Чем охлаждается судовой двигатель

• 1 тип охлаждения
  • 1.1 Прямое охлаждение, проточная система охлаждения
  • 1.2 Непрямое охлаждение, циркуляционная система охлаждения
• 2 центральная система охлаждения
• 3 Центральная система охлаждения, охлаждение контура пресной воды с системами низких и высоких температур
  • 3.1 Требования к системе охлаждения
• 4 системы охлаждения забортной водой
  • 4.1 Насосы забортной охлаждающей воды
  • 4.2 Охлаждение ковша
  • 4.3 Морской охладитель груди
  • 4.4 Охлаждение наружной кожи и комбинации
• 5 Низкотемпературная система водяного охлаждения (NT)
• 6 высокотемпературная система водяного охлаждения (HT)
• 7 литература

Прямое охлаждение, проточная система охлаждения

На заре судовых дизельных двигателей система водяного охлаждения проектировалась как «прямоточная система охлаждения» примерно в 1920 году. Двигатели напрямую охлаждались морской водой, которая перекачивалась насосом, прикрепленным к основному двигателю .

Непрямое охлаждение, циркуляционная система охлаждения

Из-за проблем с эрозией, коррозией и отложениями позднее произошел переход на непрямое охлаждение пресной водой. Это охлаждение было названо «циркуляционным охлаждением», потому что пресная вода циркулировала в циркуляционном контуре, а пресная вода отдавала тепло морской воде в охладителе.

для начала по поводу холодильников: охлаждаемый агент всегда должен быть в трубках? или можно его в корпус пустить? два: излишняя производительность насоса-шибко быстро бегает через радиатор и не успевает остывать должно быть 20 кубов а стоит50. тоесть скорость циркуляции излишняя не нужна. ? дизель охлаждается через вхд и внешний контур-радиатор . по цифрам выходит перебор а в натуре мало

а это чё за холодильник? чё мудришь? насоса мало чё ли? с водой забортной

у меня во внутреннем контуре тосол, темпер моно регулировать » придушив» слив после холодильника.

Просто на примере популярного семейства дизелей Volvo Penta AD31/41: охлаждаемый агент в полости, охлаждающий — в трубах.

Прокачиваемость ОЖ по системе зависит не только от насоса. В каналах радиатора при большей скорости потока увеличится гидродинамическое сопротивление и радикально прокачиваемость не увеличится.

увеличение обьема системы прямо ведет к увеличению площади теплообмена >>> к увеличению эффективности.

Может, теплопритоки высокие, а не охлаждение слабое ?
И посмотрите разницы температур на входах и выходах в теплообменник. К примеру, если есть затруднение со сбросом отработавшей забортной воды, то будет грется при любом обьеме и производительности насосов

да создатель темы я так себе ))
движок м50 на корабле охлаждается одним холодильником вхд5 ,у нас цех испытаний холдильника два последовательно на улице радиатор внешнего контура. по тосолу(внешний) холодильники в параллель а внутренний последовательно. при рабочих оборотах охлаждается медленно, скинешь обороты температура падает махом. отсюда вывод: замедлить движение жидкости-внутренний в параллель?

тоесть можно поменять или от холодильника зависит?

Последний раз редактировалось Карамбас; 07.03.2016 в 11:15 .

тосол во внешнем но там 50кубовый насос и если придушить то ничего не меняется только кипеть начинает судя по звуку. а родной дизелный двадцатка. вот и думаю насчёт излишней производительности

Скинешь обороты = резко снизишь нагрузку и теплопритоки. Вот он и охлаждается.
*
Мне кажется ваши конструкторы всё это прекрасно знают и без форумов. Просто теоретический тепловой расчет теплообменников в эксплуатации может не заработать, поэтому в реалии в проектировании теплообменников обязательно пользуются практическими данными .

нагрузку скинул но температура падает по разному от оборотов
а конструктировали мы сами, брали цифры притока-оттока коэф передачи.
по поводу скорости жидкости: видел вместо родного вдвое больший холодильник и у них греется масло(в корпусе) пришли к выводу что масло40 литров в минуту а тосол 300 овер. ничем больше не объяснимо.
холодильники у нас явно не морские трубки не почистишь и тут скорее резон такой: что грязнее то и в корпус, однако есть у нас флотский тип(речной) авторитетно сказал что охлаждаемое только в трубки ну и повелись чо, хотя изначально наоборот было проще.

