Как работает система охлаждения двигателя

Система охлаждения — невоспетый герой автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Он бесшумно поддерживает рабочую температуру двигателя, предотвращая перегрев, и в то же время обеспечивает приятное тепло в салоне. Единственный раз, когда мы замечаем систему охлаждения, это когда она выходит из строя, и это довольно часто может иметь катастрофические последствия.

Температура внутри камеры сгорания автомобильного двигателя (место, где сгорает топливо) легко может достигать 1600 градусов. F. Рабочая температура двигателя должна быть ниже 200 градусов. Это много тепла, которое нужно отвести. Рабочая температура двигателя зависит от температуры охлаждающей жидкости. Повреждение двигателя может произойти довольно быстро, когда температура охлаждающей жидкости начнет подниматься примерно до 300 градусов.

Система охлаждения двигателя работает по принципу теплопередачи. Теплопередача – это перемещение тепловой энергии из одного места в другое. Тепловая энергия всегда будет искать что-то более прохладное. Хорошим примером этого является помещение теплой банки газировки (пива) в холодильник со льдом. Поскольку тепловая энергия всегда будет перемещаться к чему-то более прохладному, тепловая энергия в банке передается льду, в результате чего банка становится холодной. Холод по определению – это отсутствие тепловой энергии.

Вот как автомобильная система охлаждения использует механизм теплопередачи, чтобы охлаждать двигатель и согревать ягодицы:

Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по системе охлаждения. Водяной насос приводится в действие теми же ремнями привода вспомогательных агрегатов, которые приводят в действие генератор переменного тока, насос гидроусилителя руля и компрессор кондиционера. Эти ремни приводятся в движение шкивом на передней части коленчатого вала. Водяной насос использует вращающиеся крыльчатки для прокачки охлаждающей жидкости через двигатель, радиатор и сердцевину отопителя.

Охлаждающая жидкость проходит через двигатель через водяные рубашки. Водяные рубашки есть по всему двигателю, но в основном они сосредоточены вокруг камер сгорания, так как именно здесь выделяется тепло и самая высокая температура.

Термостат регулирует поток охлаждающей жидкости. Термостат является привратником системы охлаждения. В нем используется подпружиненный тарельчатый клапан, который закрывается, когда двигатель холодный, блокируя поток охлаждающей жидкости, и обычно открывается при температуре охлаждающей жидкости 185–195 градусов, в зависимости от номинала термостата.

Когда термостат закрыт, он блокирует поток охлаждающей жидкости через радиатор. Охлаждающая жидкость направляется через двигатель по перепускному шлангу. Это позволяет охлаждающей жидкости нагреваться без охлаждающего эффекта радиатора, пытающегося охладить ее. Таким образом, двигатель и охлаждающая жидкость достигают рабочей температуры.

При достижении рабочей температуры термостат открывается, пропуская охлаждающую жидкость через радиатор. В термостате используется биметаллическая пружина. Это означает, что пружина состоит из двух отдельных металлов, которые по-разному сжимаются и расширяются при изменении температуры. Когда горячая охлаждающая жидкость нагревает пружину, оба металла притягиваются друг к другу, заставляя пружину сжиматься, что открывает тарельчатый клапан, позволяя охлаждающей жидкости течь.

Как только охлаждающая жидкость проходит через радиатор, она продолжает цикл нагрева и охлаждения. Когда охлаждающая жидкость проходит через двигатель, тепло передается от горячего двигателя к охлаждающей жидкости. Затем этот чрезвычайно горячий хладагент прокачивается через радиатор, где его тепловая энергия передается в атмосферу, и цикл продолжается.

Так как хладагент течет через радиатор, тепловая энергия от хладагента переходит к металлу в радиаторе. Вентилятор охлаждения продувает воздух через ребра радиатора, пропуская тепловую энергию радиатора в воздух, где она и уходит. Это как дуть на картофель фри, чтобы он остыл.

Вентиляторы охлаждения приводятся в действие либо ременным приводом, либо электродвигателем. Вентиляторы с ременным приводом обычно оснащены центробежной муфтой или термостатической муфтой. Центробежная муфта замедляет скорость вращающихся лопастей вентилятора по мере увеличения частоты вращения двигателя, позволяя вентилятору вращаться на выбеге, не связанному с крутящим моментом двигателя. Это основано на предположении, что если частота вращения двигателя выше, автомобиль должен двигаться по дороге. При движении автомобиля воздух естественным образом проходит через радиатор, поэтому ему требуется меньшая скорость вращения вентилятора. Уменьшение скорости вращения вентилятора снижает нагрузку на двигатель и снижает расход топлива.

