KIM II Kapitel 14: Motorkühlung

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

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

• 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

• 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

Kühlmittelpumpe bewirkt einen kontinuierlichen Umlauf des Kühlmediums.

• 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)

• 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

• Elektrisch angetriebene Lüfter:
• Leicht zu steuern aber Begrenzte Lüfterleistung und ungunstige Verbrauch aufgrund der Wirkungsgradkette.

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

• 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.

• 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.

• 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)

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

• 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.

• Wasser schlecht bei Kälte -> einfrieren
• Zumischung von Glykol in richtiger Konzentration (bestes Kälteverhalten bei ca. 50% Glykol) -> Nebeneffekt -> verschiebt Siedepunkt zu höheren Temperaturen

• Austrittstemperatur geregelt
• "Kaltwasserschlag" möglich -> Kaltes Wasser tritt beim Öffnen des Thermostats in den heißen Block

• Eintrittstemperatur geregelt
• Kühlmittel könnte beim Durchlaufen zu heiß werden

Niedrige Temperatur



Hohe Temperatur



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

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

• Kühlmittelhauptkühler
• Pumpe für Kühlmittelnachlauf
• Ausgleichsbehalter 
• Heizungswarmetauscher
• Umwalzpumpe
• Kondensatormodul
• Kühlermitteltemperaturgeber
• Getriebeölkühler
• Kraftstoffkühler
• Generatorkühlung

• Hochtemperaturkreislauf:
• Motorölkühler 
• Getriebeölkühler 

• Niedertemperaturkreislauf
• Ladeluftkühler
• Kraftstoffkühler

Der Niedertemperatur- und Hochtemperaturbereiche sind nur noch über den Ausgleichsbehälter verbunden

Hochtemperaturkreislauf

• Bedienung / Kuhlung von:
• Innenraumheizung
• Rückgeführte Abgas

Niedertemperaturkreislauf:

• Bedienung / Kuhlung von:
• Generator
• Kraftstoff