Основные элементы системы охлаждения

Радиатор

Рисунок 4.33 Радиатор.

Представляет собой набор тонких трубок, на которые нанизаны тонкие пластины для увеличения площади поверхности, предназначенной для отвода тепла. Вся работа радиатора заключается в том, чтобы охлаждать жидкость, которая циркулирует в его трубках.

На рисунке 4.34 приведен пример участка радиатора с различными вариантами исполнения.

Рисунок 4.34 Варианты исполнения радиатора системы охлаждения.

На верхней и нижней частях радиатора могут быть бачки, к которым подсоединены верхний и нижний патрубки системы охлаждения соответственно. Если есть бачки, то в верхнем, обычно расположена горловина для заливания охлаждающей жидкости. Если бачков нет, то горловина располагается прямо на радиаторе.

Для лучшего охлаждения жидкости трубки делают плоскими и располагают рядами в шахматном порядке. Поперек трубок установлены в большом количестве тонкие латунные пластины, называемые охлаждающими ребрами, которые увеличивают поверхность охлаждения сердцевины и способствуют более интенсивной отдаче тепла от воды воздуху, проходящему через сердцевину.

В системе охлаждения закрытого типа горловину радиатора плотно закрывают специальной пробкой с двойным паровоздушным клапаном (смотрите рисунок 4.35). Воздушный клапан пробки нагружен слабой пружиной и пропускает внутрь радиатора атмосферный воздух, устраняя возможность возникновения в бачке радиатора разрежения, появляющегося при конденсации паров воды. Паровой клапан нагружен более сильной пружиной и открывается для выпуска пара только тогда, когда давление в радиаторе превышает атмосферное и доходит до 1,28—1,38 кг/см2.

Рисунок 4.35 Крышка радиатора.

Водяной насос

Водяной насос (он же помпа) заставляет охлаждающую жидкость циркулировать по системе. Тип насоса – центробежный. Вращается насос при помощи приводного ремня, установленного на шкив коленчатого вала.

Насос представляет собой довольно простую конструкцию: вал, на одном конце которого установлена крыльчатка (показана на рисунке 4.36), а на втором – шкив для приводного ремня. Вал опирается на подшипник, установленный в крышке помпы. Зачастую корпусом для насоса служит полость или прилив в блоке цилиндров. Вода по подводящему патрубку поступает внутрь корпуса и подводится к центру вращающейся крыльчатки. При этом вода увлекается крыльчаткой, приобретает вращательное движение, под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса и через выходной канал под напором поступает в водяную рубашку двигателя.

Рисунок 4.36 Водяной насос. Крыльчатка.

Вентилятор

В былые времена вентилятор устанавливался на одной оси с валом водяного насоса, жестко крепился к приводному шкиву и гнал воздух для дополнительного охлаждения радиатора постоянно, пока работал двигатель, так как привод был от коленчатого вала. Летом это, может, и хорошо, а вот зимой, когда температуры окружающего воздуха и так достаточно для охлаждения, дополнительное охлаждение не на пользу. Так же при движении на автомобиле летом, когда часто приходится стоять в пробках, а двигателю работать на низких оборотах, охлаждение будет недостаточное ввиду отсутствия нормального потока воздуха от вентилятора.

Примечание
Здесь стоит отметить важность определенного (довольно узкого) диапазона рабочей температуры двигателя вне зависимости от времени года или нагрузки при работе. Как вывод: перегрев плохо, но и переохлаждение далеко не на пользу.

Но прогресс не стоял и не стоит на месте, потому, поняв, что в постоянно «включенном» вентиляторе пользы ни зимой, ни летом нет, решили установить вентилятор с электромотором, который включается по команде датчика температуры. Удобно – автомобиль быстро прогревается, а при достижении определенной температуры, начинает работать электровентилятор. В современных автомобилях у электровентилятора еще и два режима работы: быстрый и медленный. Управляет этим электроника.

