Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Kuehlung (Verbrennungsmotor)

Das Kuehlsystem in einem Verbrennungsmotor dient hauptsaechlich zur Abfuehrung der ueberschuessigen Wärme, die beim Durchlaufes des Kreisporzesses entsteht.

Hauptsaechlich kommen Luft- und Wasserkuehlung als Primaerkuehlsystem zur Anwendung, daneben wird jedoch auch die Kuehlung durch das Schmiermittel genutzt, um den Motor auf einer guenstigen Betriebstemperatur zu halten

Hierbei wird ueberwiegend der Fahrtwind ausgenuetzt, der zum Motor geleitet wird. Um auch bei Stillstand oder geringer Geschwindigkeit des Fahrzeugs wirksam ausreichend Kuehlung zu gewaehrleisten, wird häufig zusaetzlich ein Luefter bzw. Geblaese benutzt. Die Luft wird direkt auf den Motor geblasen. Dieser muss an Zylindern und Zylinderkopf genug Oberflaeche bieten, um die Wärme wirkungsvoll abfuehren zu können; dafuer werden Kuehlrippen eingesetzt.

Der Vorteil der Luftkuehlung ist die einfachere und preiswerte Bauweise, zuverlaessiger Betrieb und (z. B. bei Kampfflugzeugen wichtig) niedrigere Beschussempfindlichkeit und niedrigeres Gewicht. Bei tiefen Aussentemperaturen gibt es weniger Probleme mit dem Einfrieren. Die Nachteile sind höhere Geraeuschentwicklung und schlechteres thermisches Verhalten im Hochleistungsbereich.

Verwendet wird die Luftkuehlung hauptsaechlich bei Flugmotoren, Motorraedern, Kleinmotoren von Rasenmaehern oder Motorsaegen.

• VW Kaefer und die ersten beiden Generationen des VW Bus (VW Transporter; offiziell: VW Typ 2)
• Citroën 2CV, Citroën GS/GSA
• Fiat 500, Fiat 126
• Panhard Dyna
• Porsche 356, Porsche 911 (bis 1998)
• Tatra (PKW & LKW)
• BMW-Motorraeder mit Boxermotor
• Trabant (PKW)

Moderne Viertaktmotoren werden bis auf wenige Ausnahmen wassergekuehlt. Sie bietet gegenüber der Luftkuehlung verschiedene Vorteile. Wasser gewaehrleistet einen gleichmaessigen Waermetransport und kann eine grosse Waermemenge abfuehren. Der Wasserkreislauf wird mit geringem zulaessigen ueberdruck betrieben, so dass Kuehlmitteltemperaturen bis etwa 115 °C möglich sind. Das System wird durch ein ueberdruckventil geschuetzt. Für die Kuehlung wird kaum Leistung benötigt, gegenüber Kuehlgeblaesen bei der Luftkuehlung. Eine Gestaltung der Heizung ist denkbar einfach durch einen Heizungswaermetauscher möglich. Die Motorblockgestaltung und damit die notwendigen Gussformen sind leicht herzustellen. Die Wasserkuehlung haelt den Temperaturunterschied einzelner Motorteile und damit den moeglichen Verzug gering. Dies wiederum erlaubt es die Leistungsdichte von Verbrennungsmotoren zu erhoehen. Der Wassermantel wirkt zudem Geraeuschdaemmend. Insbesondere Hochleistungsottomotoren sind im Bereich der Zylinderkoepfe auf Wasserkuehlung angewiesen, da es sonst vermehrt zu einer Klopfneigung kaeme.

Ein Wasserkuehler/Kuehlmittelkuehler, der früher oftmals aus Messing, heute zumeist aus Aluminium gebaut wird, ist meist an der Front des Fahrzeuges angebracht, wo der Fahrtwind das durchfliessende Kuehlmittel abkuehlt. Von dort wird das Kuehlmittel mit einer Wasserpumpe durch Schläuche in den Motor gepumpt (Zylinderkopf und Motorblock).

