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.
Для снижения токсичности выхлопа в ДВС с системой рециркуляции отработавших газов система охлаждения уменьшает их температуру перед подачей в цилиндры.
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.
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.
Теплообмен между работающим ДВС и атмосферой может выполняться двумя способами:
Напрямую. Такие ДВС называются двигателями воздушного охлаждения. Атмосферный воздух по системе воздуховодов подается к головке блока цилиндров (ГБЦ) и собственно блоку ДВС, которые имеют оребрение для увеличения площади теплообмена. Обеспечить необходимую степень обдува такого ДВС помогает вентилятор, срабатывающий по сигналу датчика. Несомненный плюс воздушной системы охлаждения — простота и надежность. Минус двигателей-«воздушников» — шумность. ДВС с воздушной системой охлаждения на легковых авто перестали устанавливать в конце прошлого века.
Через посредника. В этом качестве выступает охлаждающая жидкость (антифриз), которая циркулирует по каналам внутри ГБЦ и блока ДВС. Жидкостная система имеет гораздо более сложное устройство, но за счет двойных стенок основных охлаждаемых элементов ДВС позволяет существенно снизить шумность двигателя. Сегодня ДВС всех легковых моделей имеют жидкостные системы охлаждения, поэтому более подробно остановимся на их устройстве.
Устройство жидкостной системы охлаждения
Первая задача, которую решает такая система, — максимально быстрый вывод холодного ДВС в режим оптимальной температуры. Для этого используют принцип переключения между контурами охлаждения:
Чаще всего ДВС имеют два круга/контура охлаждения. Малый включает в себя рубашку охлаждения ГБЦ и блока двигателя, термостат, помпу и радиатор отопителя. При достижении температуры 80–90 °С антифриз начинает циркулировать по большому кругу через радиатор охлаждения.
В более совершенных, экологичных ДВС имеются два подконтура системы охлаждения: для ГБЦ и блока. При запуске двигателя «на холодную» содержащийся в подконтуре антифриз не перекачивается и быстрее нагревается, тогда как через температурно нагруженную ГБЦ охлаждающая жидкость сразу же начинает циркулировать и, забрав тепло, поступает в теплообменник отопителя. По мере прогрева такого ДВС подконтуры соединяются, а когда антифриз в объединенной системе достигает рабочей температуры, начинается его циркуляция через радиатор охлаждения.
Теперь поговорим об основных компонентах системы охлаждения ДВС более подробно:
Охлаждающая жидкость (антифриз)
Используемая в качестве переносчика тепла смесь воды и этилен- или пропиленгликоля с температурой замерзания ниже -40 °С и температурой кипения (на уровне моря) +120 °С. Антифриз содержит присадки, которые ограничивают коррозию и препятствуют пенообразованию.
Рубашка охлаждения представляет собой полость, огибающую части двигателя, требующие охлаждения. Циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость отбирает у них тепло и переносит его к радиатору.
Насос охлаждающей жидкости, или помпа — обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру охлаждения. В некоторых двигателях, например мини-тракторов, может применяться термосифонная система охлаждения — то есть система с естественной циркуляцией охлаждающей жидкости, в которой этот насос отсутствует. Может приводиться в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо от отдельного электродвигателя.
Термостат — предназначен для поддержания рабочей температуры двигателя. Термостат перенаправляет охлаждающую жидкость по малому кругу — в обход радиатора, если температура не достигла рабочей.
Радиатор имеет развитую поверхность, обдуваемую снаружи набегающим потоком воздуха. Радиатор изготавливается из материалов, хорошо проводящих тепло, чаще всего из алюминия (радиатор для охлаждения масла чаще всего делают из меди).
Вентилятор создаёт дополнительный поток воздуха для обдува радиатора, в том числе во время остановок и при движении на малой скорости. Может приводиться ременной передачей от вала двигателя, но в современных автомобилях, за исключением крупных грузовиков, он работает от электродвигателя.
Расширительный бак содержит запас охлаждающей жидкости. С атмосферой расширительный бак сообщается через клапан, поддерживающий избыточное давление охлаждающей жидкости при работе, что позволяет двигателю работать при большей температуре, не допуская кипения охлаждающей жидкости, которое может привести к повреждению двигателя. Полупрозрачный бак, расположенный в доступном месте в верхней точке системы, облегчает также контроль уровня жидкости.
