Sådan fungerer bilkølesystemer

Diagram over et kølesystem: hvordan VVS er forbundet. Vil du lære mere? Tjek disse bilmotorbilleder. HSW

-Selvom benzinmotorer er forbedret meget, er de stadig ikke særlig effektive til at omdanne kemisk energi til mekanisk kraft. Det meste af energien i benzin (måske 7-0%) omdannes til varme, og det er jobbet med kølesystem at tage sig af den varme. Faktisk spreder kølesystemet på en bil, der kører ned på motorvejen, nok varme til at varme to hus i gennemsnit! Kølesystemets primære opgave er at forhindre, at motoren overophedes ved at overføre denne varme til luften, men kølesystemet har også flere andre vigtige job.

Motoren i din bil kører bedst ved en ret høj temperatur. Når motoren er kold, slides komponenter hurtigere, og motoren er mindre effektiv og udsender mere forurening. Så et andet vigtigt job i kølesystemet er at lade motoren opvarme så hurtigt som muligt og derefter holde motoren på en konstant temperatur.

I denne artikel lærer vi om delene af et bilkølesystem og hvordan de fungerer. Lad os først se på nogle grundlæggende.

-I din bil's motor brænder der konstant brændstof. Meget af varmen fra denne forbrænding går lige ud af udstødningssystemet, men noget af det suger ind i motoren og opvarmer det. Motoren kører bedst, når dens kølevæske er omkring 200 grader Fahrenheit (93 grader Celsius). Ved denne temperatur:

• Forbrændingsrummet er varmt nok til at fordampe brændstoffet fuldstændigt, hvilket giver bedre forbrænding og reducerer emissionerne.
• Olien, der bruges til at smøre motoren har en lavere viskositet (den er tyndere), så motordelene bevæger sig mere frit, og motoren spilder mindre strøm ved at bevæge sine egne komponenter rundt.
• Metaldele slides mindre.

Der findes to typer kølesystemer på biler: væskekølet og luftkølet.

Væskekøling

Kølesystemet på væskekølede biler cirkulerer en væske gennem rør og passager i motoren. Når denne væske passerer gennem den varme motor, absorberer den varme og afkøler motoren. Når væsken forlader motoren, passerer den gennem en varmeveksler eller en radiator, der overfører varmen fra væsken til luften, der blæser gennem veksleren.

Luftkøling

Nogle ældre biler og meget få moderne biler er luftkølede. I stedet for at cirkulere væske gennem motoren er motorblokken dækket af aluminiums finner, der leder varmen væk fra cylinderen. En kraftig ventilator tvinger luft over disse finner, som afkøler motoren ved at overføre varmen til luften.

Da de fleste biler er væskekølet, vil vi fokusere på det system i denne artikel.

Klik på "Start" for at se væskestrømmen gennem motoren, når motoren varmer op.

-Kølesystemet i din bil har meget VVS. Vi starter ved pumpen og arbejder os igennem systemet, og i de næste sektioner vil vi tale mere om hver del af systemet.

Det pumpe sender væsken ind i motorblok, hvor den kører gennem passager i motoren omkring cylindrene. Derefter vender det tilbage gennem cylinder hoved af motoren. Det termostat er placeret, hvor væsken forlader motoren. Blikkenslageren omkring termostaten sender væsken direkte tilbage til pumpen, hvis termostaten er lukket. Hvis det er åbent, går væsken gennem radiator først og derefter tilbage til pumpen.

Der er også et separat kredsløb til varmesystemet. Dette kredsløb tager væske fra cylinderhovedet og fører det gennem en varmekerner og derefter tilbage til pumpen.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

På biler med automatiske transmissioner er der normalt også et separat kredsløb til afkøling af transmissionsfluidet, der er indbygget i radiatoren. Olien fra transmissionen pumpes af transmissionen gennem en anden varmeveksler inde i radiatoren.

-Biler kører i en lang række temperaturer, fra godt under frysepunktet til vi over 38 ° C. Så uanset væske, der bruges til at køle motoren, skal have et meget lavt frysepunkt, et højt kogepunkt, og det skal have kapacitet til at holde meget varme.

Vand er en af ​​de mest effektive væsker til at holde varme, men vand fryser ved en for høj temperatur til at blive brugt i bilmotorer. Væsken, som de fleste biler bruger, er en blanding af vand og ethylenglycol (C₂H₆O₂), også kendt som frostvæske. Ved at tilsætte ethylenglycol til vand forbedres kogepunktet og frysepunktet markant.

Væske - Frysepunkt - Kogepunkt

• Rent vand: 0 C / 32F - 100 C / 212 F
• 50/50 blanding af C₂H₆O₂/ Vand: -37 C / -35F - 106 C / 223 F
• 70/30 blanding af C₂H₆O₂/ Vand: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F

Kølevæskets temperatur kan undertiden nå mellem 250 og 275 F (121 til 135 C). Selv med tilsat ethylenglycol ville disse temperaturer koge kølemidlet, så der skal gøres noget yderligere for at hæve kogepunktet.

