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Motorkühler
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z.B. Audi A3 8L1

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Motorkühler
Motorkühler

Das Kühlsystem in einem Verbrennungsmotor führt hauptsächlich die Wärme ab, die abgegeben wird, weil der Kreisprozess nicht ideal verläuft. Zu hohe Temperaturen würden den Motor beschädigen (Abreißen des Schmierfilms, Verbrennen der Ventile). Als primäres Kühlsystem werden Luft- und Wasserkühlung verwendet. Außerdem gibt es - meistens bei Luftkühlung - Kühler für das Schmiermittel, um den Motor auf Betriebstemperatur zu halten.

Flüssigkeitskühlung

Moderne Viertaktmotoren werden bis auf wenige Ausnahmen flüssigkeitsgekühlt, wobei in der Regel ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel als Kühlflüssigkeit dient. Daher hat sich im allgemeinen Sprachgebrauch der Begriff Wasserkühlung durchgesetzt. Die Flüssigkeitskühlung bietet gegenüber der Luftkühlung verschiedene Vor- und Nachteile:


Ein Wasserkühler/Kühlmittelkühler, der früher oftmals aus Messing, heute zumeist aus Aluminium besteht, ist meist an der Front des Fahrzeuges angebracht, wo der Fahrtwind das durchfließende Kühlmittel abkühlt. Von dort wird das Kühlmittel mit einer Wasserpumpe durch Schläuche in den Motor gepumpt (Zylinderkopf und Motorblock). Da die mechanische Wasserpumpe bis zu 2 kW Antriebsleistung benötigt, werden in modernen Motoren auch elektrische Wasserpumpen (Leistung ~200 W) eingesetzt.

Motorkühler
Motorkühler

Die moderne Flüssigkeitskühlung im Pkw besteht aus einem Kühler mit großer Oberfläche, der in der Regel vorn zwischen den Scheinwerfern angebracht ist. Kondensatoren von Klimaanlagen oder Ladeluftkühler werden vor dem Kühler eingebaut. Hinter dem Kühler befindet sich ein heute (2010) meistens elektrisch angetriebener Lüfter, der den Luftstrom auch bei langsamer Fahrt sichert. Der Kühlmittelumlauf wird durch die Wasserpumpe erzeugt. Bei kleinen Pkw wie dem Steyr 50 und Zweirädern (Zündapp KS 50 watercooled) wurde auch die Thermosiphonkühlung verwendet, die ohne Zwangsumlauf auskam und auf dem Prinzip arbeitete, dass warmes Wasser aufsteigt und kaltes nach unten sinkt. Diese Kühlung benötigt größere Querschnitte und ist nicht immer betriebssicher, da besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten der selbsttätige Wasserumlauf nicht ausreicht. Die Wasserpumpe wird normalerweise über einen Keil- oder Keilrippenriemen, manchmal auch über den Zahnriemen, angetrieben. Früher wurde der Ventilator ebenfalls so angetrieben und lief ständig mit. Auf der Frontseite des Kühlers wurden auch manchmal Jalousien angebracht, die es in der kalten Jahreszeit mit einem Seilzug vom Fahrersitz aus erlaubten, durch Schließen die Motortemperatur etwas heraufzuregeln. Wo dies nicht möglich war, wurden manchmal auch Kartonplatten provisorisch davor platziert. Heutzutage sind diese Jalousinen wieder im Luxussegment anzutreffen (z.B. BMW X5), allerdings elektronisch geregelt. Diese werden aber zur Verbesserung der Aerodynamik verwendet und damit Verbrauchsreduzierung, weniger im Bezug zur Kühlung. Es gibt aber auch Viscolüfter mit einer temperaturgeregelten Kupplung (Viskokupplung), in der das Drehmoment durch eine hochviskose Arbeitsflüssigkeit ohne Berührung der Kupplungsteile und damit verschleißfrei übertragen wird. Hierdurch wird Kraftstoff gespart, und die Motorleistung ist bei geringerer Lärmemission höher als bei dauerhaftem Lüfterantrieb.

Motorkühler
Motorkühler

Der Kühlkreislauf, und damit die Motortemperatur, wird durch einen Thermostat geregelt. Solange der Motor nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist das Thermostatventil geschlossen, und die Kühlflüssigkeit zirkuliert nur über Motor, Wasserpumpe und Heizungswärmeübertrager. Öffnet der Thermostat, so wird der Haupt-Wasserkühler mit in den Kreislauf eingeschlossen, und die eigentliche Kühlung setzt ein. Das Thermostatventil öffnet bei ca. 85 Grad Celsius. Im Luxussegment gibt es mittlerweile auch Motoren mit mehreren Kreisläufen und kennfeldgesteuerten Thermostaten.

Übersteigt die Temperatur des Kühlmittels einen weiteren Schwellwert, der typischerweise 100 Grad Celsius beträgt, wird durch einen Thermostatschalter der elektrische Lüfter eingeschaltet. Bei intakter Anlage geschieht dies nur bei langsamer Fahrt. Abhängig von der elektrischen Verschaltung kann der Lüfter auch bei ausgeschalteter Zündung nachlaufen.

Da sich die Kühlflüssigkeit bei Erwärmung ausdehnt, steigt der Druck im Kühlsystem. Um diesen Effekt auszugleichen, ist ein Ausgleichsbehälter/Ausdehnungsgefäß in den Kühlkreislauf integriert, der das überschüssige Kühlmittel aufnimmt und bei Bedarf wieder abgibt. Durch das Erhöhen des Systemdruckes steigt gleichzeitig der Siedepunkt des Kühlmittels.

Die Flüssigkeitskühlung hat auch verschiedene Nachteile: Bei großer Kälte kann das Kühlmittel einfrieren und den Motorblock zum Platzen bringen. Um ein Einfrieren des Systems bei niedrigen Außentemperaturen zu vermeiden, müssen besondere Zusätze in das Kühlwasser gegeben werden. Diese sogenannten Frostschutzmittel verhindern auch die Rostbildung im Motorinneren. Meist wird ein Wasser-Glykol-Gemisch als Kühlmedium verwendet.

Durch zusätzliche Fehlermöglichkeiten wie undichter Kühlkreislauf, Defekte an Wasserpumpe, Kühler, Riemen oder Thermostat sinkt die Zuverlässigkeit.

Außerdem wird das warme Kühlwasser zusätzlich für die Fahrzeugheizung verwendet. Diese kann in begrenztem Maße auch zur Motorkühlung eingesetzt werden, wenn der Thermostat und/oder der Lüfter defekt sind: Durch den Betrieb der Innenraumheizung auf hoher Gebläsestufe und hoher Temperatureinstellung wird der maximale Luftstrom durch den Wärmetauscher geführt und so dem Kühlkreislauf des Motors erhebliche Wärmemengen entzogen.

Weitere Kühlsysteme

Das Motorkühlsystem ist nicht immer das einzige Kühlsystem in einem Motor bzw. Fahrzeug. Zusätzlich können noch separate Systeme für die Ladeluft, das Motoröl, das Getriebeöl, das Lenkgetriebeöl oder den Kraftstoff eingebaut sein.
Quelle: Wikipedia

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