Миф о «воздушниках»: чем воздушное охлаждение круче жидкостного
Моторы-«воздушники» получили отставку совершенно зря. Достоинств у них столько, что любой новомодный турболитр с даунсайзингом в придачу позавидуют. И о многих плюсах воздушного охлаждения некоторые сегодня даже не догадываются.
На первый взгляд – взгляд потребителя, владельца семейной легковушки или целого коммерческого автопредприятия – преимущества двигателей с воздушным охлаждением лежат на поверхности:
«воздушник» конструктивно проще мотора с жидкостным охлаждением
он надежнее;
он дешевле в эксплуатации.
О минусах воздушного охлаждения все тоже как будто наслышаны, и напомнить о них здесь стоило бы лишь для соблюдения баланса аргументов. Но на самом деле есть только один значимый для потребителя недостаток мотора с воздушным охлаждением:
«воздушник» более шумный.
Все остальные минусы или давно потеряли актуальность, или всегда были досужими сказками. Так что есть повод поговорить об этих незаслуженно подзабытых агрегатах подробнее.
Из истории «воздуха»
Да, было время, когда автомобильные моторы с воздушным охлаждением проигрывали собратьям с охлаждением жидкостным (тогда говорили – водяным, поскольку антифризы были понятием чисто теоретическим). Двигатели-«воздушники» получались менее мощными, перегревались летом и не прогревались зимой. Из-за температурных проблем ресурс такого двигателя был меньше, часто случались отказы. Но все эти вопросы были решены к 1950-м годам, когда воспрянувшая после Второй мировой Европа начала пересаживаться с велосипедов на компактные автомобильчики. Дешевые и неприхотливые «воздушники» начали массово применять не только на VW Beetle, но и на Citroen 2CV, Fiat 500, NSU Prinz и прочих автомобилях. И это мы еще не говорим о целой плеяде серийных заднемоторных спорткаров Porsche, 4-, 6- и 8-цилиндровые моторы которых вплоть до 1998 года охлаждались воздухом!
В то время как немецкий «Жук» с его обдуваемым воздухом оппозитником во всем мире мигом стал образцом простоты и безотказности, в нашей стране сложилось устойчивое и по сей день не искорененное предубеждение против моторов воздушного охлаждения. Дескать, они и греются безбожно, и ломаются через день, да и силенок у них маловато. Виноват во всем бедолага «Запорожец», которому пришлось отдуваться за честь всех «воздушников» перед лицом целого СССР. Вместе с сомнительным качеством сборки ЗАЗикам досталась мизерная по масштабам СССР сервисная сеть. Сам по себе мелитопольский силовой агрегат МеМЗ был неплох, но обслуживаемый в кустарных условиях, заправляемый «автолом» и ремонтируемый «на коленке», он в самом деле не был примером надежности. Поэтому прежде чем продолжить повествование, хочу попросить читателя ассоциировать понятие «воздушник» не с «Запором», а с «Жуком» или хотя бы с «Ситроен де шво». Так будет честнее.
1. Он греется – неправда
На самом деле, температурные особенности моторов-«воздушников» можно отнести не к минусам, а к плюсам. Да, из-за меньшей теплоемкости и теплопроводности воздух не может так быстро отобрать тепло, как вода или антифриз. Но с другой стороны разница температур между стенками цилиндров и забортным воздухом больше, чем между теми же стенками и циркулирующей в системе охлаждающей жидкостью. Поэтому тепловой режим «воздушника» меньше зависит от погоды – то есть вероятность перегрева двигателя-«водянки» даже с самым большим радиатором в жару намного выше.
Еще одно очень важное преимущество «воздушника» – в три-четыре раза более быстрый прогрев после холодного пуска. Отсюда – и экономия топлива, и продление ресурса, и лучшая экология, и, наконец, удобство для водителя. Только у самых сложных «жидкостных» моторов образца 2010-х годов, имеющих три контура системы охлаждения, получается достигнуть подобных показателей прогрева.
