Die Funktion des Kühlers besteht darin, diese Wärme zu absorbieren und sie dann in oder außerhalb des Gehäuses abzuleiten, um sicherzustellen, dass die Temperatur der Computerkomponenten normal ist. Die meisten Heizkörper absorbieren Wärme durch Kontakt mit der Oberfläche von Heizkomponenten und übertragen die Wärme dann über verschiedene Methoden an entfernte Orte, beispielsweise über die Luft im Gehäuseinneren. Das Gehäuse leitet dann die heiße Luft an die Außenseite des Gehäuses weiter, um die Wärmeableitung des Computers zu vervollständigen.
Heizkörper erwärmen Ihren Raum hauptsächlich durch Konvektion. Durch diese Konvektion wird kühle Luft vom Boden des Raums angesaugt, und wenn sie über die Rillen strömt, erwärmt sich die Luft und steigt auf. Diese kreisende Bewegung hält kalte Luft aus Ihren Fenstern fern und sorgt dafür, dass Ihr Raum angenehm warm bleibt.
Bei Automobilen und Motorrädern mit flüssigkeitsgekühltem Verbrennungsmotor ist ein Kühler mit durch Motor und Zylinderkopf verlaufenden Kanälen verbunden, durch die eine Flüssigkeit (Kühlmittel) gepumpt wird. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich um Wasser handeln (in Klimazonen, in denen Wasser wahrscheinlich nicht gefriert), üblicherweise handelt es sich jedoch um eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel in einem für das Klima geeigneten Verhältnis. Frostschutzmittel selbst ist normalerweise Ethylenglykol oder Propylenglykol (mit einer kleinen Menge Korrosionshemmer).
Ein typisches Kfz-Kühlsystem besteht aus:
· eine Reihe von Kanälen, die in den Motorblock und den Zylinderkopf eingegossen sind und die Brennkammern mit zirkulierender Flüssigkeit umgeben, um die Wärme abzuleiten;
· ein Kühler, der aus vielen kleinen Röhren besteht, die mit einer Wabe aus Rippen ausgestattet sind, um die Wärme schnell abzuleiten, und der heiße Flüssigkeit vom Motor aufnimmt und kühlt;
· eine Wasserpumpe, meist vom Zentrifugaltyp, um das Kühlmittel durch das System zu zirkulieren;
· ein Thermostat zur Temperaturregelung durch Variieren der zum Kühler fließenden Kühlmittelmenge;
· ein Ventilator, der kühle Luft durch den Kühler saugt.
Beim Verbrennungsprozess entsteht eine große Menge Wärme. Würde die Hitze unkontrolliert ansteigen, würde es zu einer Detonation kommen und Komponenten außerhalb des Motors würden aufgrund der zu hohen Temperatur ausfallen. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wird Kühlmittel durch den Motor zirkuliert, wo es Wärme aufnimmt. Sobald das Kühlmittel die Wärme des Motors aufnimmt, fließt es weiter zum Kühler. Der Kühler überträgt Wärme vom Kühlmittel an die vorbeiströmende Luft.
Kühler werden auch zum Kühlen von Automatikgetriebeflüssigkeiten, Klimaanlagenkältemittel, Ansaugluft und manchmal auch zum Kühlen von Motoröl oder Servolenkungsflüssigkeit verwendet. Ein Kühler wird normalerweise an einer Stelle montiert, an der er den Luftstrom von der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erhält, beispielsweise hinter einem Frontgrill. Bei mittig oder hinten montierten Motoren ist es üblich, den Kühler hinter einem Frontgrill zu montieren, um einen ausreichenden Luftstrom zu erreichen, auch wenn hierfür lange Kühlmittelrohre erforderlich sind. Alternativ kann der Kühler Luft aus dem Luftstrom über die Oberseite des Fahrzeugs oder aus einem seitlich angebrachten Kühlergrill ansaugen. Bei langen Fahrzeugen wie Bussen ist der seitliche Luftstrom am häufigsten für die Motor- und Getriebekühlung und der obere Luftstrom am häufigsten für die Klimaanlagenkühlung vorgesehen.
