KIM II Kapitel 14: Motorkühlung

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Author:
toebber
ID:
264999
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KIM II Kapitel 14: Motorkühlung
Updated:
2014-07-28 02:56:16
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KIM
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KIM II Kapitel 14: Motorkühlung
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  1. Nennen sie Vor- und Nachteile der Wasserkühlung im Vergleich zur Luftkühlung von Verbrennungsmotoren. Wie beurteilen sie das Warmlaufverhalten bei den beiden Systemen?
    • Wasserkühlung (guter Warmlauf durch Kurzschlussleitung)
    • Vorteile: Wasser nimmt Wärme besser auf, gute Kühlung auch im Ventilsteg möglich, Wassertemperatur wird durch Thermostat konstant gehalten
    • Nachteile: Verlustenergie durch die Kühlmittelpumpe
    • Luftkühlung (schlechter Warmlauf)
    • Vorteile: Gewicht
    • Nachteile: komplizierte Gestaltung (Anordnung der Rippen), Probleme im Ventilbereich beim 4-Takt-Verfahren, Strömungsabriss hinter den Zylindern,
  2. Beschreiben sie das Funktionsprinzip einer Thermo-Umlaufkühlung. Wo liegen die Vor- und Nachteile eines solchen Systems?
    • Bei der Thermo-Umlaufkühlung nutzt man den Thermosyphoneffekt aus, das bedeutet, dass warmes Wasser aufgrund von geringerer Dichte nach oben steigt. Der Zylinderblock erwärmt das Kühlmedium das nach oben steigt und in den Kühler übergeht, wo es durch die Anströmung des Kühler wieder abgekühlt wird und nach unten absinkt und zurück zum Zylinder geleitet wird.
    • Vorteile: Wasserkühlung ohne Kühlmittelpumpe (keine Verlustenergie durch die Pumpe)
    • Nachteile: geringe Umlaufgeschwindigkeit -> großer Kühler und große Leitungsquerschnitte, kein großer Wärmemengentransport
  3. Beschreiben sie das System der Zwangsumlaufkühlung. Nutzen sie hierzu eine Skizze.
    • Kühlmittelpumpe bewirkt einen kontinuierlichen Umlauf des Kühlmediums.

  4. Aus welchen Gründen befinden sich im Deckel des Ausgleichsbehälters bei wassergekühlten Motoren ein Über- und ein Unterdruckventil?
    • Das Überdruckventil verschließt die Öffnung zum Überlaufrohr bis zu einem festgelegten Überdruck von 0,5 bis 1 bar. Dadurch erreicht man, dass die Kühlflüssigkeit erst bei 110...120°C zu sieden beginnt (Dampfblasenbildung). Dann öffnet das Ventil um die Leitung vor Schaden zu bewahren.
    • Entsteht im Kreislauf ein Unterdruck würden die Kühlflüssigkeitsschläuche zusammen gedrückt werden, und die Zirkulation würde behindert werden (Überhitzung und Motorschaden). Deshalb öffnet das Unterdruckventil bei Abkühlen und die Kühlflüssigkeit wird aus dem Ausgleichsbehälter zurückgesaugt.
  5. Nennen sie Möglichkeiten zur Steuerung / Regelung der Drehzahl des Kühlerlüfters. Beschreiben sie die Funktionsweise und den vorwiegenden Einsatzbereich.
    • Schaltbare Lüfterantriebe -> Ein- und Ausschalten durch Thermoschaltung
    • Lüfter saugt / zieht die Luft durch den Wärmetauscher
    • Eingesetzt werden die Lüfter hauptsächlich im Stillstand da sonst keine ausreichende Kühlung möglich ist, oder auch bei Passtraßen mit Volllastphasen
  6. Welche Möglichkeitne zum Antrieb / zur Kupplung des Kühlerlüfters bestehen? Wo werden jeweils die Varianten vornehmlich eingesetzt?
    • elektrisch angetrieben Lüfter (beliebige Anordnung des Kühlers, da Antrieb unabhängig vom Verbrennungsmotor -> Thermoschaltung)
    • elektromagnetische Lüfterkupplung (Lüfter auf Welle der Wasserpumpe -> ruckartiges Anlaufen bei Stromzufuhr zum Magneten)
    • mechanische Lüfterkupplung (Dehnstoffelemetn wirkt auf Kupplung -> reibkraftschlüssig -> sanftes Anlaufen)
    • hydrodynamische Lüfterkupplung / Viskolüfterkupplung 

