Система охлаждения

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя имеет очень простую конструкцию: радиатор, водяной насос и несколько шлангов вместе с термостатом. Однако эффективность системы охлаждения зависит не только от этих компонентов. Главная трудность, которая может возникнуть в работе системы охлаждения – затруднение передачи тепла из камеры сгорания и цилиндров вследствие отложений или наличия воздуха в системе охлаждения.

Оксид металла, формирующийся на стенках каналов системы охлаждения, снижает теплопроводимость на 40%. Чтобы поддерживать оптимальную теплопроводимость, в системе охлаждения должен присутствовать ингибитор, замедляющий коррозию в водяном кармане и патрубках радиатора. Если двигатель работал в течение длительного времени без данного ингибитора, система охлаждения будет нуждаться в химической очистке и промывке под высоким давлением, чтобы удалить все отложения.

Существует два основных типа ингибиторов: хроматы и не-хроматы. Хромат натрия и дихромат калия являются самыми распространенными ингибиторами, использующимися в системе охлаждения двигателя. Оба ингибитора очень токсичны, поэтому необходимо быть очень осторожным. Ингибиторы не-хроматы (бораты, нитраты и нитриты) обеспечивают антикоррозийную защиту как при использовании воды, так и растворов воды и антифриза. Хроматы не должны использоваться в системах, содержащих антифриз. Смешанные в необходимой пропорции ингибиторы будут защищать систему охлаждения от образования коррозии в течение одного года.

Если необходимо защита от замерзания, необходимо добавлять антифриз в охлаждающую жидкость. Рекомендуется использовать антифриз на этиленгликолевой основе, так как антифриз на спиртовой основе имеет слишком низкую температуру кипения, а также негативно влияет на патрубки радиатора и герметичность водяного насоса. Раствор 10% этиленгликоля и 90% воды обеспечивает защиту от замерзания при температуре до –3 °С, а увеличение концентрации этиленгликоля до 25%, увеличивает температуру замерзания до –12 °С, а 50%-раствор антифриза и воды обеспечивает защиту от замерзания при температурах до –34 °С. Растворы охлаждающей жидкости, содержащие более 2/3 этиленгликоля, не стоит использовать, так как при этом теплопроводимость значительно ухудшится. При использовании этиленгликоля в пропорциях более 30% не нужно использовать антикоррозийные ингибиторы. Чтобы поддерживать необходимый уровень защиты от коррозии, ингибиторы необходимо заменять каждый год.

При использовании автомобиля в регионах с прохладными климатическими условиями, в охлаждающую жидкость необходимо добавлять антифриз, чтобы избежать повреждения радиатора, головки блока цилиндров и собственно блока цилиндров. При концентрации этиленгликоля более 30%, охлаждающая жидкость будет также обеспечивать антикоррозийную защиту. Если вы не добавляете антифриз в охлаждающую жидкость или содержание этиленгликоля в растворе менее 30%, необходимо добавлять ингибиторы, чтобы избежать появления коррозии в системе охлаждения.

Добавки для удаления накипи в охлаждающих системах, содержащих этиленгликоль, не стоит использовать, так как это может привести к засорению трубок сердечника радиатора и в некоторых случаях сузить каналы системы охлаждения двигателя. В случае утечки в системе не рекомендуется использовать герметик, кроме экстренных ситуаций, когда вам необходимо добраться домой. Затем как можно скорее нужно прочистить и промыть систему охлаждения, для этого обратитесь к квалифицированным специалистам.

Продукты на нефтяной основе, такие как эмульгируемое масло, часто использующиеся для смазки водяного насоса и в качестве антикоррозийного ингибитора, я не советую применять в вашем автомобиле. 2%-раствор эмульгируемого масла может стать причиной увеличения температуры головки блока цилиндров на 10%, вследствие снижения теплопроводимости и эффективности охлаждающей жидкости. Современные двигатели работают в условиях близких к детонации, поэтому не увеличивайте риск, использую эмульгируемое масло. Многие популярные герметики для радиаторов содержат эмульгируемое масло, что является еще одной причиной не использовать герметики в системе охлаждения двигателя. При попадании в воду эмульгируемое масло окрашивает воду в молочный цвет.

