Авто новости, Автосервис

Почему двигатель перегревается?

В двигателе внутреннего сгорания происходит преобразование энергии сжигания топлива в механическую энергию. При этом высвобождается большое количество теплоты. Ее бесконтрольное выделение приведет к быстрому выходу двигателя из строя. По достижению какой температуры можно говорить о перегреве двигателя и что при этом происходит?
Циркуляция охлаждающей жидкости и температурный режим
Любой, кто хоть раз находился вблизи работающего двигателя, представляет, что он вырабатывает тепло. Теплота образуется в результате сгорания топлива. До определенного предела тепло полезно, так как оно позволяет довести двигатель до рабочей температуры. Большинство современных двигателей работает в интервале от 100°С до 108°С. При температуре 95°С открывается термостат. До этого значения двигатель работает с низкой эффективностью и в нем могут образовываться отложения.
Охлаждающая жидкость, также называемая антифризом, используется для отведения тепла от двигателя. Она представляет собой смесь воды и специальных химических соединений. Вода отводит тепло, этилен- или пропиленгликоль предотвращают замерзание, а присадки препятствуют коррозии. Если соотношение компонентов в составе антифриза не оптимальное, то в работе двигателя могут возникнуть проблемы.
Охлаждающая жидкость, проходя через двигатель, отводит избыточное тепло в радиатор, после чего вновь возвращается в блок. Циркуляция антифриза обеспечивается работой водяного насоса. Термостат открывается и закрывается, регулируя поток охлаждающей жидкости и управляя температурой двигателя. При понижении температуры термостат закрывается, блокируя циркуляцию. Напротив, с ростом температуры он открывает большой круг охлаждения. С целью дополнительного снижения температуры антифриза может происходить включение вентилятора охлаждения двигателя.
Роль воздушного потока в системе охлаждения двигателя
Во время движения автомобиля встречный воздушный поток охлаждает радиатор и отводит тепло. При остановке (например, на светофоре) интенсивность воздушного потока падает до минимума. Вследствие этого на автомобилях используются вентиляторы охлаждения, которые принудительно создают воздушный поток, когда это необходимо. Старые модели зачастую оснащались вентиляторами охлаждения с механическим приводом от двигателя. Они обычно крепились к водяному насосу и приводились при помощи ремня. Недостатками таких вентиляторов являлись высокие энергозатраты, необходимые для работы, и невозможность управления их вращением.
Это привело инженеров к мысли о снижении интенсивности воздушного потока, создаваемого вентилятором, в зависимости от условий работы двигателя. Ранние модели вентиляторов были способны уменьшать воздушный поток при уменьшении температуры двигателя. Позднее стали применяться муфты вентилятора, работающие от термостата. Они тормозили вращение вентилятора при снижении температуры двигателя и ускоряли его при нагреве.
На сегодняшний день большинство автомобилей оснащены вентиляторами с электронным управлением. В зависимости от конструкции, могут устанавливаться 1 или 2 вентилятора. Датчики, находящиеся в двигателе и системе кондиционирования, передают показания в блок управления, который управляет вращением вентилятора. Это позволяет точно контролировать как температуру двигателя, так и давление хладагента в системе кондиционирования. Однако, данное техническое решение значительно усложняет устройство системы и ее диагностику.
Скорость вращения вентилятора имеет критическое значение. Заметить неисправность невооруженным взглядом невозможно. Вентилятор может вращаться, но двигатель все равно будет перегреваться, если скорость вращения будет недостаточной. И наоборот, она может быть слишком высокой в случае неисправности кондиционера. Перезаправка системы кондиционирования способна вызвать увеличение частоты вращения вентилятора охлаждения, что приведет к снижению температуры работы двигателя и загоранию на панели приборов контрольной лампы Check Engine.
Как температура двигателя влияет на его работу
Температура двигателя отображается на панели приборов с помощью указателя или контрольной лампы. В действительности, двигатель нагревается неравномерно. Температура картера двигателя гораздо ниже, чем головки цилиндров. Это происходит потому, что сгорание топлива происходит в цилиндрах двигателя, поэтому температура деталей головки цилиндра выше, чем в остальной части двигателя. Как правило, температура двигателя контролируется несколькими датчиками. Например, указатель температуры на панели приборов получает информацию от одного датчика, а блок управления двигателем – от другого.
