I en Dieselmotors kompressionsrum er der målt følgende temperaturer i løbet af en periode:
Under Kompression fra 125° – 500°
” Forbrænding ” 500° – 1500°
” Ekspansion ” 1500° – 700°
” Udstødning ” 700° – 400°
Middeltemperaturen i kompressionsrummet vil følgelig ligge langt over selv den sværeste smøreolies antændelsestemperatur, hvoraf følger, at køling af cylindervæggene er nødvendig, hvis smøreolien ikke skal forbrænde eller forkokse. Som kølemiddel anvendes luft eller vand, dog hyppigst det sidste, trods luftens iøjnefaldende fordeledens lethed, dens allestedsnærværelse, dens permanente karakter o.s.v. Særlig ved motorer til køretøjer har man da også forsøgt at drage sig disse luftens gode egenskaber som kølemiddel til nytte, men trods mangfoldige forsøg er det kun ved helt små motorer som motorcyklemotorer o. l., at luftkølingen har fundet større anvendelse, ja selv ved flyvemaskinmotorer, hvor luftkølingen på forhånd skulle synes at besidde alle fordele, benyttes undertiden vandkøling.
Årsagen hertil må søges i, at luften er en meget dårlig varmeleder. Kun ved små cylindre, ved hvilke overfladen er stor i forhold til volumenet, og hvor luften uhindret kan stryge gennem ribberne, som de luftkølede motorer altid er forsynede med, opnås en nogenlunde tilstrækkelig køling, men hvor man som ved automobiler har flere cylindre efter hinanden, vil kun den første i rækken blive tilstrækkelig afkølet, hvis ikke der er sørget for en ganske særlig kraftig ventilator til cirkulering af luften. En sådan kræver dog betydelig kraft og forårsager en del støj.
Da vand har en langt større varmeledningsevne end luft, kan køleribberne undværes på vandkølede motorer, til gengæld må disse forsynes med en kappe, “kølekappen”, om den egentlige cylinder, hvorigennem vandet ledes.
Som hovedregel tilledes vandet på det laveste punkt af cylinderen og bortledes fra dennes højeste punkt, således at man altid er sikker på, at kappen er fyldt med vand.
Foruden cylinderen må såvel ventiler som topstykke afkøles, og jo mere effektiv denne afkøling er, des højere kompression kan man gå med uden fare for fortændinger.
På den anden side må det erindres, at varmen, der bortledes med kølevandet, betyder et direkte tab i energi, og en motor bør derfor ikke afkøles til en lavere temperatur end nødvendigt. Spørgsmålet bliver da, hvor stærkt det er nødvendigt at afkøle? Af hensyn til materiale og smøreolie vil en kølevandstemperatur på 70 à 80° som regel kunne tolereres, omend meget afhængig af motorens art, størrelse og konstruktion. Når man dog som oftest foretrækker en noget lavere afgangstemperatur, såsom 50 à 65°, skyldes det nærmest faren for kedelstensaflejringer. Kedelstenen udskilles nemlig af vandet under opvarmning og des stærkere, jo højere temperaturen bliver, og navnlig i de snævre kanaler i topstykket kan der ofte aflejre sig så meget kedelsten, at de helt tilstoppes, hvilket atter kan bevirke, at topstykket revner.
Ved velkonstruerede motorer må kølekappen være rigelig vid og således formet, at vandet intet sted får lov at stå stille, men overalt cirkulerer for at give en ensartet afkøling og hindre ansamling af “damplommer”. Af særlig betydning er det, at kanalerne omkring ventilerne og i topstykket er omhyggeligt konstruerede og støbesandet fuldstændig udrenset. Ved moderne motorer anses en effektiv ensartet køling af samtlige cylinderdele da også for at være af den allerstørste betydning både for holdbarhed og økonomi. Måden, hvorpå kølingen iværksættes, er iøvrigt højst forskellig. I det følgende skal nævnes nogle af de almindeligst anvendte metoder.
