Egon von Ruville GmbH Billbrookdeich 112 22113 Hamburg Germany Tel.: +49 (0)40 73344-0 Fax: +49 (0)40 73344-199 info@ruville.de www.ruville.de 75/022 R291/1.0/6.2009/MA-D
SILNIK PODWOZIE SERWIS KOMPETENCJA W CZĘŚCIACH SAMOCHODOWYCH BROSZURA TRENINGOWA UKŁAD CHŁODZENIA
SPIS TREŚCI 1. Ogólne 3 1.1 Obieg płynu chłodniczego 3 1.2 Układy chłodzenia 3 2. Pompa wody 4 2.1 Działanie i konstrukcja 4 2.2 Koło łopatkowe 4 2.3 Łożysko pompy wody 5 2.4 Uszczelnienie 5 3. Płyn chłodniczy 6 3.1 Skład i właściwości 6 3.2 Porady serwisowe 6 3.3 Specyfikacje płynu chłodniczego 7 3.4 Kontrola 7 4. Termostat 8 4.1 Działanie i zadania 8 4.2 Kontrola 8 5. Wskazówki za- i wymontowania 9 5.1 Ogólne 9 5.2 Układ rozrządu 9 5.3 Układ urządzeń pomocniczych 10 5.4 Uszczelnienie 10 5.5 Mechaniczny wentylator chłodnicy 10 5.5.1 Kontrola 10 5.6 Elektryczny wentylator chłodnicy 11 5.6.1 Kontrola 11 5.7 Chłodnica 11 6. Zdjęcia uszkodzeń 12 6.1 Nieszczelności 12 6.2 Nieprawidłowe stosowanie środków uszczelniających 13 6.3 Uszkodzenia w wyniku stosowania nieprawidłowych płynów chłodniczych 14 6.3.1 Uszkodzenia w wyniku kawitacji 14 6.3.2 Uszkodzenia w wyniku korozji 14 6.4 Uszkodzenia w wyniku kontaminacji przez ciała obce 14 6.5 Uszkodzenia w wyniku przegrzania 15 6.6 Uszkodzenia mechaniczne 15
Broszura treningowa Układ chłodzenia 2 3 1. OGÓLNE 1.1 Obieg płynu chłodniczego 1.2 Układy chłodzenia Silniki spalinowe przy pełnym obciążeniu osiągają temperatury Sięgające ponad 2.000 C. Dla ochrony napędu i urządzeń pomocniczych przed obciążeniami w wyniku tak ekstremalnego ciepła konieczne jest wydajne chłodzenie. Tu sprawdziło się chłodzenie cieczą. Większość układów chłodzenia w nowoczesnych pojazdach posiada elektryczny system do regulacji przepływu chłodzącego powietrza. Za pośrednictwem włącznika termostatycznego, przy przekroczeniu temperatury pracy silnika, załączany jest wentylator elektryczny. Podczas gdy kiedyś do chłodzenia stosowano wyłącznie wodę, to obecnie stosuje się mieszankę wody ze środkiem chłodniczym. Przy tym płyn chłodniczy przepływa przez cały kompleksowy system, składający się z małego i dużego obiegu. W czasie, gdy silnik się nagrzewa, płyn chłodniczy krąży jedynie w Samym silniku (mały obieg). Po osiągnięciu koniecznej temperatury pracy otwiera się przejście do chłodnicy a temperatura płynu chłodniczego jest obniżana poprzez wpływ powietrza zewnętrznego (duży obieg). Do najważniejszych elementów układu chłodniczego należą pompa, która przepycha płyn chłodniczy przez układ, termostat, który reguluje przejście od małego do dużego obiegu, no i oczywiście sam płyn chłodniczy. O tych elmentach będzie mowa na następnych stronach. Kühlsystem mit elektrischem Kühlerlüfter W pojazdach z silnikiem umieszczonym wzdłużnie, napęd wentylatora, obok napędu elektrycznego, jest przejmowany przez pasek klinowy lub wieloklinowy. W przypadku napędu mechanicznego napęd wentylatora z kołem pasowym jest połączony przez sprzęgło wiskotyczne. Przy nagrzaniu sprzęgło wiskotyczne przejmuje stałe połączenie pomiędzy wentylatorem a kołem pasowym, natomiast po schłodzeniu Wentylator może się obracać luźno i swobodnie na kole pasowym. Obieg płynu chłodniczego Układ chłodzenia z mechanicznym wentylatoren i sprzegłem wisko-
