Jacob Hoover
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Schéma d'un système de refroidissement: comment la plomberie est connectée. Envie d'en savoir plus? Découvrez ces images de moteur de voiture. HSW -Bien que les moteurs à essence se soient beaucoup améliorés, ils ne sont toujours pas très efficaces pour transformer l'énergie chimique en puissance mécanique. La majeure partie de l'énergie contenue dans l'essence (peut-être 7 à 0%) est convertie en chaleur, et c'est le travail du système de refroidissement pour prendre soin de cette chaleur. En fait, le système de refroidissement d'une voiture roulant sur l'autoroute dissipe suffisamment de chaleur pour chauffer deux maisons de taille moyenne! La tâche principale du système de refroidissement est d'empêcher le moteur de surchauffer en transférant cette chaleur à l'air, mais le système de refroidissement a également plusieurs autres tâches importantes..
Le moteur de votre voiture fonctionne mieux à une température assez élevée. Lorsque le moteur est froid, les composants s'usent plus rapidement, le moteur est moins efficace et émet plus de pollution. Un autre travail important du système de refroidissement est donc de permettre au moteur de chauffer le plus rapidement possible, puis de maintenir le moteur à une température constante..
Dans cet article, nous découvrirons les composants d'un système de refroidissement automobile et leur fonctionnement. Tout d'abord, examinons quelques notions de base.
-À côté du moteur de votre voiture, le carburant brûle constamment. Une grande partie de la chaleur de cette combustion sort directement du système d'échappement, mais une partie s'infiltre dans le moteur, le réchauffant. Le moteur fonctionne mieux lorsque son liquide de refroidissement est à environ 200 degrés Fahrenheit (93 degrés Celsius). A cette température:
- La chambre de combustion est suffisamment chaude pour vaporiser complètement le carburant, offrant une meilleure combustion et réduisant les émissions.
- L'huile utilisée pour lubrifier le moteur a une viscosité inférieure (elle est plus mince), de sorte que les pièces du moteur se déplacent plus librement et le moteur gaspille moins d'énergie en déplaçant ses propres composants..
- Les pièces métalliques s'usent moins.
Il existe deux types de systèmes de refroidissement sur les voitures: refroidis par liquide et refroidis par air.
Refroidissement liquide
Le système de refroidissement des voitures refroidies par liquide fait circuler un fluide à travers les tuyaux et les passages du moteur. Lorsque ce liquide traverse le moteur chaud, il absorbe la chaleur et refroidit le moteur. Une fois que le fluide a quitté le moteur, il passe à travers un échangeur de chaleur, ou radiateur, qui transfère la chaleur du fluide à l'air soufflant à travers l'échangeur..
Refroidissement par air
Certaines voitures plus anciennes et très peu de voitures modernes sont refroidies par air. Au lieu de faire circuler du fluide dans le moteur, le bloc moteur est recouvert d'ailettes en aluminium qui évacuent la chaleur du cylindre. Un ventilateur puissant force l'air sur ces ailettes, ce qui refroidit le moteur en transférant la chaleur à l'air.
Étant donné que la plupart des voitures sont refroidies par liquide, nous nous concentrerons sur ce système dans cet article.
Cliquez sur «Démarrer» pour voir le fluide s'écouler dans le moteur lorsque le moteur se réchauffe. -Le système de refroidissement de votre voiture a beaucoup de plomberie. Nous allons commencer par la pompe et parcourir le système, et dans les sections suivantes, nous parlerons de chaque partie du système plus en détail.
le pompe envoie le fluide dans le bloc moteur, où il se fraye un chemin à travers les passages du moteur autour des cylindres. Puis il revient par le culasse du moteur. le thermostat est situé là où le fluide quitte le moteur. La plomberie autour du thermostat renvoie le fluide à la pompe directement si le thermostat est fermé. S'il est ouvert, le fluide passe par le radiateur d'abord puis de nouveau à la pompe.
