Устройство и принцип действия радиатора охлаждения двигателя. Биметаллические радиаторы отопления

Автомобильным радиаторам отводится роль охладителей двигателей и некоторых функциональных систем и устройств автомобиля. Благодаря радиаторам разогревается воздушный поток в отопительной, вентиляционной системах и системе кондиционирования.

Выход из строя радиатора системы охлаждения очень скоро приводит в негодность все транспортное средство. При поломке этого устройства в большем числе случаев требуется его полная замена, которую желательно производить со знанием дела. Как же подобрать наиболее оптимальный вариант покупки, отвечающий всем требованиям в условиях, когда каждый отдельный образец охладительного радиатора имеет свои неоспоримые достоинства и очевидные минусы? Помня о том, что, как и всё остальное, радиаторы для автомобилей не бывают идеальными, придется оценивать наиболее благоприятное и приемлемое сочетание плюсов и минусов.

Типы радиаторов охлаждения

Моделей радиаторов существует немало. Постараемся провести короткий анализ наиболее известных образцов:

1. Радиаторы, снабженные круглыми трубами. Главное их преимущество это, конечно же, низкая стоимость. Их сборка производится механическим способом. Отличие подобных изделий в том, что их площадь поверхности теплопередачи достаточно ограниченная, и они не будут работать с прокладками любого образца.
2. Радиаторы, оборудованные трубками овальной формы. Теплопередающая поверхность здесь, в сравнении с предыдущим образцом, несколько больше, при вполне приемлемой цене. Несколько подводит общая твердость и совсем незначительное число изготовителей, что создает определенные сложности.
3. Спекаемые радиаторы. Это совсем другой уровень качества, что сразу отражается на цене. Они и надежны и очень прочны при оптимальных размерах поверхности теплоотражения. Хорошо выдерживают нагрузки, создаваемые мощными и очень динамичными силовыми агрегатами.
4. Монолитно-алюминиевые радиаторы. Надо признать, что это продукт самого высокого качества, за который придется отдать значительную сумму. Подобными устройствами оборудованы не только высококлассные авто иностранного производства, но и многие обычные иномарки. Хотя алюминиевый радиатор стоит недешево, его может испортить коррозия.

Масляные радиаторы отвечают за поддержание нормальной температуры масла и обеспечивать как высокий, так и низкий уровень давления, что определяется их модификацией. Охлаждение масляного радиатора может выполняться естественным образом или искусственно. Во втором случае предусмотрена установка вентилятора, нагнетающего воздух, что в значительной мере повышает эффективность охладительной работы.

Довольно много автовладельцев хотят решить проблему самостоятельно с ремонтом автомобильного радиатора , но зачастую это приводит к тому, что на ремонт машины в последствие требуется уже намного больше средств. А иногда случается и такое, что после самостоятельного ремонта его уже и невозможно восстановить.

На сегодняшний день существует большое количество автосервисов, где могут предоставить все виды работ по ремонту радиаторов . Они производят сварку алюминиевых и медных элементов, пайку, а также склеивание пластмассовых частей. В станциях технического обслуживания также усиливают крепежные рамки, кронштейны, производят чистку, устраняют всевозможные течи, исправляют геометрию в аварийных радиаторах.

Если у Вас поломалась какая-то деталь, узел, либо радиатор, то для этого необходимо:

• Произвести замену автомобиля;
• Произвести замену радиатора;
• Произвести ремонт радиатора самостоятельно, либо с помощью своих знакомых;
• Отвезти радиатор для ремонта в автомобильную мастерскую.

Многие автомобилисты выбирают именно первый вариант, но это в том случае, если человек обеспеченный и может себе такое позволить. Некоторые по точно такой же причине решают заменить радиатор и поставить новый. А большинство людей, конечно же, будут пробовать производить ремонт радиатора самостоятельным способом. Некоторые являются механиками, а у некоторых просто ограниченные финансовые возможности. Но есть и такие, которые не совсем понимают, что из себя представляет радиатор, что он вовсе не такой простой, как это может показаться вначале. В таком случае самым лучшим вариантом станет просто принести в автомастерскую радиатор и доверить работу профессионалам в этой области.

Что из себя представляют радиаторы?

