следующим образом:

Система охлаждения двигателя

Главное предназначение системы охлаждения двигателя - это снижение температуры деталей двигателя, которые сильно нагреваются во время работы. Кроме того современные системы охлаждения двигателя способны выполнять дополнительные функции, а именно:

Нагревают воздух, и это является частью работы системы отопления, кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния и вентиляции;

Участвуют в работе системы рециркуляции газов;

Участвуют в охлаждении масла в системе смазки;

Выполняют охлаждение воздуха для системы турбонаддува;

Охлаждают жидкость в коробке передач автомобиля при автоматической трансмиссии автомобиля ( см. автоматическая коробка передач автомобиля ).

В зависимости от принципиального подхода к способу охлаждения на сегодняшний день реализованы три типа систем охлаждения:

Воздушная система охлаждения (система открытого типа), где отведение тепла осу­ществ­ля­ет­ся потоком воздуха;

Жидкостная система охлаждения (система закрытого типа), где для отведения тепла используется поток жидкости;

Комбинированная система охлаждения выполняет свою функцию, как за счет потока воздуха, так и за счет потока жидкости.

В автомобилях наиболее распространенным типом является закрытая (жидкостная) система охлаждения двигателя. Преимущества этой системы заключаются в том, что жидкостное охлаждение более равномерно, а значит, более эффективно. К тому же такая система охлаждения двигателя производит минимум шума. По этой причине принципы действия, а также устройство самой системы охлаждения принято рассматривать именно на жидкостной системе охлаждения.

Как и в любой системе, в системе охлаждения двигателя существуют основные компоненты. Это радиатор для жидкости и масляный радиатор, вентилятор радиатора и теплообменник отопителя, расширительный бачок и термостат, также в систему охлаждения двигателя включается и рубашка охлаждения. Принципиальных отличий системы ох­лаж­де­ния дизельного и бензинового двигателя не существует.

Устройство системы охлаждения двигателя

При рассмотрении устройства системы охлаждения первое, что может броситься в глаза – так это то, что в системе охлаждения двигателя нет бака, где хранится жидкость. Он тут просто не нужен, так как вся жидкость находится в радиаторе или полостях и каналах двигателя. Имеющийся расширительный бачок служит для залива жидкости в систему, а также обеспечения автоматического пополнения жидкости в системе при нарушении ее герметичности.

Типичное устройство системы охлаждения представлено ниже:

Устройство системы охлаждения

Изучение начнем с насоса (помпы). Название у него так и сохранилось с прошлых лет – водяной насос, и представляет собой внутри что-то вроде маленькой мельницы. Как и в системе смазки, он подает под давлением жидкость в каналы ДВС. Конечная цель ох­лаж­да­ю­щей жидкости – пройти через полости блока цилиндров. Именно в цилиндрах — самая высокая температура, передающаяся остальным деталям и узлам. В результате передачи тепла блок цилиндров охлаждается, а жидкость системы охлаждения двигателя автомобиля нагревается, то есть происходят обыкновенные физические процессы, направленные на уравнивание температуры. Дальше разогретая жидкость проходит через часть остальных узлов двигателя и подается в радиатор.

Радиатор представляет собой объемную решетку, образованную из многочисленных мелких вертикальных каналов с поперечными пластинами. По этим многочисленным каналам жидкость, стекая вниз, охлаждается и отдает все свое тепло в атмосферу. Затем через нижнюю емкость радиатора по патрубкам снова попадает в водяной насос. Эта самая решетка за счет большого числа каналов увеличивает общую площадь охлаждения рабочей жидкости, в результате чего она быстрее остывает. Кроме того, потоки встречного воздуха при движении автомобиля значительно увеличивают этот эффект. Поэтому радиатор всегда расположен, спереди автомобиля. Однако и этого бывает недостаточно, особенно когда автомобиль стоит на месте или сам ДВС предназначен для работы в стационарных условиях или закрытых помещениях. Для этого предусмотрен вентилятор, крепящийся между радиатором и дви­га­те­лем. Он помогает усиливать циркуляцию воздуха через щели радиатора.

