Hlađenje motora – II deo

Hlađenje motora

Odvođenje toplote, priča druga

Sada kad znamo sve o pumpi rashladne tečnosti i ventilatoru, možemo se baciti na nastavak teme o hlađenju automobilskog motora. U ovom će poglavlju biti reči o termostatu, ekspanzijonoj posudi, no na početku i samom hladnjaku.
Hladnjak automobilskog motora

Hladnjak automobilskog motora (Jeep / Chrysler Group)

Drugi dio priče o hlađenju automobilskog motora bliže će nas upoznati sa preostalim delovima rashladnog sistema. Dakako, sećamo se iz prošlog članka da je motoru automobila potrebno osigurati hlađenje i održavanje optimalne radne temperature, kako bi mogao funkcionisati na način na koji se to od njega očekuje.

Upravo stoga ćemo, pored već poznatih delova kao što su pumpa rashladne tečnosti, ventilator ili kanali za protok, ovom prilikom upoznati način na koji se toplota predaje u okolinu, kako se održava konstantna (ili željena) temperatura motora i ostalo što prethodno poglavlje nije pokrilo.

Osnovni dijelovi automobilskog hladnjaka s ugrađenim hladnjakom ulja mjenjača (Chrysler Group)Osnovni dijelovi automobilskog hladnjaka s ugrađenim hladnjakom ulja mjenjača

Osnovni delovi automobilskog hladnjaka s ugrađenim hladnjakom ulja menjača (Chrysler Group)

Hladnjak automobilskog motora

Hladnjak ili izmenjivač toplote u stvari je isto što i vaš kućni radijator. Uloga mu je odvođenje toplote sa rashladne tečnosti, a što se postiže uz pomoć strujanja vazduha.

Hladnjak se sastoji od četiri osnovna dela, a to su: ulazni i izlazni spremnik, cevi za prolaz rashladne tekućine i lamele. Ulazni spremnik je komora na vrhu hladnjaka u koju dolazi zagrejana rashladna tečnost iz motora. Iz njega, ona struji kroz cevi koje su okružene lamelama. Lamele su tanke metalne trake koje su pričvršćene za cevi kojima struji zagrejana rashladna tečnost, a njima se povećava površina koju tečnost zagreva. Upravo tako, povećava se i površina preko koje struji vazduh pokretan ventilatorom ili naprosto kretanjem vozila. Ovo strujanje vazduha odvodi toplotu sa lamela, a posredno i sa cevi te tako hladna rashladna tečnost, odn. antifriz (hladnjaci motora sa ugrađenim klima-uređajima obično imaju gustoću od 14 lamela na 5 cm).

Različiti izmjenjivači topline (hladnjaci) automobila (Saab Automobile AB)

Različiti izmjenjivači topline (hladnjaci) automobila (Saab Automobile AB)

 

Na dnu hladnjaka nalazi se izlazni spremnik u kojem se skuplja rashlađena tečnost od kuda ona, pokretana pumpom, ide nazad u otvore bloka i glave. Cevi sa lamelama hladnjaka obično se zajednički nazivaju jezgrom hladnjaka koja je na većini današnjih automobila uglavnom izrađena od aluminija. Ulazni i izlazni spremnici današnjih hladnjaka izrađeni su od plastike, ali koriste se i metalni, a treba napomenuti kako su svi ti delovi (celi hladnjak) nekada bili izrađivani od bakra.

Zavisno od položaja ulaznog i izlaznog spremnika razlikujemo hladnjake vertikalnog i horizontalnog toka rashladne tečnosti. Kod vertikalnog hladnjaka ulazni je spremnik smešten na vrhu, a izlazni na dnu, dok su kod horizontalnog raspoređeni levo i desno. Većina modernih hladnjaka upravo je ove poslednje, horizontalne, konstrukcije koja smanjuje ukupnu visinu i omogućava postavljanje hladnjaka pod položenije poklopce motora.

