Het koelsysteem is de onbezongen held van de verbrandingsmotor van een auto. Het houdt uw motor geruisloos op bedrijfstemperatuur, voorkomt oververhitting en levert tegelijkertijd behaaglijke warmte aan het passagierscompartiment. De enige keer dat we het koelsysteem opmerken, is wanneer het uitvalt, en dat kan vaak catastrofaal zijn.
De temperatuur in de verbrandingskamer van een automotor (het gebied waar de brandstof verbrandt) kan gemakkelijk oplopen tot 1600 graden. F. De bedrijfstemperatuur van de motor moet in het lage bereik van 200 graden liggen. Dat is veel warmte die moet worden afgevoerd. De bedrijfstemperatuur van de motor is afhankelijk van de temperatuur van de koelvloeistof. Motorschade kan vrij snel optreden wanneer de koelvloeistoftemperatuur bijna 300 graden begint te stijgen.
Een motorkoelsysteem werkt op het principe van warmteoverdracht. Warmteoverdracht is de verplaatsing van warmte-energie van de ene plaats naar de andere. Warmte-energie zal altijd iets koelers zoeken. Een goed voorbeeld hiervan is het plaatsen van een warm blikje frisdrank (bier) in een koelbox met ijs. Omdat warmte-energie altijd naar iets koeler zal gaan, wordt de warmte-energie in het blik overgedragen naar het ijs, waardoor het blikje koud wordt. Koud is per definitie de afwezigheid van warmte-energie.
Hier ziet u hoe een koelsysteem voor auto's het mechanisme van warmteoverdracht gebruikt om uw motor koel te houden en uw tanden warm:
De waterpomp circuleert koelvloeistof door het koelsysteem. De waterpomp wordt aangedreven door dezelfde aandrijfriemen voor accessoires die de dynamo, de stuurbekrachtigingspomp en de compressor van de airconditioning bedienen. Deze riemen worden aangedreven door een poelie aan de voorkant van de krukas. De waterpomp gebruikt draaiende waaiers om koelvloeistof door de motor, radiator en verwarmingskern te duwen.
Koelvloeistof stroomt via watermantels door de motor. Watermantels bevinden zich door de hele motor, maar zijn vooral geconcentreerd rond de verbrandingskamers, omdat hier de warmte wordt gegenereerd en de temperatuur het hoogst is.
De thermostaat regelt de stroom van de koelvloeistof. De thermostaat is de poortwachter van het koelsysteem. Het maakt gebruik van een veerbediende schotelklep die gesloten is wanneer de motor koud is, de koelvloeistofstroom blokkeert, en gewoonlijk opent bij een koelvloeistoftemperatuur van 185 - 195 graden, afhankelijk van de classificatie van de thermostaat.
Wanneer de thermostaat gesloten is, verhindert deze de koelvloeistofstroom door de radiator. Koelvloeistof wordt via een bypass-slang door de motor geleid. Hierdoor kan de koelvloeistof opwarmen zonder de koeleffecten van de radiator die deze probeert af te koelen. Op deze manier kunnen de motor en de koelvloeistof op bedrijfstemperatuur komen.
Wanneer de bedrijfstemperatuur is bereikt, gaat de thermostaat open, waardoor koelvloeistof door de radiator kan stromen. De thermostaat maakt gebruik van een bimetalen veer. Dit betekent dat de veer bestaat uit twee afzonderlijke metalen die verschillend samentrekken en uitzetten bij blootstelling aan temperatuurschommelingen. Terwijl de hete koelvloeistof de veer verwarmt, trekken beide metalen tegen elkaar, waardoor de veer samentrekt, waardoor de schotelklep wordt geopend, waardoor de koelvloeistof kan stromen.
Zodra de koelvloeistof door de radiator stroomt, gaat het door met een cyclus van opwarmen en afkoelen. Terwijl de koelvloeistof door de motor gaat, gaat de warmte van de hete motor naar de koelvloeistof. Deze extreem hete koelvloeistof wordt vervolgens door de radiator gepompt waar de warmte-energie wordt overgedragen aan de atmosfeer, en de cyclus gaat verder.
Dus terwijl de koelvloeistof door de radiator stroomt, gaat de warmte-energie van de koelvloeistof naar het metaal in de radiator. De koelventilator blaast lucht door de radiatorvinnen, waardoor warmte-energie van de radiator in de lucht kan komen, waar het weer weggaat. Alsof je op je frietjes blaast om ze af te koelen.
Koelventilatoren worden aangedreven door een riem of worden aangedreven door een elektromotor. Riemaangedreven ventilatoren zijn meestal uitgerust met een centrifugaalkoppeling of een thermostatische koppeling. Een centrifugaalkoppeling vertraagt de snelheid van de draaiende ventilatorbladen naarmate het motortoerental toeneemt, door de ventilator vrij te laten draaien, losgekoppeld van het motorkoppel. Dit is gebaseerd op de veronderstelling dat als het motortoerental hoger is, het voertuig op de weg moet rijden. Wanneer het voertuig in beweging is, blaast er op natuurlijke wijze lucht door de radiator, waardoor er minder ventilatorsnelheid nodig is. Bezuinigen op de ventilatorsnelheid vermindert de belasting van de motor, waardoor het brandstofverbruik wordt verbeterd.
