Циркуляция охлаждающей жидкости в системе двигателя

Речь идет о двигателе внутреннего сгорания. По названию видно, что внутри двигателя происходит сгорание топлива. При этом получается тепло, которое разогревает мотор. Для двигателя необходима оптимальная температура, при которой он работает нормально. Для создания и поддержания такого заданного режима во многих двигателях используется система охлаждения, включающая в себя циркуляцию охлаждающей жидкости в двигателе.

Применение системы охлаждения

Сама система усложняет процесс изготовления, делая его более энергоемким, что ведет к удорожанию всей конструкции. Во время эксплуатации требуется проводить регулярное наблюдение, устранение неисправностей и ремонт. Поэтому систему охлаждения стремятся сделать наиболее простой. Все системы можно разделить на три вида:

• воздушная;
• жидкостная;
• комбинированная.

Использование воздуха

Воздушная система — самая простая и дешевая, в основном не требует дополнительного оборудования и присмотра. Используется два способа циркуляции:

• естественный;
• принудительный.

Естественный способ широко используется на скоростных и легких подвижных транспортных средствах, например, в самолетах, которые, как правило, летают в более холодных слоях атмосферы.

Двигатель охлаждается воздухом, который нагнетается винтом. К легким транспортным средствам можно отнести мототранспорт и всевозможные модели. Мощность двигателя таких конструкций небольшая, естественного обдува, в основном, хватает. Для увеличения теплоотдачи цилиндры выносятся из двигателя и снабжаются ребрами.

Отрицательной чертой такого охлаждения является отсутствие возможности регулировать температуру двигателя. В холодную погоду требуется много времени на его прогрев, а в жаркую приходится глушить двигатель, чтобы он остыл.

Эта проблема частично решается принудительным способом. Он используется в двигателях, которые установлены стационарно. В этом случае на двигатель направляется поток воздуха, идущего от вентилятора. Этим потоком можно управлять, меняя скорость вращения вентилятора.

Употребление жидкости

Чтобы охлаждающая система была более регулируемой и эффективной, применяют жидкостный охладитель. Кроме того, схема движения тосола в системе охлаждения имеет два круга: большой и малый, что также способствует равномерности температуры. В этом качестве раньше использовали воду. В отличие от воздуха у воды лучшая теплопроводимость, что повышает КПД. Используемая система может быть:

• замкнутая;
• незамкнутая.

При использовании первой системы жидкость циркулирует по замкнутой цепи. Движется по трубам или шлангам самотеком или благодаря водяному насосу. Нагреваясь от работающего двигателя, она расширяется, создавая давление, превышающее атмосферное. Поэтому точка кипения достигает 110 — 120 градусов. Для охлаждения используется теплообменник, который, в свою очередь, охлаждается воздушным потоком. Для регулировки температуры (ОЖ) меняют скорость воздуха, проходящего через теплообменник. Это можно делать, открывая и закрывая жалюзи или меняя скорость потока воздуха. Используется в мощных двигателях.

Незамкнутая система используется там, где нет недостатка в воде — это плавсредства. Вода поступает с водоема и с помощью насоса передается к двигателю. После охлаждения двигателя она выбрасывается наружу.

Преимущество в том, что не нужно устанавливать теплообменник и вентилятор для его охлаждения.

Работа комбинированной схемы

Такая система в основном используется в автомобилях и некоторых мотоциклах. Она включает в себя как жидкостное, так и воздушное охлаждение. В блоке цилиндров делаются окна, по которым вода протекает и нагревается.

Чтобы не нарушать естественное движение нагреваемой жидкости, ее подводят к нижнему краю цилиндра, далее она поднимается к головке и выходит наружу. После чего движение продолжается по трубке к верхнему бачку радиатора. Опускаясь вниз по трубкам радиатора, жидкость охлаждается и по трубке подходит к водяному насосу, также именуемому помпой. От помпы по трубке проходит в нижний край блока цилиндров, и схема движения охлаждающей жидкости в двигателе замыкается.

В зимнее время, и когда мотор еще не нагрелся, необходимости в охлаждении мотора нет.