Вот, вроде бы, с устройством системы охлаждения и все. Но есть еще и другая функция, противоречащая названию системы – прогрев двигателя. В условиях низких температур, характерных для зимнего времени и северных районов, запуск и прогрев ДВС сильно зат­руд­нен. Топливо плохо распыляется, воздух холодный и влажный, а для масла и охлаждающей жидкости характерна повышенная вязкость. И для того, чтобы обеспечить двигателю ав­то­мо­би­ля ( см. устройство двигателя автомобиля ) условия нормальной работы, его не нужно охлаждать, а совсем наоборот – как можно быстрее прогреть. Для этого в системе охлаждения двигателя автомобиля предусмотрен такой элемент как термостат. При запуске холодного двигателя, он не пускает охлаждающую жидкость в радиатор. То есть, она из блока цилиндров напрямую попадает опять в водяной насос. Таким образом, передавая тепло от цилиндров к другим узлам ДВС, она их нагревает. Как только температура двигателя автомобиля дос­ти­га­ет 70-80°C, термостат автоматически срабатывает и открывает пропуск охлаждающей жидкости в радиатор, а тот патрубок, что был открыт при разогреве — закрывается.

Аналогично охлаждающей жидкостью происходит прогрев кабины водителя. За счет маленького радиатора и вентилятора в кабине, тепло от жидкости распространяется по са­ло­ну.

Последний прибор в устройстве системы охлаждения двигателя, играющий тоже немаловажную роль – это датчик температуры, расположенный в кабине. Водитель, имея постоянную информацию о температуре ДВС, может своевременно принять меры по устранению неисправности системы охлаждения, в случае превышения рабочих параметров. Самая частая неисправность системы охлаждения двигателя — это нарушение ее гер­ме­тич­нос­ти. Жидкость вытекает, а ее количества не хватает для охлаждения блока цилиндров, в результате чего, температура резко поднимается вверх, что и покажет датчик.

Работа системы охлаждения двигателя

Контроль за работой системы охлаждения осуществляет система, обеспечивающая управление двигателем автомобиля. В автомобилях, выпускаемых сегодня, работа системы охлаждения реализуется на базе математического алгоритма, который учитывает различные параметры работы двигателя и сопряженных систем. На основе полученных данных система управления стремится создать оптимальные условия работы двигателя, для этого включаются или выключаются на определенный временной период из общей схемы элементы системы охлаждения.

Типичная схема работы системы охлаждения представлена ниже:

Работа системы охлаждения

Поскольку жидкость в системе охлаждения циркулирует в принудительном порядке, то эту функцию принуждения обеспечивает центробежный насос. Именно он прокачивает жидкость через рубашку системы охлаждения. В ходе этого действия происходит ох­лаж­де­ние частей двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. В современных двигателях су­щест­ву­ет два типа движения жидкости:

Продольное движение (от первого к последнему цилиндру);

Поперечное движение (от впускного к выпускному коллектору).

Кроме этого устройство системы охлаждения предусматривает движение по «малому» и «большому» кругу циркуляции. Так, при запуске двигателя, когда части двигателя и сама охлаждающая жидкость имеют низкие температуры, термостат закрыт, и движение жид­кос­ти идет по малому кругу без захождения в радиатор. Как только температура поднимается выше определенного уровня, термостат открывается и жидкость идет в радиатор, где она охлаждается встречным потоком воздуха, а также, в случае надобности, потоком воздуха от вентилятора. Охладившаяся жидкость из радиатора вновь попадает в рубашку двигателя. В дальнейшем цикл многократно повторяется.

В этом и состоит основной принцип работы системы охлаждения двигателя.

