Guide Tecniche A Scuola Di ... Il Sistema di Raffreddamento
| Il Sistema di Raffreddamento |
 |
 |
 |
|
Come funzionano i sistemi di raffreddamento dell'automobile Anche se i motori a benzina sono migliorati molto, non sono ancora molto efficienti a trasformare nell'energia chimica l'alimentazione meccanica. La maggior parte dell'energia nella benzina (forse il 70%) è convertita in calore ed è il lavoro del sistema di raffreddamento a dissipare quel calore. Il lavoro primario del sistema di raffreddamento è quello di evitare al motore il surriscaldamento, trasferendo questo calore all'aria, ma il sistema di raffreddamento inoltre ha parecchi altri compiti importanti. Il motore dell’automobile funziona meglio ad una temperatura ragionevolmente elevata. Quando il motore è freddo, i componenti si usurano più velocemente ed il motore è meno efficiente ed emette più inquinamento. Per questo, un altro compito importante del sistema di raffreddamento è permettere che il motore si riscaldi il più rapidamente possibile, ed a quel punto mantenere il motore ad una temperatura costante.
Sulle automobili con trasmissioni automatiche, vi è normalmente un circuito separato per il raffreddamento del liquido della trasmissione, collocato nel radiatore. L'olio dalla trasmissione è pompato dalla trasmissione attraverso un secondo scambiatore di calore all'interno del radiatore. Liquido
La temperatura del refrigerante può a volte raggiungere da 250 a 275 °F (da 121 a 135 °C). Anche con il glicole etilenico aggiunto, queste temperature porterebbero ad ebollizione il refrigerante, qualche cosa di supplementare deve quindi essere fatto per innalzare il punto di ebollizione relativo. La pressione di esercizio del sistema di raffreddamento più ulteriormente sollevare il punto di ebollizione del refrigerante. Empiricamente, poichè la temperatura d'ebollizione dell’ acqua è più alta in una pentola a pressione, la temperatura d'ebollizione del refrigerante è più alta se si pressurizza il sistema. La maggior parte dei automobili hanno un limite di pressione di 14 - 15 libbre per il pollice quadrato (PSI), che solleva il punto di ebollizione dii altri 45 °F (25 °C) in modo che il refrigerante possono sostenere le alte temperature. L'antigelo inoltre contiene gli additivi per resistere alla corrosione. Pompa dell’acqua La pompa dell’ acqua è una semplice pompa centrifuga semplice mossa da una cinghia collegata all'albero a gomito del motore. La pompa fa circolare il liquido ogni volta che il motore sta funzionando. La pompa dell’ acqua usa la forza centrifuga per trasmettere il liquido alla parte esterna (mandata), inducendo il liquido ad essere estratto continuamente dal centro (aspirazione). L'ingresso alla pompa è collocato vicino al centro in modo che il liquido che arriva dal radiatore colpisca le alette della pompa. Le alette della pompa scagliano il liquido verso la parte esterna della pompa, da cui può entrare nel motore. Il liquido che lascia la pompa passa in primo luogo per il monoblocco del motore e la testata dei cilindri, poi nel radiatore ed infine di nuovo alla pompa. Motore Il blocco motore e la testata hanno, ricavati nella fusione o ricavati per lavorazione, molti passaggi per tenere conto della quantità di fluido che deve scorrervi. Questi passaggi dirigono il refrigerante verso le zone più critiche del motore.
Le temperature nella camera di combustione del motore possono raggiungere 4.500 °F (2.500 °C), in modo da raffreddare la zona intorno ai cilindri, i punti più critici. Le zone intorno alle valvole di scarico sono particolarmente cruciali e quasi tutto lo spazio all'interno della testata del cilindro intorno alle valvole, che non è necessaria per esigenze strutturali, è riempito di refrigerante. Se il motore va senza raffreddarsi molto a lungo, può grippare. Quando questo accade, il metallo realmente è divenuto abbastanza caldo da far sì che il pistone si saldi al cilindro. Ciò significa solitamente la distruzione completa del motore.
