Циркуляция охлаждающей жидкости в двигателе: большой и малый круг, используемая жидкость
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:
- Непосредственно от коленвала.
- Через муфту.
- 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.
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.
Схема циркуляции охлаждающей жидкости: 2 круга движения
Всем привет, дорогие мои читатели! То, что современный автомобиль оснащен несколькими ключевыми системами, сегодня знает даже школьник старших классов. Какая — то отвечает за питание, другая за смазку, третья за охлаждение от перегрева. Предлагаю остановиться подробнее на том, какая предусмотрена схема циркуляции охлаждающей жидкости – от этого будет зависеть понимание важности охлаждения в целом.
Что происходит на холодном моторе
Пока двигатель внутреннего сгорания функционирует, он выделяет значительные объемы тепла. Вследствие этого множество самых разных деталей подвергается действию высоких температур. Для отвода излишнего тепла была предусмотрена схема движения антифриза по разным кругам: так называемым ”большому” и ”малому”. Каждый из них является замкнутым, но отличается списком оборудования и деталей, которые в нем участвуют.
Подробнее о том, как устроена система охлаждения, мы говорим в отдельном материале. Итак, запускаем мотор, и сразу же начинает циркулировать антифриз. Обеспечивается это работой водяного насоса – помпы, который, в свою очередь, функционирует благодаря приводному ремню. Вначале движок у нас еще холодный, поэтому жидкость циркулирует между ним и водяной помпой. Это называется малым кругом, и происходит так до тех пор, пока мотор не прогреется до определенного температурного уровня.
После этого термостат автоматически закрывает малый круг, но открывает движение по большому кругу. Помпа снова закачивает антифриз в силовой агрегат. Как только его температура повысится до уровня рабочей, он через патрубки достигнет радиатора. С его помощью излишки тепла выводятся в окружающую среду, и двигатель снова работает в приемлемом температурном режиме.
Применение ”большого” круга
Охлажденный антифриз снова поступает в мотор благодаря закачиванию водяным насосом. Однако может возникнуть ситуация, при которой этого недостаточно для нормального охлаждения. На помощь придут вентиляторы, а их включение обеспечит специальный датчик. Он так и называется ”датчик включения вентиляторов” и расположен под радиатором. Когда происходит замыкание его контактов, эти приборы включаются, обеспечивая дополнительное принудительное охлаждение.
Спустя время, температура антифриза падает, и вентиляторы отключаются. Условно приемлемой для большинства ДВС считается показатель в районе 90 градусов, хотя некоторые термостаты рассчитаны на поддержание 87 градусов. Эффективная работа всей системы охлаждения в целом достигается применением вышеописанной схемы. Когда движок не разогрет, отвод тепла не требуется. Но при дальнейшей работе понадобится включение в охлаждающий процесс дополнительного оборудования.
Эффективность данной схемы
Производители не зря установили определенный температурный режим. Именно при нем тепловые зазоры являются оптимальными. Все это проявляет себя в поведении двигателя. Его мощность повышается, одновременно возрастает динамика и приемистость. В то же время, потребление топлива приходит в норму. Задача системы охлаждения состоит не только в понижении температуры, но и в наиболее быстром прогреве – а это необходимо для того, чтобы он вышел на свой уровень производительности. Наиболее актуальна данная ситуация в холодную погоду. Вот почему существует разделение на большой круг и малый.
Уважаемые подписчики! Плохая циркуляция охлаждающей жидкости обязательно даст о себе знать, в некоторых случаях может помочь промывка системы. Это могут быть различные подтекания и влажные пятна, падение уровня антифриза в бачке, перегрев движка с потерей его динамики и т.п. Рекомендую чаще осматривать свое авто не только снаружи, но и под днищем кузова и в подкапотном пространстве. Мы еще вернемся к теме охлаждения, пока!
С уважением, автор блога Андрей Кульпанов
Место для контестной рекламы
Автор:Андрей
Жидкостная система охлаждения двигателя.
Жидкостная система охлаждения
Виды жидкостных систем охлаждения
Жидкостная система охлаждения может быть термосифонной и принудительной, открытой и закрытой.
При термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует по рубашке охлаждения и соединенному с ней радиатору благодаря разнице плотности горячей и холодной жидкости в верхней и нижней части системы (горячая жидкость поднимается, а холодная опускается самотеком, без применения перекачивающих устройств). Такая система проста, но малоэффективна и требует радиатор увеличенной емкости.
Поэтому термосифонная система жидкостного охлаждения распространения на автомобильных двигателях не получила; обычно применяется принудительная система охлаждения, в которой циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается жидкостным насосом.