Для автомобилей с турбонаддувом разработана специальная двухконтурная система, в которой один контур отвечает за охлаждение жидкости, а другой контур предназначен для охлаждения воздуха. Более того, в таких двигателях контур, отвечающий за охлаждение жидкости, еще делится на два дополнительных контура – один охлаждает головку блока цилиндров, а другой контур охлаждает сам блок цилиндров. Это сделано по той причине, что технологически для нормальной работы двигателя с турбонаддувом головка блока цилиндров должна иметь температуру на 15-20°C ниже, нежели сам блок цилиндров. Такая разница в температурных режимах позволяет существенно снизить риск детонации, а также спо­собст­ву­ет наполнению камер сгорания. В таких системах каждый рабочий контур контролируется своим собственным термостатом.

Неисправности системы охлаждения двигателя

В устранении неисправностей системы охлаждения и ее ремонте заинтересован сугубо автомобилист. Такой вывод можно сделать, проанализировав ПДД, а точнее их пункт 2.3.1., поскольку неисправность системы охлаждения, в соответствии с этим пунктом, не является препятствием, ограничивающим возможность движения транспортного средства.

Неисправности системы охлаждения

Самой распространенной неисправностью системы охлаждения является течь жид­кос­ти, используемой в качестве охладителя. Причин течи может быть несколько. Во-первых, это температурный режим, поскольку при сильных морозах жидкость может замерзать (осо­бен­но, если это просто вода). Во-вторых, очень часто жидкость протекает в местах соединений шлангов и патрубков, кроме того, шланги зачастую закоксовываются или теряют элас­тич­ность под воздействием высокой температуры. Ну, и в-третьих, часто течь образуется вследствие какого-либо механического повреждения (удара) в области радиатора или дру­го­го радиатора у печки обогрева автомобиля. Второй по частоте встречаемости является выход из строя термостата. Все дело в том, что клапан термостата находится в постоянном контакте с жидкостью, поэтому коррозирует, что и становится причиной поломки. В зависимости от того, в каком положении заклинивает термостат, проявления поломки следующие:

Термостат заклинил в положении «открыто». Жидкость идет по большому кругу, в итоге двигатель медленно прогревается и чувствуется холод в салоне в зимнее время года.

Термостат заклинил в положении «закрыто». Более проблемная поломка, поскольку жидкость ходит только по малому кругу, а это ведет к перегреву двигателя, а значит, есть вероятность выхода силового агрегата автомобиля из строя.

Еще одна неисправность системы охлаждения довольно-таки часто встречается при эксплуатации автомобиля – это выход из строя помпы (циркуляционного насоса). Как правило, причина – износ подшипника. Эту поломку предсказать трудно, однако при по­яв­ле­нии характерного свистящего звука нужно быть морально готовым к тому, что вскоре при­дет­ся менять подшипник (или сам насос).

Достаточно редко, однако в результате длительной эксплуатации в системе ох­лаж­де­ния двигателя возможно возникновение засорений, которые препятствуют нормальному току жидкости по системе. Причина – отложение солей где-нибудь в радиаторе или головке блока двигателя. Из-за такого нарушения циркуляции возможны самые серьезные проблемы, вплоть до выхода двигателя из строя.

С другими возможными неисправностями системы охлаждения двигателя можно ознакомиться в вышеприведенной таблице.

Сколько антифриза

Чтобы ответить на вопрос, сколько антифриза требуется заливать в систему ох­лаж­де­ния двигателя, необходимо сначала рассмотреть, что он из себя представляет.

Сколько антифриза

Антифризы, как это видно из названия, вещества, способные выдерживать низкие температуры и пребывать при этом в жидком состоянии. Такие вещества используются в качестве рабочих жидкостей в системах охлаждения современных автомобилей. Даже в случае очень низких температур антифриз превращается в рыхлую массу и не сможет разорвать (вследствие расширения) трубки и рубашки системы охлаждения, поскольку антифризы, замерзая, не увеличиваются в объеме.