Die moderne Wasserkuehlung im PKW besteht aus einem Kuehler, mit grosser Oberflaeche, der in der Regel vorn zwischen den Scheinwerfern angebracht ist. Etwaige Kondensatoren von Klimaanlagen sind noch vor dem Kuehler angebracht. Hinter dem Kuehler befindet sich ein Luefter der den Luftstrom auch bei langsamer Fahrt sichert. Der Wasserumlauf wird durch die Wasserpumpe erzeugt. Frueher gab es auch eine Thermosyphonkuehlung, die ohne Zwangsumlauf auskam und auf dem Prinzip arbeitete, dass warmes Wasser aufsteigt und kaltes nach unten sinkt. Diese Kuehlung benoetigte groessere Querschnitte, war aber nicht betriebssicher. Die Wasserpumpe wird normalerweise über einen Keil- oder Zahnriemen angetrieben. Frueher wurde der Ventilator ebenfalls so angetrieben und lief ständig mit. Auf der Frontseite des Kuehlers wurden auch manchmal Jalousien angebracht, die es in der kalten Jahreszeit mit einem Seilzug vom Fahrersitz aus erlaubten, durch schliessen die Motortemperatur etwas zu regeln. Wo dies nicht möglich war, wurden manchmal auch Kartonplatten provisorisch davor platziert.

Zum Einsatz kommen aber auch Viscoluefter. Diese besitzen eine temperaturgeregelte Kupplung (Viskokupplung) in der das Drehmoment durch eine hochviskose Arbeitsfluessigkeit ohne Beruehrung der Kupplungsteile und damit verschleissfrei übertragen wird. Hierdurch wird Kraftstoff gespart, man verfügt über eine höhere Motorleistung bei geringerem Motorlaerm.

Der Kühlkreislauf und damit die Motortemperatur wird durch einen Thermostat geregelt. Solange der Motor nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist das Thermostatventil geschlossen und das Wasser zirkuliert nur über Motor, Wasserpumpe und Heizungswaermetauscher. oeffnet das Thermostat, so wird der Haupt-Wasserkuehler mit in den Kreislauf eingeschlossen und die eigentliche Kuehlung setzt ein.

uebersteigt die Temperatur des Kuehlwassers einen weiteren Schwellwert, der typischerweise 100 Grad beträgt, wird durch einen Thermostatschalter der Luefter eingeschaltet. Bei intakter Anlage geschieht dies nur bei langsamer Fahrt. Anhaengig von der elektrischen Verschaltung kann der Luefter auch bei ausgeschalteter Zündung nachlaufen. Kuehltechnisch ist dieser Effekt unbedeutend, da wegen der stillstehenden Wasserpumpe nur das Wasser im Kuehler, nicht jedoch im Motor gekuehlt wird,

Da sich Wasser bei Erwaermung ausdehnt, steigt der Wasserdruck. Um diesen Effekt auszugleichen, befindet sich ein Ausgleichsbehaelter/Ausdehnungsgefaess im Kühlkreislauf, der das ueberschuessige Kuehlmittel aufnimmt und bei Bedarf wieder abgibt. Durch das Erhoehen des Systemdruckes steigt gleichzeitig der Siedepunkt des Kuehlmittels.

Die Wasserkuehlung hat auch verschiedene Nachteile. Bei grosser Kaelte kann das Kuehlmittel einfrieren und den Motorblock zum Platzen bringen. Um ein Einfrieren des Systems bei niedrigen Aussentemperaturen zu vermeiden, müssen besondere Zusaetze in das Kühlwasser gegeben werden. Diese so genannten Frostschutzmittel verbessern darüber hinaus die Kuehl- und Reinigungseigenschaften des Kuehlmittels und verhindern die Rostbildung im Motor-Inneren. Meist wird ein Wasser/Glykol-Gemisch als Kuehlmedium verwendet.

Durch zusaetzliche Fehlermoeglichkeiten, wie undichter Kühlkreislauf, Defekte an Wasserpumpe, Kuehler, Thermostat sinkt die Zuverlaessigkeit.

Als Nebeneffekt wird das warme Wasser für die Fahrzeugheizung verwendet. Diese kann in begrenztem Masse auch zur Motorkuehlung eingesetzt werden, wenn der Thermostat und/oder der Luefter defekt sind.

Auf Schiffen kann das umgebende Wasser zur Kuehlung eingestzt werden.

Siehe auch: oelkuehlung

Auch der Schmierstoff Motoröl traegt zur erheblich Kuehlung bei. Einige Motoren sind mit zusaetzlichen oelkuehlern ausgerüstet.

Das Motorkuehlsystem ist nicht immer das einzige Kuehlsystem in einem Motor bzw. Fahrzeug. Zusaetzlich können noch separate Systeme für die Ladeluft (Ladeluftkuehler) das Motoröl, das Getriebeoel oder für das Lenkgetriebeoel oder den Kraftstoff eingebaut sein. Auch die Kuehlung der Innenraumluft (Klimaanlage, Aircondition) ist ein Kuehlsystem, mit Pumpe / Kompressor, Gas- / Fluessigkeitsumlauf und zwei Waermetauschern.