Радіатор: пристрій і принцип роботи

Радіатор є одним з ключових і найбільш важливих елементів рідинної системи охолодження. Основним завданням стає розсіювання в атмосферу тепла, яке було відведено від двигуна охолоджувальною рідиною. Радіатор системи охолодження двигуна можна вважати найважливішою деталлю самого силового агрегату.

Рекомендуємо також прочитати статтю, в якій розглянуто пристрій паливної системи двигуна внутрішнього згоряння. З цієї статті Ви зможете дізнатися про основні елементи, сумішоутворення і принципах роботи системи.

Пристрої, схожі на сучасний радіатор, встановлювалися на самих ранніх версіях автомобілів з ДВС, так як без зазначеного елемента охолодження робота силової установки стає просто неможливою. Це пристрій безпосередньо відповідає за підтримання нормальної робочої температури двигуна в строго відведених рамках. Такий захист береже мотор від перегріву, який неминуче виведе практично будь-який двигун внутрішнього згоряння з ладу.

Історія створення радіатора

Водяна система охолодження з'явилася на зорі двигунобудування.Вперше концепцію радіатора застосували на першому серійному автомобілі під назвою Benz Velo, який виявився у вільному продажу в 1886 році. Дану ідею пристрою продовжив розвивати Вільгельм Майбах, який сконструював виріб з сотами. Розробка знайшла застосування в конструкції моделі Mercedes 35HP. За наступні десятиліття і до наших днів пристрій радіатора не зазнало глобальних змін, залишившись практично в тому ж самому вигляді, що і за часів Майбаха.

Перші рідинні системи охолодження двигуна не мали водяного насоса (помпи), який змушував охолоджуючу рідину (на самому початку це була проста вода) примусово циркулювати в системі. Ранні розробки системи охолодження ДВС спиралися на ефект термосифона.

Завдяки такому ефекту охолоджуюча рідина потрапляла в радіатор. Ефект термосифона грунтується на тому, що щільність води знижується при нагріванні. Розігріта вода завдяки цій властивості спрямовується вгору. В результаті нагріта рідина виявлялася в пристрої, проникаючи туди за допомогою проходу через верхній патрубок.

Усередині радіатора відбувалося охолодження води, щільність рідини знову зростала.Це призводило до того, що вода опускалася в нижню частину радіатора, а вже звідти проникала назад в сорочку двигуна через нижній патрубок. Головним недоліком систем з ефектом термосифона стало те, що вони не могли забезпечити належного охолодження на тлі постійно зростаючої потужності ДВС. Такі системи досить швидко витіснили рішення, які грунтувалися на застосуванні відцентрового водяного насоса (помпи).

Радіатор в системі рідинного охолодження

Головним завданням елемента є відведення тепла від силової установки в атмосферу шляхом охолодження рідини, яка проходить всередині по каналах. Для забезпечення кращого відведення тепла пристрій монтується в такому місці, де відзначений найкращий обдув зустрічним повітряним потоком в процесі руху автомобіля. Типовим місцем установки в підкапотному просторі є область за радіаторної гратами спереду автомобіля. Варто відзначити, що навіть в автомобілях із заднім розташуванням ДВС радіатор часто встановлюється спереду. Відмінністю стає прокладання довших магістралей системи охолодження до двигуна.

Існують і інші місця для монтажу пристрою охолодження, але зустрічаються рідше. Автомобілі з заднемоторной компонуванням можуть мати радіатор, який встановлений уздовж бічної стінки. Таке рішення можна зустріти на спортивних автомобілях, які мають відразу два радіатора охолодження, розташовані уздовж обох стінок моторного відсіку. Ефективний обдув повітрям реалізований шляхом використання повітрязабірників. Зазначений повітрозабірник розташовують в задній частині машини на бічних стінках.

пристрій радіатора

а – пристрій; б – паровий клапан відкритий; в – повітряний клапан відкритий.