2. Он громоздкий – неправда
Внешне «воздушник» может казаться более массивным, поскольку его цилиндры и головки со всех сторон окружены кожухами-воздуховодами, да и вентилятор обдува с дефлектором обычно выглядит более чем внушительно. Но предметное сравнение габаритов двух моторов с одинаковыми диаметром цилиндров и ходом поршня, но разными системами охлаждения, говорит о том, что габариты если и отличаются, то как раз в пользу «воздушника» – зачастую он оказывается чуть компактнее. Но главное даже не это.
Что касается размеров, справедливо будет принимать во внимание габариты не одного только двигателя, но и тех его неотъемлемых компонентов, которые крепятся отдельно, на кузове. Вот тут и проявляется неопровержимое преимущество «воздушника»: говоря современным языком, он выполнен в форм-факторе «моноблок», в то время как «водянка» имеет вынесенный на кузов громоздкий радиатор с вентилятором и системой шлангов. Которые, естественно, компактности силовому агрегату не добавляют.
3. Он ненадежный – неправда
На самом деле надежность двигателя с воздушным охлаждением существенно выше, ведь по статистике система жидкостного охлаждения служит причиной 20% всех отказов двигателя. А у «воздушника» как раз отсутствуют компоненты, обладающие низкой отказоустойчивостью: радиатор, термостат, помпа, трубопроводы, сальники и прочие уплотнения. Вентилятор и дефлекторы для обдува цилиндров воздухом устроены существенно проще, поэтому вероятность их отказа мизерна. Кстати, по этой же причине затраты на обслуживание «воздушников» также ниже.
4. Он шумный – правда
Что есть, то есть – шумит. И поделать с этим ничего нельзя. Точнее, идеи есть, но воплотить все их очень сложно. Беда в том, что у «воздушника» нет такой эффективной шумоизоляции, как двойные стенки рубашки охлаждения, заполненной водой или антифризом. И более того, все шумы мотора (механические, газообмена, горения) порой усиливаются ребрами цилиндров и головок. Поэтому конструкторы борются в первую очередь с источниками шумов, повышая жесткость деталей и применяя подпружиненные разрезные шестерни приводов, гидрокомпенсаторы клапанов, материалы с точно подобранным коэффициентом температурного расширения. Аэродинамические шумы вентилятора можно значительно уменьшить, но это дело нелегкое – нужны серьезные усилия конструкторов и технологов.
Двигатель Fiat 500
5. Малый ресурс – неправда
В первые 50 лет автомобильной эры к воздушному охлаждению конструкторы относились легкомысленно – дует мощный вентилятор на оребренные цилиндры, да и ладно. Но такое охлаждение часто было неравномерным, с застойными зонами и местными перегревами. Цилиндры деформировались, нарушались установленные зазоры цилиндропоршневой группы, масло коксовалось и выгорало. В результате детали изнашивались более интенсивно, чем у моторов с водяной «рубашкой», которая более равномерно распределяла выделяемое через стенки цилиндров тепло и отбирала его. Но организовать ровный обдув воздухом всех горячих зон двигателя оказалось не так уж сложно, и со временем двигатели-«воздушники» получили рациональное распределение тепла.
Еще один нюанс, уже из области высоких материй: при воздушном охлаждении проще организовать более высокую температуру стенок цилиндров (независимо от их головок). «Лишние» 15-20 °C снижают потери на трение колец о цилиндры (масло-то на стенках более жидкое!), а также уменьшают их износ (в том числе и коррозионный) и замедляют старение масла за счет его меньшего окисления. Выше уже было сказано о том, что мотор с воздушным охлаждением работает в холодном состоянии в несколько раз меньшее время, чем мотор с водяным – а значит, и время интенсивного износа трущихся пар намного меньше.
6. Он хилый – неправда
Причина для подобного обвинения есть, но суть проблемы такова, что ею можно пренебречь. Дело в том, что при увеличении нагрузки температура охлаждаемых воздухом цилиндров и их головок быстро повышается, а значит, повышается температура воздуха, поступающего в цилиндры. Отсюда – худшее весовое наполнение цилиндров рабочей смесью и кратковременное падение отдачи двигателя. Но исследования ученых-моторостроителей показывают, что разница коэффициента наполнения цилиндров у «воздушников» и «водянок» не превышает 3,5%. И это при 2 000 об/мин, а с ростом оборотов разница вообще стремится к нулю. Таким образом, теоретически существующую особенность эффективного наполнения цилиндров конструкторы решают за счет повышения рабочих оборотов двигателя. И, разумеется, данный вопрос вообще не касается наддувных двигателей воздушного охлаждения.
