Jak fungují systémy chlazení automobilů

Schéma chladicího systému: jak je instalatérství připojeno. Chcete se dozvědět více? Podívejte se na tyto obrázky motoru auta. HSW

-Ačkoli benzínové motory se hodně zlepšily, stále nejsou příliš účinné při přeměně chemické energie na mechanickou. Většina energie v benzínu (asi 7-0%) je přeměněna na teplo a je to práce chladící systém postarat se o to teplo. Ve skutečnosti chladicí systém na vozidle jedoucím po dálnici odvádí dostatečné množství tepla k vytápění dvou domů průměrné velikosti! Primárním úkolem chladicího systému je zabránit přehřátí motoru přenosem tohoto tepla do vzduchu, ale chladicí systém má také několik dalších důležitých úkolů.

Motor ve vašem autě běží nejlépe při poměrně vysoké teplotě. Když je motor studený, součásti se opotřebují rychleji a motor je méně účinný a vydává větší znečištění. Takže další důležitou úlohou chladicího systému je umožnit motoru zahřát se co nejrychleji a pak udržet motor na konstantní teplotě.

V tomto článku se dozvíme o částech systému chlazení automobilu a o tom, jak fungují. Nejprve se podívejme na některé základy.

-Uvnitř motoru vašeho automobilu palivo neustále hoří. Spousta tepla z tohoto spalování vychází přímo z výfukového systému, ale část z něj nasává do motoru a zahřívá ho. Motor běží nejlépe, když jeho chladicí kapalina je asi 200 stupňů Fahrenheita (93 stupňů Celsia). Při této teplotě:

• Spalovací komora je dostatečně horká, aby zcela odpařila palivo, čímž poskytuje lepší spalování a snižuje emise.
• Olej používaný k mazání motoru má nižší viskozitu (je tenčí), takže součásti motoru se pohybují volněji a motor plýtvá méně energie pohybem vlastních komponent kolem.
• Kovové části se opotřebují méně.

Na automobilech jsou dva typy chladicích systémů: kapalinou chlazené a vzduchem chlazené.

Chlazení kapalinou

Chladicí systém na kapalinou chlazených autech cirkuluje tekutinu potrubím a průchody v motoru. Jak tato kapalina prochází horkým motorem, absorbuje teplo a ochlazuje motor. Poté, co kapalina opouští motor, prochází tepelným výměníkem nebo radiátorem, který přenáší teplo z tekutiny na vzduch foukající výměníkem.

Chlazení vzduchem

Některé starší vozy a jen velmi málo moderních automobilů jsou chlazeny vzduchem. Místo cirkulace kapaliny motorem je blok motoru zakryt hliníkovými žebry, které odvádějí teplo pryč od válce. Silný ventilátor tlačí vzduch přes tato žebra, která ochlazuje motor tím, že přenáší teplo do vzduchu.

Protože většina automobilů je chlazena kapalinou, zaměříme se na tento systém v tomto článku.

Kliknutím na "Start" zobrazíte tok kapaliny motorem, jak se motor zahřívá.

-Chladicí systém ve vašem autě má hodně instalatérské práce. Začneme u čerpadla a projdeme se systémem a v dalších sekcích si podrobněji povíme o každé části systému.

čerpadlo posílá tekutinu do motorový blok, kde prochází průchody v motoru kolem válců. Pak se vrací skrz hlava válce motoru. termostat se nachází tam, kde kapalina opouští motor. Vodovodní potrubí kolem termostatu posílá tekutinu zpět přímo do čerpadla, pokud je termostat uzavřen. Pokud je otevřená, tekutina prochází skrz chladič nejprve a poté zpět do čerpadla.

K dispozici je také samostatný okruh pro topný systém. Tento obvod odebírá tekutinu z hlavy válce a prochází ji jádrem ohřívače a poté zpět do čerpadla.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

U automobilů s automatickými převodovkami je obvykle v chladiči zabudován také samostatný okruh pro chlazení převodové kapaliny. Olej z převodu je čerpán převodem přes druhý tepelný výměník uvnitř radiátoru.

