1 CHLAZENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ

1 CHLAZENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ

1
CHLAZENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ
1.1
ÚČEL
• Udržovat teplotu motoru na hodnotě nejvhodnější pro provoz (zejména některých jeho částí např. písty, válce, hlavy válců).
Poznámka : Teplota motoru má rovněž vliv na jakost a životnost oleje.
Chlazení musí zajišťovat:
• zlepšení plnění válců,
• vyšší tlaky.
• vyšší výkon při příznivé spotřebě paliva,
• rovnoměrnou teplotu motoru.
Požadavky na chladicí systém :
• vysoký chladicí výkon,
• pokud možno nízká hmotnost,
• rovnoměrné ochlazování jednotlivých časti a tím zamezeni vzniku
vnitřních pnutí.
• dobrý přestup tepla, co nejméně ovlivněný znečištěním nebo usazováním vodního kamene.
Druhy chlazení :
• vzduchové
o náporové, prouděním
o s nuceným prouděním vzduchu.
• kapalinové
o samooběžné (termosifonové),
o s nuceným oběhem chladící kapaliny.
1.2
CHLAZENÍ VZDUCHOVÉ
Použití hlavně u vozidlových motorů menších výkonů, pro motory nákladních automobilů, případně i menší motory stacionární.
PRINCIP ČINNOSTI :
• Přebytečné teplo odváděno přímo do okolního vzduchu.
• Pro dosažení co nejlepší tepelné vodivosti, jsou válce a hlavy válců
odlitky z legované lehké slitiny.
• Přestup tepla do okolí se zlepší použitím chladicích žeber → zvětšují účinnou chladicí plochu. Začerněním žeber se vyzařování tepla
ještě zlepší.
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
1.2.1
NÁPOROVÉ CHLAZENÍ VZDUCHEM
• Nejjednodušší způsob chlazení.
• Použití především u motocyklů → nezakrytý motor ochlazován proudem vzduchu, vznikajícím při jízdě.
• Chlazení je nerovnoměrné, intenzita chlazení je do značné míry závislá na okolní teplotě a rychlosti pohybu vozidla.
Náporové chlazení vzduchem
1.2.2
CHLAZENÍ S NUCENÝM PROUDĚNÍM VZDUCHU
• Umožňuje dostatečné chlazení zakrytých motorů.
• Používá se u motorů zabudovaných do vozidel a skútrů.
Pro vytvoření proudu vzduchu se používají axiální (menší, konstrukčně
jednodušší) nebo radiální (rozměrnější, tišší chod, vyšší výkon) ventilátory.
PRINCIP ČINNOSTI :
• Ventilátor nasává vzduch axiálně a vytlačuje jej radiálně lopatkovým
kolem.
• Vzduch proudící ze skříně ventilátoru je pomocí kanálů a usměrňovacích plechů pokud možno rovnoměrně přiváděn k jednotlivým válcům.
• Ventilátor může být poháněn :
o přímo od klikového hřídele,
o převodem klínovým řemenem,
o ozubeným soukolím,
o hydraulicky.
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
Vzduchové chlazení s radiálním
ventilátorem
REGULACE CHLADICÍHO VÝKONU (teploty motoru)
• Škrcením průtoku vzduchu
• Změnou otáček ventilátoru
1.2.3
VLASTNOSTI VZDUCHOVÉHO CHLAZENÍ
VÝHODY :
• jednodušší, cenově výhodnější konstrukce,
• nižší hmotnost,
• menší celkové rozměry,
• je v provozu spolehlivější, zvláště tam, kde se uplatňují extrémní povětrnostní vlivy (zima, tropické podnebí),
• jednodušší instalace, údržba i obsluha,
• rychlejší zahřátí motoru na provozní teplotu.
