Moderné motory sú sofistikované stroje, ktorých efektívna prevádzka závisí od udržiavania optimálnej teploty. Chladenie motora je kľúčový proces, ktorý zohráva zásadnú úlohu pri zabezpečovaní dlhej životnosti a spoľahlivosti motora. V tomto článku sa podrobne pozrieme na princíp chladenia motora vodou, jeho komponenty, výhody a nevýhody v porovnaní s inými metódami chladenia.
Úvod do chladenia motora
Pri spaľovaní zmesi paliva a vzduchu v spaľovacom priestore motora vznikajú extrémne vysoké teploty, dosahujúce až 2200 °C. Tieto teploty, ak by neboli regulované, by mohli viesť k poškodeniu komponentov motora, ako sú piesty, valce, hlava valcov a turbodúchadlo. Navyše, vysoké teploty môžu zhoršiť vlastnosti mazacieho oleja a zvýšiť riziko detonačného spaľovania u zážihových motorov. Chladenie motora preto zabezpečuje odvádzanie nadmerného tepla a udržiavanie optimálnej prevádzkovej teploty, zvyčajne okolo 90 °C.
Prečo je chladenie motora nevyhnutné?
Chladenie spaľovacieho motora má zásadný vplyv na jeho tepelnú bilanciu, pretože odvádza približne tretinu tepla privedeného do motora. Je to nevyhnutné z nasledujúcich dôvodov:
- Ochrana komponentov motora: Teplo je nutné odvádzať vzhľadom k obmedzenej tepelnej odolnosti piestov, valcov, hlavy valcov, turbodúchadla a mastiaceho oleja.
- Zníženie rizika detonačného spaľovania: Chladením sa u zážihových motorov znižuje sklon k detonačnému spaľovaniu.
- Udržiavanie optimálnej prevádzkovej teploty: Z dôvodu udržania optimálnej prevádzkovej teploty motora okolo 90 °C a meniacich sa mechanických vlastností častí motora pri prekročení určitej hranice teploty, je nutné chladenie.
- Efektívne odvádzanie tepla: Pri plnom zaťažení motora sa musí chladením odviesť 20-30% tepla, ktoré sa uvoľňuje pri spaľovaní.
- Predchádzanie prehriatiu: Chladenie chráni pred prehriatím častí motora, ktoré nemôžu teplo priamo odovzdať chladiacej kvapaline alebo chladiacemu vzduchu.
Princíp kvapalinového chladenia
Kvapalinové chladenie je nepriame, pretože kvapalina slúži ako prostredník prenosu tepla z motora do vzduchu. Hlavy a valce motora majú dvojitú stenu, ktorá tvorí plášť, vyplnený chladiacou kvapalinou. Kvapalina, ktorá sa v plášti ohrieva, prúdi do chladiča, kde sa ochladzuje prúdiacim vzduchom. Ochladená kvapalina sa potom vracia späť do motora a tento dej sa stále opakuje.
Po naštartovaní motora začne pracovať vodné lopatkové čerpadlo, ktorého pohon je zabezpečený od kľukového hriadeľa cez klinový remeň. Úlohou je zaistiť cirkuláciu kvapaliny. Táto kvapalina obieha, pokiaľ je motor studený len v samostatnom bloku motora a v hlave valcov. Až keď sa zohreje na teplotu asi 80°C, termostat otvára ventilom prietok kvapaliny do chladiča, z ktorého vodné lopatkové čerpadlo odsáva ochladenú kvapalinu. Tá vytláča z bloku motora ohriatu kvapalinu do chladiča.
Prečítajte si tiež: Montáž výstuže pre stropné chladenie
Komponenty kvapalinového chladiaceho systému
Kvapalinové chladenie zahŕňa niekoľko kľúčových komponentov, ktoré sú nevyhnutné pre jeho funkciu:
Chladič: Má za úlohu odvádzať do vzduchu teplo motora prijaté chladiacou kvapalinou. U automobilov s automatickou prevodovkou sa chladičom odvádza i teplo prevodovky. Chladičom prechádza teplo zhora dolu.
- Chladiče s priečnym prúdením: Sú to chladiče u ktorých sú komory umiestnené na boku výmenníka. Chladiaca kvapalina prúdi z jednej strany na druhú.
- Chladič s priečnym prúdením pre nízku a vysokú teplotu: Použitie deliacej priečky v komore a rôzne vysoko umiestnených nátrubkov vtokových a výtokových hrdiel umožňuje vytvorenie dvoch rôznych zón.
Čerpadlo chladiacej kvapaliny: Je konštruované ako rotačné odstredivé radiálne čerpadlo. V telese čerpadla sa otáča rotor s radiálnymi lopatkami. Lopatkové koleso tlačí kvapalinu smerom von. Chladiaca kvapalina sa do čerpadla privádza z chladiča alebo priama z komory termostatu. Pohon čerpadla je obvykle klinovým remeňom od kľukového hriadeľa. Otáčky obežného kolesa sú vyššie ako otáčky kľukového hriadeľa vzhľadom na dopravované množstvo chladiacej kvapaliny.
