Jak działają samochodowe systemy chłodzenia

Schemat układu chłodzenia: sposób podłączenia instalacji wodociągowej. Chcesz dowiedzieć się więcej? Sprawdź te zdjęcia silników samochodowych. HSW

-Chociaż silniki benzynowe znacznie się poprawiły, nadal nie są zbyt wydajne w przekształcaniu energii chemicznej w moc mechaniczną. Większość energii zawartej w benzynie (prawdopodobnie 7-0%) jest zamieniana na ciepło i to jest zadanie system chłodzenia zająć się tym upałem. W rzeczywistości system chłodzenia w samochodzie jadącym autostradą rozprasza ciepło wystarczające do ogrzania dwóch średniej wielkości domów! Podstawowym zadaniem układu chłodzenia jest ochrona silnika przed przegrzaniem poprzez przekazywanie tego ciepła do powietrza, ale układ chłodzenia ma również kilka innych ważnych zadań.

Silnik w Twoim samochodzie działa najlepiej w dość wysokiej temperaturze. Gdy silnik jest zimny, komponenty zużywają się szybciej, a silnik jest mniej wydajny i emituje więcej zanieczyszczeń. Dlatego kolejnym ważnym zadaniem układu chłodzenia jest umożliwienie jak najszybszego rozgrzania silnika, a następnie utrzymanie stałej temperatury silnika..

W tym artykule dowiemy się o częściach układu chłodzenia samochodu i jak one działają. Najpierw spójrzmy na kilka podstaw.

-W silniku Twojego samochodu paliwo stale się pali. Dużo ciepła z tego spalania wydostaje się bezpośrednio z układu wydechowego, ale część wnika do silnika, podgrzewając go. Silnik działa najlepiej, gdy jego płyn chłodzący ma temperaturę około 200 stopni Fahrenheita (93 stopni Celsjusza). W tej temperaturze:

• Komora spalania jest wystarczająco gorąca, aby całkowicie odparować paliwo, zapewniając lepsze spalanie i zmniejszając emisje.
• Olej używany do smarowania silnika ma niższą lepkość (jest cieńszy), dzięki czemu części silnika poruszają się swobodniej, a silnik marnuje mniej energii, poruszając się własnymi elementami.
• Części metalowe zużywają się mniej.

W samochodach występują dwa rodzaje układów chłodzenia: chłodzone cieczą i chłodzone powietrzem.

Chłodzenie cieczą

Układ chłodzenia w samochodach chłodzonych cieczą zapewnia cyrkulację płynu przez rury i kanały w silniku. Gdy ciecz ta przepływa przez gorący silnik, pochłania ciepło, chłodząc silnik. Po opuszczeniu silnika płyn przechodzi przez wymiennik ciepła, czyli chłodnicę, która przekazuje ciepło z płynu do powietrza przepływającego przez wymiennik.

Chłodzenie powietrzem

Niektóre starsze samochody i bardzo niewiele nowoczesnych samochodów jest chłodzonych powietrzem. Zamiast cyrkulacji płynu przez silnik, blok silnika jest pokryty aluminiowymi żebrami, które odprowadzają ciepło z cylindra. Potężny wentylator tłoczy powietrze przez te żebra, co chłodzi silnik, oddając ciepło do powietrza.

Ponieważ większość samochodów jest chłodzona cieczą, w tym artykule skupimy się na tym systemie.

Kliknij „Start”, aby zobaczyć przepływ płynu przez silnik, gdy silnik się nagrzewa.

-Układ chłodzenia w Twoim samochodzie ma dużo instalacji hydraulicznych. Zaczniemy od pompy i przejdziemy przez system, aw następnych rozdziałach omówimy bardziej szczegółowo każdą część systemu.

Plik pompa wysyła płyn do blok silnika, gdzie przedostaje się przez kanały w silniku wokół cylindrów. Następnie wraca przez głowica cylindra silnika. Plik termostat znajduje się w miejscu, w którym płyn opuszcza silnik. Instalacja rurowa wokół termostatu przesyła płyn z powrotem do pompy bezpośrednio, jeśli termostat jest zamknięty. Jeśli jest otwarty, płyn przepływa przez chłodnica samochodowa najpierw, a potem z powrotem do pompy.