Kølesystemet bruger tryk for yderligere at hæve kølemidlets kogepunkt. Ligesom kogetemperaturen på vandet er højere i en trykkomfur, er kogemidlets kogetemperatur højere, hvis du sætter tryk på systemet. De fleste biler har en trykgrænse på 14 til 15 pund pr. Kvadrat tomme (psi), hvilket hæver kogepunktet yderligere 45 F (25 C), så kølevæsken kan modstå de høje temperaturer.

Frostvæske indeholder også additiver til at modstå korrosion.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

En centrifugalpumpe som den der bruges i din bil.

-Vandpumpen er en simpel centrifugalpumpe drevet af et bælte forbundet til motorens krumtapaksel. Pumpen cirkulerer væske, hver gang motoren kører.

Vandpumpen bruger centrifugalkraft til at sende væske til ydersiden, mens den roterer, hvilket medfører, at der kontinuerligt trækkes væske fra midten. Indløbet til pumpen er placeret nær midten, så væske, der vender tilbage fra radiatoren, rammer pumpeskovlene. Pumpeskovlene kaster væsken ud til pumpens yderside, hvor den kan komme ind i motoren.

Væsken, der forlader pumpen, strømmer først gennem motorblokken og cylinderhovedet, derefter ind i radiatoren og til sidst tilbage til pumpen.

Bemærk, at væggene i cylinderen er ret tynde, og at motorblokken for det meste er hul.

-Motorblokken og cylinderhovedet har mange passager, der er støbt eller indarbejdet i dem for at muliggøre fluidstrømning. Disse passager dirigerer kølevæsken til de mest kritiske områder af motoren.

Temperaturer i forbrændingskammeret på motoren kan nå 2.500 C (2500 C), så afkøling af området omkring cylindrene er kritisk. Områder omkring udstødningsventilerne er især afgørende, og næsten alt det rum inde i cylinderhovedet omkring ventilerne, som ikke er nødvendigt til struktur, er fyldt med kølevæske. Hvis motoren går uden køling i meget lang tid, kan den gribe ind. Når dette sker, er metallet faktisk blevet varmt nok til, at stemplet svejser sig selv til cylinderen. Dette betyder normalt den komplette ødelæggelse af motoren.

Motorhovedet har også store kølevæskegange.

En interessant måde at reducere kravene til kølesystemet er at reducere mængden af ​​varme, der overføres fra forbrændingskammeret til motordele af motoren. Nogle motorer gør dette ved at belægge indersiden af ​​toppen af ​​cylinderhovedet med et tyndt lag af keramisk. Keramik er en dårlig leder af varme, så mindre varme ledes gennem til metallet og mere passerer ud af udstødningen.

Billede af radiator, der viser sidetank med køler.

-En radiator er en type varmeveksler. Det er designet til at overføre varme fra det varme kølevæske, der strømmer gennem det til den luft, der blæses igennem det af blæseren.

De fleste moderne biler bruger aluminiumsradiatorer. Disse radiatorer er fremstillet ved lodning af tynde aluminiumfinner til udfladede aluminiumsrør. Kølevæsken strømmer fra indløbet til udløbet gennem mange rør monteret i et parallelt arrangement. Finnerne leder varmen fra rørene og overfører den til luften, der strømmer gennem radiatoren.

Rørene har undertiden en type fin indsat i dem kaldet a turbulator, hvilket øger turbulensen af ​​væsken, der strømmer gennem rørene. Hvis væsken flød meget glat gennem rørene, ville kun den væske, der faktisk berører rørene, køles direkte. Mængden af ​​varme, der overføres til rørene fra væsken, der løber gennem dem, afhænger af forskellen i temperatur mellem røret og væsken, der berører det. Så hvis væsken, der er i kontakt med røret, hurtigt afkøles, overføres mindre varme. Ved at skabe turbulens inde i røret, blandes alle væskerne sammen og holder temperaturen på væsken, der berører rørene, så mere varme kan udvindes, og alt væske inde i røret bruges effektivt.

Radiatorer har normalt en tank på hver side, og inde i tanken er en transmissionskøler. På billedet ovenfor kan du se indløbet og udløbet, hvor olien fra transmissionen kommer ind i køleren. Transmissionskøleren er som en radiator i en radiator, undtagen i stedet for at udveksle varme med luften, udveksler olien varme med kølevæsken i radiatoren.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Afskæring af radiatorhætte og reservoir.

-Kølerhætten øger faktisk dit kølervæskes kogepunkt med ca. 25 ° C. Hvordan gør denne enkle hætte dette? På samme måde øger en trykskog vandets kogetemperatur. Hætten er faktisk en trykudløserventil, og på biler er den normalt indstillet til 15 psi. Vandets kogepunkt øges, når vandet anbringes under tryk.