Неисправности системы охлаждения
С возрастом появляются протечки резиновых шлангов и стянутых хомутами их соединений. Допустимо использование как винтовых, так и проволочных (пружинных) хомутов. Последние лучше справляются со своей задачей: в достаточных пределах компенсируют тепловое расширение патрубков, обеспечивают практически равномерное давление обжима, долговечны. Минусы? Дороговизна, а также необходимость демонтажа патрубков и слива антифриза для установки.
Течь радиатора. Здесь может сказаться не только возраст. Радиатор, как правило, находится в зоне обстрела камнями и принимает на себя душ из антигололедных реагентов. В качестве крайней меры для герметизации теплообменника можно добавить в антифриз сухой горчицы, которая закупорит микротрещины. Однако затем систему охлаждения необходимо тщательно промыть, чтобы горчичные пробки не закупорили каналы, по которым циркулирует антифриз. Тот же эффект наблюдается при использовании специальных герметиков, эффективность которых различается в зависимости от компании-производителя. В любом случае такие составы дают лишь достаточно кратковременный эффект. Это относится и к герметизации радиатора отопителя.
Течь сальника помпыведет не только к снижению уровня антифриза, но также к «кончине» подшипника насоса, из которого вымывается смазка. Об износе подшипника свидетельствует характерное подвывание.
Клапан термостата зависает в каком-либо крайнем или промежуточном положении. Если клапан постоянно закрыт, то ДВС от неизбежного перегрева грозит выход из строя. Последствия постоянно открытого клапана немногим лучше: интенсивный износ постоянно непрогретого двигателя, увеличенный расход топлива, неработающая печка.
Зависание в каком-либо крайнем положении клапана в крышке расширительного бачка. Открытый клапан не позволит создать в системе избыточное давление, а антифриз закипит при значительно более низких температурах. Намертво закрытый клапан приведет к созданию в системе чрезмерного давления при работающем ДВС, что чревато протечками и даже разрывом патрубков, а то и расширительного бачка. В той же ситуации при остывании выключенного двигателя в системе возникнет разрежение достаточно сильное, чтобы вызывать подсос воздуха через прокладки и различные соединения. Возникшие паровоздушные пробки нарушат циркуляцию антифриза. Не допустить подобного поможет периодический осмотр крышки на наличие грязи, накипи, ржавчины, а также проверка работоспособности клапана на слух. При сжатии клапана должен быть слышен свист, а при отпускании — шипящий звук.
Поддерживать систему охлаждения в форме поможет следование простым правилам:
1. Соблюдать периодичность замены охлаждающей жидкости. Единых нормативов для антифризов, произведенных по различным стандартам, не существует. Но в среднем охлаждающую жидкость, теряющую свои качества в процессе эксплуатации, меняют раз в пять лет.
2. Регулярно проверять компоненты системы на наличие протечек антифриза.
3. Контролировать состояние крышки расширительного бачка.
4. При замене помпы менять и охлаждающую жидкость.
5.Промывать систему перед заменой охлаждающей жидкости, если ДВС перегревался, а отопитель работал недостаточно эффективно. Эту же процедуру следует провести, если использовалась некачественная охлаждающая жидкость или герметики.
Антифриз
Охлаждающая жидкость (ОЖ) — жидкость, играющая роль теплоносителя в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и других машин. Современная ОЖ также выполняет другие функции, включая предохранение системы охлаждения от коррозионных процессов и накипи, разрыва из-за расширения при замерзании и нагревании, самой жидкости и так далее.
Антифриз — общее название для жидкостей, не замерзающих при низких температурах. Применяются в установках, работающих при низких температурах, для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, в качестве авиационных противообледенительных жидкостей и в качестве средства для очистки стекол. В качестве базовых жидкостей антифризов используются смеси этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина, одноатомных спиртов и других веществ с водой.
Антифриз циркулирует внутри замкнутого контура и переносит тепло от двигателя к радиатору, в котором антифриз охлаждается и снова возвращается в двигатель. Охлаждающая жидкость циркулирует по системе под действием водяного насоса.