Per ridurre le “incombenze” del sistema di raffreddamento, si deve diminuire la quantità di calore che viene trasferito dalla camera di combustione alle parti del metallo del motore. Alcuni motori fanno questo ricoprendo la parte interna della parte superiore della testata di uno strato sottile di ceramica. La ceramica è un cattivo conduttore di calore, in modo che meno calore è condotto attraverso al metallo. Radiatore
Sui 6 cilindri vi è un vaso di espansione separato; sugli esemplari con cambio automatico l’ATF (automatic transmission fluid) viene fatto circolare in un radiatore aggiuntivo dedicato.
I tubi a volte hanno un tipo di aletta inserito in essi, denominato turbulatore, che aumenta la turbolenza del liquido che attraversa i tubi. Se il liquido passasse molto uniformemente per i tubi, solo il liquido che effettivamente tocca i tubi sarebbe raffreddato direttamente. La quantità di calore trasferita ai tubi dal liquido che li attraversa dipende dalla differenza nella temperatura fra il tubo ed il liquido che toccano. Così se il liquido che è in contatto con il tubo si raffredda rapidamente, meno calore sarà trasferito. Generando la turbolenza all'interno del tubo, tutte le miscele fluide si mescolano insieme, mantenendo la temperatura del liquido che tocca i tubi su valori più alti, in moda da potere estrarre più calore e tutto il liquido all'interno del tubo vienecosì usato efficacemente.
I radiatori hanno solitamente un “carro armato” da ogni lato e la parte interna al “carro armato” è un dispositivo di raffreddamento della trasmissione. Nell'immagine qui sopra, potete vedere l'ingresso e la presa in cui l'olio dalla trasmissione entra nel dispositivo di raffreddamento. Il dispositivo di raffreddamento della trasmissione è come un radiatore all'interno di un radiatore, solo che invece di scambiare calore con l'aria, l'olio scambia il calore con il refrigerante nel radiatore. Controllo sovrappressione Termostato a cartuccia di cera La valvola termostatica è un semplice dispositivo sensibile alla variazione di temperatura: da una posizione di chiusura, essa s'apre gradualmente fino a permettere il passaggio completo del fluido giunto ad una temperatura ritenuta ottimale per l'impianto specifico. Il suo compito, ad esempio in un motore a combustione interna con raffreddamento ad acqua o per meglio dire indiretto, è esattamente quello di riscaldare in un lasso di tempo minore la singola unità termica (o anche più di una) grazie al minor quantitativo di calore asportato dal liquido per via della sezione di passaggio ridotta.Appare evidente come sia necessario che, raggiunto un fissato livello termico x, la valvola non blocchi completamente il fluido per non avere un effetto controproducente sul piano prestazionale, in quanto una maggiore asportazione di calore equivale ad un maggior lavoro prodotto e quindi ad una maggiore conversione in energia (basti pensare che in un motore a combustione interna solo 1/3, circa, dell'energia termica prodotta viene trasformata in energia utile). Il compito principale del termostato è permettere appunto che il motore si riscaldi rapidamente e a quel punto mantenga il motore ad una temperatura costante. Fa questo regolando la quantità di acqua che passa tramite il radiatore. Alle temperature insufficienti, la presa al radiatore è completamente ostruita e tutto il refrigerante è riciclato indietro tramite il motore. Il termostato in la maggior parte dei automobili è di circa 2 pollici (5 centimetri) di diametro. Il suo compito è ostruire il flusso del refrigerante al radiatore fino a che il motore non si sia riscaldato. Quando il motore è freddo, nessun refrigerante attraversa il radiatore, ma ricircola nel motore e nel sistema di riscaldamento dell’abitacolo. Una volta che la temperatura del refrigerante aumenta fra i 180 e i 195 °F (82° - 91°C), i termostati (in generale, quello delle nostre vetture apre a circa 95°C) cominciano ad aprirsi, permettendo che il liquido attraversi il radiatore. Il termostato si apre della quantità necessaria per mantenere la temperatura di progetto, misurando la quantità di acqua che raggiunge il radiatore. Il grado di apertura del termostato dipende da molti fattori, come la potenza (cioè il calore alla fine dei conti) prodotta dal motore, il flusso d’aria al radiatore, la temperatura esterna. Il processo di base è interamente meccanico, il solo elemento controllato elettricamente è la ventola di raffreddamento sulle vetture moderne. Nel momento in cui il refrigerante raggiunge tra i 200 e i 218 °F (93 - 103 °C), il termostato è tutto aperto. Facendo terminare la fase di preriscaldamento del motore il più rapidamente possibile, il termostato riduce l'usura, i residui e le emissioni del motore.