Но есть и еще один способ заставить без электроники работать вентилятор в заданных режимах работы – установить вяскостную муфту. Эта муфта приводится во вращения ремнем от шкива коленчатого вала. Вентилятор «сидит» на оси и при отсутствии надобности в нем не вращается. Как только возникает необходимость в охлаждении, муфта срабатывает и вентилятор начинает вращаться, как бы соединяясь через приводной ремень с коленчатым валом.

Термостат

Термостат — это клапан, установленный в корпус, который открывается при прогреве охлаждающей жидкости до нормальной рабочей температуры. Пример устройства и работы термостата приведен на рисунке 4.37. Система охлаждения двигателя устроена так, что имеет два круга обращения – малый и большой. Когда клапан термостата закрыт, охлаждающая жидкость при помощи водяного насоса циркулирует только в пределах головки и блока цилиндров, таким образом она быстро прогревается (малый круг). По мере прогрева охлаждающей жидкости, в частности, и двигателя в целом, начинает открываться клапан термостата, пуская охлаждающую жидкость циркулировать через радиатор – большой круг.

Примечание
При чрезмерном перегреве охлаждающей жидкости мощность двигателя и его экономичность снижаются. Если же охлаждающая жидкость, а следовательно, и двигатель, не прогреваются, то увеличивается конденсация топлива, вызывающая смывание смазки со стенок цилиндров и разжижение ее в картере, а также возрастают тепловые потери, что ведет к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива.

Рисунок 4.37 Работа термостата.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:

• Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
• Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
• Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.

Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).

Вода в качестве средства охлаждения двигателя внутреннего сгорания используется практически с первых же лет его существования. Тем более оправдано применение двигателей с водяным охлаждением на судах, на которых нет недостатка в сравнительно холодной забортной воде. И тем не менее, в последнее десятилетие конструкторы ДВС все чаще обращаются к использованию не водяного, а воздушного охлаждения и не только для двигателей наземных транспортных средств, но и для судовых двигателей. Одной из причин этого является всеобщая озабоченность сохранением чистоты внешней среды.

К чистоте выхлопа и явлениям, сопутствующим работе двигателей на судах, предъявляются все более строгие требования. Как бы ни был «чист» двигатель с водяным охлаждением, вместе с нагретой водой из его системы охлаждения всегда выбрасывается в воду какое — то количество горючего и смазочного масла, проникающих в систему в результате не абсолютной герметичности соединений.

Есть и другие доводы в пользу воздушного охлаждения судовых ДВС, причем все они вытекают из недостатков систем водяного охлаждения. Взять хотя бы коррозию рубашки двигателя от контакта ее поверхностей с проточной забортной водой. Коррозия блока цилиндров и его головки нередко является главной причиной преждевременного выхода двигателя из строя. Правда, некоторые фирмы снабжают системы охлаждения протекторной защитой в виде цинковых анодов, монтируемых в водопроточных каналах двигателя. Однако периодически протекторы нуждаются в замене, для чего необходима частичная разборка двигателя.

Коррозия может быть также уменьшена при использовании двухконтурной системы водяного охлаждения, при которой в замкнутом внутреннем контуре циркулирует пресная вода. Однако применение двухконтурной системы усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его массу и удорожает монтаж на судне: двигатель необходимо снабдить водо — водяным и водо — масляным холодильниками; кингстоном, фильтром и насосом забортной воды; термостатом; смонтировать трубопровод с определенным числом соединений.

Эта система является весьма уязвимой, требует постоянного внимания и контроля со стороны обслуживающего персонала — нужен контроль за температурой воды, работой насоса, очисткой фильтра и водозаборника, не говоря уже о необходимости открывать перед запуском кингстон забортной воды.

Как показывает опыт, в двадцати случаях из ста причиной отказа двигателей являются неполадки в системе водяного охлаждения как на судах, так я на наземных транспортных средствах. Вероятность отказа системы охлаждения повышается при эксплуатации судна в воде, засоренной взвешенными частицами ила или песка, которые забивают фильтры и приемную решетку системы. При отрицательных температурах возможно размораживание двигателя, при котором в рубашке цилиндров и головке блока могут появиться трещины.

Как надежные и неприхотливые в эксплуатации ДВС воздушного охлаждения получили широкое распространение на тракторах, грузовых автомобилях, дорожных и горных машинах, работающих в самых сложных условиях. Одним из крупнейших поставщиков дизелей с воздушным охлаждением на мировом рынке является фирма «Дёйтц» (ФРГ), выпускающая в настоящее время около 40 моделей таких ДВС мощностью от 5 до 500 л. с. Имеются образцы 1000-сильных дизелей, однако дальнейшему повышению мощностей ДВС с воздушным охлаждением препятствует чрезмерное увеличение размеров ребер охлаждения цилиндров, что, помимо увеличения габаритов и массы двигателей, вызывает определенные конструктивные трудности.

Использование ДВС воздушного охлаждения на судах не является технической новинкой, точнее будет сказать, что в последние годы оно получает новый толчок. Можно, например, вспомнить глиссеры 30-х годов или современные мелкосидящие катера с воздушными винтами, приводимыми от мощных авиационных моторов. На большинстве судов на воздушной подушке ДВС с воздушным охлаждением приводят во вращение вентиляторные установки.

В этих случаях используются такие положительные качества двигателей воздушного охлаждения, как малый вес на единицу мощности и простота конструкции. Поскольку ДВС устанавливаются за воздушным винтом или вентилятором — в струе воздуха, имеющего достаточно высокую скорость, охлаждение их не представляет никаких проблем. В последние годы судостроители обращают пристальное внимание на двигатели другого рода — надежные и имеющие большой моторесурс дизели воздушного охлаждения, пригодные для более тяжелых условий службы на судах различного назначения.

Одними из первых типов судов, которые стали оснащаться дизелями воздушного охлаждения, стали спасательные шлюпки и бортовые катера для морских судов. Для них ценна возможность запуска двигателя до спуска шлюпки на воду, когда она еще висит на шлюпбалках и заполняется людьми. Как только шлюпка окажется на воде и будут отданы гаки шлюп — талей, она немедленно отойдет от борта.

Конструкция современных шлюпочных дизелей с водяным охлаждением рассчитана на работу в течение 10—12 мин без контакта шлюпки с водой, но ДВС воздушного охлаждения может работать в таких условиях неограниченное время без опасности закипания воды, которая существует у обычных шлюпочных дизелей. Кроме того, при плавании в арктических водах в систему водяного охлаждения приходится добавлять антифриз и предусматривать специальные устройства для облегчения холодного запуска.

Условия размещения дизеля воздушного охлаждения на открытой шлюпке практически не отличаются от условий, в которых он работает на тракторе — он открыт для воздуха со всех сторон и ничто не препятствует свободному отводу подогревшегося воздуха. Попытки же применить такие ДВС в тесных моторных отсеках запалубленных катеров и яхт первое время часто оказывались неудачными: не уделялось достаточного внимания обеспечению циркуляции больших масс воздуха у двигателя.

Заметим, что для охлаждения двигателя требуется примерно в 25 раз большее количество воздуха, чем для сгорания топлива в его цилиндрах. Поэтому после запуска двигателя температура в моторном отсеке и смежных помещениях быстро поднималась, особенно если нельзя было открыть двери и люки.

Сейчас эта проблема успешно решена и количество судов различного назначения, оснащенных ДВС воздушного охлаждения, ежегодно увеличивается. Среди них немало судов, получивших класс различных классификационных обществ, что является высшей оценкой надежности и пригодности к эксплуатации на море. В частности, японский рыболовный флот насчитывает более 3000 мото — ботов и сейнеров, оборудованных дизелями «Дёйтц — Митсуи» ряда FL 912 мощностью от 17 до 110 л. с.

Успешно эксплуатируются лоцманские боты, патрульные катера, паромы, моторные и моторно-парусные яхты, на которых установлены дизеля с воздушным охлаждением. На ряде озер в Центральной Европе, где запрещено плавание судов с обычными ДВС, сделано исключение для пассажирских и прогулочных катеров с двигателями воздушного охлаждения (иногда со спаренной установкой при мощности дизелей по 220 л. с.).

Имеется положительный опыт применения дизелей с воздушным охлаждением типа Д22 и Д37 производства Владимирского тракторного завода и в отечественном малом судостроении. В частности, эти двигатели устанавливались на плавучих комбайнах ИРД, предназначенных для эксплуатации на внутренних водоемах для искусственного разведения рыбы; они непременно должны были отвечать повышенным требованиям к чистоте воды.

