Система охлаждения двигателя представляет собой комплекс устройств, предназначенный для принудительного регулируемого отвода тепла от деталей двигателя и передачи в окружающую среду.

Обязательный нормированный отвод тепла от поршневых двига­телей обусловлен необходимостью поддержания определенного тем­пературного состояния их деталей при различных режимах и усло­виях работы. Известно, что в процессе сгорания рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 1700—2500°С, и хотя к концу процесса (такта) выпуска она резко снижается но все-таки остается достаточно высокой и составляет около 700÷900°С. В результате этого детали двигателя сильно нагреваются и не успевают охладиться за время впуска в цилиндры относительно холодного свежего заряда. Неизбежное при этом рассеивание тепла в окружающую среду и отвод тепла в смазочное масло не обеспечи­вают понижения температуры деталей до желаемого уровня. А пере­грев любого двигателя в лучшем случае приводит к снижению весо­вого наполнения цилиндров и сопровождается понижением мощностных и экономических показателей. В карбюраторных двигате­лях это влечет за собой повышение требований к октановому числу топлива.

Переохлаждение двигателя тоже нежелательно, поскольку рез­ко увеличивается при этом износ цилиндров и поршневых колец, заметно повышается и вязкость масла, вследствие чего возрастают механические потери в двигателе и ухудшается его экономичность. Поэтому возникает необходимость в регулируемом принудительном отводе тепла.

Принудительный отвод тепла осуществляют с помощью жид­кости или воздуха, в связи с чем различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

При использовании жидкого теплоносителя тепло отводится нагревом проточной жидкости; жидкостью, циркулирующей в замк­нутой системе, и путем испарения охлаждающей жидкости.

В проточных системах охлаждения жидкость после нагрева вбрасывается из системы наружу. Поэтому такие системы применяются только в случаях, когда охлаждение осуществляется водой естественных водоемов. Проточные системы отличаются большой простотой, но эффективность их зависит от качества воды и ее температуры в водоеме, изменяющейся по временам года. Проточные системы широко применяют в навесных лодочных и в некоторых судовых и стационарных двигателях.

Испарительные системы охлаждения обеспечивают отвод тепла засчет испарения жидкости, омывающей горячие детали двигателя, иконденсации ее паровв холодильнике системы. Испарительные системы отличаются высокой эффективностью, имеют относительно небольшую емкость, но в силу своих специфических особенностей применяются только в стационарных двигателях.

В автомобильных двигателях применяются циркуляционные жидкостные системы и воздушные системы охлаждения.

В циркуляционных системах жидкостного охлаждения тепло от горячих стенок цилиндров и их головок передается в охлаждаю­щую жидкость, которая, циркулируя в системе, переносит тепло в специальный теплообменник-радиатор, откуда оно частично рассеивается в окружающую среду (рис. 1).

Рис. 1 – Схема жидкостных систем охлаждения:

а) термосифонная система; б) с принудительной циркуляцией жидкости; в) смешанная, или комбинированная система

В системе воздушного охлаждения (рис. 2, а) теплоотвод от стенок камеры сгорания и цилиндров осуществляется непосредственно потоком воздуха без промежуточного агента, каковым служит жидкость в системе жидкостного охлаждения.

Рис. 2 - Схема воздушной системы охлаждения:

а)  автомобильного  двигателя;   б)   мотоциклетного  двигателя

К основным преимуществам жидкостной системы охлаждения относятся: меньшая средняя температура деталей, благодаря чему улучшается весовое наполнение цилиндров, а в карбюраторных двигателях снижаются еще и требования к октановому числу топ­лива; меньший шум при работе двигателя, так как стенки цилиндров окружены рубашкой охлаждения; уменьшение длины двигателя за счет применения блочной конструкции; более легкий пуск дви­гателя в условиях низких температур и простота использования горячей жидкости для отопления кабины или кузова автомобиля, атакже для подогрева горючей смеси.

Недостатки жидкостных систем: возможность подтекания жид­кости, опасность замерзания системы в зимнее время при исполь­зовании для охлаждения воды и большая вероятность переохлажде­ния двигателя.

Преимущества воздушного охлаждения следующие: уменьшение времени прогрева двигателя; стабильность теплоотвода от стенок камеры сгорания и цилиндра; большая надежность системы вслед­ствие отсутствия подтекания и других неполадок, вызываемых наличием в системе жидкости; меньшая вероятность переохлажде­ния цилиндров; более удобная эксплуатация двигателя в зонах, удаленных от источников воды.

Недостатками систем воздушного охлаждения можно считать: увеличение габаритов двигателя; повышенный шум его работы; усложнение производства и необходимость применения более каче­ственных материалов для деталей; повышенные требования к смазочным маслам и топливу.

Большинство автомобильных двигателей снабжаются жидкост­ными системами охлаждения. Воздушное охлаждение широко используется для двигателей мотоциклетного типа (рис. 2, б) и находит ограниченное применение в автомобильных двига­телях.

Практикой установлено, что независимо от способа охлаждения двигателя для поддержания его нормального теплового состояния в окружающую среду дожно рассеиваться до 35% тепла от тепла, получаемого в результате сжигания топлива в цилиндрах, причем в карбюраторных двигателях доля отводимого тепла всегда состав­ляет большую величину, чем в дизелях.

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.