    • (Durch Erwärmung verformt sich das Bimetall, wodurch die Blattfeder entspannt wird. Dabei gibt die Blattfeder einen bestimmten Querschnitt auf der Zwischenscheibe frei. Duchr diesen Querschnitt strömt Silikonöl in das Arbeitsvolumen.-> je nach Füllstand entsteht bestimmter Schlupf zwischen Antrieb und Lüfterrad. -> Bei Abkühlung verschließt die Blattfeder die Öffnung wieder und das Silikonöl kann durch eine kleine Ablaufbohrung wieder in den Vorratsraum fließen)
    • hydrostatischer Lüfterantrieb (externer, unabhängiger Ölkreislauf -> Motor treibt separate Ölpumpe an -> Ölmotor treibt Thermostatgesteuert das Lüfterrad an)
  7. Skizzieren und erläutern sie die hydrostatische Lüfterkopplung.
  8. Skizzieren sie den Kühlmittelkreislauf eines Motors mit allen Komponenten, die für die Kühlung und den Komfort in einem modernen Pkw notwendig sind.
  9. Aus welchen Gründen ist von der Verwendung reinen Wassers als Kühlmedium in Pkw abzuraten? Welcher Stoff wird üblicherweise dem Wasser in welcher Konzentration zugemischt?
    • Wasser schlecht bei Kälte -> einfrieren
    • Zumischung von Glykol in richtiger Konzentration (bestes Kälteverhalten bei ca. 50% Glykol) -> Nebeneffekt -> verschiebt Sidepunkt zu höheren Temperaturen
  10. Welche beiden Positionen sind für die Integration des Kühlmittelthermostats sinnvoll? Wo liegen die individuellen Vor- und Nachteile der beiden Varianten?
    • Austritt des Kühlmittels aus dem Block (Austrittstemperatur geregelt) -> "Kaltwasserschlag" möglich -> Kaltes Wasser tritt beim Öffnen des Thermostats in den heißen Block
    • Eintritt des Kühlmittels in den Block ( Eintrittstemperatur geregelt) -> Kühlmittel könnte beim Durchlaufen zu heiß werden
  11. Erläutern sie die Funktion und die Regelposition des Thermostaten bei unterschiedlichen Kühlwassertemperaturen anhand von drei Skizzen.
  12. Was versteht man unter "Querstromkühlern"? Was ist die Alternative zu diesen Systemen? Vergleichen sie die beiden Varianten und gehen sie auf die Vor- und Nachteile ein.
    • Querstromkühler

    • Fahrzeuge mit geringer Motorbauhöhe
    • Vorteile: geringe Bauhöhe, da Kühler waagerecht durchströmt wird
    • Nachteile: Thermosyphoneffekt nur eingeschränkt nutzbar; Ausgleichsbehälter notwendig

    • Fallstromkühler:
    • Kühlmittel fließt senkrecht von oben nach unten
    • Vorteile: oberer Wasserkasten kann als Ausgleichsbehälter genutzt werden; Thermosyphoneffekt wird unterstützt; geringer Druckverlust durch Thermosyphoneffekt und die Tatsache, dass Fallstromkühler nur einmal durchströmt werden
    • Nachteile: große Bauhöhe; Flächenausnutzung meist nicht optimal
  13. Welche Komponenten (Wärmetauscher, Pumpen, etc) beinhaltet ein Kühlsystem (Wasser) im Extremfall, z.B. VW Touareg V10 TDI?
    • Motorölkühler
    • Lenkhilfekühler
    • Kondensatormodul
    • Kühlmittelkühler
    • Getriebeölkühler
    • Kraftstoffkühler
    • Generatorkühlung

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