Hoe autokoelsystemen werken

Schema van een koelsysteem: hoe het sanitair is aangesloten. Meer weten? Bekijk deze afbeeldingen van automotoren. HSW

-Hoewel benzinemotoren veel zijn verbeterd, zijn ze nog steeds niet erg efficiënt in het omzetten van chemische energie in mechanische kracht. De meeste energie in benzine (misschien 7-0%) wordt omgezet in warmte, en dat is de taak van de koelsysteem om voor die hitte te zorgen. Het koelsysteem van een auto die over de snelweg rijdt, voert zelfs genoeg warmte af om twee huizen van gemiddelde grootte te verwarmen! De primaire taak van het koelsysteem is om te voorkomen dat de motor oververhit raakt door deze warmte af te geven aan de lucht, maar het koelsysteem heeft ook een aantal andere belangrijke taken..

De motor in uw auto loopt het beste bij een redelijk hoge temperatuur. Als de motor koud is, slijten componenten sneller, is de motor minder efficiënt en stoot hij meer vervuiling uit. Dus een andere belangrijke taak van het koelsysteem is om de motor zo snel mogelijk op te warmen en vervolgens de motor op een constante temperatuur te houden..

In dit artikel leren we over de onderdelen van het koelsysteem van een auto en hoe ze werken. Laten we eerst eens kijken naar enkele basisprincipes.

-Naast de motor van uw auto brandt constant brandstof. Veel van de warmte van deze verbranding gaat rechtstreeks uit het uitlaatsysteem, maar een deel ervan trekt in de motor en verwarmt deze. De motor loopt het beste als de koelvloeistof ongeveer 93 graden Celsius (200 graden Fahrenheit) is. Bij deze temperatuur:

• De verbrandingskamer is heet genoeg om de brandstof volledig te verdampen, wat zorgt voor een betere verbranding en minder uitstoot.
• De olie die wordt gebruikt om de motor te smeren heeft een lagere viscositeit (hij is dunner), zodat de motoronderdelen vrijer bewegen en de motor minder vermogen verspilt aan het verplaatsen van zijn eigen componenten.
• Metalen onderdelen slijten minder.

Er zijn twee soorten koelsystemen die op auto's worden aangetroffen: vloeistofgekoeld en luchtgekoeld.

Vloeistofkoeling

Het koelsysteem van vloeistofgekoelde auto's laat een vloeistof circuleren door leidingen en doorgangen in de motor. Terwijl deze vloeistof door de hete motor stroomt, absorbeert het warmte, waardoor de motor wordt gekoeld. Nadat de vloeistof de motor heeft verlaten, gaat het door een warmtewisselaar of radiator, die de warmte van de vloeistof overbrengt naar de lucht die door de wisselaar blaast.

Luchtafkoeling

Sommige oudere auto's, en heel weinig moderne auto's, zijn luchtgekoeld. In plaats van vloeistof door de motor te laten circuleren, is het motorblok bedekt met aluminium lamellen die de warmte van de cilinder afvoeren. Een krachtige ventilator blaast lucht over deze vinnen, waardoor de motor wordt gekoeld door de warmte aan de lucht over te dragen.

Aangezien de meeste auto's vloeistofgekoeld zijn, zullen we ons in dit artikel op dat systeem concentreren.

Klik op "Start" om de vloeistof door de motor te zien stromen terwijl de motor opwarmt.

-Het koelsysteem in uw auto heeft veel sanitair. We beginnen bij de pomp en werken ons een weg door het systeem, en in de volgende secties zullen we elk onderdeel van het systeem in meer detail bespreken.

De pomp stuurt de vloeistof naar de motorblok, waar het zich een weg baant door passages in de motor rond de cilinders. Daarna keert het terug door de cilinderkop van de motor. De thermostaat bevindt zich waar de vloeistof de motor verlaat. De leidingen rond de thermostaat sturen de vloeistof direct terug naar de pomp als de thermostaat gesloten is. Als het open is, gaat de vloeistof door de radiator eerst en dan terug naar de pomp.