-Auta pracují při různých teplotách, od hluboko pod bodem mrazu po we-ll nad 38 ° C. Takže jakákoli kapalina, která se používá k chlazení motoru, musí mít velmi nízkou teplotu tuhnutí, vysokou teplotu varu a musí mít kapacitu udržet hodně tepla.

Voda je jednou z nejúčinnějších tekutin pro udržování tepla, ale voda mrzne při příliš vysoké teplotě, aby mohla být použita v motorech automobilů. Tekutina, kterou většina automobilů používá, je směs vody a ethylenglykolu (C₂H₆Ó₂), známé také jako nemrznoucí směs. Přidáním ethylenglykolu do vody se výrazně zvýší teplota varu a teplota tuhnutí.

Kapalina - bod tuhnutí - bod varu

• Čistá voda: 0 ° C / 32 ° F - 100 ° C
• 50/50 směs C₂H₆Ó₂/ Voda: -37 ° C / -35 ° F - 106 ° C / 223 ° F
• 70/30 směs C₂H₆Ó₂/ Voda: -55 ° C / -67 ° F - 113 ° C / 235 ° F

Teplota chladicího média může někdy dosáhnout 250 až 275 ° F (121 až 135 ° C). I s přidaným ethylenglykolem by tyto teploty vrely s chladicí kapalinou, takže pro zvýšení bodu varu je třeba udělat něco dalšího.

Chladicí systém používá tlak pro další zvýšení bodu varu chladicí kapaliny. Stejně jako je teplota varu vody vyšší v tlakovém hrnci, je teplota varu chladicí kapaliny vyšší, pokud systém natlakujete. Většina automobilů má mezní tlak 14 až 15 liber na čtvereční palec (psi), což zvyšuje teplotu varu o dalších 45 ° F (25 ° C), takže chladicí kapalina odolává vysokým teplotám.

Nemrznoucí směs obsahuje také přísady, které odolávají korozi.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Odstředivé čerpadlo, jaké se používá ve vašem autě.

-Vodní čerpadlo je jednoduché odstředivé čerpadlo poháněné řemenem připojeným k klikovému hřídeli motoru. Čerpadlo cirkuluje tekutinu, kdykoli je motor v chodu.

Vodní čerpadlo používá odstředivou sílu k vyslání tekutiny ven, zatímco se točí, což způsobuje kontinuální čerpání tekutiny ze středu. Vstup do čerpadla je umístěn blízko středu, takže tekutina vracející se z chladiče naráží na lopatky čerpadla. Lopatky čerpadla vypouštějí kapalinu z vnější strany čerpadla, kde může vstoupit do motoru.

Kapalina opouštějící čerpadlo proudí nejprve skrz blok motoru a hlavu válce, poté do chladiče a nakonec zpět do čerpadla.

Všimněte si, že stěny válce jsou poměrně tenké a blok motoru je většinou dutý.

-Blok motoru a hlava válce mají v sobě mnoho průchodů odlitých nebo obrobených tak, aby umožňovaly průtok tekutiny. Tyto průchody směřují chladicí kapalinu do nejkritičtějších oblastí motoru.

Teplota ve spalovací komoře motoru může dosáhnout 4 500 F (2 500 C), takže chlazení oblasti kolem válců je kritické. Oblasti kolem výfukových ventilů jsou obzvláště důležité a téměř veškerý prostor uvnitř hlavy válců kolem ventilů, který není potřebný pro konstrukci, je naplněn chladivem. Pokud motor běží bez chlazení na velmi dlouhou dobu, může se zabavit. Když se to stane, kov se skutečně zahřeje natolik, že píst se může přivařit k válci. To obvykle znamená úplné zničení motoru.

Hlava motoru má také velké průchody chladicí kapaliny.