Термостатическая муфта имеет встроенную биметаллическую пружину, которая уменьшает крутящий момент на лопастях вентилятора при холодном двигателе, позволяя им вращаться на выбеге. Когда пружина нагревается, лопасти вентилятора работают на полную мощность. Это также снижает сопротивление вентилятора и снижает расход топлива.

Электрические вентиляторы системы охлаждения активируются электронным блоком управления (ECM) с помощью сигнала от датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя. Когда охлаждающая жидкость достигает заданной высокой температуры, ECM включает вентилятор. ECM выключит вентилятор, когда охлаждающая жидкость достигнет заданной низкой температуры.

Электрические вентиляторы лучше, потому что они не создают нагрузку на двигатель, что помогает экономить топливо. Электронное управление вентилятором позволяет ECM контролировать температуру охлаждающей жидкости, поддерживая оптимальную температуру охлаждающей жидкости. ECM также включает охлаждающий вентилятор при работающем кондиционере. Конденсатор кондиционера расположен перед радиатором, поэтому крайне важно, чтобы при работающем кондиционере через радиатор и конденсатор постоянно дул воздух с высокой скоростью.

Все автомобильные системы охлаждения закрыты герметичной крышкой. Поскольку тепло увеличивает давление, давление в системе охлаждения начинает расти, как только температура повышается. Излишне говорить, что если вы забудете проверить это давление, это может иметь катастрофические последствия. Герметичные крышки вентилируют систему охлаждения при заданном давлении. Большинство колпачков установлены на давление 15 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Это означает, что при давлении 15 PSI крышка будет сбрасывать давление в атмосферу. Герметичный колпачок работает по тому же принципу, что и термостат. Биметаллическая пружина сжимается, поднимая уплотнение и сбрасывая давление.

Герметичная крышка может располагаться либо на радиаторе, либо на пластиковой бутылке для дегазации. Баллон для дегазации представляет собой резервуар, который находится в моторном отсеке выше двигателя и радиатора. Поскольку воздух естественным образом поднимается вверх, будучи запертым в жидкости, весь воздух в системе охлаждения попадет в дегазационную емкость и будет вытеснен из напорного колпачка во время сброса давления. Воздух вреден для системы охлаждения. Захваченный воздух остановит поток охлаждающей жидкости, что может привести к перегреву, недостатку тепла в салоне или ложным показаниям датчика температуры.

В системах, в которых на радиатор устанавливается герметичная крышка, используется переливной бачок. Все, что делает этот бак, это улавливает любую охлаждающую жидкость, которая может вытечь во время сброса давления. Если уровень охлаждающей жидкости в радиаторе упадет из-за обычных приливов и отливов в системе охлаждения, охлаждающая жидкость будет высасываться из расширительного бачка и обратно в радиатор.

Система охлаждения не только охлаждает двигатель, но и согревает вас. Тепло, поступающее в салон в холодный день, передается от горячей охлаждающей жидкости к радиатору отопителя, а затем к воздуху, который нагнетается в автомобиль двигателем вентилятора.

Сердцевина отопителя представляет собой мини-радиатор. Охлаждающая жидкость течет по ряду узких трубок, соединенных тонкими слоями металла, расположенных в виде сот. Горячие трубки нагревают соты, которые передают свою тепловую энергию воздуху, проталкиваемому двигателем вентилятора через сердцевину нагревателя. Вот почему вы часто слышите о плохом термостате, вызывающем отсутствие тепла. Если термостат застрял в открытом положении, охлаждающая жидкость не имеет возможности достичь рабочей температуры. Не горячая охлаждающая жидкость означает не горячее тепло.

Итак, это основы того, как система охлаждения двигателя удерживает двигатель от саморазрушения. Автомобильные двигатели отлично справляются с задачей сокрытия всего насилия, которое на самом деле происходит глубоко внутри двигателя внутреннего сгорания во время его работы. Тепло является побочным продуктом всей этой неразберихи, и ваша система охлаждения постоянно борется за то, чтобы держать этот нагрев под контролем.