Пока антифриз не достиг рабочей температуры, он идет по малому кругу — только через двигатель и отопитель. Это нужно, чтобы двигатель быстрее прогрелся. Как только он достигнет рабочей температуры, открывается термостат и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу — идет в том числе через радиатор.
Антифриз охлаждается в сотах радиатора за счет потока встречного воздуха. Если этого потока для охлаждения недостаточно, то включается вентилятор. При нагреве охлаждающая жидкость расширяется, ее излишки выбрасываются в расширительный бачок.
Основной компонент антифриза — дистиллированная вода. Обычно это примерно половина состава. Антифризы устойчивы к низким температурам благодаря двухатомным спиртам — этиленгликолю или пропиленгликолю.
Еще в состав антифризов входят различные присадки, основная задача которых — предотвратить распространение коррозии в системе охлаждения автомобиля. Из-за коррозионной активности этиленгликоля и пропиленгликоля патрубки, радиатор, термостат, насос и другие части системы охлаждения начинают разрушаться быстрее, чем просто в воде. Поэтому в составе антифризов обязательно есть присадки — ингибиторы коррозии.
Еще в антифризы добавляют другие присадки в зависимости от необходимых свойств и краситель.
Температура замерзания этиленгликоля в чистом виде — примерно −12 °C. Но если смешать его с дистиллированной водой в определенной пропорции, то температура замерзания может понизиться до −72 °C. Оптимальное для этой температуры содержание этиленгликоля в таком составе — 67%. Но чаще всего для получения антифриза этиленгликоль смешивают с водой в равных долях. Температура замерзания такого состава — около −36 °C.
Стоит учитывать, что антифриз замерзает не как вода и не образует единую ледяную глыбу. Появляются отдельные кристаллы, поэтому он не увеличивается в объеме и не разрушает систему охлаждения.
Какие виды антифриза бывают
Этиленгликолевые — на основе простейшего многоатомного спирта этиленгликоля. В очищенном виде это бесцветная маслянистая жидкость без запаха. При попадании в организм вызывает необратимые процессы и даже смерть.
Пропиленгликолевые. Современный вид антифриза, который пришел на смену ядовитому этиленгликолю по экологическим причинам. В нем содержится до 20% глицерина, который увеличивает вязкость и снижает эффективность теплообмена. Кроме экологичности, у пропиленгликолевых антифризов нет преимуществ над этиленгликолевыми. Пакет присадок у этих антифризов одинаковый.
По присадкам выделяют четыре основных вида антифриза.
Неорганические — силикатные, с неорганическими ингибиторами. В качестве антикоррозийных присадок к этиленгликолевым антифризам используют неорганические вещества, чаще всего силикаты. Еще встречаются фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их различные комбинации.
Органические — карбоксилатные, с органическими ингибиторами. В качестве антикоррозийных присадок к этиленгликолевым антифризам используют органические карбоновые кислоты. Такие присадки еще называют карбоксилатными с органическими ингибиторами.
Гибридные. Присадки-ингибиторы коррозии в этих антифризах — смесь органических и неорганических веществ. То есть это этиленгликолевые антифризы с силикатными и карбоксилатными присадками.
Лобридные. В таких антифризах используют минеральные присадки, чаще всего соединения кремния. Это обеспечивает более высокую температуру кипения — до +135 °C — и больший срок службы.
Цвет антифриза на технические характеристики влияния не оказывает и используется исключительно для маркировки продукции. Этиленгликоль — это токсичный яд, который имеет похожий на воду вид. Для предотвращения несчастных случаев принято решение подкрашивать его в яркие предупреждающие тона. Кроме того, различные расцветки применяются для определения разных сортов продукта, а также для придания ему флуоресцентных свойств
Классификация антифризов
Среди всех национальных стандартов и классификаций наибольшее распространение получила внутренняя классификация антифризов от концерна Volkswagen. У них используются антифризы G11, G12, G12+, G12++ и G13.
G11 (VW TL 774-C)
В состав включены присадки на основе минеральных веществ: солей азотной, фосфорной, силикатной и борной кислот. Так как защитный слой разрушается под воздействием вибрацией, рекомендуется производить ежегодную замену такого антифриза. Максимальный срок – 3 года.
G12 (VW TL 774-D)
Карбоксилатный состав, обладающий хорошей способностью предотвращать коррозионные процессы на поверхности деталей системы охлаждения. Не содержит нитритов, силикатов и фосфатов. Запрещено смешивать с антифризами G11.
