Funkce a druhy chlazení motorů. Údržba a opravy chladicích soustav. Elektronické řízení teploty chladicí kapaliny. 14. při spalování paliva nadměrně ohřívané. Nejvhodnější pracovní teplota motoru odpovídá obvykle 80 až 95°C teploty chladicí kapaliny (90 až 115°C teploty mazacího oleje).
Základní princip a význam regulace teploty
Teplo odváděné chlazením je ztrátové, ale musí být odvedeno, aby vlivem vysoké teploty a různé tepelné roztažnosti materiálu nedošlo např. k zadření pístu ve válci. Dalším důvodem je, aby vlivem vysoké teploty nedošlo k nadměrné ztrátě viskozity a tím i mazacích schopností motorového oleje.
Základní prvky chladicí soustavy a jejich funkce
Zatěžované části motoru opatřeny chladicími žebry: válce, olejová vana. přímo okolo proudícím vzduchem. tepla do chladicího vzduchu. tepla vyrobena z hliníkových slitin (např. AlSi12).
Je nejjednodušší, ale také nejméně dokonalý způsob chlazení. menších a malých motocyklů. proudění vzduchu na chladicí žebra motoru. ofukuje chladicí žebra a odnímá z nich přebytečné teplo.
Chlazení vzduchem a nucené chlazení u různých typů motorů
Regulovat úroveň chlazení. se používá u malé mechanizace (žacích strojů, malotraktorů, motorových pil). Také u skútrů a některých vzduchem chlazených motorů automobilů. Jejich typickými představiteli jsou nákladní automobily Tatra. U nich donedávna byly používány výhradně vzduchem chlazené motory. Tyto motory používají axiální dmychadla chladícího vzduchu. Obr. Obr. Na obr. 2 je znázorněna činnost nuceného chlazení motoru Tatra 930.
U nuceného chlazení motorů malé mechanizace (žací stroje, vyžínače, křovinořezy, motorové pily, zahradní traktory, motorové rosiče) bývá používán radiální ventilátor. Jeho lopatky bývají nejčastěji součásti rotoru setrvačníkového magnetoelektrického zapalování.
U všech systémů nuceného chlazení vzduchem musí být zajištěno vhodným zakrytováním (kapotáží) rovnoměrné a stejné proudění kolem všech válců. U malé mechanizace regulace chlazení většinou nebývá. U vzduchem chlazených motorů osobních automobilů bývají použity na vstupu nebo výstupu chladicího vzduchu regulační klapky ovládané vlnovcem termostatu.
U menších vzduchem chlazených motorů skútrů a starších osobních automobilů se mimo axiálních ventilátorů mohou používat i lopatkové radiální ventilátory. Bývají poháněny nejčastěji klínovým řemenem od klikového hřídele motoru. U nyní již historického osobního automobilu Tatra 613 je axiální ventilátor poháněn klínovými řemeny. (Obr. 5)
Regulace chlazení je zajištěna hydraulickou spojkou, která tvoří montážní celek s oběžným kolem axiálního ventilátoru. Ovládání hydraulické spojky je obdobné, jak je popsáno u motoru Tatra 930 - obr. 2. Na obr. nejčastěji v kombinaci s nuceným chlazením vzduchem používala např. Deutz Fahr u motorů svých traktorů.
V důsledku menších tepelných ztrát chlazením za teplot chladicího oleje 120-130 °C. Obr. Usměrnění proudění chladicího vzduchu zakrytím - kapotáží. Obr. (Deutz). Obr. U kapalinového chlazení je přebytečné teplo z motoru odváděno kapalinou, proudící dutinami vytvořenými v hlavě a bloku válců. Chladicí kapalina se od horkých stěn motoru ohřívá. Přes soustavu potrubí a spojovacích hadic se dostává do chladiče, kde je ochlazována vzduchem proudícím přes chladič. Proudění neboli cirkulaci chladicí kapaliny podporuje obvykle oběhové čerpadlo a proudění chladicího vzduchu přes chladič.
Kapalinové chlazení a jeho složení
Chladicí kapalinou byla původně voda, ale ta se musela za mrazu vždy vypustit, aby nedošlo k roztržení chladicího pláště motoru a chladiče. Velkou výhodou vody je vysoká chladicí účinnost, způsobená její velkou tepelnou kapacitou 4,187 kJ·kg-1·K-1. Pro srovnání je např. tepelná kapacita 1 kg vzduchu 1,005 kJ·kg-1·K-1; motorového oleje 1,67 kJ·kg-1·K-1; etylenglykolu 2,41 kJ·kg-1·K-1; propylenglykolu 2,48 kJ·kg-1·K-1.