Il existe également un circuit séparé pour le système de chauffage. Ce circuit prend le fluide de la culasse et le fait passer à travers un noyau chauffant, puis de nouveau à la pompe.
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Sur les voitures à transmission automatique, il existe normalement également un circuit séparé pour refroidir le liquide de transmission intégré au radiateur. L'huile de la transmission est pompée par la transmission à travers un deuxième échangeur de chaleur à l'intérieur du radiateur.
-Les voitures fonctionnent dans une grande variété de températures, allant de bien en dessous de zéro à plus de 100 F (38 C). Ainsi, quel que soit le fluide utilisé pour refroidir le moteur, le moteur doit avoir un point de congélation très bas, un point d'ébullition élevé, et il doit avoir la capacité de retenir beaucoup de chaleur.
L'eau est l'un des fluides les plus efficaces pour retenir la chaleur, mais l'eau gèle à une température trop élevée pour être utilisée dans les moteurs de voiture. Le fluide que la plupart des voitures utilisent est un mélange d'eau et d'éthylène glycol (C2H6O2), également appelé antigel. En ajoutant de l'éthylène glycol à l'eau, les points d'ébullition et de congélation sont considérablement améliorés.
Fluide - Point de congélation - Point d'ébullition
- Eau pure: 0 C / 32 F - 100 C / 212 F
- Mélange 50/50 de C2H6O2/ Eau: -37 C / -35 F - 106 C / 223 F
- 70/30 mélange de C2H6O2/ Eau: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F
La température du liquide de refroidissement peut parfois atteindre 250 à 275 F (121 à 135 C). Même avec de l'éthylène glycol ajouté, ces températures feraient bouillir le liquide de refroidissement, donc quelque chose de plus doit être fait pour augmenter son point d'ébullition.
Le système de refroidissement utilise pression pour augmenter encore le point d'ébullition du liquide de refroidissement. Tout comme la température d'ébullition de l'eau est plus élevée dans un autocuiseur, la température d'ébullition du liquide de refroidissement est plus élevée si vous mettez le système sous pression. La plupart des voitures ont une limite de pression de 14 à 15 livres par pouce carré (psi), ce qui augmente le point d'ébullition de 45 F (25 C) afin que le liquide de refroidissement puisse résister aux températures élevées..
L'antigel contient également des additifs pour résister à la corrosion.
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Une pompe centrifuge comme celle utilisée dans votre voiture.
-La pompe à eau est une simple pompe centrifuge entraînée par une courroie reliée au vilebrequin du moteur. La pompe fait circuler le fluide chaque fois que le moteur tourne.
La pompe à eau utilise la force centrifuge pour envoyer le fluide vers l'extérieur pendant qu'il tourne, provoquant l'aspiration continue du fluide du centre. L'entrée de la pompe est située près du centre de sorte que le fluide revenant du radiateur frappe les aubes de la pompe. Les aubes de pompe jettent le fluide vers l'extérieur de la pompe, où il peut pénétrer dans le moteur.
Le fluide sortant de la pompe s'écoule d'abord à travers le bloc moteur et la culasse, puis dans le radiateur et enfin retour vers la pompe.
A noter que les parois du cylindre sont assez fines, et que le bloc moteur est majoritairement creux. -Le bloc moteur et la culasse comportent de nombreux passages coulés ou usinés pour permettre l'écoulement du fluide. Ces passages dirigent le liquide de refroidissement vers les zones les plus critiques du moteur.
Les températures dans la chambre de combustion du moteur peuvent atteindre 4500 F (2500 C), il est donc essentiel de refroidir la zone autour des cylindres. Les zones autour des soupapes d'échappement sont particulièrement cruciales, et presque tout l'espace à l'intérieur de la culasse autour des soupapes qui n'est pas nécessaire pour la structure est rempli de liquide de refroidissement. Si le moteur reste sans refroidissement pendant très longtemps, il peut gripper. Lorsque cela se produit, le métal est devenu suffisamment chaud pour que le piston se soude au cylindre. Cela signifie généralement la destruction complète du moteur.
