CHLAZENÍ MOTORŮ OSOBNÍCH VOZIDEL JE NÁROČNÝ ÚKOL www.behrhellaservice.com
Při opravách systémů chlazení motoru mohou nastat horké chvilky. Zákazníci mají na servis jasné a jednoznačné požadavky. Opravy mají být levné a nemají trvat dlouho. Porucha chlazení přece není totéž jako porucha motoru. Systém chlazení motoru má zase své požadavky. Celý systém chlazení musí být velmi výkonný, takže je nutné používat pro jednotlivé součásti kvalitní náhradní díly, které přesně vyhovují konkrétnímu motoru. Jinak by byly nutné následné opravy nebo by se motor dokonce přehříval. V této brožuře bychom chtěli vysvětlit, proč si chladicí systém zaslouží zvláštní pozornost servisu i majitele vozidla. Aby se horkým chvilkám vyhnuli lidé i stroje. Zahřáté součásti motoru 350 C 15 C
02 03
Účelem chladicích systémů není jen účinné chlazení vzduchu. Moderní chladicí systémy výrazně přispívají také ke snižování emisí a spotřeby. Pod vlivem požadavků na účinnost, úspornost a funkčnost, ale také používání turbodmychadel, nezávislého vytápění a klimatizací se z klasického chlazení motoru vyvinuly složité chladicí systémy. Emisní limity, které budou brzy platit, si vynutí zvýšení provozní teploty o dalších 10 %, protože jen tak lze zajistit optimální spalování. Vyšší teplota ale vyžaduje vyšší chladicí výkon, aby motor spolehlivě fungoval při předpokládaném počtu najetých kilometrů. Proto je nutné při údržbě a opravách používat díly v kvalitě originálního vybavení. Chlazení motoru může obsahovat různé součásti. Dohromady tvoří citlivý systém a musí za horka i vysokého tlaku fungovat jako sehraný tým. U nových vozidel jsou všechny moduly vzájemně dokonale sladěné. Jejich výkon a bezpečnost lze udržet používáním dílů v kvalitě originálního vybavení. U nich je zaručena technická úroveň, dimenzování výkonu, tvarová a rozměrová přesnost a kvalita materiálů. Řez nepřímým chladičem plnicího vzduchu
Detail kapalinového chladiče 04 05
Plnicí vzduch Výfukové plyny Hlavní chladicí okruh Nízkoteplotní okruh chladicí kapaliny 1 Blok motoru 2 Čerpadlo chladicí kapaliny 3 Chladič chladící kapaliny 4 Turbodmychadlo 5 Chladič plnicího vzduchu 6 Nízkoteplotní kapalinový chladič 7 Chladič výfukových plynů Schéma chladicích okruhů moderního motoru s chlazením recirkulovaných výfukových plynů a integrovaným nepřímým chlazením plnicího vzduchu Užitečné informace o fungování chlazení motoru Chlazení motoru je složitý systém, jehož funkcí zdaleka není jen ochlazovat motor. Vývojem v posledních letech se tyto funkce velmi rozšířily. Na této dvojstraně jsou stručně shrnuty základní informace o fungování a konstrukci různých součástí vozidla: Odpadní teplo z motoru se odvádí v podstatě dvěma způsoby: výfukovými plyny a chladicí kapalinou. Ve výfukových plynech se v podobě tepla ztratí asi třetina energie získané z paliva. Čtvrtina energie hlavně zahřívá blok motoru 1 a asi jen třetina energie se skutečně přenáší do pohonu. Primárním účelem chlazení motoru je chránit motor a jeho kovové části před přehřátím. Chlazení motoru je řízeno tak, aby usnadnilo rychlé zahřátí motoru např. po studeném startu v zimě. Chladicí systém také dodává požadované množství tepla do interiéru vozidla prostřednictvím chladicí vody v chladicím okruhu motoru. Tyto funkce chlazení jsou běžné. Pro ně jsou nutné tři okruhy: kapalinový, vzduchový a výfukový. Až 38 % využitelné pohybové energie Zbytek ve formě odpadního tepla
