OFF-ROAD PL MAGAZYN 4x4 | CHALLENGE&INDEPENDENCE
Search
Logo OFF-ROAD.PL magazyn 4x4

Wymiana ciepła. Układ chłodzenia

Ciepło powstaje w samochodzie przy okazji pracy wielu mechanizmów. Najbardziej oczywiste jest ciepło produkowane podczas spalania, jednak jego nadmiar musi zostać odebrany nie tylko z silnika. Może odbywać się to bezpośrednio do atmosfery lub pośrednio z wykorzystaniem czynnika chłodzącego innego niż powietrze.

Określenie układ chłodzenia użyte w kontekście silników samochodowych może być mylące, gdyż chodzi o zapewnienie odpowiedniej temperatury pracy. Przecież silnik po dłuższym postoju, w trakcie rozruchu, ma temperaturę otoczenia, która wcale nie jest optymalna, dlatego dąży się do jak najszybszego rozgrzania. Jest to szczególnie istotne w zimie, gdyż niskie temperatury pracy niekorzystnie wpływają na trwałość i parametry eksploatacyjne. Tak więc rola układu chłodzenia nie ogranicza się tylko do chłodzenia.

Wlot powietrza chłodzącego od zawsze był okazją do ozdabiania pojazdów

Czym chłodzić?

Nadmiar ciepła z podzespołów samochodu – nie tylko z silnika – jest rozpraszany w otaczającym je powietrzu, jednak nie wszystko da się wystarczająco wydajnie ochłodzić bezpośrednio do powietrza poprzez oddawanie ciepła na zewnątrz. Nawet zwiększanie intensywności przepływu powietrza oraz powierzchni wymiany ciepła poprzez żebrowanie ma swoje ograniczenia. Dlatego też dawniej stosowane chłodzenie powietrzne ostało się jedynie w tańszych i mniej wysilonych jednostkach napędowych pojazdów jednośladowych. Wraz ze wzrostem mocy niezbędne okazało się użycie pośredniego czynnika, który mógłby lepiej chłodzić bardziej obciążone termicznie miejsca silników.

Nowoczesna chłodnica do pojazdu zabytkowego

Dotyczy to zwłaszcza głowic i górnych części cylindrów. Ciepło odebrane przez płyn chłodzący jest następnie oddawane w chłodnicy przepływającemu przez nią powietrzu. Chłodzenie cieczą wiąże się z możliwością zwiększenia mocy, ale ma także inne zalety – silnik jest bardziej kompaktowy i cichszy, a użycie ogrzewania znacznie ułatwione. Ciecz chłodząca to niejedyny czynnik odbierający ciepło. Jej działanie jest uzupełniane przez olej, który może być dodatkowo natryskiwany na spód denek tłoków i który stanowi istotny element chłodzący turbosprężarkę.

Elementy

Układ chłodzenia współczesnych samochodów jest rozbudowany i zależny od wielu podzespołów, więc jego diagnozowanie jest trudne. Podstawowy schemat zawiera kanały chłodzące silnika, pompy, przewody, zawory, wymienniki ciepła, zbiorniki cieczy, włączniki wentylatorów, czujniki temperatury oraz wentylatory. Oprócz tego na straży szczelności stoją drobiazgi – umieszczone w głowicy czy bloku silnika zaślepki kanałów chłodzących, które mimo niepsującej się konstrukcji potrafią przysporzyć kłopotów. Lista części „mokrych” i elektronicznych jest więc bardzo rozbudowana, zwłaszcza w najnowszych konstrukcjach. Jeśli doda się do tego instalację LPG (wymagającą ogrzewania reduktora), okaże się, że możliwości usterek jest naprawdę dużo, zwłaszcza że warunki pracy są bardzo trudne.

Chłodzenie silnika nie ogranicza się jedynie do głowicy i cylindrów. Nowoczesne silniki mogą mieć jeszcze zasilane silnikowym płynem chłodzącym chłodnice spalin w zaworach EGR, a także korpusy turbosprężarek oraz alternatorów. Dotyczy to szczególnie obciążonych prądnico- rozruszników w układach mild hybrid, które „dopędzają” silnik. Płyn może przepływać również przez wymienniki ciepła chłodzące olej czy sprężone powietrze dolotowe. Warto dodać, że praktycznie nie można obyć się bez układu zarządzania ciepłem.