Воздух нам не нужен: почему воздушное охлаждение проиграло «водянкам»
Потребительские качества моторов-«воздушников» во многом выше, чем у привычных нам «водянок» – это доказывается, как дважды два. Так почему же сегодня мы ездим на машинах с тосолом, радиатором, расширительным бачком и массой шлангов под капотом?
Для человека, эксплуатирующего автомобиль изо дня в день, мотор-«воздушник» – дополнительный шаг к независимости от технических вопросов. В особенности это касается владельцев не новых, а подержанных автомобилей, силовой агрегат которых уже слегка изношен и имеет признаки старения от времени.
Вот только несколько положительных особенностей мотора, не имеющего «водяной рубашки»:
Однако у каждого своя правда: этот список существенных для потребителя достоинств в глазах автопроизводителей оказался перевешен другим перечнем – перечнем трудностей, которые конструкторы и технологи должны преодолеть на пути к успешному двигателю. Трудности в самом деле есть, но нам кажется, что команде толковых инженеров и ученых преодолеть их проще, чем, скажем, рядовому водителю (или даже автомеханику!) решить проблему попадания антифриза в маслопровод или, к примеру, разобраться с лопнувшим шлангом или треснувшим расширительным бачком. Впрочем, предоставим право судить вам. Итак, приводим наш рейтинг причин, по которым автопроизводители перестали использовать двигатели воздушного охлаждения.
Причина №1
«Воздушники» трудно проектировать
Работая над созданием мотора с воздушным охлаждением, конструктор должен решать ряд специфических проблем. Так, все цилиндры подобного агрегата расположены отдельно, поэтому нужно учесть неизбежные при сборке деформации их стенок – иначе не избежать неравномерного износа деталей.
Но самая сложная часть цилиндра и головки – их оребренная часть. Ребра должны с одной стороны иметь максимальную теплоотдачу – то есть быть очень массивными и толстыми, а с другой стороны – обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением, то есть быть как можно более тонкими. Путем точных расчетов и экспериментов нужно найти баланс между количеством ребер, поверхностью их теплоотдачи и скоростью воздушного потока. Разница температур между отдельными точками цилиндра должна быть минимальной, при этом стенки цилиндра нужно сделать на 15-20 °C горячее, чем головку.
Кроме того, размеры и форму ребер нужно увязать с соседним цилиндром, расположением клапанов, свечного отверстия, колодцев крепежных шпилек, впускных и выпускных патрубков – и все это на фоне соображений аэродинамики. Ведь привод вентилятора отбирает часть полезной мощности двигателя, и за счет правильной организации потока охлаждающего воздуха под направляющим кожухом эти потери можно снизить.
Комплекса подобных трудностей можно избежать, если… обратиться к жидкостному охлаждению. Вода, как теплоноситель с высокой теплопроводностью и хорошей теплоемкостью, легко сглаживает температурные неравномерности блока цилиндров и их общей головки – поэтому нет потребности в столь сложных конструкторских изысканиях, расчетах и испытаниях.
Причина №2
Сложнее создавать модификации и проводить апгрейд
В отличие от 1950-60-х годов, времен расцвета «воздушников», нынешние конструкторы (а точнее – маркетологи) любят создавать несколько версий одного двигателя – с разным рабочим объемом и степенью форсировки. В случае с воздушным охлаждением это означает не только перерасчет параметров системы обдува, но и каждый раз полную переделку самих цилиндров и головок, которым при изменении объема и степени форсировки требуется новое оребрение – соответственно, с полным циклом новых расчетов и испытаний.
Между тем при изменении мощности мотора с жидкостным охлаждением бывает достаточно вдобавок к расточному блоку просто доработать систему питания, помпу и радиатор.