Samočinné - (termosifonové) kapalinové chlazení - obr. 6, funguje na základě změny hustoty kapaliny, která se mění při změnách teploty kapaliny. Podmínkou správné funkce je umístění chladiče poměrně vysoko nad motorem a celý systém musí být zaplněn kapalinou. ochlazuje. v chladiči dolů až do přívodního hrdla chladicího pláště motoru. značnými rozdíly teplot nahoře v motoru a dole. Kapalinové chlazení s nuceným oběhem (obr. Obr. Schéma kapalinového chlazení s nuceným oběhem. Obr. Kapalinové chlazení s nuceným oběhem. způsobem chlazení motorů traktorů a automobilů. a náročnější na údržbu a opravy než nucené chlazení vzduchem.
Základní složení je patrné z obr. Na obr. s nuceným oběhem. čerpadlo chladicí kapaliny. chladicí kapalina pouze tzv. malým okruhem. chladicích dutin hlavy válců. Na obr. k vytápění kabiny vozidla. na obr. chladicí kapaliny přes chladič. kapaliny malým okruhem. Objem chladicí kapaliny se mění v závislosti na její teplotě. Tyto změny v uzavřené přetlakové chladicí soustavě zachycuje vyrovnávací (expanzní) nádobka. Přetlakový ventil (obr. - 50 až 200 kPa. nad 100 °C. ztráty chlazením. kapaliny. nadmořské výšky o 100 m klesá i v chladicí soustavě tlak o 1,2 kPa a bod varu vody o 0,33 °C. V nadmořské výšce 1500 m pak voda vře při 95°C a ve 3000 m při 91°C. [7]
U moderních motorů bývá přetlakový ventil nejčastěji nastaven na maximální tlak 140kPa a snese pracovní teplotu cca 120°C. atmosférickým tlakem při ochlazování chladicí kapaliny. nádržce. přes přetlakový ventil vytlačit. Při ochlazování, tj. motoru, vytlačený objem par a vzduchu uvnitř chladicí soustavy chybí. vlivem podtlaku k deformaci a zborcení tenkých stěn chladiče. Obr. Obr. Uzávěr, (víčko) plnícího hrdla. Obr. Části chlazení. Detail „C“- činnost termostatu - vlevo u zahřátého motoru otevřený; vpravo u studeného motoru uzavřený. Detail „B“ - činnost zubového čerpadla mazání motoru s redukčním ventilem.Detail „A“ - schéma činnosti mazací soustavy Z 8011. Obr. Čerpadlo chladicí kapaliny. (vodní čerpadlo) - je provedeno jako odstředivé (diagonální) čerpadlo (obr. 12) a umístěno na bloku motoru. Sací kanály čerpadla jsou spojeny jednak se spodní komorou tělesa termostatu a současně také pomocí pryžové hadice s dolní komorou chladiče. ji podél lopatek na obvod oběžného kola do výtlačné komory. kapalina tlačena do bloku motoru. termostatu uzavřen. (Obr. 11, Detail C - vpravo; obr. termostatu. a přivírat spodní ventil. Chladicí kapalina již začne protékat také přes chladič do jeho dolní komory a odtud ji čerpadlo nasává a vhání do bloku motoru. Po zahřátí na teplotu, při které má termostat již plně otevřen hlavní ventil (cca 95°C), se také uzavře spodní ventil termostatu. (Obr. 11, Detail C - vlevo; obr. 13, dole.). Chladicí kapalina již protéká pouze velkým okruhem přes chladič. Termostat pak průběžně během chodu motoru za normálních podmínek obvykle udržuje teplotu chladicí kapaliny na výstupu z hlavy válců motoru na 90 - 95°C.
Obr. Ovládací (voskový) člen termostatu. Obr. Termostat motorů Zetor Proxima. motoru a oběhne chladicí soustavou 10 x až 15 x za minutu. válců činí obvykle 5 až 7 °C. Otáčky oběžného kola čerpadla bývají větší než otáčky motoru (i ≤ 0,9). Nejčastěji se používá k pohonu čerpadla řemenového pohonu - jednoduchým klínovým, vícenásobným klínovým (vícedrážkovým) nebo ozubeným řemenem. Tento řemenový pohon bývá kombinován u jednodušších provedení s pohonem alternátoru.
