Hvordan bilkjølesystemer fungerer

Diagram over et kjølesystem: hvordan VVS er koblet til. Vil du lære mer? Sjekk ut disse bilmotorbildene. HSW

-Selv om bensinmotorer har forbedret seg mye, er de fremdeles ikke veldig effektive til å gjøre kjemisk energi om til mekanisk kraft. Mesteparten av energien i bensinen (kanskje 7-0%) blir omdannet til varme, og det er jobben til kjølesystem å ta vare på den varmen. Faktisk sprer kjølesystemet på en bil som kjører ned på motorveien nok varme til å varme opp to hus i gjennomsnittlig størrelse! Kjølesystemets primære jobb er å holde motoren fra overoppheting ved å overføre denne varmen til luften, men kjølesystemet har også flere andre viktige jobber.

Motoren i bilen kjører best på ganske høy temperatur. Når motoren er kald, slites komponenter raskere, og motoren er mindre effektiv og avgir mer forurensning. Så en annen viktig jobb med kjølesystemet er å la motoren varme opp så raskt som mulig, og deretter holde motoren på en konstant temperatur.

I denne artikkelen lærer vi om delene av et bilkjølesystem og hvordan de fungerer. La oss først se litt på det grunnleggende.

-I motorens bil brenner drivstoff stadig. Mye av varmen fra denne forbrenningen går rett ut av eksosanlegget, men noe av det suger inn i motoren og varme det opp. Motoren går best når kjølevæsken er omtrent 200 grader Fahrenheit (93 grader Celsius). Ved denne temperaturen:

• Forbrenningskammeret er varmt nok til å fordampe drivstoffet fullstendig, noe som gir bedre forbrenning og reduserer utslipp.
• Oljen som brukes til å smøre motoren har lavere viskositet (den er tynnere), slik at motordelene beveger seg mer fritt og motoren sløser med mindre strøm på å flytte sine egne komponenter rundt.
• Metalldeler slites mindre.

Det er to typer kjølesystemer som finnes på biler: væskekjølt og luftkjølt.

Væskekjøling

Kjølesystemet på væskekjølte biler sirkulerer en væske gjennom rør og passasjer i motoren. Når denne væsken passerer gjennom den varme motoren, tar den opp varme og kjøler motoren. Etter at væsken forlater motoren, passerer den gjennom en varmeveksler, eller en radiator, som overfører varmen fra væsken til luften som blåser gjennom veksleren.

Luftkjøling

Noen eldre biler, og veldig få moderne biler, er luftkjølt. I stedet for å sirkulere væske gjennom motoren, er motorblokken dekket av aluminiums finner som leder varmen bort fra sylinderen. En kraftig vifte tvinger luft over disse finnene, som kjøler motoren ved å overføre varmen til luften.

Siden de fleste biler er flytende avkjølt, vil vi fokusere på det systemet i denne artikkelen.

Klikk på "Start" for å se væskestrømmen gjennom motoren når motoren varmer opp.

-Kjølesystemet i bilen din har mye rørleggerarbeid. Vi starter ved pumpen og jobber oss gjennom systemet, og i de neste seksjonene skal vi snakke mer om hver del av systemet.

De pumpe sender væsken inn i motorblokk, hvor den tar seg gjennom passasjer i motoren rundt sylindrene. Så returnerer den gjennom sylinderhode av motoren. De termostat er plassert der væsken forlater motoren. Rørleggerarbeidet rundt termostaten sender væsken tilbake til pumpen direkte hvis termostaten er lukket. Hvis den er åpen, går væsken gjennom radiator først og deretter tilbake til pumpen.

Det er også en egen krets for varmesystemet. Denne kretsen tar væske fra sylinderhodet og fører den gjennom en varmekjerne og deretter tilbake til pumpen.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

På biler med automatgir er det normalt også en egen krets for kjøling av transmisjonsvæsken som er innebygd i radiatoren. Oljen fra transmisjonen pumpes av transmisjonen gjennom en andre varmeveksler inne i radiatoren.

-Biler opererer i et bredt utvalg av temperaturer, fra godt under frysepunktet til 38 ° C. Så det væske som brukes til å kjøle motoren må ha et veldig lavt frysepunkt, et høyt kokepunkt, og det må ha kapasitet til å holde mye varme.

Vann er en av de mest effektive væskene for å holde varmen, men vann fryser ved en for høy temperatur til å brukes i bilmotorer. Væsken som de fleste biler bruker er en blanding av vann og etylenglykol (C₂H₆O₂), også kjent som frostvæske. Ved å tilsette etylenglykol til vann forbedres kokepunktene og frysepunktene betydelig.

Væske - Frysepunkt - Kokepunkt

• Rent vann: 0 C / 32F - 100 C / 212 F
• 50/50 blanding av C₂H₆O₂/ Vann: -37 C / -35 F - 106 C / 223 F
• 70/30 blanding av C₂H₆O₂/ Vann: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F

Temperaturen på kjølevæsken kan noen ganger komme opp til 121 til 135 C. Selv med tilsatt etylenglykol, ville disse temperaturene koke kjølevæsken, så det må gjøres noe ekstra for å heve kokepunktet.

