Работающий двигатель выделяет большое количество тепловой энергии. Максимальная температура внутри камеры сгорания поднимается до 2500 градусов Цельсия.
Этот избыток тепла нужно как-то отводить. Если этого не сделать, мощность двигателя будет падать, масло будет выгорать, что приведет к повышению трения, износу и заклиниванию деталей двигателя.
При этом нельзя также слишком переостудить двигатель. Переохлаждение приведет к повышенному потреблению топлива. Низкие температуры также негативно отразятся на эффективности специальных присадок в масле.
Поэтому инженеры конструкторы уделяют большое внимание разработке системы охлаждения для оптимального отвода тепла на всех режимах работы силового агрегата.
Существует два способа отведения излишков тепла – воздушное охлаждение и жидкостное. Воздушное охлаждение применяется на мопедах, мотоциклах и очень редко – на автомобилях.
Жидкостное охлаждение на автомобилях применяется гораздо чаще. Такие системы позволяют отопление салона за счет тепла, выделяемого двигателем. Стоит особо отметить, что жидкостное охлаждение позволяет охлаждать двигатель более равномерно.
В качестве охлаждающей жидкости обычно используется антифриз. Это – вода смешанная с этиленгликолем и разнообразными присадками для снижения коррозии и т.п.
Рубашка охлаждения – это каналы, по которым прокачивается охлаждающая жидкость. Эти каналы проходят через блок цилиндров и головку блока двигателя.
После прохождения через такие каналы жидкость нагревается и через патрубки поступает в радиатор, где охлаждается потом воздуха.
Рубашка охлаждения и радиатор заполняются охлаждающей жидкостью через заливную горловину, закрывающуюся пробкой. В пробке имеются специальные клапаны, через которые система охлаждения сообщается с атмосферой. Такая система называется закрытой. В закрытой системе охлаждения поддерживается избыточное давление(до100кПа). Оптимальным температурным режимом двигателя является такой, при котором температура охлаждающей жидкости находится в пределах 80–110°С. Повышенное давление в системе охлаждения поднимает температуру кипения до 120°С, вследствие чего происходит меньшее выкипание жидкости.
Антифризы меняют свой объем при изменении температуры: при нагревании объем увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Для компенсации температурного изменения объема служит расширительный бачок, подключаемый к системе охлаждения.
При работе двигателя охлаждающая жидкость принудительно циркулирует в системе охлаждения с помощью насоса, который приводится в действие от коленчатого вала или от электродвигателя. Охлаждающая жидкость соприкасается с нагретыми стенками цилиндров и головками блока, после чего поступает в радиатор. Движение воздуха через радиатор обеспечивается встречным напором при движении автомобиля и принудительно — с помощью вентилятора.
Для того, чтобы система охлаждения обеспечивала оптимальный температурный режим и быстрый прогрев двигателя после пуска, в контур циркуляции жидкости включают специальное устройство — термостат. В термостате имеется клапан, управляемый теплочувствительным элементом. Пока жидкость в системе охлаждения холодная, клапан термостата закрыт, и жидкость циркулирует по так называемому малому кругу циркуляции — от насоса по рубашке охлаждения, минуя радиатор. Поскольку жидкость не попадает в радиатор и не охлаждается в нем, она быстро нагревается. Когда температура жидкости поднимается до оптимальной, клапан термостата открывается, и жидкость начинает проходить через радиатор и охлаждаться в нем (большой круг циркуляции). Проходное сечение термостата изменяется при изменении температуры, и это дает возможность в определенных пределах автоматически регулировать температурный режим двигателя.