Er is ook een apart circuit voor het verwarmingssysteem. Dit circuit neemt vloeistof uit de cilinderkop en voert het door een verwarmingskern en vervolgens terug naar de pomp.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Bij auto's met automatische transmissies is er normaal gesproken ook een apart circuit voor het koelen van de transmissievloeistof die in de radiateur is ingebouwd. De olie uit de transmissie wordt door de transmissie door een tweede warmtewisselaar in de radiator gepompt.

-Auto's werken bij een breed scala aan temperaturen, van ver onder het vriespunt tot we-ll boven 100 F (38 C). Dus welke vloeistof dan ook die wordt gebruikt om de motor te koelen, moet een zeer laag vriespunt en een hoog kookpunt hebben en het moet in staat zijn om veel warmte vast te houden..

Water is een van de meest effectieve vloeistoffen om warmte vast te houden, maar water bevriest bij een te hoge temperatuur om in automotoren te worden gebruikt. De vloeistof die de meeste auto's gebruiken, is een mengsel van water en ethyleenglycol (C.₂H.₆O₂), ook wel antivries genoemd. Door ethyleenglycol aan water toe te voegen, worden het kook- en vriespunt aanzienlijk verbeterd.

Vloeistof - Vriespunt - Kookpunt

• Zuiver water: 0 C / 32 F - 100 C / 212 F
• 50/50 mix van C₂H.₆O₂/ Water: -37 C / -35 F - 106 C / 223 F
• 70/30 mix van C₂H.₆O₂/ Water: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F

De temperatuur van de koelvloeistof kan soms 250 tot 275 F (121 tot 135 C) bereiken. Zelfs als ethyleenglycol is toegevoegd, zou de koelvloeistof bij deze temperaturen koken, dus er moet iets extra worden gedaan om het kookpunt te verhogen.

Het koelsysteem maakt gebruik van druk om het kookpunt van de koelvloeistof verder te verhogen. Net zoals de kooktemperatuur van water hoger is in een snelkookpan, is de kooktemperatuur van koelvloeistof hoger als u het systeem onder druk zet. De meeste auto's hebben een druklimiet van 14 tot 15 pond per vierkante inch (psi), waardoor het kookpunt nog eens 45 F (25 C) stijgt, zodat het koelmiddel de hoge temperaturen kan weerstaan.

Antivries bevat ook additieven om corrosie te weerstaan.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Een centrifugaalpomp zoals die in uw auto wordt gebruikt.

-De waterpomp is een eenvoudige centrifugaalpomp die wordt aangedreven door een riem die is verbonden met de krukas van de motor. De pomp laat vloeistof circuleren als de motor draait.

De waterpomp gebruikt de middelpuntvliedende kracht om vloeistof naar buiten te sturen terwijl deze ronddraait, waardoor vloeistof continu uit het midden wordt getrokken. De inlaat naar de pomp bevindt zich nabij het midden, zodat vloeistof die terugkeert van de radiator de pompschoepen raakt. De pompschoepen slingeren de vloeistof naar de buitenkant van de pomp, waar het de motor kan binnendringen.

De vloeistof die de pomp verlaat, stroomt eerst door het motorblok en de cilinderkop, vervolgens in de radiator en uiteindelijk terug naar de pomp.

Merk op dat de wanden van de cilinder vrij dun zijn, en dat het motorblok grotendeels hol is.

-Het motorblok en de cilinderkop hebben veel doorgangen die erin zijn gegoten of bewerkt om vloeistofstroom mogelijk te maken. Deze doorgangen leiden de koelvloeistof naar de meest kritieke delen van de motor.

Temperaturen in de verbrandingskamer van de motor kunnen 4.500 F (2.500 C) bereiken, dus het koelen van het gebied rond de cilinders is van cruciaal belang. Vooral de gebieden rond de uitlaatkleppen zijn cruciaal, en bijna alle ruimte in de cilinderkop rond de kleppen die niet nodig is voor de constructie, is gevuld met koelvloeistof. Als de motor erg lang zonder koeling draait, kan hij vastlopen. Wanneer dit gebeurt, is het metaal eigenlijk heet genoeg geworden om de zuiger zichzelf aan de cilinder te laten lassen. Dit betekent meestal de volledige vernietiging van de motor.

De kop van de motor heeft ook grote koelmiddeldoorgangen.

