Motorhűtési rendszerek, hűtési módok

A motor hűtőrendszerének feladata a motoralkatrészek optimális üzemi hőmérsékleten tartása. A hűtőrendszer hőelvezetés melletti további fontos feladata az egyenletes hőmérséklet-eloszlás biztosítása a motor alkatrészeknél. A hűtőrendszer további feladata, hogy a hűtéssel elvont hő egy részét hideg időben a vezetőfülke fűtésére lehessen felhasználni.
A motorhűtő rendszerrel szemben támasztott követelmények: kellő mértékű és szabályozható hűtőhatás, kis tömeg és helyigény, hosszú élettartam, egyszerű karbantartás-igény. Hűtési módok, amelyeket a traktortechnika alkalmaz kétféle: léghűtés és folyadékhűtés.

Léghűtés

A traktortechnika csak elvétve használ léghűtésű dízelmotorokat. Azonban néhány gyártó a kis teljesítményű traktormotorok esetében ventillátoros léghűtést alkalmaz (2. kép). A ventillátoros léghűtés előnye: üzembiztos, karbantartást nem igényel, üzemi hőmérséklet elérése gyors, nincs fagyás veszély. Hátránya: a többhengeres motornál nehezen biztosítható az egyenletes hűtés, nehezen szabályozható, a ventilátorhajtás teljesítményigénye nagy, jelentős zaj keltése, az utastérfűtés nehezen valósítható meg, nagyobb a térfogata, mint a folyadék hűtőrendszeré.

Folyadékhűtés

A folyadékhűtési mód közvetett hűtés, mert a motor felesleges égési hőmennyiségét közbülső folyadék közeg (fagyálló folyadék, etilénglikol és víz keveréke) szállítja el. A folyadékból hűtőn, a levegő–folyadék hőcserélőn keresztül jut az elszállított hőmennyiség a környezet levegőjébe. A szivattyús folyadékhűtés a legelterjedtebben alkalmazott hűtési mód, amelyet 1910-től kezdtek általánosan alkalmazni (2. ábra), de csak 1922-től építenek a rendszerbe hőmérsékletszabályozó termosztátot. Ennél a megoldásnál az adott hőmennyiség elvezetéséhez szükséges hűtőfolyadékot szivattyú tartja körforgásban a rendszerben. A hűtési körben folyadék veszi át a hőt a motor vízterében és a hűtőtömbben adja át a környezeti levegőnek. A motor vízterét és a hűtőtömböt csővezeték köti össze, ebben a körben kap helyet a vízszivattyú. A hűtőtömbön keresztül átáramoltatót levegő mennyiségét a hűtőventilátor növeli meg.
A mai dízelmotor igényének megfelelő szabályozható, túlnyomású folyadékhűtő berendezés kialakítását a 3. ábra szemlélteti.
A hűtőkör folyadékoldali szabályozása céljából a hűtési kört két részre osztja a termosztát, amely zárt helyzetben, a „kis hűtési körben” a folyadékot visszavezeti a motorhoz, kiiktatja a hűtőt és ezért a motor jobban melegszik. A termosztát nyitott helyzetében (ezt ábrázolja a 3. ábra) a „nagy hűtési körben” a hűtőn keresztül kering a hűtőfolyadék, a motor hűtése növekszik. A folyadék oldali szabályozás kiegészíthető a vízszivattyú szállítóképességének változtatásával (pl. villamos vízszivattyú hajtással) is.
A levegő oldali motorhőmérséklet-szabályozás a hűtőtömbön áthaladó levegő mennyiségének szabályozásával valósítható meg. A levegő mennyiségének szabályozása a hűtő letakarásával, a ventilátor hajtás ki-be kapcsolásával (bimetálos, viszkó-, elektromos kapcsolású tengelykapcsolóval), vagy a ventilátor fordulatszámának változtatásával (villamos hajtással) valósítható meg.
A ventilátor általában a hűtőtömb mögött helyezkedik el. A 3. képen olyan új megoldás látható, ahol az elektronikus viszkokuplungos „nyomóventilátor rendszer” a hűtőtömb előtt van. Ezzel a megoldással növelhető a hűtőrendszer hatékonysága. A hűtőlégáramot a ventilátor nyomja, és nem szívja a motortérbe. Ennek következtében minimalizálja a por és a növényi részeknek a motortérbe való bejutását, ezért a hűtőtömbök elszennyeződése is mérséklődik.
Ma szinte kizárólag zárt folyadékhűtő rendszert alkalmaznak, ahol a hűtőfolyadék nem érintkezik a külső levegővel és a rendszer 0,2-0,8 MPa túlnyomás alatt van. Ezzel a megoldással a hűtőfolyadék forráspontja 104-110 0C-ra nő, így javul a rendszer hűtőhatása. A zárt rendszer túlnyomását egy megfelelően méretezett kiegyenlítő tartály biztosítja, amely egy megbízható túlnyomás- és egy vákuumszelepen keresztül van a légkörrel kapcsolatban. A motor hűtési rendszerét kiegészíti például az intercooler, a motorolaj-hűtő, a vezetőfülke (utastér) fűtése stb.
A traktor motortechnika korszerű hajtóanyag-ellátó rendszere 1.800-2.000 bar nyomással dolgozó Common Rail (közös nyomócsöves) megoldású. A Common Rail rendszerek esetében tartályba visszafolyó a gázolaj felmelegszik, és főleg nyáron meghaladhatja az 50 oC hőmérsékletet is. Azért, hogy az egy ciklusban befecskendezett gázolaj tömege ne csökkenjen, illetve hogy az üzemanyag ne károsodjon, hűteni kell azt. A hűtési rendszerbe ma megtalálható a hajtóanyag hűtő is.