Открытая система сообщается с окружающей средой (атмосферой) непосредственно, т. е. в такую систему постоянно может поступать воздух, а из системы выпускаться пар.
Закипевшая охлаждающая жидкость резко снижает эффективность системы охлаждения, так как в этом случае в жидкости образуются пузырьки пара, препятствующие циркуляции жидкости и теплообменным процессам. Поэтому современные автомобильные двигатели оснащаются закрытой системой охлаждения, позволяющей использовать более высокий нагрев жидкости без закипания.
***
Устройство и работа жидкостной системы охлаждения
В классическом исполнении жидкостная система охлаждения двигателя состоит из жидкостного и воздушного трактов.
Жидкостный тракт системы включает в себя (см. рис. 1): рубашку
Воздушный тракт системы состоит из радиатора 1, вентилятора 9 и направляющих элементов тракта (диффузора).
Принцип действия системы охлаждения заключается в следующем: жидкостный насос 5, приводимый от коленчатого вала двигателя, засасывает охлаждающую жидкость из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения 6. Проходя по каналам и полостям рубашки, жидкость забирает избыток теплоты у цилиндров и головки блока цилиндров, охлаждая детали.
Затем охлаждающая жидкость через систему патрубков и термостат поступает в верхний бачок 12 (рис. 1,б) радиатора, откуда по множеству трубок, составляющих сердцевину радиатора, скатывается в нижний бачок, отдавая по пути теплоту и охлаждаясь.
Далее охлаждающая жидкость опять засасывается насосом и циркуляция повторяется.
Описанный путь охлаждающей жидкости называют циркуляцией по большому кругу (рис. 2,б).
На пути охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения в верхнем патрубке устанавливается специальный прибор — термостат, представляющий собой температурный клапан, который автоматически, в зависимости от степени нагрева, изменяет направление движения охлаждающей жидкости.
Если жидкость холодная, т. е. еще не прогрелась до рабочей температуры, клапан термостата перекрывает проход жидкости в радиатор и направляет ее сразу в насос, откуда она вновь поступает к рубашке охлаждения двигателя.
Такой путь жидкости, когда она перемещается, минуя радиатор, называется циркуляцией по малому кругу (рис. 2,а).
По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя, обеспечивая его быстрый прогрев до рабочих температур. Когда двигатель прогревается, термостат обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по большому кругу, через радиатор.
Клапан термостата начинает открываться, пропуская охлаждающую жидкость в радиатор при температуре 70…87 ˚С.
***
Интенсивному охлаждению жидкости в радиаторе способствует поток воздуха, создаваемый вентилятором 9. Скорость потока охлаждающего воздуха зависит от скорости движения автомобиля. Изменить скорость воздушного потока можно с помощью жалюзи 2 (рис. 2,а), установленных перед радиатором.
На современных автомобилях изменение интенсивности обдува радиатора воздухом осуществляется автоматическими устройствами, например, вентиляторами с приводом от управляемого термодатчиком электродвигателя, гидромуфтами различных конструкций и т. п.
Охлаждающая жидкость может подводиться к рубашке охлаждения двигателя через нижний пояс цилиндров, верхний пояс и головку блока цилиндров. Подвод охлаждающей жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, которые допускают повышение температуры головки блока цилиндров, способствующее лучшему воспламенению рабочей смеси от сжатия.
В двигателях с принудительным воспламенением, склонных к детонации при наличии в камере сгорания перегретых зон, охлаждающая жидкость подводится через верхние пояса (рис. 1,б) или даже через головку блока цилиндров (рис. 1,в). В последнем случае нагретые участки головки блока цилиндров охлаждаются наиболее интенсивно.
Для подвода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения иногда применяют водораспределительные трубы 14 (рис. 1,в), имеющие окна против каждого цилиндра. Благодаря этому достигается параллельный подвод охлаждающей жидкости одинаковой температуры ко всем цилиндрам и улучшается равномерность их охлаждения.
Контроль над работой системы охлаждения осуществляется с помощью датчиков и указателя температуры, а также сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости.
Датчики устанавливаются в системе охлаждения двигателя, а указатель и сигнализатор – на приборной доске (щитке приборов) в кабине водителя.
Теплота, отводимая жидкостью от деталей двигателя, используется для подогрева впускного трубопровода, улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона автомобиля в холодную погоду.
***
Назначение и устройство радиатора
Схема циркуляции охлаждающей жидкости в автомобиле
Во избежание перегревания двигателя понадобиться система для его охлаждения. Она поддерживает стандартную температуру в нем. Большинство двигателей оснащены жидкостной охладительной системой. Элементы, из которых состоит схема циркуляции охлаждающей жидкости – большой и малый контур.
