Система охлаждения двигателя воздушная

Система охлаждения двигателя. Что нужно знать и как проводить профилактику системы

При сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя температура газов достигает 2500 °С, а в среднем при работе двигателя составляет около 900 °С. Это вызывает сильный нагрев деталей и может привести к заклиниванию поршней, обгоранию головок клапанов, выгоранию смазки, выплавлению подшипников и другим неисправностям.

Чтобы этого не происходило, в двигателе необходимо поддерживать определенный тепловой режим. Его обеспечивает система охлаждения. Разбираемся, как она работает, и что будет, если она выйдет из строя.

Воздушная и жидкостная системы охлаждения

Существуют две разновидности систем охлаждения двигателя: воздушная и жидкостная. В современном автотранспорте, как правило, применяют жидкостную систему охлаждения — воздушную же используют в мототехнике и небольших генераторных установках.

Воздушная система охлаждения

Как следует из названия, в такой системе для отвода излишнего тепла от двигателя используется поток воздуха. Это конструктивное решение широко применяли в 60-70-х годах ХХ века такие производители как Fiat, Volkswagen и другие — в том числе, отечественный «Запорожец».

При воздушной системе охлаждения тепловой режим двигателя определяют температурой масла в системе смазки, которая должна находиться в пределах 70-110 °С.

• значительные затраты мощности на привод вентилятора;
• повышенный уровень шума при работе;
• ухудшение наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью;
• воздушные потоки направляются неравномерно — это может привести к локальному перегреву;
• большая тепловая напряженность отдельных деталей может привести к перегреву двигателя.

Жидкостная система охлаждения

Эту систему охлаждения устанавливают на современные автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Детали двигателя, подвергающиеся нагреву, охлаждаются при помощи жидкости. В отдельных случаях это может быть вода или тосол, но самое распространенное решение — антифриз.

Для предупреждения неполадок обычному автовладельцу достаточно знать несколько ключевых моментов.

Первые признаки неисправности системы охлаждения

• утечка охлаждающей жидкости;
• резкий сладковато-едкий запах в салоне автомобиля при включении системы отопления;
• плохой прогрев двигателя в холодную погоду;
• перегрев двигателя.

Что же может пойти не так в работе системы охлаждения?

Сломался термостат

Начнем с неисправности термостата — самой неявной среди очевидных проблем системы охлаждения.

Основная роль термостата — это регулирование циркуляции охлаждающей жидкости по одному из «кругов»: малому, минуя радиатор охлаждения при первоначальном прогреве двигателя, или большому, по достижении его рабочей температуры.

Когда клапан термостата открыт, охлаждающая жидкость движется по большому кругу, когда закрыт — по малому. Обычно эта деталь меняет свое положение в зависимости от температуры двигателя. Сломанный же термостат «заклинивает» в одном из этих двух состояний.

Если клапан термостата «завис» в полностью или частично открытом состоянии — до рабочей температуры двигатель будет прогреваться долго, а в зимнее время рабочая температура может быть и не достигнута. Но хуже, если Если термостат заклинил в полностью закрытом положении — возможен перегрев двигателя в любом режиме движения при любой температуре воздуха и даже в небольшой мороз. Если термостат открывается, но не до конца, двигатель перегревается, но может и не «закипеть» — все зависит от режима эксплуатации машины.

Если индикатор температуры двигателя неохотно двигается вверх при прогреве либо зашкаливает в красной зоне, вероятнее всего, возникла проблема с термостатом.

Нарушилась герметичность системы охлаждения

Система охлаждения имеет множество патрубков, шлангов, стыковых соединений и уплотнительных прокладок. Каждое из таких соединений может стать брешью в системе — тогда охлаждающая жидкость будет протекать.

Последствия варьируются от траты средств на покупку охлаждающей жидкости «на долив» до перегрева и капитального ремонта двигателя.

• эксплуатационный износ деталей;
• некачественный ремонт;
• заводской брак.

Сломалась водяная помпа

Поломка водяной помпы может быть выявлена по схожим с предыдущими неисправностями признакам. Однако такой дефект быстрее других приведёт к печальным последствиям.

Если помпа сломана, охлаждающая жидкость не будет циркулировать по двигателю, регулируя его температуру. Индикатор температуры будет в красной зоне, и даже при самой краткосрочной эксплуатации неизбежен перегрев двигателя.

• посторонние шумы из подкапотного пространства;
• течь охлаждающей жидкости из-под корпуса водяной помпы;
• повышенная температура двигателя.

• эмульсия (смешивание) охлаждающей жидкости и моторного масла в результате разрыва прокладки ГБЦ от перегрева;
• капитальный ремонт цилиндро-поршневой группы, замена коренных и шатунных вкладышей.

Профилактика системы охлаждения

Конкретный пробег или период замены жидкостей и агрегатных узлов нужно уточнять в инструкции по эксплуатации или в сервисной книжке.

Воздух нам не нужен: почему воздушное охлаждение проиграло «водянкам»

Потребительские качества моторов-«воздушников» во многом выше, чем у привычных нам «водянок» – это доказывается, как дважды два. Так почему же сегодня мы ездим на машинах с тосолом, радиатором, расширительным бачком и массой шлангов под капотом?

