При сгорании топливовоздушной смеси выделяется значительное количество тепла, способного вывести из строя агрегаты двигателя. Что же произойдет при перегреве? Подвижные элементы расширятся, поршни заклинит в цилиндрах, а многие детали будут изогнуты или просто сломаны. Кстати, масло при высокой температуре теряет смазывающую способность, разлагаясь на составные части.
Отводом избыточного тепла как раз и занимается система охлаждения.
Как происходит процесс охлаждения, вы, конечно, знаете и не раз выполняли эту процедуру, когда дули на горячую пищу, чтобы ее охладить. В автомобиле практически все то же самое: на двигатель дуют, чтобы он не перегревался. Как дуют? Главным образом через специальные щели и отверстия. На большинстве автомобилей поток воздуха к двигателю попадает через декоративную решетку, расположенную в передней части машины. На этой решетке или сразу над ней чаще всего расположена эмблема, символизирующая марку автомобиля. При движении машины туда попадает встречный поток воздуха. Оценить его интенсивность вы могли, высунув ладонь в окно движущегося автомобиля. К тому же часть воздуха попадает к двигателю, проходя под днищем машины. Для более интенсивного обдува применяют вентиляторы. На некоторых автомобилях этим и ограничиваются. В автомобильном мире таких машин совсем немного. Это, например, популярный когда-то «Запорожец» и известный «Фольскваген Жук». На этих машинах применяется воздушная система охлаждения. Но она довольно часто оказывается недостаточно эффективной. Большей эффективностью обладает жидкостная система охлаждения. Хотя сразу отметим, что и тут без воздуха не обойтись. Те из вас, кто не забыл школьный курс физики, знают, что теплообмен происходит между телами в направлении от более нагретого тела к менее нагретому. Так вот, при жидкостной системе охлаждения тепло от работающего двигателя передается сначала охлаждающей жидкости и лишь затем от нее воздуху. При воздушном охлаждении тепло передавалось непосредственно от двигателя воздуху.
Как же передать тепло от двигателя охлаждающей жидкости? Поступили очень просто. Надели на двигатель рубашку и назвали ее рубашкой охлаждения. На самом деле просто сделали двигателю двойные стенки, между которыми и залили жидкость. У жидкости самая большая теплоемкость, поэтому она быстро забирает тепло. Проблема лишь в том, что она сама при этом сильно нагревается и ее охлаждают воздухом. Для этого пропускают нагретую жидкость через радиатор - устройство, состоящее из множества трубочек, обдуваемых воздухом, и после охлаждения снова направляют в двигатель.
На автомобилях в подавляющем большинстве случаев применяется жидкостная система охлаждения.
Нормальная температура охлаждающей жидкости работающего двигателя составляет 80-95°C. При пуске холодного двигателя система охлаждения помогает двигателю по возможности быстрее достичь рабочей температуры. О том, как это делается, чуть позже. А сейчас познакомимся с конструкцией этой системы.
Жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией (принудительная - потому что она перемещается не сама по себе, а ее заставляет двигаться насос) состоит из следующих основных элементов:
- рубашки охлаждения (как вы уже знаете, двойных стенок блока цилиндров и головок, пространство между которыми заполнено охлаждающей жидкостью);
- радиатора, выполняющего функцию теплообменника и состоящего из двух бачков, соединенных большим количеством трубок;
- расширительного бачка, поддерживающего постоянный объем циркулирующей жидкости и определенное давление в системе;
- насоса, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;
- термостата (автоматического клапана, открывающегося при достижении охлаждающей жидкостью температуры 90-102°C);
- вентилятора, обеспечивающего прокачку воздуха между трубками радиатора;
- трубопроводов.
