”Ett kylsystem är utformat för att ta bort överskottsvärme från en motor, därigenom tillåta den att fungera vid normal driftstemperatur.”
Förbränning av bränslen är en starkt exoterm reaktion, vilket innebär att en stor mängd värmeenergi frigörs när bränslen förbränns. Till exempel kan en bensinbrand vara så varm som 1500 grader och kan frigöra 45 megajoule energi per kg bensin. Detta räcker för att smälta aluminium och gjutjärn, som båda är populära material vid tillverkning av bilmotorer. Trots det kan vi utan ansträngning kryssa nerför motorvägen i samma bil i åratal utan att motorn flyr från under huven som en het pyrande röra. Låt oss utforska vad som gör detta möjligt!
Förbränningsmotorer genomgår upprepade värmecykler vid temperaturer nära smältpunkten (Foto: yucelyilmaz/Shutterstock)
Energiutgifter i en motor
När bränsle förbränns i en kontrollerad miljö – i vårt fall en motor – omvandlas inte all energi till nyttigt arbete. En typisk energibok i en motor ser ut så här: 1. Användbart arbete (vid vevaxeln) – 25% 2. Värme som går förlorad till cylinderväggarna på grund av ledning – 30% 3. Förluster i avgaser – 35% 4. Förluster för att övervinna friktion – 10 % Värme som går förlorad till cylinderväggarna går dock inte ut systemet, vilket kan resultera i överhettning av motorn.
Problem med överhettning av motor
1. Effektivitetsförlust
Antändning av brännbar laddning i en motor är synkroniserad med momentana positioner och rörelsen av komponenter som ventiler och kolvar. En överhettad motor gör att laddningen förtänds, trots att kolvarna inte är i rätt läge, vilket resulterar i att tändningen är ineffektiv för att bidra till kolvens rörelse. Detta leder till en total minskning av motoreffektiviteten.
2. Strukturella skador
Långvarig förtändning och exponering värmecykler till nära smältpunkten kan resultera i permanent deformation av motorkomponenterna, vilket avsevärt förkortar dess livslängd.
3. Kolven fastnar
Över värme tenderar att brännas av smörjoljor inuti kolven, vilket gör att de fastnar i cylindern. Således är alla motorer utrustade med en kylning system som möjliggör optimal prestanda genom att förskjuta överdriven värme.
Typer av kylsystem
Baserat på media som tar ut överskottsvärme för att rikta den bort från motorn finns det två typer av kylsystem:
1. Luftkylda motorer
Motorcykelmotorer har fenor för att hjälpa till med luftkylning (Foto: Alexandru Nika/Shutterstock)
I luftkylda motorer riktas den betydligt kallare omgivande luften runt cylindrarnas väggar för att utvinna värme. Effektiv kylning kan uppnås genom att öka ytan på motorn som är i kontakt med luften. Detta underlättas av införandet av förlängda ytor, kallade fenor, runt cylinderns cylinder. Luftkyld motorer finns vanligtvis i motorcyklar och vissa gamla bilar.
Fördelar:
i . Lättare i konstruktionen, eftersom de är en del av motorblocket ii. Kan användas i extrema klimat där vätskekylning inte är möjlig på grund av frysrisken iii. Lättare att underhålla tack vare enklare arkitektur
Nackdelar:
i. Inte särskilt effektivt, eftersom det inte är lätt att hålla jämn kylning i hela motorn ii. Kan vara bullriga att använda iii. Om en fläkt används för att suga in frisk luft, kan den förbruka en betydande mängd ström från motorn för att köras
2. Vätskekylda motorer
En kylvätska cirkulerar i motorns kylmantel för att förhindra att den överhettas (Foto: SiNeeKan/Shutterstock)
Sådana motorer har en dedikerad kylarkitektur i form av kyljackor som är integrerade med sin struktur. Dessa jackor innehåller en “kylvätska” som absorberar värme och rinner ut ur motorn till en värmeväxlare. Värmeväxlaren, även känd som kylaren, drar in kall omgivande luft med hjälp av en fläkt för att sänka temperaturen på det varma kylvätskan och återcirkulera det i motorn i en cykel. Vattenkylda system finns överallt i alla bilar och även i moderna högpresterande motorcyklar.
Fördelar
i. Detta system säkerställer mer effektiv kylning ii. Vätskekylda system förbrukar mindre bränsle jämfört med sina luftkylda motsvarigheter iii. Radiatorns position kan fastställas baserat på personlig bekvämlighet
Nackdelar
i . Skrymmande och underhållskrävande system ii. Kylvätskans kemiska sammansättning måste vara korrekt, annars kan det leda till korrosion av kylmantel iii. En lägsta kylvätskenivå måste upprätthållas
Flödesväg för en vätskekyld motor (Foto: udaix/Shutterstock)
En variant av vätskekylda motorer är den oljekylda motorn. Den använder den smörjande motoroljan som arbetsvätska som går till en oljekylande värmeväxlare. Även om ett sådant system inte är skrymmande och relativt billigt att underhålla, kan det inte användas effektivt på flercylindriga motorer. Således finns den i motorcyklar med måttlig prestanda och används ofta i samband med luftkylning.
Värmeväxlingsavvägning
I strävan efter att eliminera överskottsvärme, visar sig överdriven kylning också vara skadlig för en motors prestanda. 1. Överkylning ökar värmeförlusten till cylindrarna, vilket minskar dess termiska effektivitet.
2. Överdriven kylning motverkar antändning av laddning, vilket minskar förbränningseffektiviteten. 3. Motorolja blir trögflytande med sjunkande temperatur. Detta får den att motstå kolvrörelser, vilket leder till att mer energi förbrukas för att övervinna kolvfriktionen.
Kylsystem i elbilar
Vätskekylda batteripaket som dessa används i elbilar (Fotokredit : P5h/Shutterstock)
Kylsystem i elbilar är ganska lika till de i förbränningsmotorerna som diskuterats ovan. Men pågående forskning har fått oss att tro att luftkylning är inte en särskilt effektiv lösning för den värme som genereras vid urladdning av batterier. Vätskekylning i batteripaket kan uppnås genom att helt nedsänka dem i icke-ledande kylmedel, eller omge dem med kylkanaler.
Men eftersom elfordon befinner sig i ett begynnande utvecklings- och variationsstadium är det för tidigt att kommentera den fullständiga karaktären av deras kylning, som kommer att förändras i takt med att batteritekniken fortsätter att utvecklas.
Föreslagen läsning
Kolla på Amazon
Referenser
World Nuclear Association
Dober
Engine Cooling Systems HP1425: Cooling System Theory, Design and Performance For Drag Racing, Road Racing, Circle Track, Street Rods, Musclecars, Import, OEM-bilar, lastbilar, husbilar och dragfordon Pocketbok – 6 november 2007 av Ray T. Bohacz
This website uses cookies so that we can provide you with the best user experience possible. Cookie information is stored in your browser and performs functions such as recognising you when you return to our website and helping our team to understand which sections of the website you find most interesting and useful.
Strictly Necessary Cookies
Strictly Necessary Cookie should be enabled at all times so that we can save your preferences for cookie settings.
If you disable this cookie, we will not be able to save your preferences. This means that every time you visit this website you will need to enable or disable cookies again.