Для человека, эксплуатирующего автомобиль изо дня в день, мотор-«воздушник» – дополнительный шаг к независимости от технических вопросов. В особенности это касается владельцев не новых, а подержанных автомобилей, силовой агрегат которых уже слегка изношен и имеет признаки старения от времени.

Вот только несколько положительных особенностей мотора, не имеющего «водяной рубашки»:

• машину с «воздушником» не нужно прогревать перед поездкой;
• не нужно следить за уровнем антифриза;
• не нужно регулярно тратить деньги на ремонт системы охлаждения и уход за ней;
• нет угрозы потери антифриза и остановки в пути, а то и поломки двигателя.

Однако у каждого своя правда: этот список существенных для потребителя достоинств в глазах автопроизводителей оказался перевешен другим перечнем – перечнем трудностей, которые конструкторы и технологи должны преодолеть на пути к успешному двигателю. Трудности в самом деле есть, но нам кажется, что команде толковых инженеров и ученых преодолеть их проще, чем, скажем, рядовому водителю (или даже автомеханику!) решить проблему попадания антифриза в маслопровод или, к примеру, разобраться с лопнувшим шлангом или треснувшим расширительным бачком. Впрочем, предоставим право судить вам. Итак, приводим наш рейтинг причин, по которым автопроизводители перестали использовать двигатели воздушного охлаждения.

Причина №1

«Воздушники» трудно проектировать

Работая над созданием мотора с воздушным охлаждением, конструктор должен решать ряд специфических проблем. Так, все цилиндры подобного агрегата расположены отдельно, поэтому нужно учесть неизбежные при сборке деформации их стенок – иначе не избежать неравномерного износа деталей.

Но самая сложная часть цилиндра и головки – их оребренная часть. Ребра должны с одной стороны иметь максимальную теплоотдачу – то есть быть очень массивными и толстыми, а с другой стороны – обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением, то есть быть как можно более тонкими. Путем точных расчетов и экспериментов нужно найти баланс между количеством ребер, поверхностью их теплоотдачи и скоростью воздушного потока. Разница температур между отдельными точками цилиндра должна быть минимальной, при этом стенки цилиндра нужно сделать на 15-20 °C горячее, чем головку.

Кроме того, размеры и форму ребер нужно увязать с соседним цилиндром, расположением клапанов, свечного отверстия, колодцев крепежных шпилек, впускных и выпускных патрубков – и все это на фоне соображений аэродинамики. Ведь привод вентилятора отбирает часть полезной мощности двигателя, и за счет правильной организации потока охлаждающего воздуха под направляющим кожухом эти потери можно снизить.

Комплекса подобных трудностей можно избежать, если… обратиться к жидкостному охлаждению. Вода, как теплоноситель с высокой теплопроводностью и хорошей теплоемкостью, легко сглаживает температурные неравномерности блока цилиндров и их общей головки – поэтому нет потребности в столь сложных конструкторских изысканиях, расчетах и испытаниях.

Причина №2

Сложнее создавать модификации и проводить апгрейд

В отличие от 1950-60-х годов, времен расцвета «воздушников», нынешние конструкторы (а точнее – маркетологи) любят создавать несколько версий одного двигателя – с разным рабочим объемом и степенью форсировки. В случае с воздушным охлаждением это означает не только перерасчет параметров системы обдува, но и каждый раз полную переделку самих цилиндров и головок, которым при изменении объема и степени форсировки требуется новое оребрение – соответственно, с полным циклом новых расчетов и испытаний.

Между тем при изменении мощности мотора с жидкостным охлаждением бывает достаточно вдобавок к расточному блоку просто доработать систему питания, помпу и радиатор.

Причина №3

Сложнее решать вопрос отопления

Излишков тепла, которые можно направить на отопление салона, у моторов с воздушным охлаждением в принципе достаточно. Но рационально использовать их оказалось сложнее, чем в случае с «тосольным» радиатором. Приходилось делать оребренными выхлопные патрубки, «обнимать» их кожухами-рубашками для теплообмена с потоком воздуха, направляемым в салон – да еще принимать меры, чтобы в этот воздух не попали выхлопные газы. Но для серьезных зим подобный вариант был недостаточно эффективен. Поэтому, чтобы наладить в машине с мотором-«воздушником» действительно комфортный микроклимат, в иных случаях оказалось проще использовать автономный бензиновый отопитель – как у наших «Запорожцев». Такая печка получалась сложной и трудно контролируемой. Сегодня, в эпоху компьютеризированного климат-контроля, этот нюанс «воздушников» оказался весьма весомым аргументом «против».

Причина №4

Сложнее решить вопрос шумоизоляции

По своей сути двигатель с оребренными цилиндрами и большим вентилятором более шумный, чем тот, который закрыт «экраном» водяной рубашки системы охлаждения. В особенности – в диапазоне высоких частот, которые наиболее заметны для уха человека. Но еще в прошлом веке инженеры нашли несколько путей решения: малошумные центробежные вентиляторы, слой виброгасящего материала на направляющем кожухе, уменьшенные (за счет тщательно подобранных материалов) зазоры в клапанном механизме и паре поршень-цилиндр. А если совсем по-честному, то при теперешних материалах автохимии и технологиях электронного шумоподавления «заглушить» любой двигатель не было бы проблемой. Но зачем городить огород, если можно просто занести излишнюю шумность «воздушника» в его пассив и засчитать еще одно очко в пользу «водянок»?

