Jak działa układ chłodzenia silnika?

Układ chłodzenia to nieśpieszny bohater spalinowego silnika samochodowego. Po cichu utrzymuje silnik w temperaturze roboczej, zapobiegając przegrzaniu, a jednocześnie dostarczając przytulne ciepło do przedziału pasażerskiego. Jedynym momentem, w którym zauważamy układ chłodzenia jest jego awaria, a ta często bywa katastrofalna w skutkach.

Temperatura wewnątrz komory spalania silnika samochodowego (obszar, w którym paliwo ulega spaleniu) może z łatwością osiągnąć nawet 1600 st. F. Temperatura pracy silnika powinna być w niskim zakresie 200 stopni. To jest dużo ciepła, które musi być usunięte. Temperatura pracy silnika zależy od temperatury płynu chłodzącego. Uszkodzenie silnika może nastąpić dość szybko, gdy temperatura płynu chłodzącego zacznie rosnąć w okolicach 300 stopni.

Układ chłodzenia silnika działa w oparciu o zasadę wymiany ciepła. Przekazywanie ciepła to przemieszczanie się energii cieplnej z jednego miejsca do drugiego. Energia cieplna zawsze będzie poszukiwać czegoś chłodniejszego. Dobrym tego przykładem jest włożenie ciepłej puszki napoju gazowanego (piwa) do chłodziarki z lodem. Ponieważ energia cieplna zawsze będzie się przemieszczać do czegoś chłodniejszego, energia cieplna w puszce przenosi się na lód, czyniąc puszkę zimną. Zimno, z definicji, jest brakiem energii cieplnej.

Oto jak samochodowy układ chłodzenia wykorzystuje mechanizm wymiany ciepła, aby utrzymać silnik w chłodzie, a palce u nóg w cieple:

Pompa wody rozprowadza płyn chłodzący w układzie chłodzenia. Pompa wodna jest napędzana przez te same paski napędowe akcesoriów, które obsługują alternator, pompę wspomagania kierownicy i sprężarkę klimatyzacji. Pasy te są napędzane przez koło pasowe znajdujące się z przodu wału korbowego. Pompa wodna wykorzystuje wirujące wirniki do przepychania płynu chłodzącego przez silnik, chłodnicę i rdzeń nagrzewnicy.

Płyn chłodzący przepływa przez silnik za pośrednictwem płaszcza wodnego. Płaszcze wodne znajdują się w całym silniku, ale koncentrują się głównie wokół komór spalania, ponieważ to właśnie tam wytwarzane jest ciepło i temperatura jest najwyższa.

Termostat steruje przepływem płynu chłodzącego. Termostat jest strażnikiem układu chłodzenia. Używa on zaworu sprężynowego, który jest zamknięty, gdy silnik jest zimny, blokując przepływ płynu chłodzącego, i zwykle otwiera się przy temperaturze płynu chłodzącego 185 - 195 stopni, w zależności od wartości znamionowej termostatu.

Gdy termostat jest zamknięty, blokuje przepływ płynu chłodniczego przez chłodnicę. Płyn chłodniczy jest kierowany przez silnik za pomocą węża obejściowego. Dzięki temu płyn chłodzący może się nagrzewać bez efektu chłodzenia przez chłodnicę. W ten sposób silnik i płyn chłodzący są w stanie osiągnąć temperaturę roboczą.

Po osiągnięciu temperatury roboczej termostat otwiera się, umożliwiając przepływ płynu chłodniczego przez chłodnicę. W termostacie zastosowano sprężynę bimetalową. Oznacza to, że sprężyna składa się z dwóch oddzielnych metali, które kurczą się i rozszerzają w różny sposób pod wpływem zmian temperatury. Gdy gorący płyn chłodzący ogrzewa sprężynę, oba metale przyciągają się do siebie, powodując skurcz sprężyny, która otwiera zawór poppet, umożliwiając przepływ płynu chłodzącego.

Gdy płyn chłodzący przepływa przez chłodnicę, kontynuuje on cykl podgrzewania i schładzania. Gdy płyn chłodzący przepływa przez silnik, ciepło przechodzi z gorącego silnika do płynu chłodzącego. Ten niezwykle gorący płyn chłodzący jest następnie przepompowywany przez chłodnicę, gdzie jego energia cieplna jest przekazywana do atmosfery, a cykl trwa dalej.

Tak więc, gdy płyn chłodzący przepływa przez chłodnicę, energia cieplna z płynu chłodzącego trafia do metalu w chłodnicy. Wentylator chłodzący wdmuchuje powietrze przez żeberka chłodnicy, pozwalając energii cieplnej z chłodnicy przedostać się do powietrza, gdzie się ulatnia. Przypomina to dmuchanie na frytki w celu ich schłodzenia.

Wentylatory chłodzące są albo napędzane paskiem, albo silnikiem elektrycznym. Wentylatory napędzane pasem są zazwyczaj wyposażone w sprzęgło odśrodkowe lub sprzęgło termostatyczne. Sprzęgło odśrodkowe spowalnia prędkość obrotową łopatek wentylatora wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika, pozwalając wentylatorowi na swobodny obrót, odłączony od momentu obrotowego silnika. Opiera się to na założeniu, że jeśli prędkość obrotowa silnika jest wyższa, pojazd musi poruszać się po drodze. Gdy pojazd jest w ruchu, powietrze naturalnie wydmuchuje się przez chłodnicę, więc potrzebuje ona mniejszej prędkości obrotowej wentylatora. Zmniejszenie prędkości obrotowej wentylatora zmniejsza obciążenie silnika, zwiększając oszczędność paliwa.

