So funktionieren Autokühlsysteme

Diagramm eines Kühlsystems: Wie die Rohrleitungen angeschlossen sind. Möchten Sie mehr erfahren? Schauen Sie sich diese Automotorbilder an. HSW

-Obwohl sich Benzinmotoren stark verbessert haben, sind sie immer noch nicht sehr effizient darin, chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der größte Teil der Energie im Benzin (vielleicht 7-0%) wird in Wärme umgewandelt, und es ist die Aufgabe der Kühlsystem sich um diese Hitze zu kümmern. Tatsächlich leitet das Kühlsystem eines Autos, das die Autobahn entlang fährt, genug Wärme ab, um zwei durchschnittlich große Häuser zu heizen! Die Hauptaufgabe des Kühlsystems besteht darin, eine Überhitzung des Motors zu verhindern, indem diese Wärme an die Luft übertragen wird. Das Kühlsystem hat jedoch auch mehrere andere wichtige Aufgaben.

Der Motor in Ihrem Auto läuft am besten bei einer ziemlich hohen Temperatur. Wenn der Motor kalt ist, nutzen sich die Komponenten schneller ab, und der Motor ist weniger effizient und stößt mehr Umweltverschmutzung aus. Eine weitere wichtige Aufgabe des Kühlsystems besteht darin, den Motor so schnell wie möglich aufheizen zu lassen und ihn dann auf einer konstanten Temperatur zu halten.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Teile eines Autokühlsystems und deren Funktionsweise. Schauen wir uns zunächst einige Grundlagen an.

-Neben dem Motor Ihres Autos brennt ständig Kraftstoff. Ein Großteil der Wärme aus dieser Verbrennung geht direkt aus dem Abgassystem aus, aber ein Teil davon dringt in den Motor ein und erwärmt ihn. Der Motor läuft am besten, wenn sein Kühlmittel etwa 93 Grad Celsius beträgt. Bei dieser Temperatur:

• Die Brennkammer ist heiß genug, um den Kraftstoff vollständig zu verdampfen, eine bessere Verbrennung zu erzielen und Emissionen zu reduzieren.
• Das zum Schmieren des Motors verwendete Öl hat eine niedrigere Viskosität (es ist dünner), sodass sich die Motorteile freier bewegen und der Motor weniger Energie verschwendet, indem er seine eigenen Komponenten bewegt.
• Metallteile tragen weniger.

Es gibt zwei Arten von Kühlsystemen in Autos: flüssigkeitsgekühlte und luftgekühlte.

Flüssigkeitskühlung

Das Kühlsystem bei flüssigkeitsgekühlten Autos zirkuliert eine Flüssigkeit durch Rohre und Durchgänge im Motor. Wenn diese Flüssigkeit durch den heißen Motor fließt, nimmt sie Wärme auf und kühlt den Motor. Nachdem die Flüssigkeit den Motor verlassen hat, passiert sie einen Wärmetauscher oder Kühler, der die Wärme von der Flüssigkeit auf die durch den Wärmetauscher blasende Luft überträgt.

Luftkühlung

Einige ältere Autos und nur sehr wenige moderne Autos sind luftgekühlt. Anstatt Flüssigkeit durch den Motor zu zirkulieren, ist der Motorblock mit Aluminiumlamellen bedeckt, die die Wärme vom Zylinder wegleiten. Ein starker Lüfter drückt Luft über diese Lamellen, wodurch der Motor gekühlt wird, indem die Wärme an die Luft übertragen wird.

Da die meisten Autos flüssigkeitsgekühlt sind, werden wir uns in diesem Artikel auf dieses System konzentrieren.

Klicken Sie auf "Start", um den Flüssigkeitsfluss durch den Motor zu sehen, während sich der Motor erwärmt.

-Das Kühlsystem in Ihrem Auto hat viel Wasser. Wir beginnen an der Pumpe und arbeiten uns durch das System. In den nächsten Abschnitten werden wir detaillierter auf jeden Teil des Systems eingehen.

Das Pumpe schickt die Flüssigkeit in die Motorblock, wo es seinen Weg durch Passagen im Motor um die Zylinder macht. Dann kehrt es durch die Zylinderkopf des Motors. Das Thermostat befindet sich dort, wo die Flüssigkeit den Motor verlässt. Die Rohrleitungen um den Thermostat leiten die Flüssigkeit direkt zur Pumpe zurück, wenn der Thermostat geschlossen ist. Wenn es offen ist, fließt die Flüssigkeit durch die Kühler zuerst und dann zurück zur Pumpe.