Более подробно устройство системы охлаждения представлено на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Система охлаждения двигателя: 1 - радиатор отопителя салона; 2 - расширительный бачок; 3 - крышка расширительного бачка; 4 - термостат, 5 - выпускной патрубок головки блока цилиндра; 6 - радиатор; 7 - электровентилятор; 8 - ремень привода ГРМ; 9 - насос охлаждающей жидкости; 10 - кран отопителя
В большинстве автомобилей в качестве охлаждающей жидкости применяют специальные составы с низкой температурой кристаллизации - антифризы (от английского «antifreeze» - незамерзающий). Воду стараются не использовать по многим причинам, главная из которых то, что она замерзает при О°C и при замерзании расширяется. Помните опыт со стеклянной бутылкой с водой, выставленной на мороз? Ее разорвет. Та же судьба ждет двигатель, в систему охлаждения которого залита вода: его стенки разорвет абсолютно так же, как и бутылку. Отремонтировать такой двигатель будет невозможно. Вы, наверное, обращали внимание, что на некоторых автомобилях или автобусах, обычно принадлежащим автопредприятиям, за ветровым стеклом в зимний период устанавливают табличку с надписью «Антифриз» или «Вода». В последнем случае водитель зимой не должен выключать двигатель на длительное время, а по окончании работы, если машина остается на улице, должен слить воду из системы охлаждения. И все же в подавляющем большинстве случаев в настоящее время используют антифризы. Они ядовиты, так как представляют собой водный раствор этиленгликоля и могут проникать в организм через кожу. Эта смесь агрессивна не только к организму человека, но и к самой системе охлаждения. Она разрушает сталь, алюминий, чугун, медь. Чтобы уберечь детали системы охлаждения от разрушения, в антифризы добавляют целый комплекс присадок: антикоррозионных (ингибиторы), антивспенивающих и стабилизирующих. Предприятия-изготовители присваивают антифризам фирменные названия (например, «Тосол», «Лена» и т.п.) и (или) указывают температуру их замерзания, точнее кристаллизации (Тосол А-40, ОЖ-40, ОЖ-65, гдеОЖ - охлаждающая жидкость).
Импортные антифризы для легковых автомобилей, произведенные на основе этиленгликоля, должны соответствовать нормам ASTM (Американская ассоциация по испытанию материалов) и SAE (Общество автомобильных инженеров США): ASTM D 3306 и ASTM D 4656. Кроме основных стандартов, большинство изготовителей учитывают и дополнительные требования (например, нормы General Motors USA - Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-М или система нормативов G концерна Volkswagen). За рубежом также изготавливают антифризы на основе пропи-ленгликоля. Такой антифриз менее токсичен, однако он почти на порядок дороже.
В процессе эксплуатации антифриз стареет: в нем снижается концентрация ингибиторов, ухудшается теплопередача, возрастает пенообразование, он начинает вступать в реакции с деталями системы охлаждения. Ресурс охлаждающий жидкости связан с пробегом автомобиля. Преждевременное старение наступает в том случае, если в систему охлаждения проникают отработавшие газы или регулярно попадает воздух. Поэтому необходимо своевременно обнаруживать утечки жидкости и следить за состоянием и креплением трубопроводов. Своевременно заменяйте антифриз. Сроки замены указаны в инструкции по эксплуатации вашего автомобиля.
При перегреве двигателя все манипуляции проводите после его остановки с особой осторожностью. Берегитесь ожогов. Не спешите, дайте двигателю немного остыть. Не открывайте сразу крышку расширительного бачка или пробку радиатора. Кипящий антифриз в системе находится под давлением. Даже по прошествии времени открывайте пробку или крышку, взяв в руку тряпку и повернув в сторону лицо. Сливайте антифриз только после того, как он остынет.
Уровень антифриза в системе охлаждения может понизиться при испарении из него воды или при утечках (негерметичности системы). В первом случае нужно доливать дистиллированную воду (если ее нет, то хотя бы прокипяченную), во втором - охлаждающую жидкость той же марки. Отечественные антифризы можно смешивать, если они произведены по одним техническим условиям (ТУ). Если номера ТУ различаются, то охлаждающие жидкости могут быть несовместимы. Поэтому в сомнительных случаях целесообразно использовать воду, а затем заменить всю жидкость в системе.
Механический насос (помпа) обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по полым зонам неподвижных частей двигателя (рубашке охлаждения).
Тепло, образующееся при работе двигателя, поглощается циркулирующей жидкостью, а при прохождении последней через радиатор - воздухом (см. рис. 2.18). Радиатор отдает тепло воздуху, который обтекает трубки. Воздух проходит через радиатор при движении автомобиля, а также под действием электрического вентилятора или в некоторых автомобилях механического вентилятора, который приводится в движение от коленчатого вала (в последнем случае вентилятор работает постоянно, пока работает двигатель). В большинстве автомобилей, выпускаемых в настоящее время, используются электрические вентиляторы. Они включаются при достижении определенной температуры охлаждающей жидкости. В остальное время охлаждение происходит воздухом, проходящим через радиатор за счет движения транспортного средства.
При нагревании тела расширяются, то же самое происходит и с охлаждающей жидкостью. Вы, наверное, обращали внимание, как пластиковая бутыль для воды, даже пустая, разбухает в теплом помещении и сморщивается на холоде. Для предохранения от разрушения элементов системы охлаждения при нагревании жидкости использован расширительный бачок (см. рис. 2.18). Именно в него отводятся избыточная жидкость и пар, а с помощью клапана, которым оборудована его крышка, удаляется избыточное давление. Но это еще не все. При остывании двигателя расширительный бачок предохраняет систему от сдавливания трубок радиатора.
