Жидкость забирает тепло у двигателя и отдаёт его через радиатор. Термостат открывается постепенно. Вентилятор управляется отдельно; точные температуры и расположение каналов зависят от автомобиля.
Система охлаждения: устройство и принцип работы
Уносит лишнее тепло и помогает двигателю поддерживать рабочую температуру.
Холодный двигатель
Основной путь через радиатор закрыт термостатом. Помпа гонит жидкость по малому кругу.
Прогрев
Нагрев постепенно открывает термостат, и часть жидкости идёт через радиатор.
Рабочая температура
Радиатор отдаёт тепло воздуху, а термостат регулирует долю потока.
Помощь вентилятора
Если обдува мало, управление включает вентилятор по температуре и другим условиям, например запросу кондиционера.
Как двигатель держит 90 °C зимой и летом
Примерно треть энергии топлива уходит в стенки цилиндров. Система охлаждения забирает это тепло жидкостью и регулирует, сколько его отдать воздуху.
Помпа и рубашка. Помпа с приводом от ремня гонит 25–120 л/мин через каналы вокруг цилиндров и камер сгорания. Жидкость нагревается в рубашке на 5–10 °C.
Термостат делит поток. До 88 °C клапан закрыт, и жидкость идёт по малому кругу — двигатель прогревается быстрее. К 102 °C клапан открыт на 8 мм и весь поток идёт через радиатор.
Радиатор и воздух. На ходу воздух продувает соты сам. На месте при 101 °C включается вентилятор. Чем больше нагрузка и жарче на улице, тем шире открыт термостат.
Давление и бачок. Пробка держит 1,25 бар, поэтому антифриз закипает около 130 °C, а не 107 °C. В бачок уходит лишний объём, который появляется при нагреве.
Детали в модели «Система охлаждения»
Рубашка охлаждения. Каналы вокруг гильз в блоке и вокруг камер сгорания в головке. Жидкость входит в блок спереди, через отверстия прокладки поднимается в головку и уходит к термостату.
Помпа (водяной насос). Центробежный насос с крыльчаткой 80 мм, вращается от коленвала ремнём в 1,4 раза быстрее двигателя. Подача около 25 л/мин на холостом ходу и до 120 л/мин на высоких оборотах.
Термостат. Восковой элемент начинает открывать клапан при 88 °C и открывает его полностью, на 8 мм, около 102 °C. Пока он закрыт, жидкость идёт по малому кругу мимо радиатора.
Радиатор. Алюминиевые трубки с гофрированными пластинами между ними: около 6 м² поверхности. При спокойной езде отдаёт воздуху 15–30 кВт тепла, на полной мощности — до 50–60 кВт.
Электровентилятор. Блок управления включает его по датчику температуры: при 101 °C, выключает при 96 °C. Нужен в пробке и на месте, когда встречного потока воздуха нет. Это обычный режим работы, а не признак перегрева.
Расширительный бачок с пробкой. Принимает около 0,3 л, на которые жидкость расширяется при нагреве. Клапан в пробке держит избыточное давление 1,25 бар, и антифриз закипает не при 107, а около 130 °C.
Радиатор отопителя и кран. Маленький радиатор под панелью. Через него идёт до 12% потока, он отдаёт в салон до 6–7 кВт тепла.
Датчик температуры. Терморезистор в корпусе термостата: от 3,5 кОм при 20 °C до 0,2 кОм при 100 °C. По нему блок управления включает вентилятор и меняет смесь.
Патрубки и хомуты. Резиновые армированные шланги: верхний и нижний патрубки радиатора внутренним диаметром 32 мм, патрубки печки 16 мм, перепускной шланг малого круга.
Показ по шагам
Холодный пуск. Термостат закрыт. Помпа гонит жидкость только по двигателю и обратно через перепускной шланг — это малый круг. Радиатор пока холодный.
Рубашка охлаждения. Жидкость входит в блок спереди, обтекает гильзы цилиндров, поднимается в головку и идёт к корпусу термостата. Цвет частиц — температура.
Помпа. Ремень от коленвала крутит крыльчатку в 1,4 раза быстрее двигателя. Лопатки отбрасывают жидкость к стенкам корпуса, и она уходит в рубашку блока.
Термостат открывается. Около 88 °C воск в баллоне плавится и расширяется, баллон отходит от штока и открывает клапан. Часть потока уходит в верхний патрубок к радиатору.
Радиатор и вентилятор. В пробке встречного воздуха нет. При 101 °C включается вентилятор и протягивает воздух через соты, при 96 °C выключается.
Печка. Кран открыт: горячая жидкость из головки идёт через радиатор отопителя. Он греет воздух салона и возвращает жидкость к помпе.
Бачок и давление. При нагреве жидкость расширяется и поднимается в бачке, давление растёт до 1,25 бар. Клапан пробки держит его, и антифриз не кипит.
