Systém chlazení motoru

Během provozu se části spalovacího motoru intenzivně zahřívají. Pokud toto zahřívání není řízeno, může mnoho dílů (zejména těch, které se nacházejí v těsné blízkosti spalovací komory) dosáhnout kritických teplot. K odvodu tepla z těchto částí se používá systém chlazení motoru.

Téměř všechny moderní automobily používají uzavřený systém kapalinového chlazení s nuceným oběhem chladicí kapaliny.

Zpřísnění ekologických norem vedlo k opuštění vzduchem chlazených motorů, které bylo možné v autech najít ještě před dvaceti lety.

Chladicí systém funguje následovně: kapalina cirkuluje speciálními kanály vytvořenými v bloku válců a hlavě válců v oblasti největšího zahřívání.

Když je motor studený (teplota pod provozní teplotou, rovna 90-100°C), kapalina cirkuluje v malém kruhu, v podstatě pouze uvnitř motoru.

Poté motor dosáhne provozní teploty, otevře se speciální ventil zvaný termostat (více o tom níže) a kapalina se začne pohybovat ve velkém kruhu: po absorbování části tepla z částí motoru je kapalina nasměrována hadicemi do chladiče chladicího systému motoru, kde je teplo odváděno foukáním na přicházející proud vzduchu. Z další kapitoly se dozvíte účel, strukturu a princip fungování mazacího systému moderního spalovacího motoru.

Když je průtok vzduchu chladičem nedostatečný nebo chybí (jízda nízkou rychlostí nebo zastavení), je zapotřebí přídavný ventilátor. A v jedné z následujících kapitol se budete moci seznámit s palivovými systémy motoru: palivovým systémem benzínového motoru nebo moderního spalovacího motoru.

Ventilátory se liší konstrukcí pohonu, která závisí na umístění motoru v motorovém prostoru.

Pokud je motor umístěn podélně, lze ventilátor namontovat přímo na motor v jeho přední části. V tomto případě je oběžné kolo ventilátoru poháněno řemenem od řemenice klikového hřídele. Když se motor zahřívá nebo jedete vysokou rychlostí, ventilátor nemusí pracovat. K jeho vypnutí se používají viskózní nebo elektromagnetické spojky, které se zapínají a vypínají v závislosti na teplotě chladicí kapaliny.

Viskózní spojka funguje následovně: dokud se motor nezahřeje, oběžné kolo ventilátoru prokluzuje vzhledem k řemenici. S ohříváním chladicí kapaliny se zvyšuje teplota proudícího vzduchu procházejícího chladičem. Když teplota dosáhne limitní úrovně, spojka se zablokuje a ventilátor se začne otáčet.

Elektromagnetická spojka se zablokuje při průchodu proudu jejím vinutím. Tok proudu v okruhu je řízen snímačem teploty chladicí kapaliny nebo elektronickou řídicí jednotkou motoru. Obdobná elektromagnetická spojka je použita i v pohonu kompresoru klimatizace.

U vozidel s příčným uspořádáním motoru se používá ventilátor poháněný elektromotorem. Elektrický ventilátor se instaluje přímo na chladič před ním nebo bezprostředně za ním. Mohou tam být dva ventilátory.

Cirkulace chladicí kapaliny v systém chlazení motoru je zajištěno odstředivým čerpadlem namontovaným v přední části motoru. V garážovém slangu se této části často říká čerpadlo. Ve starých knihách se tomu obvykle říkalo vodní pumpa. Doby používání běžné vody v chladicím systému jsou pryč, a tak se v moderní automobilové literatuře častěji používá termín „čerpadlo chladicí kapaliny“. Čerpadlo může být poháněno ozubeným řemenem nebo pomocným hnacím řemenem.

Chladicí kapalina se při zahřátí rozpíná. Pro kompenzaci tepelné roztažnosti kapaliny je v chladicím systému instalována expanzní nádrž. Kromě toho je pro zvýšení bodu varu kapaliny udržován mírný přetlak v chladicím systému motoru.