Een interessante manier om de eisen aan het koelsysteem te verminderen, is door de hoeveelheid warmte die wordt overgedragen van de verbrandingskamer naar de metalen delen van de motor te verminderen. Sommige motoren doen dit door de binnenkant van de bovenkant van de cilinderkop te bekleden met een dunne laag keramiek. Keramiek is een slechte warmtegeleider, dus er wordt minder warmte naar het metaal geleid en er komt meer uit de uitlaat.

Afbeelding van radiator met zijtank met koeler.

-Een radiator is een soort warmtewisselaar. Het is ontworpen om warmte van de hete koelvloeistof die erdoor stroomt over te dragen aan de lucht die erdoorheen wordt geblazen door de ventilator.

De meeste moderne auto's gebruiken aluminium radiatoren. Deze radiatoren worden gemaakt door dunne aluminium lamellen aan afgeplatte aluminium buizen te solderen. Het koelmiddel stroomt van de inlaat naar de uitlaat door vele buizen die parallel zijn gemonteerd. De vinnen geleiden de warmte van de buizen en geven deze over aan de lucht die door de radiator stroomt.

De buizen hebben soms een soort vin die erin is gestoken, een genaamd turbulator, waardoor de turbulentie van de vloeistof die door de buizen stroomt, toeneemt. Als de vloeistof heel soepel door de buizen zou stromen, zou alleen de vloeistof die de buizen daadwerkelijk zou raken, direct worden gekoeld. De hoeveelheid warmte die van de vloeistof die erdoor stroomt naar de buizen wordt overgebracht, hangt af van het temperatuurverschil tussen de buis en de vloeistof die ermee in aanraking komt. Dus als de vloeistof die in contact komt met de buis snel afkoelt, wordt er minder warmte overgedragen. Door turbulentie in de buis te creëren, mengt alle vloeistof zich met elkaar, waardoor de temperatuur van de vloeistof die de buizen raakt hoog blijft, zodat er meer warmte kan worden onttrokken en alle vloeistof in de buis effectief wordt gebruikt.

Radiatoren hebben meestal een tank aan elke kant en in de tank bevindt zich een transmissiekoeler. Op de foto hierboven kun je de inlaat en uitlaat zien waar de olie van de transmissie de koeler binnenkomt. De transmissiekoeler is als een radiator in een radiator, behalve dat in plaats van warmte met de lucht uit te wisselen, de olie warmte uitwisselt met de koelvloeistof in de radiator.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Weggesneden van radiateurdop en reservoir.

-De radiatordop verhoogt het kookpunt van uw koelvloeistof eigenlijk met ongeveer 45 F (25 C). Hoe doet deze simpele pet dit? Op dezelfde manier verhoogt een snelkookpan de kooktemperatuur van water. De dop is eigenlijk een overdrukventiel en bij auto's is deze meestal ingesteld op 15 psi. Het kookpunt van water stijgt als het water onder druk komt te staan.

Wanneer de vloeistof in het koelsysteem opwarmt, zet deze uit, waardoor de druk toeneemt. De dop is de enige plek waar deze druk kan ontsnappen, dus de instelling van de veer op de dop bepaalt de maximale druk in het koelsysteem. Wanneer de druk 15 psi bereikt, duwt de druk de klep open, waardoor koelvloeistof uit het koelsysteem kan ontsnappen. Deze koelvloeistof stroomt door de overloopleiding naar de bodem van de overlooptank. Deze opstelling houdt lucht uit het systeem. Wanneer de radiator weer afkoelt, wordt er een vacuüm gecreëerd in het koelsysteem dat een andere veerbelaste klep opent en water terugzuigt vanaf de bodem van de overlooptank om het verdreven water te vervangen.

De open en gesloten standen van een thermostaat. HSW

-De belangrijkste taak van de thermostaat is om de motor snel op te warmen en vervolgens de motor op een constante temperatuur te houden. Het doet dit door de hoeveelheid water die door de radiator gaat, te regelen. Bij lage temperaturen is de uitlaat naar de radiator volledig geblokkeerd - alle koelvloeistof wordt teruggevoerd door de motor.