Jedním zajímavým způsobem, jak snížit nároky na chladicí systém, je snížit množství tepla, které se přenáší ze spalovací komory na kovové části motoru. Některé motory to dělají potahováním vnitřku horní části hlavy válce tenkou vrstvou keramický. Keramika je špatný vodič tepla, takže méně kovu je vedeno do kovu a více prochází ven z výfuku.

Obrázek chladiče ukazující boční nádrž s chladičem.

-Radiátor je typ výměník tepla. Je určen k přenosu tepla z horkého chladicího média, které jím proudí, do vzduchu foukaného ventilátorem.

Většina moderních automobilů používá hliníkové radiátory. Tyto radiátory jsou vyráběny pájením tenkých hliníkových žeber na zploštělé hliníkové trubky. Chladivo proudí ze vstupu do výstupu mnoha trubkami namontovanými v paralelním uspořádání. Žebra vedou teplo z trubek a přenášejí je na vzduch proudící radiátorem.

Trubky někdy mají do nich vložený typ žebra nazývaný a turbulátor, což zvyšuje turbulenci tekutiny protékající trubicemi. Pokud tekutina protéká velmi hladce trubicemi, pouze tekutina, která se skutečně dotkne trubic, by byla přímo ochlazena. Množství tepla přenášeného do trubic z tekutiny protékající skrz ně závisí na rozdílu teploty mezi trubicí a tekutinou, která se jí dotýká. Pokud tedy tekutina, která přichází do styku s trubicí, rychle ochlazuje, bude přenášeno méně tepla. Vytvořením turbulence uvnitř zkumavky se veškerá tekutina smísí dohromady, přičemž se udržuje teplota tekutiny dotýkající se zkumavek tak, aby bylo možné získat více tepla, a veškerá tekutina uvnitř zkumavky je efektivně využívána.

Radiátory mají obvykle nádrž na každé straně a uvnitř nádrže je chladič převodovky. Na obrázku výše vidíte vstup a výstup, kde olej z převodovky vstupuje do chladiče. Chladič převodovky je jako radiátor uvnitř radiátoru, s výjimkou toho, že místo výměny tepla vzduchem, olej vyměňuje teplo s chladicí kapalinou v chladiči.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Výřez uzávěru chladiče a nádrže.

-Uzávěr chladiče skutečně zvyšuje teplotu varu vaší chladicí kapaliny asi o 25 ° C. Jak toto jednoduché víčko dělá? Stejným způsobem tlakový vařič zvyšuje teplotu varu vody. Víčko je ve skutečnosti přetlakový ventil a na vozidlech je obvykle nastaven na 15 psi. Bod varu vody se zvyšuje, když je voda pod tlakem.

Když se kapalina v chladicím systému zahřeje, expanduje a způsobuje nárůst tlaku. Uzávěr je jediným místem, kde může tento tlak uniknout, takže nastavení pružiny na uzávěru určuje maximální tlak v chladicím systému. Když tlak dosáhne 15 psi, tlak stlačí ventil otevřený, což umožní, aby chladivo uniklo z chladicího systému. Toto chladivo proudí přepadovou trubkou do dna přepadové nádrže. Toto uspořádání udržuje vzduch mimo systém. Když chladič vychladne zpět, vytvoří se v chladicím systému vakuum, které táhne a otevře další pružinový ventil, který nasává vodu zpět ze dna přepadové nádrže, aby nahradil vypuzenou vodu..

Otevřená a uzavřená poloha termostatu. HSW

-Hlavním úkolem termostatu je umožnit motoru zahřát se rychle a poté udržet motor na konstantní teplotě. To se provádí regulací množství vody, která prochází radiátorem. Při nízkých teplotách je výstup do chladiče zcela blokován - veškerá chladicí kapalina je recirkulována zpět přes motor.