Однако широкого распространения на малых судах эти двигатели не получили из-за отсутствия в серийном производстве реверсивно — редукторных передач, пригодных для их комплектации. Итак, ДВС воздушного охлаждения имеют определенные качества, позволяющие рассматривать их как перспективный тип двигателей для малых судов. Познакомимся с некоторыми их особенностями, которые следует учитывать при установке на судно.

При водяном охлаждении максимальная температура охлаждаемых поверхностей двигателя (в частности — головки блока и стенки цилиндра) ограничивается температурой кипения воды, т. е. 90—11О°С. При воздушном охлаждении температура стенок цилиндров может быть допущена значительно выше — до 150°. Благодаря этому смазочное масло становится более жидким, его смазочные свойства улучшаются, что способствует уменьшению износа стенок цилиндров и поршневых колец.

Топливо, попадающее в смазочное масло и не успевающее сгореть при холодном пуске, при хорошо прогретом двигателе испаряется, затем через сапун и всасывающий тракт оно вновь поступает в цилиндры, где и сгорает. В судовых двигателях с водяным охлаждением при нормальной эксплуатации перегрева не бывает, поэтому попавшее в масло топливо остается в нем, ухудшая смазочные свойства. Для компенсации разжижения масла топливом приходится периодически доливать масло в расходный бак.

Большие температурные перепады, на которые рассчитывается ДВС воздушного охлаждения, обусловливают важные преимущества их при работе в условиях высоких температур окружающего воздуха. Для них не существует опасности закипания воды в межрубашечном пространстве при засорении системы охлаждения, неисправности насосов забортной или циркуляционной воды, а также размораживания системы в случае отрицательных температур.

При холодном запуске дизеля воздушного охлаждения температура выпадения конденсата на стенках цилиндров достигается за срок, примерно в три раза более короткий, чем у двигателя с водяным охлаждением. Это обусловливает менее благоприятные условия для развития коррозии в цилиндрах ДВС воздушного охлаждения и больший срок их службы.

Распространенное мнение о том, что ДВС воздушного охлаждения создают при работе больше шума, чем двигатели с водяным охлаждением, в настоящее время потеряло под собой почву. Проведенные исследования показали, что тип охлаждения не является фактором, предопределяющим уровень шумности двигателя. Водяная рубашка отнюдь не является шумопоглощающей изоляцией, как это ранее предполагалось. Гильзы цилиндров, будучи соединенными со стенками картера, передают через него шум, создаваемый двигателем.

При тщательной доработке аэродинамических качеств вентилятора воздушного охлаждения шум двигателя может быть существенно снижен, особенно в его высокочастотных спектрах, оказывающих наибольшее звуковое воздействие на человека. ДВС воздушного охлаждения имеют несколько меньшие габариты и массу при равной мощности с двигателями водяного охлаждения.

Естественно, что у ДВС воздушного охлаждения имеются и недостатки, которые связаны прежде всего с работой этих двигателей на повышенном тепловом режиме. В целом такой режим благоприятно сказывается на некотором повышении термического КПД двигателя и его экономичности, но и в то же время происходит довольно большой угар масла. Это приводит к необходимости более частой замены масла в двигателе, повышенному образованию нагара на поршнях, клапанах, поршневых кольцах и форсунках и как следствие — к износу таких деталей.

При установке ДВС воздушного охлаждения на судне необходимо обеспечить подвод холодного наружного воздуха к вентилятору двигателя и отвод теплого воздуха в атмосферу. Если двигатель установлен в моторном отсеке у транца, воздухозаборники могут быть расположены в переборке, отделяющей отсек от кокпита. Иногда они выполняются в виде шахт, подводящих воздух из заборников, смонтированных в боковых или передней стенках рубки.

Важно, чтобы вместе с воздухом в моторный отсек не попадала вода с верхней палубы и воздух опускался беспрепятственно до трюма в моторном отсеке. В этом случае холодный воздух на пути в вентилятор двигателя будет охлаждать реверс — редуктор, топливные цистерны, переборки отсека. Вместе с ним будут удаляться газы, скапливающиеся в трюме.