На сегодняшний день выпускают следующие виды радиаторов: алюминиевые, сборные с пластмассовыми бачками и медно-латунные . Автомобильный радиатор – это сложнейшее высокотехничное устройство с довольно большой прочностью и геометрической точностью. В первую очередь это связано с тем, что давление охлаждающей жидкости составляет до 0,2 Мпа (2кг/кв.см). Помимо этого, все нагрузки, которые связаны с перепадом давления, дают на радиатор разрушающий эффект. А температура может приходиться в +150 градусов по Цельсию. В общем, можно сделать вывод, что автомобильный радиатор – это очень ответственный автомобильный узел.

Довольно много автовладельцев принимаются самостоятельно производить ремонт автомобильного радиатора, и в основном, это заканчивается не очень позитивно. Это приводит к тому, что в последствии приходится вкладывать в его намного больше денег, когда его привозят в автосервис. А иногда случается и такое, что починить его уже невозможно после такого самостоятельного ремонта.

Несколько примеров по неквалифицированному ремонту:

• Самый распространенный случай, это когда заливает эпоксидной смолой область течи. Такой способ не может дать 100% гарантию на то, что течь будет устранена. Главной ошибкой считается отсутствие зачистки, нарушение пропорций в приготовлении смеси, недостаточное обезжиривание в области мест склейки и слабая термоустойчивость смолы.
• Некоторые полагают, что для того, чтобы произвести пайку паяльной лампой, либо паяльником, не обязательно иметь определенные навыки.
• Когда нет специального оборудования, необходимого для опрессовки, это может привести к тому, что цикл пайки, опробования и установки радиатора повторяется не один раз.
• В тот момент, когда металл перегревается (к примеру, когда производится пайка бачка), соты в области примыкания начинают разгерметизироваться. Другими словами, образуются новые течи. В таком случае необходимо восстанавливать радиатор, и затраты на это понадобятся немалые.
• Иногда случается, что при отворачивании пробки для слива, либо при снятии патрубка от горловины прикладываются слишком много усилий. Это приводит к тому, что сливная пробка, либо сама горловина получает механическое повреждение.

В том случае, когда поломка автомобильного радиатора произошла в дороге, тогда вынужденной мерой является применение «холодной сварки». Использовать такой радиатор можно будет до 10 дней, при сильно хорошем расчете – до одного месяца. Для того, чтобы устранить микронеплотности, некоторые автомобилисты используют герметик, заливая эту смесь в область системы охлаждения. От этого течь не прекратится, только радиаторный ресурс уменьшится в 5 раз.

Система охлаждения играет очень важную роль, так как именно она предотвращает перегревание двигателя автомобиля, которое неизбежно в процессе работы. Важнейшим элементом охлаждающей системы выступает радиатор, обеспечивающий эффективное охлаждение жидкости.

Система охлаждения автомобиля специально предназначена для того, чтобы охлаждать детали двигателя, которые нагреваются в процессе его работы. Современные автомобили имеют системы охлаждения, которые, помимо своей основной, выполняют целый ряд других важных функций:

Нагревают воздух в системе вентиляции, отопления и кондиционирования;
- охлаждают масло в системе смазки;
- охлаждают отработанные газы в системе рециркуляции отработанных газов;
- охлаждают рабочую жидкость в автоматической коробке передач;
- охлаждают воздух в системе турбонаддува.

На сегодняшний день существует несколько систем охлаждения двигателя: воздушная, жидкостная и комбинированная. В жидкостной системе тепло от разогретых элементов двигателя отводит поток жидкости, в воздушной системе — поток воздуха. В комбинированной системе воздушная и жидкостная системы объединяются.

Большинство современных автомобилей оборудованы жидкостной системой охлаждения, среди преимуществ которой можно выделить эффективное равномерное охлаждение. Кроме этого, жидкостная система охлаждения имеет невысокий уровень шума.

Независимо от того, какой тип двигателя имеет автомобиль - бензиновый или дизельный, конструкция систем охлаждения будет подобной. В состав системы охлаждения входят следующие элементы.

Радиатор



Назначение и устройство радиатора

Радиатор предназначен для передачи теплоты от охлаждающей жидкости потоку воздуха, т. е. он является основным теплообменным узлом системы охлаждения двигателя.
Общее устройство радиатора жидкостной системы охлаждения двигателя представлено на рисунке 3 .
Более подробно устройство радиатора показано на рисунках 1 и 2 .