Sprzęgło termostatyczne ma wbudowaną sprężynę bimetalową, która zmniejsza moment obrotowy łopatek wentylatora, gdy silnik jest zimny, pozwalając im na swobodne obracanie się. Kiedy sprężyna się nagrzewa, pozwala na pełną pracę łopatek wentylatora. To również ogranicza opór wentylatora, aby poprawić ekonomię zużycia paliwa.

Elektryczne wentylatory chłodzące są uruchamiane przez elektroniczny moduł sterujący (ECM) na podstawie danych z czujnika temperatury płynu chłodzącego silnika. Gdy płyn chłodzący osiągnie określoną, wysoką temperaturę, ECM włączy wentylator. ECM wyłączy wentylator, gdy płyn chłodzący osiągnie określoną niską temperaturę.

Wentylatory elektryczne są najlepsze, ponieważ nie obciążają silnika, co pomaga oszczędzać paliwo. Elektroniczne sterowanie wentylatorem chłodzącym pozwala ECM kontrolować temperaturę płynu chłodzącego, utrzymując optymalną temperaturę płynu chłodzącego. ECM włącza również wentylator chłodzący, gdy pracuje klimatyzator. Skraplacz klimatyzatora znajduje się przed chłodnicą, dlatego konieczne jest, aby podczas pracy klimatyzatora przez chłodnicę i skraplacz było stale przepuszczane powietrze o dużej prędkości.

Wszystkie samochodowe układy chłodzenia są uszczelnione za pomocą korka ciśnieniowego. Ponieważ ciepło zwiększa ciśnienie, ciśnienie w układzie chłodzenia zaczyna rosnąć wraz ze wzrostem temperatury. Nie trzeba dodawać, że jeśli zapomnisz sprawdzić to ciśnienie, może to mieć katastrofalne skutki. Korki ciśnieniowe odpowietrzają układ chłodzenia przy z góry określonym ciśnieniu. Większość korków jest ustawiona na ciśnienie 15 funtów na cal kwadratowy (PSI). Oznacza to, że przy ciśnieniu 15 PSI korek odpowietrza układ do atmosfery. Kołpak ciśnieniowy działa na tej samej zasadzie co termostat. Sprężyna bimetalowa kurczy się, podnosząc uszczelkę i pozwalając na ujście ciśnienia.

Korek ciśnieniowy może być umieszczony na chłodnicy lub na plastikowej butelce z odgazowaniem. Butelka odgazowująca to zbiornik, który umieszcza się w komorze silnika, wyżej niż silnik i chłodnica. Ponieważ powietrze naturalnie unosi się, gdy jest uwięzione w cieczy, każde powietrze w układzie chłodzenia będzie się przedostawać do butelki odgazowującej i będzie wypychane z korka ciśnieniowego podczas odpowietrzania. Powietrze jest szkodliwe dla układu chłodzenia. Uwięzione powietrze zatrzymuje przepływ płynu chłodzącego, co może spowodować przegrzanie, brak ciepła w kabinie pasażerskiej lub fałszywe wskazania wskaźnika temperatury.

Systemy, które montują korek ciśnieniowy na chłodnicy, wykorzystują zbiornik przelewowy. Zbiornik ten wyłapuje płyn chłodzący, który może wyciec podczas odpowietrzania. Jeżeli poziom płynu chłodniczego w chłodnicy spadnie w wyniku normalnego działania układu chłodzenia, zostanie on odessany ze zbiornika przelewowego i wlany z powrotem do chłodnicy.

Układ chłodzenia nie tylko chłodzi silnik, ale także pomaga utrzymać ciepło. Ciepło, które dostaje się do kabiny pasażerskiej w zimny dzień, jest przenoszone z gorącego płynu chłodzącego do rdzenia nagrzewnicy, a następnie do powietrza, które jest wtłaczane do samochodu przez silnik dmuchawy.

Rdzeń nagrzewnicy to w zasadzie mini chłodnica. Płyn chłodniczy przepływa przez szereg wąskich rurek, które są połączone cienkimi warstwami metalu, ułożonymi w konfiguracji przypominającej plaster miodu. Gorące rurki ogrzewają plaster miodu, który przekazuje swoją energię cieplną do powietrza, które jest wtłaczane przez rdzeń nagrzewnicy przez silnik dmuchawy. To dlatego często słyszy się o złym termostacie powodującym brak ciepła. Jeśli termostat jest otwarty, płyn chłodzący nie ma możliwości osiągnięcia temperatury roboczej. Nie gorący płyn chłodzący oznacza nie gorące ciepło.

Są to więc podstawy tego, jak układ chłodzenia silnika chroni go przed samozniszczeniem. Silniki samochodowe wykonują naprawdę dobrą robotę, ukrywając całą przemoc, która faktycznie dzieje się w głębi silnika spalinowego podczas jego pracy. Ciepło jest produktem ubocznym tego całego zamieszania, a Twój układ chłodzenia nieustannie toczy bitwę, aby utrzymać to ciepło pod kontrolą.