NEVÝHODY :
• větší kolísání provozní teploty,
• vyžaduje větší vůli pístů ve válcích → náchylnější ke klepání,
• poměrně velký příkon pohonu ventilátoru (až 8% výkonu motoru),
ventilátor zvyšuje i hlučnost motoru,
• větší hlučnost motoru → nemá tlumící kapalinový plášť (lze omezit
vhodným umístěním motoru a jeho oddělením zvukovou izolaci),
• nebezpečí deformací a opotřebení nerovnoměrným rozdělením teplot
hlav a válců → způsobuje hlučnější chod rozvodu (proměnné vůle),
• obtížnější regulace vlivem malé tepelné setrvačnosti celého motoru.
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
1.3
CHLAZENI KAPALINOVÉ
• Válce a hlavy válců jsou opatřeny dvojitými stěnami.
• Chladicí prostory mezi těmito stěnami jsou zaplněny kapalinou a
uspořádány tak, aby by! umožněn oběh kapaliny chladicím systémem.
1.3.1
CHLAZENÍ S NUCENÝM OBĚHEM CHLADICÍ KAPALINY
• Oběh chladící kapaliny zabezpečen čerpadlem → rozdíl mezi teplotou kapaliny vstupující do chladiče a teplotou kapaliny vystupující je
pouze 5°C až 7°C → záruka malého tepelného pnutí uvnitř motoru.
Chlazení s nuceným oběhem chladicí kapaliny
1 termostat
2 ukazatel teploty motoru
3 termospínač a snímač
teploty
4 tepelný výměník vytápění vozidla
5 čerpadlo chladící kapaliny
6 chladič
7 chladicí vzduch
8 elektromotor větráku
9 vyrovnávací nádržka
REŽIM STUDENÉHO MOTORU
• Čerpadlo (5) dopravuje kapalinu do chladicích prostorů kolem válců a
dále otvory v těsnění do hlavy válců.
• Z hlavy válců proudí kapalina přes termostat (1) (uzavírá vstup do
chladiče) zpět na sací stranu čerpadla (5).
• V případě zapnutí vytápění vozidla → určitá část chladicí kapaliny
(podle polohy regulačního ventilu) proudí do čerpadla (5) přes tepelný výměník vytápěni vozidla (4) → vzniká tzv. MALÝ CHLADICÍ
OKRUH.
REŽIM DOSAŽENÍ PROVOZNÍ TEPLOTY MOTORU
• Při dosažení požadované provozní teploty termostat (1) otevírá vstup
do chladiče (6) → kapalina proudí zpět do čerpadla (5) přes chladič
(6) → kapalina proudí tzv. VELKÝM CHLADICÍM OKRUHEM.
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
1.3.1.1
ČERPADLO CHLADICÍ KAPALINY
• Většinou se používá odstředivé (radiální) čerpadlo.
• Pohon čerpadla proveden pomocí :
o klínového řemene od klikového hřídele motoru,
o přímým pohonem od klikového hřídele,
o zvláštním elektromotorem.
PRINCIP ČINNOSTI :
• Lopatkové kolo čerpadla se otáčí v kapalinou naplněné skříni čerpadla.
• Lopatkové kolo nasává chladicí kapalinu → pohyb kapaliny po lopatkách lopatkového kola na jeho obvod → vznik pohybu kapaliny.
• Kapalina je nasávána z chladiče nebo ze skříně termostatu, axiálně
do středu lopatkového kola čerpadla.
1.3.1.2
VĚTRÁK
ÚČEL
• Zajistit dostatečné proudění vzduchu kolem chladiče i motorovým
prostorem → zejména v okamžiku nedostatečného přirozeného
proudění → např. při malé rychlosti jízdy nebo u stojícího vozidla.
