Что такое радиатор? Функция, засорение сот и обслуживание

То, как ведёт себя стрелка указателя температуры, когда гружёный тягач в августовскую жару выходит на затяжной подъём, говорит о состоянии системы охлаждения больше, чем сервисная книжка. Машина без нареканий на ровной дороге, стоит нагрузке и уклону сойтись вместе, за несколько минут поднимает стрелку — а как только подъём заканчивается и скорость растёт, стрелка так же незаметно возвращается на место. Неисправность в этом случае чаще всего не в самом двигателе, а в узле, который отводит тепло наружу. Радиатор — последнее звено этой цепи: у него нет движущихся частей, о себе он не напоминает, пока исправно работает, но, забившись, способен остановить многотонную машину на обочине. Этот материал разбирает, что такое радиатор, как он устроен и работает, почему забиваются его соты и какие проверки на линии действительно дают результат.

Что такое радиатор? Теплообменник, который отдаёт тепло двигателя воздуху

Радиатор — это жидкостно-воздушный теплообменник: он передаёт тепло, которое несёт циркулирующая внутри двигателя охлаждающая жидкость, воздуху, проходящему через машину, на широкой поверхности из тонких трубок и пластин. Сам он холод не производит — он лишь переносит тепло из одной среды в другую. Жидкость, забравшая тепло двигателя, проходит через радиатор, отдаёт воздуху часть этого тепла и возвращается к двигателю уже более холодной, замыкая круг.

Масштаб этой задачи хорошо видно по распределению энергии в дизельном двигателе. В полезную работу на коленчатом валу превращается лишь часть химической энергии топлива; основная доля уходит с отработавшими газами и с охлаждающей жидкостью. Грубо говоря, тепловая мощность, которую система охлаждения тяжёлого грузовика обязана отдать воздуху, сопоставима с мощностью, передаваемой двигателем на колёса. Радиатор отводит этот поток тихо и без предупреждения; первый сигнал о том, что он не справляется, приходит от стрелки на приборной панели.

Место радиатора в системе полностью соответствует этой роли. Насос системы охлаждения (помпа) гонит жидкость по каналам блока цилиндров и головки блока, там она нагревается, при открытии термостата направляется в радиатор, охлаждается и возвращается к помпе. Пока термостат закрыт, радиатор фактически отключён от контура: жидкость идёт по малому кругу, чтобы двигатель быстрее вышел на рабочую температуру. То есть радиатор включается в работу не постоянно, а по мере необходимости — вопрос «работает ли радиатор» имеет смысл только на прогретом двигателе.

Радиатор или соты? Разбираемся в путанице терминов

На линии радиатор часто называют просто «сотами». На самом деле соты — это лишь матрица из трубок и пластин в центре узла; радиатор — это узел целиком, включающий соты, бачки, боковые стойки и патрубки. Свои соты есть и у радиатора отопителя, который греет кабину, — его тоже нередко называют просто «сотами печки»: один узел отводит тепло двигателя наружу, другой переносит небольшую его часть в кабину. Похожий вид имеют и масляные радиаторы для моторного или трансмиссионного масла, но через них проходит не охлаждающая жидкость, а масло. В этом материале слово «радиатор» всегда означает основной радиатор системы охлаждения двигателя.

Как работает радиатор? Жидкостный контур, воздушный поток и теплопередача

Внутри радиатора параллельно движутся два потока, не соприкасаясь друг с другом: горячая охлаждающая жидкость в трубках и воздух между пластинами. Тепло переходит от стенки трубки к пластине, а от пластины — в воздух. Чтобы воздух мог уносить тепло, он должен постоянно обновляться: неподвижный воздух быстро принимает температуру пластины, и теплопередача останавливается. Вся конструкция радиатора строится вокруг двух фактов — большой площади контакта и непрерывного потока воздуха.

Интенсивность теплопередачи определяют три параметра. Первый — разница температур: чем она больше, тем быстрее идёт теплообмен, поэтому один и тот же радиатор летом заметно уступает по эффективности зимнему режиму, и неисправности чаще всего проявляются именно в жаркие месяцы. Второй — площадь теплообмена: пластины в несколько раз увеличивают рабочую поверхность трубок. Третий — массовый расход воздуха через соты за единицу времени; любой слой грязи между пластинами напрямую снижает этот расход, а вместе с ним и всю располагаемую мощность охлаждения.

