Температура газів у циліндрах двигуна, що працює, досягає 1800... 2000 °С. Частина теплоти, що виділяється (для карбюраторних шипунів - 21...28%, для дизелів - 29...42%), перетворюється на корисну роботу, частина (12...27% - для карбюраторних двигунів, 15...25% - для дизелів) - відводиться з охолодною рідиною.
У разі перегрівання двигуна внаслідок недостатнього відведення теплоти його потужність зменшується, а витрата палива збільшується. Крім того, це може призвести до заклинювання поршнів, обгоряння головок клапанів, вигоряння мастила, виплавляння вкладишів підшипників, руйнування поверхні шийок колінчастого вала. В карбюраторному двигуні може виникнути детонація.
У разі переохолодження двигуна внаслідок втрати теплоти його потужність знижується, збільшуються втрати на тертя через густе мастило; частина робочої суміші конденсується, змиваючи мастило зі стінок циліндра, підвищується корозійне спрацьовування стінок циліндрів унаслідок утворення сірчаних і сірчистих сполук.
В автомобільних двигунах застосовують такі системи охолодження (рис.1.1): рідинну (здебільшого); повітряну (рідше).
Температура охолодної рідини, що міститься в головці блока циліндрів, має становити 80...95 °С. Такий температурний режим найвигідніший, забезпечує нормальну роботу двигуна й не повинен змінюватися залежно від температури навколишнього повітря та навантаження двигуна.
Рідинні системи охолодження бувають: відкриті; закриті. Відкрита система охолодження безпосередньо сполучається з навколишньою атмосферою, а закрита (рис.1.1 а), що застосовується в сучасних двигунах, - періодично, через спеціальні клапани в кришці радіатора або розподільного бачка. В закритих системах охолодження підвищується температура кипіння охолодної рідини, й вона менше випаровується. Крім того, циркуляція рідини примусова.
Рис.1.1 Принципові схеми систем охолодження двигунів:
а - рідинної; б - повітряної; 1 - радіатор; 2 - вентилятор;
3 - верхній патрубок; 4 - термостат; 5 - водяна сорочка;
6 - розподільна труба; 7 - насос; 8 - головка циліндрів;
9 - рефлектор; 10 - охолодні ребра
Для повітряних систем охолодження (рис.1.1 б) характерна безпосередня передача теплоти в атмосферу. Потрібна інтенсивність охолодження досягається за допомогою охолодних ребер 10, вентилятора 2 та рефлектора 9 Витрата охолодного повітря може регулюватися. Система проста за будовою та в експлуатації, забезпечує швидке прогрівання двигуна після запуску, має невелику масу. Недоліки системи повітряного охолодження: велика потужність, що витрачається на привод вентилятора; шумність роботи; нерівномірність відведення теплоти по висоті циліндра.
Принцип дії рідинної системи охолодження (рис.1.2). Відцентровий насос, який дістає обертання за допомогою паса від шківа колінчастого вала, засмоктує охолодну рідину з нижньої частини радіатора через патрубок і нагнітає її в сорочку охолодження циліндрів. Охолодна рідина обмиває насамперед найбільш нагріті деталі двигуна, Підбирає частину теплоти, а потім через верхній патрубок подається у верхній бачок радіатора. Проходячи крізь серцевину радіатора в нижній бачок, нагріта рідина охолоджується й знову спрямовується до відцентрового насоса.
Рис.1.2 Схема системи охолодження двигуна автомобілів:1, 5-зливальні краники; 2-гільза циліндра; 3 - випускний трубопровід; 4 - відвідний шланг до опалювача; 6-вентилятор; 7-жалюзі радіатора; 8-радіатор; 9 - кришка заливної горловини; 10 - розширювальний бачок; 11-термостат; 12 - датчик покажчика температури охолодної рідини; 13-відцентровий насос; 14 - відвідний шланг камери підігрівання впускного трубопроводу; 15-камера підігрівання впускного трубопроводу; 16-впускний трубопровід; 17 - кран відбирання рідини в опалювач; 18 - покажчик температури охолодної рідини; 19 - сорочка головки блока циліндрів; 20 - сорочка блока циліндрів
Водночас частина нагрітої рідини надходить у сорочку впускного трубопроводу для підігрівання пальної суміші, а також у разі потреби відводиться через спеціальний кран в опалювач салону кузова.