Chladicí kapalina Motor a jeho součásti se za provozu silně zahřívají spalováním paliva se vzduchem ve válcích. Motor je chlazen motorovým olejem a chladicí kapalinou (zacházení s chladicí kapalinou je popsáno na straně 14 a 15). Čerpadlo 2 čerpá chladicí kapalinu do okruhu, kterým je chlazen blok motoru a hlavy válců. U výkonných motorů se teplo nestačí odvádět přes olejovou vanu. V tom případě je teplo z motorového oleje odebíráno také chladicí kapalinou přes chladič motoru. V chladiči chladící kapaliny 3 na přídi vozidla se chladicí kapalina opět ochlazuje okolním vzduchem. Při tom proudí rovnoběžně umístěnými trubkami chladiče. Velmi tenká vlnitá žebra mezi trubkami zvětšují plochu pro proudění okolního vzduchu podobně jako u radiátoru, aby vzduch odebíral z chladicí kapaliny co nejvíce tepla. K zesílení tohoto efektu jsou ve vlnitých žebrech drážky. Díky tomuto žábrovitému provedení vzduch víří a může odebrat více tepla. Proudění chladicí kapaliny je regulováno podle teploty pomocí termostatů. V závislosti na teplotě chladicí kapaliny se otevírají, nebo zavírají. Když je chladicí kapalina moc chladná, například při studeném startu v zimě, termostat zůstane zavřený. Chladicí kapalina tedy neprotéká kapalinovým chladičem, takže se rychleji ohřeje o motor a agregát rychleji dosáhne provozní teploty. Při určité teplotě se otevře termostatický ventil a chladič začne fungovat. Další termostatické ventily v okruhu určují, kdy a kolik chladicí kapaliny půjde do dalších součástí, např. chladiče motorového oleje, chladiče oleje pro posilovač řízení, ale také vytápění interiéru. Vzduch Přeplňování dříve sloužilo k tomu, aby se zvýšil výkon motoru při stejném zdvihovém objemu a počtu válců. V současnosti se využívá k dosažení stejného výkonu menším motorem, a tedy k úspoře paliva. U motorů s turbodmychadlem se spalovací vzduch před spalovacím prostorem silně stlačuje. Při tom se zahřívá, takže je nutné ho chladit chladičem plnicího vzduchu. Dosud se k chlazení plnicího vzduchu používaly přímé chladiče. Vzduch se stlačoval turbodmychadlem 4 a dlouhými hadicemi proudil dopředu do chladicí jednotky. Tam se ochlazoval v chladiči plnicího vzduchu pomocí okolního vzduchu a dlouhými hadicemi se vracel ke spalovacímu prostoru. Tato varianta je náročná na prostor a především se snižuje tlak plnicího vzduchu. Po průchodu potrubím už totiž nemá stejný tlak jako přímo u kompresoru. Řešením tohoto problému je nepřímé chlazení plnicího vzduchu. 5 Plnicí vzduch se ochlazuje v přídavném nízkoteplotním okruhu chladicí kapaliny, který je nezávislý na hlavním chladicím okruhu a má vlastní nízkoteplotní kapalinový chladič 6 na přídi vozidla. Výhodou je, že lze chladič plnicího vzduchu umístit blízko motoru. Tlak plnicího vzduchu zůstává zachován a motor reaguje lépe. Výfukové plyny U naftových motorů se emise oxidů dusíku často snižují recirkulací ochlazených výfukových plynů do spalovacího prostoru. Výfukovými plyny je zředěna směs paliva a vzduchu. Tím se sníží teplota spalování. Snižují se emise škodlivin, protože oxidy dusíku vznikají hlavně při vysokých teplotách spalování. Aby se tohoto efektu dosáhlo, je třeba výfukové plyny ochladit v chladiči