Sistemul de răcire cu lichid a motorului

Cuplul generat de un motor termic este rezultatul transformării, prin ardere, a energiei chimice în energie mecanică. Doar o parte a căldurii rezultate în urma arderii combustibilului este transformată în lucru mecanic. Un procent semnificat al căldurii este absorbită de piesele mecanice ale motorului. Din acest motiv, pentru ca temperatura maximă a organelor motorului să fie ținută sub o valoare critică (aprox. 95 °C), este necesară răcirea forțată a acestora.

Foto: Circuit de răcire cu lichid a motorului

    Temperatura optimă (nominală) de funcționare a motorului se situează într-o plajă foarte strânsă, de aproximativ 85 – 90 °C. În jurul acestor temperaturi funcționarea motorului este optimă, consumul de combustibil și performanțele dinamice fiind nominale.

    Sistemul de răcire al motorului trebuie să asigure atingerea într-un timp cât mai scurt a temperaturii nominale de funcționare, precum și menținerea acestei valori în timpul funcționării motorului.

    Motoarele termice moderne utilizează instalații de răcire cu lichid datorită avantajelor acestora, comparativ cu

motoarele răcite cu aer:o răcire uniformă a motoruluio încălzirea accelerată a motorului la pornireo puteri litrice superioare (5 – 10 %)o solicitări termice mai reduse ale pieselor

    Sistemul de răcire cu lichid al motorului realizează două funcții majore: transportul căldurii de la piesele solicitate termic și disiparea căldurii în atmosferă.

    Transportul căldurii se realizează prin intermediul lichidului de răcire, cu ajutorul pompei de apă, conductelor și canalelor de curgere și a termostatului. Disiparea căldurii este realizată de radiator, asistat de ventilatorul electric.

Foto: Componentele sistemului de răcire cu lichid a motorului

1. radiator răcire motor2. pompă de apă3. ventilator4. termostat5. radiator încălzire habitaclu6. supapă7. motor termic8. flux de aer

    La pornirea motorului pompa de apă (2) pune în mișcare lichidul de răcire care circula în circuitul format între blocul motor (7) și radiatorul de încălzire a habitaclului (5). După ce motorul a atins temperatura nominală de funcționare (85 – 90 °C), termostatul (4) se deschide și permite lichidului să treacă prin radiatorul (1) unde se disipă căldura. Fluxul de aer (8) ce trece prin radiator poate fi natural, datorită mișcării automobilului, sau forțat, cu ajutorul ventilatorului acționat electric (3). Temperatura lichidului de răcire scade în radiator datorită schimbului de căldură cu mediul. După răcire, lichidul este reintrodus în motor, cu ajutorul pompei de apă.

Foto: Termostat sistem de răcire motor

    Termostatul este o supapă cu acțiune dublă, care deschide și închide circulația lichidului de răcire prin radiator. În poziția închis, când motorul este rece, circulația lichidului se face prin blocul motor și radiatorul de încălzire al habitaclului.

Foto: Componente termostat motor termic

1 - supapă (către radiator)2 - cilindru cu ceară3 - supapă recirculare (retur în pompă)4 - arc elicoidal5 - suprafață de etanșare

    Când temperatura lichidului de răcire (motorului) ajunge la 85 °C termostatul începe să se deschidă permițând lichidului de răcire să circule prin radiator. Deschiderea completă a termostatului se realizează la aproximativ 92 °C. În acest caz tot lichidul de răcire trece prin radiator. Poziția termostatului se stabilizează la temperaturi de 85 – 90 °C, unde rămâne parțial deschis, doar o parte a lichidului de răcire fiind trecut prin radiator. În acest mod se asigură menținerea temperaturii motorului în zona optimă de funcționare.

Termostat închis

Termostat complet

deschis

Foto: Modul de funcționare al termostatului

A – racord de recirculare (către pompă)B – racord de la motorC – racord către radiator

    Termostatul este o supapă mecanică controlată în funcție de temperatură. În interiorul cilindrului (2) se află o substanță pe bază de ceară. Odată cu creșterea temperaturii lichidului de răcire ceara se topește, își mărește volumul și apasă pe un piston, de care sunt atașate cele două supape (de recirculare și către radiator). Dacă temperatura lichidului scade, ceara se solidifică, volumul se reduce și arcul elicoidal (4) aduce cele două supape în poziția inițială.

Foto: Termostat defect (corodat)

    Termostatul este parcurs tot timpul de lichidul de răcire al motorului. Datorită acestui fapt, după o funcționare îndelungată combinată cu utilizarea unui lichid de răcire degradat, termostatul se poate coroda și se poate bloca. În funcție de poziția în care s-a blocat termostatul, simptomele motorului sunt diferite:

Defect al

termostatului Efect asupra funcționării sistemului de răcire

Simptome percepute de conducătorul

auto

termostat blocat

deschis

lichidul de răcire va trece tot timpul prin radiator,

indiferent de temperatura lichidului de răcire

motorul se va încălzi mai greu, consumul

de combustibil va crește

termostat blocat

închis

lichidul de răcire nu va trece niciodată prin radiator,

indiferent de temperatura lichidului de răcire

motorul se va supraîncălzi, martorul de

temperatură motor se va aprinde

    În cazul în care termostatul se blochează pe poziția închis, motorul poate suferi defecte majore și ireversibile. Creșterea peste limită a temperaturii poate conduce la topirea unor componente, la reducere capacității de lubrifiere a uleiului și la fierberea lichidului de răcire.

