Technika motocyklu - 4. část - chlazení

Chlazení vzduchem:

Je nejstarší a nejjednodušší způsob chlazení stroje vlivem proudění vzduchu. Velikost přestupu tepla závisí na rychlosti proudění a na vyzařované ploše. Motory s horším přístupem chladícího vzduchu (např. kapotáž) mají ventilátor poháněný buď mechanicky od klikové skříně nebo elektromotorkem. Pohon elektromotorem má výhodu v jednodušší regulaci. Pokud je motor studený a nevyžadujeme chlazení, lze jej snadno odpojit. Odpojovací spojky pro mechanicky poháněné ventilátory se u motocyklů nevyskytovaly. Závislost odvodu tepla není lineární na rychlosti proudění a od jisté hranice nemá efektivní smysl rychlost dále zvyšovat. U použití ventilátoru je pak větší energie vynaložena na pohon než co nám přinese k užitku. Plocha je zvětšena použitím žeber na válci a hlavě válce. Při zanesení dochází k velkému poklesu chladícího účinku a motor se může přehřát až zadřít.

Vzhledem k velkému teplotnímu rozsahu motoru je nutné mít větší vůle namáhaných součástí (především píst-válec), což negativně ovlivňuje účinnost motoru. Velký teplotní rozsah dále ovlivňuje i emise, které jsou horší než u motorů s menšími teplotními rozdíly (např. Tatra musela použít u vzduchem chlazených motorů stavitelné klapky na chlazení v závislosti na teplotě motoru pro dosažení Euro normy). Regulace teploty se u motocyklů nijak neřeší. Motory chlazené vzduchem jsou často doplněny o chladič oleje (často enduro – DR, XT). Chlazení náporovým vzduchem má dále výhodu v rychlejším ohřevu motoru, jelikož u kapalinového chlazení je velká setrvačnost (ta se v jistých ohledech projevuje i pozitivně).

Chlazení olejem:

Olejového chlazení bylo využito v polovině 80.let pro snížení hmotnosti motoru (až 14kg) u modelů Suzuki GSX-R. Jedná se o použití olejového chladiče a dvojitého olejového čerpadla, které na jedné straně zajišťovalo mazání motoru a druhá část sloužila pro oběh chladícího oleje do hlavy válců. Používala se jedna náplň oleje, která oproti ostatním strojům nebyla vyšší (cca 3,5-4 l). V dnešní době je tento systém pro výkonné sportovní motocykly zastaralý a používá se jen u cestovních motocyklů (Bandit 600 a 1200). Jako přídavného chlazení olejem je vybaveno i plno ostatních motocyklů, kde však není většinou použit zvláštní chladící okruh, ale pouze se chladí olej a dopravuje na běžná mazací místa. Samotná olejová vana je navržena pro přestup tepla z oleje do okolí.

Chlazení kapalinové:

Chladícího média je zde užito kapaliny, která odvádí přebytečné teplo z tepelně namáhaných míst do chladiče umístěného v přední části motocyklu (výjimečně po boku – např. VTR). Na kapalinu jsou kladeny následující požadavky: velká tepelná kapacita, antikorozní a antikavitační vlastnost, nízký bod tuhnutí. V dnešní době se používá výhradně nuceného oběhu, kdy kapalina je hnána pomocí lopatkového čerpadla. Při nízké teplotě chladící kapaliny je uzavřen termostatický ventil zamezující vstup kapaliny do chladiče, kde by docházelo k jejímu dalšímu ochlazení a tím pádem pomalejšímu zahřátí motoru na provozní teplotu. Termostat obsahuje voskovou náplň, která při zahřátí zvětšuje svůj objem a působí na ventil proti vratné pružině. Při cca 75°C se ventil začne otvírat a část kapaliny již může procházet do prostoru chladiče. Při teplotě cca 85°C je již ventil otevřen naplno. Při podezření na nefunkčnost termostatu je nutné provést zkoušku v zahřívané vodě a sledovat otvírání ventilu. Vzhledem k teplotní roztažnosti kapaliny je použit přetlakový ventil ve víčku nalévacího otvoru odkud je kapalina odvedena na zem (např. kros) nebo do expanzní nádoby. Ventil udržuje zvýšený tlak (cca 1,3 baru) v systému, čímž docílíme i vyšší teploty kapaliny (až 120°) a to má za následek lepší tepelnou účinnost chlazení. Při poklesu teploty se zmenšuje objem kapaliny v systému a víčko dále obsahuje podtlakový ventil, který umožní nasátí kapliny z expanzní nádobky.
Při malé rychlosti proudícího vzduchu je chladič vybaven ventilátorem s elektro pohonem, který je sepnut pomocí teplotního čidla při teplotě cca 105°C. Čidlo je umístěno v tělese chladiče nebo je použito informace o teplotě z termočidla teploty chladící kapaliny, které je většinou v hlavě válců. Termospínač na ovládání ventilátoru je buď s jedním vývodem a při překročení dané teploty se vstupní vodič ukostří, čímž se propojí elektrický obvod a ventilátor sepne nebo je termostatický spínač dvouvývodový a spíná jeden vstup s druhým.
Zkouška funkčnosti lze provést v kapalině ohřáté na cca 105°C (nejvhodnější je olej). Většina motorů je vybavena i čidlem teploty chladící kapaliny, které obsahuje polovodič (jednoho typu) měnící svůj odpor v závislosti na teplotě. Tato informace je zpracovávána pro teploměr (analogový, digitální) případně i pro řídící jednotku vstřikování.
Chladiče jsou použity výhradně hliníkové pro svou nízkou hmotnost, dobrou tepelnou vodivost a nízkou náchylnost ke korozi. U sportovních motocyklů (např. GSXR, R1, atd.) jsou motory vybaveny chladiči oleje. Olej protéká výměníkem tepla (umístěný pod olejovým filtrem, případně zvlášť na motoru), kde dochází k ohřevu chladící kapaliny od oleje. Olejový okruh je od chladícího okruhu oddělen stěnou výměníku.

Chladící kapalina:

Od kapaliny požadujeme aby:
1) se velká část tepla nakumulovala do objemu a dále odvedla do chladiče
2) kapalina nepoškozovala motor vlivem koroze a kavitačním opotřebením lopatek čerpadla
3) při poklesu teploty vlivem zvětšení objemu kapaliny nepraskl motor (válce, hlava). Kapalinou tedy nemůže být pro běžný provoz použito čisté vody, ale směsi na bázi etylenglykolu a vody. Dnešní koncentráty pro výrobu směsi je možné míchat s vodou z kohoutku. I když velká část systému je pouze ze slitiny hliníku, je nutné brát ohledy na antikorozní vlastnost kvůli ocelové hřídeli čerpadla v některých případech i lopatky oběžného kola. Použitím vody může dojít k nákladným opravám (mám zkušenost s HQ410, kde kolem zkorodované hřídele protekla voda do motoru). Čistá voda má další negativní vlastnost a to zvětšování objemu při tuhnutí, které je v teplotě běžně dosažitelné v našich zeměpisných šířkách. Jde tedy použít směs, která má nižší bod tuhnutí. Běžně se používá cca –25°C. Směs lze buď zakoupit jako hotovou nebo si ji namíchat (levnější varianta). Čistá voda však má větší tepelnou kapacitu a používá se v závodních motocyklech i z důvodu případného úniku, kdy chladící kapalina by se musela odstraňovat z trati a voda se snadno odpaří. Existují přípravky pro tyto účely.
Výměnu provádíme jednou za 2 roky (některé kapaliny až 5let). Odšroubujeme zátku nalévacího otvoru (jen u studeného motoru-nebezpečí opaření) a výpustný šroub na vodním čerpadle (většinou M6 s šestihrannou hlavou s měděnou těsnící podložkou), odkud nám vyteče stará kapalina. Pokud motocykl nemá výpustný šroub nebo je těžko přístupný odpojíme hadici v nejnižším možném místě. Při nalévání naplníme systém, motor nastartujeme a doléváme kapalinu do plna. Vyměníme též obsah expanzní nádobky.

Informace o redaktorovi

Jarda Ducháček - (Odebírat články autora)
Mirek Rollinger - (Odebírat články autora)