Istnieje również oddzielny obwód dla systemu grzewczego. Ten obwód pobiera płyn z głowicy cylindrów i przepuszcza go przez rdzeń nagrzewnicy, a następnie z powrotem do pompy.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

W samochodach z automatyczną skrzynią biegów zwykle występuje również oddzielny obwód do chłodzenia płynu przekładniowego wbudowany w chłodnicę. Olej z przekładni jest pompowany przez przekładnię przez drugi wymiennik ciepła wewnątrz chłodnicy.

-Samochody działają w szerokim zakresie temperatur, od znacznie poniżej zera do powyżej 100 F (38 C). Więc jakikolwiek płyn używany do chłodzenia silnika musi mieć bardzo niską temperaturę zamarzania, wysoką temperaturę wrzenia i musi mieć zdolność zatrzymywania dużej ilości ciepła.

Woda jest jednym z najskuteczniejszych płynów do utrzymywania ciepła, ale woda zamarza w zbyt wysokiej temperaturze, aby można ją było stosować w silnikach samochodowych. Płyn używany w większości samochodów to mieszanina wody i glikolu etylenowego (C.₂H.₆O₂), znany również jako środek przeciw zamarzaniu. Dodanie glikolu etylenowego do wody znacznie poprawia temperaturę wrzenia i zamarzania.

Płyn - Punkt zamarzania - Punkt wrzenia

• Czysta woda: 0 C / 32 F - 100 C / 212 F.
• Mieszanka 50/50 C₂H.₆O₂/ Woda: -37 C / -35 F - 106 C / 223 F
• Mieszanka 70/30 C₂H.₆O₂/ Woda: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F

Temperatura płynu chłodzącego może czasami sięgać od 250 do 275 F (121 do 135 C). Nawet po dodaniu glikolu etylenowego temperatury te doprowadziłyby do wrzenia chłodziwa, więc należy zrobić coś więcej, aby podnieść jego temperaturę wrzenia.

System chłodzenia wykorzystuje nacisk aby jeszcze bardziej podnieść temperaturę wrzenia chłodziwa. Tak jak temperatura wrzenia wody jest wyższa w szybkowarze, tak temperatura wrzenia chłodziwa jest wyższa, jeśli system jest pod ciśnieniem. W większości samochodów limit ciśnienia wynosi od 14 do 15 funtów na cal kwadratowy (psi), co powoduje wzrost temperatury wrzenia o kolejne 45 F (25 C), dzięki czemu płyn chłodzący może wytrzymać wysokie temperatury.

Środek przeciw zamarzaniu zawiera również dodatki zapobiegające korozji.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Pompa odśrodkowa, taka jak w Twoim samochodzie.

-Pompa wodna to prosta pompa odśrodkowa napędzana paskiem połączonym z wałem korbowym silnika. Pompa zapewnia cyrkulację płynu przy każdym uruchomieniu silnika.

Pompa wodna wykorzystuje siłę odśrodkową do wysyłania płynu na zewnątrz, gdy się obraca, powodując ciągłe pobieranie płynu ze środka. Wlot pompy znajduje się blisko środka, dzięki czemu płyn powracający z chłodnicy uderza w łopatki pompy. Łopatki pompy wyrzucają płyn na zewnątrz pompy, skąd może dostać się do silnika.

Płyn opuszczający pompę przepływa najpierw przez blok silnika i głowicę cylindrów, następnie do chłodnicy, a na końcu z powrotem do pompy.

Zwróć uwagę, że ściany cylindra są dość cienkie, a blok silnika jest w większości pusty.

-Blok silnika i głowica cylindrów mają wiele kanałów przelotowych odlanych lub obrobionych mechanicznie, aby umożliwić przepływ płynu. Te kanały kierują chłodziwo do najbardziej krytycznych obszarów silnika.

Temperatury w komorze spalania silnika mogą osiągnąć 4500 F (2500 C), więc chłodzenie obszaru wokół cylindrów jest krytyczne. Obszary wokół zaworów wydechowych są szczególnie ważne, a prawie cała przestrzeń wewnątrz głowicy cylindra wokół zaworów, która nie jest potrzebna do konstrukcji, jest wypełniona chłodziwem. Jeśli silnik pracuje przez bardzo długi czas bez chłodzenia, może się zatrzeć. Kiedy tak się dzieje, metal faktycznie rozgrzał się na tyle, że tłok przyspawał się do cylindra. Zwykle oznacza to całkowite zniszczenie silnika.

Głowica silnika ma również duże kanały chłodzące.