Køling af stationære motorer.
Køling med vandværksvand. Fra vandhanen løber vandet ned i en tragt og derfra gennem en ledning til kølekappen. Metoden er simpel, idet man kun har at påse, at der åbnes for vandet, når der startes, og lukke igen når motoren standses.
Køling med vand fra brønd eller dam. Vandet må i så fald suges op og presses ind gennem kølekappen af en særlig pumpe, der ofte trækkes af selve motoren, og er da som regel en stempelpumpe, men kan også, særlig ved større anlæg, være en elektrisk drevet centrifugalpumpe. I alle tilfælde er det af vigtighed, at man har sikret sig, at brønden kan yde den fornødne mængde vand, og at vandet er rent og ikke for hårdt, samt at det ikke indeholder “grøde” (alger), hvilket ofte er tilfældet med vand fra damme og gadekær. Alger kan nemlig afsætte sig som et svampet lag i kølekanalerne og ødelægge kølingen. For sikre sig mod tilstopning af sugeledningen bør denne forsynes med en rigelig stor sugekurv med dobbelt sæt trådnet, således at man ikke hvert øjeblik er udsat for at måtte foretage rensninger af denne.
Hvis motorens maksimale daglige arbejdstid og hestekraft er kendt, kan man danne sig et skøn over den til kølingen fornødne vandmængde, idet det erindres, at højst 30 à 40% af den tilførte varme bortgår med kølevandet. Lad os antage at det drejer sig om en 40 HK dieselmotor, der højst går 8 timer daglig. Vi anslår vandets tilgangstemperatur til 20° og afgangstemperaturen til 50°, hvert kilo vand vil da bortføre 30 VE. Er brændstofforbruget 1/4 kg pr. HK time, og indeholder hvert kilo olie 10.000 VE, tilføres der maksimalt motoren 40 x 8 x 1/4 x 10.000 VE daglig, hvoraf kølevandet bortfører højst 40% eller 320.000 VE, og hertil må anvendes (320.000 : 30) kilo vand eller ca. 11 kubikmeter vand daglig.
Det ses heraf, at der let kan blive tale om større vandmængder, end der står til rådighed fra en brønd, og man må i så fald anvende det samme vand flere gange. – Simplest sker dette ved at bygge et vandbassin, hvorfra vandet tages, og hvortil det atter ledes tilbage efter at have passeret motoren. Vandet afkøles ved, at luften stryger hen over vandets overflade, hvorfor denne må være stor, og blæsten have så vidt mulig uhindret adgang. For at øge kølingen kan vandet af pumpen sendes op i en stråle som en art springvand midt i bassinet, eller der kan bygges et såkaldt “graderværk” – brædder, plader, trådnet eller lignende – over bassinet, hvorover vandet risler udsat for luftens kølende virkning. Selv ved de bedste graderværker vil kølevandet dog blive varmere end den omgivende lufts temperatur, hvilket der må tages hensyn til ved bestemmelse af bassinets størrelse.
Ved de hidtil omtalte kølemetoder er varmen absolut spildt. Hvis man derimod leder det varme vand gennem et system af radiatorer som de, der anvendes ved centralopvarmning, opnås en delvis udnyttelse af varmen, men skal en sådan udnyttelse få praktisk betydning, må motoren gå regelmæssigt hver dag om vinteren, og om sommeren må der anvendes et særligt graderværk. Endnu bedre udnyttes varmen i industrielle virksomheder, hvor der anvendes meget varmt vand, som i slagterier, mejerier o.l.
Opvarmningen kan her yderligere øges ved at lade det varme kølevand passere en art rørkedelledes forbrændingsprodukterne gennem rørene og vandet udenom disse, kan der indvindes betydelige varmemængder. Systemet finder dog kun anvendelse ved store anlæg.
