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

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  3. Beschreiben Sie ein einfaches System der Zwangsumlaufkühlung (mit Heizung) Nutzen Sie hierzu eine Skizze. Gehen Sie auf die Funktion eines jeden Bauteils ein.
    • Kühlmittelpumpe bewirkt den Umlauf des Kühlmediums
    • über einen Wärmetauscher wird dann die mit dem Kühlmedium aufgenommene Wärme an die Umgebung abgegeben
    • Durch ein Thermostat im Kühlkreislauf wird die Kühlmitteltemperatur im Motorblock auf ein konstantes Niveau gehalten.
    • Die erfolgt durch die Aufteilung des aus dem Motor austretende Wasserstroms auf eine Kurzschlussleitung und den Kühlerkreislauf. Auf diese Weise ist eine geregelte Kühlung und ein schneller Warmlauf möglich.
    • Um das Fahrzeuginnenraum zu beheizen, wird auch eine Heizung vorgesehen. Diese wandelt die Wärme vom Motor über eine Wärmetauscher in Heißluft für dass Innenraum um


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  4. Skizzieren Sie ein Dehnstoffthermostat mit Doppelventil im Gehäuse (Mischventil) und erläutern Sie die Funktionsweise.
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    • Anstellbewegung wird über Dehnstoffelemente (grössten Teils Wachselemente) realisiert.
    • Mischfunktion - Thermostat regelt die abgeführte Wärme durch Mengenaufteilung zwischen Kühler und Kurzschluss
    • unterhalb einer Grenztemperatur wir kein Wasser zum Kühler geschickt
    • Oberhalb einer weiteren Grenze wird kein Wasser im Kurzschluss gepumpt.
    • Der übliche Arbeitsbereich liegt dazwischen
  5. Beschreiben sie das System der Zwangsumlaufkühlung. Nutzen sie hierzu eine Skizze.
    Kühlmittelpumpe bewirkt einen kontinuierlichen Umlauf des Kühlmediums.

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  6. Welche Funktionen beinhalten der Ausgleichsbehälter und der zugehörige Deckel?
    • Die Ausgleichsbehälter erlaubt die Ausdehnung des Kühlmittels.
    • Im Deckel sind Über- und Unterdruckventile versehen.
    • Das Überdruckventil verschließt die Öffnung zum Überlaufrohr bis zu einem festgelegten Überdruck von 0,5 bis 1 bar. Dadurch erreicht man, dass die Kühlflussigkeit erst bei 110 bis 120 grad C zu sieden beginnt. - Dann öffnet das Ventil um die Wasserleitungen vor Schaden zu bewahren.
    • Unterdruckventil öffnet beim Abkühlen und die Kühlflussigkeit wird aus den Ausgleichsbehälter zurückgesaugt um die Zirkulation zu gewährleisten (Schläuche würden von unterdruck zusammengedruckt werden)
  7. 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

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  8. Nennen sie Möglichkeiten zur Steuerung / Regelung der Drehzahl des Kühlerlüfters. Beschreiben sie die Funktionsweise und den vorwiegenden Einsatzbereich.
    • Elektrisch angetriebene Lüfter:
    • Leicht zu steuern aber Begrenzte Lüfterleistung und ungunstige Verbrauch aufgrund der Wirkungsgradkette.

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    • Elektromagnetische Lüfterkupplung: (Elektromagnet & Keilriebenscheibe)
    • Beim Einschalten wird der Anker ruckartig angezogen. Das ruckartige Anlaufbeginn beansprucht der Kupplung und Keilriemen sehr stark.

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    • Mechanische Lüfterkupplung: (Thermostat schaltet eine Kupplung zur Keilriemenscheibe).
    • Ähnliche Aufbau wie elektromagnetisch aber Elektromagnet ist mit Thermostat ersetzt.
    • Durch den Reibvorgang im Kupplungselement kommt es zu einem verzögerten Einschalten des Lüfterrads und dadurch eine geringere Belastung am Keilriemen.

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    • Hydrodynamische Lüfterkupplung / Viskolüfterkupplung: (Bimetall wirkt gegen ein Blattfederventil die die Befüllung eines Arbeitsraumes kontrolliert).
    • Silikondruck im Arbeitsraum kontrolliert den Schlupf zwischen Antriebsdrehzahl und Lüfterdrehzahl. Kleine Auslaufbohrung ermöglicht das Auslaufen des Silikonöl aus den Arbeitsraum.