Верхний 9 (рис. 1,а ) и нижний 15 бачки радиатора соединены с сердцевиной 12 . В верхний бачок впаяны заливная горловина 8 с пробой 7 и патрубок для подсоединения гибкого шланга, который подводит нагретую охлаждающую жидкость к радиатору.
Сбоку заливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки.
В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга 13 .
К верхнему и нижнему бачкам прикреплены боковые стойки 6 , соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластины образуют каркас радиатора.

Основным теплообменным элементом радиатора является его сердцевина, состоящая из многочисленных трубок, соединенных в соты с помощью металлических пластин или лент. Трубки радиатора могут иметь круглое, овальное или прямоугольное сечение. При этом чем меньше площадь проходного сечения и тоньше стенка трубки, тем выше ее теплообменная способность.
Для прохода охлаждающей жидкости применяют шовные или цельнотянутые трубки из латунной ленты толщиной до 0,15 мм .

Сердцевины радиаторов автомобилей могут быть трубчато-пластинчатыми или трубчато-ленточными.
В трубчато-пластинчатых радиаторах охлаждающие трубки располагаются относительно потока воздуха в шахматном порядке в ряд или под углом (рис. 2,а-г ). Пластины оребрения выполняются плоскими или волнистыми. Для усиления теплоотдачи на них могут быть выполнены специальные турбулизаторы в виде отогнутых просечек, которые образуют узкие и короткие воздушные каналы, расположенные под углом к потоку воздуха (рис. 2,д ).

В трубчато-ленточных радиаторах (рис. 2,е ) охлаждающие трубки располагаются в ряд. Ленту для решетки изготовляют из меди толщиной 0,05…0,1 мм . Для усиления теплоотдачи создают завихрения воздушного потока путем выполнения на ленте фигурных выштамповок или отогнутых просечек (рис. 2,ж ).

В последнее время получили широкое распространение радиаторы из алюминиевого сплава, которые легче латунных и дешевле, однако их надежность и долговечность уступает радиаторам из латунных сплавов. Кроме того, латунные радиаторы проще ремонтировать при помощи пайки. Детали и элементы конструкции алюминиевых радиаторов соединяются обычно завальцовкой с применением герметизирующих материалов.

Радиатор соединен с рубашкой охлаждения двигателя патрубками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутами. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора без нарушения герметичности системы жидкостного охлаждения.

Пробка 7 , закрывающая горловину 8 радиатора, состоит из корпуса 18 (рис. 1,б ), парового 22 и воздушного 25 клапанов и запирающей пружины 21 .

На стойке 20 , с помощью которой к корпусу прикреплена запирающая пружина, установлен паровой клапан, прижатый пружиной 19 . Воздушный клапан 25 прижимается пружиной 26 к седлу 27 .
Плотное прилегание клапанов к седлам достигается установкой резиновых прокладок 23 и 24 . При повреждении резиновых прокладок система охлаждения становится открытой и охлаждающая жидкость закипает при температуре 100 ˚С .
При исправных клапанах давление в системе несколько больше давления окружающей среды и температура кипения охлаждающей жидкости составляет 108…119 ˚С .

В случае закипания охлаждающей жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При давлении 145…160 кПа открывается паровой клапан 22 , преодолевая сопротивление пружины 19 . Система охлаждения сообщается с атмосферой, и пар выходит из радиатора через пароотводящую трубку 17 .
После охлаждения жидкости пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение.
При давлении 1…13 кПа открывается воздушный клапан 25 и в радиатор через отверстие 28 , и клапан начинает поступать воздух из атмосферы. Паровой и воздушный клапаны предотвращают возможное повреждение радиатора вследствие высокого давления, как с внешней, так и с внутренней стороны.
В случае использования в системе охлаждения расширительного бачка, клапаны могут размещаться в его пробке.