Do uzávěru expanzní nádoby lze instalovat vstupní a výstupní pojistné ventily, které umožňují udržovat optimální tlak v systému při zahřívání kapaliny a také kompenzovat podtlak při ochlazování.

U některých vozidel jsou tyto ventily umístěny v uzávěru chladiče. Ovládací tlak ventilu pro každý model motoru je zvolen individuálně, takže kryty nejsou zaměnitelné mezi různými modely. Provozní tlak je obvykle uveden na samotném krytu a v případě potřeby jej lze nahradit pouze krytem se stejnou hodnotou tlaku.

Nyní pár slov o termostatu, který již byl zmíněn výše.

Termostat je ventil nainstalovaný v kanálu chladicího systému. Termostat se automaticky otevře, když kapalina dosáhne určité teploty a začne cirkulovat radiátorem.

K informování řidiče o aktuálních tepelných podmínkách motoru má systém vestavěný snímač teploty, jehož signál je odesílán do teploměru chladicí kapaliny instalovaného v přístrojové desce.

Systém chlazení motoru: nemrznoucí kapalina místo vody

Dříve v roce chladicí systémy motoru Auto používalo obyčejnou vodu. Při teplotách pod nulou voda zamrzá. Zároveň se zvětšuje jeho objem, což vede k poškození částí motoru (praská hlava válců i samotný blok, praskají gumové hadice).

Proto byla po cestě voda vypuštěna a před další cestou doplněna. Věřte mi, je to velmi nepříjemný postup. Obyčejná voda v chladicím systému navíc vede k tvorbě vodního kamene a korozi, což výrazně snižuje životnost motoru.

V moderních osobních automobilech se všude upustilo od používání vody. Byl nahrazen speciálními chladicími kapalinami (CL) – nemrznoucími kapalinami.

Domácí motoristé dobře znají název „Tosol“. Jedná se o značku nemrznoucí směsi, která byla vyvinuta pro vozy VAZ.

Aby nedošlo k záměně, upozorňuji, že nemrznoucí směs (z anglického nemrznoucí kapalina – „proti mrazu“) je obecnější pojem aplikovatelný na jakoukoli nemrznoucí kapalinu a Tosol je jen speciální případ nemrznoucí směsi.

Proto byste neměli rozdělovat chladicí kapaliny na nemrznoucí směsi a chladicí kapaliny;

Nemrznoucí směs je směs alkoholu a speciálních přísad, díky kterým má nízký bod tuhnutí a vysoký bod varu.

Na rozdíl od ostatních provozních kapalin (oleje, brzdové kapaliny) stále neexistují jednotné mezinárodní klasifikace nemrznoucích směsí a zároveň je na trhu značné množství značek nemrznoucích směsí od různých výrobců. V důsledku toho se otázka použitelnosti určitých nemrznoucích směsí v konkrétním autě stává akutní. Jednoduše řečeno, co byste měli nalít do expanzní nádrže, pokud hladina klesla nebo pokud je čas ji vyměnit podle plánu údržby?

Odpověď je jednoduchá: pro doplnění a výměnu můžete použít pouze typ nemrznoucí směsi doporučený výrobcem vozidla. Jak to poznat? Druh použité chladicí kapaliny je téměř vždy uveden v návodu k obsluze vozidla (manuál). Toto je kniha, která přichází s novým vozem a často se ztratí, když je auto znovu prodáno.

Pokud jste to nedostali s autem, žádný problém! Tuto užitečnou knihu lze obvykle stáhnout z oficiálních stránek automobilky. Stačí navštívit sekci „Pro vlastníky“. Například na webu AvtoVAZ jsou k dispozici ke stažení uživatelské příručky ve všech možných edicích, když jsou prováděny změny a doplňky.

Informace o nemrznoucí směsi naleznete v části „Použitelné provozní materiály a objemy náplní“.