Een thermostatische koppeling heeft een ingebouwde bimetalen veer die het koppel naar de ventilatorbladen vermindert wanneer de motor koud is, waardoor ze vrij kunnen draaien. Wanneer de veer warmer wordt, kan de ventilator volledig werken. Ook dit beperkt de luchtweerstand van de ventilator om het brandstofverbruik te verbeteren.
Elektrische koelventilatoren worden geactiveerd door de elektronische regelmodule (ECM), met behulp van een ingang van de motorkoelvloeistoftemperatuursensor. Wanneer de koelvloeistof een vooraf bepaalde hoge temperatuur bereikt, zal de ECM de ventilator inschakelen. De ECM schakelt de ventilator uit wanneer de koelvloeistof een vooraf bepaalde lage temperatuur bereikt.
Elektrische ventilatoren zijn het beste omdat ze de motor niet belasten, wat helpt om brandstof te besparen. Door de koelventilator elektronisch te regelen, kan de ECM de temperatuur van de koelvloeistof regelen, waarbij de optimale koelvloeistoftemperatuur wordt gehandhaafd. De ECM zal ook de koelventilator inschakelen wanneer de airconditioner draait. De condensor van de airconditioner bevindt zich voor de radiator, dus het is absoluut noodzakelijk dat er constant hoge snelheid door de radiator en de condensor wordt geblazen wanneer de airconditioner in bedrijf is.
Alle koelsystemen voor auto's zijn afgedicht met een drukdop. Omdat warmte de druk verhoogt, begint de druk in een koelsysteem op te bouwen zodra de temperatuur stijgt. Onnodig te zeggen dat als u vergeet deze druk te controleren, dit rampzalig kan zijn. Drukdoppen ontluchten het koelsysteem op een vooraf bepaalde druk. De meeste doppen zijn ingesteld op 15 pond per vierkante inch (PSI) druk. Dit betekent dat bij 15 PSI de dop de druk naar de atmosfeer zal afvoeren. Een drukdop werkt volgens hetzelfde principe als een thermostaat. De bimetalen veer trekt samen, waardoor de afdichting wordt opgeheven en de druk kan ontsnappen.
De drukdop kan zowel op de radiator als op een plastic ontgassingsfles worden geplaatst. Een ontgassingsfles is een reservoir dat in de motorruimte wordt geplaatst, hoger dan de motor en de radiateur. Aangezien lucht van nature stijgt wanneer deze in een vloeistof wordt vastgehouden, zal alle lucht in het koelsysteem zijn weg vinden naar de ontgassingsfles en tijdens het ontluchten uit de drukdop worden geduwd. Lucht is schadelijk voor een koelsysteem. Opgesloten lucht stopt de stroming van koelvloeistof, wat kan leiden tot oververhitting, een gebrek aan warmte in het passagierscompartiment of onjuiste temperatuurmetingen.
Systemen die de drukdop op de radiator monteren, gebruiken een overlooptank. Het enige dat deze tank doet, is de koelvloeistof opvangen die zou kunnen ontsnappen tijdens het ontluchten van de druk. Mocht het koelvloeistofpeil in de radiateur dalen als gevolg van de normale eb en vloed van het koelsysteem, dan wordt er koelvloeistof uit de overlooptank gezogen en terug in de radiateur.
Naast het koel houden van uw motor, helpt uw koelsysteem u ook warm te houden. De warmte die op een koude dag in het passagierscompartiment wordt geblazen, wordt overgedragen van de hete koelvloeistof naar de verwarmingskern en vervolgens naar de lucht, die door de ventilatormotor in de auto wordt geperst.
Een verwarmingskern is in feite een miniradiator. Koelvloeistof stroomt door een reeks smalle buizen die zijn verbonden door dunne lagen metaal, gerangschikt in een honingraatachtige configuratie. De hete buizen verwarmen de honingraat, die hun warmte-energie afgeeft aan de lucht wanneer deze door de verwarmingskern wordt geperst door de ventilatormotor. Dit is de reden waarom je vaak hoort dat een slechte thermostaat een warmteloze toestand veroorzaakt. Als de thermostaat open blijft staan, heeft de koelvloeistof niet de mogelijkheid om op bedrijfstemperatuur te komen. Geen hete koelvloeistof betekent geen hete warmte.
Dit is dus de basis van hoe een motorkoelsysteem voorkomt dat de motor zichzelf vernietigt. Automotoren doen heel goed werk door al het geweld te verbergen dat zich diep in een verbrandingsmotor afspeelt terwijl deze draait. Warmte is een bijproduct van al die helter skelter, en je koelsysteem vecht voortdurend de strijd om die hitte onder controle te houden.
