Motorkühlung

Die Motorkühlung von ONERGYS – leistungsstark und zuverlässig

Verbrennungsmotoren sind ohne abgestimmte Kühlsysteme undenkbar. Entgegen ihrem Namen hat die Motorkühlung aber nicht nur die Aufgabe überschüssige Wärme während des Betriebes abzuführen, sondern dem Motor beim Start auch eine schnelle Erwärmung auf optimale Betriebstemperaturen zu ermöglichen. Fast ein Drittel der im Motor erzeugten Wärmeenergie wird von den umliegenden Bauteilen aufgenommen.

Die Werkstoffe dieser und das umschließende Schmieröl unterliegen allerdings einer begrenzten Hitzebeständigkeit, weshalb die überflüssige Wärmeenergie zusätzlich abgeleitet werden muss. Während bei normalen Kraftwerken und Motoren diese Energie verloren gehen würde, kann durch eine clevere Kopplung und hoch effiziente Motorkühlungen bei Blockheizkraftwerken die überschüssige Wärmeenergie weiter genutzt werden.

Wie aber entstehen fast 50% "überflüssige" Wärmeenergie? Bei der Verbrennung von Kraftstoff im Motor wird zwar bereits thermische Energie frei, einen weiteren Anteil macht aber auch die Reibung der beweglichen Bauteile im Antriebsstrang und Motor aus. Hier wird häufig zuvor gewonnene mechanische Energie zurück in thermische Energie umgewandelt, die leider zumeist nicht weiter genutzt werden kann.

Die richtige Betriebstemperatur macht den Unterschied

Erst wenn ein Motor und seine Bauteile eine bestimmte Temperatur erreicht haben, kann nach einem Kaltstart eine optimale Gemischbildung stattfinden. Die oberen Temperaturgrenzen sind hierbei stark von der Hitzebeständigkeit des Motoröls und der Materialienwerkstoffe abhängig. Als Anforderungen an ein gutes Kühlsystem ergeben sich daraus folgende Punkte:

• ausreichende Kühlwirkung
• zeitnahes Erreichen der optimalen Betriebstemperatur
• geringes Gewicht
• gleichmäßige Bauteilkühlung, um Wärmespannungen zu vermeiden
• geringer Energiebedarf für den Betrieb

Daraus wiederum ergeben sich folgende Vorteile für das Blockheizkraftwerk:

• verbesserte Zylinderfüllung
• Verminderung der Klopfneigung bei Ottomotoren
• höhere Kraftstoffverdichtung
• höhere Leistung bei geringerem Kraftstoffverbrauch
• gleichmäßigere Betriebstemperaturen

Grundsätzlich kann bei der Motorkühlung zwischen unterschiedlichen Arten der Kühlung unterschieden werden. In Blockheizkraftwerken wird jedoch fast ausschließlich auf Möglichkeiten der Flüssigkeitskühlung zurückgegriffen. Diese umfassen die Thermoumlaufkühlung und die Pumpenumlaufkühlung. Zusätzlich wird die Innenkühlung des Brennraums durch die Verdampfungswärme des Kraftstoffes unterstützt. Nur in vereinzelten Fällen sind Lösungen mit Luftkühlung anzutreffen.

Luftkühlung

Kann die abzuführende Wärmeenergie direkt über die Oberfläche der Motorteile an die umströmende Umgebungsluft abgegeben werden, handelt es sich um eine Luftkühlung. Bei Stationärmotoren wie Blockheizkraftwerken wird im Falle einer Luftkühlung auf eine sogenannte Gebläseluftkühlung zurückgegriffen. Dieses Gebläse wird meist über einen Keilriemen vom Motor angetrieben und sorgt mit Hilfe von Leitblechen für eine möglichst gleichmäßige Kühlung der einzelnen Motorteile.

Die Vorteile einer Luftkühlung sind:

• ein einfacher Aufbau
• ein geringes Leistungsgewicht
• Kühlflüssigkeit mit Gefrierschutzmittel o.ä. ist nicht notwendig
• weitestgehend wartungsfrei

Aber auch Nachteile lassen sich nicht von der Hand weisen:

• größere Schwankungen in der Betriebstemperatur
• häufig sehr laute Geräusche
• schlechterer Wärmeübergang zwischen Kühlrippen und Luft
• nicht regelbar

Flüssigkeitskühlung

Die Flüssigkeitskühlung ermöglicht den Wärmeaustausch, wie der Name schon vermuten lässt, durch den Gebrauch einer Kühlflüssigkeit. Diese Flüssigkeit nimmt die Abwärme der Bauteile auf und leitet sie über den Kühler an die Umgebungsluft ab. Um eine effektive Flüssigkeitskühlung zu ermöglichen, sind die Zylinder und die Zylinderköpfe bei flüssigkeitsgekühlten Motoren generell von Kühlkanälen durchzogen. Auf diese Weise kann über die Zylinderwände die überschüssige Abwärme abgeleitet werden. Die Strömungsvorgänge in den Schläuchen und Kanälen lassen sich generell über zwei unterschiedliche Systeme realisieren: die Wärmeumlaufkühlung, bei der der Strömungsvorgang ausschließlich über die Dichteänderung der Kühlflüssigkeit erreicht wird, und die Pumpenumlaufkühlung. Hier wird das Kühlmittel durch eine Pumpe umgewälzt. Die Pumpenumlaufkühlung ist gerade bei Blockheizkraftwerken der Hauptvertreter der Kühlsysteme und stellt die bevorzugte Lösung dar.

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