В основе антифризов лежат органические вещества – многоатомные спирты. Это этиленгликоль (1,2-этандиол) и пропиленгликоль (1,2-пропандиол), а если быть точнее, то антифризы – это водные растворы этих многоатомных спиртов. С точки зрения безвредности для человека более предпочтительна пропиленгликолевая основа, поскольку этиленгликоль для человека – яд. Однако из-за более высокой себестоимости производители антифризов предпочитают использовать в качестве основы антифриза этиленгликоль. Поскольку этиленгликоль сам по себе достаточно химически активен и способен вести себя достаточно агрессивно по отношению к различным материалам, то в антифризах используют различные присадки; всего их насчитывают около 15-ти штук. Это присадки противокоррозионные, стабилизирующие, антивспенивающие. Этот набор присадок определяет область при­ме­не­ния антифриза на этиленгликолевой основе. Основываясь на качественном составе присадок, антифризы принято делить на несколько групп:

Неорганические антифризы (они же силикатные). Для предотвращения процессов коррозии в этих антифризах используются силикаты, бораты, нитриты, фосфаты и нитраты в различных комбинациях. Типичным представителем этой группы ан­тиф­ри­зов является хорошо известный «Тосол». Данный тип антифризов весьма эффективен, однако имеет одно слабое место. Неорганические антифризы недолговечны, в них быстро разрушаются присадки. После разрушения присадки могут образовывать раз­лич­но­го рода отложения в системе охлаждения, а это чревато крупными неп­ри­ят­нос­тя­ми.

Органические антифризы (они же карбоксилатные). В этих жидкостях в качестве присадок максимально используются соли карбоновых кислот. Преимущество таких антифризов в том, что свое антикоррозионное действие они проявляют только там, где коррозия началась, а значит, расход таких антифризов минимален. К тому же эти ан­тиф­ри­зы образуют очень тоненькую пленку, защищая элементы системы охлаждения от вероятной коррозии.

Гибридные антифризы. Этот вид охлаждающих жидкостей занимает промежуточное значение между неорганическими и органическими антифризами. Помимо силикатов и фосфатов эти жидкости содержат и добавки солей карбоновых кислот.

Производители выпускают антифриз либо в виде полностью готового к применению товара, либо в виде концентратов, которые необходимо развести дистиллированной водой в пропорциях, предусмотренных условиями эксплуатации. Сами по себе антифризы бес­цвет­ны, однако производители предпочитают подкрашивать свой товар. Это делается по двум причинам. Во-первых, так легче контролировать визуально уровень жидкости. Ну и, во-вторых, яркие тона предупреждают о токсичности жидкости. В том случае если приходится, по какой-то причине, смешивать антифризы, следует помнить, что совпадение цвета ан­ти­фри­зов ни в коей мере не является признаком совместимости этих жидкостей.

Сколько антифриза

Так сколько антифриза требуется и как его выбрать? В дороге может случиться всякое – иногда жидкость в системе охлаждения по какой-либо причине падает ниже допустимого уровня. Но это не повод отчаиваться, ведь всегда можно добавить антифриз, а если его нет, просто долить воды. Кстати, самой лучшей для системы охлаждения является мягкая вода, а ее, как известно, можно получить, собрав дождевую воду или растопив снег. Вода из ко­лод­цев, ручьев, рек и озер, является более жесткой, в ней больше растворенных солей, а значит, такая вода может стать причиной серьезных проблем в системе охлаждения, да и в работоспособности автомобиля в целом. Чтобы немного смягчить воду рекомендуется прокипятить ее на протяжении получаса, а затем воде надо дать отстояться, после чего профильтровав воду можно доливать в систему охлаждения. Однако долго ездить на такой «смеси» нежелательно; как только обстоятельства позволяют, жидкость из системы надо слить и залить туда «правильный» антифриз.

