Система жидкостного охлаждения

Строго говоря, термин «жидкостное охлаждение» не вполне корректен, так как жидкость в системе охлаждения - всего лишь промежуточный теплоноситель, проникающий в толщу стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента в системе играет воздух, обдувающий радиатор, поэтому охлаждение современного автомобиля правильней назвать гибридным.

Устройство жидкостной системы охлаждения

Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из нескольких элементов. Самый сложный называется «рубашкой охлаждения». Это разветвленная сеть каналов в толще блока цилиндров и головки блока цилиндров. Кроме рубашки в систему входит радиатор системы охлаждения, расширительный бачок, водяной насос, термостат, вентилятор радиатора, металлические и резиновые соединительные патрубки, датчики и контрольные приборы.

Пропилен гликоль - основа охлаждающей жидкости (антифриза) и одобренная ветеринарными врачами пищевая добавка для рациона собак

Система построена на принципе принудительной циркуляции, которую обеспечивает водяной насос. Благодаря постоянному оттоку разогретой жидкости двигатель охлаждается равномерно. Этим и объясняется применение системы в подавляющем большинстве современных автомобилей.

Пройдя по каналам в стенках блока, жидкость нагревается и попадает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха. Когда автомобиль движется, для охлаждения достаточно естественного обдува, а когда автомобиль стоит – обдув происходит за счет электрического вентилятора, включающегося по сигналу от датчика температуры.

Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения

Радиатор охлаждения

Радиатор - панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых для увеличения площади теплоотдачи алюминиевым или медным "оперением". В сущности, оперение, это многократно сложенная лента из металла. Общая суммарная площадь ленты достаточно велика, а значит, радиатор может отдать в атмосферу в единицу времени достаточно много тепла.

Самый уязвимый элемент конструкции двигателя - турбокомпрессор (турбина), работающая на крайне высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно 

Таким образом, разогретая жидкость внутри радиатора циркулирует сразу по всем многочисленным тонким трубкам и охлаждается достаточно интенсивно. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, отводящий пары и избыток жидкости, расширяющейся при нагреве.

В радиаторе автомобиля с автоматической коробкой передач предусмотрен второй, независимый контур, в котором охлаждается трансмиссионная жидкость.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации расширения жидкости при повышении температуры. В зависимости от конструкции системы бачок может быть "простым" или "сложным". "Простой" бачок представляет из себя емкость для сбора излишков расширившейся от нагрева жидкости. К нему через крышку подведена резиновая трубка, другим концом присоединенная к патрубку в верхнем бачке радиатора. 

В более сложном варианте бачок - полноправная часть системы охлаждения. Он находится под давлением, и отводящий клапан вмонтирован в крышку бачка. В этом случае в бачке всегда должна быть жидкость, чтобы при падении температуры двигателя в радиатор не попадал воздух. Для контроля на стенку бачка, находящегося под давлением, наносят метки Min и Max. 

Водяной насос, или помпа

Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, это центробежный насос, в котором давление создает расположенная внутри корпуса на центральной оси крыльчатка с лопастями сложной формы.

Термостат 

Термостат - устройство, поддерживающее постоянную температуру в блоке цилиндров. Он не позволяет жидкости не только перегревать двигатель, но и переохлаждать его в зимний период. С его помощью регулируется объем охлаждающей жидкости, которая проходит через радиатор.

Вентилятор системы охлаждения

В ряде случаев набегающего потока воздуха может быть недостаточно для эффективного обдува радиатора. Для обеспечения отвода тепла в автомобильной системе охлаждения предусмотрен вентилятор. В автомобилях с задним приводом и продольным расположением двигателя нередко применяется механический вентилятор, который приводится в движение ремнем от переднего шкива коленвала. Скорость вращения лопастей регулирует термомуфта (разновидность вискомуфты), к которой привинчена крыльчатка.

Если прикрепить крыльчатку вентилятора к шкиву без термомуфты, при раскручивании двигателя свыше 3000 оборотов лопасти крыльчатки отломятся

В переднеприводных (и большинстве современных заднеприводных) автомобилях используется электрический вентилятор. Он соединен с диффузором, который привинчен к крепежным элементам, расположенным по контуру радиатора. Преимущество электрического вентилятора в возможности гибко управлять его работой при помощи контроллера, руководствующегося показаниями датчика температуры ОЖ.

Вспомогательные элементы

Жидкостная система охлаждения включает в себя и типовые элементы управления: электронный блок, датчик температуры и т.д., а также приспособления для слива жидкости. Жидкость приходится сливать, к примеру, для ремонта двигателя.               

Схема работы системы жидкостного охлаждения

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе происходит по малому и большому кругам.

Малый круг задействован при запуске холодного двигателя и обеспечивает ему быстрый прогрев. Двигаясь по малому кругу, жидкость не проходит сквозь радиатор.

Когда температура охлаждающей жидкости повышается до 80 градусов, приоткрывается основной клапан термостата, и циркуляция продолжается по большому кругу, включающему в себя радиатор. (Термостат может быть градуирован и под другую температуру открытия).

При достижении отметки в 94 градуса, начинает закрываться дополнительный клапан термостата, ограничивающий доступ охлаждающей жидкости к малому кругу - от двигателя к насосу. Таким образом термостат не дает чрезмерно разогретой жидкости попадать в стенки блока цилиндров, препятствуя перегреву.

В зависимости от режима работы ДВС цикл движения охлаждающей жидкости в системе может меняться. Объем жидкости, циркулирующей в каждом круге напрямую зависит от того, в какой степени открыты основной и дополнительный клапаны термостата. Эта схема обеспечивает автоматическую поддержку оптимального температурного режима работы двигателя.

Преимущества и недостатки жидкостной системы охлаждения

Главное достоинство жидкостного охлаждения заключается в том, что охлаждение двигателя происходит равномернее, чем в случае обдува блока потоком воздуха. Это объясняется большей теплоемкостью охлаждающей жидкости по сравнению с воздухом.

Жидкостная система охлаждения позволяет значительно снизить шум от работающего двигателя за счет большей толщины стенок блока.

Инерционность системы не дает быстро остывать двигателю после выключения. Разогретая жидкость используется для обогрева салона автомобиля и для предварительного подогрева горючей смеси.

Наряду с этим, жидкостная система охлаждения имеет ряд недостатков.

Основной недостаток заключается в сложности системы и в том, что она работает под давлением после прогрева жидкости. Жидкость, находящаяся под давлением, предъявляет повышенные требования к герметичности всех соединений. Ситуация осложняется тем, что работа системы подразумевает постоянное повторение цикла "нагрев - остывание". Это вредно для соединений и резиновых патрубков. При нагреве резина расширяется, а затем сжимается при остывании, что становится причиной течей.

Кроме того, сложность и большое количество элементов сама по себе служит потенциальной причиной "техногенных катастроф", сопровождаемых "закипанием" двигателя в случае выхода из строя одной из ключевых деталей, например, термостата.