La tête du moteur a également de grands passages de liquide de refroidissement. Une manière intéressante de réduire les demandes sur le système de refroidissement est de réduire la quantité de chaleur qui est transférée de la chambre de combustion aux parties métalliques du moteur. Certains moteurs le font en enduisant l'intérieur de la partie supérieure de la culasse d'une fine couche de céramique. La céramique est un mauvais conducteur de chaleur, donc moins de chaleur est conduite à travers le métal et plus de sortie de l'échappement.
Image du radiateur montrant le réservoir latéral avec refroidisseur. -Un radiateur est un type de échangeur de chaleur. Il est conçu pour transférer la chaleur du liquide de refroidissement chaud qui le traverse vers l'air soufflé par le ventilateur..
La plupart des voitures modernes utilisent des radiateurs en aluminium. Ces radiateurs sont fabriqués en brasant de fines ailettes en aluminium sur des tubes en aluminium aplatis. Le liquide de refroidissement s'écoule de l'entrée vers la sortie à travers de nombreux tubes montés en parallèle. Les ailettes conduisent la chaleur des tubes et la transfèrent à l'air circulant à travers le radiateur.
Les tubes ont parfois un type d'aileron inséré dans eux appelé un turbulateur, ce qui augmente la turbulence du fluide circulant dans les tubes. Si le fluide s'écoulait très régulièrement à travers les tubes, seul le fluide touchant réellement les tubes serait refroidi directement. La quantité de chaleur transférée aux tubes à partir du fluide qui les traverse dépend de la différence de température entre le tube et le fluide qui le touche. Ainsi, si le fluide en contact avec le tube se refroidit rapidement, moins de chaleur sera transférée. En créant des turbulences à l'intérieur du tube, tout le fluide se mélange ensemble, en maintenant la température du fluide en contact avec les tubes afin que plus de chaleur puisse être extraite, et tout le fluide à l'intérieur du tube est utilisé efficacement.
Les radiateurs ont généralement un réservoir de chaque côté et à l'intérieur du réservoir se trouve un refroidisseur de transmission. Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir l'entrée et la sortie où l'huile de la transmission entre dans le refroidisseur. Le refroidisseur de transmission est comme un radiateur dans un radiateur, sauf qu'au lieu d'échanger de la chaleur avec l'air, l'huile échange de la chaleur avec le liquide de refroidissement dans le radiateur.
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Coupe du bouchon du radiateur et du réservoir.
-Le bouchon du radiateur augmente en fait le point d'ébullition de votre liquide de refroidissement d'environ 45 F (25 C). Comment cette simple casquette fait-elle cela? De la même manière, un autocuiseur augmente la température d'ébullition de l'eau. Le bouchon est en fait une soupape de décharge de pression et sur les voitures, il est généralement réglé à 15 psi. Le point d'ébullition de l'eau augmente lorsque l'eau est mise sous pression.
Lorsque le liquide dans le système de refroidissement chauffe, il se dilate, provoquant une montée en pression. Le bouchon est le seul endroit où cette pression peut s'échapper, de sorte que le réglage du ressort sur le bouchon détermine la pression maximale dans le système de refroidissement. Lorsque la pression atteint 15 psi, la pression pousse la soupape ouverte, permettant au liquide de refroidissement de s'échapper du système de refroidissement. Ce liquide de refroidissement s'écoule à travers le tube de trop-plein dans le fond du réservoir de trop-plein. Cette disposition empêche l'air de pénétrer dans le système. Lorsque le radiateur se refroidit, un vide est créé dans le système de refroidissement qui ouvre une autre soupape à ressort, aspirant l'eau du fond du réservoir de trop-plein pour remplacer l'eau qui a été expulsée..