• Možnost regulace množství proudícího vzduchu je závislá na způsobu pohonu větráku :
o Přímý pohon větráku
Větrák upevněn přímo na hřídeli čerpadla chladicí kapaliny a je společně s ní poháněn klínovým řemenem od
klikového hřídele motoru → neumožňuje žádnou regulaci.
o Větráky s možností regulace pohonu
Použití prakticky u všech vozidlových motorů chlazených
kapalinou → pohon větráku připojen při překročení určité
hraniční teploty motoru → odpojen při dostačujícím přirozeném prouděni vzduchu při jízdě pro odvedeni tepla z
chladiče a motorového prostoru.
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
VĚTRÁK S ELEKTRICKÝM POHONEM (ELEKTRICKÝ VĚTRÁK)
• Větráky (1) jsou poháněny samostatnými elektromotory (2).
• Přívod proudu do elektromotorů (2) je spínán a rozpínán pomocí
termospínačů v závislosti na teplotě chladicí kapaliny.
Větráky s elektr. pohonem
1 větráky
2 hnací elektromotory
3 rám větráků
4 chladič
5 vstup chladicí kapaliny
6 výstup
ochlazeného
oleje pro samočinnou
převodovku
7 výstup
ochlazeného
motorového oleje
VĚTRÁK MECHANICKY POHÁNĚNÝ S VISKÓZNÍ SPOJKOU
• Spojka umístněna mezi pohonem větráku a vlastním větrákem.
Větrák s viskózní spojkou
1
2
3
4
5
6
7
8
9
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
hnací hřídel
náboj větráku
těleso spojky
hnací lamela
vnitřní lamela
plochý pružný ventil
ovládací kolík
víko spojky
bimetal
Výhody použití regulovatelných větráků :
• snížení spotřeby paliva,
• zvýšení užitečného výkonu,
• snížení hluku,
• rychlejší dosažení provozní teploty,
• rovnoměrná provozní teplota,
• v případě použití větráku poháněného elektromotorem možnost
vhodného umístění chladiče s větrákem nezávisle na poloze a umístění motoru.
1.3.1.3
CHLADIČ
ÚČEL :
• Předat teplo, odváděné chladicí kapalinou z motoru, do okolní atmosféry.
KLASICKÉ PROVEDENÍ CHLADIČE
• Základní části chladiče tvoří horní
(2) a dolní komora (11).
• Horní komora (2) je opatřena
vstupním hrdlem (1), dolní (11) výstupním hrdlem (9) a často také vypouštěcí zátkou.
• Mezi oběma komorami je umístěna
síť chladiče (13) → tvořena chladicími trubkami a chladicími lamelami.
Poznámka : Komory jsou vyrobeny z
mosazného plechu, hliníkové slitiny nebo plastu.
Chladič je k rámu nebo karosérii připevněn pružně
pomocí
kovopryžových
pouzder → zabraňují poškození
chladiče
jeho
zkrucováním a otřesy.
• S motorem je chladič propojen pryžovými hadicemi odolnými vůči vysokým teplotám. Hadice jsou k
ostatním částem chladicího systému připojeny a současně jsou i
utěsněny hadicovými sponami příslušného průměru.
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
Klasické provedení chladiče
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
vstupní hrdlo
horní komora chladiče
uzávěr plnicího hrdla
plnicí hrdlo
horní nosná část
přepadová trubka
boční část
dolní nosná část
výstupní hrdlo
kapalinový chladič oleje
dolní komora chladiče
vzduchový chladič oleje
chladicí síť
• Chladicí síť (13) tvořena systémem trubek a lamel → zlepšuje přestup tepla mezi chladicí kapalinou a okolním vzduchem.
Poznámka : U vozidel se samočinnou převodovkou může být v dolní komoře
umístěn chladič oleje (10) (výměník chladicí kapalina - olej). Případně může být k boku chladiče kapaliny připevněn vzduchem
ochlazovaný chladič oleje (12).
• V případě, že horní komora (2) je nejvyšším místem chladicího systému, plní funkci vyrovnávacího prostoru a je opatřena plnicím hrdlem
(4).