W16 motor iz Veyrona EB 16.4

W16 motor iz Veyrona EB 16.4 (Bugatti Automobiles S.A.S.)

Ovaj hladnjak nije jedini izmenjivač toplote u današnjim automobilima. Naime, pored rashladne tečnosti motora, ohladiti treba još neke fluide u automobilu pa tako susrećemo hladnjak klima-uređaja, međuhladnjak turbopunjača, hladnjak ulja motora i hladnjak ulja u menjaču. Konačno, tu je i grejač putničkog prostora  koji je najčešće i sam izveden kao maleni hladnjak.

Veroatno apsolutni rekorder prema broju hladnjaka trenutno je Bugatti Veyron EB 16.4. Naime, ovaj je automobil opremljen sa čak 10 hladnjaka od čega su: 3 namenjena rashladnoj tečnosti motora, 3 su međuhladnjaci (intercooleri) sistema prednabijanja, 1 je kondenzator klima-uređaja, 1 hladnjak hladi ulje mjenjača, 1 je hladnjak ulja u diferencijalu, a jedan hladnjak rashlađuje ulje u motoru. Recimo i to da EB 16.4 ima dva zasebna kruga rashladne tečnosti,  jedan za hlađenje motora zapremine 40 litara rashladne tečnosti i onaj koji povezuje međuhladnjake, a koji je zapremine 15 l.

Termostat

Termostat (Mitsubishi Motors)

Termostat i ograničavanje protoka rashladne tečnosti

Termostat je u stvari kontrolni ventil upravljan temperaturom rashladne tečnosti. Njegov je zadatak pomoći motoru da se brže zagreje što se postiže preusmeravanjem toka rashladne tečnosti. U stvari, jasno je da rashladna tečnost u normalnom radu (zagrejanog) motora struji kroz otvore za hlađenje (“džepove”) bloka i glave pa potom u hladnjak i opet nazad, potpomognuta pumpom. Kada je motor hladan, termostat stoji zatvoren kako bi rashladna tečnost (terana pumpom) strujala samo kroz blok i glavu. Kada se tečnost dovoljno zagreje, termostat se otvara i rashladna tečnost tada počinje kružiti celim sistemom, dakle počinje se hladiti u hladnjaku.

Osnovni dijelovi 'voštanog termostata'

Osnovni delovi ‘voštanog termostata’. Levo je termostat zatvoren, a desno otvoren

Najčešći termostati kakve danas susrećemo su tzv. “voštani termostati”. Takav termostat ima u sebi malu komoru sa voskom zatvorenim u rastegljivoj membrani. Kada se temperatura rashladne tečnosti podigne dovoljno da se njeno strujanje može preusmeriti kroz celi sistem za hlađenje (dakle i kroz hladnjak), vosak u termostatu počinje se zagrevati i rastegnuti tj. povećavati zapreminu (iako su konstrukcije motora znatno različite, tipična temperatura za početak topljenja voska iznosi oko 80°C). Povećanjem zapremine voska u termostatu, pomiče se i rastegljiva membrana koja pomiče polugu za otvaranje termostata. Kada kažemo da je termostat otvoren, u stvari mislimo na zagrejani termostat koji je počeo propuštati rashladnu tečnost kroz hladnjak. Upotrebom termostata postiže se brže zagrevanje motora čime se štedi gorivo i smanjuju emisije nesagorelih ugljovodonika i ugljen monoksida. Tako motor brže dostiže radnu temperaturu (temp. rashladna tečnost pri termostatu obično se kreće oko 80-85°C) za koju je, uostalom, i predviđen i na kojoj je trošenje pokretnih delova najmanje, a podmazivanje najbolje.