Причина №5

Трудоемкость сборки двигателя

Один из самых существенных факторов, повлиявших на отставку моторов с воздушным охлаждением – их низкая технологичность, то есть неважная по сравнению с «водянками» приспособленность к массовому конвейерному производству. Причина в том, что каждый цилиндр охлаждаемого воздухом мотора обычно выполнен отдельно, а не в привычном нам едином блоке. (Исключения конечно были – например, четырехцилиндровые моторы Honda 1300.) Во-первых, очень непросто поштучно отливать цилиндры и головки с их длинными тонкими ребрами, у каждого из которых – строго определенное сечение и зачастую замысловатая форма. В некоторых случаях цилиндры делали из двух металлов – чугунная гильза и алюминиевая ребристая рубашка, заливаемая на чугун после соответствующей подготовки.

Система охлаждения двигателя. Устройство системы охлаждения

Система охлаждения — это совокупность устройств, обеспечивающих принудительный отвод теплоты от нагревающихся деталей двигателя.

Потребность в системах охлаждения для современных двигателей вызвана тем, что естественное рассеивание теплоты наружными поверхностями двигателя и теплоотвод в циркулирующее моторное масло не обеспечивают оптимального температурного режима работы двигателя и некоторых его систем. Перегрев двигателя связан с ухудшением процесса наполнения цилиндров свежим зарядом, пригоранием масла, увеличением потерь на трение и даже заклиниванием поршня. На бензиновых двигателях возникает также опасность калильного зажигания (не от искры свечи, а вследствие высокой температуры камеры сгорания).

Система охлаждения должна обеспечивать автоматическое поддержание оптимального теплового режима двигателя на всех скоростных и нагрузочных режимах его работы при температуре окружающего воздуха -45…+45 °С, быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры, минимальный расход мощности на приведение в действие агрегатов системы, малую массу и небольшие габаритные размеры, эксплуатационную надежность, определяемую сроком службы, простотой и удобством обслуживания и ремонта.

На современных колесных и гусеничных машинах применяются воздушная и жидкостная системы охлаждения.

При использовании воздушной системы охлаждения (рис. а) теплота от головки и блока цилиндров передается непосредственно обдувающему их воздуху. Через воздушную рубашку, образов ванную кожухом 3, охлаждающий воздух прогоняется с помощью вентилятора 2, приводимого в действие от коленчатого вала с использованием ременной передачи. Для улучшения теплоотвода цилиндры 5 и их головки снабжены ребрами 4. Интенсивность охлаждения регулируется специальными воздушными заслонками 6, управляемыми автоматически с помощью воздушных термостатов.

Большинство современных двигателей имеет жидкостную систему охлаждения (рис. б). В систему входят рубашки охлаждения 11 и 13 соответственно головки и блока цилиндров, радиатор 18, верхний 8 и нижний 16 соединительные патрубки со шлангами 7 и 15, жидкостный насос 14, распределительная труба 72, термостат 9, расширительный (компенсационный) бачок 10 и вентилятор 77. В рубашке охлаждения, радиаторе и патрубках находится охлаждающая жидкость (вода или антифриз — незамерзающая жидкость).

Рис. Схемы воздушной (а) и жидкостной (б) систем охлаждения двигателя:
1 — ременная передача; 2, 17 — вентиляторы; 3 — кожух; 4 — ребра цилиндра; 5 — цилиндр; 6 — воздушная заслонка; 7, 15 — шланги; 8, 16 — верхний и нижний соединительные патрубки; 9 — термостат; 10 — расширительный бачок; 77, — рубашки охлаждения головки и блока цилиндров; 12 — распределительная труба; 14 — жидкостный насос; 18 — радиатор

При работе двигателя приводимый в действие от коленчатого вала жидкостный насос создает в системе циркуляцию охлаждающей жидкости. По распределительной трубе 12 жидкость направляется сначала к наиболее нагретым деталям (цилиндры, головка блока), охлаждает их и по патрубку 8 поступает в радиатор 18. В радиаторе поток жидкости разветвляется по трубкам на тонкие струйки и охлаждается воздухом, продуваемым через радиатор. Охлажденная жидкость из нижнего бачка радиатора по патрубку 16 и шлангу 15 снова поступает в жидкостный насос. Поток воздуха через радиатор обычно создает вентилятор 77, приводимый в действие от коленчатого вала или специального электродвигателя. На некоторых гусеничных машинах для ,обеспечения потока воздуха применяется эжекционное устройство. Принцип действия этого устройства заключается в использовании энергии отработавших газов, вытекающих с большой скоростью из выпускной трубы и увлекающих за собой воздух.

