Мы уже рассказывали, как опасен перегрев двигателя. Вкратце – при избыточной температуре и сопутствующем ей расширении металлов, из которых изготовлены детали двигателя, нивелируются предусмотренные его конструкцией зазоры, и пары трения начинают механически воздействовать друг на друга, производя задиры и, в конечном счете, приводя к заклиниванию.
С другой стороны, двигатель, не достигший рабочей температуры, неспособен работать эффективно: полностью сжигать топливо, развивать заложенные его создателями динамические и мощностные характеристики. Про то, как важно прогревать машину, мы тоже писали – остается лишь определить диапазон температур, «комфортный», то есть оптимальный для автомобильного мотора.
ЧТО ТАКОЕ РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Известно, что в рабочих камерах двигателей внутреннего сгорания нередки температуры 1000°C и выше, в связи с чем детали, соприкасающиеся с ними – поршни, клапаны – могут нагреваться до 400 и более градусов. Однако под рабочей температурой ДВС понимают не эти значения, а нагрев штатной системы охлаждения – именно она защищает мотор от перегрева, вызывающего термические деформации.
Основные типы охлаждающих систем двигателей внутреннего сгорания:
Воздушное охлаждение. Мотор охлаждается потоками воздуха, поверхность оснащается дополнительными металлическими ребрами – радиатором, для лучшего теплоотвода. Иногда используется вентилятор, принудительно нагнетающий дополнительный воздух. В автомобилях применяется редко, больше – в двухтактных моторах мототехники.
Жидкостное охлаждение. Происходит за счет помещения цилиндров внутрь гидравлической оболочки – «рубашки», в которой циркулирует охлаждающая жидкость, движимая водяным насосом. Дополнительное охлаждение происходит в радиаторе, размещенном в передней части автомобиля, от встречных потоков воздуха и при помощи вентилятора, вращающегося постоянно или включающегося при повышении температуры.
Несмотря на то, что исследованиями в области термодинамики еще в XIX веке было доказано, что КПД ДВС повышается вместе с увеличением рабочей температуры, конструкторы вынуждены согласовывать ее значение с параметрами субстанции, охлаждающей двигатель. Наибольшая рабочая температура у двигателей воздушного охлаждения – их радиаторы могут нагреваться до 200°C и больше. Наименьшая – у судовых моторов, охлаждаемых забортной водой.
Двигатели современных автомобилей преимущественно оснащены жидкостной системой охлаждения – она, во-первых, наиболее стабильно, а во-вторых, при ее помощи легче реализовать схемы отопления салона и нагрева навесного оборудования, а также релевантного контроля температуры двигателя. Другое ее название – водяная система, и не спроста. Долгое время, до изобретения незамерзающих антифризов, в качестве охлаждающей жидкости использовалась обыкновенная вода.
Именно от ее параметров отталкивались конструкторы двигателей, когда рассчитывали рабочую температуру двигателей, составлявшую у карбюраторных двигателей, используемых в прошлом. Кипение воды происходит при 90-100°C в зависимости от давления атмосферного воздуха, поэтому рабочей температурой ОЖ в большинстве двигателей до сих пор считается 85-90 градусов.
РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА СОВРЕМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Между тем, эффективность работы ДВС, прямо пропорциональная его рабочей температуре, состоит не только в повышении мощности, но и в снижении вредных выбросов. Поэтому, по мере изобретения специальных охлаждающих жидкостей с расширенными температурными характеристиками, показатели рабочей температуры конструктивно стали повышаться.
В идеале, жидкость для охлаждения двигателя должна решать несколько задач:
не замерзать при отрицательных температурах окружающего воздуха;
кипеть при большей, чем вода, температуре;
быть химически нейтральной к материалам деталей, с которыми она соприкасается (металл, резина, пластмасса).
Кроме низкого порога кипения, использование воды для охлаждения имело еще ряд минусов: способствовало коррозии металлических деталей двигателя и отложению солей в системе охлаждения. Первые антифризы (незамерзающие ОЖ) были созданы еще в 20-х годах ХХ века из смеси воды и глицерина, в пропорции примерно 1 к 2. Жидкость имела прекрасные температурные характеристики, замерзала при -40 и кипела при 290°C, но обладала очень плохой текучестью, соответственно, плохо и медленно перемещалась по системе.
Проблему пытались решать при помощи этанола, метанола, солей и прочими способами, но полноценной заменой глицерина стали двухатомные спирты: сначала этиленгликоль, а значительно позже – пропиленгликоль. Именно на их основе и производятся все современные антифризы. Любопытно, что в чистом виде температурные характеристики этих спиртов весьма скромны, но стоит добавить в них воды – они улучшаются в разы.
Хотя упор (и это видно даже из названия – antifreeze) делался больше на незамерзающие свойства жидкости, температура кипения разбавленного этиленгликоля тоже оказалась выше, чем у воды – в среднем, 110-115°C. Поэтому даже поздние карбюраторные двигатели, разработки 70-80-х годов, уже имели рабочую температуру больше 100 градусов, то есть, могли использовать в качестве ОЖ только антифриз. По мере роста экологических требований, оснащения автомобилей катализаторами, электронными датчиками, а также повышения качества антифризов рабочая температура продолжила повышаться.
Сегодня не редкость двигатели, где допустима рабочая температура в 120-130°C – правда, преимущественно на холостом ходу, в движении она снижается. Тем не менее, такая ситуация предъявляет повышенные требования к условиям эксплуатации – в первую очередь, исправности всех систем автомобиля.
КАК СОХРАНЯТЬ ТЕМПЕРАТУРУ ДВИГАТЕЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ
Чем выше рабочая температура двигателя, тем сложнее уберечь двигатель от перегрева. Начать нужно с профилактических мер:
постоянный контроль уровня и состояния охлаждающей жидкости;
регулярная и своевременная замена ОЖ;
контроль работы и своевременная замена помпы (при замене ремня или цепи ГРМ, согласно инструкции по эксплуатации);
контроль работы термостата;
визуальный осмотр патрубков, хомутов, радиатора охлаждения и отопителя на предмет течей.
Кроме этого, необходим постоянный мониторинг прочих систем двигателя, способных оказывать влияние на его температуру: системы зажигания, смесеобразования, выхлопной системы. Для этого желательно приобрести OBD-сканер, показывающий ошибки, возникающие при работе ЭБУ, а также температуру в разных частях ДВС: например, впускном коллекторе. По характеру ошибок можно определить, какому из узлов нужно уделить внимание.
