Frage des Monats Eingereicht von Bill McLellan, Pasadena, Kalifornien, und beantwortet von Melany Hunt, Associate Professor of Mechanical Engineering, Caltech.
Das Kühlsystem ist ein wichtiger Teil eines Automotors. Diese Tatsache ist mir noch bewusster geworden, nachdem mein Auto auf dem Santa Monica Freeway überhitzt war.
Das Kühlsystem erfüllt drei wichtige Funktionen. Erstens führt es überschüssige Wärme aus dem Motor ab, zweitens hält es die Betriebstemperatur des Motors dort, wo er am effizientesten arbeitet, und drittens bringt es den Motor so schnell wie möglich auf die richtige Betriebstemperatur.
Das Kühlsystem besteht aus sechs Hauptteilen – einem Motor, einem Kühler, einer Wasserpumpe, einem Kühlgebläse, Schläuchen und einem Thermostat. Während des Verbrennungsprozesses wird ein Teil der Brennstoffenergie in Wärme umgewandelt. Diese Wärme wird von der Wasserpumpe an das Kühlmittel abgegeben, das durch den Motor zirkuliert. Schläuche leiten die heiße Kühlflüssigkeit zum Kühler, wo die Wärme auf die Luft übertragen wird, die vom Kühlgebläse am Motor vorbeigeführt wird. Die Kühlflüssigkeit wird dann zur Wasserpumpe zurückgeführt und umgewälzt.
Wenn ein Motor kalt ist, z. B. am Morgen, arbeitet er etwas anders. Um den Wirkungsgrad zu maximieren, ist der Motor so konstruiert, dass er schnell warmläuft. Sobald der Motor die richtige Betriebstemperatur erreicht hat, soll er auf einer stabilen Temperatur gehalten werden, was der Zweck des Thermostats ist. Der Thermostat ist wie ein Ventil, das sich in Abhängigkeit von der Temperatur öffnet und schließt. Der Thermostat trennt den Motor vom Kühler, bis er eine bestimmte Mindesttemperatur erreicht hat. Ohne Thermostat würde der Motor immer Wärme an den Kühler verlieren und länger brauchen, um warm zu werden. Sobald der Motor die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, regelt der Thermostat den Durchfluss zum Kühler, um die Temperatur stabil zu halten.
Manchmal ist die Kühlflüssigkeit so heiß, dass der Thermostat ganz öffnet, so dass der Motor vollständig vom Kühler abhängig ist, um seine Temperatur stabil zu halten. Solange genügend Luft durch den Kühler strömt, bleibt der Motor kühl. Wenn der Luftstrom aus irgendeinem Grund zu gering ist, kann der Kühler seine Aufgabe nicht erfüllen und der Motor kann überhitzen. Wenn dann der Kühlmitteldurchsatz erhöht wird, gibt der Motor mehr Wärme an das Kühlmittel ab, was die Situation noch verschlimmert. Die Durchflussbegrenzung des Thermostats trägt dazu bei, den Druck im Kühlsystem zu erhöhen, wodurch es für das Kühlmittel schwieriger wird, in der Wasserpumpe zu kochen. Sie trägt jedoch wenig dazu bei, dass der Kühler den Motor kühl hält.