Радиатор: основа автомобильных систем охлаждения

На любом современном автомобиле можно встретить несколько деталей для охлаждения или нагрева жидкостей и газов, используемых в различных системах — радиаторов. Все о радиаторах, их существующих типах, конструкции и принципе работы, а также о подборе и замене этих деталей — узнайте из данной статьи.

Что такое радиатор?

Радиатор — узел систем охлаждения различных агрегатов транспортных средств (двигателя, масла, отопителя салона, кондиционера, интеркулера и других); воздушный или жидкостный теплообменник, состоящий из ряда тонких трубок и резервуаров, обеспечивающий охлаждение протекающей жидкости набегающим потоком воздуха или жидкости.

В транспортных средствах присутствует как минимум один агрегат, требующий отвода тепла в процессе работы — двигатель. Во многих автомобилях также есть отдельные механизмы и системы, для нормального функционирования которых необходимо организовать охлаждение — система смазки двигателя или коробки передач, система охлаждения наддувного воздуха (интеркулер), система кондиционирования и другие. Наконец, в любой машине есть система отопления салона, для работы которой необходимо отбирать часть тепла от двигателя и направлять его в салон. Во всех этих системах присутствует похожая по конструкции и работе деталь — радиатор или теплообменник.

На радиаторы возлагается несколько функций:

• Отвод тепла от протекающей внутри радиатора среды (жидкости или газа) и отдача его в атмосферу;
• В радиаторах системы охлаждения ДВС — возможность добавления и слива жидкости в систему (за счет наличия заливной пробки и сливного крана);
• Также в радиаторах системы охлаждения ДВС — выравнивание давления в системе и в атмосфере, а также сброс чрезмерного давления через встроенный клапан;
• В радиаторах-испарителях системы кондиционирования — расширение рабочей среды (фреона) и понижение ее температуры;
• В радиаторах отопителей — отвод тепла от охлаждающей жидкости в салон автомобиля.

При этом любой радиатор обеспечивает теплообмен между различными средами (жидкостями, жидкостью и воздухом, газами), за счет чего достигается охлаждение одних сред и нагрев других. Все радиаторы важны для нормального функционирования отдельных систем автомобиля, в отдельных случаях радиатор в принципе делает возможной эксплуатацию транспортного средства. Поэтому неисправный теплообменник необходимо отремонтировать или заменить, но прежде, чем идти в магазин за новой деталью, необходимо разобраться в типах, конструкции и особенностях работы автомобильных радиаторов.

Типы и устройство автомобильных радиаторов

Все автомобильные радиаторы имеют принципиально одинаковую конструкцию, в которой можно выделить три части:

• Бачок с подводящим патрубком;
• Сердцевина;
• Бачок с отводящим патрубком.

Сердцевина — это система труб и пластин, которая является теплообменником. Бачки служат для подвода и отвода рабочей среды из сердцевины, они могут располагаться сверху и снизу или по бокам от сердцевины. На некоторых типах радиаторов бачки как таковые отсутствуют.

Общее устройство автомобильного радиатора

Основные конструкции автомобильных радиаторов

По конструкции сердцевины радиаторы делятся на два типа:

В радиаторах с трубчатой сердцевиной теплообменник выполнен в виде системы труб круглого или овального сечения, которые для лучшей отдачи тепла окружены металлическими пластинами того или иного типа. В радиаторах с пластинчатой сердцевиной теплообменник выполнен в виде зигзагообразных трубок плоскоовального сечения, которые за счет большой площади поверхности не нуждаются в дополнительных металлических пластинах.

В свою очередь, трубчатые радиаторы делятся на две больших группы:

Сердцевина трубчато-пластинчатых радиаторов выполнена в виде системы трубок круглого или овального сечения, помещенных в пакет широких металлических пластин. Такой теплообменник имеет большую площадь поверхности, которая хорошо отдает тепло набегающему потоку воздуха и обеспечивает эффективное охлаждение протекающей по радиатору жидкости.

Сердцевина трубчато-ленточных радиаторов выполнена в виде системы трубок овального (плоскоовального) сечения, между которыми располагаются зигзагообразные (согнутые в гармошку) металлические ленты. Такая конструкция имеет увеличенную по сравнению с трубчато-пластинчатой площадь поверхности и, как следствие, более эффективную теплоотдачу.

По материалу изготовления радиаторы бывают двух основных типов:

• Медные (и медно-латунные);
• Алюминиевые.