Что ломается и как это проявляется
Термостат заклинило открытым. Признаки: зимой стрелка едва доходит до середины или не доходит вовсе, печка дует еле тёплым, растёт расход топлива. Что проверить: время прогрева до 88–90 °C (обычно 5–10 минут), нижний патрубок радиатора: он не должен нагреваться раньше, чем двигатель прогреется. Термостат проверяют в горячей воде с термометром.
Термостат не открывается. Признаки: стрелка температуры быстро уходит в красную зону, может закипеть антифриз. При этом радиатор и верхний патрубок остаются холодными. Что проверить: сравнить на ощупь (осторожно!) верхний патрубок и корпус термостата на горячем двигателе. Термостат меняют; ехать с перегревом нельзя — поведёт головку блока.
Изъедена крыльчатка помпы. Признаки: двигатель перегревается под нагрузкой и в подъём, печка греет на ходу, но остывает на холостых. Что проверить: напор в верхнем патрубке при перегазовке (сжать рукой), состояние антифриза, люфт и течь помпы. Помпу меняют вместе с ремнём ГРМ, если она им приводится.
Радиатор забит. Признаки: В городе всё нормально, а на трассе с нагрузкой или в жару стрелка ползёт вверх. Вентилятор включается чаще обычного. Что проверить: соты на просвет и после мойки, разницу температур верхнего и нижнего бачков, холодные зоны на сотах (по ним видно забитые трубки). Систему промывают, радиатор чистят или меняют.
Вентилятор не включается. Признаки: на трассе температура нормальная, а в пробке или на месте стрелка растёт и не останавливается. Вентилятор не слышно. Что проверить: включается ли вентилятор после 101 °C и при включении кондиционера, предохранитель и реле, разъём мотора, датчик температуры.
Пробка не держит давление. Признаки: после нагрузки из-под пробки бачка выбрасывает пар и жидкость, уровень постепенно падает, под капотом пахнет сладким. Что проверить: пробку проверяют насосом с манометром: клапан должен держать 1,1–1,4 бар. Проверить уплотнение и горловину бачка. Пробку меняют — это дешёвая деталь.
Течь, мало антифриза. Признаки: под машиной цветная лужица, уровень в бачке ниже MIN, печка начинает дуть холодным, стрелка температуры скачет и уходит вверх. Что проверить: уровень на холодном двигателе, хомуты и патрубки, помпу, радиатор, кран печки. Систему опрессовывают, течь устраняют, жидкость доливают до метки MAX.
Воздушная пробка в печке. Признаки: двигатель прогрет, а печка дует холодным или чуть тёплым. За панелью слышно журчание, особенно при разгоне. Что проверить: удаляют воздух так: пробку открывают только на холодном двигателе, включают печку на максимум, пускают двигатель и прогревают его, подгазовывая и открыв штуцер прокачки, если он есть; уровень доливают и пробку закрывают, пока система не нагрелась. Горячую систему не открывают: жидкость под давлением и выше 100 °C. Оба шланга печки на прогретом двигателе должны быть горячими.
Упрощения модели
Блок, головка, прокладка, поддон и крышка распредвалов показаны отливками с рубашкой вокруг гильз и камер сгорания. Картер разрезан и пуст: в нём нет коленвала, поршней и шатунов, в головке нет клапанов, нет и впускного коллектора. Каналы рубашки упрощены до объёма вокруг гильз.
Тепло двигателя и отдача радиатора посчитаны по простой модели с одной температурой жидкости. Время ускорено в 8 раз.
Термостат стоит на выходе из головки. На многих двигателях он стоит на входе в помпу — принцип тот же.
Радиатор отопителя показан без корпуса печки, воздуховодов и моторного щита: он стоит в салоне под панелью.
Помпа берёт жидкость из подводящей трубы снизу: стояк входит в камеру перед крыльчаткой. На настоящем двигателе вход к центру крыльчатки чаще идёт каналом в блоке. Спираль улитки на виде «Помпа» видна только у языка и в канале выхода: остальное закрывает крыльчатка, нарисованная целой.
Крыльчатка, вал, шкивы, ремень, натяжитель и хомуты в разрезе показаны целыми, как принято рисовать вращающиеся и мелкие детали. Плоскость разреза проходит и через радиатор, и через вентилятор с кожухом, но их тоже рисуем целыми, как отдельные узлы; бачок и радиатор печки стоят за плоскостью и не разрезаны. Патрубки разрезаны вдоль, а пробка бачка — своей плоскостью через ось, со стороны вида «Бачок». Вращение шкивов и крыльчатки на экране замедлено.
Крупнее, чем в жизни: перепускной клапан и канал термостата, зазоры у его тарелки, клапаны и пружина пробки, чешуйка накипи и капли течи, иначе их не разглядеть. Грязь и пух лежат на сотах плоскими пятнами войлока поверх пластин, а в жизни они ещё и забивают щели между пластинами. Воздух в радиаторе печки нарисован пузырями поверх верхних рядов сот, хотя на деле он внутри трубок. Шаг пластин радиатора около 3 мм вместо 1–1,5 мм, просечки на пластинах нарисованы текстурой; радиатор и вентилятор стоят к двигателю ближе, чем в машине.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.