Zakaj so pomembni hladilni sistemi v vašem vozilu
18.03.2014
Čeprav so moderni avtomobilski motorji že močno izboljšani, še vedno večji del kemične energije iz goriva pretvorijo v toploto namesto v mehansko moč, ki poganja avtomobile.
Celo okoli 70 % energije iz pogonskih goriv se med vožnjo pretvarja v toploto, ki jo je toliko, da bi med vožnjo po avtocesti lahko z njo ogrevali kar dve povprečno veliki hiši. Zaradi te odvečne toplote so v vašem vozilu nadvse pomembni ravno hladilni sistemi, ki onemogočajo pregretje motorja.
Prvotna naloga hladilnega sistema vašega avtomobila je odvajanje toplote iz motorja v zrak, ima pa hladilni sistem poleg te še druge pomembne naloge.
Osnove – kako delujejo hladilni sistemi
Motor vozila najbolj optimalno deluje pri določeni, dokaj visoki temperaturi. Dokler je motor še hladen, se motor bolj obrablja in motor je manj zmogljiv in izloča več nevarnih izpušnih plinov. Hitro segrevanje motorja do optimalne temperature okoli 93°C je druga naloga hladilnega sistema vašega vozila. Pri vožnji gorivo konstantno izgoreva pri tej temperaturi in omogoča:
- segrevanje izgorevalnega prostora do takšne temperature, da se gorivo povsem uplini in bolje izgoreva ter se izloča manj onesnaženih izpušnih plinov;
- da se motorno olje segreje in zaradi svoje viskoznosti omogoča še lažje premikanje podmazanih delov motorja in manj trenja, zato se za to porabi manj energije kot pri nižjih temperaturah motorja
- da se kovinski deli motorja manj obrabljajo.
V osnovi hladilni sistemi lahko delujejo na 2 načina: hladijo s pomočjo tekočin ali hladijo s pomočjo zraka. Hlajenje s pomočjo zraka so uporabljali v preteklosti in se skoraj ne pojavlja več, hlajenje s pomočjo tekočin pa je močno uveljavljeno in skozi sistem cevi, ki potujejo skozi motor, tekočina v ceveh absorbira toploto in ohlaja notranjost motorja. Toploto nato v toplotnem izmenjevalniku (radiatorju) odda v obliki vročega zraka.
S kakšno tekočino hladijo hladilni sistemi
Avtomobili morajo delovati pri temperaturah pošteno pod ničlo, pa vse do zunanjih temperatur, ki presegajo 40°C, zato mora biti hladilna tekočina odporna tako na nizke, kot na visoke temperature. Voda ima sicer zelo dobre lastnosti absorpcije toplote, vendar ima previsoko ledišče in prenizko vrelišče, da bi lahko uspešno hladila motorje vozil. Zato je najbolj primerna mešanica vode in etilen glikola (C2H6O2), bolj poznana kot hladilna tekočina »Antifriz«, ki ima visoko vrelišče (106°C) in nizko ledišče (-37°C) pri mešanici z vodo v razmerju 50:50. Za še višje vrelišče (113°C) in nižje ledišče(-55°C) lahko poskrbite z mešanico vode z antifrizom v razmerju 30:70.
Ker se temperature hladilne tekočine v motorju lahko povzpnejo še višje od vrelišča antifriza (121-135°C), je potrebno zagotoviti še dodaten ukrep, da se temperaturo vrelišča dvigne. To se lahko doseže s tem, da je celoten hladilni sistem pod tlakom, ki zagotovi še dodatnih 25°C pri vrelišču hladilne tekočine. Hladilni tekočini so pogosto dodani tudi aditivi, ki pomagajo proti koroziji.
Hladilni sistemi – kako so sestavljeni?
Hladilni sistemi imajo več sestavnih delov, vsak od njih pa ima svojo nalogo in svoj namen:
- Vodna črpalka – ta s pomočjo centrifugalne sile pošilja hladilno tekočino po ceveh vedno, ko je motor v pogonu. Hladilna tekočina gre iz črpalke skozi valje motorja do radiatorja in nazaj v črpalko ter tako kroži.
- Sistem cevi – cevi potekajo skozi motor, kjer hladilna tekočina absorbira toploto in jo odvaja iz motorja, pa vse do radiatorja, kjer se toplota iz tekočine odvaja v zrak.
- Radiator – je toplotni izmenjevalec, saj v njem poteka izmenjava toplote iz vode v zrak, ki ga vpihuje ventilator. Voda odloži absorbirano toploto in se ohlajena vrne v črpalko ter znova zaokroži skozi motor.
- Varnostni ventil – nameščen je med radiatorjem in rezervoarjem in omogoča 25°C višje vrelišče hladilne tekočine. Pri segrevanju motorja se segreva tudi hladilna tekočina in se zaradi toplote poveča njena prostornina in naraste tlak znotraj hladilnega sistema. Ko tlak v sistemu preseže 15 psi, se ventil odpre in se sprosti odvečen pritisk, po padcu pod 15 psi pa se ventil zopet zapre.
- Termostat – glavna naloga termostata je, da omogoči hitro segrevanje motorja po vžigu in nato ohranjanje enakomerne temperature za optimalno delovanje motorja. To regulira tako, da omejuje pretok vode skozi radiator – pri nizki temperaturi se pretok skozi radiator povsem blokira in hladilna tekočina teče takoj nazaj skozi motor. Pri višjih temperaturah pa se pretok vode skozi radiator vedno bolj odpira, dokler povsem ne steče pri 93-103°C.
- Ventilator – kot termostat, je tudi delovanje ventilatorja potrebno usklajevati tako, da se v motorju ohranja enakomerna temperatura. Delovanje ventilatorja se usmerja s termostatskim stikalom ali računalnikom motorja, vključi pa se, ko temperatura hladilne tekočine preseže določeno mejo. Ventilator usmerja zrak v radiator v katerem se hladi hladilna tekočina in nato ohlaja motor.
Hladilni sistem je hkrati tudi sistem za ogrevanje potnikov, saj je to njegova sekundarna naloga. Grelno jedro, ki je pravzaprav majhen radiator, je nameščeno pod armaturno ploščo, nato pa poseben ventilator usmerja toploto v prostor za potnike. Grelno jedro prejme toploto iz hladilne tekočine naravnost iz glave cilindra in jo nato vrača nazaj v črpalko, zato gretje deluje ne glede na to, ali je termostat odprt ali zaprt.