Foto: Martor luminos din bordul automobilului pentru supraîncălzirea motorului

    Din aceste motive automobilele sunt echipate cu martori luminoși care avertizează conducătorul auto în cazul în care temperatura motorului trece peste a anumită valoare maximă (95 – 100 °C).

    Verificarea stării de funcționare a unui termostat se face relativ simplu. După ce se demontează, termostatul se introduce în apă la temperatura ambiantă (aprox. 25 °C). La acestă temperatură termostatul trebuie să fie complet închis. Apoi se încălzește apa până atinge temperatura de 95 – 98 °C. Termostatul introdus în apa încălzită trebuie să se deschidă complet într-un timp relativ scurt. În caz contrar, termostatul este defect și trebuie înlocuit.

    Radiatorul este componenta sistemului de răcire care permite scăderea temperaturii lichidului de răcire prin disiparea căldurii către mediul exterior. Radiatorul este prevăzut cu o serie de lamele profilate sudate între ele. Aceste lamele preiau căldura din lichidul de răcire și au rolul de a extinde suprafața de contact cu aerul pentru o disipare mai eficientă a căldurii.

Foto: Radiator motor Mercedes-Benz clasa ASurasa: Behr

    Radiatoarele moderne sunt prevăzut cu un racord de intrare (în partea superioară), un racord de ieșire (în partea inferioară) și un orificiu pentru eliminarea lichidului de răcire. Este important ca suprafața radiatorului să nu prezinte deformații majore, în caz contrar eficiența acestuia va fi mai redusă datorită unei suprafețe de contact cu aerul mai mică.

Foto: Radiator motor plus radiator aer comprimat (intercooler) Mercedes-Benz clasa ESurasa: Behr

    În vecinătatea radiatorului de răcire a motorului, în funcție de automobil mai sunt amplasate: radiatorul de răcire a aerului comprimat (intercooler), radiator de răcire a uleiului motorului, radiator de răcire a uleiului transmisiei automate, condensatorul instalației de aer condiționat.

    Pompa de apă are rolul de a recircula lichidul de răcire în instalației pentru a face permite transportul continuu al călduri de la motor la radiator.

Foto: Pompă de apă mecanică

    Pompa de apă are construcție foarte simplă fiind constituită dintr-o carcasă, un rotor cu palete și o rolă de antrenare. Acționare pompei de apă se face direct de la arborele cotit prin antrenarea cu o curea dințată sau

trapezoidală.    În cazul pompelor de apă antrenate de motorul termic, debitul lichidului de răcire depinde de turația motorului.

La turații scăzute ale motorului și sarcini ridicate, debitul unei pompe mecanice poate fi insuficient pentru a permite răcirea eficientă a motorului. Din acest motiv motoarele cu performanțe dinamice ridicate pot fi echipate cu pompe de apă acționate de motoare electrice.

Foto: Pompă de apă electricăSursa: Pierburg

    Acționarea electrică a pompei de apă conferă flexibilitate în ceea ce privește regimul termic al motorului, debitul lichidului de răcire fiind independent de turația motorului termic.

    Combinarea controlului electronic al pompei de apă, acționată de către calculatorul de injecție, cu un

management termic avansat al motorului, poate conduce la scăderea consumului de combustibil cu aproximativ 3% și îmbunătățirea confortului pasagerilor printr-o mai bună gestiune a sistemului de încălzire. 

   Vasul de expansiune al sistemului de răcire are rolul de a compensa variațiile de volum ale lichidului de răcire datorită variației temperaturii. Vasul de expansiune se montează mai sus decât radiatorul pentru a permite returul lichidului din vas în instalația de răcire. Prin vasul de expansiune lichidul de răcire circulă continuu și se transportă vaporii de apă și eventualele bule de aer.

Foto: Vas de expansiune sistem de răcire motor termic

    Volumul de lichid din vasul de expansiune trebuie să fie între limitele specificate de constructor. Dacă nivelul de lichid este insuficient, în circuit poate pătrunde aerul, eficiența răcirii motorului fiind afectată. De asemenea, dacă nivelul de lichid este peste limita maximă (la temperatura ambiantă, 25 °C), când temperatura lichidului ajunge la o valoare ridicată, volumul poate crește peste limita admisă ceea ce conduce la creșterea peste limită a presiunii și chiar la scăpări de lichid de răcire.

    Lichidul de răcire este un amestec de apă distilată și lichid antigel. Lichidul de răcire este agentul de transport al căldurii generate de motor. Antigelul are rol multiplu în ceea ce privește sistemul de răcire al motorului:previne înghețarea lichidului de răcire la temperaturi scăzute (min. -35 °C)

o asigură lubrifierea pompei de apăo are caracter antispumant și previne depunerile pe suprafețele în contact cu lichidul de răcireo conferă protecție anticorozivă față de metale și este neutru față de componentele din plastic sau

cauciuc

    Starea lichidului de răcire este deosebit de importantă pentru buna funcționare a sistemului. Nivelul lichidului de răcire trebuie verificat periodic pentru a evita funcționarea motorului mai ales cu nivel insuficient. După perioade lungi de utilizare lichidul de răcire se degradează și-și pierde proprietățile. Din acest motiv se recomandă înlocuirea regulată a lichidului de răcire.