  • Радіатор конструктивно має верхній (1) і нижній (7) бачок. Ці бачки з'єднані між собою трубками (5) з латуні або алюмінію. До цих трубках за допомогою пайки прикріплені пластини (6), які збільшують площу поверхневого охолодження елемента. Через цю поверхню тепло відводиться від охолоджуючої рідини і віддається в навколишнє середовище.
  • Верхній бачок має заливну горловину для заправки охолоджувальною рідиною. Горловина перекривається пробкою (3). У цій пробці є паровий (11) і повітряний (12) клапани.
  • Верхній бачок також має патрубок (2) для того, щоб з'єднати радіатор із сорочкою охолодження двигуна. Таке з'єднання реалізовано за допомогою гумового шланга. Додатково є пароотводную трубка (4), а також датчик електричного термометра (13).
  • Нижній бачок (7) має патрубок (8) для з'єднання пристрою з насосом (помпою). Ще є додатковий кран, який здатний забезпечити злив охолоджуючої рідини. На рамі автомобіля радіатор кріпиться спеціальними кріпильними деталями (9).

Так звані серцевини (пластини радіатора) є основними елементами теплообміну. Залежно від типу серцевини виділяють наступні типи радіаторів:

  1. трубчасті;
  2. пластинчасті;
  3. трубчасто-стрічкові і т.д.

Бачки радіатора можуть бути виготовлені з пластику або металу. Якщо поглянути на пристрій більш детально, тоді основна частина серцевини, по суті, є набором безшовних алюмінієвих або латунних трубок. Трубки, що з'єднують верхній і нижній патрубки, мають товщину стінок до 0,15 міліметра. Рідина, що проходить через серцевину радіатора охолодження, розходиться на велику кількість мікропотоків.Кожна така трубка покривається своєрідними ребрами, які є тонкою гофрованої мідної або алюмінієвої стрічкою.

Вироби з алюмінію мають меншу вагу порівняно з іншими матеріалами виготовлення, але схильні до прискореного руйнування. Справа в тому, що виникає ряд істотних труднощів при спробі зварювання цього металу, а також алюміній погано протистоїть механічним пошкодженням.

Для того щоб алюмінієвий продукт наблизився за якістю охолодження до латунної конструкції, його необхідно виготовляти великим за розміром і збільшувати товщину елемента. На початку епохи автомобілебудування активно використовувалися стільникові радіатори. Такий пристрій було виконано з невеликих відрізків латунних трубок, які мали п'ятикутне розтин. Рідина всередині таких трубок НЕ циркулювала примусово, а весь процес охолодження здійснювався за допомогою контакту металевих ребер із зустрічним потоком повітря.

Повернемося до пристрою сучасного радіатора. Паровий клапан, який ви бачите на малюнку, навантажується спеціальною пружиною (10). Пружина має пружність 1250-2000 рЦе дозволяє наростити тиск в радіаторі охолодження і підвищити температуру закипання охолоджуючої рідини в рідинної системі охолодження до позначки 110-119 ° С. Таке рішення забезпечує зменшення обсягу охолоджуючої рідини у всій системі, що означає паралельне зниження маси двигуна. При цьому зберігається необхідна інтенсивність охолодження силового агрегату. Ще одним плюсом стає зменшення втрат, під якими слід розуміти випаровування охолоджуючої рідини.

Повітряний клапан також навантажують пружиною, але більш слабкою по силі протидії. Пружність такої пружини знаходиться на позначці 50-100 м Завданням повітряного клапана є пропуск повітря всередину пристрою в тому випадку, якщо сталася конденсація охолоджуючої рідини після того, як вона закипіла і була охолоджена.

Іншими словами, всередині системи за рахунок явища пароутворення може виникнути надмірний тиск. Точка кипіння охолоджуючої рідини відповідно йому підвищується, при цьому немає залежності від атмосферного тиску, так як тиск скидання задається клапаном в кришці. Така властивість системи охолодження незамінне в процесі їзди по гірській місцевості.Через пониженого атмосферного тиску в горах охолоджуюча рідина закипає швидше, ніж в звичайних умовах. Дане рішення установки повітряного клапана дозволяє таким чином запобігти руйнуванню радіатора. який може бути просто роздавлений атмосферним тиском.