Hűtőfolyadék

A hűtőrendszer szerves része a hűtőfolyadék. A régi (50 évvel ezelőtti) traktormotorokhoz a hűtőfolyadék alacsony keménységű ioncserélt víz volt, amelynek hátránya, hogy télen, ha nem eresztik le, szétfagy (szétreped) a motor és a rendszer elemeiben használat közben jelentős korróziós károk keletkeznek.
A mai motorokhoz tiszta vizet használni tilos, mert a vízszivattyú tömítése (kenés hiányában) igen rövid idő (40-60 üzemóra) alatt tönkre megy.
A modern hűtőrendszerekhez ún. „fagyálló” folyadékot kell használni, amely etilénglikol–víz, illetve propilénglikol–víz keveréke, adalékokkal ellátva. Az adalék biztosítja a hengerpersely kavitáció elleni védelmét és védi a hűtőrendszer anyagait (öntöttvas, alumínium ötvözetek és rézötvözetek) a korróziótól.
Az etilénglikol mérgező és gőze különösen veszélyes az emberi szervezetre. Az etilénglikol–víz arányától függ a folyadék sűrűsége és természetesen a fagyáspont (dermedéspont) értéke (4. ábra). A hazai, téli időjáráshoz is használható fagyálló 40 % etilénglikol és 60 % víz keveréke, amelynek dermedéspontja –27 oC , sűrűsége 1,04 g/cm3 (20 oC-on). A minősített termékek sok esetben 50-50 %-os összetételűek. A fejlett országokban a drágább propilénglikol alapú, nem mérgező fagyálló folyadék használata terjedt el. A két fagyálló folyadék típust nem ajánlatos keverni.
Minden esetben a motorgyártó által előírt, elfogadott terméket kell alkalmazni. Egyes motorgyártó saját elnevezésű (pl. a John Deere COOL-GARD II, etilénglikolos és COOL-GARD II PG, propilénglikolos) fagyálló folyadék használatát írja elő.
Az utóbbi időkben elsősorban nehéz üzemi körülmények között üzemelő dízelmotorokon hűtőfolyadék-szűrőt (5. ábra) is használnak, abból a célból, hogy kiszűrjék a hűtőfolyadék-szivattyút károsító szilárd részecskéket és a rendszer korrózióját, eltömődését okozó szennyeződéseket. A hűtőfolyadék-szűrők alkalmazásának előnyei: az etilén-, vagy propilénglikol bázisú hűtőfolyadék 20-35 %-kal tovább használható, a hűtőrendszer hatásfoka 15-30%-kal növekszik, a szivattyú meghibásodás 50-80 %-kal nagyobb üzemóránál következik be.