Es gibt auch einen separaten Kreislauf für das Heizsystem. Dieser Kreislauf nimmt Flüssigkeit aus dem Zylinderkopf und leitet sie durch einen Heizungskern und dann zurück zur Pumpe.

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Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe gibt es normalerweise auch einen separaten Kreislauf zum Kühlen der im Kühler eingebauten Getriebeflüssigkeit. Das Öl aus dem Getriebe wird vom Getriebe durch einen zweiten Wärmetauscher im Kühler gepumpt.

-Autos arbeiten bei einer Vielzahl von Temperaturen, von weit unter dem Gefrierpunkt bis über 38 ° C. Welche Flüssigkeit auch immer zum Kühlen des Motors verwendet wird, muss einen sehr niedrigen Gefrierpunkt und einen hohen Siedepunkt haben und die Kapazität haben, viel Wärme zu speichern.

Wasser ist eine der effektivsten Flüssigkeiten zum Halten von Wärme, aber Wasser gefriert bei einer zu hohen Temperatur, um in Automotoren verwendet zu werden. Die Flüssigkeit, die die meisten Autos verwenden, ist eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol (C.₂H.₆Ö₂), auch als Frostschutzmittel bekannt. Durch Zugabe von Ethylenglykol zu Wasser werden die Siede- und Gefrierpunkte signifikant verbessert.

Flüssigkeit - Gefrierpunkt - Siedepunkt

• Reines Wasser: 0 ° C - 100 ° C.
• 50/50 Mischung von C.₂H.₆Ö₂/ Wasser: -37 ° C / -35 ° F - 106 ° C / 223 ° F.
• 70/30 Mischung von C.₂H.₆Ö₂/ Wasser: -55 ° C / -67 ° F - 113 ° C / 235 ° F.

Die Temperatur des Kühlmittels kann manchmal 121 bis 135 ° C erreichen. Selbst wenn Ethylenglykol zugesetzt wird, würden diese Temperaturen das Kühlmittel zum Kochen bringen, so dass etwas zusätzliches getan werden muss, um seinen Siedepunkt zu erhöhen.

Das Kühlsystem verwendet Druck um den Siedepunkt des Kühlmittels weiter zu erhöhen. So wie die Siedetemperatur von Wasser in einem Schnellkochtopf höher ist, ist auch die Siedetemperatur von Kühlmittel höher, wenn Sie das System unter Druck setzen. Die meisten Autos haben eine Druckgrenze von 14 bis 15 Pfund pro Quadratzoll (psi), wodurch der Siedepunkt um weitere 25 ° C erhöht wird, damit das Kühlmittel den hohen Temperaturen standhält.

Frostschutzmittel enthalten auch Korrosionsschutzmittel.

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Eine Kreiselpumpe wie in Ihrem Auto.

-Die Wasserpumpe ist eine einfache Kreiselpumpe, die von einem Riemen angetrieben wird, der mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Die Pumpe zirkuliert Flüssigkeit, wenn der Motor läuft.

Die Wasserpumpe verwendet Zentrifugalkraft, um Flüssigkeit nach außen zu befördern, während sie sich dreht, wodurch kontinuierlich Flüssigkeit aus der Mitte angesaugt wird. Der Einlass zur Pumpe befindet sich nahe der Mitte, so dass vom Kühler zurückkehrende Flüssigkeit auf die Pumpenflügel trifft. Die Pumpenflügel schleudern die Flüssigkeit zur Außenseite der Pumpe, wo sie in den Motor gelangen kann.

Die die Pumpe verlassende Flüssigkeit fließt zuerst durch den Motorblock und den Zylinderkopf, dann in den Kühler und schließlich zurück zur Pumpe.

Beachten Sie, dass die Wände des Zylinders ziemlich dünn sind und der Motorblock größtenteils hohl ist.

-In den Motorblock und den Zylinderkopf sind viele Durchgänge eingegossen oder eingearbeitet, um den Flüssigkeitsfluss zu ermöglichen. Diese Durchgänge leiten das Kühlmittel zu den kritischsten Bereichen des Motors.

Die Temperaturen im Brennraum des Motors können 2.500 ° C erreichen, daher ist die Kühlung des Bereichs um die Zylinder von entscheidender Bedeutung. Bereiche um die Auslassventile sind besonders wichtig, und fast der gesamte Raum innerhalb des Zylinderkopfs um die Ventile, der für die Struktur nicht benötigt wird, ist mit Kühlmittel gefüllt. Wenn der Motor sehr lange ohne Kühlung läuft, kann er sich festsetzen. In diesem Fall ist das Metall tatsächlich so heiß geworden, dass sich der Kolben mit dem Zylinder verschweißen kann. Dies bedeutet normalerweise die vollständige Zerstörung des Motors.