При размещении двигателя у транца отвод горячего воздуха (его температура около 50 о ) может осуществляться через короткую трубу, соединяющую выходное отверстие в транце с патрубком на двигателе. При размещении двигателя в средней части судна оптимальной конструкцией отвода воздуха является вертикальная шахта, заканчивающаяся дымовой трубой над палубой или рубкой. Внутри шахты можно пропустить выхлопной трубопровод, который будет охлаждаться омывающим его воздухом, потому его не требуется изолировать.

Чтобы выхлопные газы не попадали в трубу, срез газовыхлопа желательно расположить слегка выше кромки дымовой трубы. Трубопровод, отводящий горячий воздух, должен быть по возможности коротким и не иметь крутых поворотов с тем, чтобы не оказывать сопротивления работе вентилятора. После остановки двигателя вентиляция моторного отсека происходит естественным путем — за счет тяги дымовой трубы.

Воздушные заборники и шахты в ряде случаев отнимают полезный объем помещений на малых судах и требуют определенных затрат на их изготовление и монтаж. Однако эти затраты окупаются надежностью, простотой обслуживания и другими эксплуатационными качествами двигателей с воздушным охлаждением.

Вентиляторы для системы охлаждения

Вентиляторы различаются по многим параметрам, включая материал, из которого они состоят, и способ их изготовления или сборки, по диаметру, количеству лопастей, длине лопасти, шагу лопасти и типу ступицы. Материалы включают нейлон или пластик, металл и гибридные материалы, например, вентилятор Horton HTEC (термореактивный композит).

Формованные вентиляторы являются наиболее распространенными и интенсивно используются как на дорогах, так и вне дорог. Они изготавливаются из пластика или нейлона и имеют цельный дизайн.

Модульные вентиляторы обычно используются в условиях бездорожья и обеспечивают значительную гибкость конструкции. При этом в одной и той же втулке могут использоваться различные длины лезвий, их шаг, конфигурации и материалы для оптимизации производительности. Различные варианты ступиц увеличивают их пригодность для многих применений.

Металлические вентиляторы используются в внедорожных транспортных средствах, а также в транспортных средствах, предназначенных для дорог. Прочные и относительно легкие, они могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с учетом точных требований к воздушному потоку, размеру, длине лопасти, ширине лопасти, типу кожуха, зазору наконечника, диапазону скоростей передаточного числа вентилятора и другим факторам.

Виды систем охлаждения двигателя

Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания делятся на три основных типа: жидкостные (водяные), воздушные и гибридные (комбинированные — для охлаждения используется и воздух и жидкость).

Жидкостная система охлаждения

Жидкостные системы охлаждения делятся на несколько типов — замкнутого, не замкнутого и открытого типа. В системах незамкнутого жидкостного охлаждения охлаждающая жидкость (сокращенно ОЖ) подается извне, отводит тепло от его источника и направляется во внешнюю среду. Например, для охлаждения режущего инструмента подается поток смазки, поступающий самотеком в маслосборники. В открытых системах жидкостного охлаждения нагревательный элемент расположен в объеме теплоносителя, а тот в свою очередь помещен в охладитель. Системы открытого типа применяют, например, для охлаждения трансформаторов. В автомобилях используются только системы замкнутого жидкостного охлаждения, когда жидкая среда находится в герметичном контуре.

Для ускорения теплообмена дополнительно к замкнутой жидкостной системе может подключаться воздушная — такая связка широко применяется в автомобилестроении и называется комбинированной (или гибридной) системой охлаждения.

Комбинированная (гибридная) система охлаждения

По герметичному контуру принудительно циркулирует жидкость, которая нагревается в рубашке охлаждения двигателя и остывает в радиаторе охлаждения. Дополнительно рядом с радиатором установлен вентилятор, который включается при повышении температуры охлаждающей жидкости выше заданного значения. Такая система применяется на абсолютном большинстве современных автомобилей.

В качестве охлаждающей жидкости сегодня чаще всего применяется антифриз — специальная жидкость на основе этиленгликоля, которая не замерзает при низких температурах (в народе называют «незамерзайка»). Ранее использовали простую воду. В СССР распространение получили антифризы марки Тосол, под которой выпускался целый ряд технических жидкостей для автомобилей. Охлаждающие жидкости этого бренда под названиями «Тосол-А» и «Тосол-АМ» были так популярны, что слово «тосол» стало народным синонимом «антифризу».