Les positions ouverte et fermée d'un thermostat. HSW -La tâche principale du thermostat est de permettre au moteur de chauffer rapidement, puis de maintenir le moteur à une température constante. Il le fait en régulant la quantité d'eau qui passe par le radiateur. À basse température, la sortie du radiateur est complètement bloquée - tout le liquide de refroidissement est recirculé dans le moteur.
Une fois que la température du liquide de refroidissement atteint entre 180 et 195 F (82 - 91 C), le thermostat commence à s'ouvrir, permettant au fluide de circuler à travers le radiateur. Au moment où le liquide de refroidissement atteint 200 à 218 F (93-103 C), le thermostat est complètement ouvert.
Si jamais vous avez la chance d'en tester un, un thermostat est une chose incroyable à regarder car ce qu'il fait semble impossible. Vous pouvez en mettre un dans une casserole d'eau bouillante sur la cuisinière. En chauffant, sa valve s'ouvre d'environ un pouce, apparemment par magie! Si vous souhaitez essayer cela vous-même, allez dans un magasin de pièces automobiles et achetez-en un pour quelques dollars.
Le secret du thermostat réside dans le petit cylindre situé du côté moteur de l'appareil. Ce cylindre est rempli d'une cire qui commence à fondre à environ 180 F (différents thermostats s'ouvrent à différentes températures, mais 180 F est courant). Une tige reliée à la valve presse dans cette cire. Lorsque la cire fond, elle se dilate considérablement, poussant la tige hors du cylindre et ouvrant la valve. Si vous avez lu Comment fonctionnent les thermomètres et fait l'expérience avec la bouteille et la paille, vous avez vu ce processus en action - la cire se dilate un peu plus car elle passe d'un solide à un liquide en plus de s'étendre de la chaleur.
Cette même technique est utilisée dans les ouvre-portes automatiques pour les évents de serre et les puits de lumière. Dans ces appareils, la cire fond à une température plus basse.
Ventilateur -Tout comme le thermostat, le ventilateur de refroidissement doit être contrôlé pour permettre au moteur de maintenir une température constante.
Les voitures à traction avant ont ventilateurs électriques parce que le moteur est généralement monté transversalement, ce qui signifie que la sortie du moteur pointe vers le côté de la voiture. Les ventilateurs sont contrôlés soit par un interrupteur thermostatique, soit par l'ordinateur du moteur, et ils se mettent en marche lorsque la température du liquide de refroidissement dépasse un point de consigne. Ils s'éteignent lorsque la température descend en dessous de ce point.
Les voitures à traction arrière à moteur longitudinal ont généralement ventilateurs de refroidissement entraînés par le moteur. Ces ventilateurs ont un embrayage visqueux thermostaté. Cet embrayage est positionné au niveau du moyeu du ventilateur, dans le flux d'air traversant le radiateur. Cet embrayage visqueux spécial ressemble beaucoup à l'accouplement visqueux que l'on trouve parfois dans les voitures à traction intégrale.
Plomberie de chauffage -Vous avez peut-être entendu le conseil que si votre voiture surchauffe, ouvrez toutes les fenêtres et faites fonctionner le radiateur avec le ventilateur à plein régime. En effet, le système de chauffage est en fait un système de refroidissement secondaire qui reflète le système de refroidissement principal de votre voiture.
Le noyau chauffant, qui se trouve dans le tableau de bord de votre voiture, est en réalité un petit radiateur. Le ventilateur de chauffage souffle de l'air à travers le noyau de chauffage et dans l'habitacle de votre voiture.
Un noyau chauffant ressemble à un petit radiateur. Le noyau de chauffage tire son liquide de refroidissement chaud de la culasse et le renvoie à la pompe - de sorte que le chauffage fonctionne indépendamment du fait que le thermostat soit ouvert ou fermé.
Pour plus d'informations sur les systèmes de refroidissement de voiture et des sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
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