Воздух поступает из двух источников. На трассе набегающий поток через решётку радиатора обычно справляется сам. Когда скорость падает, тягач тяжело идёт на подъём или маневрирует на стройплощадке, этот поток исчезает, и его функцию берёт на себя вентилятор. На тяжёлой технике вентилятор чаще всего приводится от двигателя через вискомуфту: пока потребности нет, он вращается свободно, а при росте температуры муфта включает жёсткую передачу. Чтобы вентилятор использовал воздух эффективно, необходим диффузор, охватывающий соты; без диффузора или при его повреждении вентилятор забирает воздух не со всей площади радиатора, а лишь напротив собственного диаметра, и края сот вообще не охлаждаются.

Почему радиатор грузовика отличается от радиатора легкового автомобиля?

Принцип работы одинаков для любой техники, но нагрузка совершенно разная. Двигатель легкового автомобиля использует лишь небольшую часть своей мощности, да и то короткими интервалами. Гружёный тягач на затяжном подъёме, напротив, работает под полной нагрузкой минутами подряд, да ещё и на низкой скорости, то есть без набегающего потока воздуха. Именно в этот момент система охлаждения испытывает максимальную нагрузку, и радиатор грузовика рассчитывается именно под такой режим.

Практический вывод из этих различий таков: на тяжёлой технике ёмкость радиатора подбирается не с большим запасом, а близко к рабочей точке. Потеря даже небольшой доли этой ёмкости ощущается сразу. Грязь, забившая половину промежутков между пластинами, у легкового автомобиля почти незаметна, а у гружёного тягача поднимает стрелку уже на первом затяжном подъёме. По этой же причине радиатор тяжёлой техники проектируется с более редким шагом пластин и с расчётом на возможность очистки: цель — не максимальная теоретическая мощность, а мощность, которая сохраняется и после реального загрязнения.

Устройство сот: трубки, пластины, бачки и число рядов

Снаружи радиатор выглядит как единая деталь, но состоит из нескольких функциональных узлов. Бачки радиатора — входной и выходной объёмы: они распределяют жидкость по трубкам и собирают её обратно. При вертикальном потоке бачки расположены сверху и снизу, при горизонтальном — по бокам. Соты — это матрица из тонких трубок, соединяющих бачки, и уложенных между ними пластин. К этому добавляются боковые стойки, патрубки, штуцер для выпуска воздуха, сливной краник и, в зависимости от конструкции, горловина для заливки или патрубок расширительного бачка. Плоская трубка при том же сечении даёт воздуху куда большую площадь контакта, чем круглая, а рифление и просечки на пластинах постоянно разрушают неподвижный пограничный слой воздуха у поверхности. Эта тонкая геометрия и даёт радиатору его мощность, но она же делает его уязвимым к загрязнению.

Баланс между плотностью пластин и числом рядов — самое практичное конструкторское решение для тяжёлой техники. Более частый шаг пластин увеличивает площадь, но повышает сопротивление воздуху и быстрее закрывается при загрязнении. Увеличение числа рядов поднимает мощность, но чистить задние ряды становится сложнее, а воздух, уже нагревшийся в передних рядах, доходит до задних менее холодным, поэтому эффективность растёт не линейно. У вопроса «сколько рядов сот охлаждает лучше» поэтому нет единственно верного ответа; верный ответ — тот вариант, которого хватает и после реального загрязнения в конкретных условиях эксплуатации.

Радиаторный пакет: радиатор не работает в одиночку

На тяжёлой технике радиатор за решёткой не одинок. Через один и тот же поток воздуха проходит целый набор узлов: конденсатор кондиционера, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), масляный радиатор двигателя, радиатор масла коробки передач или ретардера, а на некоторых машинах — ещё и радиатор топлива. Воздух проходит через них последовательно и на каждом слое одновременно нагревается и теряет часть напора.

У этого два следствия. Первое: загрязнение любого слоя пакета сказывается на всех остальных — если забились соты переднего конденсатора, до основного радиатора воздух почти не доходит. Второе: грязь чаще всего скапливается именно в узком зазоре между слоями — снаружи пакет может выглядеть чистым, а между слоями скрывается плотный, как войлок, слой толщиной в палец. Поэтому серьёзная чистка почти всегда требует разборки пакета.