2. POMPA WODY 2.1 Działanie i konstrukcja Pompa wody odpowiada za wystarczającą cyrkulację płynu chłodniczego w układzie. Tym samym zapewnia równomierne odprowadzanie ciepła z silnika i zaopatrzenie układu w wystarczająco ciepły płyn chłodniczy. Pompa wody z profilowanym kołem pasowym Pompa wody bez koła pasowego 1 2.2 Koło łopatkowe 2 3 5 Koło łopatkowe jest jednym z głównych elementów pompy wody. W wyniku odpowiedniego planowania i konstrukcji osiąga się wysoką wydajność i skuteczność oraz redukuje się ryzyko wystąpienia kawitacji. 1 Koło pasowe 2 Łożysko 3 Obudowa 4 Ślizgowy pierścień uszczelniający 4 Pompa wody w szczegółach Pompa wody może być zintegrowana w układzie urządzeń pomocniczych lub w układzie rozrządu. W układzie urządzeń pomocniczych jest napędzana przez pasek klinowy lub wieloklinowy. W zależności od sposobu wykorzystania pompa jest lub nie w koło pasowe. Może ono być profilowane lub płaskie, w zależności od tego, która strona paska napędza rolkę. Pompy wody zintegrowane w układzie rozrządu mają albo płaskie, albo dostosowane do profilu paska zębatego koło pasowe. Również tutaj decydującą rolę odgrywa strona paska, którą rolka jest napędzana. Otwarte koło łopatkowe z tworzywa sztucznego Także materiał, który został wykorzystany do produkcji łopatek, wpływa na wydajność pompy. Jeszcze kilka lat temu do produkcji kół łopatkowych były wykorzystywane głównie żeliwo i stal. Z powodów technicznych trend idzie w kierunku tworzyw sztucznych (PPS, X-TEL). Z powodu ich wykonania waga koła łopatkowe zmniejsza się, co prowadzi do zminimalizowania obciążenia łożyska, a tym samym redukuje możliwość wystąpienia kawitacji.
Broszura treningowa Układ chłodzenia 4 5 2.3 Łożysko pompy wody Łożyskowanie pompy wody jest konstruowane zgodnie z zaleceniami producenta pojazdu. Decydujące są tu przede wszyskim występujące siły i wykonywane obroty w układzie napędu. Występują różne konstrukcje. Warianty uszczelnienia Pompa wodu z zastosowanie łożysko kulkowe/łożysko kulkowe Pompa wody z łożyskiem kulkowym/wałeczkowym Gdzie jakie łożysko jest montowane, jest zależne od obciążeń w danym układzie napędu paskowego. Decydującym punktem dla wytrzymałości i żywotności pompy wody jest stosowanie jakościowo doskonałych łożysk przy produkcji. 2.4 Uszczelnienie Uszczelnienie pomiędzy blokiem silnika a pompą wody następuje albo poprzez uszczelkę papierową, pierścień uszczelniający lub w wielu przypadkach przez masę uszczelniającą z silikonu. W przypadku uszczelnienia papierowego lub pierścieniowego należy zrezygnować z masy uszczelniającej, ponieważ uszczelnienie następuje poprzez samą uszczelkę. W przypadku silników, w których seryjnie stosowana jest silikonowa masa uszczelniająca, niezbędne jest oszczędne wykorzystywanie masy uszczelniającej. Poza tym konieczne jest uwzględnianie zaleceń producentów. Cienka warstwa masy uszczelniającej jest do uszczelnienia całkowicie wystarczająca. Jeśli stosuje się zbyt wiele masy uszczelniającej, to jej nadmiar może się oddzielić i trafić do wewnątrz układu chłodzenia. W następstwie chłodnica i wymiennik ciepła mogą zostać zapchane lub uszkodzone uszczelnienie od strony napędu. Uszczelnienie wałka napędowego następuje poprzez uszczelniający pierścień ślizgowy, wykonany jako osiowy pierścień uszczelniający. Dociskane do siebie przez sprężynę powierzchnie ślizgowe z węglika silikonowego i twardego węglanu uszczelniają układ chłodniczy przed powietrzem atmosferycznym. Zastosowanie tradycyjnej uszczelki promieniowej nie jest w wyniku ciśnienia w układzie chłodzenia możliwe. Płyn chłodniczy służy do smarowania i chłodzenia ślizgowego pierścienia uszczelniającego.