Причина №3
Сложнее решать вопрос отопления
Излишков тепла, которые можно направить на отопление салона, у моторов с воздушным охлаждением в принципе достаточно. Но рационально использовать их оказалось сложнее, чем в случае с «тосольным» радиатором. Приходилось делать оребренными выхлопные патрубки, «обнимать» их кожухами-рубашками для теплообмена с потоком воздуха, направляемым в салон – да еще принимать меры, чтобы в этот воздух не попали выхлопные газы. Но для серьезных зим подобный вариант был недостаточно эффективен. Поэтому, чтобы наладить в машине с мотором-«воздушником» действительно комфортный микроклимат, в иных случаях оказалось проще использовать автономный бензиновый отопитель – как у наших «Запорожцев». Такая печка получалась сложной и трудно контролируемой. Сегодня, в эпоху компьютеризированного климат-контроля, этот нюанс «воздушников» оказался весьма весомым аргументом «против».
Причина №4
Сложнее решить вопрос шумоизоляции
По своей сути двигатель с оребренными цилиндрами и большим вентилятором более шумный, чем тот, который закрыт «экраном» водяной рубашки системы охлаждения. В особенности – в диапазоне высоких частот, которые наиболее заметны для уха человека. Но еще в прошлом веке инженеры нашли несколько путей решения: малошумные центробежные вентиляторы, слой виброгасящего материала на направляющем кожухе, уменьшенные (за счет тщательно подобранных материалов) зазоры в клапанном механизме и паре поршень-цилиндр. А если совсем по-честному, то при теперешних материалах автохимии и технологиях электронного шумоподавления «заглушить» любой двигатель не было бы проблемой. Но зачем городить огород, если можно просто занести излишнюю шумность «воздушника» в его пассив и засчитать еще одно очко в пользу «водянок»?
Причина №5
Трудоемкость сборки двигателя
Один из самых существенных факторов, повлиявших на отставку моторов с воздушным охлаждением – их низкая технологичность, то есть неважная по сравнению с «водянками» приспособленность к массовому конвейерному производству. Причина в том, что каждый цилиндр охлаждаемого воздухом мотора обычно выполнен отдельно, а не в привычном нам едином блоке. (Исключения конечно были – например, четырехцилиндровые моторы Honda 1300.) Во-первых, очень непросто поштучно отливать цилиндры и головки с их длинными тонкими ребрами, у каждого из которых – строго определенное сечение и зачастую замысловатая форма. В некоторых случаях цилиндры делали из двух металлов – чугунная гильза и алюминиевая ребристая рубашка, заливаемая на чугун после соответствующей подготовки.
Система охлаждения двигателя
Назначение и классификация систем охлаждения
Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя.
Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси.
Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии.
Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов).
По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:
— принудительными, в которых циркуляция обеспечивается насосом, расположенным на двигателе;
— термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы плотности жидкости, нагретой деталями двигателя и охлажденной в радиаторе. Во время работы двигателя жидкость в рубашке охлаждения нагревается и поднимается в верхнюю ее часть, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, она опускается вниз и через нижний бачок вновь возвращается в систему охлаждения.
— комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.
Устройство системы охлаждения
Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ).
В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор, насос ОЖ, вентилятор, термостат, патрубки, шланги, расширительный бачок. В систему охлаждения также включается радиатор отопителя.
ОЖ, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее — за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от 6 до 12 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора.
Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ.
Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые.
Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы. Сердцевина таких радиаторов состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора. Наличие пластин улучшает теплоотдачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее круглых, так как поверхность охлаждения их больше; кроме того, в случае замерзания ОЖ в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.
В пластинчатых радиаторах сердцевина устроена так, что охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям пластин. Верхние и нижние концы пластин, кроме того, впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается вентилятором через проходы между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины обычно выполняют волнистыми. Пластинчатые радиаторы имеют большую охлаждающую поверхность, чем трубчатые, но вследствие ряда недостатков (быстрое загрязнение, большое количество паяных швов, необходимость более тщательного ухода) применяются реже.
В сердцевине сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи ОЖ. Чтобы сделать возможной спайку концов трубок, края их развальцовывают так, что в сечении они имеют форму правильного шестиугольника. Достоинством сотовых радиаторов является большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения.
В верхний бачок впаяны заливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга, подводящего ОЖ к радиатору.
Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. Шланги прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения от окружающей среды. Она состоит из корпуса, парового (выпускного) клапана, воздушного (впускного) клапана и запорной пружины. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При превышении определенного значения открывается паровой клапан и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При этом возникает опасность сдавливания трубок радиатора. Для предотвращения этого явления служит воздушный клапан, который, открываясь, пропускает внутрь радиатора воздух.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок.
В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.
обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала — сальник.
Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор. Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры.
Вентилятор может приводиться не от коленвала двигателя, а отдельным электродвигателем. Такое подключение используется наиболее часто, так как позволяет довольно просто осуществлять автоматическое регулирование моментов включения и выключения с помощью термисторного датчика (его электрическое сопротивление изменяется в зависимости от нагрева). Если же работой системы охлаждения управляет контроллер двигателя, то появляется возможность изменения и частоты вращения. Кроме того, вентилятор «реагирует» и на режимы движения. Например, он включается на холостом ходу при езде в пробках для предотвращения перегрева и выключается при загородной езде на высокой скорости, когда естественного обдува радиатора вполне достаточно для его охлаждения.
В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат.
Термостат устанавливают в рубашке охлаждения головки цилиндров на пути циркуляции жидкости из рубашки в верхний бачок радиатора. В системах охлаждения используются термостаты с жидкостным и с твердым наполнитетелем.
Термостат с жидкостным наполнителем состоит из корпуса, гофрированного латунного цилиндра, штока и двойного клапана. Внутри гофрированного латунного цилиндра налита жидкость, температура кипения которой 70-75 градусов. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и циркуляция происходит по малому кругу: насос ОЖ — рубашка охлаждения — термостат — насос.
Термостат с твердым наполнителем состоит из корпуса, внутри которого помещен медный баллон, заполняемый массой, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Баллон сверху закрыт крышкой. Между баллоном и крышкой расположена диафрагма, сверху которой установлен шток, воздействующий на клапан. В непрогретом двигателе масса в баллоне находится в твердом состоянии, и клапан термостата закрыт под действием пружины. При прогреве двигателя масса в баллоне начинает плавиться, объем ее увеличивается и она давит на диафрагму и шток, открывая клапан.
Контроль температуры ОЖ осуществляется по указателю температуры и при помощи сигнальной лампы перегрева двигателя на щитке приборов. Управление сигнальной лампой и указателем осуществляют датчики, ввернутые в верхний бачок радиатора и в рубашку охлаждения головки цилиндров.
В качестве теплоносителя может применяться вода (в устаревших конструкциях двигателей) или антифриз. Качество ОЖ, применяемой для системы охлаждения двигателя, имеет не меньшее значение для долговечности и надежности его работы, чем качество топлива и смазочных материалов.
Антифризы — охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля, не замерзающие при отрицательной температуре. Даже если температура внешней среды будет ниже минимальной рабочей температуры антифриза, он превратится не в лед, а в рыхлую массу. При дальнейшем понижении температуры эта масса затвердеет, не увеличившись в объеме и не повредив при этом двигатель. Основа антифризов — водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Пропиленгликолевая основа применяется реже. Ее главное отличие – безвредность для человека и окружающей среды, но и более высокая цена при тех же потребительских качествах. Этиленгликоль агрессивен к материалам двигателя, поэтому в него добавляют присадки. Всего их может быть до полутора десятков – противокоррозионных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплектом присадок и определяется качество и область применения антифриза. По типу присадок все антифризы делятся на три большие группы: неорганические, органические и гибридные.
Неорганические (или силикатные) – наиболее «древние» жидкости, в которых в качестве ингибиторов коррозии применяются силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. К этой группе антифризов относится и широко распространенный у нас Тосол (хотя многие ошибочно считают его особым типом ОЖ). Главный их недостаток – малый срок службы из-за быстрого разрушения присадок. Пришедшие в негодность компоненты присадок образуют отложения в системе охлаждения, ухудшая теплообмен. Также возможно образование силикатных гелей (сгустков) в ОЖ.
В наиболее современных органических (или карбоксилатных) антифризах используются присадки на основе солей карбоновых кислот. Такие антифризы, во-первых, образуют значительно более тонкую защитную пленку на поверхностях системы охлаждения, а во-вторых, ингибиторы действуют только в местах появления коррозии. Следовательно, присадки расходуются намного медленнее, тем самым существенно повышая срок службы антифриза.