Električno upravljani termostat s priključkom za grijaći element (BMW AG)Električno upravljani termostat s priključkom za grijaći element

Električno upravljani termostat s priključkom za grejući  element (BMW AG)

Elektro upravljani termostat daje nam malu “varijaciju” na ovu temu. Reč je o termostatu opremljenom električnim grejućim  elementom. Takav termostat i dalje koristi vosak, no prema potrebi ga je moguće dodatno zagrejati (te time i ranije otvoriti) uz pomoć električnog grejača. U kombinaciji sa promenjivim, elektronski kontrolisanim radom ventilatora hladnjaka (pokretanim električnim motorom) tako je moguće preciznije podešavati temperaturu rashladne tečnosti (a time i samog motora), zavisno o radnom opterećenju. Npr. jedan takav audijev sistem koristi podatke o zahtevanim temperature pohranjene u mapi (“mapiranje” tako, uz trenutak paljenja i potrebnu količinu goriva, obuhvata i podatke o hlađenju) elektronskog kontrolnog modula Motronic J220. Tako se pri srednjem opterećenju motora temperatura rashladne tečnosti održava između 95 i 110 °C, dok se pri punom opterećenju ona spušta na raspon između 85 i 95°C.

Ekspanzijska posuda za rashladnu tekućinu

Ekspanzijska posuda za rashladnu tekčnost (Automobiles Citroën)

Ekspanzijska posuda rashladnog sistema

Ekspanzijona posuda rashladnog sistema obično je ona velika prozirna plastična kutija u koju se (u većini) motora doliva rashladna tečnost. Na ovoj posudi postoje i nekakve oznake “MIN” i “MAX” između kojih bi trebala stajati nivo tečnosti kada je motor hladan. Ovako, uostalom, uvek znamo ima li u motoru dovoljno rashladne tečnosti (ipak, rashladni sistem automobilskog motora sa ekspanzijonom posudom predstavljaju tzv. “zatvoreni sistem”, barem u teoriji, tečnost nikada ne bi trebalo nedostajati). Poznato nam je da se tečnost prilikom zagrevanja rasteže, tj. da im se povećava zapremina kao i vosku u našem termostatu. Tako kroz povećanje zapremine prolazi i rashladna tečnost, odn. antifriz.

Kako je za pravilno i kvalitetno hlađenje motora značajno da je kompletan rashladni sistem (hladnjak, dovodne i odvodne cevi, “džepovi” u bloku i glavi) potpuno ispunjen tečnošću, vidimo da se pri zagrevanju može pojaviti problem viška rashladne tečnosti. Tada u “igru” dolazi ekspanziona posuda u koju se preliva višak tečnosti za hlađenje kako bi se za nju napravilo dovoljno mesta u rashladnom sistemu.

Ekspanzijska posuda i dijelovi rashladnog sustava (Ford Motor Company)

Ekspanziona posuda i delovi rashladnog sistema (Ford Motor Company)

Kada je motor ugašen i kada se rashladna tečnost u njemu ohladi, stvara se potpritisak u rashladnom sistemu koji “povuče” rashladnu tečnost nazad iz ekspanzijonu posude. Uz ulogu preuzimanja viška rashladne tečnosti, ekspanziona posuda pomaže i u eliminisanju mehurića vazduha koji se skupljaju u sistemu čime se povećava njegova napunjenost tečnošću, a time i efikasnost hlađenja.

Kada govorimo o ekspanzionoj posudi potrebno je napomenuti još ponešto. Naime, kako se zagrevanjem povećava zapremina rashladne tečnosti, raste i pritisak u rashladnom sistemu. Ujedno se povećanjem pritiska povišava i tačka ključanja rashladne tečnosti. Naime, znamo da se tačka ključanja vode pri atmosferskom pritisku nalazi na 100°C.

Povećanjem pritiska za 1 bar iznad atmosferskog pritiska, tačka ključanja vode raste na oko 130°C. Dakako, tu “u priču” uskače i sama rashladna tečnost koja u načelu ima tačku ključanja nešto više od obične vode. Konačno, rashladni  sistem je opremljen i ventilom za zaštitu od prekomernog pritiska. On se, zavisno o konstrukciji motora, najčešće otvara između 0,6 i 1,0 bara natpritiska.