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    • Hydrostatische Lüfterantrieb: (Hydraulikmotor wird von externer, unabhängiger Ölkreislauf angetrieben)
    • Freie Positionierung der Kühler. Verwendung bei Motoren wenn der Kühler nicht direkt vor dem Motor angeordnet werden kann (Omnibussen, Stationärmotoren) oder wenn Ölkreislauf schon vorhanden ist (Mähdrescher)

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  9. Was versteht man unter einem Viscolüfter und wie funktioniert er? Bei welchen Fahrzeugen wird dieser zumeist eingesetzt?
    Durch das Bimetall wird ein Blattfeder betätigt, das eine grössere Bohrung in der Zwischenscheibe freigibt, die eine Befüllung des Arbeitsraumes mit Silikonöl ermöglicht, um somit die Momentenübertragung von der Antriebsscheibe zur Ventilatornabe herzustellen

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  10. Skizzieren und erläutern sie die hydrostatische Lüfterkopplung.
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  11. Skizzieren sie den Kühlmittelkreislauf eines Motors mit allen Komponenten, die für die Kühlung und den Komfort in einem modernen Pkw notwendig sind.
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    • 1. Kühlmittelhauptkühler 
    • 2. Kühler für Generator und Kraftstoff
    • 3. Pumpe für Kühlmittelnachlauf
    • 4. Rückschlagventil
    • 5. Pumpe für Kraftstoffkühlung
    • 6. Rückschlagventil
    • 7. Zylinderkopf
    • 8. Generator
    • 9. Kraftstoffkühler
    • 10. Ausgleichsbehälter
    • 11. Umwälzpumpe
    • 12. Heizungswärmetauscher
    • 13. Zuheizer
    • 14. Kühlung für Abgasrückführung
    • 15. Kühlmitteltemperaturgeber.
  12. 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 Siedepunkt zu höheren Temperaturen
  13. Wie ist die Gefrierpunktkurve von Wasser- / Glycolmischungen in Abhängigkeit des Mischungsverhältnisse?
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  14. Welche beiden Positionen sind für die Integration des Kühlmittelthermostats sinnvoll? Wo liegen die individuellen Vor- und Nachteile der beiden Varianten?
    • Austrittstemperatur geregelt
    • "Kaltwasserschlag" möglich -> Kaltes Wasser tritt beim Öffnen des Thermostats in den heißen Block

    • Eintrittstemperatur geregelt
    • Kühlmittel könnte beim Durchlaufen zu heiß werden
  15. Erläutern sie die Funktion und die Regelposition des Thermostaten bei unterschiedlichen Kühlwassertemperaturen anhand von drei Skizzen.
    Niedrige Temperatur

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    Hohe Temperatur

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    Im normalen Betrieb liegt der Thermostat zwischen die beiden oben-gezeichnete Positionen
  16. 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

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    Fahrzeuge mit geringer Motorbauhöhe

    • Vorteile:
    • geringe Bauhöhe, da Kühler waagerecht durchströmt wird

    • Nachteile:
    • Thermosyphoneffekt nur eingeschränkt nutzbar
    • Ausgleichsbehälter notwendig

    Fallstromkühler:


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    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
  17. Welche Komponenten (Wärmetauscher, Pumpen, etc) beinhaltet ein Kühlsystem (Wasser) im Extremfall, z.B. VW Touareg V10 TDI?
    • Kühlmittelhauptkühler
    • Pumpe für Kühlmittelnachlauf
    • Ausgleichsbehalter 
    • Heizungswarmetauscher
    • Umwalzpumpe
    • Kondensatormodul
    • Kühlermitteltemperaturgeber
    • Getriebeölkühler
    • Kraftstoffkühler
    • Generatorkühlung
  18. Welche Teilkühlungssysteme sind bei einem voll ausgestatteten Fahrzeug heute im Einsatz? Ordnen Sie diese bitte dem Hoch- bzw. Niedertemperaturkreislauf zu.
    • Hochtemperaturkreislauf:
    • Motorölkühler 
    • Getriebeölkühler 

    • Niedertemperaturkreislauf
    • Ladeluftkühler
    • Kraftstoffkühler
  19. Was bezeichnet man als Niedertemperaturkreislauf und welche Systeme werden typischerweise von einem solchen System bedient?
    Der Niedertemperatur- und Hochtemperaturbereiche sind nur noch über den Ausgleichsbehälter verbunden

    Hochtemperaturkreislauf

    • Bedienung / Kuhlung von:
    • Innenraumheizung
    • Rückgeführte Abgas


    Niedertemperaturkreislauf:

    • Bedienung / Kuhlung von:
    • Generator
    • Kraftstoff

Card Set Information

Author:
Iblignic
ID:
327763
Filename:
KIM II Kapitel 14: Motorkühlung
Updated:
2017-03-10 15:10:34
Tags:
KIM Motorenbau
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