Регулирует циркуляцию жидкости в радиаторе, поддерживая оптимальную температуру двигателя, термостат 9. Чем выше температура жидкости в рубашке, тем значительнее открыт клапан термостата и больше жидкости поступает в радиатор. При низкой температуре двигателя (например, непосредственно после его пуска) клапан термостата закрыт, и жидкость направляется не в радиатор (по большому кругу циркуляции), а сразу в приемную полость насоса (по малому кругу). Этим достигается быстрый прогрев двигателя после пуска. Интенсивность охлаждения регулируется также с помощью жалюзи, установленных на входе воздушного тракта или выходе из него. Чем больше степень закрытия жалюзи, тем меньше воздуха проходит через радиатор и хуже охлаждение жидкости.

В расширительном бачке 10, расположенном выше радиатора, имеется запас жидкости для компенсации ее убыли в контуре из-за испарения и утечек. В верхнюю полость расширительного бачка часто отводят образовавшийся в системе пар из верхнего коллектора радиатора и рубашки охлаждения.

Жидкостное охлаждение по сравнению с воздушным имеет следующие преимущества: более легкий пуск двигателя в условиях низкой температуры окружающего воздуха, более равномерное охлаждение двигателя, возможность применения блочных конструкций цилиндров, упрощение компоновки и возможность

изоляции воздушного тракта, меньший шум от двигателя и более низкие механические напряжения в его деталях. Вместе с тем жидкостная система охлаждения, имеет ряд недостатков, таких, как более сложная конструкция двигателя и системы, потребность в охлаждающей жидкости и более частой смене масла, опасность подтекания и замерзания жидкости, повышенный коррозионный износ, значительный расход топлива, более сложное обслуживание и ремонт, а также (в ряде случаев) повышенная чувствительность к изменению температуры окружающего воздуха.

Жидкостный насос 14 (см. рис. б) обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Обычно применяются центробежные крыльчатые насосы, но иногда используются шестеренные и поршневые насосы. Термостат 9 может быть одно- и двухклапанным с жидкостным термосиловым элементом или элементом, содержащим твердый наполнитель (церезин). В любом случае материал для термосилового элемента должен иметь очень большой коэффициент объемного расширения, чтобы при нагреве стержень клапана термостата мог перемещаться на довольно большое расстояние.

Практически, все двигатели наземных ТС с жидкостным охлаждением снабжены так называемыми закрытыми системами охлаждения, которые не имеют постоянной связи с атмосферой. При этом в системе образуется избыточное давление, что приводит к повышению температуры кипения жидкости (до 105… 110°С), увеличению эффективности охлаждения и уменьшению потерь, а также снижению вероятности появления в потоке жидкости пузырьков воздуха и пара.

Поддержание необходимого избыточного давления в системе и обеспечение доступа в нее атмосферного воздуха при разрежении осуществляется с помощью двойного паровоздушного клапана, который устанавливается в самой высокой точке жидкостной системы (обычно в крышке наливной горловины расширительного бачка или радиатора). Паровой клапан открывается, позволяя избытку пара уйти в атмосферу, если давление в системе превышает атмосферное на 20… 60 кПа. Воздушный клапан открывается, когда давление в системе снижается на 1… 4 кПа по сравнению с атмосферным (после остановки двигателя охлаждающая жидкость остывает, и ее объем уменьшается). Перепады давления, при которых открываются клапаны, обеспечиваются подбором параметров клапанных пружин.

В жидкостной вентиляционной системе охлаждения радиатор омывается потоком воздуха, создаваемым вентилятором. В зависимости от взаимного расположения радиатора и вентилятора могут применяться следующие типы вентиляторов: осевые, центробежные и комбинированные, создающие как осевой, так и радиальный потоки воздуха. Осевые вентиляторы устанавливают перед радиатором или за ним в специальном воздухоподводящем канале. К центробежному вентилятору воздух подводится по оси его вращения, а отводится — по радиусу (или наоборот). При нахождении радиатора перед вентилятором (в области всасывания) поток воздуха в радиаторе более равномерный, а температура воздуха не повышена из-за его перемешивания вентилятором. При нахождении радиатора за вентилятором (в области нагнетания) поток воздуха в радиаторе турбулентный, что повышает интенсивность охлаждения.

На тяжелых колесных и гусеничных ТС приведение вентилятора в действие обычно осуществляется от коленчатого вала двигателя. Могут использоваться карданные, ременные и зубчатые (цилиндрические и конические) передачи. В целях снижения динамических нагрузок на вентилятор в его приводе от коленчатого вала часто применяются разгружающие и демпфирующие устройства в виде торсионных валиков, резиновых, фрикционных и вязкостных муфт, а также гидромуфт. Для привода вентилятора относительно маломощных двигателей широко используются специальные электродвигатели, питание которых осуществляется от бортовой электросистемы. Это, как правило, уменьшает массу силовой установки и упрощает ее компоновку. Кроме того, применение электродвигателя для привода вентилятора позволяет регулировать частоту его вращения, а следовательно, и интенсивность охлаждения. При низкой температуре охлаждающей жидкости возможно автоматическое отключение вентилятора.