Ciekawym sposobem na zmniejszenie wymagań stawianych układowi chłodzenia jest zmniejszenie ilości ciepła przenoszonego z komory spalania do metalowych części silnika. Niektóre silniki robią to, powlekając wnętrze górnej części głowicy cylindrów cienką warstwą ceramiczny. Ceramika jest słabym przewodnikiem ciepła, więc mniej ciepła jest przenoszone do metalu, a więcej wychodzi z wydechu.

Zdjęcie chłodnicy przedstawiającej zbiornik boczny z chłodnicą.

-Grzejnik to rodzaj wymiennik ciepła. Służy do przenoszenia ciepła z przepływającego przez niego gorącego chłodziwa do powietrza wdmuchiwanego przez niego przez wentylator.

Większość nowoczesnych samochodów używa aluminiowych chłodnic. Te grzejniki są wykonane poprzez lutowanie cienkich aluminiowych żeber do spłaszczonych aluminiowych rur. Płyn chłodzący przepływa od wlotu do wylotu przez wiele rur zamontowanych równolegle. Żebra odprowadzają ciepło z rur i przekazują je do powietrza przepływającego przez chłodnicę.

Rury mają czasami włożoną płetwę zwaną a turbulator, co zwiększa turbulencje płynu przepływającego przez rury. Gdyby płyn przepływał bardzo płynnie przez rury, tylko płyn faktycznie stykający się z rurami byłby bezpośrednio chłodzony. Ilość ciepła przenoszonego do rur z przepływającego przez nie płynu zależy od różnicy temperatur między rurą a dotykającym ją płynem. Jeśli więc płyn stykający się z rurką szybko się ochłodzi, będzie przenosić mniej ciepła. Tworząc turbulencje wewnątrz rury, cały płyn miesza się ze sobą, utrzymując temperaturę płynu dotykającego rur, dzięki czemu można wydobyć więcej ciepła, a cały płyn wewnątrz rury jest efektywnie wykorzystywany.

Grzejniki zwykle mają zbiornik z każdej strony, a wewnątrz zbiornika znajduje się chłodnica skrzyni biegów. Na powyższym zdjęciu widać wlot i wylot, w którym olej ze skrzyni biegów wpływa do chłodnicy. Chłodnica skrzyni biegów jest jak chłodnica w chłodnicy, z wyjątkiem tego, że zamiast wymieniać ciepło z powietrzem, olej wymienia ciepło z płynem chłodzącym w chłodnicy.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Wycięcie z korka chłodnicy i zbiornika.

-Korek chłodnicy faktycznie podwyższa temperaturę wrzenia płynu chłodzącego o około 45 F (25 C). Jak ta prosta czapka to robi? W ten sam sposób szybkowar podwyższa temperaturę wrzenia wody. Nakrętka jest w rzeczywistości zaworem spustowym, aw samochodach jest zwykle ustawiona na 15 psi. Temperatura wrzenia wody wzrasta, gdy woda jest umieszczona pod ciśnieniem.

Gdy płyn w układzie chłodzenia się nagrzewa, rozszerza się, powodując wzrost ciśnienia. Korek jest jedynym miejscem, z którego to ciśnienie może ujść, więc ustawienie sprężyny na korku określa maksymalne ciśnienie w układzie chłodzenia. Gdy ciśnienie osiągnie 15 psi, ciśnienie popycha zawór do otwarcia, umożliwiając ujście chłodziwa z układu chłodzenia. Płyn chłodzący przepływa przez rurkę przelewową do dna zbiornika przelewowego. Taki układ zapobiega przedostawaniu się powietrza do systemu. Gdy chłodnica z powrotem ostygnie, w układzie chłodzenia powstaje podciśnienie, które otwiera kolejny zawór sprężynowy, zasysając wodę z powrotem z dna zbiornika przelewowego, aby zastąpić wodę, która została usunięta.

Pozycje otwarte i zamknięte termostatu. HSW

-Głównym zadaniem termostatu jest umożliwienie szybkiego nagrzania silnika, a następnie utrzymanie go w stałej temperaturze. Czyni to poprzez regulację ilości wody przepływającej przez grzejnik. W niskich temperaturach wylot do chłodnicy jest całkowicie zablokowany - cały płyn chłodzący jest recyrkulowany z powrotem przez silnik.

Gdy temperatura płynu chłodzącego wzrośnie do 180–195 F (82–91 C), termostat zaczyna się otwierać, umożliwiając przepływ płynu przez chłodnicę. Zanim płyn chłodzący osiągnie temperaturę 200 do 218 F (93 - 103 C), termostat jest całkowicie otwarty.