Levegőhűtés, intercooler

A szó maga: intercooler – angol szó, jelentése közbenső hűtő. Ezt az elnevezést használják a turbótöltővel rendelkező motor levegőellátó rendszerében a sűrítő utáni levegő hűtőre (6. ábra).
Az intercooler alkalmazásával növelhető a motor teljesítménye, mert a visszahűtött levegő sűrűsége nagyobb, így több oxigén kerül a motorba, amelyhez több hajtóanyag adható.
Két fő technikai megoldása ismert: a levegő–levegő és a víz–levegő hőcserélős rendszer.
A levegő–levegő intercooler rendszer általában a motor hűtőtömbje elé szerelt hűtőből áll, amelyben a bevezetett turbó utáni felmelegedett sűrített levegő hőmérsékletét a külsőleg áramoltatott levegő hűti vissza.
A 4. képen látható egy olyan megoldás, ahol a traktoron közvetlenül a motorháztető alatt elhelyezett intercooler külön ventilátorral rendelkezik. Ez a hűtési koncepció lehetővé teszi a levegő visszahűtésének egyedi szabályozását azzal, hogy a töltőlevegő-hűtő ventilátora eltérő fordulatszámmal dolgozhat, mint a fő hűtőventilátor.
A víz–levegős intercooler rendszer első generációs megoldásánál a motor hűtőfolyadék körébe helyezték a levegő visszahűtőt. Ennek a megoldás hátránya, hogy 110-120oC alá nem lehet a levegőt visszahűteni.
A második generációs víz–levegős intercooler rendszer a motor hűtőkőrétől független körben elhelyezett levegő–víz és víz–levegő hőcserélőkből áll, elhelyezése 1. ábrán látható. Az alkalmazott hűtőközeg fagyálló folyadék, a motor hűtőfolyadékával megegyező típusú. Ennek a rendszernek előnye, hogy a töltőlevegőt a turbótöltőhöz közel lehet vissza hűteni, kisméretű hűtőegységgel. A legkorszerűbb traktormotorokon a visszavezetett kipufogógázt folyadék–gáz hőcserélővel hűtik.

Hűtőrendszerek karbantartása

A karbantartási műveleteket leállított és lehűlt traktormotor esetén szabad elvégezni.

Napi karbantartás

Télen indulás előtt, ha a traktoron van elektromos fűtőberendezés, akkor ennek a villamos hálózatra csatlakoztatása után, –15 oC-os külső levegőhőmérséklet esetén kb. 1-2 órát melegíteni kell a fagyálló folyadékot.
A műszak befejezése után a hűtőfolyadék szintjét a táguló edényben ellenőrizni szükséges, hiány esetén fagyálló folyadékkal, vagy desztillált, ioncserélt vízzel a szintjelzéséig kell utántölteni.
A hűtőtömb, a hűtőrendszer csővezetékeinek szivárgását ellenőrizni kell és a szükséges cseréket el kell végezni. Amennyiben a táguló edényben a folyadék szintje aránytalanul megemelkedett, akkor hiba okát fel kell deríteni és azt szakműhelyben célszerű kijavítatni.
Műszak után a hűtőtömbök, a ventilátor külső tisztítását el kell végezni. A külső tisztítást maximum 6 bar sűrített levegővel (5. kép), vagy 6 bar nyomású hideg-, illetve 50 oC-nál nem melegebb vízzel végezhető el. A hűtőrendszer egységeit tilos nagynyomású mosóval tisztítani.

Kétévente, vagy szükség esetén elvégzendők

A fagyálló folyadék dermedéspontjának ellenőrzését a téli időszak beköszöntése előtt el kell végezni, sűrűségének mérésével. A –27 oC-nál magasabb dermedéspont esetén tömény fagyálló folyadék után töltésével állítható be ez, a hazánkban minimálisan megkövetelt értékre. A sűrűség méréshez sűrűség mérőt (areométert), vagy refraktométert lehet alkalmazni. A 6. képen látható refraktométer alkalmas akkumulátorsav sűrűségének, etilénglikol–víz fagyálló folyadék dermedéspontjának, valamint az AdBlue karbamidtartalmának meghatározására.
A fagyálló folyadék, a hűtőfolyadék-szűrő (ha van ilyen) cserét legalább kétévente célszerű elvégezni.
A hűtőrendszer belül elszennyeződik, ezért kétévente belső tisztítást, átmosást ajánlatos végezni. Az átmosást vízzel, illetve a vízhez adott tisztító folyadék keverékkel lehet végre hajtani. A kereskedelemben különböző hűtőtisztító koncentrátum kapható, amely a tisztítási folyamat során, a hűtőfolyadékhoz adva feloldja a hűtő-/fűtőrendszerben, vezetékekben és motorban keletkező lerakódásokat.
Az intercooler belső tisztítása különösen fontos, mert a turbótöltő által összesűrített levegőbe kis mennyiségű olaj kerül, amely a hűtőtömbben lerakodik. Az intercooler nem megfelelő működése esetén a motor jelentős teljesítményvesztést és hatásfokcsökkenést szenved. A hűtőrendszerek belső tisztítását célszerű szakműhelyben elvégeztetni. A hűtőberendezések rendszeres és szakszerű karbantartásával biztosítható a traktor zavartalan üzeme.