05.2003 НАМ ПОГОРЯЧЕЕ!

НАМ ПОГОРЯЧЕЕ!

ГЕННАДИЙ ИВАНОВ

В цилиндрах двигателя настоящее пекло - максимальная температура пламени порой превышает 2500°С, и детали только потому не плавятся, что их оберегает ангел-хранитель, система охлаждения. Она должна быть рассчитана так, чтобы ее хватало на сброс в окружающую среду примерно такого же количества теплоты, какое тратится на полезную работу, да еще с запасом для особенно тяжелых нагрузок, жаркой погоды и т. п.

ПОДУЕМ НА ГОРЯЧЕНЬКОЕ

В любом варианте автомобильный мотор, будь он воздушного или жидкостного охлаждения, отдает "лишнюю" теплоту воздуху. Достоинства воздушного, когда напрямую обдуваются воздухом горячие детали, простота и безотказность. Но есть и недостатки, в частности, неравномерность "поля температур": даже в пределах одной детали (например, цилиндра) температуры разных точек могут сильно различаться. Отсюда неравномерное тепловое расширение, дополнительные напряжения в деталях. К тому же сами температуры существенно меняются в разных условиях работы двигателя. При этом трудно получить высокие мощностные, экономические показатели и ресурс. Если же систему дополнить устройствами, сглаживающими эти недочеты, она лишится главного достоинства - простоты.
Жидкостная система охлаждения (рис. 1) сложнее: горячие детали отдают лишнюю теплоту циркулирующей в системе жидкости, та - радиатору 4, а он - воздуху. Поток воздуха, при необходимости, усиливают вентилятором 5. Система снабжена специальным устройством - термостатом 10, который управляет потоками жидкости (рис. 2). Пока двигатель не прогрет, основной клапан 2 термостата закрыт - и жидкость через радиатор не проходит. Это ускоряет прогрев. При температуре, близкой к рабочей, клапан 2 начинает приоткрываться, а перепускной (байпасный) 1 закрываться: часть жидкости охлаждается в радиаторе, рост температуры замедляется или прекращается. При умеренных нагрузках на двигатель температура достаточно стабильна.
На моей машине в диапазоне скоростей 70-120 км/ч стрелка указателя температуры почти на месте. Но если нагрузка больше, температура поднимется - основной клапан полностью откроется, а байпасный будет закрыт. Мало и этого? Включится вентилятор, улучшая "продувку" радиатора. (В старых схемах, с механическим приводом крыльчатка может вращаться постоянно. Но есть и другие схемы, с термомуфтами.) Добавим, что система охлаждения снабжена хитроумной пробкой, позволяющей поддерживать повышенное давление жидкости и тем самым исключать ее закипание даже при температуре 115-120°С. Радиатор при этом отдает воздуху больше теплоты.
Кстати, почему недопустимо кипение жидкости? Первые паровые пузыри возникают в зоне низкого давления жидкости - у входа в водяной насос, а его крыльчатка не рассчитана на перекачивание газа, и создаваемый ею напор падает. Циркуляция жидкости замедляется, ее температура становится еще выше - зона парообразования растет, захватывает весь насос... и тот вообще перестает работать. Если мотор не выключить, жидкость начнет кипеть и в его рубашке, а теплоотвод от горячих стенок к паровым пузырям ничтожен - охлаждения, в сущности, уже нет. Теперь жди крупных неприятностей - от коробления головки до заклинивания поршней в цилиндрах.
С кипением жидкости связан еще один эффект. Предупредим новичков: когда система охлаждения исправна, герметична, ни в коем случае нельзя открывать ее пробку при работающем двигателе или сразу после его остановки. Вырвавшаяся под давлением перегретая жидкость взметается красивым фонтаном, каждая капля, вскипев, взрывается... - и ожоги "мастеру" практически гарантированы!
Итак, усложнение системы - это плата за возможность гибкой работы, улучшение всех показателей двигателя и рост его ресурса.
Но в сложной системе и возможных неполадок, как правило, больше.

УСТАВЯСЬ В ЭКРАН...