Промежуточное положение между органическими и неорганическими антифризами занимают гибридные. Их пакет присадок в основном включает соли карбоновых кислот, но и небольшую долю силикатов или фосфатов.
Антифризы выпускаются либо в виде концентратов, либо в виде готовых к применению жидкостей. Концентрат перед применением нужно разбавить дистиллированной водой. Пропорция определяется необходимой минимальной температурой замерзания антифриза. Основа антифризов бесцветна, поэтому производители окрашивают их в разные цвета с помощью красителей. Это делается для облегчения контроля уровня антифриза и предупреждения о токсичности жидкостей. Совпадение цвета не всегда является свидетельством совместимости антифризов.
В современных двигателях система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения отработавших газов в системе их рециркуляции (EGR), охлаждения масла в автоматической коробке передач, охлаждения турбокомпрессора. Некоторые двигатели с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом имеют двухконтурную систему охлаждения. Один контур предназначен для охлаждения головки блока цилиндров, другой – блока цилиндров. В контуре, охлаждающем ГБЦ, поддерживается температура на 15-20 градусов ниже. Это позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации. Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом.
Основные неисправности системы охлаждения
Внешними признаками неисправностей системы охлаждения является перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев двигателя возможен в результате следующих причин: недостаточное количество ОЖ, слабое натяжение или обрыв ремня насоса ОЖ, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность выпускного (парового) клапана пробки радиатора или расширительного бачка, неисправность насоса ОЖ.
Заедание термостата в закрытом положении прекращает циркуляцию жидкости через радиатор. В этом случае двигатель перегревается, а радиатор остается холодным. Недостаточное количество ОЖ возможно в случае ее утечки или выкипания. Если уровень ОЖ понизился в результате выкипания – следует долить дистиллированной воды, если жидкость вытекла – доливается антифриз. Открывать пробку радиатора или расширительного бачка можно только когда ОЖ достаточно остынет (10-15 минут после остановки двигателя). В противном случае находящаяся под давлением ОЖ может выплеснуться и причинить ожоги. Вытекание жидкости происходит через неплотности в соединениях патрубков, трещин в радиаторе, расширительном бачке и рубашке охлаждения, при повреждении сальника насоса ОЖ, пробки радиатора или повреждении прокладки головки блока цилиндров. При эксплуатации автомобиля необходимо следить не только за уровнем, но и за состоянием антифриза. Если его цвет становится рыже-бурым, значит, детали системы уже коррозируют. Такой антифриз подлежит немедленной замене.
Переохлаждение двигателя может происходить из-за заедания термостата в открытом положении, а также при отсутствии утеплительных чехлов в зимнее время. Если закрытая система охлаждения негерметична, то повышенное давление в ней не создается и двигатель не прогревается до рабочей температуры. А раз двигатель не прогревается, ЭБУ постоянно обогащает смесь. Таким образом, негерметичная система охлаждения увеличивает расход топлива. Систематическая работа двигателя на обогащенной смеси приводит к разжижению масла, увеличению нагарообразования, быстрому выходу из строя каталитического нейтрализатора.
Если у вас в дороге возникла неисправность, в результате которой уровень охлаждающей жидкости упал ниже допустимого, не расстраивайтесь. Долить можно любой антифриз или воду. Система охлаждения от этого хуже работать не станет. Кстати, не все современные автолюбители знают, что воду нужно заливать мягкую – она не образует накипи. Самая мягкая вода достается нам с неба в виде дождя или снега. А грунтовые воды из родников, колодцев и артезианских скважин категорически не рекомендуются для доливки в систему охлаждения – они образуют очень много накипи. Смягчить воду можно кипячением в течение 20-30 минут с последующим отстаиванием и фильтрованием. Жесткость воды в бытовых условиях легко оценить по пенообразованию при намыливании рук мылом: в мягкой воде пена устойчивая, а в жесткой пена быстро гаснет, и на руках остается сальный осадок. Как только экстренная ситуация, вынудившая вас долить «не ту» жидкость, минует, «коктейль» нужно слить, систему охлаждения промыть и залить «правильный» антифриз.