 

 

W pojazdach mechanicznych, niezależnie od rodzaju napędu, nie ma 100-procentowej sprawności i nawet elektryki mają możliwość sterowania temperaturą. Dotyczy to szczególnie baterii, które w zależności o temperatury otoczenia, obciążenia ładowaniem lub poborem prądu wymagają grzania albo chłodzenia. Nawet baterie w hybrydach chłodzone są powietrzem, a w elektrykach stosuje się chłodzenie cieczą. Zważywszy na kilkusetwoltowe napięcia w instalacji stwarza to ogromne wymagania dla układu zarządzania wymianą ciepła, stąd też do serwisowania trzeba mieć odpowiednie uprawnienia.

Przepływ

Połączenia pomiędzy poszczególnymi elementami układu chłodzenia zapewniają liczne przewody elastyczne i sztywne. O ich szczelność dbają zazwyczaj opaski zaciskowe. Stały przepływ cieczy w układzie chłodzenia gwarantuje pompa, która może być napędzana mechanicznie od silnika (bezpośrednio), przez sprzęgło lub elektrycznie. Pompa elektryczna posiada ogromną zaletę – możliwość zmiany wydajności i pracy niezależnie od obrotów silnika. Może więc chłodzić motor po jego wyłączeniu, co przydaje się w jednostkach z wymagającą schładzania turbosprężarką. Sterowaniem odpowiednim przepływem cieczy chłodzącej zajmuje się termostat, a coraz częściej zespół zaworów.

Działanie termostatu jest proste – po przekroczeniu ustalonej temperatury płynu zawór otwiera jego przepływ, zaś po spadku poniżej innej temperatury zawór jest zamykany. Zawory sterowane elektronicznie mogą mieć bardziej złożoną charakterystykę, ale wymagają już zasilania i czujników. Czujniki temperatury przydają się nie tylko do przekazywania kierowcy wskazań, ale stanowią ważne źródło informacji dla komputera sterującego silnikiem, który na ich podstawie dobiera parametry pracy. Wśród nich są sygnały sterujące zasilaniem do wentylatorów, które mają wymuszać przepływ powietrza przez chłodnice. W samochodzie może bowiem znajdować się kilka chłodnic – dla cieczy chłodzącej, oleju silnikowego czy skraplacz czynnika klimatyzacji. Co gorsza dla użytkownika, coraz częściej wymienniki ciepła są łączone w moduły – nierozbieralne, a więc nienaprawialne w razie awarii jednej części.

Chłodnice znajdują się nie tylko z przodu auta – w układzie ogrzewania i klimatyzacji także można je znaleźć. Nagrzewaniem powietrza napływającego do kabiny zajmuje się bowiem nagrzewnica stale zasilana gorącym płynem. W dawnych konstrukcjach wydajnością nagrzewnicy sterował zawór, ale ustąpił on szybciej reagującym i dokładniejszym mieszaniem strumieni zimnego i gorącego powietrza.

Płyn chłodzący

Wśród składników, których znaczenia zazwyczaj się nie docenia, jest płyn chłodzący. Jego kondycja ma istotny wpływ na trwałość całego układu. Ulegający zużyciu bądź niewłaściwie dobrany płyn lub użyta zamiast niego woda powodują, że nawarstwia się osad, który może blokować wąskie kanały w silniku, chłodnicy bądź termostacie. Poza ogólnym ograniczeniem sprawności chłodzenia może się to przyczynić do lokalnych przegrzań, a w ostateczności nawet do zablokowania termostatu czy chłodnicy.