Радиаторы связывают друг с другом воздушный и жидкостный тракты системы охлаждения. Назначение радиаторов — передача теплоты от охлаждающей жидкости атмосферному воздуху. Основные части радиатора — входной и выходной коллекторы, а также сердцевина (охлаждающая решетка). Сердцевина изготавливается из меди, латуни или алюминиевых сплавов. По типу сердцевины различают следующие виды радиаторов: трубчатые, трубчато-пластинчатые, трубчато-ленточные, пластинчатые и сотовые.

В системах охлаждения колесных и гусеничных машин наибольшее распространение получили трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные радиаторы. Они жестки, прочны, технологичны в производстве и обладают высокой тепловой эффективностью. Трубки таких радиаторов имеют, как правило, плоскоовальное сечение. Трубчато-пластинчатые радиаторы могут также состоять из трубок круглого или овального сечения. Иногда трубки плоскоовального сечения располагают под углом 10… 15° к воздушному потоку, что способствует турбулизации (завихрению) воздуха и повышает теплоотдачу радиатора. Пластины (ленты) могут быть гладкими или гофрированными, с пирамидальными выступами или отогнутыми просечками. Гофрирование пластин, нанесение просечек и выступов увеличивают охлаждающую поверхность и обеспечивают турбулентное течение потока воздуха между трубками.

Рис. Решетки трубчато-пластинчатого (а) и трубчато-ленточного (б) радиаторов

Воздушное охлаждение двигателя: принцип работы, преимущества и недостатки

Большинство автолюбителей знакомо лишь с традиционными типами двигателей с жидкостной СОД. А ведь существуют и моторы, где используется воздушное охлаждение двигателя, и это не только ЗАЗ 968. Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия воздушной системы охлаждения, а также недостатки и преимущества такого решения. Эта информация будет полезна для каждого автолюбителя.

Назначение

В процессе работы ДВС температуры в камере сгорания могут достигать 2000 градусов. Если не будет надежной системы охлаждения, повысится расход масла и горючего. Перегрев приведет к быстрому износу и поломке двигателя.

Если мотор не будет достаточно прогреваться, это также будет на нем негативно сказываться. Если наблюдается переохлаждение, это грозит снижением мощности, интенсивным износу, повышенным расходом горючего.

Более того, в большинстве современных автомобилей, кроме основных задач, данная система выполняет и второстепенные функции. Первым делом это обеспечение работы отопителя. Также система призвана охлаждать не только сам двигатель, но и масло, жидкость в автоматической коробке передач. Иногда она действует и на дроссельный узел вместе с впускным коллектором.

В современной системе (будь то жидкостное или воздушное охлаждение двигателя) рассеивается до 35 процентов тепла, произведенного в результате горения топливо-воздушной смеси.

Устройство и принцип действия

В воздушной системе самым главным является воздушный поток. При помощи воздуха тепло отводится от камер сгорания, ГБЦ, масляных радиаторов. Система представляет собой вентилятор, охладительные ребра в цилиндрах и на ГБЦ. Также в устройстве имеется съемный кожух, дефлекторы и решение для контроля за работой системы. Вентилятор системы охлаждения двигателя оснащен сеткой для защиты лопастей от попадания посторонних предметов.

Дополнительные ребра позволяют увеличить площадь поверхности, которая контактирует с воздухом. За счет этого воздушное охлаждение двигателя эффективно справляется со своей задачей.

Поток воздуха при работе двигателя в принудительном порядке подается к мотору при помощи лопастей вентилятора – они преимущественно изготовлены из алюминия. Не нужно объяснять, наверное, почему включается вентилятора охлаждения на холодном двигателе. Воздушный поток проходит между ребрами, а затем равномерно разделяется за счет дефлекторов и проходит через все горячие детали двигателя. Таким образом, мотор не нагревается чрезмерно.

Вентилятор подает в систему охлаждения поток воздуха объемом 30 кубических метров в минуту. Этого достаточно для обеспечения нормальной работы мотора с невысокой мощностью и небольшим объемом.

Как устроен вентилятор?

Данный узел является основным в воздушном охлаждении двигателя. Главная деталь – это ротор вентилятора. Чтобы оптимизировать воздушный поток, форму и конструкцию элементов тщательно просчитали инженеры.

Вентилятор представляет собой направляющий диффузор и ротор, оснащенный восемью лопатками, расположенными радиально. Диффузор обладает своими лопастями – они имеют переменное сечение. Главная их задача – создать направленный воздушный поток. Они сделаны неподвижными и равномерно распределены по окружности.

Лопасти на направляющем аппарате призваны менять направление потока воздуха – воздушный поток движется в сторону, которая противоположна вращению ротора. Это повышает давление воздуха и улучшает охлаждение двигателя.

Вентилятор на ранних конструкциях приводился в движение от шкива коленчатого вала с помощью приводного ремня. Направляющее устройство неподвижно и закреплено на блоке двигателя. В более современных четырехтактных двигателях воздушного охлаждения вентилятор приводится в действия за счет электродвигателя. Но таких моделей мало.