Радіатор призначається для охолодження рідини, що відводить теплоту від двигуна. Він складається з нижнього та верхнього латунних бачків, припаяних до серцевини, патрубків і заливної горловини і пробкою (рис.1.3).
Рис.1.3 Радіатор:
а - будова; б - трубчаста серцевина; в - пластинчаста серцевина;
1 - верхній бачок з патрубком; 2 - паровідвідна трубка; 3 - заливна горловина з пробкою; 4 - серцевина; 5 - патрубок із зливальним краником; 6 - нижній бачок; 7 - трубки; 8 - поперечні пластини
Патрубки бачків через прогумовані шланги сполучають радіатор 11 з сорочкою охолодження блока циліндрів. Заливна горловина радіатора герметично закривається пробкою (рис.1.4), в яку встановлено випускний (паровий) 7 і перепускний (повітряний) 9 клапани.
Рис.1.4 Пробка радіатора:
1 - патрубок для приєднання трубки до розширювального бачка; 2 - горловина радіатора; 3 - кришка пробки; 4 - прокладка кришки; 5, 6 - пружини відповідно випускного клапана та кришки; 7, 9 - відповідно випускний і перепускний клапани; 8, 10 - прокладки відповідно випускного й перепускного клапанів
Випускний клапан 7 відкривається, коли тиск у системі охолодження підвищується до 0,15 МПа.
При цьому вода, що застосовується як охолодна рідина, закипає за температури 109 °С. Якщо клапан стерильний, рідина, яка закипає, або пара відводиться у розширювальний бачок, що запобігає руйнуванню радіатора й патрубків.
Перепускний клапан 9 відкривається, коли тиск у системі знижується до 0,01 МПа внаслідок зменшення об'єму охолодної рідини або конденсації парів рідини під час остигання двигуна.
При цьому в радіатор надходить рідина з розширювального бачка, що запобігає сплющуванню трубок серцевини радіатора атмосферним тиском.
Розширювальний бачок 10 (див. рис.1.2), який виготовляється із пластмаси, містить певний об'єм охолодної рідини й слугує для конпенсації зміни об'єму охолодної рідини в системі охолодження під час роботи двигуна.
Відцентровий водяний насосустановлюється впередній частині блока циліндрів і забезпечує примусову циркуляцію рідини в системі охолодження. Він складається з алюмінієвого корпусу 16 (рис.1.5), в якому запресовано сталевий стакан.
У стакані розміщено два підшипники, на яких установлено вал 10. Підшипники заповнюються мастилом (змащувати їх не треба до ремонту). На передньому кінці вала напресовано маточину 11 вентилятора, а на задньому - чавунну крильчатку 5.
Рис.1.5 Водяний насос:1 - стопорне кільце; 2 - корпус ущільнювача; 3 - манжета; 4 - ущільнювальна шайба; 5 - крильчатка; 6 - підшипник; 7 - контргайка; 8 - стопорний гвинт підшипника; 9 - розпірна втулка; 10 - вал; 11 - маточина; 12 - корпус ущільнювальної шайби; 13 - обойма; 14 - пружина; 15 - стакан підшипників; 16 - корпус насоса
Ущільнення заднього кінця вала на виході його з корпусу досягається самоущільнювальним сальником з ущільнювальною шайбою 4, розміщеною всередині корпусу сальника, по поверхні якої своїм торцем ковзає крильчатка. Всередині корпусу сальники встановлено також гумову манжету 3 й розтискну пружину 14, Остання через латунні обойми 13 притискає торці манжети до корпусу ущільнювальної шайби 12 сальника. Щоб запобігти прониканню рідини в корпус насоса (в разі несправності сальника), в ньому зроблено дренажний (контрольний) отвір, крізь який рідина витікає назовні. Це запобігає також вимиванню мастила з підшипника. До маточини 11 вентилятора болтами прикріплюється шків привода відцентрового насоса та вентилятора.