• Plnicí hrdlo (4) je uzavřeno přetlakovým uzávěrem (3).
CHLADIČ S PŘÍČNÝM PROUDĚNÍM KAPALINY
• Kapalina proudí chladičem horizontálně (vodorovně) z jedné strany
chladiče na druhou.
• V případě vstupu a výstupu na jedné straně → je příslušná komora
rozdělena na vstupní a výstupní část → kapalina proudí horní části
chladiče z jedné strany na druhou, spodní částí chladiče zpět. Kapalina musí tedy projít chladičem dvakrát → zvýšení chladicí účinnosti.
• Chladič (4) je spojen s vyrovnávací nádržkou (1). která vyrovnává
změny objemu chladicí kapaliny při změně její teploty.
Chladič s příčným prouděním kapaliny
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
DRUHY CHLADIČŮ
Chladiče trubkové
• Horní a spodní komora chladiče spojeny kovovými trubkami (1) poměrně malého průřezu, kterými proudí chladicí kapalina.
• Chladicí plocha zvětšena pomocí měděných nebo hliníkových lamel (2).
• Trubky, žebra, horní a spodní nosné části jsou spojeny pájením nebo
sestaveny bez pájení
→ tvoří chladicí síť.
• Trubkový chladič se
vyznačuje
značnou
odolností proti poškození. U těžkých a speciálních vozidel může
být chladič tvořen několika
samostatnými
bloky.
• Tento typ chladiče se
dnes používá téměř
výhradně.
Chladiče lamelové
• Chladicí
kapalina
proudí řadou plochých
kanálků.
• Kanálky jsou spojeny pájením s tenkými lamelami z měděného plechu.
• Lamelový chladič má při stejných rozměrech jako trubkový vyšší
chladicí výkon.
• Pevnost chladiče je ve srovnáni s trubkovým menší, navíc se mohou
ploché kanálky malého průřezu snadno ucpat.
1.3.1.4
UZÁVĚR PLNICÍHO HRDLA
• Opatřen přetlakovým (4) a podtlakovým ventilem (5).
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
• Přetlakový ventil (4) umožňuje zvýšeni bodu varu chladicí kapaliny →
dosažení lepší účinnosti chladicího systému.
• V okamžiku dosažení přetlaku (30 kPa až 120 kPa)
se otevře přetlakový ventil
→ přebytečná kapalina ve
formě vodní páry odchází do
přepadové trubky (7) a dále
mimo chladicí systém.
• Při chladnutí kondenzují v
chladiči vodní páry → uvnitř
chladiče vzniká podtlak →
vlivem atmosférického tlaku
může dojít k deformaci chladiče → podtlakový ventil (5)
se otevře a tlak uvnitř chladiče se vyrovná s atmosféPřetlakový uzávěr plnicího hrdla
rickým.
1 víko plnicího hrdla, 2 plochá pružina, 3
plnicí hrdlo, 4 přetlakový ventil, 5 podtlakový
ventil, 6 chladicí kapalina, 7 přepadová trubka
1.3.1.5
REGULAČNÍ TERMOVENTIL (TERMOSTAT)
Úkolem termostatu je ovládat proudění chladicí kapaliny v systému tak, aby
po spuštěni studeného motoru došlo co nejrychleji k jeho zahřáti na provozní teplotu a aby kolísáni provozní teploty motoru bylo co nejmenší.
Termostat je umístěn ve skříni termostatu na vstupu nebo výstupu chladiči
kapaliny z motoru.
ytnovcový termostat
Termostat je obvykle tvořen uzavřeným pouzdrem z bronzového nebo
mosazného plechu, jehož plášť má tvar vlnovce („harmoniky"). Pouzdro je
vzduchotěsné a je z části vyplněno tekutinou s nízkým bodem varu, napr.
lihem. Nad hladinou kapaliny je vakuum. Při teplotě kolem 75°C se vlivem
rostoucího vnitřního tlaku začne vlnovce prodlužovat a otevírat příslušný
ventil. U systémů, které pracují s vnitřním přetlakem, není použiti tohoto
termostatu vhodné, protože tlak v systému ovlivňuje otevírací a uzavírací
teplotu termostatu. Termostat však bývá použit i v regulačních systémech
motorů chlazených vzduchem (viz obr. 2.232).
