Kylsystemet är den obesjungna hjälten i förbränningsbilsmotorn. Den håller tyst på din motor vid driftstemperatur, förhindrar överhettning och ger samtidigt en härlig och mysig värme till kupén. Den enda gången vi lägger märke till kylsystemet är när det misslyckas, och det kan ganska ofta vara katastrofalt.
Temperaturen inuti förbränningskammaren på en bilmotor, (det område där bränslet brinner) kan lätt nå så högt som 1600 grader. F. Motorns drifttemperatur bör ligga inom det låga 200 graders området. Det är mycket värme som måste tas bort. Motorns drifttemperatur beror på kylvätskans temperatur. Motorskador kan inträffa ganska snabbt när kylvätsketemperaturen börjar stiga nära 300 grader.
Ett motorkylsystem fungerar på principen om värmeöverföring. Värmeöverföring är rörelsen av värmeenergi från en plats till en annan. Värmeenergi kommer alltid att söka efter något svalare. Ett bra exempel på detta är att lägga en varm burk läsk (öl) i en kylare med is. Eftersom värmeenergi alltid kommer att flyttas till något svalare, överförs värmeenergin i burken till isen, vilket gör burken kall. Kyla är per definition frånvaron av värmeenergi.
Så här använder ett kylsystem för bilar värmeöverföringsmekanismen för att hålla din motor sval och dina tuttar varma:
Vattenpumpen cirkulerar kylvätska genom kylsystemet. Vattenpumpen drivs av samma tillbehörsdrivremmar som driver generatorn, servostyrningspumpen och luftkonditioneringens kompressor. Dessa remmar drivs av en remskiva på framsidan av vevaxeln. Vattenpumpen använder snurrande pumphjul för att trycka kylvätska genom motorn, kylaren och värmeelementet.
Kylvätska strömmar genom motorn via vattenmantlar. Vattenmantlar finns genom hela motorn, men är koncentrerade mest runt förbränningskamrarna, eftersom det är där värmen alstras och där temperaturen är som högst.
Termostaten styr kylvätskans flöde. Termostaten är kylsystemets portvakt. Den använder en fjädermanövrerad tallriksventil som är stängd när motorn är kall, vilket blockerar kylvätskeflödet och vanligtvis öppnar vid en kylvätsketemperatur på 185 – 195 grader, beroende på termostatens klassificering.
När termostaten är stängd hindrar den kylvätskeflödet genom kylaren. Kylvätska leds genom motorn med hjälp av en bypassslang. Detta gör att kylvätskan värms upp utan kyleffekter av att kylaren försöker kyla ner den. På så sätt kan motorn och kylvätskan nå driftstemperatur.
När den uppnår driftstemperaturen öppnas termostaten, vilket låter kylvätska strömma genom kylaren. Termostaten använder en bimetallfjäder. Det betyder att fjädern består av två separata metaller som drar ihop sig och expanderar olika när de utsätts för temperaturförändringar. När den varma kylvätskan värmer upp fjädern drar båda metallerna mot varandra, vilket gör att fjädern drar ihop sig, vilket öppnar tallriksventilen och låter kylvätskan flöda.
När kylvätska väl strömmar genom kylaren fortsätter den i en cykel av uppvärmning och nedkylning. När kylvätskan passerar genom motorn går värmen från den heta motorn till kylvätskan. Denna extremt varma kylvätska pumpas sedan genom kylaren där dess värmeenergi överförs till atmosfären och cykeln fortsätter.
Så när kylvätskan strömmar genom kylaren går värmeenergin från kylvätskan till metallen i kylaren. Kylfläkten blåser luft genom kylarfenorna, vilket låter värmeenergin från kylaren komma in i luften, där den försvinner. Ungefär som att blåsa på dina pommes frites för att kyla ner dem.
Kylfläktar är antingen remdrivna eller drivs av en elmotor. Remdrivna fläktar är vanligtvis utrustade med en centrifugalkoppling eller en termostatkoppling. En centrifugalkoppling saktar ner hastigheten på de snurrande fläktbladen när motorvarvtalet ökar, genom att tillåta fläkten att gå fri, frikopplad från motorns vridmoment. Detta är baserat på antagandet att om motorvarvtalet är högre måste fordonet röra sig på vägen. När fordonet är i rörelse blåser luft naturligt genom kylaren, så det behöver mindre fläkthastighet. Att minska fläkthastigheten minskar belastningen på motorn, vilket förbättrar bränsleekonomin.