Естественная система воздушного охлаждения

Это считается наиболее простым решением. На внешней поверхности блока двигателя установлены специальные ребра, через которые и отдается максимальное количество тепла. Данную систему можно встретить на мотоциклах, различных мопедах и скутерах, поршневых моторах самого разного назначения.

Преимущества

Главное среди всех прочих преимуществ воздушного охлаждения двигателя – это простота конструкции. В системе отсутствует помпа, радиатор, термостат, патрубки и хомуты, трубки подвода и оттока антифриза.

Второе важное преимущество – высокая ремонтопригодность. Например, в тракторных силовых агрегатах имеются индивидуальные цилиндры. Если случилась поломка, то при необходимости можно заменить цилиндр или устранить неисправность. В двигателях с жидкостным охлаждением в случае повреждения какого-либо из цилиндров придется менять блок полностью либо выпрессовывать гильзы.

Для примера не стоит далеко ходить. Возьмем двигатель Tatra T815. Это мотор с воздушным охлаждением. Головки блока здесь сделаны раздельными. В случае необходимости ремонта не нужно снимать ГБЦ полностью. Даже очень серьезные работы по ремонту можно производить без демонтажа блока двигателя.

Двигатели, оснащенные воздушным охлаждением, более ресурсные. Если в моторе с жидкостной системой повредятся патрубки или ослабятся хомуты, то агрегат эксплуатировать нельзя, так как охлаждающая жидкость уйдет. Также существует опасность выброса горячей жидкости из системы. Всех этих недостатков лишены воздушные системы.

Даже серьезные повреждения охлаждаемой поверхности на блоке двигателя или ГБЦ не смогут помешать дальнейшему использованию мотора. Это очень большой плюс. Кроме того, двигателю нужно значительно меньше времени для выхода в рабочий режим – нет необходимости в прогреве жидкости, что актуально зимой. Все это обуславливает значительно меньшие затраты на обслуживание и эксплуатацию подобных силовых агрегатов.

Недостатки

Не обошлось и без недостатков. Прежде чем приобрести авто, оснащенный подобной системой охлаждения, следует знать основные минусы данных решений.

Так, работа двигателя сопровождается непомерно громким шумом. Шум этот создает работающий вентилятор. Еще один минус – это размеры, так как мотор комплектуется обдувающими устройствами. Даже при современных темпах развития технологий, воздушные потоки неравномерно направлены, а значит, есть риск локальных перегревов. Двигатели такого типа очень чувствительны к качеству бензина, масла, предъявляются высокие требования к состоянию основных деталей в моторе.

Но автомобили с такой системой прочно заняли свое место в автомобилестроении. Этими силовыми агрегатами оснащают грузовые авто, есть несколько легковых моделей. На воздушном охлаждении работает сельскохозяйственная и военная техника, некоторые дизельные двигатели.

Популярные мифы

Первым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Он полностью подорвал доверие отечественного водителя к такой системе. Часто автовладельцы жаловались на сильные перегревы, недостаточную мощность и частые выходы из строя. При этом немецкий «Жук» с примерно такой же системой пользовался большой популярностью, спрос на него был очень хороший.

Давайте, основываясь на характеристиках немецкого автопрома, подробно рассмотрим и разрушим популярные мифы, которые преследуют двигатели такой конструкции.

ДВО проигрывает жидкостной системе за счет перегревов

Это не истина в последней инстанции. На самом деле температурные характеристики, наоборот, следует считать преимуществом. Естественно, за счет пониженной теплопроводности воздух просто не сможет так быстро отводить тепло, как в системах с антифризом.

Но разница между температурой на цилиндрах и температурой внешних сред значительно больше, чем между жидкостью и стенками блока и ГБЦ. Погода в меньшей степени способна влиять на температурный режим охлаждения. Двигатели с жидкостной системой имеют повышенный риск перегрева летом. Особенно это актуально в жаркий знойный день. Также владельцы могут столкнуться с проблемой, почему включается вентилятор охлаждения на холодном двигателе. В «воздушниках» такого нет.

Габариты

Выше среди недостатков мы выделили пункт о габаритах. Если сравнить между собой размеры моторов с разными типами охлаждения и прочими одинаковыми характеристиками, то преимущество все равно будет за «воздушником».

Даже несмотря на то, что вентилятор и дефлектор – это достаточно громоздкие устройства, параметры «воздушника» меньше, чем в варианте с жидкостным охлаждением.

Кроме того, для размещения традиционной водяной системы нужно больше пространства под капотом, чтобы разместить дополнительное оборудование. На кузове установлен немаленький радиатор с вентилятором. Немало места занимают шланги и патрубки.

«Воздушники» проигрывают в надежности

Статистика показывает, что в одном из пяти случаев отказа мотора виной является жидкостное охлаждение. Причина здесь в следующих деталях – термостат, радиатор, помпа. Даже самый современный двигатель воздушного охлаждения Tatra образца 89 года более надежен, чем мотор нового «Поло-Седан» или «Соляриса».

Что же касается «воздушников», то вероятность поломки значительно ниже, так как конструкция намного проще – только вентилятор и дефлектор.