Пробка, оснащена клапанами, забезпечує відкриття випускного клапана в разі закипання охолоджуючої рідини всередині системи і виникнення надлишкового тиску, яке приблизно знаходиться на позначці 0,5 кг / см2. Пар виводиться в пароотводную трубку. Впускний клапан забезпечує доступ повітря тоді, коли тиск всередині виявляється нижче атмосферного тиску (нижче 1 кг / см2), Що виникає в пристрої при охолодженні охолоджуючої рідини.

Таким чином, пристрій пробки повністю ізолює систему охолодження від зовнішньої атмосфери. З цієї причини описану систему називають системою охолодження закритого типу.

У закритій системі охолодження для зливу охолоджувальної рідини потрібно відкрити зливні крани і витягти пробку радіатора. Щоб спустити рідину з водяної сорочки двигуна, в нижній частині блоку окремо передбачений відповідний кран для зливу. Існує також система охолодження відкритого типу.У відкритій системі горловина пристрої охолодження закрита пробкою без клапанів. У такій системі вода закономірно кипить при температурі 100 ° С.

Регулювання температури охолоджуючої рідини

За підтримку постійної температури в системі охолодження двигуна відповідає термостат. Даний елемент розподіляє рух охолоджуючої рідини по контурах. Ці контури називаються малий і великий круг. Сорочку двигуна можна вважати малим колом, рух потоку через радіатор-велике коло. Виникає така ситуація, коли охолодження зовнішнім повітрям при русі ОЖ по великому колу в жарку погоду або при навантаженнях виявляється недостатньо. Щоб забезпечити ефективне відведення нагрітого повітря і підтримувати постійну температуру охолоджуючої рідини додатково встановлюється один або цілий ряд вентиляторів. Такі вентилятори можуть мати механічний привід (вискомуфту) або електричний привід.

Регулювання теплового режиму «шторкою»

Рідинна система охолодження двигуна внутрішнього згоряння може бути оснащена подвійним регулюванням теплового режиму.Першим регулятором виступає термостат, про який ми вже говорили. Другим терморегулирующим елементом стає шторка-жалюзі.

Пристрої з подвійним регулюванням конструктивно мають жалюзі, встановлені безпосередньо перед радіатором. Завдяки такому рішенню в сильні морози радіатор можна прикрити, зменшивши інтенсивність обдування зовнішнім повітрям. Відведення тепла знизиться, а саме тепло можна більш ефективно використовувати для підтримки робочої температури ДВС і інтенсивного опалення салону автомобіля.

Жалюзі представляють собою пластини з металу, які з'єднані між собою шарнірами. Ці шторки можуть мати вертикальне чи горизонтальне розташування перед пристроєм. Управління таким рішенням здійснюється рукояткою із салону автомобіля, а також може бути реалізовано автоматично в окремих конструкціях. Принцип дії механічного пристрою полягає в тому, що задовго або витягаючи рукоять в салоні, водій здійснює поворот пластин. Відбувається зміна щілини між жалюзі і відбувається регулювання інтенсивності обдування радіатора повітряними потоками.Результатом стає вплив на температуру охолоджуючої рідини.

В умовах гранично низьких температур на капот і радіаторну решітку додатково кріплять спеціальний утеплювальний чохол. Такий чохол виготовлений з водонепроникної пожаробезопасной тканини. Зазначені заходи сприяють підтримці робочого теплового режиму двигуна в необхідних рамках.

Установка додаткового радіатора

Поява потужних високофорсованих атмосферних і турбодвигунів, які працюють в самих різних режимах навантаження, поставило перед розробниками завдання встановити додаткові пристрої охолодження. Інженери реалізували паралельну установку додаткового радіатора. Таке рішення отримало свій окремий електричний вентилятор. Не варто плутати додатковий радіатор охолодження з інтеркулером, який встановлюється для охолодження стисненого повітря в системах з турбонагнітачем.