В устройствах первого типа трубки и пластины/ленты выполнены из меди, которая обладает высокой теплопроводностью и поддается пайке. Однако медные радиаторы тяжелые и дорогие, поэтому в современных автомобилях они практически вытеснены радиаторами из алюминиевых сплавов. Бачки всех типов радиаторов могут выполняться из пластика, алюминия или латуни, на бачках обязательно присутствуют патрубки, резьбовые или байонетные горловины для установки пробки, штуцеры или краны для слива жидкости, гнезда для установки датчиков температуры и иные элементы.

При этом трубки сердцевины могут быть бесшовными или паяными/сварными, а сама конструкция сердцевины радиатора — сборной и паяной. Сборными чаще всего выполняются алюминиевые радиаторы с трубчато-пластинчатой сердцевиной — в этом случае трубки привариваются или припаиваются только к бачкам, а пластины и трубки соприкасаются друг с другом, однако никак не соединяются. Паяными и сварными выполняются алюминиевые и медные трубчато-ленточные радиаторы — в этом случае трубки и ленты спаяны друг с другом, что обеспечивает надежный контакт между деталями и жесткость всей конструкции.

Описанную конструкцию имеют все автомобильные радиаторы, отличаясь лишь некоторыми деталями, о которых сказано ниже.

Применяемость автомобильных радиаторов

Радиаторы отопителя салона

Масляный радиатор АКПП

Конструкция радиатора кондиционера

На автомобили могут устанавливаться радиаторы различного назначения:

• Радиатор системы охлаждения двигателя. Присутствует на всех транспортных средствах, оснащенных ДВС с жидкостной системой охлаждения. Обеспечивает отвод тепла от охлаждающей жидкости в атмосферу за счет проходящего через радиатор потока воздуха;
• Радиатор отопителя. Является частью системы охлаждения двигателя, предназначен для подогрева поступающего в салон воздуха с целью поддержки комфортного микроклимата. Обеспечивает подогрев проходящего потока воздуха за счет тепла охлаждающей жидкости;
• Масляный радиатор. Присутствует в системах транспортных средств, машин и агрегатов со значительным нагревом масла — гидравлических, некоторых АКПП, в отдельных типах двигателей и т.д. Существуют масляно-воздушные и масляно-водяные радиаторы, в первом случае охлаждение осуществляется набегающим потоком воздуха, во втором — потоком охлаждающей жидкости (радиатор помещается в систему охлаждения двигателя);
• Радиаторы кондиционера и испарителя. Присутствуют только на транспортных средствах, оснащенных системой кондиционирования воздуха. Радиатор кондиционера обеспечивает отвод тепла от хладагента набегающим потомок воздуха, радиатор испарителя обеспечивает расширение (испарение) хладагента с целью снижения его температуры. Первый радиатор обычно располагается в подкапотном пространстве рядом с радиатором охлаждения двигателя, второй — в салоне автомобиля или под приборной панелью, он обеспечивает охлаждение поступающего в салон потока воздуха;
• Радиатор интеркулера. Присутствуют только на автомобилях, имеющих систему промежуточного охлаждения наддувного воздуха (интеркулера). Это воздухо-воздушный радиатор, он имеет большую площадь для охлаждения поступающего от турбины воздуха набегающим потомок воздуха.

Эти радиаторы могут иметь существенные отличия в конструкции. Например, радиаторы отопителя имеют малые габариты, а радиаторы кондиционера имеют несколько патрубков для подвода хладагента. Масляные радиаторы обычно выполнены в виде одной трубы, свернутой в спираль или согнутой в гармошку, вокруг которой располагается пакет пластин или лент (либо вовсе без пластин). А радиатор интеркулера имеет большое сечение труб и патрубков, что обеспечивает пропуск большого количества воздуха без существенного повышения сопротивления потоку.

Вопросы верного подбора, ремонта и замены автомобильных радиаторов

Радиаторы крайне важны для работы многих систем транспортного средства, особенно для функционирования силового агрегата, отопителя, некоторых типов трансмиссий, гидравлической системы и других. При неисправном радиаторе повышается температура жидкости и агрегат (или вся система) может выйти из строя вследствие перегрева. Поэтому теплообменник при возникновении проблем необходимо менять.

На замену следует брать радиатор того же типа и модели, что был установлен ранее, если найти такое же устройство невозможно, следует использовать радиатор достаточной производительности. Если взять слишком маленький радиатор, то система будет работать недостаточно эффективно, а большой может не встать на свое место.

Замену радиатора нужно проводить в соответствие с инструкцией по ремонту транспортного средства. Затем теплообменник следует регулярно проверять, очищать снаружи от грязи и внутри от накипи и отложений. При верном подборе радиатора и его регулярном обслуживании система охлаждения будет эффективно работать в любых условиях.

Устройство автомобилей

Приборы и механизмы жидкостной системы охлаждения

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.