Industri Nyheder

Køler kølevæske system

2024-04-22

Fordi den termiske effektivitet af forbrændingsmotorer stiger med den indre temperatur, holdes kølevæsken ved et højere tryk end atmosfærisk for at øge dets kogepunkt. En kalibreret trykaflastningsventil er normalt indbygget i radiatorens påfyldningsdæksel. Dette tryk varierer mellem modellerne, men varierer typisk fra 4 til 30 psi (30 til 200 kPa).[4]

Når kølevæskesystemets tryk stiger med en stigning i temperaturen, vil det nå det punkt, hvor overtryksventilen tillader overskydende tryk at slippe ud. Dette stopper, når systemtemperaturen holder op med at stige. I tilfælde af en overfyldt radiator (eller samlebeholder) udluftes trykket ved at lade lidt væske slippe ud. Dette kan simpelthen løbe ned på jorden eller opsamles i en ventileret beholder, som forbliver ved atmosfærisk tryk. Når motoren er slukket, afkøles kølesystemet, og væskestanden falder. I nogle tilfælde, hvor overskydende væske er blevet opsamlet i en flaske, kan denne "suges" tilbage i hovedkølekredsløbet. I andre tilfælde er det ikke.


Før Anden Verdenskrig var motorkølevæsken normalt almindeligt vand. Frostvæske blev udelukkende brugt til at kontrollere frysning, og dette blev ofte kun gjort i koldt vejr. Hvis almindeligt vand efterlades til at fryse i blokken af ​​en motor, kan vandet udvide sig, når det fryser. Denne effekt kan forårsage alvorlige indre skader på motoren på grund af udvidelsen af ​​isen.

Udvikling i højtydende flymotorer krævede forbedrede kølemidler med højere kogepunkter, hvilket førte til anvendelsen af ​​glykol eller vand-glykol-blandinger. Disse førte til vedtagelsen af ​​glykoler for deres frostbeskyttelsesegenskaber.

Siden udviklingen af ​​aluminium- eller blandede metalmotorer er korrosionshæmning blevet endnu vigtigere end frostvæske og i alle regioner og årstider.


En overløbsbeholder, der løber tør, kan resultere i, at kølevæsken fordamper, hvilket kan forårsage lokal eller generel overophedning af motoren. Der kan opstå alvorlige skader, hvis køretøjet får lov til at køre over temperatur. Fejl såsom sprængte hovedpakninger og skæve eller revnede topstykker eller cylinderblokke kan være resultatet. Nogle gange vil der ikke være nogen advarsel, fordi temperatursensoren, der leverer data til temperaturmåleren (enten mekanisk eller elektrisk) er udsat for vanddamp, ikke den flydende kølevæske, hvilket giver en skadelig falsk aflæsning.

Åbning af en varm radiator sænker systemtrykket, hvilket kan få det til at koge og udstøde farligt varm væske og damp. Derfor indeholder kølerhætter ofte en mekanisme, der forsøger at aflaste det indre tryk, før låget kan åbnes helt.


Opfindelsen af ​​bilvandradiatoren tilskrives Karl Benz. Wilhelm Maybach designede den første honeycomb radiator til Mercedes 35hk


Det er nogle gange nødvendigt, at en bil er udstyret med en anden, eller ekstra, radiator for at øge kølekapaciteten, når størrelsen af ​​den originale radiator ikke kan øges. Den anden radiator er monteret i serie med hovedradiatoren i kredsløbet. Dette var tilfældet, da Audi 100 første gang blev turboladet og skabte 200'eren. Disse må ikke forveksles med intercoolere.

Nogle motorer har en oliekøler, en separat lille køler til at køle motorolien. Biler med automatgear har ofte ekstra forbindelser til køleren, så transmissionsvæsken kan overføre sin varme til kølevæsken i køleren. Disse kan enten være olie-luft radiatorer, som for en mindre version af hovedradiatoren. Mere enkelt kan de være olie-vandkølere, hvor et olierør er indsat inde i vandradiatoren. Selvom vandet er varmere end den omgivende luft, tilbyder dets højere termiske ledningsevne sammenlignelig afkøling (inden for grænser) fra en mindre kompleks og dermed billigere og mere pålidelig oliekøler. Mindre almindeligt kan servostyringsvæske, bremsevæske og andre hydrauliske væsker afkøles af en ekstra køler på et køretøj.

Turboladede eller superladede motorer kan have en intercooler, som er en luft-til-luft- eller luft-til-vand-køler, der bruges til at afkøle den indgående luftladning - ikke til at køle motoren.


Fly med væskekølede stempelmotorer (normalt inline-motorer frem for radiale) kræver også radiatorer. Da lufthastigheden er højere end for biler, afkøles disse effektivt under flyvningen, og de kræver derfor ikke store områder eller køleventilatorer. Mange højtydende fly lider dog af ekstreme overophedningsproblemer, når de kører i tomgang på jorden - kun syv minutter for en Spitfire.[6] Dette svarer til Formel 1-biler i dag, når de stoppes på nettet med motorer i gang, kræver de luftledninger, der presses ind i deres kølerpuder for at forhindre overophedning.


Reduktion af luftmodstand er et vigtigt mål i flydesign, herunder design af kølesystemer. En tidlig teknik var at udnytte et flys rigelige luftstrøm til at erstatte honeycomb-kernen (mange overflader, med et højt forhold mellem overflade og volumen) med en overflademonteret radiator. Dette bruger en enkelt overflade blandet ind i skroget eller vingehuden, hvor kølevæsken strømmer gennem rør på bagsiden af ​​denne overflade. Sådanne designs blev mest set på fly fra første verdenskrig.