Наличие пузырьков воздуха в охлаждающей жидкости уменьшает теплопроводимость охлаждающей жидкости, действуя как изолирующее вещество. КПД водяного насоса также уменьшится. Воздух может всасываться в систему охлаждения через протекающих шланг, а пузырьки могут образоваться вследствие появления локализованных очагов кипения около камеры сгорания. В первом случае, предотвратить попадание воздуха в систему охлаждения можно регулярно проверяя систему охлаждения на наличие утечек и поддерживая необходимый уровень охлаждающей жидкости. При установке в нового радиатора утечки в соединениях встречаются крайне редко. Однако со временем вода может начать просачиваться через уплотнения и воздух начнет попадать в систему охлаждения двигателя. Чтобы избежать этого, необходимо тщательно промывать шланги и прочищать внутреннюю поверхность соединений от отложений и коррозии. Затем необходимо покрыть соединительную поверхность герметиком Permatex No.3 и дать ей высохнуть в течение 15 минут. В это время необходимо осторожно снять налет с водяного насоса, термостата и радиатора. После этого можно подключать трубки, затягивать зажимы.

Запомните, что при выполнении работ в системе охлаждения необходимо слить всю систему, чтобы убедиться, что в головке блока цилиндров нет воздушных карманов. Не во всех автомобилях спускной штуцер находится на видном месте. В некоторых моделях автомобилей спускные штуцеры спрятаны, в других автомобилях, например, в двигателях II поколения Opel, воздух можно спустить, сняв датчик температуры охлаждающей жидкости. Также в двигателях некоторых автомобилей воздух будет спускаться автоматически, при медленном наполнении системы охлаждения, поэтому в данных моделях не будет спускного штуцера.

После того, как воздух будет спущен, не стоит быть уверенным, что в системе нет воздушных карманов, возможно они будут, поэтому, необходимо запустить двигатель. При этом включив отопитель на полную мощность в течение 15 минут. Циркуляция воды по каналам системы охлаждения и вибрация должны удалить весь воздух из системы. После этого повторно слейте систему и как только двигатель автомобиля остынет, проверьте уровень охлаждающей жидкости и при необходимости долейте ее до нужного уровня.

Появление пузырьков газа и паровых карманов можно избежать, отрегулировав давление в системе до такого уровня, чтобы не допустить кипения охлаждающей жидкости. Многие автолюбители не понимают, почему система охлаждения должна находиться под давлением, если температура кипения воды на уровне моря составляет 100 °С, в то время как рабочая температура в системе охлаждения обычно составляет 88°-95°С. Во-первых, система должна находиться под давлением, чтобы предотвратить кипение охлаждающей жидкости после выключения двигателя. Как только циркуляция охлаждающей жидкости прекратится, температура может подняться до 110 °С, что превысит температуру кипения воды на уровне моря при давлении 101,4 кПа. Если вода закипала бы каждый раз после выключения двигателя, производя при этом сильный шум, количество охлаждающей жидкости в системе резко уменьшалось бы без использования системы восстановления охлаждающей жидкости.

Необходимо спустить весь воздух в системе охлаждения, чтобы избежать перегрева в области около камеры сгорания. Система охлаждения может быть оснащена одним или несколькими спускными штуцерами, или как в случае с этим двигателем, воздух спускается при снятии датчика температуры охлаждающей жидкости.

Во-вторых, независимо от показаний датчика, температура будет очень высокой около камеры сгорания и, особенно, около выпускного клапана. Указатель температуры охлаждающей жидкости показывает данные о температуре циркулирующей жидкости, что является средним показателем. Температура охлаждающей жидкости около седла выпускного клапана будет намного выше точки кипения, поэтому чтобы избежать образования паровых карманов и кипения воды, система охлаждения двигателя должна находиться под давлением. Если охлаждающая жидкость закипит в данных областях, охлаждающая жидкость не будет забирать тепло камеры сгорания. Это может привести к локальному нагреву, создавая термальные точки концентрации напряжения, а это в свою очередь может стать причиной разрушения металла. Более того, перегрев камеры сгорания может вызвать детонация и повреждение поршней. Увеличение давления в системе охлаждения до 104,3 кПа повысит температуру кипения до 122 °С на уровне моря. Обычно, температура охлаждающей жидкости около камеры сгорания не должна достигать этого значения, однако благодаря этому, автомобиль может использоваться в регионах, расположенных выше уровня моря, где точка кипения снижается. В действительности, чтобы поддерживать необходимое давление в системе охлаждения, необходимо регулярно проверять крышку радиатора на герметичность и чрезмерное давление.