Температура двигателя является одним из основных факторов в системе управления работой двигателя. Состав топливной смеси, частота холостого хода и моменты переключения передач – вот те немногие параметры, значения которых зависят от температуры двигателя.
Металлические детали двигателя с увеличением температуры расширяются. Это происходит потому, что тепло усиливает вибрацию молекул материала, вынуждая их занимать больший объем. Чем сильнее степень нагрева, тем больше расширяется металл. Для компенсации этого явления предусмотрены тепловые зазоры и смазка деталей двигателя.
Например, наружный диаметр коленчатого вала немного меньше, чем внутренний диаметр подшипников, в которых он вращается. Образующийся зазор заполняется моторным маслом. При нагреве коленчатый вал и подшипники расширяются, и зазор становится меньше. Если расширение будет очень большим, то пространства для масла не останется. Недостаточная смазка очень быстро вызовет выход из строя деталей двигателя. Величина зазора в значительной степени соотносится с вязкостью масла. Если масло слишком густое, то смазка будет некачественной.
Металлы, из которых изготовлены детали двигателя, имеют различные степени расширения. При нормальной температуре расширение металлов незначительное, но с ее повышением из-за этой разницы возникают проблемы. Например, коэффициент теплового расширения чугуна меньше 6, а значение того же параметра для алюминия превышает 13. Это означает, что при одной и той же температуре алюминий расширяется сильнее, чем чугун.

При превышении значения температуры 110°С двигатель начинает перегреваться, а уже при 120°С он может получить повреждения. В случае дальнейшего нагрева вследствие разницы в коэффициентах температурного расширения металлов детали начинают деформироваться. Как уже было сказано, алюминий расширяется сильнее, чем чугун, поэтому алюминиевые детали очень быстро получат повреждения.
Головка цилиндров надежно соединена с блоком двигателя при помощи болтов. Эти болты имеют меньший коэффициент температурного расширения по сравнению с алюминиевой головкой блока. В результате теплового расширения головки может повредиться прокладка головки блока. Это грозит попаданием охлаждающей жидкости или воздуха в цилиндры. Проникая в цилиндры, антифриз ухудшает смазывающие свойства моторного масла. Трение между движущимися деталями возрастает, и они начинают нагреваться. Далее, охлаждающая жидкость оказывается в системе выпуска. Она загрязняет кислородный датчик и повреждает каталитический нейтрализатор. Эти дорогостоящие детали могут полностью выйти из строя.
Газы, находящиеся под избыточным давлением в цилиндрах, попадают в систему охлаждения и существенно увеличивают температуру антифриза. Вот почему двигатель с поврежденной головкой блока перегревается. Избыточное давление в системе охлаждения может привести к разрушению ее элементов – например, радиатора и теплообменника.
Продукты сгорания топлива в цилиндрах обладают высокой коррозионностью. Эксплуатация двигателя с поврежденной прокладкой головки блока значительно увеличивает коррозию системы. При этом стоимость восстановительного ремонта существенно возрастает. Ущерб, причиненный двигателю в результате перегрева может проявиться через несколько дней, недель или месяцев. Повреждение головки блока цилиндров только усугубляет перегрев двигателя и его последствия.
Современные двигатели сконструированы для работы в широком диапазоне температур. Вследствие того, что металлы, из которых изготавливаются детали двигателя, имеют разные коэффициенты температурного расширения, перегрев приводит к множеству проблем. При нагреве двигателя выше определенной температуры он получает повреждения.
Повреждения верхней части двигателя в результате перегрева
Головка цилиндров при перегреве деформируется. Как только это происходит, ее стык с блоком цилиндров раскрывается и возникает утечка антифриза через головку. Но это не единственная проблема. Распределительные валы, которые располагаются над головкой блока также требуют нормального состояния головки блока. При ее деформации они могут изогнуться и повредить двигатель. Поврежденный распределительный вал способен вызвать проскальзывание ремня или цепи газораспределительного механизма, что нарушает фазы газораспределения.