Parafínový termostat
Kovové utěsněné pouzdro (2) je vyplněno pracovní látkou (parafinem) (3),
která má za běžné teploty voskovitou strukturu (obr. 2.242).
Uvnitř pouzdra je kloboukovitě tvarovaná membrána (4), ve které je uchycen pracovní píst (l). Píst je vzhledem k tělesu termostatu (není zakresleno)
nepohyblivý, naproti tomu se pouzdro vůči pistu může pohyboval. Na pistu
je umístěn ventil (viz obr. 2.243), který u studeného motoru uzavírá přistup
do chladiče. Při teplotě chladicí kapaliny kolem 80°C se pracovní látka roz PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
taví a při dalším zahříváni sejeji objem bude zvětšovat. To způsobí posun
pistu vzhledem k pouzdru a ventil se začne otevírat. Při teplotě asi 95°C je
ventil zcela otevřen. Při ochlazování se objem pracovní látky zmenšuje a
pružina postupné ventil zavírá.
Termostat pracuje nezávisle na tlaku v chladicím systému a vyznačuje se
značnou přeslavnou silou.
Parafínový termostat se dvěma ventily
Velmi Často se používá především u vozidel s vysoce výkonnými motory
{obr. 2.243). Při teplotách pod 80°C je vstup do chladi če uzavřen a chladicí
kapalina proudí obtokovým potrubím zpět do čerpadla chladicí kapaliny.
Tím se dosáhne, jak již bylo uvedeno, rychlejšího ohřevu motoru na provozní teplotu. Při dalším zvyšování teploty se uzavře vstup do obtokového
potrubí, otevře se vstup do chladiče a kapalina proudí chladičem. Střídavým zavíráním a otevíráním obou ventilů se dosahuje velmi malého kolísání teploty chladicí kapaliny a tedy i provozní teploty motoru. V případě poruchy termostatu může dojít k trvalému uzavření přívodu kapaliny do chladiče (termostat neotevirá) a kapalina začne vřít. V každém případě musí
dojít k demontáži termostatu. Může se stát Í opačný případ, když poškozený termostat trvale propoušti kapalinu do chladiče. V tomto případě se znatelně prodlouží doba potřebná pro dosažení provozní teploty motoru.
Regulace chladicího výkonu
(teploty motoru) Chladicí výkon, a tím i teplota motoru, se může regulovat
následujícími základními způsoby:
• regulací průtoku chladicí kapaliny chladičem v závislosti na teploto prostřednictvim termostatu,
• regulací Činnosti větráku,
• skrčením průtoku vzduchu chladičem, popř. motorovým prostorem.
Kontrola teploty chladicí
kapaliny
Ukazatel (měřicí přistroj) je umístěn na přístrojové desce před řidičem a
ukazuje okamžitou hodnotu teploty chladicí kapaliny. Je možné okamžitě
zjistit odchylku teploty chladicí kapaliny v obou směrech. Jako čidlo je obvykle použit termistor, zabudovaný přímo v chladicím systému. Elektrický
odpor termistoru se mění v závislosti na teplotě chladiči kapaliny. Velikost
odporu se zjišťuje na měřidle se stupnicí ocejchovanou ve stupních Celsia.
Často je měřidlo opatřeno barevně odlišenými částmi stupnice, které
označuji okamžitý stav teploty chladiči kapaliny.
U některých vozidel je vedle nebo místo ukazatele teploty varovná indikační kontrolka (zpravidla červené barvy) pro optickou signalizaci přehřátého motoru. Při
překročeni určité teploty, např. 98°C. se sepne termospina č a rozsvítí se varovná
kontrolka.