Спасибо телевидению: все мы можем любоваться картинами заторов на северных реках. Выше стихийной запруды - потоп... Те же закономерности в системе охлаждения: на пути от горячих деталей к радиатору тепловой поток не должен встречать препятствий, не то - беда!
А возможностей для этого хватает! Первая - в самом начале теплового потока. Если водяная рубашка изнутри покрыта накипью, грязью, то они, как шуба, мешают передаче тепла от цилиндров к жидкости. Та, конечно, в конце концов нагреется, и радиатор начнет отдавать теплоту воздуху, но... температура самих деталей двигателя (в том числе поршней, колец, клапанов) будет гораздо выше положенной, что грозит повреждениями.
Помеха тепловому потоку может возникнуть и в другом конце системы: если загрязнен радиатор, ухудшается передача тепла от жидкости к трубкам (мешают отложения внутри) и от трубок к воздуху (в качестве "шубы" здесь обычная грязь, тополиный пух и т. п.). Результат, опять-таки, как в речном заторе: излишкам теплоты, выработанной двигателем, деться некуда, его температура неудержимо растет. Это перегрев.
Одно из важнейших требований к системе охлаждения - чистота.
Исправная система охлаждения перекрывает потребности двигателя с хорошим запасом. Но закономерности здесь непростые. Например, чем выше число оборотов двигателя (и крыльчатки насоса), тем энергичнее циркуляция охлаждающей жидкости. Значит ли это, что для хорошего охлаждения нужно ехать быстрее? Не спешите. Если двигатель работает при высоких оборотах, отдавая небольшую мощность, например, "Жигули" идут на спуске со скоростью 120 км/ч - охлаждения хватает. При такой же скорости на затяжном подъеме картина иная - и "болезни" радиатора (отложения внутри, грязь снаружи и т. п.) грозят перегревом. Ведь при большей мощности в цилиндрах сгорает дополнительное топливо - и в радиатор поступает больше тепла.
Но еще важнее сама скорость. Увеличение скорости вдвое примерно так же сказывается и на циркуляции, и на обдуве радиатора воздухом. А вот мощность, отдаваемая двигателем, вырастет раз в семь (см. ЗР, 1997, № 7-8). Хорошо, если система исправна. В противном случае быстрая езда опасна для двигателя. Недостаточное охлаждение превращается в своеобразный ограничитель скорости: сбавишь на 15-20 км/ч - температура нормализуется, прибавишь - вновь стрелка в красной зоне.

ПОВТОРЕНЬЕ - МАТЬ УЧЕНЬЯ

Вот примеры из практики.
...Почти новая "Нива" VAZ 21213 стала вести себя странно: в уличных заторах температура жидкости держалась вблизи нормы, но стоило водителю вырваться на простор и разогнаться до 80-90 км/ч, как стрелка указателя температуры шалела. Перегрев явно "увязывался" с мощностью, развиваемой мотором. Причину установили, заметив потерю части "Тосола" - не хватало литра два! Подтянули соединения, хомуты, долили "жижи" - перегрев прекратился. Значит, уменьшенный объем теплоносителя не справлялся с тепловым потоком при увеличении нагрузки на двигатель и температура жидкости начинала расти. К тому же система, возможно, была негерметична, что могло привести и к закипанию "Тосола" на входе в помпу, ослаблению циркуляции.
...После очередного техобслуживания мотор VAZ 2106 начал перегреваться. Внимательно приглядевшись к термостату, водитель заметил, что патрубок "малого круга" немного отогнут набок. (Вот вам и сервис!) Байпасный клапан не мог полностью закрыться - жидкость перегревалась. Дело случилось в пути, водитель "на глазок" вернул патрубок в правильное положение - перегрев прекратился.
...Морозным утром водитель тронулся в путь и вскоре, прибавив газ, услышал детонационный стук. Глянул на указатель температуры - двигатель перегрет! Остановился, пощупал радиатор. Холодный! Видно, заело клапаны термостата. Вспомнив чей-то совет, постучал отверткой по ребру на корпусе. Помогло! Жидкость пошла в радиатор, охлаждение восстановилось. Безукоризненно работавший после этого термостат радовал полгода, а летом в самый зной его напрочь заклинило!
До автомобильного рынка было далеко - решил временно воспользоваться "чисто русским" рецептом. Выломал из термостата внутренние детали, верхний патрубок заглушил деревянной пробкой. Пусть весь "Тосол" идет в радиатор!
Но при избытке охлаждения мотор даже в жару прогревается очень медленно. А "недогрев" и расход топлива увеличивает, и износ ускоряет. Это подстегнуло на покупку нового термостата.
В зените лета мотор VAZ 21083 стал медленнее прогреваться. Сняв термостат, увидели приоткрытый основной клапан: он крепко зажал небольшую гайку! Как она попала в систему, остается догадываться. Чудеса сервиса!
В заключение один практический совет. Всегда содержите в исправности отопитель. Не будем забывать, что его радиатор - своеобразное дополнение к системе охлаждения двигателя, не зависящее от термостата. И хотя теплоотдача отопителя невелика в сравнении с возможностями главного радиатора, во многих случаях он способен помочь избежать рокового перегрева. Когда стрелка лезет в красную зону, извинитесь перед пассажиром, откройте окна и кран "печки", включите ее вентилятор. Это не всегда приятно, но может избавить от повреждений двигателя, а значит - еще больших неприятностей.