Historia układów chłodzenia silników spalinowych – część 2 | MOTOFAKTOR

Historia układów chłodzenia silników spalinowych - część 2

person Andrzej Glajzer 8/06/2020

Kontynuując temat rozwoju układów chłodzenia silników spalinowych wracamy do czasów, gdy chłodzenie stało się problemem nie mniej ważnym niż panowanie nad ich mocą.

Za „prawdziwą chłodnicą”, czyli taką, która przez wiele dziesięcioleci stanowiła standard większości układów chłodzenia uważa się chłodnicę typu ulowego wynalezioną i opatentowaną w 1900 r. przez Wilhelma Maybacha.

Szkic chłodnicy ulowej załączony do wniosku patentowego W.Maybacha (20.XII.1900 r.)
Fragment chłodnicy ulowej
Silnik samochodu Mercedes 35hp

Po raz pierwszy zastosowano ją w zamówionym w firmie Daimler Motoren Gesellschaft przez E.Jellinka nowym samochodzie Mercedes 35hp. Mimo oczywistych zmian, wynikających z rozwoju technologii i zastosowań nowych materiałów pod względem idei konstrukcyjnej pozostaje ona w użyciu praktycznie do dziś.

 

Chłodnica ulowa składa się z trzech głównych części: zbiornika górnego do wody (z otworem wlewowym zamkniętym korkiem, oraz rurką upustową dla pary, zbiornika dolnego z kranikiem do upustu wody oraz przestrzeni chłodzącej składającej się dużej ilości umieszczonych poziomo cienkich rurek (grubość ścianki ok. 0,5 mm) łączących obydwa zbiorniki formowanymi na końcach w sześciokąty.

 

Zlutowane razem „sześciokąty” tworzyły szczelną komorę, a woda przemieszczała się między zbiornikami dzięki wolnej przestrzeni między rurkami.

Schemat połączeń rurek w chłodnicy rurkowej

Widziana z przodu, przypominała plaster miodu…i stąd nazwa. Kończąc fragment dotyczący rodzajów chłodnic przypomnijmy należną ich chronologię.
A zatem!

 

  • chłodnice żeberkowe z nanizanymi na rurki chłodzące radiatorami z cienkiej blachy (w latach 20. były jeszcze stosowane w samochodach ciężarowych)
  • chłodnice rurkowe, gdzie przez zbiornik przechodziło kilka lub kilkanaście rzędów umieszczonych poziomo rurek otwartych na obu końcach ścianek zbiornika
  • chłodnice ulowe
  • chłodnice żeberkowe, stosowane od połowy lat 20. , gdzie w celu zwiększenia efektywności przepływu wody stosowano umieszczone pionowo spłaszczone rurki o przekroju prostokątnym rozdzielone metalowymi płaskownikami
  • chłodnice wężykowe, których konstrukcja podobna jest do żeberkowej, ale spłaszczone rurki nie były proste, ale powyginane w kształcie wężyków

I dodatkowo, w pojazdach wojskowych z lat 20. minionego stulecia często też stosowano:

 

  • chłodnice segmentowe, czyli takie, które podzielone były na wymienne, fragmenty i istniała możliwość ich wymiany. Stosowano je przeważnie w samochodach ciężarowych i pojazdach wojskowych

W taki rodzaj chłodnicy wyposażano miedzy innymi pierwsze seryjnie produkowane w Polsce ( lata 20.) samochody ciężarowe Ursus.

 

Wniosek! Rozwój konstrukcji chłodnic samochodowych zależny był od wzrostu efektywności silników oraz dostępu do coraz nowszych technologii ich wytwarzania.

Więcej samochodów, większy ruch ... i robi się gorąco!

Układ chłodzenia silników samochodowych to nie tylko chłodnice. Ważnym (jeśli nie najważniejszym) elementem jest też obieg cieczy chłodzącej w samym silniku.

 

Jeśli początkowo (co było wspomniane) wystarczało tylko schładzanie najbardziej obciążonych termicznie fragmentów cylindrów, tak wraz z rozwojem konstrukcji silników (już nie pojedyncze cylindry, ale w blokach silników i niekoniecznie żeliwne) i osiąganymi większymi mocami pojawiła się potrzeba stosowania bardziej wydajnego chłodzenia.

 

W ten sposób pojawił się kolejny element układów chłodzenia- wewnętrzny płaszcz wodny składający się z systemu kanałów umieszczonych wewnątrz jednego odlewu.

Mógł to być tylko tzw. karter, czyli skrzynia mieszcząca układ tłokowo korbowy wraz cylindrami, lub początkowo w przypadku tzw. ślepych cylindrów całość, wraz ze zintegrowaną (nierozłączną) głowicą i najbardziej obciążoną cieplnie komorą spalania. W miarę rozwoju konstrukcji silników ( wczesne lata 20.) powszechne stały się jednak osobne głowice połączone z blokiem systemem kanałów wodnych.

 

Skrajnie dolna jak i skrajnie górna część płaszcza wodnego zakończone były króćcami łączonymi z odpowiednimi zbiornikami chłodnicy. Wskutek wzrostu temperatury cieczy chłodzącej (wody) na zasadzie konwekcji następował jej ruch. Ogrzana podczas pracy silnika woda przemieszczała się ku górze „płaszcza wodnego” a następnie do górnego zbiornika chłodnicy. Schładzana w rurkach dostawała się do dolnego zbiornika, skąd kierowana była do dolnej części płaszcza w kadłubie.

Tak działał (bo mniej więcej odporowy lat 50. już nie występuje w silnikach samochodowych) samoczynny ( termosyfonowy) układ chłodzenia, którego jedyną w zasadzie zaletą była niezawodność i mała ilość elementów wchodzących w jego skład. Stąd chętnie stosowany był przede wszystkim przez producentów aut popularnych.