Принцип роботи

Для правильного функціонування сучасні рідинні системи охолодження в процесі роботи враховують безліч найважливіших параметрів. Спеціальні датчики знімають показники температури двигуна, температури охолоджуючої рідини і моторного масла, температури за бортом і т.д.

Якщо коротко описувати принцип роботи системи охолодження, тоді за точку відліку варто прийняти рідинної насос. Цей елемент змушує охолоджуючу рідину постійно рухатися і циркулювати по колу. При цьому прохід через сорочку охолодження двигуна (мале коло) дозволяє рідини омивати гарячі стінки головки блоку і циліндрів. Коли температура охолоджуючої рідини зростає, тоді при певних показниках спрацьовує термостат і відкриває доступ рідини в велике коло (радіатор). Так вдається уникнути перегріву двигуна і ефективно віддати рідини надлишкове тепло від нагрітих деталей двигуна. Коли гаряча рідина потрапляє в пристрій охолодження, від неї відбувається відвід тепла в навколишнє атмосферу. Повний цикл закінчується, а охолоджена рідина рухається аналогічно по новому циклу.

Цілком очевидно, що радіатор є своєрідним теплообмінником, який забезпечує ефективне охолодження не найбільш мотора, а охолоджуючої рідини. Установка додаткового вентилятора або жалюзі дозволяє підтримувати температуру рідини на оптимальному для роботи мотора рівні як в екстремальний холод, так і в сильну спеку.

Діагностика і ремонт несправностей радіатора своїми руками

Головною діагностичною процедурою є періодичний контроль системи охолодження двигуна на предмет витоків і зниження обсягу охолоджуючої рідини в розширювальному бачку. Контролювати кількість рідини можна візуально. Так як рідина постійно нагрівається і охолоджується, з часом входить до складу будь-якої ОЖ вода частково випаровується, що і призводить до загального зниження обсягу.

Якщо говорити про несправності радіатора, тоді основною є забруднення його сот і каналів, а також їх руйнування. Забруднення призводить до того, що циркуляція рідини всередині пристрою погіршується, ОЖ при русі по великому колу не встигає охолонути. В таких умовах потужності вентилятора перестає вистачати, так що перегрів двигуна неминучий.

Починати ремонт радіатора охолодження двигуна з забрудненими сотами варто починати зі звичайною промивання серцевини проточною водою. Обов'язково має бути від'єднано нижній патрубок, а далі через горловину починати заливати воду. Вкрай бажано здійснювати промивку сот пристрої охолодження водою під тиском. У ряді випадків, коли радіатор сильно забитий,його можна розпаяти і провести демонтаж верхнього і нижнього бачків. Після демонтажу стає можливим здійснити чистку серцевини механічним способом.

В процесі експлуатації верхній або нижній бачок, а також і самі стільники починають текти. Це відбувається через використання низькосортних охолоджуючих рідин, механічних пошкоджень і т.д. Якщо підтікання незначне, тоді можна спробувати засипати або залити в радіатор спеціально призначене для тимчасового усунення таких дефектів рішення з автомагазину. До "дідівським" методів відносять добавку великої порції гірчичного порошку, який розмокає і затягує тріщину. Як перший, так і другий спосіб не ремонтує пристрій повністю, а тільки дозволяє усунути текти на час дороги до СТО і постановки автомашини на ремонт.

Пам'ятайте, що коли двигун гарячий, відкривати пробку радіатора небезпечно! Можна отримати сильний опік пари і гарячої охолоджувальною рідиною. Перед тим як відкрити пробку на горловині, потрібно максимально широко накрити саму пробку і область навколо неї тканинним матеріалом, а вже потім відвертати.

Що стосується розширювального бачка, то пробку на ньому при розігрітому моторі потрібно відкручувати з аналогічною обережністю. Злегка перейдіть пробку, але не до кінця. Ви почуєте характерний звук виривається повітря, схожий на той, що виникає при відкритті кришки на пляшці газованої води. Після такого підбурювання кришку бачка можна поступово відкривати повністю і здійснювати контроль або долив охолоджуючої рідини.