«Воздушники» громкие

А вот это правда. Но даже огромный самосвал «Татра» не ревет, мотор просто более шумный. В особенностях конструкции не предусмотрено каких-либо эффективных звукопоглощающих систем. В жидкостных двигателях такие системы есть. Кроме того, шум усиливается за счет прохождения воздушных потоков через ребра цилиндров и головок.

Типичные неисправности

При всей надежности воздушных систем, поломки случаются и здесь. Одна из популярных неисправностей – это электроника. В системе имеется датчик температуры. Для тех, кто не знает, где находится датчик температуры двигателя: он расположен в масляном поддоне. В результате завышенных показаний данного датчика система может дать сбой.

Если на панели приборов загорелась лампа неисправности, то чаще всего причина заключается в обрыве ремня. Реже всего диагностируются проблемы, связанные с термостатом.

Особенности выбора масла

Есть мнение, что нужно использовать специальное масло для двигателей с воздушным охлаждением. И это так. Дело в том, что температура нагрузки на детали поршневой группы в двигателях с воздушным охлаждением значительно выше, чем у агрегатов с водяным.

В основе этих специальных масел чаще всего лежат полиальфаолефиновые масла грубой очистки на базе минеральной или синтетической природы. К этому комплексу применен комплект присадок, обеспечивающих надежную защиту двигателя, противостоящих залеганию колец, улучшающих энергосбережение. В любых маслах уже имеются добавки, которые эффективно защищают агрегат от заклинивания за счет устойчивой базовой формулы.

О ремонте и обслуживании

Для эксплуатации данных двигателей владелец должен немного понимать принцип работы системы и знать, где находится датчик температуры двигателя. В остальном, это надежная охлаждающая система, аналогов по простоте устройства которой нет. Не нужно раз в два года менять антифриз, не нужно использовать герметик для устранения течей, периодически менять помпу. И таких «не нужно» достаточно много.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет двигатель с воздушным охлаждением. Как видите, это весьма надежные агрегаты. Однако, как показывает статистика, серийных авто с такими ДВС очень мало. В большинстве автопроизводители практикуют классическое жидкостное охлаждение двигателя. Воздушное можно встретить разве что на некоторых грузовиках и на скутерах.

Достоинства и недостатки воздушных и жидкостных систем охлаждения

меньшая чувствительность к колебаниям температуры, что особенно важно при эксплуатации автомобиля в районах с жарким или холодным климатом.

Недостатки двигателей с воздушным охлаждением:

значительные затраты мощности на привод вентилятора;

некоторое ухудшение наполнения цилиндра;

повышенный уровень шума при работе;

большая тепловая напряженность отдельных деталей, что может привести к перегреву двигателя.

Преимущества двигателей с жидкостной системой охлаждения:

легкий пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха

создают меньший шум при его работе.

Недостатки двигателей с жидкостной системой охлаждения:

замерзание воды при низкой температуре, что может вывести двигатель из строя;

образование на внутренних стенках системы накипи, уменьшающей теплообмен и вызывающей перегрев двигателя;

увеличение массы и размеров двигателя из-за наличия двойных стенок.

Приборы системы охлаждения

Система охлаждения двигателя автомобиля КамАЗ-5320:

1 – шкив коленчатою вала; 2 – нижний бачок; 3 – жалюзи; 4 — радиатор; 5 – гидромуфта привода вентилятора; 6 – перепускной патрубок; 7 — нагнетательный патрубок; 8 — верхний бачок; 9 – верхний патрубок; 10 – термостат; 11 — водораспределительная коробка; 12 – соединительная труба; 13 – подводящая трубка; 14 – правая водяная труба; 15 – отводящая трубка; 16 – впускной коллектор; 17 – датчик контрольной лампы перегрева жидкости; 18 — расширительный бачок; 19 – горловина герметизирующей пробкой; 20 – пробка с клапанами; 21 – отводящая трубка от компрессора: 22 – отводяшая трубка левой водяной трубы; 23 — компрессор; 24 – левая водяная труба; 25 — крышка головки; 26 – головка цилиндра; 27 — водяной насос; 28 – сливной кран или пробка; 29 — шкив водяного насоса; 30 – вентилятор; 31— нижний патрубок

Радиатор служит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора.

Радиатор автомобиля — неразборный, имеет вертикальное расположение трубок и горизонтальное расположение охлаждающих пластин. Бачки радиатора и трубки латунные, а охлаждающие пластины стальные, луженые. Трубки и пластины образуют сердцевину радиатора. В верхнем бачке радиатора имеется горловина, через которую систему охлаждения заполняют жидкостью. Горловина герметично закрывается пробкой, имеющей два клапана — впускной и выпускной. Выпускной клапан открывается при избыточном давлении в системе 0,05 МПа, и закипевшая охлаждающая жидкость через патрубок и соединительный шланг выбрасывается в расширительный бачок. Впускной клапан не имеет пружины и обеспечивает связь внутренней полости системы охлаждения с окружающей средой через расширительный бачок и резиновый клапан в его пробке, который срабатывает при давлении, близком к атмосферному. Впускной клапан перепускает жидкость из расширительного бачка при уменьшении ее объема в системе (при охлаждении) и пропускает в расширительный бачок при увеличении объема (при нагревании жидкости).