výfukových plynů 7 pomocí chladicí kapaliny z teploty asi 450 až 800 C alespoň na 150 až 200 C (podle zatížení motoru). Chladicí kapalina tedy musí navíc odebrat toto množství tepla a odvést ho přes kapalinový chladič. Budoucí emisní limity ale zřejmě nebude možné dodržet ani tímto způsobem. Výfukové plyny bude nutné ochladit asi na 60 až 70 C. K dosažení těchto teplot je potřeba druhý stupeň chlazení s nízkoteplotním okruhem chladicí kapaliny. Shrnutí Funkce chlazení motoru se v posledních letech velmi rozšířily. Například u hybridních vozů slouží nízkoteplotní okruh chladicí kapaliny spolu s klimatizací k chlazení lithiumiontových baterií. Thermo-management má tedy stále větší význam. Chladič recirkulovaných výfukových plynů 06 07
Behr Hella Service spolehlivý odborník na thermo-management Společnost Behr Hella Service nabízí vynikající zkušenosti z oblasti služeb a širokou paletu výrobků nejvyšší kvality. V moderních systémech thermo-managementu spolu úzce souvisí chlazení motoru s klimatizací vozidla. Stejně pevně jsou spojené špičkové zkušenosti společnosti Behr v oblasti originálních dílů a celosvětová distribuční síť společnosti Hella. Díky tomu může společný podnik Behr Hella Service nabídnout optimální kombinaci ceny, výkonu a kvality. Využijte to, co umíme nejlépe. Servisnům nabízíme své výrobky špičkové kvality, spolehlivé dodávky a zkušenosti s poskytováním služeb, a to nejen při distribuci dílů. Společnost Behr Hella Service poskytuje dílnám a nezávislým prodejcům dílů technické informace, školení a různé akce. Využijte naše dlouholeté zkušenosti v oblasti chlazení motorů a klimatizace pro osobní, dodávková a užitková vozidla. Využijte spolehlivé a odolné výrobky i profesionální a komplexní služby značky Behr Hella Service.
08 09
Kvalita značky Behr dodávaná exkluzivně společností Behr Hella Service Behr osvědčený systémový partner světového automobilového průmyslu. Záruka kvality už od roku 1905 Společnost Behr má více než stoleté renomé dodavatele originálních dílů a poskytuje skutečnou kvalitu, takže je použití jejích výrobků pro chladicí systémy sázkou na jistotu. Součásti značky Behr jsou vzájemně dokonale sladěné a dosahují bezkonkurenční účinnosti chlazení. Chrání motory před vážným poškozením při přehřátí, ale také umožňují optimálně využít jejich výkon a přispívají k jejich ekologičnosti a dlouhé životnosti. Dlouholeté zkušenosti a komplexní know-how společnosti Behr jsou zárukou vynikající kvality všech výrobků. Sofistikované součásti systémů jsou výsledkem špičkového výzkumu a vývoje Základem úspěchu společnosti Behr jsou inovace. Moderní a vysoce kvalitní výrobky značky Behr jsou výsledkem rozsáhlého výzkumu a vývoje. Už při jejich vývoji pomocí nejmodernějšího softwaru je rozhodující spolehlivost a kvalita. Další fází je komplexní testování v reálných podmínkách, které probíhá ve firemních zkušebních a testovacích zařízeních, např. zkušebně motorů nebo klimatickém tunelu. Inovativní výrobní postupy Nejmodernější výrobní technologie používané v celé podnikové skupině jsou zárukou špičkové kvality všech výrobků Behr. Díky přesnému vývoji mají například všechny součásti značky Behr vysokou tvarovou a rozměrovou přesnost. Komplexní systémy zajištění kvality také maximalizují životnost a spolehlivost všech výrobků.