Jeśli kiedykolwiek miałeś okazję go przetestować, termostat jest niesamowitą rzeczą do oglądania, ponieważ to, co robi, wydaje się niemożliwe. Możesz włożyć jeden do garnka z wrzącą wodą na kuchence. Gdy się nagrzewa, jego zawór otwiera się na około cal, najwyraźniej magicznie! Jeśli chcesz to wypróbować samodzielnie, idź do sklepu z częściami samochodowymi i kup go za kilka dolarów.

Tajemnica termostatu tkwi w małym cylindrze umieszczonym po stronie silnika urządzenia. Ten cylinder jest wypełniony woskiem, który zaczyna się topić w temperaturze około 180 F (różne termostaty otwierają się w różnych temperaturach, ale 180 F jest powszechne). Pręt połączony z zaworem wciska się w ten wosk. Kiedy wosk się topi, znacznie się rozszerza, wypychając pręt z cylindra i otwierając zawór. Jeśli przeczytałeś Jak działają termometry i wykonałeś eksperyment z butelką i słomką, widziałeś ten proces w akcji - wosk po prostu rozszerza się trochę bardziej, ponieważ zmienia się z ciała stałego w płyn, a także rozszerza się z ciepło.

Ta sama technika jest stosowana w automatycznych otwieraczach do wywietrzników i świetlików szklarniowych. W tych urządzeniach wosk topi się w niższej temperaturze.

Wentylator chłodzący

-Podobnie jak termostat, wentylator chłodzący musi być tak sterowany, aby pozwalał silnikowi utrzymywać stałą temperaturę.

Samochody z napędem na przednie koła mają wentylatory elektryczne ponieważ silnik jest zwykle montowany poprzecznie, co oznacza, że ​​moc wyjściowa silnika jest skierowana w stronę boku samochodu. Wentylatory są sterowane za pomocą wyłącznika termostatycznego lub komputera silnika i włączają się, gdy temperatura płynu chłodzącego przekroczy ustawioną wartość. Wyłączają się, gdy temperatura spadnie poniżej tego punktu.

Samochody z napędem na tylne koła z silnikami wzdłużnymi zwykle mają wentylatory chłodzące napędzane silnikiem. Wentylatory te są wyposażone w sprzęgło lepkie sterowane termostatycznie. To sprzęgło jest umieszczone na piaście wentylatora, w strumieniu powietrza przechodzącym przez chłodnicę. To specjalne sprzęgło lepkie jest podobne do sprzęgła wiskotycznego, które czasami można znaleźć w samochodach z napędem na wszystkie koła.

Instalacja rurowa grzejnika

-Być może słyszałeś radę, że jeśli Twój samochód się przegrzewa, otwórz wszystkie szyby i włącz ogrzewanie przy włączonym wentylatorze. Dzieje się tak, ponieważ system ogrzewania jest w rzeczywistości dodatkowym układem chłodzenia, który odzwierciedla główny układ chłodzenia w samochodzie.

Rdzeń nagrzewnicy, który znajduje się w desce rozdzielczej Twojego samochodu, to tak naprawdę niewielka chłodnica. Wentylator nagrzewnicy wdmuchuje powietrze przez rdzeń nagrzewnicy do kabiny pasażerskiej samochodu.

Rdzeń grzejnika wygląda jak mały grzejnik.

Rdzeń nagrzewnicy pobiera gorący płyn chłodzący z głowicy cylindra i zwraca go do pompy - dzięki czemu grzałka działa niezależnie od tego, czy termostat jest otwarty czy zamknięty.

Aby uzyskać więcej informacji na temat samochodowych układów chłodzenia i powiązanych tematów, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają komputery samochodowe
• Jak działają klimatyzatory
• Jak działają termometry
• Jak działa termostat w układzie chłodzenia samochodu?
• W jaki sposób podtlenek azotu poprawia wydajność silnika?
• Jak fani sprawiają, że czujesz się fajniej?
• Jak działa hybryda Aptera

Więcej świetnych linków

• Serwis układu chłodzenia
• Patent US4452758: Kompozycje i proces hamowania korozji aluminium - patent na płyn niezamarzający
• Główne elementy Twojego układu chłodzenia - na ilustracji!
• About.com: Systemy chłodzenia
• GM Goodwrench Filmy