U staršího auta byla chladicí soustava motoru v principu jednoduchá. Vodní pumpa hnala kapalinu přes motor, termostat ji podle potřeby pustil do chladiče a tím to víceméně končilo. U moderního přeplňovaného motoru už ale může být situace podstatně komplikovanější.
K čemu slouží intercooler a jak funguje EGR ventil a chlazení motoru?
Články na téma části motorů:
- Olejové čerpadlo – co přineslo variabilní řízení?
- Olejová vana – kdy je lepší oddělené mazání?
- Chlazené výfukové svody – proč se to dělá?
- Vířivé klapky u spalovacího motoru
- Co vlastně dělají pístní kroužky (1. díl)
- Co vlastně dělají pístní kroužky (2. díl)
- Chladicí soustava motoru: Proč má moderní auto dva chladicí okruhy? - právě čtete
Motor chceme teplý, nasávaný vzduch studený
Hlavní neboli vysokoteplotní chladicí soustava odvádí teplo z bloku motoru a hlavy válců. Zároveň ale není cílem udělat motor co nejstudenější. Spalovací motor potřebuje pracovat v určitém teplotním rozsahu. Příliš studený znamená větší tření, horší odpařování paliva, více emisí a také vyšší spotřebu. Moderní tepelný management proto průtok kapaliny aktivně řídí pomocí termostatů, ventilů a někdy několika čerpadel tak, aby se jednotlivé části motoru ohřály co nejrychleji a následně si držely požadovanou teplotu.
Jenže pak máme například stlačený vzduch za turbodmychadlem. Ten chceme přesně naopak co nejchladnější. Kompresor turba vzduch stlačuje, čímž jeho teplota výrazně roste. Horký vzduch má menší hustotu, takže se při stejném objemu dostane do válce méně kyslíku. A právě zde se dostáváme k tomu, k čemu slouží intercooler.
Intercooler není chladič motoru
Intercooler neboli chladič stlačeného vzduchu stojí mezi kompresorem turbodmychadla a motorem. Úkolem této komponenty je vzduch před vstupem do válců ochladit. Když teplotu snížíme, vzroste hustota a do stejného objemu dostaneme více kyslíku. Motoru více kyslíku umožňuje efektivněji pracovat s vyšším plnicím tlakem a současně to pomáhá držet pod kontrolou teploty při spalování.
Klasické řešení zná asi každý, kdo někdy viděl upravené přeplňované auto. Vpředu je velký výměník podobný chladiči, kterým jde stlačený vzduch a zvenčí jej ochlazuje vzduch okolní. Jde o intercooler typu vzduch–vzduch a žádný druhý kapalinový okruh nepotřebuje.
Moderní motory ale stále častěji používají nepřímé chlazení vzduch–kapalina. Intercooler může být umístěný přímo v sacím potrubí a teplo ze stlačeného vzduchu nejprve převezme chladicí kapalina. Ta následně putuje do vlastního chladiče v přední části auta. A právě zde vzniká nízkoteplotní okruh.
Chladicí kapalina motoru je pro intercooler příliš teplá
Kdybychom kapalinový intercooler připojili pouze ke klasické chladicí soustavě motoru, narazíme na jednoduchý problém. Kapalina v hlavním okruhu je úmyslně horká. Nasávaný vzduch bychom tedy dokázali ochladit maximálně někam k její teplotě, což není z hlediska plnění motoru žádná velká výhra.
Nízkoteplotní okruh proto dostane vlastní chladič, čerpadlo a podle konstrukce také termostat nebo regulační ventily. Jeho kapalina pracuje při výrazně nižší teplotě než kapalina v motoru. Teplo projde ze stlačeného vzduchu do kapaliny a následně přes nízkoteplotní chladič do okolního vzduchu. Výhodou je nejen nižší teplota sání, ale také možnost umístit samotný intercooler velmi blízko motoru. Zkrátí se tím cesta stlačeného vzduchu mezi turbem a válci.
To je docela důležitý detail. Velký intercooler vzduch–vzduch umístěný v nárazníku vyžaduje dlouhé tlakové potrubí. To má určitý objem, který musí turbo natlakovat. U kapalinového intercooleru integrovaného přímo do sání může být celý prostor mezi kompresorem a ventily výrazně menší.
A do toho ještě vstupuje EGR ventil
Dalším zákazníkem, který potřebuje pracovat s teplotou, je EGR ventil a celý systém recirkulace výfukových plynů. EGR vrací část spalin zpět do sání. Spaliny už prakticky nepřinášejí kyslík potřebný pro další spalování, ale zvládnou pohltit část tepla. Výsledkem je nižší maximální teplota spalování, a tím především omezení tvorby oxidů dusíku.
Jenže výfukové plyny mohou být velmi horké, a proto se zejména u vznětových motorů před návratem do sání ochlazují v EGR chladiči. Ten je také napojený na chladicí kapalinu. Nemusí ale automaticky používat stejný nízkoteplotní okruh jako intercooler. Konkrétní zapojení záleží na motoru – EGR chladič může být součástí hlavního okruhu, vlastní větve nebo složitějšího systému ovládaného ventily a pomocnými elektrickými čerpadly.
Navíc ani EGR nechceme chladit vždycky stejně. Po studeném startu potřebujeme naopak rychle ohřát motor a výfukové systémy. Některé konstrukce proto umožňují chladič EGR obejít bypassem. Moderní tepelný management tak neřeší pouze otázku „chladit, nebo nechladit“, ale také co právě chladit, na jakou teplotu a v jakém okamžiku.
Dva okruhy mohou být jen začátek
Když tedy otevřete kapotu moderního auta a objevíte několik elektrických vodních čerpadel, hromadu hadic a regulačních ventilů, není to samoúčelná komplikace. Klasický vysokoteplotní okruh potřebuje udržovat správnou teplotu motoru, zatímco nízkoteplotní část může obsluhovat intercooler, případně další komponenty, které potřebují výrazně chladnější kapalinu.
A ani označení „dvě chladicí soustavy“ není úplně univerzální. U některých motorů jde skutečně o dva poměrně jasně oddělené kapalinové okruhy, jinde je systém rozdělený do několika větví, které se podle provozního stavu propojují a zase oddělují. Samostatnou cestou pak může jít EGR, převodovka nebo turbodmychadlo.
Výsledkem je paradox, který by u staršího motoru nedával moc smysl. Jedna část auta se může snažit dostat chladicí kapalinu co nejrychleji k provozní teplotě, zatímco o pár desítek centimetrů vedle běží druhý okruh, jehož úkolem je udržovat kapalinu co nejchladnější. moderního přeplňovaného motoru totiž dávno nestačí hlídat jen teplotu motoru. Řídí se tepelná bilance prakticky celého pohonného ústrojí.
Zdroj info: Bosch Mobility – Thermal management for combustion engines, HELLA – Intercoolers, MAHLE – Cooling / EGR.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