3. PŁYN CHŁODNICZY 3.1 Skład i właściwości 3.2 Porady serwisowe Płyn chłodniczy składa się z wody oraz specjalnych koncentratów chłodniczych. Optymalna mieszanka to z reguły 1 : 1. Dzisiejsze koncentraty chłodnicze składają się, dla ochrony przed mrozem, z glikolu etylowego i różnych dodatków dla ochrony przed korozją i osadzaniem wapnia. Tym samym obowiązuje zasada: ochrona przed mrozem = ochrona przed korozją Zbyt niska zawartość koncentratu chłodniczego prowadzi w układzie chłodzenia także do odkładania się wapnia i korozji. Uwalniające się cząsteczki wapnia i rdzy mogą zatkać chłodnicę i przewody. Również ślizgowy pierścień uszczelniający pompy wody może zostać uszkodzony, ponieważ jest on opływany bezpośrednio przez płyn chłodniczy. Poza tym koncentraty chłodnicze skutecznie przyczyniają się do zapobiegania uszkodzeniu koła łopatkowego i przegrzaniu silnika, ponieważ poprzez zastosowanie koncentratów chłodniczych obniża się napięcie powierzchniowe wody i do minimum redukuje się ryzyko kawitacji. Regularna wymiana płynu chłodniczego z płukaniem układu chłodniczego zapobiega odkładaniu się szlamu. Należy przy tym przestrzegać okresów wymiany i specyfikacji producentów pojazdów. Z reguły zaleca się wymianę co 2 lata. % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 C -10-20 -30-40 -50-60 Wykres działania ochrony przed mrozem Poza tym korzystna gęstość właściwa koncentratu płynu chłodniczego podwyższa punkt wrzenia mieszanki. To umożliwia pracę silnika przy wyższych temperaturach wzrasta stopień jego skuteczności. Przy stosowaniu koncentratów płynów chłodniczych należy koniecznie stosować zalecenia producentów.
Broszura treningowa Układ chłodzenia 6 7 3.3 Specyfikacje płynu chłodniczego 3.4 Kontrola Wymagania wobec płynu chłodniczego co do korozji i elektrolizy z biegiem czasu, w wyniku zastosowania metali lekkich przy budowie silników, zmieniały się. Wiele stopów metali i polimerów w nowoczesnych silnikach wymaga szerokiego spektrum różnych płynów chłodniczych z dopasowanymi do nich właściwościami. Prawidłową zawartość środka przeciwmrozowego można sprawdzić bez większych nakładów prostym przyrządem. Wskazówka powinna pokazywać ok -40 C wówczas stosunek mieszanki wynosi ok. 1 : 1. Działanie przeciwmrozowe wraz ze starzeniem się koncentratu płynu chłodniczego nie zmniejsza się jest ono jedynie zależne od stosunku Płyny chłodnicze z reguły nie są ze sobą mieszalne. W zależności więc od modelu należy więc uważać na stosowanie dopuszczonego płynu chłodniczego. Do tego celu obowiązują aktualne dane producentów. Przykłady specyfikacji płynu chłodniczego Producent/model Okres pro- Specyfikacja produ- Audi 80, 90, 100 1981 1996 VW TL774-C Audi A2, A3, A4, A6 1996 -> VW TL774-D/F BMW 3er, 5er, 7er, 8er 1975 -> BMW N 600 69.0 Mercedes-Benz 1976 -> DBL 7700.20/325.0 Peugeot/Citroen 1993 -> B 71 5110 Toyota 1978 -> TSK 2601 G-8A Badanie odporności na mróz przyrządem Ruville 10/006 mieszanki. Równoczesne stosowanie różnych płynów chłodniczych może prowadzić do brązowego przebarwienia płynu chłodniczego.powstaje ono w wynikuchemicznej reakcji pomiędzy koncentratami chłodniczymi, które nie są między sobą mieszalne. Wynikiem takiej reakcji może być powstanie w układzie chłodniczym czegoś w rodzaju żelu, który ma znaczny wpływ nawydajność chłodzenia.