Når væsken i kølesystemet varmer op, udvides det og får trykket til at opbygges. Hætten er det eneste sted, hvor dette tryk kan slippe ud, så indstillingen af ​​fjederen på hætten bestemmer det maksimale tryk i kølesystemet. Når trykket når 15 psi, skubber trykket ventilen åben, hvilket giver kølevæske mulighed for at slippe ud af kølesystemet. Dette kølevæske strømmer gennem overløbsrøret ind i bunden af ​​overløbstanken. Dette arrangement holder luften ud af systemet. Når radiatoren køler ned igen, skabes der et vakuum i kølesystemet, der trækker en anden fjederbelastet ventil op og suger vand tilbage fra bunden af ​​overløbstanken for at erstatte det vand, der blev udvist.

Termostatens åbne og lukkede positioner. HSW

-Termostatens hovedopgave er at lade motoren opvarme hurtigt og derefter holde motoren på en konstant temperatur. Det gør dette ved at regulere mængden af ​​vand, der går gennem radiatoren. Ved lave temperaturer er udløbet til radiatoren helt blokeret - al kølevæske recirkuleres tilbage gennem motoren.

Når kølevæskets temperatur stiger til mellem 82 og 91 C (180 og 195 F), begynder termostaten at åbne, hvilket tillader væske at strømme gennem radiatoren. Når kølevæsken når 200 til 218 F (93 - 103 C), er termostaten åben hele vejen.

Hvis du nogensinde har chancen for at teste en, er en termostat en fantastisk ting at se, fordi hvad den gør virker umulig. Du kan lægge en i en gryde med kogende vand på komfuret. Når den varmer op, åbnes ventilen omkring en tomme, tilsyneladende med magi! Hvis du selv vil prøve dette, skal du gå til en butik med bildele og købe en for et par bukke.

Hemmeligheden bag termostaten ligger i den lille cylinder placeret på motorsiden af ​​enheden. Denne cylinder er fyldt med en voks, der begynder at smelte ved ca. 180 F (forskellige termostater åbnes ved forskellige temperaturer, men 180 F er almindelig). En stang, der er forbundet til ventilen, presses ind i denne voks. Når voksen smelter, udvides den markant, skubber stangen ud af cylinderen og åbner ventilen. Hvis du har læst Sådan fungerer termometre og udført eksperimentet med flasken og halm, har du set denne proces i aktion - voksen udvides bare en god smule mere, fordi den skifter fra et fast stof til en væske ud over at udvide sig fra varmen.

Denne samme teknik bruges i automatiske åbnere til drivhusventilationer og ovenlys. I disse enheder smelter voksen ved en lavere temperatur.

Kølevifte

-L-ike termostaten, skal køleventilatoren styres, så den giver motoren mulighed for at opretholde en konstant temperatur.

Forhjulstræksbiler har elektriske ventilatorer fordi motoren normalt monteres på tværs, hvilket betyder, at motorens output peger mod siden af ​​bilen. Ventilatorerne styres enten med en termostatafbryder eller af motorcomputeren, og de tændes, når temperaturen på kølemidlet går over et setpunkt. De slukker, når temperaturen falder til under dette punkt.

Baghjulsdrevne biler med langsgående motorer har normalt motordrevne kølevifter. Disse ventilatorer har en termostatstyret viskøs kobling. Denne kobling er placeret ved ventilatorens nav i luftstrømmen, der kommer gennem radiatoren. Denne specielle viskose kobling ligner den viskøse kobling, som nogle gange findes i firehjulstrækkede biler.

Varmeapparat VVS

-Du har måske hørt rådene om, at hvis din bil overophedes, skal du åbne alle vinduer og køre varmelegemet med blæseren ved fuld eksplosion. Dette skyldes, at varmesystemet faktisk er et sekundært kølesystem, der spejler det vigtigste kølesystem på din bil.

Varmerens kerne, som er placeret i instrumentbrættet på din bil, er virkelig en lille radiator. Varmeapparatventilatoren blæser luft gennem varmelegemets kerne og ind i kupeen på dit bil.

En varmelegeme ser ud som en lille radiator.

Varmeapparatet trækker sit varme kølervæske fra cylinderhovedet og returnerer det til pumpen - så varmeren fungerer uanset om termostaten er åben eller lukket.

For mere information om bilkølesystemer og relaterede emner, se linkene på næste side.

relaterede artikler

• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer bilcomputere
• Sådan fungerer klimaanlæg
• Sådan fungerer termometre
• Hvordan fungerer termostaten i en bils kølesystem?
• Hvordan hjælper nitrogenoxid en motor med at yde bedre?
• Hvordan får fans dig til at blive køligere?
• Sådan fungerer Aptera Hybrid

Flere gode links

• Kølesystemtjeneste
• Patent US4452758: Sammensætninger og fremgangsmåde til inhibering af korrosion af aluminium - patent på frostvæske
• Hovedkomponenter i dit kølesystem - illustreret!
• About.com: Kølesystemer
• GM Goodwrench videoer