- Pevný pohon: Čerpadlo je stále poháňané pokiaľ motor beží, remeňom od kľukového hriadeľa.
- Variabilný pohon: Požiadavka na výkon ventilátora je podľa rýchlosti jazdy a podľa prevádzkového stavu motora veľmi rozdielny.
Termostat: Je regulátorom teploty. Termostat sa kontroluje tak že, sa demontuje a vloží sa do ohrievanej vody. Teplota sa sleduje teplomerom. Chybný termostat neotvára malý a veľký chladiaci okruh.
Ventilátor: Zabezpečuje prúdenie vzduchu cez chladič, čím zvyšuje jeho účinnosť.
Prečítajte si tiež: O chladení, vysušovaní a filtrácii vzduchu
Chladiaca kvapalina: Ako chladiace médium sa používa destilovaná voda a v zimnom období sa používa nemrznúca zmes. Tá sa pripravuje zmiešaním destilovanej vody s nemrznúcou chladiacou kvapalinou (Fridex, Alycol, Nemrazol). Pomer zmiešania je závislý od požadovaného bodu tuhnutia (napr. -30°C). Preto, že sa automobily používajú aj v zime, čistá voda na celoročné používanie nevyhovuje. V súčasnosti sa do chladičov dáva nemrznúca zmes aby jej strata odparovaním nebola veľká používajú sa uzavreté chladiace systémy. Súčasné nemrznúce zmesi sa vyrábajú na báze glykolu a riedia sa destilovanou vodou.
Tepelný spínač a snímač teploty: Môže byť použitý spolu s teplomerom alebo samostatne miesto teplomera.
Hadice a potrubia: Zabezpečujú prepojenie jednotlivých komponentov a cirkuláciu chladiacej kvapaliny.
Typy chladenia
Existujú rôzne typy chladenia, pričom najbežnejšie sú:
Vzduchové chladenie: Pri vzduchovom chladení sa odvádza teplo z horúcich častí motora prúdiacim vzduchom. Aby chladiaci účinok bol dostatočný, musia mať chladené časti (t.j. hlava a blok valcov) čo najväčšiu dotykovú plochu so vzduchom. Dosahuje sa to chladiacimi rebrami.
Prečítajte si tiež: Komplexný prehľad klimatizácií Hisense
- Náporové chladenie: Prúdom vzduchu, ktorý vzniká pri jazde (používa sa len pri motoroch s malým výkonom, napr.
- Chladenie ventilátorom: Prúd chladiaceho vzduchu vytvára obvykle ventilátor. Ventilátor je najčastejšie poháňaný klinovým remeňom, od kľukového hriadeľa motora.
- Podtlakové chladenie: Ventilátor je umiestnený na výstupe z chladiaceho plášťa.
- Ejektorové (vysávačové) chladenie: Je podtlakové ale nemá ventilátor. Chladiaci plášť je ukončený difúzorom. Princíp je vtom že výfukové potrubie ústí do ejektora kde výfukové plyny strhávajú vzduch z chladiaceho plášťa, miešajú sa s nim a potom táto zmes vychádza difúzorom do ovzdušia.
Kvapalinové chladenie: Ako bolo popísané vyššie, využíva chladiacu kvapalinu na prenos tepla z motora do chladiča.
Výhody a nevýhody vzduchového chladenia
Výhody:
- Jednoduchosť konštrukcie
- Nižšia hmotnosť motora
- Nenáročnosť na obsluhu a údržbu
- Veľká spoľahlivosť v prevádzke
- Teplota motora sa dostáva rýchlejšie na požadovanú výšku
Nevýhody:
- Väčšina vzduchom chladených motorov nie je zabezpečená dokonalou reguláciou chladenia. Preto v zimnom období sa motory prechladzujú a naopak v horúcich letných mesiacoch prehrievajú, čím sa väčšmi opotrebúvajú.
- Pre krajiny v ktorých sa vyskytujú piesočné búrky je vhodnejšie vzduchové chladenie preto, že piesok môže zaniesť jednotlivé otvory v chladiči.
Výhody kvapalinového chladenia
Kvapalinové chladenie ponúka mnoho výhod v porovnaní s inými formami chladenia, ako je napríklad vzduchové chladenie:
- Efektívnejší prenos tepla: Kvapalinové chladenie je schopné prenášať teplo oveľa efektívnejšie ako vzduchové chladenie, čo je kľúčové pre vysokovýkonné motory.
Údržba kvapalinového chladiaceho systému
Pravidelná údržba je nevyhnutná pre správne fungovanie kvapalinového chladiaceho systému. Medzi najdôležitejšie úkony patria:
- Kontrola hladiny chladiacej kvapaliny: Pravidelne kontrolujte hladinu chladiacej kvapaliny a doplňte ju, ak je to potrebné.