Для регулирования потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, в системе охлаждения грузовых автомобилей и автобусов, а также легковых автомобилей устаревших конструкций применяют жалюзи с приводом из кабины водителя (рис. 1,а ).
Жалюзи изготовляются из набора вертикальных или горизонтальных пластин-створок из оцинкованного железа, которые объединены рамкой и шарнирным устройством, обеспечивающим одновременный (или групповой) поворот пластин вокруг оси. При перемещении рукоятки 4 вперед до отказа створки жалюзи полностью открываются, и воздух свободно проходит между трубками радиатора, отбирая у них излишки теплоты. Для регулирования температурного режима рукоятку привода жалюзи можно установить на фиксаторе 5 в любом промежуточном положении.
В некоторых автомобилях применяются жалюзи в виде брезентовых или кожаных штор, подпружиненных в специальном тубусе и оснащенных механизмом подъема и опускания.

Современные легковые автомобили, как правило, не оснащаются жалюзи для регулирования воздушного потока к радиатору – чаще применяются системы автоматического включения и выключения вентилятора системы охлаждения с помощью электрических или гидравлических устройств. Это позволяет повысить комфорт управления автомобилем.

Эффективность обдува сердцевины радиатора воздухом повышается за счет применения направляющего кожуха – диффузора 16 , который крепится к рамке радиатора и охватывает по кругу вентилятор системы охлаждения. Диффузор направляет воздушный поток через сердцевину, исключая его движение мимо радиатора.



Особенности эксплуатации радиаторов

Поскольку радиатор изготовляют из тонкостенных трубок и пластин, он является очень нежным и хрупким устройством. Поэтому при обслуживании и ремонте необходимо бережно обращаться с радиатором, чтобы не повредить детали сердцевины, патрубки или бачки.

В летний период времени водители нередко используют в качестве охлаждающей жидкости воду – она дешевле и эффективнее участвует в процессах теплообмена благодаря физическим свойствам. Но такая экономия может привести к повреждению и даже разрушению деталей и узлов двигателя.
Не следует забывать, что антифризы уменьшают образование накипи на стенках рубашки охлаждения блока и головки блока. Кроме того, в современных автомобилях низкозамерзающие жидкости зачастую служат не только для охлаждения двигателя, но и для смазки некоторых узлов, например, подшипников жидкостного насоса системы охлаждения. Вода такие функции выполнять не может.

При использовании воды в жидкостной системе охлаждения вместо низкозамерзающих жидкостей в холодный период времени года, ее следует тщательно удалять из радиатора и рубашки охлаждения двигателя при постановке автомобиля на хранение в не отапливаемых помещениях и на открытой стоянке. В противном случае замерзшая вода (как известно, вода расширяется при замерзании) может нарушить герметичность системы, повредив стыковые соединения деталей и даже разорвать трубки сердцевины и бачки радиатора, головку блока и блок-картер двигателя.
По этой причине необходимо убедиться, что вода полностью вытекла через открытые краники на блоке и радиаторе (крышка радиатора при этом должна быть снята), а затем продуть систему несколькими оборотами коленчатого вала при помощи стартера или даже на несколько секунд запустив двигатель без охлаждающей жидкости.
Краны после слива воды из системы охлаждения лучше оставить открытыми.

Иногда вода в системе охлаждения может привести к перегреву двигателя при запуске в очень холодное время года, если в системе охлаждения предусмотрены терморегулирующие клапаны – термостаты. В период прогрева двигателя термостат закрывает допуск охлаждающей жидкости в радиатор, и направляет ее по малому кругу. В это время часть воды, находящаяся в радиаторе двигателя, патрубках и гибких шлангах, а также в радиаторе отопителя кабины, остается неподвижной и может замерзнуть, образовав ледяные пробки в различных участках большого круга, чаще всего – в трубках радиатора и патрубках.
После прогрева двигателя и открывания клапана термостата в большой круг системы охлаждения эти пробки зачастую не удается растопить из-за отсутствия циркуляции воды, и она продолжает перемещаться лишь по малому кругу, нагреваясь все сильнее. Это может привести к перегреву двигателя. В таких случаях необходимо принять меры к ликвидации ледяных пробок в системе – автомобиль срочно поставить в теплый гараж, а патрубки и трубки радиатора проливать горячей водой, пока пробки не растают. Если при этом двигатель не заглушается, следует внимательно следить за его температурой.
Избежать подобных неприятностей можно используя в системе охлаждения специальные низкозамерзающие жидкости - антифризы.