Troska o płyn chłodzący nie powinna więc ograniczać się jedynie do kontroli jego poziomu. Bardzo ważne jest używanie właściwego typu płynu i przestrzeganie terminów wymiany. Sugerowanie się kolorem może być bardzo zwodnicze, gdyż charakterystyczny zielonkawy albo różowy kolor nie wynika z konkretnego typu płynu, a jedynie z dodatku barwnika. Mieszanie różnych typów płynów nie jest zalecane! O ile nie jest to koncentrat, nie należy go rozcieńczać. W razie ubytków na trasie można dolać wody, ale konieczne jest znalezienie przyczyn usterki i jej usunięcie. Bagatelizowanie sprawy przez kolejne dolewki może doprowadzić do kosztownego nawarstwienia się skutków, choćby w wyniku wzrostu ciśnienia w układzie i dalszego rozszczelnienia.

Trzeba też pamiętać, że w warunkach ujemnych temperatur rozcieńczony wodą płyn traci swą odporność na mróz. Do przybliżonej oceny odporności na zamarzanie służy prosty tester, który bada gęstość płynu i w ten sposób ocenia zawartość glikolu. Wszelkie wątpliwości powinny prowadzić do wymiany płynu w całym układzie na ten właściwy, najlepiej po uprzednim przepłukaniu czystą wodą z odkamieniaczem. Taki zabieg powinien oczyścić kanały i przewody, a tym samym poprawić wydajność układu.

Badanie gęstości pomaga ocenić stan płynu

Wentylator

Sam pęd powietrza w wyniku ruchu pojazdu nie zawsze jest wystarczający. Na pewno w trakcie jazdy miejskiej czy terenowej niezbędny jest wentylator. Do jego napędu wykorzystuje się napęd od silnika lub elektryczny. Silnik może napędzać wentylator paskiem, a jego załączanie może zostać powierzone sprzęgłu elektromagnetycznemu lub lepkościowemu, tzw. wiskozie. Prostsze są wentylatory elektryczne, których wydajnością steruje się prędkością obrotową lub dodatkowo ich ilością. Brak działania wentylatora łatwo zauważyć, gdyż nie porusza się on wtedy, gdy powinien. O ile uszkodzenie paska napędu łatwo wykryć, o tyle znalezienie przyczyny usterki w elektrycznym sterowaniu jest bardzo trudne. Przy odrobinie wprawy i ostrożności (wszelkie prace przy włączonym b ą d ź mogącym się włączyć wentylatorze wymagają ostrożności) na szybko można wykluczyć awarię samego wentylatora, spinając go „na krótko”.

 

Czujniki

Sprawność czujnika temperatury jest kluczowa nie tylko podczas upałów, ale także w zimie. Jego wskazania pozwalają bowiem wstępnie zdiagnozować pracę układu chłodzenia i ostrzec zawczasu przed poważniejszymi problemami. W razie wątpliwości wynikających choćby z innej niż dotychczas pracy silnika warto wymienić czujnik na nowy, zwłaszcza że zazwyczaj nie jest on ani kosztowny, ani trudno dostępny.

Rezystor wentylatora

Wśród drobiazgów mogących wiele namieszać jest rezystor wentylatora służący do różnicowania prędkości jego pracy na tzw. biegi. Uszkodzenie tego elementu w wyniku korozji powoduje, że nie włączają się prędkości pośrednie, a jedynie pełna moc – dopiero przy podwyższonej temperaturze silnika. Skokowa praca na granicy przegrzania nie jest oczywiście korzystna. Na szczęście sama wymiana radiatora nie jest szczególnie trudna, a w przypadku braku tego podzespołu można prowizorycznie zewrzeć wolniejsze biegi na pełną moc – trzeba jednak pamiętać o dużych prądach pobieranych przez wentylator.

Termostat

Zadaniem termostatu jest utrzymanie silnika w optymalnym przedziale temperatur poprzez otwieranie się, gdy jest za gorąco i zamykanie, gdy za zimno. Praca sprawnego termostatu jest cykliczna, a uszkodzenie powoduje zablokowanie zaworu. Gdy zawór jest stale otwarty, przechładzany silnik nie osiąga odpowiedniej temperatury pracy. Poza „zimnym” wskazaniem czujnika odczuwalny jest brak działania nagrzewnicy. W zimie taka sytuacja zdarzająca się doraźnie jest niekomfortowa, ale dłuższa eksploatacja z niedogrzanym silnikiem stanowi spore zagrożenie dla tego podzespołu. Jeszcze groźniejsze jest zablokowanie zamkniętego termostatu, co może doprowadzić do przegrzania silnika.