4. TERMOSTAT 4.1 Działanie i zadania Termostat reguluje strumień płynu chłodniczego pomiędzy małym i dużym obiegiem chłodzenia. Wraz ze wzrostem temperatury termostat otwiera prześwit, przez który płyn chłodniczy może wpływać do chłodnicy. Tym samym przy np. niskich temperaturach zewnętrznych szybciej osiągane jest podgrzanie płynu chłodniczego w silniku, co pozytywnie wpływa na pracę silnika i zużycie paliwa. 4.2 Kontrola Termostat można skontrolować po prostu wkładając go do gorącej wody. Jeśli szczelina zaworu w gorącej wodzie otworzy się, i ponownie zamknie w temperaturze pokojowej, to termostat jest w porządku. Ze względu na miejsce montażu termostatu w niektórych silnikach warto jest wymienić go przy okazji wymiany paska zębatego. Dlatego też Ruville dla 40 silników V6 koncernu VW/Audi dostarcza termostat jako dodatkowy element w zestawie pompy wody. W tych silnikach termostat leży po prawej stronie bloku silnika bezpośrednio za paskiem zębatym. 1 4 3 2 1 Obudowa termostatu 2 Miejsce montażu 3 Termostat 4 Blok silnika Einbausituation Thermostat
Broszura treningowa Układ chłodzenia 8 9 5. WSKAZÓWKI ZA- I WYMONTOWANIA 5.1 Ogólne Przy montażu pompy wody generalnie stosować nową uszczelkę. W każdym przypadku przy wymianie pompy wody należy bardzo dokładnie sprawdzić stan wszystkich elementów zintegrowanych w układzie paskowym. Uwzględniać specjalne zalecenia producenta pojazdu. Przy stosowaniu koncentratów płynu chłodniczego i środków uszczelniających uwzględniać dopuszczenia producentów. Stosować wodę z sieci wodociągowej do napełniania jedynie wówczas, gdy można ją oznaczyć jako miękką, lub mieszać ją z wodą destylowaną. Uważać na optymalny stosunek mieszanki woda/koncentrat płynu chłodniczego wielkości ok. 1 : 1. Przy montażu nie przekraczać przewidzianych sił dokręcania. Prawidłowo ustawić napięcie paska napędowego pompy wody. Zbyt silnie napięty pasek może doprowadzić do przedwczesnego uszkodzenia łożyska pompy. Zbyt słabo napięty pasek może się łatwo ślizgać. UWAGA Po każdej ingerencji w obieg chłodzenia należy koniecznie układ chłodzenia odpowietrzyć. W zależności od modelu do odpowietrzenia układu chłodzenia należy stosować odpowiednie sposoby. Pompa wody w układzie rozrządu 5.2 Układ rozrządu Jeśli pompa wody znajduje się w układzie rozrządu, warto wymienić ją w ramach wymiany paska zębatego. Konieczne jest jednak wcześniejsze uzgodnienie z klientem.