 

Miał też wady! Był mało czuły na raptowny wzrost temperatury. Kiedy coraz więcej samochodów poruszało się w mieście (częste ruszanie i małe prędkości) wiele z nich po prostu się gotowało. Aby być efektywnym musiał mieć dużą pojemność i dotyczyło to zarówno wewnętrznego płaszcza wodnego jak i chłodnicy, a to z kolei oznaczało większą wagę i więcej miejsca pod maską.

 

Ciekawostka! Spora ilość coraz częściej odrestaurowywanych i biorących w zlotach i rajdach aut zabytkowych wyposażonych w samoczynne układy chłodzenia modernizuje się przez wyposażanie ich w elektrycznie napędzane wentylatory chłodnic. Mimo, że jest to rozwiązanie nieoryginalne, to jak najbardziej jest uznawane przez jury oceniające pojazd pod względem oryginalności.

Panta rei...

Już od lat 20. (znowu u podstaw wyższe moce silników i konieczność bardziej intensywnego chłodzenia) większość producentów samochodów zaczęło stosować znany nam do dziś układ chłodzenia silników w obiegu wymuszonym.

 

W sensie idei konstrukcji od wcześniej wspomnianego samoczynnego różni się tym, że ruch cieczy chłodzącej odbywa się od momentu uruchomienia silnika, co jak to w technice ma to swoje dobre jak i złe strony.

 

Początek taki sam, „płaszcz wodny” i chłodnica, ale potem dochodzą jeszcze trzy ważne elementy: pompa wody, termostat i wentylator.

W momencie rozruchu, kiedy silnik jest zimny umieszczony na wyjściu kanałów „płaszcza wodnego” zawór termostatyczny zamyka drogę płynu chłodzącego do chłodnicy kierując go do obiegu wewnątrz bloku cylindrów. Wprawiony w ruch dzięki działaniu napędzanej przez silnik pompy wody krąży tam dotąd aż uzyska temperaturę ok. 86°C.

 

Potem bardziej intensywne chłodzenie i wykorzystanie tzw. długiego obiegu z główną rolą chłodnicy. Lata 30. aż do 60. to klasyka. Pompa odśrodkowa napędzana w najróżniejszy sposób. Od prostej przekładni zębatej, poprzez przekładnie pasowe, jak również pośrednio przez łączenie ich z prądnicą.

Rozwiązań było bardzo wiele i to gdzie montowano pompy wody zależało od wielu uwarunkowań konstrukcyjnych. Podobnie było z wentylatorami chłodnic. Początkowo na stałe związane były z wałem korbowym i zwykle patrząc od przodu maski umieszczano je za chłodnicą.

 

Zwykle, nie znaczy zawsze, ponieważ zdarzali się producenci preferujący odwrotny układ (np. Gabriel Voisin), gdzie wentylator wytwarzał strumień powietrza kierowany na chłodnicę. W miarę postępu konstrukcji silników zauważono jednak, że stale pracujący wentylator nie jest konieczny i powinien wymuszać obieg powietrza tylko wtedy kiedy jest to konieczne.

 

A zatem w kolejności. Najpierw (początek lat 70.) sterowane czujnikami temperatury sprzęgła elektromagnetyczne łączące przekładnie pasowe ( np. w PF 125p) lub tak jak w BMW wiskotyczne, a następnie co spotykamy często we współczesnych nam samochodach napędzane tylko silnikami elektrycznymi.

Wentylator ze sprzęgłem elektromagnetycznym silnika samochodu Polski Fiat 125p

Po nowemu

Nowe technologie umożliwiły stosowanie układów chłodzenia silników lżejszych i bardziej efektywnych. Aluminium, tworzywa sztuczne to obowiązujące dziś standardy. Sama idea jako taka jednak niewiele się zmieniła. No może tylko pod względem wykorzystania elektroniki w roli naczelnego kontrolera pokładowego i wagi.

 

To może mało ważne, ale wspomnijmy, że dawne układy chłodzenia te z lat 20. i 30. ważyły krocie. Czasem w średniej klasy samochodach napełniało się je kilkunastoma litrami wody, a w autach luksusowych typu Mercedes 770 z końca lat 30. czy Horch było to czasem ponad 20 litrów.

Dodatki, które wracają

Może to mniej ważny element układu chłodzenia, ale w ostatnich latach dość eksponowany. Dawne auta, nawet średniej klasy wyposażano w regulowane z miejsca kierowcy ruchome żaluzje mające wpływ na efektywność przepływu powierza przez chłodnicę, a przez to również na efektywność całego układu chłodzenia. Nieraz, tak jak np. w Warszawie M20 były to zwijane lub podnoszone metalowe blaszki, a czasem jak w bardzo stylowych limuzynach z końca lat 30. pionowe i chromowane listwy.

Było, nie minęło! Coraz częściej producenci stosują podobne, wsparte elektroniką rozwiązania, które działają podobnie jak dawniejsze… , tyle że z dodatkową funkcją zmiany parametrów aerodynamicznych.

 

A tak swoją drogą, czy po elektrycznych wentylatorach i ciągle nowszych generacjach płynów chłodniczych sama idea układów chłodzących aż tak bardzo się zmieniła? Nie wiem, ale po kole, zespole tłok-cylinder, wale korbowym, zwrotnicowym układzie kierowniczym i paru innych przykładach, w tym układach chłodzenia silników (nawet tych z nadchodzącej epoki elektromobilności) w wielu fragmentach samochód nadal jest taki jak dawniej.

 

Pierwsza część cykluHistoria układów chłodzenia silników spalinowych – część 1

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).