Система охлаждения двигателя автомобиля: как диагностировать неисправность

Назначение и классификация систем охлаждения двигателя автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому, что при его работе внутри цилиндров регулярно сгорает топливно-воздушная смесь. При этом температура внутри камеры сгорания возрастает до 1800-2000 градусов Цельсия, обеспечивая максимально возможное расширение газообразных продуктов сгорания. 

Разумеется, в полезную механическую работу перейдет только часть высвобождающейся энергии, а оставшаяся часть, так или иначе, выбрасывается в окружающую среду через глушитель, систему охлаждения двигателя автомобиля, смазку или же просто через наружные поверхности силового агрегата.

Нужно помнить, что при нагревании металл расширяется. И чем больше нагрев, тем сильнее увеличивается объем (хоть эта зависимость и не линейная), и поэтому инженеры при проектировании двигателей предусматривают специальные зазоры и допуски, рассчитанные именно на термическое расширение деталей.

Но рабочий режим каждой конкретной модели двигателя рассчитан на определенный уровень температуры, и при его превышении возрастает износ деталей, и даже возникает угроза заклинивания. Кроме того, запредельное превышение рабочей температуры может привести к выгоранию смазки, а у бензиновых моторов велика вероятность появления детонационного сгорания топливно-воздушной смеси.

Казалось бы, высокие температуры – плохо: металлические детали расширяются, появляется угроза заклинивания и пр. Так значит, температуру нужно держать как можно ниже, чтобы таких проблем не возникало? Но нет, чрезмерное снижение температуры также крайне нежелательно. Здесь нужно вспомнить торию теплоемкости металлов. Принцип тут простой: чем сильнее металл уже нагрет, тем меньше дополнительной энергии он может принять (до момента расплавления).

Обратное также верно: чем металл холоднее, тем больше энергии он способен «впитать», нагреваясь. Так что охлажденный ниже определенной нормы двигатель значительно уменьшит выдаваемую мощность в связи с собственным повышенным, но бесполезным потреблением энергии. Кроме того, увеличивается вязкость масла и, как следствие, растет трение и износ деталей. 

Принципом работы системы охлаждения двигателя автомобиля является удержание рабочей температуры ДВС на уровне самого выгодного теплового режима. Системы охлаждения бывают жидкостные (иногда еще их называют водяными) и воздушными.

Наиболее известный представитель автомобиля с воздушным охлаждением – это WV «Жук» (ну и еще советский «Запорожец», конечно же). Но в настоящее время ДВС с воздушным охлаждением на автомобилях встречаются очень редко.

Системы жидкостного охлаждения бывают с открытым и закрытым контуром. Открытые системы подразумевают расход охлаждающей жидкости. Иными словами, ее поток (как правило, это вода) поступает в рубашку ДВС извне, омывает блок цилиндров и детали головки блока, а дальше нагретая вода сбрасывается в окружающую среду или в иной внешний контур.

Закрытые жидкостные охлаждающие системы с окружающей средой разобщены. В атмосферу осуществляется сброс только непосредственно тепла посредством радиатора. Контур закрытой системы водяного охлаждения является герметичным, а значит, давление охлаждающей жидкости (ОЖ) в нем намного выше, чем в системах с открытым контуром. Если больше давление, значит, выше нагрев, поэтому двигатели с закрытым контуром охлаждения работают при более высоких температурах охлаждающей жидкости – до 120 град. Цельсия.

Кроме того, здесь требуются охлаждающие жидкости с иными свойствами, поэтому в большинстве моторов используется тосол.

Относительно способа циркуляции ОЖ системы охлаждения подразделяют на три типа:

• Принудительные (циркуляция жидкости по контуру осуществляется насосами, которые приводятся в действие самим двигателем).
• Термосифонные (циркуляция осуществляется за счет разницы в плотности ОЖ, нагретой возле блока цилиндров, и уже успевшей охладиться в радиаторе). Во время работы охлаждающая жидкость нагревается и поднимается в верхний расширительный бачок, откуда затем поступает в радиатор. Там она охлаждается, ее плотность увеличивается, и она уходит в нижний расширительный бачок, а оттуда снова направляется на омывание блока цилиндров.
• Комбинированные (в них головка блока цилиндров охлаждается принудительно, а блок цилиндров – термосифонным методом).