Назначение автомобильного радиатора охлаждения — обеспечивать теплообмен горячей охлаждающей жидкости двигателя автомобиля с окружающим воздухом. Вроде бы все просто, но эффективность радиатора зависит от главных двух факторов — используемого материала (материалы отличаются теплопроводностью) и конструкции охлаждающей сердцевины. При радиаторе с хорошей теплоотдачей вентилятор охлаждения зачастую может не включаться; это позволяет экономить топливо за счет экономии электроэнергии и правильного теплового баланса двигателя

• Текст ПЕТР НЕЧИПОРЕНКО

Материал, используемый при производстве радиаторов

Основной материал при производстве сердцевин современных радиаторов — алюминий. Он обладает примерно в два раза меньшей теплопроводностью, чем медь, которая практически вышла из употребления из‑за высокой стоимости. «Устаревшим» материалом считается сталь, которая использовалась еще до меди; ее теплопроводность примерно в четыре раза меньше, чем у алюминия. Но использование материала с большим коэффициентом теплопроводности само по себе еще не гарантирует высокой теплоотдачи радиатора — более важным фактором выступают конструктивные особенности радиатора.

Конструкция автомобильных радиаторов

Теплоотдача радиатора зависит от его емкости. Чем больше охлаждающих трубок в радиаторе и чем они шире, тем лучше. Поэтому емкость радиатора зависит от двух моментов — шага охлаждающих трубок (обратно пропорциональная зависимость) и толщины сердцевины (прямо пропорциональная зависимость). Учитывая эти моменты, в современных радиаторах есть тенденция к уменьшению расстояния между охлаждающими трубками (шагом трубок) и увеличению толщины трубок. Благодаря этому мы получаем возможность использовать при производстве радиаторов алюминий взамен меди — недостаток теплопроводности легко компенсируется увеличением емкости радиатора.

И в этой связи можно вспомнить о другом преимуществе алюминия — большей жесткости. Благодаря этому можно изготавливать трубку увеличенной ширины (в 2 - 3 раза шире медной трубки), что позволяет делать радиатор однорядным и тем самым избежать воздушного просвета между рядами трубок. «Медный» радиатор при той же общей толщине сердцевины необходимо будет изготавливать двухрядным — и при этом воздушный просвет между рядами трубок «отнимет» примерно 10 % емкости.

Наконец, теплоотдача радиатора будет зависеть от «металлоемкости». Увеличить теплоотдачу радиатора можно посредством увеличения количества металла в сердцевине — чем больше эта величина, тем больше теплоотдача. Как правило, в конструкции радиатора не изменяют толщину трубки, а увеличивают количество «оребрения» — охлаждающих лент или охлаждающих пластин. При этом изменяется «шаг» охлаждающих лент (то есть угол, на который они складываются) либо количество охлаждающих пластин (их «плотность»).

Не стоит забывать и о форме охлаждающей трубки — преимущество имеет аэродинамически «правильная», то есть плоскоовальная форма трубки. Трубка круглого сечения, в отличие от плоскоовальной, будет иметь «аэродинамическую тень» — «мертвую зону» позади трубки, куда холодный воздух практически не попадает.

Алюминиевые трубчато-ленточные несборные (паяные). Самые распространенные в современном автопроме (получили широкое использование с конца 80-х годов XX века). Имеют охлаждающую сердцевину из трубок плоскоовального сечения и лент, сложенных в виде «гармошек», расположенных между трубок.

Медно-латунные трубчато-ленточные несборные (паяные). На сегодняшний день используются крайне редко и только для грузовых автомобилей и спецтехники. Так же, как и тип 1, имеют сердцевину из плоскоовальных трубок и лент между ними. Отличие от типа 1 - используется медь, а не алюминий.

Алюминиевые трубчато-пластинчатые сборные. Считаются устаревшей конструкцией; появились в конце 1980‑х годов XX века. Охлаждающая сердцевина состоит из круглых трубок, нанизанных на охлаждающие пластины-«ламели», изготовленные из стали.

Медно-стальные трубчато-пластинчатые несборные (паяные). Самая устаревшая конструкция, на сегодняшний день не используются по причине низкой теплоотдачи и плохой вибрационной стойкости. Охлаждающая сердцевина состоит из плоскоовальных трубок, нанизанных на охлаждающие пластины-«ламели», изготовленные из стали.