En termostatisk koppling har en inbyggd bimetallfjäder som minskar vridmomentet till fläktbladen när motorn är kall, vilket gör att de kan frihjula. När fjädern värms upp tillåter den full drift av fläktblad. Detta begränsar också fläktmotståndet för att förbättra bränsleekonomin.
Elektriska kylfläktar aktiveras av den elektroniska styrmodulen (ECM), med hjälp av en ingång från motorns kylvätsketemperatursensor. När kylvätskan når en förutbestämd hög temperatur kommer ECM att slå på fläkten. ECM kommer att stänga av fläkten när kylvätskan når en förutbestämd låg temperatur.
Elektriska fläktar är bäst eftersom de inte belastar motorn, vilket hjälper till att spara bränsle. Elektroniskt styrning av kylfläkten gör att ECM kan kontrollera kylvätskans temperatur och bibehålla optimal kylvätsketemperatur. ECM kommer också att slå på kylfläkten när luftkonditioneringen är igång. Luftkonditioneringens kondensor är placerad framför kylaren, så det är absolut nödvändigt att det blåser konstant höghastighetsluft genom kylaren och kondensorn när luftkonditioneringen är igång.
Alla bilkylsystem är förseglade med ett trycklock. Eftersom värme ökar trycket, börjar trycket i ett kylsystem att byggas upp så fort temperaturen stiger. Det behöver inte sägas att om du glömmer att kontrollera detta tryck kan det bli katastrofalt. Trycklock ventilerar kylsystemet vid ett förutbestämt tryck. De flesta locken är inställda på 15 pund per kvadrattum (PSI) tryck. Detta betyder att vid 15 PSI kommer locket att släppa ut trycket till atmosfären. Ett trycklock fungerar enligt samma princip som en termostat. Bimetallfjädern drar ihop sig, lyfter tätningen och låter trycket släppa.
Trycklocket kan placeras på antingen radiatorn eller på en plastavgasflaska. En avgasningsflaska är en behållare som placeras i motorrummet, högre upp än motorn och kylaren. Eftersom luft stiger naturligt när den fångas i en vätska, kommer all luft i kylsystemet att ta sig till avgasningsflaskan och trycks ut ur trycklocket under ventileringen. Luft är skadligt för ett kylsystem. Instängd luft kommer att stoppa kylvätskeflödet, vilket kan orsaka överhettning, brist på värme i kupén eller falska temperaturmätare.
System som monterar trycklocket på kylaren använder en överströmningstank. Allt den här tanken gör är att fånga upp eventuell kylvätska som kan rinna ut under tryckavluftning. Om kylvätskenivån i kylaren skulle sjunka på grund av kylsystemets normala ebb och flöde, kommer kylvätskan att sugas ut ur spilltanken och tillbaka in i kylaren.
Förutom att hålla din motor sval, hjälper ditt kylsystem till att hålla dig varm. Värmen som blåser in i kupén en kall dag överförs från den varma kylvätskan, till värmarens kärna och sedan till luften, som tvingas in i bilen av fläktmotorn.
En värmarkärna är i grunden en miniradiator. Kylvätska strömmar genom en serie smala rör som är förbundna med tunna lager av metall, arrangerade i en bikakeliknande konfiguration. De varma rören värmer bikakan, som överför sin värmeenergi till luften när den tvingas genom värmarens kärna av fläktmotorn. Det är därför du ofta hör om en dålig termostat som orsakar ett tillstånd utan värme. Om termostaten har fastnat öppen har kylvätskan inte möjlighet att nå driftstemperatur. Inte varm kylvätska betyder inte varm värme.
Så det här är grunderna för hur ett motorkylsystem håller motorn från att förstöra sig själv. Bilmotorer gör ett riktigt bra jobb med att dölja allt våld som faktiskt pågår djupt inuti en förbränningsmotor medan den är igång. Värme är en biprodukt av allt det där helt och hållet, och ditt kylsystem kämpar kontinuerligt för att hålla värmen under kontroll.