Выбор начинаем с бренда – известный вас не подведет. Далее находим обозначение класса антифриза. Вот здесь чаще всего возникают затруднения. Попробуем прояснить ситуацию. Основой любого антифриза является водный раствор этиленгликоля, который не расширяется при замерзании и не образует твердой сплошной массы. Но этиленгликоль коррозионно агрессивен к металлам. Для защиты деталей системы охлаждения от коррозии применяется три вида присадок: на основе силикатов, на основе солей органических кислот и смешанные (гибридные) добавки к антифризам. Первый рецепт – самый древний. Яркий пример – наш «Тосол», который лукавая реклама иногда позиционирует как антифриз, идеально подходящий для отечественных автомобилей. Выпадение силикатов в осадок приводит к закупориванию тонких трубок радиатора. Поэтому этот вариант покупки даже не рассматриваем. В англоязычном варианте такие антифризы называются: Conventional coolants, IAT (Inorganic Acid Technology) или Тraditional coolants.
Гибридные антифризы включают соли карбоновых кислот и небольшое количество силикатов или фосфатов. И хотя этот рецепт тоже свое отживает, но в течение трех лет эксплуатации обеспечивает достаточно приличную защиту от коррозии. Маркируются они: Нybrid coolants, HOAT (Hybrid Organic Acid Technology) или TL 774-C (G-11).
Более современные – карбоксилатные антифризы. В их составе отсутствуют неорганические присадки. Срок их службы – не менее 5 лет. Обозначаются надписями или символами: Carboxilate coolants, OAT (Organic Acid Technology, TL 774-F (G12+).
Несколько лет назад (в 2008 году) появился еще один вид антифриза, который в английском варианте обозначают Lobrid coolants, SOAT coolants или TL 774-G (G 12++). По составу они аналогичны карбоксилатным, но в них присутствует небольшое количество силикатов. Считается, что такой антифриз можно безболезненно смешивать с любым другим классом охлаждающих жидкостей.
Некоторые производители указывают на этикетке состав присадок, что также позволяет идентифицировать тип антифриза. Отсутствие аминов, боратов, нитритов, силикатов и фосфатов говорит о том, что антифриз – карбоксилатный. Гибридные также не должны содержать ничего из этого списка, кроме силикатов, но их количество не должно превышать 500 мг/л.
Хорошим признаком, подтверждающим несомненное качество антифриза, является надпись об одобрении автопроизводителей с номерами допусков. Такие допуска выдаются только после длительных испытаний жидкости на автомобилях указанной марки. Правдивость надписи на этикетке можно легко проверить, зайдя на официальный сайт автопроизводителя.
А вот заявления типа «Соответствует спецификациям…» или «Отвечает требованиям…» — не более, чем обещания изготовителя антифриза, но не гарантия качества. Особенно это касается маркировок G11, G12+, G12++. Она введена концерном WV только для одобренных им жидкостей. Но так как у нас такие обозначения получили большое распространение, то некоторые производители указывают их на этикетках, не имея на это полного права. То есть, антифриз может оказаться и хорошим, а может и не очень – рулетка. Больше доверия в таких случаях заслуживают известные марки, о чем уже упоминалось выше.
Надпись «Совместим со всеми…» лишь подтверждает то, о чем говорилось в начале статьи. Если по каким-то параметрам антифриз не подходит вашему двигателю, то его можно безболезненно использовать только для доливки.
Антифриз может продаваться в виде концентрата или уже готовым для заливки. Что выбрать – зависит от климата той местности, где вы проживаете, и вашего желания возиться с машиной. Например, если зимы теплые, к чему заливать 40 – градусный состав? Лучше купить концентрат и разбавить его дистиллированной водой до нужной консистенции (пропорции для разных температур указаны на этикетке).
И последнее – цвет антифриза. Это свойство не играет абсолютно никакой роли. Сама по себе жидкость бесцветна и производитель при желании может раскрасить ее во все цвета радуги. А устойчивое заблуждение, что G11, G12+ или G12++ можно идентифицировать по одному лишь цвету, исходит от непрофессиональных реализаторов.