Test výrobku v klimatickém tunelu Moderní výrobní technologie Kontrola těsnosti hotového výrobku Měření průtoku vzduchu v laboratoři 10 11
Správná sázka na špičkovou kvalitu od společnosti Behr Hella Service Chladič chladící kapaliny Nejdůležitější částí chladicí jednotky je chladič chladící kapaliny. Je tvořen chladicím blokem a vodní nádržkou s potřebnými přípojkami a upevňovacími prvky. Teplo vzniklé spalováním paliva v motoru je absorbováno chladicí kapalinou a přes chladič odvedeno do okolního vzduchu. Chladiče chladící kapaliny se montují na příď vozidla, kde využívají proudění vzduchu. Chladič oleje Chladič motorového oleje a chladič převodového oleje zajišťují téměř konstantní rozmezí teplot. Díky tomu se prodlužují intervaly výměny oleje a prodlužuje se životnost motoru. Nejnovějším typem chladiče oleje značky Behr je kompaktní a výkonný chladič z vrstvených desek. Protože nemá komoru na chladicí kapalinu a je kompletně vyrobený z hliníku, má malou hmotnost a nároky na prostor. Chladič recirkulovaných výfukových plynů Účinek recirkulace výfukových plynů spočívá v podstatě v tom, že mají výfukové plyny větší tepelnou kapacitu a menší obsah kyslíku než vzduch. Proto snižují teplotu spalování ve válci. Teplota se dále snižuje chlazením výfukových plynů a plnicího vzduchu. Na této teplotě výrazně závisí vznik sloučenin dusíku NOx, takže lze při kombinaci chlazení recirkulovaných výfukových plynů a chlazení plnicího vzduchu splnit emisní limity normy Euro 6. Ventilátor Visco K odvádění tepla jsou kromě výkonných chladičů potřeba také ventilátory a jejich pohony, které velmi účinně přivádějí chladicí vzduch. Ventilátory Visco se skládají z rotoru a spojky Visco. Používají se u podélně uložených motorů a umísťují se ve směru jízdy před chladič. Interiérový výměník tepla Interiérový výměník tepla je v interiéru vozidla pod přístrojovou deskou. Proud vzduchu vytvářený interiérovým ventilátorem prochází výměníkem tepla, kterým protéká chladicí kapalina. Zahřátý vzduch pokračuje do interiéru vozidla. Expanzní nádrž Expanzní nádrž slouží k zachycení rozpínající se chladicí kapaliny z okruhu.
Sortiment pro chlazení motoru Elektrické přídavné topení (PTC) Vzhledem k vysoké účinnosti moderních motorů s přímým vstřikováním už teplo z motoru v chladném období nestačí k rychlému ohřátí interiéru. K rychlejšímu ohřátí interiéru se používají přídavná topení PTC umístěná ve směru jízdy před výměníkem tepla. Jsou tvořena několika elektrickými odpory, které jsou řízeny v závislosti na teplotě. Přeměňují elektrickou energii ze sítě vozidla na teplo, které se ventilátorem vhání do interiéru. Spojka Visco Spojka Visco přenáší v závislosti na teplotě sílu na rotor ventilátoru a reguluje počet jeho otáček. Hnací moment se třením kapaliny bez opotřebení přenáší na rotor ventilátoru, jehož otáčky se plynule přizpůsobují provozním podmínkám. Elektricky ovládaná spojka Visco se reguluje přímo pomocí snímačů. Tímto chlazením podle aktuální potřeby se optimalizuje teplota chladicí kapaliny, hlučnost motoru a spotřeba paliva. Chladič plnicího vzduchu Chlazení spalovacího vzduchu pomocí chladičů plnicího vzduchu u přeplňovaných motorů má mnoho výhod zvýšení výkonu v celém rozsahu otáček, nižší spotřeba paliva, vyšší účinnost motoru, snížení emisních hodnot nebo omezení tepelného namáhání motoru. Ventilátory pro kondenzátory / chladiče chladící kapaliny Ventilátor pro kondenzátor, resp. chladič chladící kapaliny je tvořen elektromotorem, ke kterému je přírubou připojen rotor. Umísťují se před kondenzátor, resp. chladič nebo za něj. Proudem vzduchu, který vytváří, odvádí teplo z chladiva nebo chladicí kapaliny. U vozidel s klimatizací se většinou používá ještě přídavný nebo výkonnější ventilátor. Sada pro vodní čerpadla Vodní čerpadlo má mechanický pohon, čerpá chladicí kapalinu okruhem a vytváří systémový tlak. Vodní čerpadlo je s pohonem většinou spojeno řemenem. 12 13