Третий компонент воздушной части пакета — вентилятор. Даже исправный вентилятор бесполезен, если вискомуфта не включается вовремя: тогда машина греется на низкой скорости при абсолютно чистом радиаторе, и вину за это часто несправедливо возлагают именно на него. О том, как проверить вискомуфту и по каким признакам определить её отказ, рассказано в материале о неисправностях и замене вискомуфты вентилятора; убедиться, что вентилятор действительно делает свою работу, прежде чем винить радиатор, — один из самых дешёвых шагов в правильном порядке диагностики. К этому же узлу относятся уплотнения диффузора, направляющие кожухи и резиновые уплотнители по периметру пакета: если хотя бы одного из них нет, вентилятор забирает воздух не через соты, а через щель мимо них.

Засорение радиатора: как отличить засор изнутри от засора снаружи

Радиатор засоряется двумя принципиально разными способами, и причины, и способы устранения у них разные. Наружное засорение — это закрытие промежутков между пластинами грязью; в результате падает поток воздуха. Внутреннее засорение — это сужение самих трубок изнутри накипью, продуктами коррозии, загустевшим пакетом присадок или масляными отложениями; в результате падает поток жидкости. Оба варианта дают один и тот же итог — склонность к перегреву. Ошибка в диагностике здесь обходится дорого: промывать химией снаружи забитый радиатор — впустую потраченное время, а помыть и поставить обратно радиатор с внутренним засором — значит получить ту же неисправность в самое короткое время.

Причины внутреннего засорения почти всегда связаны с обслуживанием. Водопроводная вода вносит в систему накипь напрямую, а накипь оседает именно в самом узком сечении — в трубках радиатора. У антифриза, не заменённого вовремя, истощается пакет присадок; как только защита заканчивается, начинается коррозия, и её продукты снова оседают в радиаторе. Смешивание разных типов антифриза может привести к загустеванию и образованию геля. Прогар прокладки головки блока цилиндров пропускает газы сгорания в жидкость, а внутренняя течь масляного радиатора оставляет на стенках трубок изолирующую плёнку. Бесконтрольное применение герметиков для устранения течи, помимо самого места течи, покрывает и внутренние стенки трубок, создавая необратимое сужение.

Самая полезная разграничивающая проверка из таблицы — сканирование поверхности сот инфракрасным термометром на прогретом двигателе. У исправного радиатора температура равномерно снижается от входа к выходу; резкие локальные холодные зоны говорят о том, что через трубки в этом месте жидкость не проходит. Метод позволяет увидеть внутреннее засорение, не снимая радиатор. Замер обязательно нужно делать на рабочей температуре и при открытом термостате; на холодном двигателе результат будет вводить в заблуждение.

Дополнительные материалы

Понятный технический обзор этой темы см. в справочной статье на Wikipedia. Всегда сверяйте конкретные значения и процедуры с сервисными данными изготовителя.

Что перекрывает поток воздуха и какие ограничения легко упустить

Мощность радиатора чаще теряется не в самих сотах, а на пути воздуха к ним. Причины этой потери выглядят дёшево и незначительно, поэтому копятся годами незаметно.

• Насекомые и растительный мусор: за несколько тысяч километров летних маршрутов на передней поверхности формируется заметный слой; засохнув, он не сдувается простой продувкой воздухом.
• Масляная плёнка: тонкий масляный туман от двигателя, масляного радиатора или турбинной магистрали делает пластины липкими, и на них налипает пыль.
• Смятые ударом камня пластины: примятая пластина навсегда перекрывает проход воздуха; даже у внешне чистого радиатора это означает серьёзную потерю мощности.
• Зимний чехол или картон на решётке: если его не сняли к весне, в первый же жаркий день это даёт перегрев; в современной системе с термостатом такой чехол вообще не нужен.
• Отсутствующие или повреждённые диффузор и направляющие кожухи: воздух, который забирает вентилятор, идёт не через соты, а через щель мимо них.

Ни один из этих факторов не выдаёт код неисправности; потеря мощности проявляется только в жаркий день, под нагрузкой и на подъёме. Поэтому состояние воздушной части нужно проверять при плановом техническом обслуживании.