Der Kopf des Motors hat auch große Kühlmittelkanäle.

Ein interessanter Weg, um die Anforderungen an das Kühlsystem zu reduzieren, besteht darin, die Wärmemenge zu reduzieren, die von der Brennkammer auf die Metallteile des Motors übertragen wird. Einige Motoren tun dies, indem sie die Innenseite der Oberseite des Zylinderkopfs mit einer dünnen Schicht aus beschichten Keramik. Keramik ist ein schlechter Wärmeleiter, so dass weniger Wärme zum Metall geleitet wird und mehr aus dem Abgas austritt.

Bild des Kühlers mit Seitentank mit Kühler.

-Ein Heizkörper ist eine Art von Wärmetauscher. Es ist so konzipiert, dass es Wärme vom heißen Kühlmittel, das durch das Ventilator fließt, an die vom Lüfter durchströmte Luft überträgt.

Die meisten modernen Autos verwenden Aluminiumheizkörper. Diese Heizkörper werden hergestellt, indem dünne Aluminiumlamellen an abgeflachte Aluminiumrohre gelötet werden. Das Kühlmittel fließt vom Einlass zum Auslass durch viele parallel angeordnete Rohre. Die Rippen leiten die Wärme von den Rohren ab und übertragen sie auf die durch den Kühler strömende Luft.

In die Röhren ist manchmal eine Art Flosse eingesetzt, die als a bezeichnet wird Turbulator, Dies erhöht die Turbulenz des durch die Rohre fließenden Fluids. Wenn die Flüssigkeit sehr gleichmäßig durch die Rohre fließen würde, würde nur die Flüssigkeit, die die Rohre tatsächlich berührt, direkt gekühlt. Die Wärmemenge, die von der durch sie fließenden Flüssigkeit auf die Rohre übertragen wird, hängt von der Temperaturdifferenz zwischen dem Rohr und der Flüssigkeit ab, die es berührt. Wenn die Flüssigkeit, die mit dem Rohr in Kontakt kommt, schnell abkühlt, wird weniger Wärme übertragen. Durch die Erzeugung von Turbulenzen im Rohr vermischt sich die gesamte Flüssigkeit miteinander, wobei die Temperatur der Flüssigkeit, die die Rohre berührt, aufrechterhalten wird, so dass mehr Wärme entzogen werden kann und die gesamte Flüssigkeit im Rohr effektiv genutzt wird.

Kühler haben normalerweise auf jeder Seite einen Tank und im Tank befindet sich ein Getriebekühler. In der Abbildung oben sehen Sie den Einlass und den Auslass, an denen das Öl vom Getriebe in den Kühler gelangt. Der Getriebekühler ist wie ein Kühler innerhalb eines Kühlers, außer dass anstelle des Wärmeaustauschs mit der Luft das Öl Wärme mit dem Kühlmittel im Kühler austauscht.

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Kühlerdeckel und Vorratsbehälter abschneiden.

-Der Kühlerdeckel erhöht den Siedepunkt Ihres Kühlmittels tatsächlich um 25 ° C. Wie macht diese einfache Kappe das? Ebenso erhöht ein Schnellkochtopf die Siedetemperatur von Wasser. Die Kappe ist eigentlich ein Druckentlastungsventil, und bei Autos ist sie normalerweise auf 15 psi eingestellt. Der Siedepunkt von Wasser steigt an, wenn das Wasser unter Druck gesetzt wird.

Wenn sich die Flüssigkeit im Kühlsystem erwärmt, dehnt sie sich aus, wodurch sich der Druck aufbaut. Die Kappe ist der einzige Ort, an dem dieser Druck entweichen kann. Daher bestimmt die Einstellung der Feder an der Kappe den maximalen Druck im Kühlsystem. Wenn der Druck 15 psi erreicht, drückt der Druck das Ventil auf, so dass Kühlmittel aus dem Kühlsystem entweichen kann. Dieses Kühlmittel fließt durch das Überlaufrohr in den Boden des Überlaufbehälters. Diese Anordnung hält Luft aus dem System heraus. Wenn der Kühler wieder abkühlt, wird im Kühlsystem ein Vakuum erzeugt, das ein weiteres federbelastetes Ventil aufzieht und Wasser vom Boden des Überlaufbehälters zurücksaugt, um das ausgestoßene Wasser zu ersetzen.