Dovážené nemrznoucí směsi stejné značky se často dodávají ve dvou typech – koncentrát a připravené k použití, přičemž rozdíly v balení mohou být nepatrné. Buďte opatrní! Před nalitím byste si měli pečlivě přečíst pokyny na štítku systém chlazení motoru. Pokud jste si zakoupili koncentrát, musíte ho naředit destilovanou vodou. Poměry by měly být uvedeny na obalu. Vybírají se v závislosti na klimatických podmínkách. U většiny nemrznoucích koncentrátů poskytuje ředění vodou v poměru 1:1 ochranu proti mrazu až do -38°C.

Chladicí systém spalovacího motoru (CO) vozidla je konstrukční řešení, které odvádí přebytečné teplo z motoru vozidla a předává jej do okolí a umožňuje také rychlé zahřátí motoru. Právě schopnost rychlého zahřátí, dosažení optimální provozní teploty a udržení této teploty na dané úrovni jsou jedny z nejdůležitějších faktorů efektivního provozu spalovacího motoru.

Účelem chladicího systému motoru je zabránit poškození dílů motoru vozidla v důsledku přehřátí a opotřebení a ochlazovat výfukové plyny a olej v mazacím systému.

Typy chladicích systémů motoru (kapalina a vzduch)

• Ve vzduchu.
• Kapalina (provoz na vodu, nemrznoucí kapalina).
• Hybridní.

Vzduchové chladicí systémy motoru byly nejaktivněji instalovány na automobily v šedesátých letech minulého století. Toto řešení si oblíbily mimo jiné továrny vyrábějící Volkswagen, Citroën, Honda a Porsche. Ale postupem času byly vzduchem chlazené motory v osobních autech čím dál tím méně běžné. To lze snadno vysvětlit tím, že většina osobních vozů, které se objevily později, včetně moderních osobních vozů, jsou převážně modely s pohonem předních kol s příčně umístěným spalovacím motorem. S takovým systémem je obtížné zorganizovat účinný systém chlazení vzduchu.

U vzduchového chlazení jsou navíc výrobci nuceni výrazně zvětšovat rozměry motoru a spolu s tím roste i hlučnost.

Ale takové CO jsou stále instalovány na zemědělských a komunálních vozidlech, skútrech a pojízdných traktorech. Je pravda, že i na traktorech je lze najít velmi zřídka.

Druhým typem CO je kapalný chladicí systém motoru – systém, kde je mezilehlá chladicí kapalina (kapalina – nemrznoucí směs). Je to nemrznoucí směs, která důkladně „propracuje“ tloušťku stěn bloku válců. Ve většině systémů CO tohoto typu hraje roli odváděče opět vzduch. Proto se systémy často nazývají nejen kapalné, ale kombinované, hybridní. Z hlediska fyziky je to skutečně pravda (a správnější), ale zároveň, protože kapalné systémy ve své čisté formě (bez odkláněcího činidla ve formě vzduchu) se dnes nepoužívají (první systémy byly přímo kapalné a fungovaly výhradně na vodě), není nic ostudného na tom, že v praxi se stejná řešení nazývají kapalné a hybridní MO.

Moderní motoristé i mechanici obvykle označují hybridní řešení jako kapalinové chladicí systémy. Ty, kde jde o vzduch i nemrznoucí směs.

Proudí kapalný CO

Kapalinové chladicí systémy motoru mohou mít paralelní, sekvenční a smíšené proudění.

Paralelní proudy. Nemrznoucí směs pod tlakem vstupuje do bloku válců, prochází otvory v těsnění hlavy válců a do hlavy válců.

Sekvenční streamy. Kapalina vstupuje do zadní části bloku válců a poté proudí do hlavy válců. Zde obtéká každý válec a teprve potom přes příčné průchody vstupuje do sacího potrubí.

Smíšené toky. U některých spalovacích motorů jsou proudy chladicí kapaliny kombinovány. Ventilační otvory přebírají funkci vypouštění páry.

Zařízení systému chlazení motoru

Nejprve se dotkněme konstrukce zařízení chladicího systému. Při navrhování chladicího systému výrobci berou v úvahu celou řadu faktorů:

• tepelný výkon spalovacího motoru (rychlost uvolňování tepla),
• rozměry chladiče, ventilátoru a vodní pumpy,
• tlak v CO,
• konstrukční vlastnosti termostatu.