Чтобы отключить на это время радиатор, используют термостат. Таким образом, он является регулятором для определения большого и малого круга системы охлаждения. Он расположен на выходе охлаждающей жидкости из мотора. Термостат устроен таким образом, что при невысокой температуре охлаждающей жидкости перекрывает ей доступ к радиатору, образуя малый круг охлаждения двигателя.

Элементы, входящие в систему

Комбинированная схема закрытого типа включает в себя систему обогрева салона машины. Исходя из этого, можно составить следующий список элементов, входящих в охлаждающую систему:

• радиаторы (один для охлаждения, другой для обогрева);
• вентиляторы;
• водяной насос (помпа);
• термостат;
• датчик температуры.

Радиатор выполняет основную роль в охлаждающей системе. Его изготавливают из двух бачков, которые объединяются множеством латунных сварных или вытянутых трубок. Из алюминия трубки делают реже, так как прочность их ниже. Трубки могут быть прямыми или ленточными, сечение эллипсом. Благодаря такому строению они легче выдерживают давление замерзшей жидкости. Для увеличения площади теплоотдачи трубки проходят через пакет пластин. В нижнем бачке имеется кран для слива жидкости. В верхнем бачке расположена горловина или патрубок, ведущий к расширительному бачку. Закрывается пробкой, внутри которой расположены впускной и выпускной клапаны.

На боковой стороне радиатора расположен датчик температуры, указывающий температуру охлаждающей жидкости. В центре устанавливается вентилятор для обдува радиатора. Привод он может получать тремя способами:

1. Непосредственно от коленвала.
2. Через муфту.
3. От электродвигателя.

Водяной центробежный насос прогоняет жидкость по всей системе. Крепится непосредственно на коленвале. При большой мощности мотора производят охлаждение масла, устанавливая масляный радиатор на основной.

Виды охлаждающей жидкости

Самой дешевой жидкостью является вода, особенно если она мягкая. Она обладает хорошей теплоемкостью, имеет низкую вязкость, что позволяет ей просачиваться сквозь небольшие отверстия. Однако она сильно вызывает коррозию и замерзает при сравнительно высоких температурах, поэтому ее заменяют тосолом.

В советское время был институт, который занимался разработкой охлаждающих жидкостей. Совокупность всех жидкостей, борющихся с замерзанием, обледенением, называют антифризом (переводится как «против замерзания»). К ним относится водный раствор этиленгликоля, реже пропиленгликоля, который нетоксичен, но значительно дороже.

Антифризы не только замерзают при более низких температурах, но и меньше расширяются при замерзании. Например, вода расширяется на 9%, а 40% водный раствор этиленгликоля всего на 1,5%. Процесс замерзания происходит тоже по-разному. Вода при замерзании превращается в сплошной монолит, а раствор этиленгликоля кристаллизуется, не нанося вреда механизмам.

Добавки, которые входят в антифризы, направлены на борьбу с коррозией, смазывают трущиеся детали, борются с пеной. Немаловажным является и то, что у них также повышена точка кипения, что благотворно сказывается на моторе.

При всех плюсах этиленгликолевые антифризы имеют и минусы. Главный из них — высокая токсичность. Для человека весом 70 кг достаточно 140 миллилитров, чтобы привести к летальному исходу. Ядом является не только сама жидкость, но и ее пары. Даже небольшая утечка в отопительном радиаторе может привести к тяжелым последствиям. Для своевременного обнаружения неисправности такие антифризы обладают флуоресцентными свойствами.

Другим недостатком является большой коэффициент расширения. Для новых авто это не проблема, у них уже на этот случай стоит расширительный бачок, а вот для старых без доработки это будет затруднительно. В горячем состоянии антифриз выбросится, а когда остынет, уровень сильно упадет. Существует другая трудность, с ней уже намного труднее справиться.

Антифриз хуже передает тепло, примерно на 15 — 20%. В жаркую погоду он просто не справится со своей работой, и мотор может перегреться.

Срок годности этиленгликоля ограничивается 2 — 3 годами, при повышенных температурах срок сильно сокращается, а при превышении температуры 105 градусов добавки, смазывающие детали двигателя, быстро разрушаются. Для повышения качества стали использовать силикатные антифризы. В США и Японии используют фосфатные антифризы, но для Европы из-за повышенной жесткости воды они непригодны.