Motorkühlung

mw-headline" id="Luftkühlung">Luftkühlung[Bearbeiten | < quellcode bearbeiten]

Die Kühlanlage eines Verbrennungsmotors leitet vor allem die Abwärme ab, die an die Wandungen von Brennkammer und Gaszylinder übertragen wird, da der Zyklus nicht optimal ist. Bei zu hohen Außentemperaturen würde der Antrieb beschädigt (Abriss des Schmiermittels, Verbrennung der Ventile). Beim Stirlingmotor wird die abzuleitende Prozeßwärme über das Kühlkreislaufsystem abgeführt. Die Luft- und Wasserkälte wird als Primärkühlsystem eingesetzt.

Durch die wesentlich höhere thermische Leitfähigkeit im Vergleich zur Umluft wird die Abwärme abgeführt, die großen Flächen fördern den Abgang zur Umgebungsluft. Derzeit wird die Luftabkühlung vor allem in Flugzeugtriebwerken, Krafträdern, kleinen Motoren von Rasenmäher oder Kettensägen eingesetzt. Zu den historischen Fahrzeugen dieses Motortyps gehören die Citroën 2CV ("Ente"), Honda 1300, Porsche Modelle 356 und 911 (bis 1998), VW Bus (bis 1982), alle VW Käfer, alle Trabis außer Trabi 1. 1, sowie Pkws und LKWs aus Tatra und LKWs aus Magirus-Deutz und Robust.

Viele kleine Maschinen, aber auch Motorradmaschinen kommen in der Regel ohne Lüfter aus. Der Antrieb des Lüfterrades erfolgt in der Regel über den Zahnriemen des Generators, weshalb das Zerreißen hier besonders aufwendig ist. Der Antrieb muss daher unverzüglich abgebrochen werden. Auch in Stationärmotoren wird häufig ein Kühlventilator eingesetzt, z.B. in Leistungs- oder Druckluftanlagen, in Kraftfahrzeugen mit niedrigen Drehzahlen oder anderen hochwärmebelasteten Maschinen.

Der Luftstrom wird unmittelbar auf den Verbrennungsmotor geleitet, in der Regel durch Leitbleche. In den Zylindern und Zylinderköpfen luftgekühlter Triebwerke befinden sich Kühllamellen, um die Wärmeabgabefläche zu erhöhen. Manche luftgekühlten Maschinen verfügen über thermostatisch gesteuerte Ventilklappen, wie z. B. die dazugehörigen VW-Maschinen, um auch bei niedrigen Außentemperaturen schnell die für den Betrieb erforderliche Optimaltemperatur aufzubringen.

In vielen Fällen wird das Motoröl durch eine zusätzliche Kühlung aufbereitet. Mit wenigen Ausnahmefällen werden die modernen 4-Takt-Motoren wassergekühlt, wodurch in der Praxis meist ein Wassergemisch mit einem Frostschutz- und Antikorrosionsmittel als Kühlmittel verwendet wird. Deshalb hat sich der Terminus Wasserkälte im allgemeinen Gebrauch etabliert. Es hat einen konstanten Wärmeübergang und kann eine große Menge an Wärme ableiten.

Durch die Flüssigkühlung wird die Temperaturdifferenz der einzelnen Motorenteile und damit die mögliche Verformung niedrig gehalten. Die Herstellung des Motorblocks und damit der erforderlichen Gießformen ist komplexer. Früher oft aus Messingblech, heute überwiegend aus Metall, wird ein Wasser- oder Kältemittelkühler in der Regel an der Vorderseite des Fahrzeugs installiert, wo ein Luftstrahl das durchströmende Kältemittel kühlt.

Dort wird das Kältemittel von einer Kältemittelpumpe über Schlauchleitungen durch den Verbrennungsmotor (Zylinderkopf und Motorblock) geleitet. Hochwärmebeanspruchte Motoranbauteile, wie z. B. Turbolader, Lichtmaschine oder Abgasrückführungskühler, können ebenfalls in den Kältemittelkreislauf integriert werden. Elektromagnetische Kältemittelpumpen (Leistung ~ 200 W) mit einstellbaren Fördermengen werden in heutigen Triebwerken vielfach verwendet.

Früher war der Ventilator über einen Riemenantrieb mit der Kurbelwelle des Triebwerks gekoppelt und verbraucht daher mehr Energie, je größer die Drehzahl ist. Das spart Treibstoff und die Motorenleistung ist bei niedrigerer Geräuschemission größer als bei einem permanenten Ventilatorantrieb. In Abhängigkeit von der Motorgröße werden in der Regel ein oder zwei Gebläse individuell oder zusammen, ggf. mit verschiedenen Drehzahlen, je nach Kühlmitteltemperatur, betrieben.