Pokud se navrhuje vzduchem chlazený chladicí systém, je třeba vzít v úvahu teplotu a vlhkost vzduchu obklopujícího spalovací motor.

Při navrhování vzduchových systémů mají specialisté zájem především o zajištění přívodu vzduchu do:

• propojky mezi sedlem ventilů (nejteplejší místa hlavy válců), pokud se bavíme o benzinových spalovacích motorech.
• vstřikovače, pokud je zaměřeno na dieselové motory.

Jak funguje chladicí systém motoru automobilu, který běží na nemrznoucí směs?

Uspořádání chladicí soustavy motoru se liší podle typu chlazení – vzduchové nebo nemrznoucí.

Obecná struktura chladicího systému motoru automobilu běžícího na nemrznoucí směs se tedy skládá z následujících prvků:

1. „Vodní košile“. Dutiny mezi dvojitými stěnami motoru, které spolu komunikují. Nachází se v oblastech, kde je nadměrné teplo. Ve skutečnosti se jedná o celý prostor kolem válců spalovacího motoru naplněný chladicí kapalinou.

2. Termostat. Speciální ventil mezi „plášťem“ spalovacího motoru a vstupní trubkou chladičového zařízení. Když se ventil otevře, jsou vytvořeny všechny podmínky pro to, aby chladicí kapalina volně proudila do chladiče. Přebytečná kapalina se vrací do vodního pláště přes obtokový kanál. V závislosti na konstrukčních prvcích chladicího systému, modelu pohonné jednotky a uspořádání spalovacího motoru může mít termostat různá umístění. Nejčastěji je termostat umístěn v oblasti, kde nemrznoucí směs vystupuje z hlavy válců.

3. Radiátor. Zařízení určené přímo pro uvolňování (odvod) tepla do atmosféry a chlazení kapaliny uvnitř kanálů. Jedná se o konstrukci z trubek svařených dohromady do tvaru obdélníku, která je připevněna ke dvěma nádržím. Vyrobeno z kovu (měď, hliník), několika kovů (měď + mosaz), kombinace kovu a plastu. Většina moderních radiátorů má hliníkové jádro se zesílenými plastovými nádržemi. V tomto případě má díl vyšší odolnost proti korozi a tepelnou vodivost. Zařízení je namontováno v prostoru, který je nejlépe větraný. Ideální variantou je prostor pod kapotou v přední části vozu (navíc inženýři často sahají k tomuto konstrukčnímu řešení i v případě, že je spalovací motor umístěn vzadu). Některá auta mají radiátory nainstalované v blízkosti bočních stěn vozu. Ale zpravidla se v tomto případě o foukání stará přívod vzduchu a radiátorů je několik. Tuto možnost najdete u sportovních vozů.

Chladivo může vstupovat do chladiče shora a směřovat dolů do hlavní nádrže, nebo se může pohybovat z jedné strany zařízení na opačnou stranu (cross-flow CO). Naprostá většina moderních topných systémů je vybavena radiátory s křížovým prouděním.

Většina radiátorů má hrdlo s víkem opatřené pružinovým ventilem určeným k hermetickému uzavření ventilačních kanálů chladicího systému. Toto konstrukční řešení je nezbytné pro udržení optimálního pracovního tlaku. Nejběžnější a nejdůvěryhodnější jsou radiátory těchto značek: Behr Hella, DENSO, LUZAR, Stellox, SAT, AVA.

4. Ventilátor je zařízení, které pomáhá zvýšit průtok vzduchu vstupujícího do chladiče. Proud vzduchu směřuje k motoru. Startuje se spojkou (elektromagnetická, hydraulická ze signálu čidla při překročení prahu teploty chladicí kapaliny. Většina moderních vozidel má elektrické ventilátory: jeden nebo více (jeden přímo pro chlazení, druhý pro práci s vysokými teplotami). U vozidel s podélným uspořádáním spalovacího motoru a pohonem zadních kol se můžete setkat i s ventilátorem chlazení termostatickým (ventilátor s termostatickou pružinou). Startuje se řemenem od klikové hřídele.