Признаки неисправности радиатора: что замечает водитель

Проблемы с радиатором редко начинаются резко. Чаще всего это небольшое смещение в привычном поведении машины, и водитель списывает его на «машина теперь немного греется». Признаки, замеченные рано, спасают куда более дорогие узлы двигателя.

• Перегрев под нагрузкой: на ровной дороге стрелка в норме, на подъёме и с грузом растёт. Самый типичный показатель потери мощности.
• Нагрев на низкой скорости: рост стрелки в пробке и при манёврах со снижением на трассовой скорости указывает на воздушную часть.
• Незаметное снижение уровня жидкости: если капель на земле нет, а уровень всё равно падает — это испарение, потеря давления или внутренняя течь.
• Белый налёт и сухие следы: солевидный след по краю бачков, вокруг патрубков или под хомутами — остаток высохшей течи.
• Холодный воздух из печки: при попадании воздуха в систему или нехватке жидкости первым слабеет именно контур отопления кабины.
• Вентилятор постоянно включён: система пытается компенсировать нехватку мощности вентилятором; это отражается и на расходе топлива.

Не все эти признаки указывают именно на радиатор. Такую же картину может давать термостат, помпа, вискомуфта вентилятора, прокладка головки блока цилиндров и даже низкий уровень масла. Материал о причинах перегрева двигателя грузовика разбирает все возможные причины перегрева, первые проверки, которые можно выполнить не снимая машину с линии, и порядок дифференциальной диагностики роста стрелки на подъёме — именно тех кандидатов, которых нужно исключить, прежде чем винить радиатор.

Как искать течь радиатора? Опрессовка и УФ-краска

Если уровень охлаждающей жидкости падает, первый вопрос — течёт наружу или внутрь. Наружная течь оставляет след; внутренняя же уводит жидкость в камеру сгорания, картер двигателя или масло коробки передач, и снаружи не видно вообще ничего. Самый надёжный способ разграничить эти варианты — опрессовка системы: на холодном двигателе систему нагнетают до давления, близкого к рабочему, и следят, держит ли оно.

1. Убедитесь, что двигатель полностью остыл, и поставьте машину на стояночный тормоз с подложенными под колёса упорами.
2. Долейте охлаждающую жидкость до отметки, предписанной производителем; при недостаточном уровне опрессовка не даёт достоверного результата.
3. Снимите крышку, протрите уплотнительную поверхность чистой ветошью и подключите пробник опрессовщика через подходящий адаптер.
4. Медленно нагнетайте давление в системе, не превышая значение, указанное на самой крышке; избыточное давление способно повредить даже исправный радиатор и создать новую течь.
5. Понаблюдайте за манометром несколько минут. Если давление держится стабильно, наружной течи нет; если падает — течь нужно искать.
6. Под давлением осмотрите фонариком линию обжатого шва бачков, патрубки, сливной краник, хомуты, дренажное отверстие помпы и патрубки печки.
7. Если место течи не видно, добавьте в систему подходящую УФ-краску, прогрейте двигатель до рабочей температуры, затем остудите систему и просветите те же зоны ультрафиолетовой лампой.
8. Если давление падает, а следов снаружи нет, ищите внутреннюю течь: эмульсия на щупе, постоянный белый дым из выхлопной трубы и пузыри в бачке указывают именно на неё.
9. Проверьте охлаждающую жидкость подходящим тестером на присутствие газов сгорания; при положительном результате поиск смещается не к радиатору, а к головке блока цилиндров.
10. Отдельно проверьте крышку: она должна открываться при указанном на ней давлении и не пропускать жидкость ниже этого значения. По завершении медленно стравите давление, удалите воздух из системы и подтвердите результат коротким тестом под нагрузкой.

Течь в радиаторе чаще всего возникает в трёх местах: по линии обжатого уплотнения между пластиковым бачком и алюминиевыми сотами, в месте пайки трубок к трубной решётке бачка и в отдельной пробитой камнем трубке. Первые два случая связаны со старением материала и вибрацией, третий — механическое повреждение извне. Когда установлено, что течёт именно радиатор, дальше следует его снятие, установка нового узла и обслуживание расширительного бачка; порядок этих операций и удаление воздуха после заправки подробно разобраны в материале о неисправностях, замене и обслуживании радиатора и расширительного бачка.