Ved små, billige, liggende motorer anvendes nu ofte “fordampningskøling” – Kølekappen udvides foroven til en åben beholder, og vand påfyldes til under beholderens overkant. Under gang kommer vandet snart i kog og er altså 100° varmt, men som bekendt bliver vandet heller aldrig varmere, da beholderen er åben. Al den tilførte varme bruges derefter til at danne damp, og der må til erstatning jævnlig påfyldes frisk vand.
Metoden er overmåde enkel og billig, men er dog behæftet med betydelige mangler, thi selv om vandet, der påfyldes, tilsyneladende er rent, indeholder det altid en del kalk, der aflejrer sig på cylinderen, når vandet går bort i form af damp. Denne “kedel-sten” isolerer cylinderen og hindrer en tilstrækkelig effektiv køling, hvorved motoren og i særdeleshed smøreolien let bliver for varm.
Køling af Automobiler og Traktorer.
Ved automobiler og traktorer er man af hensyn til vægten nødsaget til at nøjes med en forholdsvis lille vandmængde, der så stadig må cirkulere. Til at bortføre varmen fra vandet anvendes de såkaldte “kølere”, der i hovedtrækkene består af en underste og en øverste vandkasse, der er forbundne med et system af tyndvæggede metalrør. Køleren anbringes som regel foran på automobilet således, at luften under farten fremad drives ind mellem kølerørene. Den derved opnåede lufthastighed vil dog som regel være utilstrækkelig, i særdeleshed ved langsom kørsel eller stilstand. Man anbringer derfor altid en af motoren dreven ventilator lige bag ved køleren til yderligere at fremme luftcirkulationen.
Da køleren i høj grad præger hele automobilets udseende, er der naturligvis i tidens løb fremstillet kølere af meget forskelligt ydre og iøvrigt også af indre, hvis dermed forstås rørsystemet, der forbinder samlekasserne. Fælles for alle kølere er dog, at de er lidet modstandsdygtige overfor ydre vold, at de er dyre og vanskelige at reparere, hvis de bliver utætte, og at de let fryser i stykker, hvis vandet ikke tappes af i frostvejr.
De snævre kølerør, der kan være lige, med cirkulært tværsnit, men ofte består af flade lameller, er desuden udsatte for at blive snavsede både ud- og indvendig, medens ydre snavs let lader sig fjerne, er det overmåde vanskeligt, ja ofte umuligt at fjerne urenheder på rørenes indvendige flade. Man bør derfor kun påfylde absolut rent kølevand, men dette er ikke nok, vandet bør også være blødt, d.v.s. indeholde mindst mulige mængder af føromtalte kedelsten, der ellers delvis udskilles under opvarmning og afsætter sig på de indre rørflader og i motorens kølekappe, hvorved kølingens effektivitet nedsættes. Hvis samme vandmængde stadig cirkulerer, vil kedelstenslaget dog kun blive ubetydeligt, men hvis der stadig må påfyldes frisk og eventuelt hårdt vand, enten fordi køleren er utæt, eller fordi vandet i køleren kommer i kog, er faren for en tilsaltning overhængende.
For at skåne køleren for de direkte rystelser fra motoren forbindes denne med hin ved hjælp af korte kautschukslanger, og for at få vandet til at cirkulere i systemet kan man indskyde en pumpe, der trækkes af motoren som skematisk antydet på Fig. 70; a og b er vandbeholdere, c er rørsystemet med køleribber, der forbinder disse, rørene her har cirkulært tværsnit. P er cirkulationspumpe og V ventilator, begge drives af motoren, o er et overflodsrør, der hindrer overtryk i køleren.