Jakmile teplota chladicí kapaliny vzroste na 82 - 91 ° C, termostat se začne otevírat, což umožňuje proudění tekutiny skrz chladič. V době, kdy chladicí kapalina dosáhne teploty 93 až 103 ° C, je termostat otevřený.

Pokud máte někdy možnost testovat jeden, termostat je úžasná věc, kterou sledovat, protože to, co se zdá, není možné. Jeden můžete dát do hrnce vroucí vody na sporáku. Když se zahřívá, jeho ventil se otevírá asi o palec, zřejmě magií! Pokud byste to chtěli vyzkoušet sami, jděte do obchodu s autodíly a koupte si jeden za pár babek.

Tajemství termostatu leží v malém válci umístěném na straně motoru zařízení. Tento válec je naplněn voskem, který začíná tát při asi 180 ° F (různé termostaty se otevírají při různých teplotách, ale 180 F je běžný). Do tohoto vosku zatlačuje tyč připojená k ventilu. Když se vosk roztaví, výrazně se roztahuje, vytlačuje tyč z válce a otevírá ventil. Pokud jste si přečetli, jak teploměry fungují a provedli experiment s lahví a slámou, viděli jste tento proces v akci - vosk se jen o něco více rozpíná, protože se mění z pevné na kapalinu a navíc se rozšiřuje z teplo.

Stejná technika se používá v automatických otvírácích otvorech pro skleníkové otvory a světlíky. V těchto zařízeních se vosk taje při nižší teplotě.

Větrák

-Stejně jako termostat musí být chladicí ventilátor regulován tak, aby umožnil motoru udržovat konstantní teplotu.

Vozy s pohonem předních kol mají elektrické ventilátory protože motor je obvykle namontován napříč, což znamená, že výstup motoru směřuje ke straně vozidla. Ventilátory jsou ovládány buď pomocí termostatického spínače nebo pomocí počítače motoru a zapínají se, když teplota chladicí kapaliny překročí nastavenou hodnotu. Když teplota klesne pod tento bod, vypnou se.

Vozy s pohonem zadních kol s podélnými motory obvykle mají chladicí ventilátory poháněné motorem. Tyto ventilátory mají termostaticky řízenou viskózní spojku. Tato spojka je umístěna na náboji ventilátoru, v proudu vzduchu procházejícím radiátorem. Tato speciální vazká spojka je velmi podobná vazké vazbě, která se někdy vyskytuje v automobilech s pohonem všech kol.

Instalatérské topení

-Možná jste slyšeli radu, že pokud se auto přehřívá, otevřete všechna okna a spusťte topení s ventilátorem v plném proudu. Je to proto, že topný systém je ve skutečnosti sekundárním chladicím systémem, který zrcadlí hlavní chladicí systém vašeho automobilu.

Jádro topení, které je umístěno v přístrojové desce vašeho auta, je opravdu malý radiátor. Ventilátor topení fouká vzduch skrz jádro topení a do prostoru pro cestující v automobilu.

Topné těleso vypadá jako malý radiátor.

Jádro topného tělesa odvádí horkou chladicí kapalinu z hlavy válce a vrací jej do čerpadla - takže topné těleso pracuje bez ohledu na to, zda je termostat otevřený nebo uzavřený.

Další informace o systémech chlazení automobilů a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Jak fungují automobilové motory
• Jak fungují automobilové počítače
• Jak fungují klimatizace
• Jak teploměry fungují
• Jak funguje termostat v chladicím systému automobilu?
• Jak oxid dusný pomáhá motoru pracovat lépe?
• Jak se fanoušci cítí chladněji?
• Jak funguje hybrid Aptera

Další skvělé odkazy

• Servis chladicího systému
• Patent US4452758: Složení a způsob inhibice koroze hliníku - patent na nemrznoucí směs
• Hlavní součásti vašeho chladicího systému - ilustrováno!
• Mcrvirtualexperience.com: Chladicí systémy
• Videa GM Goodwrench