Eine frühere Bauweise war der Wabenheizkörper. Runde Rohre wurden an ihren Enden zu Sechsecken gestaucht, dann zusammengestapelt und verlötet. Da sie sich nur an ihren Enden berührten, bildete dies praktisch einen festen Wassertank mit vielen Luftschläuchen.[2]
Einige Oldtimer verwenden Kühlerkerne aus Spiralrohren, eine weniger effiziente, aber einfachere Konstruktion
Eine frühere Bauweise war der Wabenheizkörper. Runde Rohre wurden an ihren Enden zu Sechsecken gestaucht, dann zusammengestapelt und verlötet. Da sie sich nur an ihren Enden berührten, bildete dies praktisch einen festen Wassertank mit vielen Luftschläuchen.[2]
Einige Oldtimer verwenden Kühlerkerne aus Spiralrohren, eine weniger effiziente, aber einfachere Konstruktion.
Heizkörper nutzten zunächst eine nach unten gerichtete vertikale Strömung, die ausschließlich durch einen Thermosiphoneffekt angetrieben wurde. Das Kühlmittel erwärmt sich im Motor, wird dünner und steigt somit auf. Wenn der Kühler die Flüssigkeit abkühlt, wird das Kühlmittel dichter und fällt ab. Dieser Effekt ist für stationäre Motoren mit geringer Leistung ausreichend, für alle außer den ersten Automobilen jedoch unzureichend. Seit vielen Jahren werden in allen Automobilen Kreiselpumpen zur Umwälzung des Motorkühlmittels eingesetzt, da die natürliche Zirkulation nur sehr geringe Durchflussraten aufweist.
Normalerweise ist ein System aus Ventilen oder Leitblechen oder beidem eingebaut, um gleichzeitig einen kleinen Kühler im Fahrzeug zu betreiben. Dieser kleine Kühler und das zugehörige Gebläse werden als Heizkern bezeichnet und dienen der Erwärmung des Kabineninnenraums. Wie der Kühler entzieht der Heizkern dem Motor Wärme. Aus diesem Grund raten Kfz-Techniker häufig dazu, die Heizung einzuschalten und auf die höchste Stufe einzustellen, wenn der Motor überhitzt, um den Hauptkühler zu unterstützen.
Die Motortemperatur moderner Autos wird hauptsächlich durch einen Wachskügelchen-Thermostat geregelt, ein Ventil, das öffnet, sobald der Motor seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat.
Bei kaltem Motor ist der Thermostat bis auf einen kleinen Bypass geschlossen, so dass der Thermostat beim Aufwärmen des Motors Änderungen der Kühlmitteltemperatur erfährt. Das Motorkühlmittel wird vom Thermostat zum Einlass der Umwälzpumpe geleitet und unter Umgehung des Kühlers direkt zum Motor zurückgeführt. Dadurch, dass das Wasser nur durch den Motor zirkuliert, erreicht der Motor so schnell wie möglich die optimale Betriebstemperatur und vermeidet gleichzeitig lokale „Hot Spots“. Sobald das Kühlmittel die Aktivierungstemperatur des Thermostats erreicht, öffnet es sich und lässt Wasser durch den Kühler fließen, um einen höheren Temperaturanstieg zu verhindern.
Sobald die optimale Temperatur erreicht ist, steuert der Thermostat den Fluss des Motorkühlmittels zum Kühler, sodass der Motor weiterhin bei optimaler Temperatur läuft. Unter Spitzenlastbedingungen, wie z. B. langsames Fahren auf einem steilen Hügel mit schwerer Beladung an einem heißen Tag, ist der Thermostat nahezu vollständig geöffnet, da der Motor nahezu maximale Leistung erzeugt, während die Luftströmungsgeschwindigkeit über den Kühler niedrig ist. (Da es sich um einen Wärmetauscher handelt, hat die Geschwindigkeit des Luftstroms über den Kühler einen großen Einfluss auf dessen Fähigkeit, Wärme abzuleiten.) Umgekehrt ist der Thermostat fast geschlossen, wenn man in einer kalten Nacht auf einer Autobahn schnell bergab fährt und nur wenig Gas gibt weil der Motor wenig Leistung produziert und der Kühler viel mehr Wärme abführen kann, als der Motor produziert. Wenn zu viel Kühlmittel zum Kühler fließen würde, würde dies dazu führen, dass der Motor überkühlt wird und bei einer Temperatur arbeitet, die unter der optimalen Temperatur liegt, was zu einer verringerten Kraftstoffeffizienz und erhöhten Abgasemissionen führt. Darüber hinaus werden die Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Motors manchmal beeinträchtigt, wenn Komponenten (z. B. die Kurbelwellenlager) so konstruiert sind, dass sie die Wärmeausdehnung berücksichtigen und mit den richtigen Abständen zusammenpassen. Ein weiterer Nebeneffekt der Überkühlung ist die verringerte Leistung der Kabinenheizung, obwohl diese in typischen Fällen immer noch Luft mit einer erheblich höheren Temperatur als die Umgebungstemperatur bläst.