5.3 Układ urządzeń pomocniczych 5.5 Mechaniczny wentylator chłodnicy Pompy wody napędzane w układzie urządzeń pomocniczych wymagają szczególnej uwagi co do elementów napinających i zwrotnych w całym układzie napędu. Przy wymianie pompy wody należy koniecznie sprawdzić stan tych części. Części wytarte muszą zostać wymienione. W przypadku pojazdów z wentylatorami wiskotycznymi należy sprawdzić ich działanie. Pompa wody z uszczelnieniem pierścieniowym 5.5.1 Kontrola Pompa wody w układzie urządzeń pomocniczych 5.4 Uszczelnienie W tym celu przy zimnym silniku sprawdzić swobodę obrotów koła wentylatora w stosunku do sprzęgła wiskotycznego. Powinien występować niewielki opór obrotu. Po co najmniej 5 km jazdy próbnej, kiedy silnik osiągnie temperaturę pracy, ponownie sprawdzić swobodę obrotów. Koło wentylatora powinno teraz być prawie zablokowane wobecsprzęgła wiskotycznego. W przypadku pierścieni uszczelniających jako środek ślizgowy do montażu najlepiej wykorzystywać olej silikonowy. Należy zrezygnować ze stosowania masy uszczelniającej. UWAGA, ZAGROŻENIE WYPADKIEM! Przy takiej kontroli koniecznie wyłączyć silnik i wyjąć kluczyki.
Broszura treningowa Układ chłodzenia 10 11 5.6 Elektryczny wentylator chłodnicy W przypadku pojazdów z elektrycznym wentylatorem należy sprawdzić działanie wentylatora i termozałącznika. 5.6.1 Kontrola Zabrudzone chłodnice lub żeberka chłodnicy zmniejszają przepływ powietrza przez chłodnicę i zmniejszają efektywność chłodzenia. Dlatego należy od zewnątrz wyczyścić zabrudzone żeberka chłodnicy z kurzu i liści. W przypadku tradycyjnych silników bez elektronicznego sterowania wentylatora kontrola działania wentylatora jest względnie prosta. Ponieważ odbywa się to na uruchomionym silniku, należy zachować szczególną ostrożność. Do kontroli przy uruchomionym silniku na wtyk przy termozałączniku zakłada się mostek. Jeśli wentylator uruchomi się, to zasilanie i silnik wentylatora są w porządku. Usterki należy wówczas szukać w samym termozałączniku. Jeśli wentylator się nie uruchomi, to należy sprawdzić okablowanie i silnik wentylatora w celu zlokalizowania usterki. 5.7 Chłodnica Przy ingerencji w układ chłodzenia szczególnie przy zabrudzeniu płynu chłodniczego chłodnicę należy dokładnie wypłukać. W każdym przypadku przy wymianie pompy wody należy dokładnie skontrolować stan wszystkich elementów zintegrowanych w układzie paskowym. UWAGA, NIEBEZPIECZEŃSTWO ZWARCIA! Koniecznie uwzględniać rozwiązania specyficzne dla produceta. Taka kontrola w zypadku wielu typów pojazdów w tej formie Nie jest możliwa. Termozałącznik wentylatora chłodnicy (przykład) Elektryczny wentylator chłodnicy
6. ZDJĘCIA USZKODZEŃ 6.1 Nieszczelności Także przy normalnych warunkach jazdy na ślizgowym pierścieniu uszczelniającym mogą pojawić się niewielkie ilości płynu chłodniczego wzgl. pary. Do 12 g płynu chłodniczego na 10.000 km to ilość nieistotna. Ewentualne ślady wycieków nie stanowią podstawy do Nieszczelności na pompie wody mogą być spowodowane przez: zbyt wysokie ciśnienie w układzie chłodzenia spowodowane przez uszkodzone zawory ciśnieniowe znajdujące się w zamknięciu chłodnicy stosowanie nieprawidłowych płynów do napełnienia układu chłodzenia lub płynu o nieprawidłowym stosunku mieszanki, z reguły ze zbyt dużym udziałem wody z systemu wodociągów (osady wapnia) zanieczyszczenie układu chłodzenia, np. przez rdzę, osady, cząsteczki gumy lub tworzyw sztucznych, które mogą dostać się do ślizgowego pierścienia uszczelniającego Kühlmittel-Austrittsspuren normalne zużycie, w zależności od warunków jazdy po ok. 50.000 100.000 km. reklamacji.