Rozbudowany zbiornik wyrównawczy

Niekiedy kierowca jest o tym alarmowany sygnałem ostrzegawczym, którego nie wolno lekceważyć. Awaryjnym rozwiązaniem na taką usterkę w drodze jest wyłączenie silnika, by ostygł. Następnie po wykluczeniu innych przyczyn, które albo uniemożliwiają dalszą jazdę (np. brak napędu pompy wody), albo są do naprawy, można spróbować kontynuować jazdę. Należy wtedy uruchomić nagrzewnicę na pełną moc i ograniczyć obciążanie silnika. Jeśli grzanie dokucza pasażerom, należy otworzyć okna. Nie trzeba dodawać, że taka jazda jest możliwa jedynie na krótkich dystansach – prosto do warsztatu, z baczną obserwacją wskaźnika temperatury. Można wtedy bardzo łatwo przegrzać silnik, co jest poważną i kosztowną awarią.

Beznarzędziowe opaski zaciskowe

Nieszczelność zewnętrzna

Zewnętrzne wycieki płynu chłodzącego są możliwe w wielu miejscach. Ich ryzyko wzrasta wraz z wiekiem, częstym narażaniem na wpływ agresywnego środowiska (sól!) oraz ilością demontaży i montaży. Do podejrzanych miejsc poza silnikiem należy np. zbiorniczek wyrównawczy czy kranik spustowy. Diagnozę może jednać utrudniać ujawnianie się nieszczelności dopiero po rozgrzaniu płynu i wzroście ciśnienia. Dodatkowym czynnikiem ryzyka jest ingerencja w postaci instalacji podgrzewania parownika LPG. Materiały, z jakich wykonano przewody, z reguły nie są jakości dorównującej fabrycznej i już po krótkim czasie potrafią sparcieć i rozwarstwić się, zaś najtańsze opaski tracą sprężystość.

Zawory EGR chłodzone cieczą

Mocniejsze dociąganie opasek może jedynie spowodować uszkodzenie materiału rury bądź króćca. Uwagi o niskiej jakości dotyczą także wszelkich elementów plastikowych, które są kruche i wrażliwe na brutalne traktowanie podczas montażu czy serwisowania w ciasnej przestrzeni komory silnika. Chwilową pomocą w razie rozszczelnienia gum lub plastików jest użycie taśmy do węży wodnych lub zwyczajnych „taśm przeżycia”, które i uszczelnią i wzmocnią połączenie. Sprawdzonym rozwiązaniem, ale „na chwilę”, są takżę wodoodporne kity. Innym problemem nasilającym się przy wpięciu się do układu chłodzenia jest jego zapowietrzanie się. Zazwyczaj wynika to z przypadkowego przebiegu dodatkowych węży lub innych elementów i braku możliwości samoczynnego odpowietrzenia.

Zawór EGR z odzyskiem ciepła

Chłodnica

Czasy miedzianych chłodnic, które da się skutecznie naprawiać poprzez lutowanie, już minęły. Obecnie nieszczelność chłodnicy to poważna sprawa. Możliwe jest oczywiście próbowanie doraźnych napraw, które niestety jedynie opóźniają konieczność wymiany. Zazwyczaj uszkodzenia powstają w kilku miejscach, a otwartą nieszczelność wywołuje to najbardziej sfatygowane, pozostałe czekają na odpowiedni czas, by się ujawnić. Dotyczy to także plastikowych zbiorników chłodnicy, których materiał ulega degradacji, przez co są one coraz bardziej podatne na uszkodzenia. W przypadku sytuacji awaryjnych można wspomóc się utwardzalnymi kitami, które całkiem sprawnie, ale na krótko, likwidują nieszczelność. Nie poleca się dłuższego użycia środków wprowadzanych do płynu chłodzącego, gdyż mogą się one osadzić w układzie chłodzenia. Podczas wymiany tak uszczelnionej chłodnicy należy wypłukać cały układ.

