Jedním z hlavních úkolů výrobců motorů je zvyšování účinnosti, která by v ideálním případě měla dosahovat 100 %. Ale v tuto chvíli mají spalovací motory používané v autech k ideálu daleko. Při jejich provozu se značná část energie vynakládá na tření a ohřev. Kvůli výslednému zahřívání musí být ve voze instalovány chladicí systémy. V současné době nejběžnější kapalinový chladicí systém pro motor automobilu. Do něj se nalévá chladicí kapalina (nemrznoucí směs nebo nemrznoucí směs), která cirkuluje systémem pod tlakem a ochlazuje odpovídající jednotky. V tomto článku zvážíme, jaký tlak se vytváří v chladicím systému, jak se to děje, a také další problémy související s tímto tématem.
Obsah: 1. Jak se vytváří tlak uvnitř chladicího systému automobilu 2. Proč je potřeba vysoký tlak uvnitř chladicího systému 3. Jaký je tlak uvnitř chladicího systému automobilu 4. Jakou roli hraje uzávěr expanzní nádoby v tlaku chladicího systému 5. Proč je důležité udržovat správný tlak v chladicím systému
Jak se vytváří tlak uvnitř chladicího systému automobilu
První věc, kterou musíte pochopit, je, že v chladicím systému motoru nevzniká žádný zvláštní tlak. Samotným motorovým jednotkám je jedno, pod jakým tlakem chladicí kapalina cirkuluje. Hlavní věc je, že prvky motoru mají čas dostatečně vychladnout.
Jak víte, téměř každá kapalina se při zahřátí rozpíná. To platí i pro chladicí kapalinu – nemrznoucí směs, nemrznoucí směs. V průměru se chladicí kapalina při zahřátí rozšíří o 10-20%, to znamená, že se její hladina v systému zvýší. Protože chladicí systém je uzavřený, utěsněný okruh, při nastartování motoru se zvyšuje tlak a chladicí kapalina se zahřívá. Nemrznoucí kapalina tlačí na stěny radiátorů, potrubí a dalších součástí systému uvnitř.
Upozornění: Víčko expanzní nádrže hraje důležitou roli v chladicím systému automobilu. Jedná se o vysokotlaký a nízkotlaký ventil, který může odvzdušňovat přebytečný nebo naopak nasávat vzduch z atmosféry.
Proč potřebujete vysoký tlak uvnitř chladicího systému?
Pokud si pamatujete školní kurz fyziky, snadno pochopíte, proč se v chladicím systému používá zvýšený tlak. Jak víte, čím vyšší je tlak, tím vyšší je bod varu kapaliny. Pokud je tedy tlak například 1 atmosféra, obyčejná voda se bude vařit při 100 stupních Celsia. Pokud však zvýšíte tlak na 2 atmosféry, bod varu se přiblíží 120 stupňům Celsia.
Poznámka: výše uvedený příklad s vodou je uveden z nějakého důvodu. Ještě před několika lety využívaly chladicí systémy automobilů k chlazení motoru obyčejnou vodu. Protože jeho bod varu je 100 stupňů Celsia a provozní teplota motoru je často vyšší, bylo rozhodnuto zvýšit tlak uvnitř chladicího systému. Navíc starší chladicí systémy netěsnily tak dobře jako jejich moderní protějšky.
Chladicí kapaliny, které se v současné době používají v chladicím systému automobilu, se vaří při teplotě 130-140 stupňů a v uzavřené soutěži s vysokým tlakem může teplota dosáhnout až 150 stupňů. Proto je problém „varu“ motoru stále méně častý.
Jaký je tlak uvnitř chladicího systému automobilu
Okamžitě stojí za zmínku, že v závislosti na autě se tlak v chladicím systému automobilu bude lišit. Uveďme průměrnou hodnotu – je to přibližně od 1,2 do 2 atmosfér (ve vzácných situacích může tlak dosáhnout až 2 atmosfér).