Die offenen und geschlossenen Positionen eines Thermostats. HSW

-Die Hauptaufgabe des Thermostats besteht darin, den Motor schnell aufheizen zu lassen und ihn dann auf einer konstanten Temperatur zu halten. Dies geschieht durch Regulierung der Wassermenge, die durch den Kühler fließt. Bei niedrigen Temperaturen ist der Auslass zum Kühler vollständig blockiert - das gesamte Kühlmittel wird durch den Motor zurückgeführt.

Sobald die Temperatur des Kühlmittels auf 82 bis 91 ° C ansteigt, beginnt sich der Thermostat zu öffnen, sodass Flüssigkeit durch den Kühler fließen kann. Wenn das Kühlmittel 93 bis 103 ° C erreicht, ist der Thermostat vollständig geöffnet.

Wenn Sie jemals die Möglichkeit haben, einen zu testen, ist es erstaunlich, einen Thermostat zu beobachten, da das, was er tut, unmöglich erscheint. Sie können einen in einen Topf mit kochendem Wasser auf den Herd stellen. Während es sich erwärmt, öffnet sich sein Ventil etwa einen Zentimeter, anscheinend durch Zauberei! Wenn Sie dies selbst ausprobieren möchten, gehen Sie zu einem Autoteilegeschäft und kaufen Sie eines für ein paar Dollar.

Das Geheimnis des Thermostats liegt in dem kleinen Zylinder auf der Motorseite des Geräts. Dieser Zylinder ist mit einem Wachs gefüllt, das bei etwa 180 ° F zu schmelzen beginnt (verschiedene Thermostate öffnen bei unterschiedlichen Temperaturen, aber 180 ° F sind üblich). Ein mit dem Ventil verbundener Stab drückt in dieses Wachs. Wenn das Wachs schmilzt, dehnt es sich erheblich aus, drückt die Stange aus dem Zylinder und öffnet das Ventil. Wenn Sie gelesen haben, wie Thermometer funktionieren, und das Experiment mit der Flasche und dem Strohhalm durchgeführt haben, haben Sie diesen Prozess in Aktion gesehen - das Wachs dehnt sich nur ein gutes Stück mehr aus, weil es sich zusätzlich zu einer Ausdehnung von fest zu flüssig ändert die Hitze.

Dieselbe Technik wird bei automatischen Öffnern für Gewächshausentlüftungen und Oberlichter verwendet. In diesen Vorrichtungen schmilzt das Wachs bei einer niedrigeren Temperatur.

Lüfter

-Wie beim Thermostat muss der Lüfter so gesteuert werden, dass der Motor eine konstante Temperatur aufrechterhalten kann.

Autos mit Frontantrieb haben elektrische Ventilatoren weil der Motor normalerweise quer montiert ist, was bedeutet, dass die Leistung des Motors zur Seite des Autos zeigt. Die Lüfter werden entweder mit einem Thermostatschalter oder vom Motorcomputer gesteuert und schalten sich ein, wenn die Temperatur des Kühlmittels einen Sollwert überschreitet. Sie schalten sich wieder aus, wenn die Temperatur unter diesen Punkt fällt.

Fahrzeuge mit Hinterradantrieb und Längsmotoren haben in der Regel motorgetriebene Lüfter. Diese Lüfter haben eine thermostatisch geregelte viskose Kupplung. Diese Kupplung befindet sich an der Nabe des Lüfters im Luftstrom, der durch den Kühler kommt. Diese spezielle viskose Kupplung ähnelt der viskosen Kupplung, die manchmal in Fahrzeugen mit Allradantrieb zu finden ist.

Heizung Sanitär

-Möglicherweise haben Sie den Rat gehört, dass Sie bei Überhitzung Ihres Autos alle Fenster öffnen und die Heizung laufen lassen, während der Lüfter auf Hochtouren läuft. Dies liegt daran, dass das Heizsystem tatsächlich ein sekundäres Kühlsystem ist, das das Hauptkühlsystem Ihres Autos widerspiegelt.

Der Heizungskern, der sich im Armaturenbrett Ihres Autos befindet, ist wirklich ein kleiner Kühler. Der Heizungslüfter bläst Luft durch den Heizungskern in den Fahrgastraum Ihres Autos.

Ein Heizungskern sieht aus wie ein kleiner Heizkörper.

Der Heizungskern zieht sein heißes Kühlmittel aus dem Zylinderkopf und führt es zur Pumpe zurück. Die Heizung funktioniert also unabhängig davon, ob der Thermostat geöffnet oder geschlossen ist.

Weitere Informationen zu Autokühlsystemen und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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