Da de er så afhængige af lufthastigheden, er overfladeradiatorer endnu mere tilbøjelige til at blive overophedet, når de kører på jorden. Racerfly såsom Supermarine S.6B, et racervandflyver med radiatorer indbygget i de øvre overflader af dets flydere, er blevet beskrevet som "at blive fløjet på temperaturmåleren" som den vigtigste grænse for deres præstation.[7]

Overflade radiatorer er også blevet brugt af nogle få højhastigheds racerbiler, såsom Malcolm Campbells Blue Bird fra 1928.


Det er generelt en begrænsning for de fleste kølesystemer, at kølevæsken ikke får lov til at koge, da behovet for at håndtere gas i flowet i høj grad komplicerer design. For et vandkølet system betyder det, at den maksimale mængde varmeoverførsel er begrænset af vandets specifikke varmekapacitet og forskellen i temperatur mellem omgivelsestemperatur og 100 °C. Dette giver mere effektiv afkøling om vinteren, eller i højere højder, hvor temperaturerne er lave.

En anden effekt, der er særlig vigtig ved flyafkøling, er, at den specifikke varmekapacitet ændres og kogepunktet falder med trykket, og dette tryk ændrer sig hurtigere med højden end temperaturfaldet. Generelt mister flydende kølesystemer således kapacitet, når flyet klatrer. Dette var en væsentlig begrænsning for ydeevnen i 1930'erne, da introduktionen af ​​turbosuperchargere først tillod bekvem rejse i højder over 15.000 fod, og køledesign blev et stort forskningsområde.

Den mest oplagte og almindelige løsning på dette problem var at køre hele kølesystemet under tryk. Dette holdt den specifikke varmekapacitet på en konstant værdi, mens udelufttemperaturen fortsatte med at falde. Sådanne systemer forbedrede således køleevnen, efterhånden som de klatrede. Til de fleste anvendelser løste dette problemet med afkøling af højtydende stempelmotorer, og næsten alle væskekølede flymotorer fra Anden Verdenskrig brugte denne løsning.

Men tryksatte systemer var også mere komplekse og langt mere modtagelige for beskadigelse - da kølevæsken var under tryk, ville selv mindre skader i kølesystemet som et enkelt skudhul af riffelkaliber få væsken til hurtigt at sprøjte ud af kølesystemet. hul. Fejl i kølesystemerne var langt den største årsag til motorfejl.


Selvom det er sværere at bygge en flyradiator, der er i stand til at håndtere damp, er det på ingen måde umuligt. Nøglekravet er at tilvejebringe et system, der kondenserer dampen tilbage til væske, før den føres tilbage til pumperne og afslutter kølekredsløbet. Et sådant system kan drage fordel af den specifikke fordampningsvarme, som for vand er fem gange den specifikke varmekapacitet i flydende form. Yderligere gevinster kan opnås ved at lade dampen blive overophedet. Sådanne systemer, kendt som fordampningskølere, var emnet for betydelig forskning i 1930'erne.

Overvej to kølesystemer, der ellers ligner hinanden, og som arbejder ved en omgivende lufttemperatur på 20 °C. Et flydende design kan fungere mellem 30 °C og 90 °C, hvilket giver en temperaturforskel på 60 °C for at transportere varme væk. Et fordampningskølesystem kan fungere mellem 80 °C og 110 °C. Ved første øjekast ser det ud til at være meget mindre temperaturforskel, men denne analyse overser den enorme mængde varmeenergi, der opsuges under dampdannelsen, svarende til 500 °C. Faktisk fungerer den fordampende version mellem 80 °C og 560 °C, en effektiv temperaturforskel på 480 °C. Et sådant system kan være effektivt selv med meget mindre mængder vand.

Ulempen ved det fordampende kølesystem er det område af kondensatorerne, der kræves for at køle dampen tilbage under kogepunktet. Da damp er meget mindre tæt end vand, er et tilsvarende større overfladeareal nødvendigt for at give tilstrækkelig luftstrøm til at køle dampen ned igen. Rolls-Royce Goshawk-designet fra 1933 brugte konventionelle radiatorlignende kondensatorer, og dette design viste sig at være et alvorligt problem for modstand. I Tyskland udviklede brødrene Günter et alternativt design, der kombinerede fordampningskøling og overfladeradiatorer spredt over hele flyets vinger, skrog og endda roret. Adskillige fly blev bygget efter deres design og satte adskillige præstationsrekorder, især Heinkel He 119 og Heinkel He 100. Disse systemer krævede imidlertid adskillige pumper for at returnere væsken fra de spredte radiatorer og viste sig at være ekstremt vanskelige at holde kørende korrekt. , og var meget mere modtagelige for kampskader. Bestræbelserne på at udvikle dette system var generelt blevet opgivet i 1940. Behovet for fordampningskøling blev snart ophævet af den udbredte tilgængelighed af ethylenglycolbaserede kølemidler, som havde en lavere specifik varme, men et meget højere kogepunkt end vand.


En flyradiator indeholdt i en kanal opvarmer luften, der passerer igennem, hvilket får luften til at udvide sig og øge hastigheden. Dette kaldes Meredith-effekten, og højtydende stempelfly med veldesignede radiatorer med lavt luftmodstand (især P-51 Mustang) får tryk fra det. Drivkraften var betydelig nok til at opveje modstanden af ​​den kanal, radiatoren var indesluttet i, og gjorde det muligt for flyet at opnå nul kølemodstand. På et tidspunkt var der endda planer om at udstyre Supermarine Spitfire med en efterbrænder ved at sprøjte brændstof ind i udstødningskanalen efter radiatoren og antænde den. Efterbrænding opnås ved at indsprøjte yderligere brændstof i motoren nedstrøms for hovedforbrændingscyklussen.

We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept