1 CHLAZENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ

Transkript

1 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.

2 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 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.

3 Vzduchové chlazení s radiálním ventilátorem REGULACE CHLADICÍHO VÝKONU (teploty motoru) Škrcením průtoku vzduchu Změnou otáček ventilátoru 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.

4 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 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.

5 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 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.

6 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 hnací hřídel 2 náboj větráku 3 těleso spojky 4 hnací lamela 5 vnitřní lamela 6 plochý pružný ventil 7 ovládací kolík 8 víko spojky 9 bimetal

7 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 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. Klasické provedení chladiče 1 vstupní hrdlo 2 horní komora chladiče 3 uzávěr plnicího hrdla 4 plnicí hrdlo 5 horní nosná část 6 přepadová trubka 7 boční část 8 dolní nosná část 9 výstupní hrdlo 10 kapalinový chladič oleje 11 dolní komora chladiče 12 vzduchový chladič oleje 13 chladicí síť

8 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

9 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 UZÁVĚR PLNICÍHO HRDLA Opatřen přetlakovým (4) a podtlakovým ventilem (5).

10 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 atmosférickým. Přetlakový uzávěr plnicího hrdla 1 víko plnicího hrdla, 2 plochá pružina, 3 plnicí hrdlo, 4 přetlakový ventil, 5 podtlakový ventil, 6 chladicí kapalina, 7 přepadová trubka 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 ). Parafínový termostat Kovové utěsněné pouzdro (2) je vyplněno pracovní látkou (parafinem) (3), která má za běžné teploty voskovitou strukturu (obr ). 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 ), který u studeného motoru uzavírá přistup do chladiče. Při teplotě chladicí kapaliny kolem 80 C se pracovní látka roz -

11 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 ). Při teplotách pod 80 C je vstup do chladiče 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 termospinač a rozsvítí se varovná kontrolka. Chladicí kapaliny

12 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, 12 / 13

13 schválen pro teplotěsné systémy autobusů, nevhodný k míšeni s chladicími 13 / 13