Радиатор установлен нижним бачком на кронштейны кузова на двух резиновых опорах, а вверху закреплен двумя болтами через стальные распорки и резиновые втулки. Для направления воздушного потока через радиатор и более эффективной работы вентилятора за радиатором установлен стальной кожух вентилятора, состоящий из двух половин. Обе половины кожуха имеют резиновые уплотнители, которые уменьшают проход воздуха к вентилятору помимо радиатора и предохраняют от поломок кожух и радиатор при колебаниях двигателя на резиновых опорах крепления. Радиатор не имеет жалюзи и утепляется в случае необходимости специальным съемным чехлом-утеплителем.

Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Пробка радиатора

Пробка в сборе, 2- Корпус, 3- Пружина крышки, 4- Пружина, 5- Клапан выпускной, 6- Прокладка, 7- Клапан впускной в сборе, 8-Стойка клапана, 9- Шайба, 10- Пружина, 11- Седло впускного клапана, 12- Прокладка, 13- Палец

Жалюзи радиатора

Жалюзи — металлические, пластинчатые, управляются проволочной тягой с места водителя. Ручка тяги имеет несколько фиксируемых положений закрытия жалюзи для обеспечения необходимого температурного режима работы двигателя.

1- Жалюзи радиатора в сборе, 2- Заклепка 4х10, 3- Угольник правый, 4- Втулка, 5- Рамка верхняя, 6- Пластина в сборе, 7-Ось, 8-Пластина, 9 Шайба плоская 4х9, 10- Угольник левый, 11- Тяга привода, 12- Рамка нижняя

Жидкостный, или водяной, насос предназначен для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости по системе охлаждения двигателя. Устанавливается в передней части блока цилиндров. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Натяжение ремня регулируется отклонением корпуса генератора или натяжным роликом привода распределительного вала двигателя. Корпус насоса состоит из двух частей: одна часть отливается из чугуна и прикрепляется к другой, изготовленной вместе с крышкой блока распределительных зубчатых колес из алюминиевого сплава.

В корпусе запрессован стальной стакан. В стакане размещены два подшипника, на которых установлен вал. На переднем конце вала напрессована ступица вентилятора, а на заднем – чугунная крыльчатка. Уплотнение заднего конца вала на выходе его из корпуса достигается сальником с уплотнительной шайбой , размещенной внутри корпуса сальника, по поверхности которой своим торцом скользит крыльчатка. Внутри корпуса сальника установлена также резиновая манжета и разжимная пружина.

Чтобы предотвратить проникновение жидкости в корпус насоса (в случае неисправности сальника), в нем сделано дренажный (контрольный) отверстие, через которое жидкость вытекает наружу. Это предотвращает также вымыванию смазки из подшипника.

Вентилятор КАМАЗ также использует как необходимую и важную часть своей конструкции. Вентилятор – это основная часть системы охлаждения машины. Двигатели грузовых машин имеют тенденцию быстро нагреваться, поэтому КАМАЗ обладает сложной системой охлаждения, которая необходима для долгой работы грузовой машины. Вентилятор КАМАЗ использует как эффективный компонент этой системы. Так как вентилятор иногда выходит из строя, он часто нуждается в замене. КАМАЗ, на рынке запчастей предлагает расширенный спектр запчастей, деталей и составляющих по конвеерной цене, непосредственно от производителя. Вентилятор КАМАЗ изготавливает с особым вниманием, так как от него зависит качество детали и срок её эксплуатации в автомобиле.

Вентилятор Для создания воздушного потока, охлаждающего жидкость, протекающую по трубкам радиатора, служит вентилятор, состоящий из крыль­чатки и ступицы со шкивом. Иногда к каркасу радиатора для более интенсивного охлаждения в нем жидкости присоединяют направляющий кожух (диффузор), внутри которого вращаются лопасти вентилятора (двигатели автомобилей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320 и др.). Лопасти вентиляторов штампуют из листовой стали или изготовляют из пластмассы (двигатель автомобиля ГАЗ-24 «Волга»).

Для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического поддержания его теплового режима в заданных пределах служит термостат. Конструктивно он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости через радиатор.

Термостаты могут быть с твердым или жидкостным наполнителем. На двигателях автомобилей ЗИЛ-130, КамАЗ-5320, «Москвич-2140» и др. применяют термостаты с твердым .наполнителем (рис. 4.4, а).

Такой термостат располагается между патрубком 7 (рис. 4.4, б) и корпусом 12 выпускного трубопровода. Баллончик 1 термостата из тонкой латуни, заполненный легкой испаряющейся- жидкостью (смесь —70% этилового спирта и 30% воды). К верхней части гофрированного цилиндра штоком 5 присоединен клапан 3 термостата.

Расширительный бачок предназначен для компенсации изменений объема охлаждающей жидкости в системе при ее расширении от нагревания, контроля степени заполнения системы жидкостью, а также для удаления из нее воздуха и пара. Он соединяется с левым бачком радиатора в верхней части и с корпусом термостата. На большинстве моделей двигателей через расширительные бачки в систему заливают охлаждающую жидкость.