Otázky a odpovědi k chladicím a nemrznoucím kapalinám Proč je třeba používat v chladicím systému nemrznoucí prostředky a aditiva i v létě? Jaký je správný poměr směšování vody a nemrznoucí kapaliny? Nemrznoucí prostředky chrání nejen před mrazem, ale také před přehřátím. Aditiva chrání proti usazování vodního kamene a korozi. Souhrnné označení kapalin, které jsou v chladicím systému, je chladicí kapalina. Chladicí kapalina je směs vody, nemrznoucí kapaliny (glykolu) a aditiv. Chrání motor a součásti chladicího systému nejen před mrazem. Účelem chladicí kapaliny je odebírat teplo z motoru a přes chladič je odvádět do okolního vzduchu. Glykol má výrazně vyšší bod varu než voda, takže lze bod varu při správném poměru směšování chladicí kapaliny (viz část Jaký je správný poměr směšování... ) a systémovém tlaku 1 až 2 bar zvýšit bod varu až na 135 C. Tím chladicí kapalina vytváří velkou rezervu výkonu, protože u moderních motorů má průměrnou teplotu asi 95 C, což je těsně pod bodem varu čisté vody (100 C). Aditiva v chladicí kapalině tvoří ochrannou vrstvu na povrchu kovových součástí chladicího systému a zamezují usazování vodního kamene a korozi. Dostatek nemrznoucí kapaliny a aditiv v chladicím systému je tedy nutný také (a právě) v létě. Proč je třeba chladicí kapalinu v určitých intervalech vyměňovat? U aditiv v chladicí kapalině dochází ke stárnutí. To znamená, že po určité době už nemají požadované vlastnosti. Když například ztratí své vlastnosti protikorozní aditivum, může být chladicí kapalina zabarvená dohněda. Interval výměny chladicí kapaliny závisí mj. na její kvalitě. Stanoví ho výrobce vozidla. Někteří výrobci vozidel žádný interval výměny neudávají, někteří zase předepisují výměnu po určitém počtu let (3 5) nebo kilometrů (100 000 250 000). Obecně je třeba chladicí kapalinu vyměňovat při znečištění (olejem, korozí) a u vozidel, která nepoužívají chladivo typu Long Life. Za normálních provozních podmínek doporučujeme tříletý interval. Optimální poměr směšování voda : nemrznoucí kapalina je 60 : 40 až 50 : 50. Zásadní je dodržovat poměr směšování a specifikaci chladicí kapaliny, které stanoví výrobce vozidla. Obvyklý poměr směšování voda : nemrznoucí kapalina je 60 : 40 až 50 : 50. Taková směs obvykle chrání před mrazem - 25 až - 40 C. Minimální poměr směšování je 70 : 30 a maximální poměr 40 : 60. Dalším zvýšením obsahu nemrznoucí kapaliny (např. na 70 %) se už nedocílí dalšího snížení bodu tuhnutí. Naopak neředěná nemrznoucí kapalina mrzne už při -13 C a neodvádí dostatečně teplo z motoru. Hrozí přehřátí motoru. Je možné míchat mezi sebou různé nemrznoucí kapaliny? Různé druhy nemrznoucích kapalin se nesmějí míchat. Nemrznoucí kapaliny a aditiva jsou určené pro materiály, ze kterých je příslušný motor a chladicí systém vyroben. Litinový motor vyžaduje jiná aditiva než hliníkový a výměník tepla pro topení z barevných kovů vyžaduje jiná aditiva než hliníkový výměník. Míchání různých druhů nemrznoucích kapalin může někdy vést k vážnému poškození. Například nemrznoucí kapaliny G11 a G12 pro vozidla Audi/VW nejsou vzájemně slučitelná a nesmějí se vzájemně míchat. Jinak může dojít k vážnému poškození motoru. Naopak nové kapaliny G12 + /G12 ++ se mohou bez problémů používat s kapalinami G11 a G12. Před doplněním nebo novým naplněním chladicího systému je tedy třeba zjistit si specifikaci a poměr směšování, které stanovil výrobce vozidla.