Вы уже знаете, что система охлаждения должна отводить избыточное (лишнее) тепло от двигателя. А вот при пуске холодного двигателя, чтобы она не мешала ему быстрее достичь оптимальной температуры, используют специальный клапан, который перекрывает доступ охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения к радиатору. Этот клапан называется термостатом.
При пуске холодного двигателя (рис. 2.19) основной клапан термостата (поз. 1) остается закрытым и охлаждающая жидкость не может проходить через радиатор, она циркулирует только в головке блока и самом блоке цилиндров (движение жидкости по малому кругу). В результате двигатель быстро прогревается. При достижении охлаждающей жидкостью установленной температуры термостат открывает ей доступ в радиатор для охлаждения (движение жидкости по большому кругу). А уж если радиатор не справляется с охлаждением жидкости до необходимой температуры, в дело вступает электровентилятор.
Рис. 2.19. Схема циркуляции охлаждающей жидкости: 1 - термостат; 2 - расширительный бачок; 3 - пробка с паровоздушным клапаном; 4 - радиатор (повернут для наглядности); 5 - двигатель; 6 - водяной насос; 7 - кран отопителя салона; 8 - радиатор отопителя (повернут для наглядности)
Отопитель салона (он также показан включенным на рис. 2.18) тоже относится к системе охлаждения. Главный его элемент - радиатор. Заметьте, не тот, основной, который расположен перед двигателем и спрятан за декоративной отделкой передней части автомобиля, а другой, меньших размеров, расположенный за двигателем. Включая отопитель, водитель открывает кран (рис. 2.18, поз. 10 или рис. 2.19, поз. 7), и горячий антифриз попадает в радиатор. Так нагревается воздух, поступающий в салон автомобиля. Включать отопитель следует при прогретом двигателе. Включение отопителя при холодном двигателе лишь увеличит время прогрева последнего со всеми вытекающими последствиями (вы же знаете, что, пока двигатель не прогрелся до необходимой температуры, происходит повышенный износ его узлов и агрегатов). А вот если двигатель перегревается, то включение отопителя позволит снизить температуру охлаждающей жидкости и отвести избыток тепла от двигателя.
Как уже говорилось, перегрев весьма опасен для двигателя. Поэтому в поездке, бросая взгляд на приборный щиток, не оставляйте без внимания указатель температуры охлаждающей жидкости. К сожалению, подавляющее большинство легковых автомобилей не оборудовано сигнализатором, предупреждающим о начале повышения температуры охлаждающей жидкости свыше допустимого. Поэтому внимание и еще раз внимание.
Если температура растет, а электрический вентилятор не включается, то вот вам и причина. Правда выйти из строя могут как он сам, так и его система управления и даже сгоревший предохранитель. Если неисправность не устранена на месте, то следовать к месту ремонта придется с продолжительными остановками, охлаждая двигатель. В такой ситуации поможет включение на полную мощность отопителя. Запомните самое главное: как только стрелка указателя температуры охлаждающей жидкости приблизится к красной зоне, тотчас останавливаемся, глушим двигатель, открываем капот и ждем.
Еще одна причина перегрева - неисправность термостата. Обычно это его банальное заклинивание в закрытом положении. В результате охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу, не попадая в радиатор. Вы помните, ведь это режим прогрева двигателя, после которого клапан термостата должен открыться. В том, что термостат заклинило в закрытом' положении, убедимся на ощупь. Если при перегревающемся двигателе радиатор остается холодным, то все дело в термостате. Надо его менять. Однако попробуйте постучать по его корпусу. Бывает, что после этого клапан термостата открывается. Но в дальнейшем при первой возможности замените термостат. Если постукивание не помогает, то к месту ремонта вновь движемся, внимательно следя за датчиком температуры, даже в жару включив отопитель на полную мощность.
То есть мы охлаждаем двигатель не за счет основного радиатора большого размера, а за счет меньшего радиатора отопителя салона. Конечно, вам при этом придется охлаждать и салон, открыв окна.
Если до места ремонта очень далеко, то можно снять термостат (предварительно слив антифриз), пробить в нем внутри сквозное отверстие и поставить на место. В этом случае жидкость в системе будет циркулировать только по большому* кругу и проходить через радиатор. Но это, как говорится, для продвинутых пользователей.