Pumpen kan dog også helt undværes, hvis forbindelsesrørene fra motor til køler er tilstrækkelig vide, og toppen af køleren er en del højere end toppen af motor, Fig. 71. Vandet vil da komme i cirkulation ved at opvarmes i motoren, hvorved det udvider sig – bliver “lettere” og stiger opad, – hvorefter det “tungere” vand fra køleren strømmer efter, og cirkulationen er i gang. Det sidstnævnte system kaldes “Thermosyphonkøling”, men er i virkeligheden langt mindre kunstigt end navnet og udmærker sig netop ved sin simpelhed, idet både pumpen og trækket til denne kan undværes. Cirkulationen foregår dog i reglen noget langsommere ved thermosyphon- end ved pumpekøling, hvorfor køleren her må gøres noget større. I tilfælde af vandmangel (noget der aldrig bør ske!) vil faren for en ødelagt motor være størst ved thermosyphonsystemet, da cirkulationen af vandet fuldstændig ophører, så snart vandstanden synker lidt under afgangsrøret. Hvor der er indskudt pumpe, vil vandet derimod vedblivende cirkulere, selv om der er vandmangel, men kølingen bliver naturligvis mindre effektiv.
Der kan således nævnes fordele og mangler ved begge systemer, og de anvendes da også begge, omend pumpekøling mere og mere fortrænger thermosyphonkølingen, der nu mest bruges ved små og billige motorer.
Kølevandets afgangstemperatur skal helst holdes mellem 75 og 85°, køles stærkere, øges friktionen, og der bortgår mere varme med kølevandet. Bliver temperaturen over 85°, nærmer man sig for stærkt til kogepunktet. For at holde en passende temperatur kan det derfor være fornuftigt i koldt vejr at sætte noget af køleren ud af funktion ved at anbringe en skærm eller et jalousi foran denne. Ved start af kold motor vil det, af grunde, som tidligere er omtalt, væ-re ønskeligt, så snart som muligt, at nå op på normal køretemperatur.
Kølevandet bør derfor helst ikke begynde at cirkulere, før motoren er passende varm. Dette kan opnås ved at indskyde en såkaldt “thermostat”, Fig. 72, i køleledningen, hvorved tillige fås automatisk regulering af temperaturen under kørslen, således at skærm og jalousi kan undgås.
Virkemåden af en thermostat er i reglen, at endebundene af en bælg med en let fordampelig væske påvirker en ventil til at åbne mere eller mindre for kølevandet, efter som dette er varmt eller koldt. Fig. 100 viser en meget anvendt “Pallas” thermostat.
Fejl i kølesystemet.
Stationære motorer: Kølevandspumpen i uorden – Snavs hindrer ventilerne i at lukke, utætte samlinger på sugeledningen, sugekurven forstoppet.
Aflejringer af slam i kølekappen forårsager utilstrækkelig afkøling af cylindervæggen, hvorved faren for, at stemplerne brænder fast, og cylindertopstykket revner, er stor. Aflejringerne kan skyldes “hårdt vand”, d.e. vand, der indeholder mange opløste kalksalte, eller vandet kan ligefrem være urent, dette er f. eks. ofte tilfældet med vandet fra et gadekær, der som bekendt ofte indeholder betydelige mængder af “grøde” særlig om sommeren.
Mobile motorer: Ved disse er den hyppigste fejl vandmangel, og denne kan skyldes utætheder i køler, pumpe og rørforbindelser, samt også hidrøre fra, at vandet i køleren kommer i kog under kørslen og delvis fordamper. Da kørsel med en motor med utilstrækkelig vand kan medføre ikke alene standsning, men også at motoren delvis ødelægges, er det langt farligere at glemme at påfylde vand end at glemme at påfylde benzin! Utætheder bør derfor altid snarest belejligt tætnes.
Ligeledes bør vandet normalt ikke komme i kog, og sker det alligevel, betyder det ikke alene et spild af blødt vand, men det er desuden også et tegn på, at noget ved motoren ikke er som det bør være; man bør derfor efterspore fejlene for om muligt at få dem afhjulpet. Årsagerne til “kogende køler” kan dog være mange, og af disse skal nævnes:
Ventilatorremmen for slæk eller vingerne bøjede eller vredne. Cirkulationspumpen utæt ved pakdåsen eller på anden måde i uorden. Gummislangerne, der forbinder køler med motor, bulnede ud indvendig, således at de delvis har forstoppet rørets lysning.