Так как в действительности теплообмен между хладагентом и воздухом происходит в радиаторе, каналы должны быть свободными от загрязнений и засорений, которые могут перекрыть поток воздуха и следовательно снизить эффективность системы охлаждения.

Другой причиной ограничения потока воздуха в радиаторе может быть подсветка номерного знака и вспомогательное освещение. Во многих современных автомобилях устанавливаются воздуховоды относительно маленьких размеров, поэтому не стоит ограничивать поток воздуха к радиатору блокируя воздуховоды при установке фар противотуманного освещения. Эффективность радиатора необходимо поддерживать регулярно окрашивая его в черный цвет. Таким образом можно продлить срок службы и предотвратить внешнюю коррозию радиатора.

Термостат, который поддерживает температуру охлаждающей жидкости на уровне 88-95 °С, обычно устанавливается на серийные автомобили. Такой термостат будет работать отлично, если вы хотите получить оптимальную эффективность отопителя зимой, однако термостат с диапазоном температур 74-82 °С может увеличить мощность двигателя. Это можно определить при помощи тестирования на динамометрическом стенде, так как возникает конфликт теорий. Согласно одной теории, в разумных пределах более низкая температура приведет к понижению температуры впускного канала, следовательно впускной заряд будет холоднее с более высокой плотностью, поэтому в цилиндр попадет большее количество топливовоздушной смеси во время такта впуска для производства большей мощности. Более низкая температура впускного заряда также позволяет увеличить степень сжатия и опережение зажигания , при этом не приводя к детонации. Согласно второй теории, высокая температура охлаждающей жидкости 95-100 °С является оптимальным вариантом, так как понижение температуры охлаждающей жидкости приведет к уменьшению тепловой энергии, которую можно использовать для перемещения поршней вниз, с целью увеличения мощности. Я считаю, что доля истины есть в обоих теориях. Многие двигатели действительно производят больше мощности при более низкой температуре охлаждающей жидкости примерно 75 °С. Однако, компромисс достигается при частично открытой дроссельной заслонке/средней нагрузке, например, при движении на средней эксплуатационной скорости. В таком случае реакция дроссельной заслонки будет не настолько резкой, при этом слегка возрастет расход топлива и предположительно выброс отработавших газов.

В действительности, становится все сложнее значительно снизить температуру охлаждающей жидкости посредством простой установки термостата, так как производитель чаще всего устанавливает радиатор такого размера, чтобы поддерживать температуру на уровне 95 °С летом, а так как линия капота становится ниже, воздуховоды соответственно становятся меньше. Установка радиатора большего размера с большим количеством охлаждающих трубок может быть решением проблемы. Однако, вы также можете улучшить интенсивность потока воздуха в стандартном радиаторе. В идеале, необходимо установить электрический вентилятор радиатора, который предотвратит блокировку потока воздуха в сердечник радиатора. Необходимо сделать все возможное, чтобы весь воздух, попадающий в радиатор, действительно проходил через него. Мы не хотим, чтобы воздух проходил мимо радиатора за фарами головного освещения или около его верхней или боковой поверхности. Любые отверстия можно заблокировать, однако я предпочитаю установить резиновую прокладку в точке крепления воздуховода, которая будет плотно прилегать к краям радиатора.

Запомните, что нельзя заниматься только потоком воздуха в радиаторе. Существует также воздух на выпуске и охлаждающий воздух, так как любое давление в моторном отсеке сократит пропускную способность радиатора. Уменьшение интенсивности воздушного потока под передней частью кузова автомобиля посредством установки спойлера, создавая зону низкого давления, при этом эффективность выпуска радиатора увеличится. В таком случае можно устанавливать воздухозаборники «double-edged sword» на капот. Направляя поток холодного воздуха к воздушному фильтру или через впускной коллектор или турбо нагнетатель, если они достаточно большие или неправильно установлены, они могут увеличить давление воздуха около радиатора.