Принципиальная схема охлаждения одинаковая как для бензиновых, так и дизельных двигателей. В этой статье мы рассмотрим общую схему, которая актуальна для обоих видов моторов. Порядок расположения элементов может отличаться от автомобиля к автомобилю, но основные компоненты, обеспечивающие правильную работу системы охлаждения — одинаковые.

Устройство жидкостной системы охлаждения двигателя

Радиатор охлаждения (1):

Радиатор охлаждения автомобиля (или воздушный теплообменник) служит для рассеивания тепла в воздухе. Состоит из трубок, по которым циркулирует жидкость, и большого количества пластин (рёбер), которые увеличивают поверхность для ускорения теплообмена. Радиаторы изготавливаются из легко проводящих тепло материалов — медь (трубки) и алюминий (пластины). Радиаторы с медными трубками более долговечны, однако с целью удешевления их часто делают алюминиевыми, что сказывается на долговечности.

Вентилятор (2):

Вентилятор радиатора — создает мощный поток воздуха, ускоряя охлаждение радиатора (при движении на малой скорости, в жаркую погоду, в пробках и т.д.). В современных автомобилях работает от электродвигателя и имеет несколько скоростей вращения, которые автоматически выбирает и включает бортовой компьютер, используя показания датчиков температуры. При включении кондиционера вентилятор радиатора включается на максимальной скорости и работает постоянно.

Водяной насос (3):

Водяной насос, или помпа — отвечает за циркуляцию жидкости в системе охлаждения автомобиля. Приводится в движение ременной передачей от вала двигателя (чаще) или от электродвигателя (реже). В связи со сложными условиями работы является расходным элементом — по регламенту меняется вместе с ремнем газораспределительного механизма (ГРМ) и роликами. На двигателях с цепной системой газораспределения автопроизводители рекомендуют менять помпу каждые 90 000 километров пробега.

Термостат (4):

Термостат — в системах охлаждения автомобиля регулирует движение охлаждающей жидкости (по малому или большому кругу) с целью ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной температуры его работы. Когда мотор не прогрет до рабочей температуры термостат закрыт и жидкость движется только по малому кругу (рубашка охлаждения мотора и радиатор отопителя салона), после прогрева термостат открывается, и жидкость движется по большому кругу (через радиатор охлаждения).

Вентилятор отопителя (5):

Вентилятор отопителя — прогоняет очищенный от крупных частиц салонным фильтром уличный воздух через радиатор отопителя, тем самым снимает с него тепло, которое далее идет по воздуховодам и подается в салон. На машинах с кондиционером этот же вентилятор обдувает испаритель, снимая с него холод. Состоит из электродвигателя, крыльчатки и корпуса. Обычно располагается в салоне автомобиля — непосредственно в системе воздуховодов, реже — за моторным щитом.

Радиатор отопителя (6):

Радиатор отопителя, или печка — обычный теплообменник, который служит для отвода тепла в салон автомобиля. Устройство, схема подключения и принцип работы аналогичны основному радиатору. Главное отличие — радиатор отопителя меньше. Теплообменник постоянно нагрет, поскольку напрямую подключен к системе охлаждения автомобиля. Съем тепла с него осуществляется вентилятором — если он выключен, или перекрыта заслонка испарителя — в салон тепло попадать не будет.

Расширительный бачок (7):

Расширительный бачок предназначен для хранения излишков охлаждающей жидкости (антифриза), которые возникают в результате расширения этой жидкости в процессе нагрева. В автомобилях используют расширительные бачки открытого типа — закрывающая их крышка одновременно является клапаном (в некоторых автомобилях это просто крышка, а клапан находится на радиаторе), который поддерживает избыточное давление охлаждающей жидкости. Бачки делают из полупрозрачного пластика (для удобства контроля уровня жидкости) и располагают их в верхней точке системы охлаждения с целью недопущения появления воздушных пробок.