5. Čerpadlo – odstředivé čerpadlo. Právě čerpadlo určuje, zda systém zajistí nepřetržitou cirkulaci kapaliny (spouštějí se většinou řemenem – od klikové nebo vačkové hřídele, ozubených kol nebo přídavného čerpadla, poháněného elektronickou řídicí jednotkou.

6. Expanzní nádrž s pružinovými ventily. Přítomno v systémech s radiátorem bez plnicího hrdla.

7.Snímač teploty. Přítomno ve vozech s elektronickou řídicí jednotkou. Signály ze snímače jsou odesílány přímo do ECU a poté do akčních členů (například ventilátoru).

Zařízení Air CO

Pokud máme před sebou zařízení vzduchového chladicího systému, kde chladicí kapalinou je samotný proud vzduchu, pak zařízení obsahuje následující prvky:

• ventilátor sestávající z difuzoru s pevnými lopatkami (usměrňují vzduch) a rotoru. Typicky řemen spouštěný a poháněný řemenicí klikového hřídele, chladicími žebry válců a hlavou (nebo hlavami)
• odnímatelné pouzdro,
• deflektory (instalované přímo nad ventilačním potrubím) a ovládací zařízení.

Princip fungování chladicího systému motoru automobilu na nemrznoucí směsi

Princip fungování systému závisí na tom, jaká je chladicí kapalina.

Provoz chladicího systému motoru na nemrznoucí směsi:

• Nemrznoucí směs cirkuluje (pohybuje se po trase) nuceně.
• Pohyb kapaliny se provádí přes „chladicí plášť motoru“.
• Chlazení spalovacího motoru a ohřev chladicí kapaliny se provádí synchronně.
• Nemrznoucí směs se přesouvá do vodního pláště od prvního válce k poslednímu nebo z výfukového potrubí do sacího potrubí (v závislosti na průtokech)
• Kapalina cirkuluje v malém (před zahřátím) nebo velkém kruhu (po zahřátí) nemrznoucí směs začíná svou cestu ve velkém kruhu. Cesta k malému kruhu není k dispozici, dokud není dosaženo určité teploty kapaliny, k tomu dochází v důsledku uzavíracího ventilu. Když teplota naopak klesne, ventil se znovu spustí a pracovní dráha nemrznoucí směsi se stejně jako na začátku provozu stane malým kruhem.
• V okamžiku nastartování spalovacího motoru je nemrznoucí směs studená. Když je systém zapnutý, ohřívá se, prochází chladičem a ochlazuje se přicházejícím proudem vzduchu, v případě potřeby také proudem vzduchu z ventilátoru.

Při průchodu chladicím pláštěm bloku válců a hlavy válců se kapalina v chladicím systému nejprve zvětší a po průchodu chladičem se ochladí na svou počáteční úroveň.

• Nejčastěji u spalovacího motoru vychází horká chladicí kapalina z tělesa termostatu (regulačního ventilu teploty), protéká chladičem, proud kapaliny se ochlazuje proudem vzduchu,
• Kapalina se vrací zpět výstupním potrubím hlavní nádrže a prochází hadicí do vstupního potrubí oběhového čerpadla. Také pohání tok kapaliny skrz chladicí plášť motoru. U některých motorů (jako je Chrysler a General Motor’s) slouží jako alternativa k termostatu vodní pumpa.

Provozní schéma CO je následující:

• Ventilátor vytváří proudění vzduchu
• Vnější oblast bloků válců a hlav je omývána silným proudem vzduchu,
• Přebytečné teplo se uvolňuje do atmosféry.

Důležité! Proud vzduchu je cíleně směrován do nejžhavějších částí – válců a hlav. Stupeň intenzity chlazení závisí na typu ventilátorů a na organizaci směru proudění vzduchu. Tenké deflekční desky pomáhají distribuovat vzduch do všech částí spalovacího motoru.

Stupeň intenzity chlazení, a tedy i výsledek, přímo závisí na organizaci směru proudění vzduchu a umístění ventilátoru.