Устройство системы охлаждения двигателя

Самыми распространенными на данный момент являются ДВС с закрытыми жидкостными контурами охлаждения.

В схему системы охлаждения двигателя автомобиля входят:

• Рубашка охлаждения блока цилиндров и головки блока.
• Радиатор.
• Насос для перекачивания ОЖ.
• Вентилятор принудительного охлаждения.
• Термостат.
• Патрубки и шланги.
• Расширительный бачок.

Также к данной системе относится и радиатор отопления салона. Однако он не оказывает какого-либо заметного влияния на работу ДВС.

А теперь разберем работу системы охлаждения двигателя автомобиля и особенности устройства перечисленных выше узлов и элементов подробнее.

• Рубашка охлаждения – это внутренняя полость в корпусе блока цилиндров, по которой проходит ОЖ, огибая основные нагревающиеся детали (стаканы цилиндров), снимает с них избыточную теплоту и уносит ее к радиатору по циркуляционному контуру.
• Насос ОЖ (еще его иногда называют охлаждающей помпой). Он обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости по контуру. Насос приводится в движение либо через ременную передачу от вала двигателя, либо (как в последних конструкциях ДВС) отдельным электромотором, мощность которого регулируется управляющим блоком.
• Термостат. Его основной функционал – поддержание оптимальной температуры работы ДВС. Если температура ОЖ достигла заданной величины, то термостат переключает клапан и жидкость подается на малый контур в обход радиатора.

Читайте также!

«Виды технического обслуживания автомобиля: периодичность и нюансы ТО» Подробнее

• Радиатор. Он имеет пластинчатую или трубчатую структуру. Радиатор сконструирован так, чтобы проходящие сквозь него потоки воздуха максимально эффективно принимали сбрасываемое тепло. Радиаторы выполняются из металлов, которые обладают наилучшей теплопередачей: алюминий, медные сплавы и др.
• Вентилятор. В его задачу входит обеспечение притока воздуха, который продувает радиатор. Вентилятор необходим, прежде всего, при движении автомобиля на малой скорости или при остановке, так как в этих случаях встречный обдувающий поток очень слаб или вовсе отсутствует. Обычно вентилятор находится на одном валу с водяной помпой.
• Расширительный бачок. В нем содержится запас ОЖ. Кроме того, не стоит забывать и о том, что жидкости при нагревании также расширяются, а значит, для ОЭ тоже нужно предусмотреть пространство, куда может переливаться ее избыток при нагревании.

Диагностика системы охлаждения двигателя

Современное понимание функций системы охлаждения заключается в том, чтобы она как можно быстрее вывела двигатель на оптимальные рабочие температуры. Дальше уже осуществляется поддержание данной температуры, сопровождающееся эффективным сбросом тепла в атмосферу.

При этом недопустимо, чтобы двигатель оставался недогретым. Если фактическая температура ниже оптимальной, то под нагрузками его детали изнашиваются намного быстрее.

Во время проведения диагностики необходимо осуществлять проверку общего устройства системы охлаждения двигателя автомобиля в целом, а не только исправность отдельных ее узлов и деталей. К примеру, следует учитывать, что у автомобиля под капотом мало свободного пространства, и шланги с патрубками могут иметь изгибы, которые снижают пропускную способность контура. Это, в частности, становится причиной частых перегревов мотора.

Если в систему налить мало ОЖ, то двигатель станет перегреваться. Совокупной теплоемкости жидкости будет просто недостаточно для того, чтобы снять избыточную теплоту с того же блока цилиндров. Но если перелить ОЖ и добавить больше нормы, то здесь повышается вероятность ее выдавливания через крышку бачка.