Vezměte prosím na vědomí: Když mluvíme o tlaku ve vztahu k kapalině, je obvyklé jej nazývat ne v atmosférách, ale v barech. V souladu s tím je tlak v chladicím systému v tomto případě v průměru od 1,2 do 2 barů.
Tlak v chladicím systému může záviset na mnoha různých faktorech: použité chladicí kapalině, struktuře samotného motoru, těsnosti a tak dále.
Jakou roli hraje uzávěr expanzní nádoby v tlaku chladicího systému?
Důležitou otázkou, kterou je třeba zvážit, je význam uzávěru expanzní nádrže. Jde o ventil, jehož úkolem je řídit tlak uvnitř hadic a potrubí.
Se stoupající teplotou motoru se zvyšuje teplota kapaliny v chladicím systému. V souladu s tím se tlak zvyšuje spolu s tím. Pokud není systém v určitém bodě odtlakován, může dojít k prasknutí hadice nebo chladiče.
Uzávěr expanzní nádoby je nezbytný k tomu, aby mohl ve správný čas uniknout přebytečný tlak. Podobným způsobem je možné udržovat určitý tlak uvnitř chladicího systému např. na úrovni 1,5 atmosféry.
V opačném směru hraje roli i víčko expanzní nádrže. Když auto stojí, jeho motor se postupně ochlazuje. S klesající teplotou motoru klesá teplota chladicí kapaliny a zároveň se v chladicí soustavě tvoří řídká atmosféra. V takové situaci se uzávěr expanzní nádrže otevře (to znamená, že převezme roli ventilu) a dodá potřebné množství vzduchu pro normalizaci tlaku.
Proč je důležité udržovat správný tlak v chladicím systému?
Této problematiky jsme se již částečně dotkli výše, ale nyní ji zvážíme trochu podrobněji. Nadměrný tlak v chladicím systému může poškodit součásti tohoto systému. Tento systém obsahuje velké množství prvků, které se mohou vlivem vysokého tlaku jednoduše roztrhnout nebo deformovat. Mezi tyto prvky patří:
Pokud je některá z těchto součástí zdeformovaná (nebo je roztržená, rozbitá nebo prasklá), je s největší pravděpodobností na vině tlak v chladicím systému.
Tlak v chladícím systému auta a co to ovlivňuje, patří k oblíbeným tématům automobilových internetových holivarů, i když co do intenzity vášní má samozřejmě daleko k „olejovým struhadlům“ či diskusím typu „do ohřívat či netopit.” Nicméně tato otázka je důležitá a zajímavá a rád bych na ní uvedl „i“.
Bod varu vody při atmosférickém tlaku je dobře známých a kanonických 100 °C. Nemrznoucí směs etylenglykol za stejných podmínek – 105-107 °C. Ale protože se zvyšujícím se tlakem se bod varu chladicí kapaliny zvyšuje, v chladicím systému motoru se záměrně vytváří tlak asi 1,2-1,5 atm. Díky tomu se mez varu nemrznoucí směsi posouvá k hodnotám 120-125 °C a ještě výš a „horké“ motory (kterých se za posledních 10 let stalo většinou) si úspěšně udržují stabilní teplotu bez rizika var chladicí kapaliny za normálních podmínek.
Tlak přesahující atmosférický tlak je normou pro chladicí systémy v 99,9 % moderních motorů. Jeho hlavním a jediným úkolem je zajistit, aby nemrznoucí směs nevřela, pokud je provozní teplota motoru vyšší než bod varu chladicí kapaliny při atmosférickém tlaku. Při varu dochází k hojnému odpařování, které brání lopatkám čerpadla účinně čerpat kapalinu, a bublinky páry, které působí jako bariéra mezi kapalinou a jím omývaným povrchem, prudce zhoršují odvod tepla. Tyto dva procesy spolu úzce souvisí, vzájemně se podporují a rychle postupují. Výsledkem je rychlé přehřátí motoru, které se nezastaví okamžitě ani po vypnutí a z tohoto důvodu je málokdy zcela bez následků.
