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Wissenswertes zur Funktion der Motorkühlung bei Nutzfahrzeugen

Die Motorkühlung ist ein komplexes System, dessen Funktionen weit über die bloße Kühlung des Motors hinaus geht. Die Aufgaben haben sich in den letzten Jahren immer mehr erweitert. BEHR HELLA SERVICE hat hier das Wichtigste zu Funktion und Aufbau der unterschiedlichen Fahrzeug-Komponenten zusammengestellt.




Die Abwärme des Motors wird im Prinzip über zwei Wege abgeführt: über das Abgas und über das Kühlmittel. Mit dem Abgas geht rund ein Drittel der Kraftstoff energie in Form von Wärme verloren. Ein Viertel der Energie erhitzt hauptsächlich den Motorblock (1) , nur ein Drittel der Energie geht tatsächlich in den Antrieb. Die Motorkühlung hat primär die Aufgabe, den Motor mit seinen Metallteilen vor Überhitzung zu schützen. Die Steuerung der Motorkühlung unterstützt das schnelle Aufheizen des Motors, z. B. nach einem Kaltstart im Winter. Darüber hinaus versorgt das Kühlungssystem den Fahrzeuginnenraum über das heiße Kühlwasser des Motorkühlkreislaufes mit der gewünschten Wärme. Dies sind die klassischen Kühlungsaufgaben. Für all diese Aufgaben sind drei Kreisläufe notwendig: Kühlmittel, Luft und Abgas.


Kühlmittel

Der Motor und seine Komponenten erhitzen sich im Betrieb stark, weil Kraftstoff im Zylinder zusammen mit Luft verbrannt wird. Gekühlt wird der Motor dabei vom Motoröl und vom Kühlmittel. Eine Kühlmittelpumpe (2) pumpt das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf, der Motorblock und Zylinderköpfe kühlt. Bei leistungsstarken Motoren reicht die Wärmeabfuhr über die Ölwanne nicht aus. In diesem Fall nimmt das Kühlmittel über einen Motorölkühler auch Wärme vom Motoröl auf.

Am Kühlmittelkühler (3) im Frontend des Fahrzeugs wird das Kühlmittel durch die Umgebungsluft wieder abgekühlt. Dabei strömt es durch die parallel verlaufenden Rohre des Kühlers. Hauchdünne Wellrippen zwischen den einzelnen Rohren vergrößern die von der Umgebungsluft umströmte Fläche, ähnlich wie bei einem Wandheizkörper, damit die Luft möglichst viel Wärme vom Kühlmittel aufnehmen kann. Um diesen Effekt noch zu verstärken, sind die Wellrippen geschlitzt. Diese Kiemen sorgen dafür, dass die Luft verwirbelt wird und so mehr Wärme aufnehmen kann.

Mit Thermostaten wird der Kühlmittelstrom temperaturabhängig gesteuert. Sie öffnen und schließen sich, je nach Temperatur des Kühlmittels. Ist das Kühlmittel noch zu kalt, etwa beim Kaltstart im Winter, bleibt das Thermostat geschlossen.Der Kühlmittelstrom wird also nicht über den Kühlmittelkühler geführt und heizt sich deshalb schneller am Motor auf, das Aggregat kommt schneller auf Betriebstemperatur. Erst ab einer bestimmten Temperatur öffnet sich das Ventil des Thermostats und der Kühler wird zugeschaltet. Weitere Thermostatventile im Kreislauf kontrollieren, wann und wie viel Kühlmittel anderen Komponenten, wie z. B. dem Motorölkühler, dem Lenkhilfeölkühler, aber auch der Innenraumheizung zu einem bestimmten Betriebspunkt zur Verfügung steht.


Luft

Früher diente die Turboaufladung dazu, die Leistung des Motors bei gleichem Hubraum und gleicher Zylinderanzahl zu erhöhen. Heute hilft sie, die gleiche Leistung mit verkleinertem Motor zu erreichen und so Kraftstoff einzusparen.

Bei turboaufgeladenen Motoren wird die Verbrennungsluft vor Eintritt in den Brennraum stark verdichtet. Dabei erhitzt sie sich und muss deshalb in einem Ladeluftkühler gekühlt werden. Bislang wurde die Ladeluft in einem direkten Kühler gekühlt: Sie wurde im Turbolader 4 verdichtet und über lange Schläuche nach vorne ins Kühlmodul geführt, wo sie in einem von der Umgebungsluft gekühlten Ladeluftkühler gekühlt und wieder in langen Schläuchen in Richtung Brennraum gebracht wurde.

Dieser Ansatz kostet Bauraum und vor allem sinkt der Druck der Ladeluft. Denn nach dem Weg durch die Leitungen hat diese nicht mehr den gleichen Druck wie direkt am Verdichter. Die Antwort auf dieses Problem heißt indirekte Ladeluftkühlung (5) . Bei ihr wird die Ladeluft von einem zusätzlichen, vom Hauptkühlkreislauf unabhängigen, Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf mit eigenem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler (6) im Frontend des Fahrzeugs gekühlt. Vorteil: Der Ladeluftkühler kann motornah angebracht werden. Der Ladeluftdruck bleibt erhalten und der Motor spricht besser an.


Abgas

Um den Stickoxidausstoß zu senken, wird bei Dieselmotoren häufig gekühltes Abgas in den Verbrennungsraum rückgeführt. Das Abgas „verdünnt“ das Kraftstoff /Luft-Gemisch. Dadurch sinkt die Verbrennungstemperatur. Da sich Stickoxide vor allem bei hohen Verbrennungstemperaturen bilden, sinkt der Schadstoff ausstoß. Damit das funktioniert, muss das Abgas im Abgaskühler (7) vom Kühlmittel (je nach Motorlast) von ca. 450°C bis 800°C auf mindestens 150°C bis 200°C abgekühlt werden. Diese ganze Wärme muss also zusätzlich vom Kühlmittel aufgenommen und über den Kühlmittelkühler abgeführt werden.

Für die zukünftigen Emissionsvorschriften reicht jedoch selbst das wahrscheinlich nicht aus. Denn das Abgas muss hier auf ca. 60°C bis 70°C heruntergekühlt werden. Um solche Temperaturen gewährleisten zu können, wird das Abgas in einer zweiten Stufe mit dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf gekühlt werden.


Fazit

Die Aufgaben der Motorkühlung haben sich in den letzten Jahren immer mehr erweitert – es kommen neue Aufgaben hinzu.

So übernimmt bei Hybridfahrzeugen beispielsweise der Niedertemperatur-Kreislauf gemeinsam mit der Klimatisierung die Kühlung der Li-Ionen-Batterie. Thermo Management wird also tatsächlich immer wichtiger.


Quelle: BEHR HELLA SERVICE GmbH