Kjølesystemet bruker press for å heve kjølevæskets kokepunkt ytterligere. Akkurat som koketemperaturen på vannet er høyere i en trykkoker, er koketemperaturen til kjølevæske høyere hvis du trykker på systemet. De fleste biler har en trykkgrense på 14 til 15 pund (psi), noe som hever kokepunktet ytterligere 45 F (25 C) slik at kjølevæsken tåler de høye temperaturene.

Frostvæske inneholder også tilsetningsstoffer for å motstå korrosjon.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

En sentrifugalpumpe som den som brukes i bilen din.

-Vannpumpen er en enkel sentrifugalpumpe drevet av et belte koblet til motorens veivaksel. Pumpen sirkulerer væske når motoren går.

Vannpumpen bruker sentrifugalkraft for å sende væske til utsiden mens den snurrer, noe som får væske til å trekkes kontinuerlig fra sentrum. Innløpet til pumpen er lokalisert nær sentrum slik at væske som kommer tilbake fra radiatoren treffer pumpeskovlene. Pumpeskovlene fører væsken til utsiden av pumpen, der den kan komme inn i motoren.

Væsken som forlater pumpen strømmer først gjennom motorblokken og sylinderhodet, deretter inn i radiatoren og til slutt tilbake til pumpen.

Vær oppmerksom på at sylinderens vegger er ganske tynne, og at motorblokken stort sett er hule.

-Motorblokken og sylinderhodet har mange passasjer som er støpt eller maskinert inn i dem for å tillate væskestrøm. Disse passasjene leder kjølevæsken til de mest kritiske områdene i motoren.

Temperaturene i forbrenningskammeret til motoren kan nå 4500 F (2500 C), så avkjøling av området rundt sylindrene er kritisk. Områder rundt eksosventilene er spesielt avgjørende, og nesten hele plassen inne i sylinderhodet rundt ventilene som ikke er nødvendig for struktur er fylt med kjølevæske. Hvis motoren går uten avkjøling veldig lenge, kan den gripe. Når dette skjer, har metallet faktisk blitt varmt nok til at stempelet kan sveise seg fast til sylinderen. Dette betyr vanligvis fullstendig ødeleggelse av motoren.

Hodet på motoren har også store kjølevæskekanaler.

En interessant måte å redusere kravene til kjølesystemet på er å redusere mengden varme som overføres fra forbrenningskammeret til metalldelene i motoren. Noen motorer gjør dette ved å belegge innsiden av toppen av sylinderhodet med et tynt lag keramisk. Keramikk er en dårlig varmeleder, så mindre varme føres gjennom til metallet og mer passerer ut av eksosen.

Bilde av radiator som viser sidetank med kjøler.

-En radiator er en type varmeveksler. Den er designet for å overføre varme fra det varme kjølevæsken som strømmer gjennom den til luften som blåses gjennom den av viften.

De fleste moderne biler bruker aluminiumsradiatorer. Disse radiatorene er laget av lodding av tynne aluminiums finner til flate aluminiumsrør. Kjølevæsken strømmer fra innløpet til utløpet gjennom mange rør montert i et parallelt arrangement. Finnene leder varmen fra rørene og overfører den til luften som strømmer gjennom radiatoren.

Rørene har noen ganger en type finn satt inn i dem kalt a turbulator, noe som øker turbulensen til væsken som strømmer gjennom rørene. Hvis væsken strømmet veldig jevnt gjennom rørene, vil bare væsken som faktisk berører rørene bli avkjølt direkte. Mengden varme som overføres til rørene fra væsken som løper gjennom dem, avhenger av temperaturforskjellen mellom røret og væsken som berører det. Så hvis væsken som er i kontakt med røret avkjøles raskt, vil mindre varme overføres. Ved å skape turbulens inne i røret, blandes alt væsken sammen, og holder temperaturen på væsken som berører rørene, slik at mer varme kan trekkes ut, og all væske i røret brukes effektivt.

Radiatorer har vanligvis en tank på hver side, og inne i tanken er en girkjøler. På bildet over kan du se innløpet og utløpet der oljen fra transmisjonen kommer inn i kjøleren. Transmisjonskjøleren er som en radiator i en radiator, bortsett fra i stedet for å utveksle varme med luften, utveksler oljen varme med kjølevæsken i radiatoren.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Avskjæring av radiatorhette og reservoar.

-Radiatorhetten øker faktisk kokepunktet for kjølevæsken med omtrent 25F. Hvordan gjør denne enkle hetten dette? På samme måte som en trykkoker øker koketemperaturen på vannet. Hetten er faktisk en trykkutløserventil, og på biler er den vanligvis satt til 15 psi. Vannets kokepunkt øker når vannet settes under trykk.