Ve skutečnosti se provozní teplota spalovacích motorů během jejich vývoje zvýšila a tento proces pokračuje dodnes. Obvykle lze „fáze růstu“ definovat takto:
- „80-85 °C“ (dávné teplotní charakteristiky charakteristické pro motory poloviny dvacátého století)
- „95-105 °C“ (vlastnosti, které byly v posledních několika desetiletích normou a jsou stále relevantní pro relativně jednoduché motory)
- „120-130 °C“ (teploty, při kterých pracují nejmodernější moderní motory, které jsou na špičce z hlediska spotřeby paliva a ekologických norem)
Tyto údaje jsou přibližné, jsou uvedeny jednoduše pro pochopení, o jakých hodnotách mluvíme. Existují i výjimky, kdy „všechno je naopak“, ale jsou vzácné a jen potvrzují pravidlo.
Nyní se zajímáme o rané období rozvoje automobilového průmyslu – stejných 80-85 ° C. Jak vidíme, tato teplota je nižší než bod varu vody při atmosférickém tlaku a ještě více – nižší než teplota varu nemrznoucí směsi za stejných podmínek. Proto tyto motory nepotřebovaly tlak v chladicím systému? Naprosto správně – nebyl tam!
Staré hliněné časy – éra motorů s otevřeným chladicím systémem! V chladičích tehdejších vozů samozřejmě byly zátky, které však nezajišťovaly těsnost, ale sloužily pouze k zamezení stříkání vody, když se vůz třásl na výmolech. Vše ostatní se od moderních motorů výrazně nelišilo: čerpadlo se také otáčelo a svým oběžným kolem hnalo kapalinu v kruhu pláštěm motoru a chladičem a voda expandující při zahřátí byla vytlačována do kompenzačního objemu, který sloužil jako horní nádrž chladiče, která nebyla zcela naplněna.
Navzdory slušnému celkovému výkonu tyto motory pracovaly v mírných podmínkách při nízkých otáčkách a malém výkonu extrahovaném z každého litru kubatury. Bloky a hlavy byly litinové, masivní, s velkými objemy oleje v klikových skříních, s velkými chladiči a neustále se otáčejícími chladicími oběžnými koly namontovanými přímo na čerpadle nebo řemenici klikového hřídele, bez jakýchkoli teplotních čidel nebo viskózních spojek. Proto se ani při maximální zátěži teplota vody v chladicím systému bez tlaku nepřiblížila sto stupňům a fungující motor se nevařil. A ani v počáteční fázi poruch (termostat se úplně neotevře, nízká hladina kapaliny, částečně ucpaný chladič atd.) Problém nenastal okamžitě – motor měl velkou zásobu „masa“ a nebylo možné přivést to do bodu, kdy chrlí páru, je to tak jednoduché.
Druhou stranou mince a nedílnými společníky charakteristik takových motorů však byla žravost paliva a nízká šetrnost k životnímu prostředí. Tyto dva body si následně vyžádaly reformy v motorovém inženýrství a motory se začaly zmenšovat, méně žraly, dodávaly více na litr a jejich provozní teplota se zvyšovala. Otevřené chladicí systémy zmizely a ustoupily utěsněným – teplota vzrostla a hlavní roli v ochraně před varem převzal nemrznoucí tlak.
V souladu s tím se pod kapotou objevil takový detail jako zátka expanzní nádrže s kalibrovaným ventilem, kterému byla svěřena velká odpovědnost – udržovat tlak na přesně stanoveném limitu. A pokud je překročena, v případě poruchy chladicího systému otevřete a vypusťte páru a nemrznoucí kapalinu ven, aby hadice a radiátory nepraskli.
Avšak i přesto, že se po zavedení tlaku na chodu chladicí soustavy nic zásadně nezměnilo, kromě posunu teploty do vyšší zóny, mnozí automobiloví nadšenci začali mylně považovat tlak za nezbytnou podmínku pro nejrůznější procesy. Na autofórech se můžete často setkat s tvrzeními, že pokud v důsledku poruchy nebo absence zátky expanzní nádrže zmizí tlak v systému, čerpadlo nebude moci normálně pracovat, termostat se neotevře, motor se vypne nedosáhnou provozní teploty (!) a podobné fantazie.