Vyžaduje chladicí systém údržbu? Součásti chladicího systému a chladicí kapalinu je třeba pravidelně kontrolovat. Chladicí systém by se měl pravidelně kontrolovat stejně jako klimatizační systém. Viditelné součásti systému (chladič, hadice, expanzní nádrž, řemen čerpadla chladicí kapaliny) lze zkontrolovat vizuálně. Jsou přípojky správně upevněné? Je řemen dost napnutý, není případně poškozený? Nejsou lamely chladiče zanesené (hmyzem apod.)? Neuniká chladicí kapalina? Kromě kontroly množství chladicí kapaliny, obsahu nemrznoucí kapaliny a čistoty je také nutné zkontrolovat, jestli je funkční termostat, ventilátor chladiče a případně elektrické ventily. Protože aditiva v chladicí kapalině stárnou, je třeba ji v určitých intervalech vyměňovat (viz také část Proč je třeba chladicí kapalinu v určitých intervalech vyměňovat? ). Chladicí a klimatizační systém se vzájemně ovlivňují a jejich součásti jsou často těsně u sebe, proto doporučujeme kontrolovat a udržovat oba systémy zároveň. Smí se k doplňování chladicí kapaliny používat čistá voda z vodovodu? Praktické zkušenosti ze servisu: Pokud nemá chladicí systém žádnou rezervu výkonu, může dojít k přehřátí motoru i při malé závadě. Zde je několik příkladů možných příčin: Termostaty jsou často nepřesné kvůli mechanickým závadám. Není vyměněno nebo je pozdě vyměněno vodní čerpadlo, které je poškozené nebo ne úplně funkční. Chladič je netěsný. Kvůli dočasnému přehřátí uniká chladicí kapalina ze spojů hadic nebo hlavy válců. Chladicí kapaliny ubývá! Jsou vadné hadice chladiče nebo řemeny. Zanedbaný chladicí systém: usazuje se vodní kámen a nečistoty, chladicí kapalina cirkuluje moc pomalu. Kvůli tomu není motor dostatečně chlazen. Kapalinový chladič je zvenku ucpaný hmyzem a odolnými nečistotami. Ano, pokud má stupeň tvrdosti nižší než 3,6 mmol/l (20 dh německých stupňů tvrdosti). K doplňování a plnění chladicího systému je vhodná tvrdá voda z vodovodu do stupně tvrdosti 3,6 mmol/l, tj. 20 dh (německých stupňů tvrdosti). Demineralizovanou (destilovanou) vodu je nutné používat, jen když má obyčejná voda stupeň tvrdosti vyšší než 3,6 mmol/l. Použitá (vlevo) a čerstvá (vpravo) chladicí kapalina Tyto informace jsou obecné. Je třeba vycházet z údajů od výrobce ke konkrétnímu vozidlu a systému. 14 15
HELLA CZ, s.r.o. Revoluční 785 285 22 Zruč nad Sázavou Česká republika Tel.: (+420) 327 536 425 (+420) 606 619 472 Fax: (+420) 327 536 421 Internet: www.hella.cz e-mail: hella.cz@hella.com www.facebook.com/hella.czech BEHR HELLA SERVICE GmbH 9Z2 999 933-762 KB/02.13/0.15 Printed in Germany www.behrhellaservice.com