- Výmena chladiacej kvapaliny: Chladiacu kvapalinu je potrebné pravidelne vymieňať, aby sa zabezpečila jej účinnosť a zabránilo sa korózii.
- Kontrola hadíc a potrubí: Pravidelne kontrolujte hadice a potrubia, či nie sú poškodené alebo netesné.
- Kontrola termostatu: Termostat sa kontroluje tak že, sa demontuje a vloží sa do ohrievanej vody. Teplota sa sleduje teplomerom.
- Čistenie chladiča: Udržiavajte chladič čistý od nečistôt a hmyzu, aby sa zabezpečilo efektívne prúdenie vzduchu.
- Kontrola tesnosti systému: Uistite sa, že v systéme nie sú žiadne netesnosti. Netesný chladič - oprava sa môže robiť spájkovaním, pri malých netesnostiach sa pridáva tesniaci prostriedok.
- Čistenie chladiča: Upchaný chladič - pre vyčistenie sa používajú chemické prípravky a nesmie sa s používať tzv.
Problémy s chladením motora
Medzi najčastejšie problémy s chladením motora patria:
- Prehrievanie motora: Môže byť spôsobené nedostatkom chladiacej kvapaliny, poruchou termostatu, upchatým chladičom alebo poruchou vodnej pumpy.
- Únik chladiacej kvapaliny: Môže byť spôsobený poškodenými hadicami, netesnosťou chladiča alebo poruchou tesnení.
- Znečistenie chladiacej kvapaliny: Môže byť spôsobené koróziou, usadeninami alebo prienikom oleja do chladiaceho systému.
Alternatívne metódy chladenia
Okrem kvapalinového a vzduchového chladenia existujú aj alternatívne metódy chladenia, ako napríklad:
- Olejové chladenie: Používa sa najmä v motocykloch a niektorých výkonných automobiloch. Olej cirkuluje cez motor a odvádza teplo do chladiča oleja.
- Hybridné chladenie: Kombinuje kvapalinové a vzduchové chladenie pre dosiahnutie optimálneho výkonu.
Inovácie v oblasti chladenia
Vyvíjajú sa nové typy chladiacich kvapalín, ktoré sú účinnejšie a ekologickejšie. Taktiež sa zvažujú nové materiály pre chladiče, ktoré by zlepšili prenos tepla.
Vplyv elektrifikácie
Prechod na elektrické vozidlá môže zmeniť spôsob, akým sa motory chladia. Elektrické motory vyžadujú iné prístupy k chladiacim systémom, ktoré by mohli ovplyvniť návrh a funkciu tradičných kvapalinových chladení.
Intercooler
Intercooler je diel, ktorý je využívaný najmä pri výkonných a upravovaných vozidlách. Toto zariadenie, slúži ako chladič stlačeného vzduchu, ktorý vychádza z turbodúchadla. Chladnejší vzduch je hustejší - teda na rovnaký objem má vyššie množstvo kyslíku a tým priaznivo ovplyvňuje spaľovací proces. To samozrejme prináša zvýšenie výkonu motora, zníženie spotreby paliva, zníženie množstva emisií a zníženie tepelného namáhania agregátu.
Intercooler môže byť:
- Chladený vodou: Na chladenie stlačeného vzduchu využíva chladiacu kvapalinu. Bežné vozidlá využívajú pre toto chladenie chladiacu kvapalinu motora. Športové vozidlá zasa využívajú vlastný chladiaci okruh
- Chladený vzduchom: na odvádzanie tepla zo stlačeného vzduchu využíva hliníkové lamely na svojom povrchu
Ďalej sa rozdeľujú anglickými skratkami podľa druhu umiestnenia. Najčastejšie je to skratka FMIC (Front Mounted Intercooler) pre intercooler umiestnený v prednej časti vozidla v strede pred chladičom. Skratka SMIC (Side Mounted Intercooler) zasa označuje umiestnenie v prednej časti vozidla na pravej alebo ľavej strane. Skratka TMIC (Top Mounted Intercooler) je najmenej používaným označením a vyskytuje sa najmä pri športových vozidlách.
Dôležitosť správneho chladenia turbodúchadla
Správne chladenie turbodúchadla po vysokej záťaži je kľúčové pre jeho dlhú životnosť. Po jazde na diaľnici alebo pri vysokej záťaži je dôležité nechať motor bežať na voľnobeh niekoľko minút, aby sa turbo ochladilo. Prudké schladenie turba môže viesť k jeho poškodeniu. Mazanie je pre turbo najdôležitejšie. Takže najviac mu "pomáha" vytocit do otacok, podrzat a vypnut motor. Turbo sa zotrvacnosotu este stale toci vo vysokych otackach, ale tlak oleja, ktory "maze" hriadel turba (v podstate ho drzi na kvapalinovom - olejovom vankusi) uz nema co dodavat, kedze motor uz stoji.