Из чего они состоят
Обычно в двигателях используется жидкостная охладительная система закрытого вида с вынужденной циркуляцией жидкости. Главные ее составляющие:
- Радиатор;
- Вентилятор;
- Термостат;
- Водяная рубашка блока цилиндров;
- Расширительный бачок;
- Водяной насос;
- Патрубок.
Каждый компонент имеет свое предназначение и выполняет конкретные функции. Это важно для оптимальной работы всех систем двигателя. Если одна из деталей неисправна, то это отобразится на схеме циркуляции охлаждающей жидкости. Поэтому все компоненты системы должны быть в исправном состоянии, позволяя двигателю работать эффективно и без перегрева.
Подробнее об составных элементах в охлаждении
Главная функция радиатора состоит в охлаждении циркулирующей жидкости. Поверхность устройства слагается из множества трубочек, что позволяет увеличить отдачу тепла. В радиаторе важную роль в охладительном процессе играет вентилятор. Он отвечает за подачу воздуха, тем самим уменьшая нагревание жидкости.
Термостат рассчитан на поддержку температуры двигателя в разумных мерах. Иначе, как только жидкость перегревается, термостат открывает путь с малого контура в большой. Тем самим, позволяя охладить ее, что регулирует температуру внутри двигателя. Водяная рубашка – сетка сообщающихся блоков цилиндров, что находятся в жидкости. Если ее не хватает, то этому поможет расширительный бачок. Он покрывает расход жидкости после нагревания или охлаждения.
Водяной насос содействует передвижению жидкости по рубашке и по всему двигателю. Патрубки и разнообразные трубки соединяют все элементы системы.
Как происходит циркуляция жидкости
Сначала, когда двигатель еще холодный, жидкость находится в маленьком контуре. Потом, когда начинается нагрев мотора и температура стает критичной, жидкость передвигается в большой контур чтобы лучше охладится.
Малый контур рассчитан на обеспечение допустимой температуры для работы двигателя. В него входит центробежный насос, через который охлаждающая жидкость циркулирует по системе. Проблема в том, что он помещает только небольшое количество жидкости, что приводит к быстрому ее нагреву.
Большой контур служит для более производительной циркуляции охлаждающей жидкости.
Если малый контур не справляется с охлаждением и происходит перегрев, клапан термостата перегоняет жидкость через большой контур к радиатору.
Какие используют жидкости
Для исправной работы системы важен вид используемой жидкости. Различают два вида – вода и антифриз. Выбирая воду как охлаждающий реагент, важно иметь представление, какую надо использовать. Она должна быть мягкой (дистиллированная, дождевая или снежная).
Современным заменителем воды стал антифриз – смесь этиленгликоля и дистиллированной воды. Эта жидкость имеет низкозамерзающие свойства. Это значит, что при низких температурах вода само собой замерзнет в радиаторе, а антифриз – нет.
Хотя существуют и недостатки. Используемый антифриз беспрепятственно может разлагаться в системе, что негативно влияет на поверхности деталей – возникновение коррозий и наслоений.
Неполадки системы охлаждения
Во время циркуляции охлаждающей жидкости тепло от стенок цилиндров и камер сгорания передается при помощи радиатора окружающей среде. Как только возникли проблемы в перекачке жидкости, сломалась деталь – нужно срочно предотвращать неполадки. Иначе перегрев неизбежен. Вот перечень возможных повреждений:
Вытекание жидкости: из радиатора или других элементов системы;
Неудовлетворительная работоспособность радиатора;
Низкий уровень действия вентилятора;
Неполноценный режим работы водяного насоса;
Поломка термостата.
Все выше перечисленные неполадки можно починить или ремонтом конкретной детали или же ее полной заменой. Это же касается и первого пункта, так как утечка могла произойти только через неисправность одного или нескольких механизмов. Поэтому важно контролировать и время от времени проверять все устройства и устранять дефекты.
Важен ли механизм охлаждения
Охладительная система рассчитана на поддержание приемлемой тепловой нагрузки двигателя, регулирования отвода тепла от наиболее нагревающихся деталей. Это происходит вследствие контакта или трения с раскаленными газами.
Средняя температура нагрева двигателя составляет 800-900 градусов, но он может нагреться и до 2000. Если не осуществлять отвод тепла от мотора, то произойдет перегрев. Это грозит основательным ремонтом всего двигателя.
Схема циркуляции жидкости в системе может привести не только к охлаждению, но и к прогреву холодного двигателя. Это малая часть ее предназначения, но очень значительная.