В большинстве двигателей в процессе работы поршень и выпускной клапан оказываются в одном и том же месте, но в разное время. При изменении фаз газораспределения может произойти столкновение поршня и клапана. Результатом такой «встречи» станут серьезные повреждения головки блока, блока цилиндров, изгиб клапанов и разрушение поршня.
При повреждении прокладки головки блока избыточное давление будет стремиться в место, где была нарушена герметичность. Со временем ситуация усугубится. Головка цилиндров может получить дополнительные разрушения, после чего в цилиндры начнет попадать антифриз. Отработавшие газы могут попасть в систему охлаждения. Они имеют более высокую температуру по сравнению с охлаждающей жидкостью, в результате чего образуется пар. Последний способен легко расплавить пластиковые элементы радиатора или впускного коллектора. Он также затрудняет циркуляцию охлаждающей жидкости в системе, вызывая дальнейший перегрев.
Повреждения поршней, цилиндров и колец
Поршни подогнаны к цилиндрам с очень небольшими допусками. Зазор между поршнем и стенкой цилиндра может составлять 0,05 мм и даже меньше. Этот зазор имеет очень важное значение, так как он заполняется маслом, которое защищает цилиндр от износа. При рабочей температуре поршни и кольца скользят по очень тонкому слою масла, покрывающему стенки цилиндров. Износ в таких условиях минимальный.
В случае повышения температуры двигателя алюминиевые поршни и цилиндры расширяются. Зазор между деталями выбирается. При температуре около 140 °С поршни входят в непосредственный контакт со стенками цилиндров. Отсутствие смазки и взаимодействие «металл по металлу» резко увеличивает трение деталей, при этом как поршень, так и цилиндр получают повреждения.
Верхние поршневые кольца обеспечивают поддержание необходимой компрессии в цилиндрах. В случае повреждения кольца застревают в своих канавках. Уплотнение в стыках колец и стенок цилиндров исчезает, и в картере двигателя создается избыточное давление. Оно также быстро проникает в систему позитивной вентиляции картера (PCV). Это влечет за собой выдавливание сальников и уплотнений и возникновение утечек масла. Кроме того, агрессивные газы, образующиеся в результате сгорания топлива оказывают губительное воздействие на моторное масло и могут вызвать повреждения коленчатого вала и подшипников.
Нижние кольца удаляют излишки масла со стенок цилиндров и препятствуют его проникновению в камеру сгорания. При повреждении колец масло участвует в процессе сгорания. Это приводит к снижению мощности двигателя и увеличению расхода масла. Сгоревшее масло поступает в каталитический нейтрализатор, нагревая его до высокой температуры и вызывая выход из строя. Повышенная дымность при работе двигателя или повышенное потребление масла зачастую вызываются именно повреждением или износом колец.
Двигатель с симптомами, описанными выше, подлежит замене из-за повышенного шума при работе и увеличенного расхода масла. Своевременное выполнение обслуживания системы охлаждения поможет избежать повреждения стенок цилиндров и необходимости проведения дорогостоящего ремонта.
Однако, перегрев, даже однократный, способен причинить двигателю неустранимые повреждения. Достижение температуры 140°С практически всегда имеет катастрофические последствия. Трансмиссионная жидкость также охлаждается в радиаторе, поэтому при перегреве двигателя ее температура значительно возрастает. Таким образом, перегрев двигателя способен повлечь за собой выход трансмиссии из строя.
При повышении температуры до 110°С лучшим решением будет заглушить двигатель и дать ему остыть. Никогда не доливайте прохладную воду в горячий двигатель, так как перепад температур способен привести к дополнительным повреждениям.
Не эксплуатируйте автомобиль, двигатель которого перегревается. Результат, скорее всего, окажется плачевным. Взять автомобиль в аренду или вызвать эвакуатор гораздо дешевле, чем ремонтировать двигатель.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Яндекс.Метрика