Крышка радиатора и давление: маленькая деталь с большой задачей

Ответ на вопрос, почему система охлаждения работает под давлением, кроется в одном физическом факте: с ростом давления повышается температура кипения жидкости. Смесь, которая закипела бы при атмосферном давлении, под избыточным давлением в несколько десятых бара остаётся жидкой при заметно более высоких температурах, и рабочее окно двигателя расширяется. Деталь, которая создаёт и ограничивает это давление, — крышка радиатора.

Крышка сложнее, чем кажется, и несёт два клапана. Клапан давления открывается, когда давление в системе достигает значения, указанного на самой крышке, и сбрасывает избыток в расширительный бачок. Вакуумный клапан, напротив, открывается при разрежении, которое возникает при остывании и сжатии объёма жидкости, и возвращает жидкость из бачка обратно. Если вакуумный клапан не работает, система схлопывается сама на себя: самое заметное следствие — смятый после остывания нижний патрубок, а долгосрочное — повторяющееся вакуумное нагружение бачков и сот.

Крышка — одна из самых дешёвых деталей в системе и самый часто пропускаемый шаг диагностики. Если опрессовка показывает исправную систему, а машина всё равно теряет жидкость и время от времени греется, крышка почти всегда первый подозреваемый. При замене обязательно нужно проверить соответствие давления открытия, указанного на крышке, требованиям машины; мнение, что крышка с более высоким давлением охлаждает лучше, ошибочно и на радиаторах с пластиковыми бачками может привести к необратимому повреждению.

Чистка радиатора: направление промывки, предел давления и химия

Единственное правило наружной чистки — мыть в направлении, обратном тому, откуда пришла грязь. Раз грязь попадает в соты спереди, мыть нужно со стороны двигателя вперёд. Мойка спереди загоняет грязь глубже и создаёт плотный слой в задних рядах; поэтому при затруднённом доступе снятие вентилятора или диффузора предпочтительнее мойки «напрямую».

1. Дайте двигателю остыть, выключите зажигание и защитите от попадания влаги электрические разъёмы и впускной тракт воздушного фильтра.
2. Продуйте переднюю и заднюю поверхность сот воздухом низкого давления, чтобы удалить рыхлую грязь и часть подсохших насекомых.
3. Смочите поверхность водой под низким давлением и дайте грязи размокнуть; попытка сразу счистить сухую корку заминает пластины.
4. При масляном загрязнении нанесите неабразивный очиститель, подходящий для алюминия и мест пайки, не давая химии высохнуть на поверхности.
5. Промывайте широкой веерной насадкой на низком давлении и с достаточного расстояния; струя должна идти перпендикулярно пластинам, ни в коем случае не под углом.
6. После промывки просушите поверхность воздухом низкого давления, аккуратно и в одном направлении выправьте смятые пластины подходящей гребёнкой для радиатора и проверьте проходимость на просвет.

Мойка высоким давлением — самая частая причина повреждения радиаторов. Узкая и мощная струя за секунды заминает пластины, и это повреждение необратимо: процедура, задуманная как чистка, безвозвратно снижает мощность охлаждения. Парогенераторы и агрессивные щелочные средства также способны вызвать помутнение и начало коррозии алюминиевой поверхности. Правило простое: низкое давление, широкий угол факела, достаточное расстояние, терпеливая выдержка.

При внутренней чистке мера ещё важнее. Если система обслуживается регулярно и заправлена правильной жидкостью, внутренняя чистка обычно не требуется. Если накопление накипи или коррозии доказано, применяют состав, совместимый с материалом радиатора, выдерживая время по инструкции, а затем промывают систему большим количеством чистой воды, предпочтительно в обратном направлении. Промывная вода должна выходить прозрачной — оставшаяся химия разрушает пакет присадок новой жидкости. Заправку выполняют правильным типом антифриза и деминерализованной водой в заданной производителем пропорции; заливка одной лишь воды не даёт защиты ни от замерзания, ни от коррозии и является самым быстрым способом повредить радиатор.