В случае если охлаждающая жидкость мутнеет, изменяет свой первоначальный цвет, то это говорит о том, что в ней появились примеси, которые там быть не должны, а значит, ее физические свойства изменились. В качестве ОЖ на большинстве автомобилей используется антифриз или тосол. Так вот, его период службы составляет 2-3 года, после чего состав нужно непременно менять, потому что после этого срока теплосъемные свойства этой жидкости существенно ухудшаются.

Ну и, конечно, падение уровня ОЖ в системе даже тогда, когда двигатель прогрет, свидетельствует о том, что где-то в контуре присутствует утечка. Все соединения нуждаются в тщательном обследовании.

Слабым местом расширительного бачка является его крышка. Кроме того, подтекания возможны при ослабевании стяжных хомутов. Частой неисправностью радиатора являются растрескивания, которые возникают под воздействием различных механических факторов. И наконец, тосол может вытекать из-под термостата, а также из корпуса водяной помпы в случае ухудшения качества уплотнений.

Проверка герметичности системы охлаждения производится посредством закачивания воздуха под давлением в предварительно опорожненную систему. Подача воздуха с давлением 100 кПа (+1 дополнительная атмосфера) производится через специальное приспособление на крышке радиатора. Если через короткое время наблюдается снижение давления, значит, налицо утечка.

В случае диагностирования негерметичности необходимо будет последовательно проверить все соединения и рискованные места по представленному выше списку. Также рекомендуется произвести диагностику всех элементов системы охлаждения двигателя автомобиля.

Предположим, что диагностика не выявила никаких проблем с состоянием системы охлаждения: утечек нет, работа помпы штатная, радиатор также герметичен и не забит никакими загрязнениями, бачок не имеет видимых дефектов. Однако двигатель через некоторое время работы на холостом ходу все равно либо перегревается, либо недогревается.

Данные проблемы обычно связаны с неисправностью термостата. Его можно быстро диагностировать. Демонтировать деталь для этого не требуется. Делается это так: холодный двигатель запускается и работает примерно 10 минут. По мере прогревания расширяющийся тосол начинает заполнять нижний расширительный бачок. Запускается этот процесс уже при температуре ОЖ примерно в 80–85 °С. Это говорит о том, что термостат работает штатно.

Но не следует исключать возможность кратковременных сбоев данного устройства. Это может происходить так: после прогрева двигателя и достижения им заданной температуры термостат открывает клапан и пропускает тосол из малого контура в большой. Но открытие это происходит не полностью, и большая часть ОЖ по-прежнему циркулирует через малый контур. В результате патрубки большого контура нагреваются, нижний расширительный бачок тоже наполняется. Но двигатель все равно склонен к перегреву.

Также проблема возникнет, если термостат не перекрывает большой контур при излишнем остывании тосола. В этом случае можно наблюдать эффект длительного прогрева, когда даже после 10-15 минут работы на холостом ходу температура ОЖ никак не достигает оптимального рабочего уровня. Оно и понятно: термостат не срабатывает, и тосол все время циркулирует по большому контуру, избыточно охлаждаясь в радиаторе.

Во всех описанных случаях термостат нужно демонтировать и проверять. Поместите его в горячую жидкость и определите таким образом температуру его срабатывания. В случае существенных отклонений от нормативных значений данное устройство лучше сразу заменить.

Если же термостат работает штатно, значит, корень проблемы кроется в функционировании датчика температуры или же в неисправной работе вентилятора, особенно если последний приводится в действие электромотором. Вентилятор может быть поврежден физически, а также иногда причиной становится его хаотичное срабатывание вне зависимости от требуемой на данный момент мощности обдува.

Иногда проблемы возникают и с водяной помпой. Вот возможные симптомы:

• Быстрый и резкий рост температуры ОЖ при запуске мотора.
• Посторонние шумы в моторе (впрочем, здесь необязательно, что именно помпа виновата).
• Биение вала водяного насоса при его ручном проворачивании.
• Течь через сальник водяного насоса.