Når væsken i kjølesystemet varmes opp, ekspanderer den og får trykket til å bygge seg opp. Kappen er det eneste stedet der dette trykket kan slippe ut, så innstillingen av fjæren på hetten bestemmer maksimaltrykk i kjølesystemet. Når trykket når 15 psi, skyver trykket ventilen åpen, slik at kjølevæske kan slippe ut av kjølesystemet. Dette kjølevæsken strømmer gjennom overløpsrøret inn i bunnen av overløpstanken. Denne ordningen holder luft ut av systemet. Når radiatoren kjøler seg ned, skapes det et vakuum i kjølesystemet som trekker opp en annen fjærbelastet ventil, og suger vann tilbake fra bunnen av overløpstanken for å erstatte vannet som ble utvist.

Termostatens åpne og lukkede posisjoner. HSW

-Termostatens viktigste jobb er å la motoren varme raskt opp, og deretter holde motoren på en konstant temperatur. Det gjør dette ved å regulere mengden vann som går gjennom radiatoren. Ved lave temperaturer er utløpet til radiatoren helt blokkert - alt kjølevæske resirkuleres tilbake gjennom motoren.

Når temperaturen på kjølevæsken stiger til mellom 82 og 91 C, begynner termostaten å åpne, slik at væske kan strømme gjennom radiatoren. Når kjølevæsken når 200 til 218 ° C, er termostaten åpen hele veien.

Hvis du noen gang har sjansen til å teste en, er en termostat en fantastisk ting å se fordi det virker som umulig. Du kan legge en i en gryte med kokende vann på komfyren. Når den varmes opp, åpnes ventilen omtrent en tomme, tilsynelatende med magi! Hvis du vil prøve dette selv, kan du gå til en bildeler butikk og kjøpe en for et par dollar.

Hemmeligheten bak termostaten ligger i den lille sylinderen som ligger på motorsiden av enheten. Denne sylinderen er fylt med en voks som begynner å smelte rundt 180 F (forskjellige termostater åpnes ved forskjellige temperaturer, men 180 F er en vanlig en). En stang koblet til ventilen trykker inn i denne voksen. Når voksen smelter, utvides den betydelig, skyver stangen ut av sylinderen og åpner ventilen. Hvis du har lest How Thermometers Work og gjort eksperimentet med flasken og halmen, har du sett denne prosessen i aksjon - voks vokser bare ut litt mer fordi den endrer seg fra et fast stoff til en væske i tillegg til å utvide seg fra varmen.

Den samme teknikken brukes i automatiske åpnere for drivhusventiler og takvinduer. På disse enhetene smelter voksen ved en lavere temperatur.

Kjølevifte

-L-like termostaten, må kjøleviften reguleres slik at den lar motoren holde en konstant temperatur.

Framhjulsdrevne biler har elektriske vifter fordi motoren vanligvis er montert på tvers, noe som betyr at motorens ytelse peker mot siden av bilen. Viftene styres enten med en termostatbryter eller av motorcomputeren, og de slås på når temperaturen på kjølevæsken går over et settpunkt. De slår seg av når temperaturen synker under det punktet.

Bakhjulsdrevne biler med langsgående motorer har vanligvis motordrevne kjølevifter. Disse viftene har en termostatstyrt viskøs kobling. Denne koblingen er plassert ved navet på viften, i luftstrømmen som kommer gjennom radiatoren. Denne spesielle viskøse koblingen er omtrent som den tyktflytende koblingen som noen ganger finnes i firehjulsdrevne biler.

Varmeapparat VVS

-Du har kanskje hørt rådene om at hvis bilen er overopphetet, må du åpne alle vinduene og kjøre varmeren med viften på full blest. Dette fordi varmesystemet faktisk er et sekundært kjølesystem som speiler hovedkjøleanlegget på bilen din.

Varmekjernen, som ligger i dashbordet på bilen din, er virkelig en liten radiator. Varmeviften blåser luft gjennom varmekjernen og inn i kupeen til bilen din.

En varmekjerne ser ut som en liten radiator.

Varmekjernen trekker det varme kjølevæsken fra sylinderhodet og returnerer det til pumpen - så varmeren fungerer uansett om termostaten er åpen eller lukket.

For mer informasjon om bilkjølesystemer og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

relaterte artikler

• Hvordan bilmotorer fungerer
• Hvordan bilcomputere fungerer
• Hvordan klimaanlegg fungerer
• Hvordan termometre fungerer
• Hvordan fungerer termostaten i bilens kjølesystem?
• Hvordan hjelper lystgass en motor med å prestere bedre?
• Hvordan får fans deg til å bli kulere?
• Slik fungerer Aptera Hybrid

Flere gode lenker

• Kjølesystemtjeneste
• Patent US4452758: Sammensetninger og prosess for å hemme korrosjon av aluminium - patent for frostvæske
• Hovedkomponenter i kjølesystemet ditt - illustrert!
• About.com: Kjølesystemer
• GM Goodwrench videoer