Poruchy v chladicím systému

Není žádným tajemstvím, že CO tvoří přibližně 25–30 % poruch spalovacích motorů. A pokud pravidelně neprovádíte diagnostiku a neprovádíte opatření, můžete narazit na drahé opravy.

Pokud je vše provedeno včas, řešením problému může být výměna malé části nebo dokonce jen úprava jedné z jednotek.

Běžné závady v chladicím systému:

• Problémy s hadicemi. Opotřebení, ztráta těsnosti, poškození, delaminace, bobtnání materiálu, což má za následek změnu průměru hadice. Pokud dojde k poškození hadice za chodu motoru, dojde ke ztrátě veškeré chladicí kapaliny. Pro vyřešení problému s hadicí je nejčastěji nutné ji vyměnit, ale někdy stačí vyřešit problém pouze pomocí svorkového spojení.
• Netěsnost chladiče. Nejčastěji pod vlivem kamenů a prostředků proti námraze. Praxe ukazuje, že radiátor nejčastěji „létá“ v systémech bez klimatizace (pokud je, často zabírá výměník).
• Termostat se zasekl. Pokud dojde k „zavěšení“ v uzavřeném stavu, spalovací motor se začne přehřívat, pokud je otevřený, bude problém s ohřevem. Někdy k vyřešení problému stačí úprava, ale často může být nutné toto zařízení vyměnit.
• Netěsnost expanzní nádoby (není neobvyklé u těch konstrukcí chladicího systému motoru, kde nádrž pracuje pod tlakem).
• Ztráta těsnosti uzávěru chladiče. S touto poruchou nebude systém schopen zajistit zvýšení teploty varu kapaliny. V závislosti na situaci může být problém vyřešen mechanicky nebo může být nutné vyměnit zástrčku. S korkem by se nikdy nemělo zacházet nedbale. Právě to určuje, zda bude možné v CO udržet požadovaný tlak.
• Přechodová komora. Vede k přehřívání motoru nebo narušení vytápění interiéru (to znamená, že se motor může dobře zahřát, ale přestane proudit teplo do interiéru). Pro diagnostiku se kontroluje hladina nemrznoucí směsi v expanzní nádrži a provádí se vizuální kontrola. Chcete-li vyřešit problém starých vozidel, je chladič odšroubován s pilnými dovednostmi: musíte odstranit plastovou ochranu, demontovat svorku, přivést vzduch do nádrže pomocí kompresoru, zkontrolovat nepřítomnost vzduchových bublin, nasadit trubku na vsuvku, namontovat speciální zástrčku a nastartovat motor, u moderních automobilů ve většině případů řešení problému vyžaduje utažení svorky a dosažení optimální hladiny nemrznoucí směsi.
• Přetržení řemene ventilátoru. Častá závada u motorových vozidel a komunálních vozidel vybavených vzduchovým chlazením. Tato porucha je u většiny vozidel signalizována kontrolkou. Problém je vyřešen výměnou řemene.
• Znečištění potrubí, což má za následek vstup cizích nečistot do CO a jeho poruchu. Problém je vyřešen propláchnutím, odstraněním rzi, strusky, vodního kamene, zbytků oleje a silikátového gelu.

Jak systematizovat znalosti a získat praktické dovednosti k tématu?

Licencovaný školicí produkt „Automotive Basics“ na platformě LCMS ELECTUDE vám pomůže podrobně prostudovat téma „Mazací a chladicí systémy“.

Právě teď je pro vás k dispozici videorecenze tohoto vzdělávacího produktu:

Obrovskou výhodou používání platformy je, že nejen důsledně získáváte potřebný soubor znalostí, ale máte také možnost pracovat se zařízeními v praxi, zdokonalovat své diagnostické a opravárenské dovednosti (platforma má vestavěný simulátor).

Platforma je adaptabilní pro výuku ve třídě i distanční studium. Je velmi výhodné, že systém má promyšlený testovací systém. Můžete nejen studovat materiál, ale také zkontrolovat, jak se to naučilo, jakého skutečného pokroku bylo dosaženo při studiu chladicího systému motoru.