Zabrudzenie

Przyczyną obniżonej skuteczności chłodnicy może być jej zabrudzenie – zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne. W przypadku wspomnianych już osadów blokujących przepływ przez kanaliki i ograniczających wymianę ciepła można spróbować przepłukać cały układ odpowiednim środkiem czyszczącym. Należy to czynić rozważnie, gdyż zły dobór preparatu może uszkodzić materiał chłodnicy. Zabrudzenie chłodnicy z zewnątrz również obniża jej wydajność. W takim przypadku wskazana jest rozwaga podczas jej czyszczenia. Dotyczy to szczególnie aut terenowych narażonych na ciągłe zabrudzania. Czyszczenie silnym strumieniem wody może uszkodzić delikatne lamelki rdzenia. Sytuację komplikuje obecność kilku chłodnic, które mogą stopniowo kumulować zanieczyszczenia.

Głowica czy EGR?

W silnikach, nie tylko wysokoprężnych, coraz częściej spotykany jest zawór EGR. Jego zadaniem jest dawkowanie spalin z powrotem do jednostki napędowej, ale bywa, że na wyposażeniu znajduje się także chłodnica. W wyniku działania agresywnych składników spalin chłodniczka ta ulega rozszczelnieniu, dając objawy identyczne jak przy uszkodzeniu głowicy. W obu przypadkach spaliny dostają się do układu chłodzenia, co powoduje wzrost ciśnienia. Zwiększone ciśnienie da się odczuć twardością przewodów. Pęknięcie głowicy czy wypalenie uszczelki pod nią może dodatkowo wprowadzić do cieczy chłodzącej olej silnikowy.

Nagrzewnice są ciasno zabudowane w układzie wentylacji w desce rozdzielczej

Klimatyzacja

Bliskość układów chłodzenia i klimatyzacji nie pozostaje bez znaczenia nie tylko z powodu położenia chłodnicy cieczy chłodzącej i skraplacza. Włączenie klimatyzacji sprawia, że pojawia się tam spora ilość dodatkowego ciepła, na dodatek sprężarka obciąża silnik, co oczywiście powoduje jego grzanie. W prawidłowo działającej instalacji powinno to spowodować włączenie się wentylatora na biegu stosownym do obciążenia. Gdy tak się nie dzieje, komfort klimatyzacji może szybko doprowadzić do przegrzania silnika.

Grzanie

Usterki układu ogrzewania wiążą się z jego nieszczelnością lub niską wydajnością. Nieszczelność nie zawsze jest łatwa do wykrycia, mimo że nagrzewnica mieści się w kabinie. Bywa, że świadczą o tym mokre dywaniki lub stale zawilgocone szyby. Niski poziom płynu w nagrzewnicy, skutkujący zapowietrzeniem, może przyczynić się do obniżenia wydajności, podobnie jak jej zamulenie. Wymiana nagrzewnicy jest zazwyczaj bardzo pracochłonna i czasochłonna z uwagi na jej głębokie zabudowanie.

Inne oleje

W wielu samochodach można znaleźć inne chłodnice niż tylko cieczy chłodzącej czy oleju silnikowego. W autach z automatyczną skrzynią biegów przewidzianych do holowania lub dłuższych szybkich przejazdów producenci oferują chłodnicę oleju ATF. Pozwala ona obniżyć jego temperaturę podczas pracy pod obciążeniem, co przydaje się także w off-roadzie. Chłodzenie oleju przekładniowego można poprawić także w przekładniach głównych, montując odpowiednie pokrywy – bogato użebrowane polepszają wymianę ciepła z otoczeniem. Ξ

Sprawne i wydajne chłodzenie jest szczególnie ważne w pojazdach sportowych

AUTOR: Michał Pierewicz,
ZDJĘCIA: producenci

...a może to też Cię zainteresuje:

GAZ 66
GAZ 66

Wielozadaniowiec Na początku lat sześćdziesiątych w Związku Radzieckim na potrzeby armii oraz do użytku cywilnego opracowano projekt nowej, lekkiej ciężarówki.

Czytaj dalej >>
AKADEMIA 4x4 - SKLEP.OFF-ROAD.PL
MAGAZYN OFF-ROAD PL
PRZYGODY