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Einführung
Alle Verbrennungsmotoren (IC-Motoren) (Viertakt und Zweitakt) benötigen eine Form der Temperaturkontrolle, um Überhitzung und Festfressen zu vermeiden. Einige Motoren sind luftgekühlt, während andere wassergekühlt sind.
Als Faustregel gilt, dass kleine Motoren (wie bei Motorrädern oder Rasenmähern) luftgekühlt sein können, während größere Motoren wassergekühlt sein sollten. Größere Motoren sind aus mehreren Gründen wassergekühlt:
- Wasser ist reichlich vorhanden und kann an den meisten Orten leicht beschafft werden.
- Wasser hat eine höhere Wärmeabfuhrkapazität als Luft.
- Wasser kann an einem entfernten Ort gekühlt werden, was das Design des Kühlwassersystems flexibler macht.
Eine Kühlwassertemperatur von etwa 80°C (176°F) und ein Kühlwasserdruck von 3 bar (44 psi) sind für die meisten Motoren im Betrieb unter Last Standard.
Kühlwasser wird manchmal als 'Mantelwasser' bezeichnet, da es den Verbrennungsraum umgibt.
Komponenten des Kühlwassersystems
Ein Motorkühlwassersystem besteht aus einem Thermostat, einer Zylinderbuchse, einer Kühlwasserpumpe und einem Wärmetauscher (Kühler).
Motorkühlwassersystem
Eine Kühlwasserpumpe ist erforderlich, um das Kühlwasser im gesamten Motor zu zirkulieren. Die Pumpe ist direkt mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelt, und ihre Geschwindigkeit und der Ausgangsdruck sind direkt proportional zur Motordrehzahl. Die meisten Pumpen sind mit dem Motor über einen Riemen, ein Zahnrad oder eine Kette verbunden, aber dies hängt von der Größe des Motors ab; sehr große Motoren verwenden Kreiselpumpen, die von Elektromotoren angetrieben werden.
Ein Thermostat reguliert die Kühlwassertemperatur und damit die Motortemperatur. Der Thermostat kann den Motor schnell erwärmen, indem er den Kühler umgeht, oder den Motor kühlen, indem er das Kühlwasser zum Kühler leitet. Sein Hauptzweck ist es, sicherzustellen, dass der Motor nicht überhitzt.
Ein Kühler leitet Wärme ab und verhindert, dass der Motor überhitzt. In einem Auto ist das Kühlmedium Luft, aber größere Motoren verwenden oft eine Flüssigkeit als Kühlmedium, z.B. verwenden Schiffsmotoren Meerwasser.
Motorkühler
Die Zylinderbuchse sorgt dafür, dass das Kühlwasser gleichmäßig durch den Zylinderliner verteilt wird. Die Verbrennung erfolgt innerhalb des Zylinderliners (Verbrennungsraum), daher ist dieser Bereich der heißeste Teil des Motors und muss korrekt gekühlt werden. Das Kühlwasser tritt an der Basis der Buchse ein und wird oben abgeführt.
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Wie funktionieren Motorkühlwassersysteme?
Wenn das Kühlwasser (Mantelwasser) kalt ist, umgeht der Thermostat den Kühler und die Temperatur des Kühlwassers steigt allmählich an, bis sie die optimale Temperatur erreicht.
Wenn das Kühlwasser zu heiß ist, leitet der Thermostat es zum Kühler, wo die Wärme abgeführt wird, damit der Motor nicht überhitzt.
Klicken Sie hier, um zu erfahren, wie ein Thermostat funktioniert.
Frostschutzmittel und thermische Ausdehnung
Das Kühlwassersystem wird mit Frostschutzmittel versetzt, um zu verhindern, dass das Wasser bei Temperaturen unter Null (<0°C) gefriert. Sollte das Kühlwasser gefrieren, würde der Motor höchstwahrscheinlich schwer beschädigt werden, da das Wasser sich ausdehnt und große mechanische Spannungen auf die Motorkomponenten ausübt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass der Zylinderblock reißt, wenn das Kühlwasser gefriert.
Ein Ausgleichsbehälter ist installiert, um die thermische Ausdehnung des Kühlwassers zu ermöglichen, falls zu viel Kühlwasser im System vorhanden ist. Die sich ausdehnende Flüssigkeit öffnet normalerweise ein Ventil oben am Kühler und fließt in einen entfernten Speicherbereich, z.B. Ausgleichsbehälter oder Expansionsbehälter.
Korrosionsinhibitoren
Korrosionsinhibitoren werden dem Kühlwassersystem hinzugefügt, um die inneren Komponenten des Motors zu schützen. Die Inhibitoren halten die Wärmeübertragungsflächen des Motors sauber und verhindern die Ansammlung von Ablagerungen oder Rost. Eine Verschmutzung der Oberflächen im Kühlwassersystem würde die Wärmeübertragungsrate verringern und das Risiko einer Überhitzung des Motors aufgrund mangelnder Kühlung erhöhen.
3D-Modellkomponenten
Dieses 3D-Modell zeigt alle wichtigen Komponenten eines typischen Motorkühlwassersystems, darunter:
- Thermostat
- Kühlwasserpumpe
- Kühler (Wärmetauscher)
- Ausgleichsbehälter (Expansionsbehälter)
- Zylinderbuchse
Zusätzliche Ressourcen
https://www.carparts.com/classroom/coolingsystem.htm
https://www.howacarworks.com/basics/how-an-engine-cooling-system-works