Při pohonu rozvodů ozubeným řemenem jím také bývá nejčastěji poháněno i čerpadlo chlazení. funkci výměníku tepla, voda → vzduch. tj. Obr. Ventilátor s trvalým pohonem. chladicí kapaliny. klínovým řemenem. a traktorů, je možná pouze za pomoci ručně ovládané clony chladiče. ad b, c) Variabilní pohon se přizpůsobuje okamžitým potřebám výkonu ventilátoru podle rychlosti jízdy a pracovní teploty motoru. Aby se ušetřila energie, např. čidlem. počtem otáček, ovládaným řídící jednotkou motoru (ECU).
U větších motorů osobních automobilů, užitkových a nákladních automobilů, traktorů a samojízdných strojů se obvykle používají mechanicky poháněné ventilátory, ovládané prostřednictvím spojky ventilátoru. Firma Zetor na modelech Proxima a Forterra od r. 2006 vybavuje ventilátory chlazení viskózní spojkou. U největších motorů traktorů a samojízdných strojů (≥400 kW), např. New Holland, se také můžeme setkat s hydrostatickým pohonem ventilátoru a případně dalším, elektricky poháněným ofukovacím ventilátorem motoru.
Obr. Ventilátory s elektrickým pohonem. Obr. Závislost viskozity silikonového oleje na teplotě. Obr. 19a) Elektromagnetická spojka ventilátoru. Obr. 19b) El. magnetická spojka s ventilátorem.
Různé typy chladičů a jejich konstrukce
Obr. Obr. Obr. Obr. chlazení. velmi málo snižuje - viz graf na obr. 18. viskózní spojky. Na obr. 20 a 21 jsou zobrazeny součásti a schematický řez viskózní spojky. V tělese viskózní spojky jsou dva z hlediska její funkce důležité prostory - zásobní a pracovní. V pracovním prostoru se otáčí hnací lamela (13) pevně spojená s čepem ložiska (12) a závitem spojená s řemenicí ventilátoru. Při studeném motoru je otvor ovládacího ventilu (14) uzavřen. Ve vložené lamele, pevně spojené s tělesem spojky (15), je na jednom místě na obvodu prostřižením a vyhnutím plechu lamely vytvořená lopatka čerpadla (obr. 20/3).
Při otáčení hnací lamely se otvorem u této lopatky odčerpává olej do zásobního prostoru (8). Po zahřátí tělesa spojky a bimetalového elementu na nastavenou pracovní teplotu se tento bimetalový pásek začne prohýbat směrem vně spojky. Ovládací kolík je tlačen pružným páskem (4) také směrem vně spojky. Tímto pohybem dochází k otvírání nebo zavírání otvoru ovládacího ventilu (14) v závislosti na prohnutí při ohřevu nebo narovnávání bimetalového elementu při jeho ochlazování. Viskózní silikonový olej (30 až 50ml), čerpaný lopatkou vložené lamely, protéká otvorem ovládacího ventilu do pracovního prostoru a cirikuluje do zásobního prostoru. Čím je více otevřen ovládací ventil, tím více je oleje v pracovním prostoru. Tím se zmenšuje prokluz mezi hnací lamelou a tělesem spojky až na cca 5 % a naopak. Při ochlazení a uzavření ovládacího ventilu bimetalovým elementem se silikonový olej opět načerpá do zásobního prostoru a ventilátor není poháněn. např. Obr. 22
Příklad konstrukce chladičů se svislým průtokem. Obr. 23 Chladicí souprava s chladičem s příčným průtokem chladicí kapaliny (obr. 23). Tato konstrukce umožňuje snížit výšku chladiče, což je výhodné zejména pro osobní automobily. U chladičů, které mají vstup i výstup kapaliny v jedné z komor, musí být tato rozdělená. V horní části chladiče protéká chladicí kapalina na opačnou stranu a v dolní části se vrací, čímž se zvyšuje účinnost chlazení. Vložky chladičů jsou vyráběny z barevných kovů (např. z mědi a mosazi). Nejmodernější technologie používá např. hliníkovou slitinu AlMn1, ČSN 424432. Ploché trubky chladiče jsou v ochranné atmosféře dusíku spájeny v pájecí peci s vlnovcem. (Obr. 25)
Komory a kryty bývají rovněž hliníkové nebo mohou být i z plastu, např. PA 66 (nylon). Propojení hrdel chladičů s motorem je pomocí textilem vyztužených pružných pryžových hadic. Spoje jsou zajištěny kovovými stahovacími sponami. Chladiče jsou upevněny vždy v pružných lůžkách a silentblocích, aby byly dobře chráněny před nárazy a vibracemi.
Údržba, závady a praktické postupy
Obr. Průřez hliníkovou vložkou chladiče a nasunutí chladicích trubek do víka chladicí komory. např. při ztrátě chladicí kapaliny hrozí mj. který vydává výrobce vozidla nebo stroje. U náporového chlazení údržba spočívá vlastně jen v udržování čistoty chladicích žeber. Pokud dojde k jejich znečistění, provedeme podle situace, vyfoukání stlačeným vzduchem, odmaštění, např. technickým benzinem při zajištění dobrého odvětrávání pracoviště. Při použití emulzního odmašťovače (např. čističe motorů ARVA) a následného prostříkání tlakovou vodou, zajistíme předem vhodným zakrytím místa proti vniknutí vody do elektrického zařízení a palivové soustavy (karburátoru).
Samozřejmě je nutné odstranit příčinu zamašťování, tj. např. U nuceného vzduchového chlazení, mimo péče o čistotu a odmaštění lopatek ventilátoru, chladicích žeber (podobně jako u náporového chlazení), je nutné kontrolovat správnou funkci pohonu ventilátoru. Pokud je ventilátor poháněn pomocí kapalinové spojky (např. obr. oleje motoru. Pohon se zapíná při 85-90 °C. Orientujeme se především podle teploty mazacího oleje. Pokud činnost kapalinové spojky není v souladu s předpisem výrobce a motor má předepsaný minimální mazací tlak (150kPa/80°C/800.min-1), hledáme závadu v prvé řadě v termostatickém ventilu.
K promazání ložisek ventilátoru slouží mazací hlavice. plánu“ také promažeme drážky hnacího hřídele ventilátoru. jejich výměnu. U vozidel používaných v zimním období je nutné udržovat v provozuschopném stavu také nezávislé naftové topení, které se také často využívá k předehřevu motoru -Tatra 813; 815; Phoenix atd. Předehřev nejenom usnadňuje start motoru, ale má především velmi příznivý vliv na snížení opotřebení motoru.
U strojů pracujících v prostředí, kde dochází ke znečistění chladicí soustavy např. zbytky zemědělských produktů (prach, plevy, úlomky slámy, řezané píce), je také nutné udržovat v čistotě i sítový čistič chladicího vzduchu. Kontrola napnutí a stavu řemene pohonu čerpadla chladicí kapaliny a ventilátoru. Sledovat pracovní teploty chladicí kapaliny motoru a v případě zjištění nesprávné činnosti chlazení přerušit jízdu nebo pracovní činnost. Na základě svých znalostí konstrukce a činnosti chladicí soustavy musíme se pokusit najít příčinu, např. přetržení řemene, silné zanesení povrchu chladiče nečistotami, nesprávná činnost termostatu, přetlakového uzávěru, spínače elektrického pohonu ventilátoru, viskózní spojky, čerpadla chladicí kapaliny apod.
Na základě zjištění stavu se musíme rozhodnout, za jakých podmínek lze pokračovat v práci a jízdě nebo upravit pro dojetí nebo zajistit odtah vozidla nebo stroje. V případě poruchy a většího úniku chladicí kapaliny, např. uvolněným spojem hadice, by bylo velkou chybou okamžité doplnění studené vody do horkého, nebo dokonce přehřátého motoru a k tomu ještě za klidu motoru. Takový postup zákonitě způsobí prasknutí litinové hlavy válců, spojené s nákladnou a někdy i neřešitelnou opravou.
Praktické poznámky pro řidiče a techniky
- Pracovní teploty chladicí kapaliny by měly být kolem 90-95°C; pokud teplota přesahuje, je potřeba zkontrolovat termostat, tlak uzávěru a čerpadlo.
- U vzduchem chlazených motorů sledovat proudění vzduchu a zakrytování kapotáží.
- Pravidelná kontrola napnutí řemenu čerpadla a ventilátoru a podíl viskózní spojky na chlazení.
- V zimních podmínkách sledovat funkci topení a předehřevu motoru.