Introduktion til kølesystemer

Introduktion til kølesystemer

En motor giver mekanisk energi fra en luft/brændstofblanding med en virkningsgrad mellem 20 og 45 %. Resten strømmer i kinetisk og varmeenergi i udstødningsgasser og i varmeenergi gennem metalliske legemer på grund af friktionerne. I denne sammenhæng skal kølesystemet gøre det muligt for motoren at yde sin bedste ydeevne, sikre holdbarheden af ​​denne ydeevne og sikre motorens pålidelighed ved at garantere et acceptabelt niveau af termomekaniske belastninger i ethvert punkt af motoren. Dette gøres takket være evakuering af de overskydende kalorier mod udendørs atmosfære.

Typer af kølesystemer

Der findes forskellige fysiske principper for at evakuere varmen:

  • Kalorier kan udvindes ved konvektion, ledning eller stråling
  • Flere mellemliggende væsker kan bruges til at drive kalorierne til det absorberende medium (disse væsker kaldes kølemiddel)
  • Kølevæske kan enten være gasformigt, flydende eller i faseskift

I bilindustrien er de vigtigste kølesystemer luftkøling ved naturlig konvektion, luftkøling ved tvungen konvektion og flydende vandkøling. Naturlig konvektion betyder, at cylinder- og topstykker har finner for at sikre effektiv konvektion og ledning, hvorimod tvungen konvektion betyder, at der er installeret en luftturbine og et kølelufthus omkring motoren. I begge tilfælde er kølevæsken luften, som er den eneste væske, der evakuerer kalorier. Væskekøling bruger to væsker, luft og vand. Vand evakuerer kalorier fra motoren og udveksler dem med omgivende luft i en radiator, som i dag er det mest brugte system i bilindustrien.

Varmebalance

Følgende grafer viser fordelingen af ​​strøm, der leveres af motor fuld belastning for forskellige motortyper:



Sammenligning af varmebalance

Dette viser gennemsnitlig varmebalance, men nutidens dieselmotor kan nå op til 40 % effektivitet, og benzinmotor med direkte indsprøjtning kan nu nå 30 % effektivitet med varmetab mellem 18 % og 20 %.

Men ved at reducere varmeudvekslingen reduceres kølebehovet, og der er ikke nok kalorier i vandet til at varme kabinen op i nogle situationer som opvarmning, bytrafik og trafikprop. Producenter bragte flere svar for at løse dette komfortproblem:

Valideringsprocedurer

OEM (Original Equipment Manufacturers) valideringsprocedurerne er bygget op omkring kritiske estimerede problemer med hensyn til stress, forekomst og risiko og afhængigt af klimaet. Valideringen sigter mod at opfylde producenters eller leverandørers begrænsende betingelser som maksimal vandtemperatur (118°C), maksimal olietemperatur i en skråning (150°C) eller maksimal olietemperatur ved maksimal hastighed (135°C). De her angivne værdier er ret ens for alle bilfabrikanter og er normalt en konsekvens af erfaring og statistisk undersøgelse.

Op til 80'erne blev test af europæiske producenter udført i virkelige situationer på Mont Ventoux (Frankrig) eller Sierra Nevada (Spanien) veje med en trailer. De udføres i dag for det meste i aeroklimatiske kammer, på en rulletestbænk.

De hyppigst anvendte testbetingelser er følgende:

  • Maksimal køretøjshastighed
  • Bakkestigning 1: hældning på 10 til 12 %, andet gear, fuld last med trailer, 50 til 60 km/t
  • Bakkestigning 2: hældning på 8 til 10 %, tredje gear, fuld last, med og uden trailer
  • Motorvejshældning 4 %, 130 km/t, fuld last

Sekundære roller af kølesystemer

Det flydende kølesystem bruges også til at sikre opvarmning af personbiler, til at regulere motorolietemperaturen, til at regulere temperaturen på automatgearolie og til at køle EGR.

I nogle særlige tilfælde kan den også bruges til at begrænse generatorens temperatur, til at opvarme gashåndtaget, til at køle servostyringen ned, til at udtrække kalorier fra udstødningssystem , for at køle turbo lejer ...

Følgelig stiger antallet af kritiske situationer, samt kontrol- og overvågningsproblemer eller interferens mellem forskellige krav.

Romains mening:

Det bliver mere og mere vigtigt for en motor at være så effektiv som muligt. Faktisk skal ethvert spild reduceres for at opnå konkurrencefordel i forhold til konkurrenterne. For at gøre det er kølesystem i øjeblikket en potentiel løsning til at genvinde udstødningsenergi som et eksempel. Derfor stiller kølesystemet flere og flere krav, som gør det kompliceret at designe. Tror du, at kølesystemet, som det er implementeret i dag, har potentialet til at nå de fremtidige ekstra krav, eller der er behov for et teknologisk gennembrud?