Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) обеспечивает отвод тепла от деталей двигателя, что обеспечивает их работоспособность и поддерживает необходимое тепловое состояние двигателя во всём диапазоне нагрузок и внешних условий среды.

Выделение высокотемпературной теплоты внутри двигателя необходимо, исходя из принципа его работы, так что даже такие ДВС, как газотурбинные, турбовинтовые, турбовентиляторные и реактивные в своём большинстве имеют специальную систему охлаждения.

Система охлаждения ДВС во многих случаях влияет на мощность двигателя, и во всех случаях — на его массу. В академической литературе система охлаждения двигателя входит в группу систем двигателя, наряду с системами зажигания, питания топливом, газораспределения и смазки.

Функции системы охлаждения Двигатель внутреннего сгорания выделяет теплоту в цилиндре, и температура сгорания достигает 2000 °C и более. При отсутствии отвода тепла стенки камеры сгорания разогревались бы до равновесной температуры в несколько сот градусов, при этом обычные конструкционные материалы значительно теряют прочность, а моторные масла испаряются и сгорают. Кроме нарушений условий прочности и смазки деталей, при этом происходит нарушение рабочего процесса двигателя: снижается мощность двигателя за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, а в искровых моторах возникает самовоспламенение и детонация.

При изменении температур стенок камеры сгорания и поршня происходит изменение зазоров, а перегревающиеся от проходящих через стыки горячих газов поршневые кольца могут терять упругость. Излишнее снижение температуры может нарушать испарение распылённого топлива, его конденсацию, а также снижает механический КПД двигателя из-за повышения кинематической вязкости масла. По всем упомянутым причинам существующие ДВС оснащают системами охлаждения, поддерживающими стабильное оптимальное тепловое состояние двигателя в заданных пределах. В случае системы водяного охлаждения эта температура ограничена кипением жидкости и обычно не превышает 90..100 °C, для моторов воздушного охлаждения пределы более широкие. Так называемые адиабатные дизели также имеют систему охлаждения, но часть поверхности камеры сгорания у них имеет керамическое покрытие, намного уменьшающее отвод тепла.

Система охлаждения, кроме основной функции охлаждения двигателя, выполняет ряд других функций, к которым относятся: нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования; охлаждения масла в системе смазки; охлаждения отработанных газов в системе рециркуляции отработавших газов (EGR); охлаждения воздуха в системе турбонаддува; охлаждения рабочей жидкости в автоматической коробке передач.

Типы систем охлаждения Существует такие системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания как воздушная, жидкостная и масляная. В жидкостной системе охлаждения возможны варианты (малогабаритные моторы катеров), теплообменником для отдачи в забортную воду (для судов и кораблей), и радиатором для дальнейшей передачи теплоты воздуху (наземные двигатели).

Воздушное охлаждение Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным. Естественное самое простое в устройстве. Тепло от двигателя с такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение цилиндров транспортного ДВС. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Неравномерность обдува требует дополнительных мер для исключения локальных перегревов — более развитого оребрения в аэродинамической тени, обращения более нагретых выпускных каналов вперёд по потоку, а холодных впускных — назад, размещения кожухов. Естественное воздушное охлаждение распространено на двигателях лёгкой высокоподвижной техники: мотоциклы, мопеды, авиа- и автомодели. Естественное воздушное охлаждение имело широкое применение в авиационных звездообразных двигателях — несмотря на их высокую мощность, скорость обдува была достаточна для решения проблемы теплоотвода.

Стационарные (к примеру, бензиновых электростанций и мотопомп) или плотно закапотированные (автомобили, мотороллеры) двигатели, также двигатели мотоинструмента, такого как мотокосы и бензопилы, оснащают системой принудительного воздушного охлаждения. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости и всех проблем, связанных с её утечками, быстрый прогрев мотора, недостаток в трудности поддержания оптимальной температуры цилиндро-поршневой группы во всём интервале температур воздуха и нагрузки двигателя. Кроме того, эти двигатели отличаются повышенным шумом при работе, они более «звонки» по сравнению с двигателями жидкостного охлаждения, и мощный вентилятор сильно шумит. Проблемы с регулировкой теплового режима обычно решают установкой термостатов, перемещающих заслонки на двигателе, вентиляторами с вискомуфтой. Часто многоцилиндровые двигатели с воздушным охлаждением делают V-образными (как двигатели Татра, или МеМЗ-968), при этом вентилятор располагается в развале цилиндров, именно такая компоновка наиболее оптимальна.

На легковых автомобилях, производимых в Европе, воздушное охлаждение широко применялось в 1950-х — 1970-х годах. Это такие машины как Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroën 2CV, Tatra 613, Trabant. В СССР самым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Выпускались грузовые автомобили с дизелями воздушного охлаждения (например грузовики под маркой «Татра» с момента начала выпуска и до начала 2010 годов оснащались исключительно такими двигателями). Двигатели с воздушным охлаждением имеют многие трактора (иногда — тяжёлые, например Т-330; чаще — малые, от обычных пропашных до мини-тракторов мелких частных хозяйств), для которых характерны установившиеся режимы работы двигателя и специфические требования к простоте обслуживания. Принудительное воздушное охлаждение применяется на большинстве скутеров, моторизованном инструменте (бензопилы, газонокосилки и пр.), двигателях малогабаритных генераторных установок, на мотоблоках и прочих самоходных и стационарных малых сельскохозяйственных и коммунальных машинах. Для последних очень распространены унифицированные ряды простых одно-двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения, одинаковые у различных производителей (, Honda, Subaru, китайские), в виде компактного законченного блока с креплением на горизонтальную плоскость. Значительно повлияли на переход от воздушного к жидкостному охлаждению новые экологические нормы, соблюсти которые в узком диапазоне температур цилиндра значительно проще.

Жидкостное охлаждение

На большинстве современных легковых автомобилей применяется принудительная жидкостная система охлаждения. Она обеспечивает интенсивный и равномерный теплоотвод, меньшую шумность и лучшую способность двигателя выдерживать кратковременные перегрузки. Воздушная система, хотя и проще по конструкции и менее подвержена повреждениям, требует намного более мощного обдува. Отклонение от этого режима как в сторону перегрева, так и переохлаждения, ведёт к потере мощности, повышенному износу деталей и другим неисправностям.

Устройство и принцип работы

В жидкостную систему охлаждения, помимо непосредственно радиатора, входят: водяная рубашка (пустотелые области блока двигателя и головки цилиндров), центробежный насос, термостат, вентилятор, распределительные трубопроводы и расширительный бачок.

Для быстрого выхода на рабочую температуру система разделена на два круга циркуляции. При запуске холодного двигателя термостат перекрывает путь жидкости к радиатору, заставляя её циркулировать только по малому кругу (внутри водяной рубашки и насоса). По мере прогрева (обычно при 70-80 °C) клапан термостата начинает открываться, и горячая жидкость направляется в радиатор — так называемый большой круг. Чем выше температура, тем больше открыт клапан и тем больше жидкости проходит через радиатор для охлаждения.

Внутри радиатора поток жидкости распределяется по множеству трубок сердцевины, где происходит интенсивный теплообмен с окружающим воздухом. Охлаждённая жидкость возвращается во всасывающую полость насоса, и цикл повторяется. Обдув радиатора обеспечивается вентилятором, который может иметь постоянный механический привод от коленчатого вала или автономный электрический привод, включаемый по сигналу температурного датчика.

Закрытая система На многих двигателях используется так называемая закрытая система охлаждения, у которой наливная горловина может отсутствовать на самом радиаторе и быть вынесена на расширительный бачок. В такой системе поддерживается избыточное давление (обычно 0,11…0,15 МПа), что повышает температуру кипения жидкости до 105—110 °C, предотвращает образование паровых пробок и повышает эффективность охлаждения.

За поддержание необходимого давления отвечает паровоздушный клапан, расположенный на радиаторе или расширительном бачке. Его паровой клапан открывается при превышении рабочего давления, стравливая избыточный пар, а воздушный клапан впускает атмосферный воздух при возникновении разрежения (например, при остывании системы), предохраняя радиатор и трубопроводы от деформации.

Охлаждение масла В дополнение к основной системе охлаждения в двигателях большой мощности (на грузовиках, тепловозах, автобусах и теплоходах), а также на двигателях с воздушным охлаждением применяется дополнительно и охлаждение масла. Охлаждение масла необходимо также потому, что оно поступает к па́рам трения — самым чувствительным к перегреву местам двигателя. Масло может охлаждаться охлаждающей жидкостью, либо окружающим воздухом от отдельного радиатора, в автомобилях отдельный масляный радиатор находится перед основным радиатором и радиатором кондиционера. На тепловозах и теплоходах чаще всего маслоохладитель это кожухотрубный теплообменник, отдающий теплоту жидкой охлаждающей среде от масла.

На автомобилях с двигателями с воздушным охлаждением всегда имеется масляный радиатор, находится он внутри воздуховода, и также обдувается вентилятором.

Испарительная система охлаждения Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века. Кроме того в Китае по состоянию на 2014 год продолжают выпускаться дизели мощностью от 8 до 24 л. с. с испарительным охлаждением, предназначенные для мотоблоков и минитракторов.

См. также

Антифриз Расширительный бачок Радиатор Термостат Предпусковой подогреватель двигателя — устройство, позволяющее прогреть двигатель безрельсового транспортного средства, не запуская его. Свеча накаливания — это деталь в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Служит для разогрева камеры сгорания перед запуском двигателя Интеркулер — промежуточный охладитель наддувочного воздуха, представляющий собой теплообменник (воздуховоздушный, водовоздушный), чаще радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. В основном используется в двигателях с системой турбонаддува. Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. Двигатель внутреннего сгорания

Примечания

Ссылки Система охлаждения автомобильного двигателя, учебный фильм

Категория:Двигатель внутреннего сгорания