To je špatně. Čerpadlo pohání kapalinu a vůbec neví, pod jakým tlakem je nebo bez něj. Kvalitu oběhu ovlivňuje pouze integrita oběžného kola, napnutí řemene, čistota kanálů v chladiči a viskozita nemrznoucí směsi. Termostat se otevírá pouze na základě teploty chladicí kapaliny a nic jiného. Když nemrznoucí směs v oblasti termostatu dosáhne otevírací teploty termostatu, termostat se otevře, i když se čerpadlo vůbec neotáčí.
Ano, zvyšování provozní teploty motorů se stalo jedním z nevyhnutelných opatření, které zajišťuje moderní požadavky na šetrnost k životnímu prostředí a efektivitu. Systém tlakového chlazení má ale i dvě velmi podstatné nevýhody.
Prvním je zvýšené riziko úniku nemrznoucí směsi. Zatímco auto je nové, samozřejmě nejsou žádné problémy, ale s věkem se začínají objevovat slabá místa v chladicím systému. Pružinové svorky slábnou, pryžové trubky ztrácejí pružnost a praskají. Plastové prvky (konektory adaptérů, armatury, pouzdra termostatů atd.) křehnou a křehnou. A kde je tenký, tam se zlomí. Tlak chladicí kapaliny ji začne vytlačovat při první příležitosti. Chladicí systém „související s věkem“ je nepředvídatelný ve svých překvapeních, jehož cena je velmi vysoká – pokud motor „nepraskne“ z přehřátí, budete muset přinejmenším vyjet na odtahové vozidlo, protože bez nemrznoucí směsi ani po vychladnutí daleko nedojedete.
Druhá nevýhoda je částečně variací té první. Moderní motory nemají prakticky žádnou rezervu „masa“, bez ohledu na to, kam je šťouchnete, tepelnou kapacitu chladicího systému nevyjímaje. Zvýšený tlak urychluje nemrznoucí směs na asfalt, když se objeví sebemenší netěsnost a tam, kde by starý motor (i s chladicím systémem pracujícím pod tlakem, nemluvě o otevřeném!) nějakou dobu vydržel a postupně ztrácel kapalinu, moderní motor o něj přichází nebezpečným tempem. Lépe řečeno, tempo je stejné, ale výsledek jiný. Chladicí systém moderního vozu třídy B pojme o polovinu méně nemrznoucí kapaliny než i klasické Zhiguli, a pokud za půl hodiny každé z aut ztratí litr, pak první bude mít 10% ztrátu a druhé již bude mít 20 %. Úměrně tomu klesá „přežití“ stroje a úměrně tomu roste riziko následků přehřátí.
Dá se s tím bojovat? Je to možné, ale obtížné. Zkušení řidiči Gazelle si mimochodem mohou vybavit poměrně rozšířenou historku z konce 90. let, kdy byla kvalita sestavení taková, že ani šikovní řidiči nedokázali překonat nemrznoucí kapalinu celé měsíce. A pouze odšroubování uzávěru expanzní nádrže a přepnutí chladicího systému do režimu „bez tlaku“ umožnilo zbavit se ranních nekonečných modrých kaluží na asfaltu. Tento trik však fungoval pouze u prastarých motorů ZMZ , jehož předci pracovali klidně bez tlaku vody.
U moderních automobilů, aby se zabránilo přehřívání, je bohužel nemožné přeměnit utěsněný chladicí systém na otevřenou verzi. Při pořízení vozu starého 7-10 let a/nebo s vysokým nájezdem kilometrů je proto nanejvýš vhodné kompletně vyměnit celý chladicí systém – minimálně všechny gumové hadice, spony, většinu plastových dílů (adaptér propojovací trubky mezi hadicemi, atd.), termostat a zátka expanzní nádoby. Ale i při použití slušného neoriginálu se takový postup ukazuje jako velmi drahý a vzácní kupující ojetých vozů se rozhodnou přijmout taková preventivní opatření bez zjevných poruch.