Zodra de temperatuur van de koelvloeistof stijgt tot tussen 180 en 195 F (82-91 C), begint de thermostaat te openen, waardoor vloeistof door de radiator kan stromen. Tegen de tijd dat de koelvloeistof 200 tot 218 F (93-103 C) bereikt, is de thermostaat helemaal open.

Als je ooit de kans krijgt om er een te testen, is een thermostaat geweldig om naar te kijken, want wat hij doet, lijkt onmogelijk. Je kunt er een in een pan met kokend water op het fornuis doen. Terwijl het opwarmt, gaat zijn klep ongeveer een centimeter open, blijkbaar bij toverslag! Als je dit zelf wilt proberen, ga dan naar een auto-onderdelenwinkel en koop er een voor een paar dollar.

Het geheim van de thermostaat ligt in de kleine cilinder aan de motorzijde van het apparaat. Deze cilinder is gevuld met een was die begint te smelten bij ongeveer 180 F (verschillende thermostaten openen bij verschillende temperaturen, maar 180 F is gebruikelijk). Een staaf die met de klep is verbonden, drukt in deze was. Wanneer de was smelt, zet deze aanzienlijk uit, waardoor de staaf uit de cilinder wordt gedrukt en de klep wordt geopend. Als je hebt gelezen hoe thermometers werken en het experiment met de fles en het rietje hebt gedaan, heb je dit proces in actie gezien - de was zet gewoon een stuk meer uit omdat het verandert van een vaste stof in een vloeistof, naast het uitzetten van de hitte.

Dezelfde techniek wordt gebruikt in automatische openers voor kasroosters en dakramen. Bij deze apparaten smelt de was bij een lagere temperatuur.

Koelventilator

-Net als de thermostaat moet de koelventilator zo worden geregeld dat de motor een constante temperatuur kan behouden.

Auto's met voorwielaandrijving hebben elektrische ventilatoren omdat de motor meestal dwars is gemonteerd, wat betekent dat de output van de motor naar de zijkant van de auto wijst. De ventilatoren worden aangestuurd met een thermostatische schakelaar of door de motorcomputer, en ze worden ingeschakeld wanneer de temperatuur van de koelvloeistof boven een bepaald punt komt. Ze worden weer uitgeschakeld als de temperatuur onder dat punt daalt.

Auto's met achterwielaandrijving met longitudinale motoren hebben meestal motoraangedreven koelventilatoren. Deze ventilatoren hebben een thermostatisch geregelde viskeuze koppeling. Deze koppeling bevindt zich op de naaf van de ventilator, in de luchtstroom die door de radiator komt. Deze speciale viskeuze koppeling lijkt veel op de viskeuze koppeling die soms wordt aangetroffen in auto's met vierwielaandrijving.

Heater sanitair

-Je hebt misschien het advies gehoord dat als je auto oververhit raakt, je alle ramen moet openen en de verwarming moet laten draaien terwijl de ventilator op volle kracht draait. Dit komt doordat het verwarmingssysteem eigenlijk een secundair koelsysteem is dat het hoofdkoelsysteem van uw auto weerspiegelt.

De kachelkern, die in het dashboard van uw auto zit, is eigenlijk een kleine radiator. De kachelventilator blaast lucht door de verwarmingskern en in het passagierscompartiment van uw auto.

Een verwarmingskern ziet eruit als een kleine radiator.

De verwarmingskern zuigt zijn hete koelvloeistof uit de cilinderkop en voert deze terug naar de pomp - zodat de verwarming werkt ongeacht of de thermostaat open of gesloten is.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over koelsystemen voor auto's en aanverwante onderwerpen.

gerelateerde artikelen

• Hoe automotoren werken
• Hoe autocomputers werken
• Hoe airconditioners werken
• Hoe thermometers werken
• Hoe werkt de thermostaat in het koelsysteem van een auto??
• Hoe helpt lachgas een motor beter te laten presteren??
• Hoe zorgen fans ervoor dat je je koeler voelt??
• Hoe de Aptera Hybrid werkt

Meer geweldige links

• Koelsysteem Service
• Patent US4452758: Samenstellingen en proces voor het tegengaan van corrosie van aluminium - patent voor antivries
• Hoofdonderdelen van uw koelsysteem - geïllustreerd!
• About.com: koelsystemen
• GM Goodwrench-video's