Broszura treningowa Układ chłodzenia 12 13 6.2 Nieprawidłowe stosowanie środków uszczelniających Nieprawidłowe stosowanie środków uszczelniających prowadzi często do uszkodzeń pompy wody. W szczególności nanoszenie zbyt dużej ilości masy uszczelniającej prowadzi do tego, że dostaje się ona do układu chłodzenia. Wypłukana masa uszczelniająca może dostać się do ślizgowego pierścienia uszczelniającego i uszkodzić uszczelnienie. Jeśli masa uszczelniająca zatka otwór odpowietrzający pompy, to w obudowie pompy zbiera się para płynu chłodniczego. Istnieje wówczas niebezpieczeństwo, że para będzie wychodzić przez łożysko pompy. Także w tym przypadku wynikiem jest zniszczenie łożyska. Masa uszczelniająca w uszczelce promieniowej Wynikiem jest wyciek płynu chłodniczego w okolicach łożyska pompy wody. Łożysko zostaje uszkodzone. Otwór odpowietrzający zatkany masą uszczelniającą
6.3 Uszkodzenia w wyniku stosowania nieprawidłowego płynu chłodniczego Obok nieszczelności (patrz 6.1) stosowanie nieprawidłowego płynu chłodniczego może powodować dalsze uszkodzenia. 6.3.2 Uszkodzenia w wyniku korozji Uszkodzenia w wyniku korozji i osadów wapnia powstają przede wszystkim wówczas, gdy płyn chłodniczy zawiera zbyt wiele zmineralizowanej wody. 6.3.1 Uszkodzenia w wyniku kawitacji Kawitacja to zjawisko fizyczne powstające przy przepływie i wynikających stąd zmian ciśnienia. W wyniku silnego przepływu płynu mogą powstawać bańki próżniowe, które mogą następnie zapadać się np. na ściance obudowy. W wyniku tego płyn uderza z dużą prędkością w ściankę obudowy. Stałe obijanie się płynu ze ścianki obudowy wybija z niej materiał. Pompa wody z uszkodzeniami przez korozję i wapń 6.4 Uszkodzenia w wyniku kontaminacji przez ciała obce Kontaminacja przez ciała obce jest jedną z najczęstszych przyczyn w układzie chłodzenia. Powodowana jest przez erozyjne (tzn. atakujące powierzchnię) substancje, jak rdza, wapń lub środki cierne. I tak np. przy naprawach na silniku lub przez stosowanie zabrudzonej wody do układu chłodzenia mogą dostać się cząsteczki cierne lub inne cząsteczki i Koło łopatkowe z uszkodzeniami w wyniku kawitacji Pompa wody z erozją ścianek
Broszura treningowa Układ chłodzenia 14 15 6.5 Uszkodzzenia w wyniku przegrzania 6.6 Uszkodzenia mechaniczne Uszkodzenia w wyniku przegrzania są wywoływane głównie przez uszkodzenia termostatów lub wentylatorów chłodnicy, w przypadku starszych pojazdów także przez uszkodzone sprzęgło wiskotyczne. Uszkodzone sprzęgło wiskotyczne powoduje, że z chłodnicy odprowadzana jest zbyt mała ilość ciepła, ponieważ jest zbyt mały przepływ powietrza. Jeśli nie są dotrzymane siły dokręcania lub jeśli napięcie paska jest zbyt duże, to na pompie mogą powstać znaczne uszkodzenia. Zewnętrzny pierścień łożyska z uszkodzeniami w wyniku nadmiernego obciążenia bieżni Sprzęgło wiskotyczne Zastosowanie prawidłowych narzędzi i środków pomocniczych podczas napraw jest niezbędne. Łożyska kulkowe i rolkowe są szczególnie wrażliwe na uderzenia. Bieżnie łożyska przy pracach montażowych nie mogą być obciążone. Pompa wody ze śladami uderzeń młotka na Kołnierzu koła pasowego i obudowie