Chladicí kapaliny
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
Požadavky na chladicí kapalinu
• vysoké měrné teplo,
• tekutost i při nízkých teplotách,
• nesmí vylučovat usazeniny,
• nesmí působit agresivně na materiály chladicího systému,
• nesmi být hořlavá a zdraví škodlivá,
• musí mít dostatečně vysoký bod varu,
• v případě ztuhnuti má zachovávat kašovitou konzistenci, aby nedošlo k poškození chladiče, připadne dalších části chladicího systému.
Druhy chladicích kapalin
O Voda - je vhodná pouze pro teploty do 0°C. Má být měkká, nejvhodnější je
destilovaná. Použiti takové vody vylučuje vznik vodního kamene, který společně
se rzi snižuje průtočnost v jednotlivých Částech systému (chladič, hlava válců
atd.). To má za následek přehříváni motoru. Proto je nutno po určité době provést pročištěni systému propláchnutím vhodným chemickým přípravkem, který
zbaví systém nejen vodního kamene, ale i mastnoty a rzi. Použiti roztoku sody z
vodou, které
B' lo dříve běžné, se dnes nedoporučuje. Lihová směs - má nižši bod tuhnuti než
voda a nepůsobí korozivně. Není však vhodná z hlediska požární bezpečnosti a
stálosti během provozu (odpařováním lihu se velmi rychle mění koncentrace a
směsi ubývá, takže je ji nutno často doplňovat). O Glycerinová směs - je poměrně stálá, nepůsobí korozivně a nenapadá ani nátěry. Směs s vyšším obsahem
glycerinu jako 56% není vhodná, neboť nižší teploty značné snižuji její tekutost.
O Gfykoly - tvoři základ pro průmyslovou výrobu chladicích kapalin. Používá se
zpravidla ethylenglykol (HOCH:CH;OH). 1.2-elhandiol. vyrábí se z ethylenoxidu
adici vody. Chemicky jsou to dvojmocné nasycené alkoholy (alkandioly). Maji
vyšší bod varu než voda (198"C|. jsou nehořlavé, málo se odpařují, zachovávají
si dostatečnou tekulost i při nižších teplotách (ve směsi s vodou v poměru l: l
mrznou při teplotě -40°C). V benzinu, oleji a podobných uhlovodících jsou nerozpustné. S vodou tvoři homogenní směsi.
Jejich měrné teplo je menší než měrné teplo vody. a proto se u motorů s nedostatečné dimenzovaným chlazením používají jen v zimě. u ostatních, kde nehrozí
nebezpečí přehřátí, mohou být v provozu celoročně. Zplodiny termického rozpadu glykolu však nejsou zdravotně zcela nezávadné. Glykolové chladiči kapaliny
se vyrábějí jako koncentráty a spotřebitel je sám dle návodu zředi vodou, nebo
se dodávají připravené k přímému použiti.
Příklady glykolovych chladicích kapalin O Fridex Stabil
• vyroben na bázi ethylenglykolu,
• určen pro všechny typy motorových vozidel včetně zemědělských, stavebních i
pracovních strojů s dlouhodobou ochranou proti korozi.
• není vhodný pro míšeni s nemrznoucími kapalinami Jiných výrobců
• neobsahuje dusitany, fosfáty ani aminy,
• ředi se destilovanou vodou,
• doporučená výména je po tříletém provozu.
O Fridex Super
• vyroben na bázi monoethylenglykolu s antikorozivnimi účinky, obsahuje přísadu
proti náhodnému požiti.
• určen pro spalovací motory s lehkých slitin,
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
12 / 13
• schválen pro teplotěsné systémy autobusů,
• nevhodný k míšeni s chladicími
PRI-TeO-PO3-07.00F Chlazení pístových spalovacích motorů
13 / 13