При замене термостата, убедитесь, что устанавливаете подходящий термостат. В большинстве современных двигателей используются термостаты конструкции с двойным перепуском, которые во время открытия канала, чтобы пропустить поток охлаждающей жидкости к радиатору в то же время закрывают пропускной клапан двигателя. При установке стандартного термостата этот канал будет оставаться открытым, позволяя большому количеству горячей охлаждающей жидкости циркулировать по закрытому контуру в двигателе. Это может стать причиной образования «горячих точек» около камер сгорания, внутреннего перегрева и возможного повреждения вследствие детонации в камере сгорания.

Установка спойлера 5-7 мм под кузовом автомобиля помогает создать область низкого давления, которая облегчает выход отработавших газов из моторного отсека и улучшает циркуляцию воздуха по радиатору.

Термостат справа имеет двойную перепускную конструкцию. При открытии канала, клапан закрывает перепускной канал в двигатель, таким образом весь воздух будет действительно проходить через радиатор. Ни в коем случае не заменяйте двойной перепускной термостат на стандартный.

Никогда не запускайте двигатель, если термостат снят. Двигателю понадобится слишком много времени, чтобы прогреться до нормальной рабочей температуры, что приведет к ускоренному износу двигателя, разжижению моторного масла, а также снижению мощности при незначительных нагрузках на двигатель. При сильной нагрузке на двигатель, например, при движении на высокой скорости или при резком ускорении, мощность также упадет вследствие слишком высокой температуры около камер сгорания и детонации. Однако даже многие конструкторы гоночных автомобилей не понимают, что не зависимо от давления крышки радиатора, водяной насос, работая в эффективном диапазоне 4000-6000 об/мин создает давление головки блока цилиндров примерно 207-275 кПа, если установлен ограничитель подобный термостату установлен на патрубок для отвода охлаждающей жидкости. Это давление способствует скоплению охлаждающей жидкости вокруг верхней части цилиндров и около камер сгорания, чтобы забрать тепло. Если термостат не будет ограничивать приток охлаждающей жидкости из головки блока цилиндров, давление в водяном кармане упадет, что приведет к образованию многочисленных воздушных карманов. В конечном результате, это станет причиной перегрева камер сгорания и работы двигателя с детонацией, вызывающей снижение мощности.

Электрический вентилятор затрачивает большое количество мощности, которую можно использовать с пользой, чтобы снизить расход топлива и улучшить технические характеристики. При частоте вращения 2500 об/мин вентилятор большого размера даже с гибкими лопастями или вязкостной муфтой может стать причиной падения мощности на 10 л.с. Если только двигатель не подвергается сильным нагрузкам, при скорости автомобиля 48 км/ч воздух будет остывать достаточно, чтобы охладить двигатель без помощи вентилятора. Естественно, если автомобиль используется в условиях городского движения с частыми остановками, потребуется использовать вентилятор системы охлаждения. По возможности, рекомендуется установить электрический вентилятор в интересах повышения мощности и экономичности двигателя. Если же ваш автомобиль оснащен системой кондиционирования воздуха, дополнительный вентилятор может быть встроен в систему, чтобы охлаждать двигатель в условиях городского движения. Обычно эти вентиляторы запрограммированы на автоматическое включение, как только температура охлаждающей жидкости достигнет значения 100 °С, однако в некоторых случаях, вентилятор можно включать вручную, если обойти термический датчик, установив дополнительный переключатель на приборной панели. Я использую данную систему в течение многих лет и никогда не испытывал особых трудностей. В условиях интенсивного дорожного движения в жаркую погоды мне приходилось выключать систему кондиционирования на некоторое время, иначе двигатель перегрелся бы. Эту проблему можно устранить, установив вспомогательный маленький вентилятор, однако лично я никогда не выполнял подобные модификации.

Если вы не хотите снимать стандартный вентилятор с вязкостной муфтой, несмотря на мощность, которую он расходует и шум работы, убедитесь, что он работает должным образом. Срок службы вентиляторов подобной конструкции ограничен по мене износа муфты и подшипников вентилятор будет заклинивать на высоких оборотах, когда он должен пробуксовывать, чтобы уменьшить потерю мощности. Обычно, если вентилятор подобной конструкции все еще шумит при частоте вращения 2500 об/мин и выше, муфта заклинила вследствие внутренних повреждений.