Вообще, шумная работа помпы однозначно свидетельствует о необходимости ее замены. Резкий нагрев мотора – это явный признак того, что насос просто не работает и ОЖ не циркулирует ни по какому контуру. Проблемы здесь могут быть связаны как с приводом помпы, так и с повреждением ее крыльчатки.

Течи в районе помпы зачастую свидетельствуют о неисправности сальника. Но в любом случае, если с насосом происходит что-то не то, лучше (для подстраховки) его сразу заменить. При перегревании мотора последствия могут быть куда серьезнее.

Переохлаждение не так страшно, как перегревание, однако тоже приятного мало. Оно может произойти по нескольким причинам:

• заедание термостата в открытом положении (в результате чего вся ОЖ циркулирует исключительно по большому контуру);
• отсутствие утеплительных чехлов в холодное время года (или в условиях Крайнего Севера);
• негерметичность системы, в результате чего в контуре не растет давление, и температура тосола не достигает оптимальной величины (современный блок управления двигателем из-за этого начинает добавлять обороты на холостом ходу, в результате чего масло разжижается и на стенках цилиндров растет нагар).

Читайте также!

«Сгорело сцепление: причины и последствия» Подробнее

Регулярное техническое обслуживание с корректной диагностикой – это самый эффективный метод, позволяющий не допустить перегревания или переохлаждения мотора и всех неприятных последствий этих событий.

Мнения автовладельцев о системе охлаждения двигателя автомобиля

Моем-моем радиатор чисто-чисто…

«Плохое охлаждение двигателя может быть связано с тем, что некоторое количество трубок в радиаторе оказывается забито. Тогда радиатор нужно промыть, а точнее, пролить. В воду не нужно добавлять никаких моющих средств – любая щелочь (а она есть практически везде) образует на внутренних поверхностях радиатора характерную стойкую щелочную пленку.

Здесь нужно использовать спирт, разведенный с водой в пропорции 1:4. Заливайте эту смесь в контур, прогоняйте минут 5 на рабочей температуре и сливайте. И так раз 5. На шестой раз залейте чистую воду, прогоните ее последние 5 минут, слейте ее и только после этого наполните систему чистым тосолом».

А что если добавить давления в системе

«Расширительный бачок прикрыт крышкой не только для того, чтобы не дать расширяющемуся тосолу расплескаться. Бачок является частью охлаждающего контура, а следовательно, он также участвует в создании повышенного давления в системе. Если не создается нужного давления, то и процесс охлаждения будет идти значительно менее эффективно (особенно в жаркую погоду).

Обязательно уделите внимание герметизации системы. Поставьте на бачок крышку с исправным клапаном, проверьте целостность самого резервуара, заливайте качественный тосол. Тогда и проблем не появится».

Хороший антифриз на вес золота

«Выбирать антифриз нужно, ориентируясь на способ упаковки (а не на лейбл изготовителя). Лучше всего покупать тосол в заводской упаковке (febi, hepu и т. д., G11 или G12+). И если уж менять концентрат в системе охлаждения, то можно залить и G12 в старый двигатель. И, конечно же, нужно не задумываясь менять ОЖ, если она в процессе эксплуатации стала другого цвета.

Пришлось потратить 1000 рублей на замену патрубков, фланцев и десяток раз сменить крышки расширительных бачков. А еще полетела помпа, радиатор и радиатор печки. И все это из-за недобросовестности диагностиков из сервисного центра, которые залили в систему паленый антифриз».

Замену ОЖ нужно производить через рекомендованные производителем интервалы пробега (а лучше даже чаще). Это позволит не только избежать проблем с охлаждением, но и поддерживать комфортную температуру в салоне. Недопустимо смешивать различные типы антифризов – это может привести к химическому повреждению шлангов, патрубков и уплотнителей. Используйте только оригинальные охлаждающие жидкости от производителей.

Самым дешевым и эффективным способом ремонта охлаждающей системы является предотвращение неисправностей посредством регулярных диагностик. Да и для других узлов автомобиля это тоже будет полезно.