Выбирая антифриз, следует идти по следующему алгоритму. Для начала берем антифриз известной марки, в данном случае лучше пользоваться брендовыми вещами. Следующий момент – это определение класса антифриза. Чаще всего проблемы с выбором начинаются именно в этом месте. Как уже известно, антифриз представляет собой смесь воды и этиленгликоля, которая при понижении температуры не замерзает и не увеличивается в объеме. Но поскольку этиленгликоль весьма агрессивен и способен вызвать коррозию металла, с которым он контактирует, в состав антифриза вводятся специальные присадки. Они могут быть неорганическими (на основе силикатов), органическими (в основе солей органических кислот) и гибридные (смесь органических и неорганических присадок). Примером неорганических антифризов можно считать «Тосол», который рекламируется никак иначе, как идеальный выбор для автомобилей российского производства. Но присадки этого антифриза разрушаются и забивают каналы системы охлаждения. Поэтому от покупки такого антифриза лучше отказаться, как и от антифризов другой марки, имеющих надпись «Conventional coolants», «Inorganic Acid Technology» (IAT) или же «Тraditional coolants».

Сколько антифриза

Гибридные антифризы включают в свой состав, как неорганические компоненты, так и органические. В среднем такой антифриз способен проработать до своей полной замены в автомобиле на протяжении трех лет, обеспечивая при этом достаточно приличную защиту от коррозии. Узнать антифризы этого типа можно по надписям Hybrid Organic Acid Technology (HOAT), Нybrid coolants или же TL 774-C (G-11). Самыми современными и наиболее надежными являются органические антифризы. В их составе нет неорганических сос­тав­ля­ю­щих, и срок их службы в среднем составляет пять лет. Узнать органические антифризы можно по надписям Organic Acid Technology (OAT), Carboxilate coolants или же TL 774-F (G12+).

В 2008 году появилась новая разновидность антифризов с маркировкой Lobrid coolants, SOAT coolants, или же TL 774-G (G 12++). В основе этого антифриза есть органические вещества и совсем немного силикатов. По своим эксплуатационным свойствам этот антифриз аналогичен карбоксилатным. Положительно то, что этот антифриз можно безбоязненно смешивать с другими типами антифризов.

Сколько антифриза

Очень часто производители на этикетке указывают компоненты, входящие в состав антифриза, и это также дает возможность классифицировать охлаждающую жидкость и определить особенности ее эксплуатации. Так, в карбоксилатных антифризах не должно быть боратов, аминов, силикатов, фосфатов. В гибридных антифризах также не должно при­сутст­во­вать этих веществ, крайнее допустимое значение содержания этих веществ в гибридных антифризах должна быть равна не более 500 миллиграмм на литр. Очень хорошо, когда на таре, в которой находится антифриз, имеется надпись об одобрении данной марки производителем автомобилей. Это так называемый допуск. Чтобы его получить компании проводят серьезные ходовые испытания. В достоверности надписи о допуске можно убедиться на сайте компании производителя автомобилей. Следует помнить, что надпись типа «Соответствует спецификациям…» или «Отвечает требованиям…» не более, нежели обещание и никаких гарантий собой не представляют. Особо скептично следует относиться к обозначениям G11, G12+, G12++. Это маркировка компании WV, и многие производители антифриза, не задумываясь, пишут ее на своих упаковках товара, не имея на это никакого права. Поэтому покупка таких антифризов своего рода рулетка, может повезти, а может – и нет. Покупать концентрат или готовый антифриз – дело, собственно, каждого автомобилиста – есть желание – покупайте концентрат и разводите до нужных параметров, нет желания возиться с разбавлением концентрата – можно купить готовый антифриз. Ну и самое последнее, что надо знать. Цвет антифриза не имеет никакого значения, поскольку это всего лишь красители. Антифриз по определению бесцветен. Все рассказы о том, что качество антифриза определяется его цветом, принадлежат недобросовестным реализаторам ан­тиф­ри­зов, опускающимся до банальной лжи в погоне за заработком.