Der Thermostat bewegt sich daher ständig über seinen gesamten Bereich und reagiert auf Änderungen der Fahrzeuglast, der Geschwindigkeit und der Außentemperatur, um den Motor auf seiner optimalen Betriebstemperatur zu halten.
Bei Oldtimern finden Sie möglicherweise einen Balgthermostat, dessen gewellter Balg eine flüchtige Flüssigkeit wie Alkohol oder Aceton enthält. Diese Art von Thermostaten funktionieren bei Kühlsystemdrücken über etwa 7 psi nicht gut. Moderne Kraftfahrzeuge fahren typischerweise mit etwa 15 psi, was die Verwendung des Faltenbalg-Thermostats ausschließt. Bei direkt luftgekühlten Motoren stellt dies kein Problem für den Balgthermostat dar, der ein Klappenventil in den Luftkanälen steuert.
Andere Faktoren beeinflussen die Temperatur des Motors, einschließlich der Kühlergröße und der Art des Kühlerlüfters. Die Größe des Kühlers (und damit seine Kühlleistung) ist so gewählt, dass er den Motor auch unter den extremsten Bedingungen, denen ein Fahrzeug voraussichtlich ausgesetzt sein wird (z. B. beim Besteigen eines Berges mit voller Beladung an einem heißen Tag), auf der Auslegungstemperatur halten kann. .
Die Geschwindigkeit des Luftstroms durch einen Heizkörper hat großen Einfluss auf die Wärmeableitung. Die Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflusst dies in etwa proportional zur Motorleistung und liefert so ein grobes Selbstregulierungs-Feedback. Wenn ein zusätzlicher Kühlventilator vom Motor angetrieben wird, überwacht dieser ebenfalls die Motordrehzahl.
Motorbetriebene Lüfter werden oft durch eine Lüfterkupplung vom Antriebsriemen geregelt, die bei niedrigen Temperaturen durchrutscht und die Lüftergeschwindigkeit reduziert. Dies verbessert die Kraftstoffeffizienz, da nicht unnötig Energie durch den Antrieb des Lüfters verschwendet wird. Bei modernen Fahrzeugen erfolgt die weitere Regulierung der Kühlrate entweder durch drehzahlgeregelte oder wechselnde Kühlerlüfter. Elektrische Lüfter werden über einen Thermostatschalter oder das Motorsteuergerät gesteuert. Elektrische Ventilatoren haben auch den Vorteil, dass sie bei niedrigen Motordrehzahlen oder im Stillstand, beispielsweise bei zähfließendem Verkehr, für eine gute Luftzirkulation und Kühlung sorgen.
Vor der Entwicklung von Visco-Antriebs- und Elektrolüftern waren Motoren mit einfachen feststehenden Lüftern ausgestattet, die ständig Luft durch den Kühler saugten. Fahrzeuge, deren Konstruktion den Einbau eines großen Kühlers erforderte, um schweren Arbeiten bei hohen Temperaturen standzuhalten, wie z. B. Nutzfahrzeuge und Traktoren, blieben bei kaltem Wetter und leichter Last oft kühl, selbst wenn ein Thermostat vorhanden war, da der große Kühler fest installiert war Der Lüfter verursachte einen schnellen und deutlichen Abfall der Kühlmitteltemperatur, sobald der Thermostat öffnete. Dieses Problem kann gelöst werden, indem am Kühler eine Kühlerjalousie (oder Kühlerverkleidung) angebracht wird, die so eingestellt werden kann, dass sie den Luftstrom durch den Kühler teilweise oder vollständig blockiert. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Jalousie um eine Materialrolle aus Stoff oder Gummi, die entlang der Länge des Heizkörpers aufgerollt wird, um den gewünschten Teil abzudecken. Einige ältere Fahrzeuge, wie die einmotorigen Jäger S.E.5 und SPAD S.XIII aus der Zeit des Ersten Weltkriegs, verfügen über eine Reihe von Verschlüssen, die vom Fahrer- oder Pilotensitz aus eingestellt werden können, um ein gewisses Maß an Kontrolle zu ermöglichen. Einige moderne Autos verfügen über eine Reihe von Klappen, die vom Motorsteuergerät automatisch geöffnet und geschlossen werden, um bei Bedarf für ein ausgewogenes Verhältnis von Kühlung und Aerodynamik zu sorgen.