Привод здійснюється трапецієподібним пасом від шківа колінчастого вала. Цим самим пасом приводиться в обертання генератор під час роботи двигуна крильчатка насоса своїми лопатями захоплює охолодну рідину, що надходить з нижнього бачка радіатора, під дією відцентрової сили відкидає її до стінок корпусу й нагнітає в сорочку блока й головки циліндрів.
Термостат - двоклапанний, призначається для прискорення підігрівання двигуна після пуску й автоматичного підтримання найвигіднішого теплового режиму двигуна під час руху автомобіля. Його встановлюють у корпусі відвідного патрубка головки циліндрів. Термостат двигуна складається з корпусу 2 (рис.1.6), в якому розміщено рухоме осердя 4 з двома клапанами: перепускним 1 та основним 7.
Рис.1.6 Схема роботи термостата:
а - циркуляція рідини по малому колу під час прогрівання холодного двигуна;
б - циркуляція по малому та великому колам (початкове відкривання клапана);
в - циркуляція по великому колу (повне відкриття клапана, двигун прогріто до нормальної температури)
У початковому (верхньому) положенні осердя втримується поворотною пружиною 3. Всередині осердя розміщено реактивний штифт 5, гумовий буфер 6, гумову діафрагму 8 і тверду термочутливу речовину - церезин (кристалічний віск) 9, що має великий коефіцієнт об'ємного розширення. Під час прогрівання двигуна після пуску (рис.1.6 а) основний клапан 7закритий, а перепускний 1 - відкритий, і охолодна рідина циркулює по малому колу, минаючи радіатор: від відцентрового насоса в сорочку охолодження й через перепускний клапан 1 термостата назад до насоса. Таким чином охолодна рідина, циркулюючи тільки сорочкою охолодження, швидко нагрівається й прогріває двигун. У міру нагрівання охолодної рідини церезин в осерді термостата починає плавитися й, розширюючись, вибиває діафрагму 8, передаючи через буфер 6 зусилля на штифт 5. Останній, упираючись у корпус, переміщує осердя 4 з клапанами вниз, відкриваючи основний клапан і прикриваючи перепускний.
При цьому нагріта рідина починає частково надходити через основний клапан 7 у радіатор, а частково - через перепускний до насосу (рис.1.6 б). Коли охолодна рідина прогріється до температури 90...94 °С, основний клапан повністю відкривається, а перепускний - закривається. В цей час циркуляція всієї рідини відбуватиметься по великому колу через радіатор (рис.1.6 в).
Вентилятор - чотирилопатевий, пластмасовий, слугує для створення сильного потоку повітря, що просмоктується через серцевину радіатора, для швидшого охолодження в ньому рідини. Лопаті вентилятора разом із приводним шківом кріпляться болтами до маточини вала відцентрового насоса.
Жалюзірегулюють інтенсивність обдування радіатора зустрічним потоком повітря. Складаються з вертикальних пластин, шарнірно закріплених угорі та внизу перед радіатором. Повертання пластин для зміни кількості повітря, що проходить крізь серцевину радіатора, а отже, регулювання температури охолодної рідини здійснюються рукояткою з місця водія. Коли рукоятка всунута до кінця, жалюзі відриті, й повітря вільно проходить крізь серцевину радіатора. Прикриваються жалюзі витягуванням рукоятки. Це потрібно для прискорення прогрівання двигуна й під час руху за низьких температур навколишнього повітря.
Для зливання охолодної рідини із системи є два зливальних краники. Один із них, установлений з лівого боку на підвідному патрубку відцентрового насоса, закривається повертанням управо спеціальної тяги, шарнірно з'єднаної зі стержнем краника. Другий краник, розташований з правого боку в нижній частині сорочки блока циліндрів, закривається переміщенням тяги вниз. Для відкривання краника тягу переміщують угору.