Вентилятор с большой муфтой, потребляет 10 л.с. мощности и значительно увеличивает расход топлива. Вентилятор подобной конструкции можно заменить одним или двумя электрическими вентиляторами, установленными за радиатором. Вентиляторы, расположенные перед радиатором, как показано на рисунке, прерывают поток воздуха в радиатор и снижают его эффективность.

Единственная проблема, с которой я сталкиваюсь время от времени, это прокладка головки блока с расширенными водяными каналами. Я видел большое количество прокладок с увеличенными отверстиями, выполненными любителями тюнинга. Скорее всего они полагали, что при увеличении канала системы охлаждения, интенсивность потока, а следовательно и эффективность системы охлаждения увеличатся. Однако на самом деле это не так. Кроме отверстий системы охлаждения в задней части двигателя, все отверстия в блоке и головке блока сделаны достаточно широкими, чтобы удалить песок из сердечника, после процесса литья. Чтобы обеспечить соответствующую вентиляцию в прокладке головки блока цилиндров делаются маленькие отверстия, . учтите, что эти отверстия прежде всего предназначены для вентиляции воздуха, оставшегося в верхней части блока цилиндров. Это не отверстия для потока охлаждающей жидкости, хотя через них и проходит некоторая ее часть.

Шесть маленьких отверстий в прокладке головки блока цилиндров являются вентиляционными отверстиями. Расширение данных отверстий до размеров соответствующих больших отверстий в головке блока приведет к снижению интенсивности потока охлаждающей жидкости и снизит эффективность системы охлаждения.

Расширение диаметра вентиляционных отверстий уменьшит интенсивность потока охлаждающей жидкости, что приведет к снижению температуры передних цилиндров. А задние цилиндры будут слишком горячими, что приведет к работе двигателя с детонацией. Движение потока охлаждающей жидкости довольно просто проследить. Охлаждающая жидкость из радиатора поступает в водяной насос, и направляется в переднюю часть блока цилиндров. Затем охлаждающая жидкость течет по направлению к задней части блока цилиндров одновременно забирая тепло. Как только охлаждающая жидкость достигла конца блока цилиндров, поток поднимется вверх к головке блока через широкие водяные каналы, связывающие головку и блок цилиндров. Затем поток будет направлен через камеры сгорания и каналы в термостат, а затем в верхнюю часть радиатора. Из этого описания можно понять, что любые каналы для охлаждающей жидкости в передней части блока цилиндров могут снизить интенсивность потока охлаждающей жидкости, позволяя ей попасть в головку блока цилиндров до того, как поток достигнет цилиндров в задней части блока. Следовательно температура в этих цилиндрах будет слишком высокой; чтобы избежать детонации придется уменьшить степень сжатии и опережение свечей зажигания. И наоборот, при этом цилиндры в передней части блока будут слишком интенсивно охлаждаться, что приведет к потере мощности. Следовательно, становится очевидным, что в экономичных и мощных двигателях необходимо обеспечить только минимальную интенсивность потока от передней части блока цилиндров к головке блока.

К сожалению, некоторые производители автомобилей не слишком заботятся о потоке охлаждающей жидкости, в результате все прокладки головки блока цилиндров оснащены большими вентиляционными отверстиями с передней до задней части блока. Существует два способа решения проблемы. Я предпочитаю нарезать резьбу в больших отверстиях, кроме отверстий в задней части блока, и завернуть алюминиевые заглушки для труб, в которых предварительно были просверлены отверстия. Второе решение также является довольно эффективным, в действительности его можно использовать в соединении с первым способом, однако запомните, что подобный способ можно применять только в автомобилях, оснащенных отопителем постоянного потока, например, отопитель, в котором вода будет циркулировать даже после его выключения. В таком случае в задней части блока цилиндров нарезается резьба для подключения патрубка отопителя. Подключив впускной патрубок отопителя вы обеспечите постоянный поток охлаждающей жидкости через задние камеры сгорания, поэтому их температура будет практически такой же, как и в передней части блока цилиндров.

Для некоторых людей, все это беспокойство о потоке охлаждающей жидкости может показаться бесполезной тратой времени, однако если вы действительно хотите сделать двигатель вашего автомобиля более мощным и экономичным, необходимо уравновесит в пределах разумного температуру камер сгорания, чтобы использовать максимально допустимую степень сжатия топливовоздушной смеси и опережение зажигания.