Antifriz u otvoru hladnjaka (PD)

Antifriz u otvoru hladnjaka (PD)

Rashladna tečnost ili naš dragi antifriz

Rashladna tečnost motora u stvari je mešavina destilisane vode i posebne tečnosti koju nazivamo antifriz koji je, pak, tečnost za snižavanje tačke zaleđivanja rashladne tečnosti. Osnovna komponenta antifriza je dvovalentni alkohol, etilen-glikol, zahvaljujući kojem je moguće snižavanje tačke zaleđivanja rashladne tečnosti i time omogućiti korištenje vozila u hladnim atmosferskim prilikama. Naime, kako se voda smrzava pri 0°C, u hladnoj bi klimi rashladni sistem automobilskog motora brzo postao neupotrebljiv jer bi se smrzavanjem zaustavio tok rashladne tečnosti. Takođe, sa obzirom da smrznuta voda ima oko 9% veću zapreminu od tekuće, smrzavanjem rashladne tečnosti došlo bi do pucanja delova motora, hladnjaka i sl.

Uobičajen odnos antifriza i destilisane vode u rashladnoj tečnosti iznosi 50 : 50 (to zavisi od vrste antifriza) što je u pravilu dovoljno da snizi zaleđivanje na – 37°C. Katkada se, u ekstremnijim klimatskim uslovima, koristi i 70-postotna koncentracija antifriza u rashladnoj tečnosti koja snižava zaleđivanje na – 64°C. Uz navedeno, 50-postotni antifriz povišava i tačku ključanja rashladne tečnosti na 108°C čime se omogućava postizanje većeg pritiska u rashladnom sistemu i time i učinak hlađenja motora.

I dok je snižavanje tačke zaleđivanja primarna uloga antifriza, posebni aditivi koji se u njemu nalaze imaju dodatnu ulogu. Tako se uz etilen-glikol u antifrizu neretko nalaze i hemikalije za sprečavanje korozije te one za sprečavanje pene. Upravo stoga je neophodno koristiti antifriz (odn. njegovu mešavinu sa destilisanom vodom) u rashladnim sistemima vozila uvek pa čak i ako živite u klimi gde temperatura nikada ne pada ispod tačke zaleđivanja vode. Konačno, recimo i to da je antifriz u pravilu obojen kako bi se lakše primetilo eventualno curenje rashladne tečnosti.

Vazduhom hlađeni boxer-motor (BMW AG)

Vazduhom hlađeni boxer-motor (BMW AG)

I na kraju…

Kraj priče u kojoj su pingvini verojatno najviše uživali, vezan je uz motore sa vazdušnim hlađenjem. Često viđani na motociklima, ovakvi su motori prepoznatljivi prema rebrima koja okružuju cilindar. Rashladna rebra ovde deluju na isti način kao i lamele hladnjaka, s time što su znatno veća i u većini motora izlivena u komadu s blokom. Kod ovih rebara primećujemo različitu dužinu te oblik koji se sužava prema vrhu.

Prvo ima razlog u tome što je za hlađenje toplote više opterećenih delova motora potrebno staviti i duža rebra. Što se tiče zašiljenosti, “igra” je u tome da toplota ima tendenciju širenja sa većeg na manji presek te su rebra motora sa vazdušnim hlađenjem tanja na najudaljenijoj tački. Vazdušno hlađenje automobilskih motora po pravilu je potpomognuto ventilatorom koji stalno radi kako bi se omogućilo provođenje dovoljne struje vazduha.

autor: AUTONET.HR
Preuzeto sa: www.autonet.hr

Be the first to comment on "Hlađenje motora – II deo"

Leave a comment

Your email address will not be published.


*