In einigen Fahrzeugen arbeiten die Gebläse auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, solange das Kühlsystem noch warm ist. Eine deutliche Kühlung des Motors erfolgt jedoch nur, wenn auch die Kältemittelpumpe weiter läuft (siehe nächsten Abschnitt). Das erste Serienfahrzeug mit temperaturgeregeltem Ventilator war der Typ 403, bei dem die Flüssigkeitspumpe in der Regel über den gezahnten Riemen, sonst über einen Keilriemen oder einen Keilrippenriemen mitläuft.

An der Vorderseite des Heizkörpers waren teilweise auch Jalousien montiert, die es in der Kältezeit ermöglichten, ein Kabel vom Führersitz zu ziehen, um die Temperatur des Motors durch Schließung leicht anzuheben. Darüber hinaus können sie auch bei ausgeschaltetem Triebwerk gefahren und weiter gekühlt oder bei entsprechendem Einsatz die Heizungsanlage mit Warmwasser versorgt werden.

Die Steuerung des Kühlkreislaufs und damit der Motorentemperatur erfolgt über einen Thermostaten. So lange der Verbrennungsmotor noch nicht seine Arbeitstemperatur erreicht hat, wird das Thermoventil geöffnet und das Kühlmittel strömt nur durch den Verbrennungsmotor, die Wasserpumpe und den Wärmetauscher. Wenn sich der Temperaturregler öffnet, wird der Hauptwasserkühler in den Stromkreis einbezogen und die tatsächliche Abkühlung beginnt.

Je nach Gerät und Maschine wird das Thermoventil zwischen 75 °C und 88 °C geöffnet. Inzwischen gibt es im Luxusbereich auch mehrere Schaltungen und kartengesteuerte Elektrothermostate. Durch die Ausdehnung des Kühlmittels beim Erwärmen erhöht sich der Luftdruck im Kühlkreislauf. In sehr kalten Bedingungen kann das Kältemittel den Zylinderblock gefrieren und aufbrechen.

Auch diese so genannten Gefrierschutzmittel beugen der Bildung von Rost im Motor vor. Als Kältemittel wird in der Regel ein Gemisch aus Wasser und Ethylenglykol eingesetzt. Die Ausfallsicherheit wird durch weitere mögliche Fehler wie undichte Kühlkreisläufe, Fehler in der Wasserpumpe, im Heizkörper, im Band oder im Thermostaten beeinträchtigt. Dies kann bei einem defekten Temperaturregler und/oder Ventilator in beschränktem Umfang auch zur Motorkühlung genutzt werden:

Indem die Innenheizung mit einer hohen Lüfterdrehzahl und einer hohen Temperaturstufe betrieben wird, wird der maximal zulässige Luftdurchsatz durch den Wärmetauscher geleitet und dem Motorkühlkreislauf werden beträchtliche Mengen Wärme entnommen. Für Elektrogeräte ist eine Warmwasserkühlung oft nicht möglich, da sie mehr oder weniger leitfähig ist (siehe auch: Ölkühlung). Im Rahmen der Flüssigkühlung (umgangssprachlich Wasserkühlung) wird als Kühlmittel an einem Brennkraftmaschine, z.B. am DIUTZ FL1011, Ö statt Papier anstelle von Papier eingesetzt.

Das bestehende Schmieröl wird auch zur Temperierung der Zylinderlaufbuchsen oder zur zusätzlichen Temperierung der Stahlköpfe verwendet. Für hochbelastete Triebwerke ist die Kolbendüsenkühlung durch Schmieröl (Kolbenboden-Sprühölkühlung) ebenso gängig wie die Abkühlung von Aggregaten (z.B. Lager der Triebwerkswelle bei Abgasturboladern). Kann nicht genügend Abwärme über die Kurbelgehäusefläche abgeleitet werden, muss das Schmieröl gekühlt werden (Details s. u.).

Zur Aufrechterhaltung der Schmierfähigkeit des Motorenöls ist eine kontrollierte Wärmeableitung notwendig. Deshalb verfügen viele Triebwerke über Öl-Luft-Kühler (Ölkühler) oder einen Öl-Wasser-Wärmetauscher, je nachdem, auf welches Trägermedium die Abwärme geleitet werden soll. Nicht immer ist das Motorkühlungssystem das einzigste Kühlungssystem in einem Verbrennungsmotor oder Kraftfahrzeug. Darüber hinaus können getrennte Anlagen für die Bereiche Luft, Motoröl, Getriebeluft, Getriebemotorenöl, Lenkgetriebeöl oder Treibstoff installiert werden.

Hybridfahrzeuge verfügen in der Regel über ein zusätzliches Kühlsystem zum Kühlen von Elektromotoren/Generatoren und deren Leistungselektronik in der Regel (z.B. Wechselrichter, Umrichter). Ausgabe 27th, Verlags Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1. Hans Jörg Leyhausen: Die Masterprüfung im Kfz-Handwerk Part I. 12th edition, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3. Air or water cooling.