G12+ (VW TL 774-F)
Более совершенный карбоксилатный состав на основе этиленгликоля. В этой охлаждающей жидкости, помимо карбоксилатных присадок, добавлены неорганические добавки в небольшом количестве. Они образуют тонкий защитный слой по всей поверхности системы охлаждения, но практически не снижают интенсивность теплообмена. Одним из преимуществ является возможность смешивания с G11, однако в этом случае срок службы сокращается до 2 лет.
G12++ (VW TL 774-G)
Новейший карбоксилатный антифриз, который помимо органических присадок содержит минеральные силикатные компоненты. Иногда такой состав называют лобридным. Можно смешивать с любыми ОЖ “G”-серии.
G13 (VW TL 774-J)
Основное отличие от антифризов серии G12++ – содержание глицерина (20% в концентрате, и 10% в растворе 50/50), который является более экологичным веществом, нежели этиленгликоль. По текущим оценкам, при производстве G13 количество выбросов CO2 на 11% меньше, чем при производстве антифриза с гликолем.
Помимо превосходной защиты от замерзания, G13 также обладает исключительными охлаждающими свойствами, а также защищает от коррозии и меловых отношений.
G12 EVO (VW TL 774-L)
Стандарт G12 EVO VW TL 774-L превосходит G11, G12, G12+, G12++, G13. Антифризы G12 EVO созданы на основе карбоксилатной технологии с добавлением фосфатов и силикатов, что увеличивает срок службы данного антифриза в связи с более медленным расходованием фосфатных присадок и лучшей защитой элементов системы охлаждения двигателя. Образует эффективную долговременную защиту деталей системы охлаждения, защищая двигатель от замерзания, перегрева, кавитации, коррозии и загрязнения.
Международные стандарты для охлаждающих жидкостей
BS 6580
Антифризы BS 6580 предназначены для двигателей легковых и грузовых автомобилей, микроавтобусов и мотоциклов. Согласно стандарту, ОЖ этого стандарта должны быть на основе МЭГ (моноэтиленгликоля) и комплекса неорганических присадок.
Не рекомендуется применять в системах охлаждения двигателей, выпущенных после 2005 года.
ASTM D3306
Спецификация содержит требования к охлаждающим жидкостям на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, используемым в системах охлаждения двигателей автомобилей или других легких грузовых машин. К стандарту ASTM D 3306 относятся силикатно-карбоксилатные антифризы, имеющие ограниченный срок службы (до 3-х лет). Склонны к образованию незначительного количества осадков. Обладают стандартными антикоррозийными свойствами. Не рекомендуется применять в системах охлаждения двигателей, выпущенных после 2010 года
ASTM D4985
ОЖ на основе МЭГ с низким содержанием силикатов, предназначенные для систем охлаждения тяжело нагруженных двигателей большой мощности. Эффективно защищают от коррозии как минимум до –36,4°C. Требуют ввода SCA присадок (нитриты, молибдаты и др.) для того, чтобы быть пригодными для тяжелых условий эксплуатации.
ASTM D6210.
Стандартная спецификация на гликолевые охлаждающие жидкости, не требующие предварительного ввода SCA присадок.
JIS K 2234
Формально, этому стандарту соответствует любой концентрат антифриза на основе этиленгликоля. Не регламентируется тип присадок, поэтому антифриз данного стандарта может быть как карбоксилатным, так и гибридным или силикатным. Обязателен к исполнению для всех японских производителей авто.
Рассмотрим охлаждающую жидкость нашего производства AGRICOOL спецификации ASTM D3306/D4985. Антифриз AGRICOOL (G-11) удовлетворяет требованиям основных международных стандартов для антифризов, а также требованиям ведущих автоизготовителей. Удовлетворяет требованиям следующих производителей для применения в двигателях собственной конструкции: CHRYSLER EUROPE, FORD, OPEL-GM, SAAB.
Очень долговечная охлаждающая жидкость. В основу которой положены новейшие технические разработки, которые оптимизируют производительность системы охлаждения машины, снижают точку замерзания, летом защищают от перегрева и обеспечивают дополнительную защиту от коррозии. Применяется при температуре до -37С.