Технические значения и общие справочные диапазоны

Таблица ниже собирает величины, которые чаще всего спрашивают на линии по стороне системы охлаждения, как общий справочный ориентир. Ни одно из значений не заменяет заводской норматив; цель — быстро оценить, укладывается ли измеренная величина в ожидаемый порядок.

У этой таблицы одно правило: ни одна цифра по системе охлаждения не применяется в отрыве от кода двигателя и шасси. Главный критерий — отклоняется ли машина от своей же собственной истории нормальных значений.

Ошибки, которые сокращают срок службы радиатора

При правильной жидкости и чистом воздухе радиатор способен прослужить почти весь срок эксплуатации машины. За преждевременным выходом радиаторов из строя почти всегда стоят одни и те же несколько привычек.

• Использование водопроводной воды: накипь оседает в самом узком сечении — трубках радиатора — и запускает внутреннее засорение.
• Работа на одной воде без антифриза: задача антифриза не ограничивается защитой от замерзания — он же обеспечивает защиту от коррозии и смазку сальника помпы.
• Пропуск срока замены: когда пакет присадок истощён, защита заканчивается, даже если сама жидкость выглядит прозрачной, а система остаётся открытой для коррозии.
• Применение герметика для устранения течи: временно закрывая течь, он же сужает соты радиатора отопителя и трубки основного радиатора.
• Откладывание устранения масляной течи: масляная плёнка превращает соты в поверхность, притягивающую пыль; чистка без устранения течи держится недолго.
• Игнорирование источника электролиза: ослабление или коррозия шин заземления шасси может привести к тому, что ток находит путь через охлаждающую жидкость и пробивает соты изнутри. При повторяющихся точечных течах без видимой причины обязательно нужно проверить соединения заземления.

График обслуживания и место радиатора в цепочке охлаждения

У радиатора нет отдельного собственного регламента обслуживания — его обслуживание есть обслуживание всей системы охлаждения. Ниже приведена рабочая на линии схема проверок. Интервалы сокращаются в зависимости от условий эксплуатации: на пыльных маршрутах, стройплощадках и в сельскохозяйственных работах воздушную часть нужно проверять значительно чаще.

• Перед каждым рейсом: на холодном двигателе проверяют уровень охлаждающей жидкости, осматривают землю под машиной на предмет капель.
• Еженедельно: визуально осматривают переднюю поверхность сот, снимают слой насекомых и травы, пока он не засох окончательно.
• Ежемесячно: патрубки проверяют вручную на затвердевание, вздутие и трещины; хомуты и зону патрубков осматривают на сухие следы.
• При плановом ТО: проверяют состояние уплотнения крышки радиатора, при сомнении испытывают или заменяют.
• При плановом ТО: соты моют в направлении, обратном загрязнению, при низком давлении; проверяют грязь между слоями пакета, уплотнения диффузора и опоры крепления радиатора.
• При смене сезона: рефрактометром измеряют уровень защиты антифриза; если использовался зимний чехол, его снимают до наступления тепла.
• В интервале, заданном производителем: охлаждающую жидкость меняют в правильной пропорции и правильного типа, полностью выполняют процедуру удаления воздуха после заправки.
• После любого случая перегрева: систему проверяют опрессовкой и фиксируют произошедшее в журнале обслуживания.

Радиатор находится в конце цепочки охлаждения и несёт на себе здоровье всей цепи целиком. Если помпа не создаёт нужный расход, радиатор не сможет охлаждать; если термостат не открывается, его присутствие бессмысленно; если вискомуфта не включается вовремя, соты на низкой скорости бесполезны; если крышка не держит давление, жидкость закипает раньше срока; если сама жидкость не того типа, радиатор разрушается изнутри. Поэтому диагностика машины, поступившей в мастерскую с жалобой на перегрев, не начинается с радиатора — она им заканчивается. Правильный порядок известен: сначала уровень жидкости и наружная течь, затем поток воздуха и вентилятор, затем термостат и помпа, и только в конце — внутреннее и наружное состояние самого радиатора. В любом случае решающее значение имеет актуальная сервисная документация производителя для конкретного кода двигателя и шасси.

Категория товара: Радиатор

Подробное техническое руководство: Диагностика неисправностей, пошаговая замена и интервалы обслуживания: Радиатор и расширительный бачок: неисправности, замена, уход

Основное руководство: Водяной насос: неисправности, замена и обслуживание