Questa tipologia di termostati (quasi universalmente usata) funziona meccanicamente; utilizza una cartuccia di cera (o paraffina, entrambe sostanze ad elevato coefficiente di dilatazione termica) inserita in una sede sigillata. La cera è solida a basse temperature ma quando il motore si scalda la cera fonde e si espande. La sede sigllata ha un sistema di espansione che fa attuare un pistoncino che apre la valvola quando si supera la temperatura di attuazione; la molla fa ovviamente da contrasto. La temperatura di attuazione è prefissata, ma è determinata dalla specifica composizione della cera, per cui termostati di questo tipo possono mantenere differenti temperature di intervento, generalmente tra i 70 e i 90 °C. Molti termostati hanno un piccolo buco di bypass per sfiatare l’aria che potrebbe essere entrata nel circuito ad esempio durante il cambio del liquido refrigerante. Ventilatore
Le automobili a trazione posteriore, con motore longitudinale, hanno solitamente ventilatori motorizzati. Questi ventilatori hanno una frizione viscosa controllata termostaticamente. Questa frizione è posizionata sul mozzo del ventilatore, investito dal flusso d'aria che viene dal radiatore. Sistema di riscaldamento
Il nucleo del riscaldatore, che è situato nel cruscotto dell’automobile, è realmente un piccolo radiatore. Il ventilatore del riscaldatore invia l'aria calda proveniente dal nucleo del riscaldatore all’abitacolo dell’auto.
Il riscaldatore funziona a prescindere dal fatto che il termostato sia aperto o meno, infatti preleva e ricircola il refrigerante caldo direttamente dal motore; è chiaro che se si chiede il massimo riscaldamento a motore ancora freddo, questo raggiungerà la temperatura di esercizio più lentamente. RISOLUZIONE DEI PROBLEMI PROVA DI TENUTA DELLA PRESSIONE  A motore freddo, montare tale oggetto al posto del tappo del vaso di espansione; pressurizzare il sistema fino al valore specificato sotto. La pressione non deve calare più di 0.1 bar per almeno 2 minuti. Se la pressione cala rapidamente e non ci sono segni esterni visibili di perdite, potrebbe essere danneggiata la guarnizione della testa; in tal caso eseguire una prova di compressione dei cilindri.   Per verificare se il termostato apre e il liquido circola nel radiatore, far raggiungere al motore freddo la temperatura di esercizio (ago del termometro circa al centro del quadrante). Spegnere il motore.
Nei motori M44 la valvola termostatica è integrata nell’involucro del termostato, in caso di guasto va sostituito tutto. CONTROLLO RAPIDO DEL SENSORE DI TEMPERATURA
Sui primi modelli (della serie E36) il sensore della temperatura del refrigerante del motore dedicato al dosaggio dell’iniezione (ECT: engine coolant temperature) e il trasduttore per l’indicatore della temperatura del liquido erano collocati uno a fianco dell’altro. Un rapido controllo al trasduttore per l’indicatore temperatura può servire a verificare se l’indicatore funziona correttamente. CONTROLLO DELLA VENTOLA DEL RADIATORE
Le ventole di raffreddamento possono partire in qualsiasi momento, quando il contatto è inserito (il motore non deve per forza essere in moto). Se un termostato guasto, bolle d’aria o una ostruzione del sistema non permette al refrigerante di circolare nel radiatore, l’interruttore termico non chiude e la ventola ausiliaria non parte. NOTA: alcuni modelli hanno un interruttore termico con temperature di intervento di 80°C/88°C. Quando si sostituisce l’interruttore verificare tali valori, che dovrebbero essere stampigliati sul corpo dell’interruttore. Se il liquido circola alla normale temperatura di esercizio, ma la ventola ausiliaria non gira, staccare il FUSIBILI CIRCUITO VENTOLA AUSILIARIA
|