Все элементы соединены в замкнутый контур посредством патрубков (шлангов), отводов и втулок. Немаловажную роль в корректной работе системы охлаждения играет датчик температуры охлаждающей жидкости, обычно их ставят два — один дает показания на приборную панель, другой передает данные бортовому компьютеру. На основании температуры, например, может меняться состав топливовоздушной смеси, включаться или выключаться повышенные (прогревочные) обороты и вентилятор охлаждения.

Также часто в систему охлаждения мотора, особенно мощных двигателей, входит масляный радиатор (в основном это жидкостно-масляный теплообменник), который охлаждает моторное масло до температуры близкой к температуре ОЖ.

Принцип работы жидкостной (гибридной) системы охлаждения автомобиля

В каналы блока и головки цилиндров (так называемую рубашку охлаждения) подается жидкость с помощью водяного насоса (помпы). Жидкость забирает на себя часть тепла от двигателя и охлаждается в радиаторе. В системе охлаждения есть два круга обращения охлаждающей среды — малый и большой. Выбор пути регулируется термостатом — на «холодную» жидкость движется только по рубашке охлаждения (малый круг, иногда в него входит и радиатор отопителя) не попадая в радиатор, что ускоряет выход мотора на рабочую температуру.

Схема системы охлаждения двигателя

С повышением температуры жидкости в системе (отслеживается датчиками температуры) — термостат начинает приоткрывать путь на для жидкости на большой круг, в котором задействованы все элементы системы охлаждения как на приведенной выше схеме. Чем выше температура жидкости — тем сильнее открыт термостат. Если при максимальном открытии термостата температура продолжает расти и достигает определенного значения — включается вентилятор охлаждения радиатора, который ускоряет охлаждения жидкости.

Воздушная система охлаждения

Воздушные системы в свою очередь делятся на два типа — естественного и принудительного охлаждения. Естественная система воздушного охлаждения является наиболее примитивным вариантом — отвод тепла осуществляется с помощью оребрения на поверхности цилиндров (как на радиаторах воздушного охлаждения). Однако простота конструкции в купе с низкой теплоёмкостью воздуха создает ряд ограничений и проблем:

• Невозможность применения на компактных и мощных двигателях из-за слабого отвода тепла;
• Неравномерное охлаждение и как следствие необходимость решения проблем локального перегрева, в частности увеличивать поверхность оребрения в местах аэродинамической тени, располагать более горячие выпускные клапана «лицом» к потоку воздуха;
• Необходимость не допускать сильного загрязнения пластин охлаждения, поскольку из-за этого сильно падает эффективность отвода тепла.

На сегодняшний день воздушное охлаждение естественно типа еще можно встретить на мотоциклах, мопедах и авиатехнике. На легковых автомобилях уже не применяется, на мототехнике вытесняется жидкостным охлаждением из-за возросшей форсировки моторов.

Двигатель Yamaha XVS950A

Принудительная система воздушного охлаждения применяется в стационарных объектах и технике, доступ воздуха к двигателю которой ограничен в следствие наличия капота или иных элементов на пути воздушного потока. В этом случае обдув двигателя осуществляется с помощью вентилятора. Конструкция по сравнению с системами естественного воздушного охлаждения усложнена только наличием вентилятора и тоже относится к простым. Также очевидным плюсом такой системы является отсутствие охлаждающей жидкости, как собственно и системы для ее циркуляции. Минусы: большие габариты двигателя, низкая эффективность охлаждения, высокий уровень шума от вентилятора. Как и у естественного воздушного охлаждения есть проблемы с неравномерным обдувом.

Самая известная машина с принудительной системой воздушного охлаждения — «Запорожец». Такого же типа охлаждение ставили на моторы моделей Volkswagen Kafer, Fiat 500, Citroen 2CV, Tatra 613. Volkswagen Type 2. В современных автомобилях принудительная система воздушного охлаждения не применяется. Но иногда умельцы реставрируют старые автомобили с двигателями с таким охлаждением. Например, вот экземпляр восстановленного Porsche 911 с четырехлитровым мотором с воздушным охлаждением (форсированный до 390 л.с и конструктивно доработанный):

Двигатель Porsche 911 с воздушным охлаждением

На этом знакомство с системой охлаждения двигателей автомобилей окончено. Типовые неисправности и поломки таких систем — тема для отдельной статьи. Если остались вопросы — не стесняйтесь, задавайте.