Hvis man i hård frost kører motoren ud af garagen, forinden cirkulationen af kølevan-det er rigtig i gang, kan vandet i de nederste celler fryse og cirkulationen standse (sker oftest ved Thermosyphon), samtidig med at det stillestående vand i motoren kommer i kog.
Hyppigst bliver kølevandet dog for varmt, fordi køleren er snavset – udvendig af støv og stænk, indvendig af kedelsten, rustskaller, fedtstof m. m., hvorved varmens overførsel til den forbistrømmende luft hæmmes. Medens ydre snavs let lader sig fjerne og derfor kun skyldes ligegyldighed hos automobilisten eller traktorføreren, er urenhederne inde i køleren ofte meget vanskelige at skaffe bort. Fedtstof og nogle kalksalte lader sig fjerne ved at udkoge køleren med sodalud – en ca. 10% sodalud hældes på køleren, og man lader motoren arbejde nogle timer, derefter fjernes gummislangerne, og køleren udskylles med en kraftig vandstråle helst modsat den vej, kølevandet normalt cirkulerer, men køleren må i så fald tages ud af vognen. Al olie og en mængde løse skaller vil derved blive fjernet. Man må dog passe meget nøje på at få al sodaluden skyllet ud. Er kedelstenslaget meget tykt og fast, kan det kun opløses af syre, f. eks. saltsyre. Behandlingen er dog vanskelig og bør helst udføres af en fagmand, og da en rensning med syre ofte bevirker, at køleren bliver så utæt, at den er ubrugelig, kan metoden kun anbefales i tilfælde, hvor køleren må anses for kassabel, hvis der intet gøres.
Kogende køler kan som tidligere nævnt også skyldes en for varm motor. – Dårlig tilpassede stempler, dårlig smøreolie, for fed gas og for sen tænding kan alt give anledning til, at motoren varmer, og at kølevandet kommer i kog.
Kuldeblandinger.
Hvis man kun sjældent bruger sin vogn eller traktor om vinteren, vil det simpleste og billigste være at tappe kølevandet af efter endt brug. Man skal dog helst opbevare vandet til brug ved senere påfyldning af hensyn til kedelsten, og man må være sikker på, at alt vandet er aftappet. Dette gælder særlig cirkulationspumpen, men underti-den også bunden af vandtrøjen, der ikke altid har fald mod køleren. I så fald er pumpe og cylindre forsynede med særlige aftapningshaner, som man må huske at åbne.
Ved jævnlig brug vil den stadige aftapning og påfyldning dog være for besværlig, og man må da anvende “kuldeblandinger”. Til kølevandet kan sættes Kogsalt, glycerin eller sprit, men helt uden lyde er dog ingen af de nævnte stoffer.
Opløses 30% kogsalt (efter vægt) i kølevandet, fryser blandingen først ved ca. ÷ 20°, men der udskilles krystaller under henstand, og metallet er udsat for at tæres ved galvaniske strømme.
Glycerin fordamper ikke, og når den er kemisk ren og fri for syre, angriber den hver-ken jern eller metal; men kommer der ved et uheld glycerin i smøreolien, bliver denne begagtig og kan forstoppe motorens smørekanaler. Det er derfor af største vigtighed, at alle pakninger, og specielt pakningen forneden på cylinderforingen, er absolut tætte.
Sprit er billig og blandes godt med vand, men da den fordamper lettere end vandet, bliver blandingen efterhånden svagere. Fyldes køleren stadig efter med sprit vil man dog ingen risiko løbe, ligeledes hvis man jævnlig foretager en vægtfyldebestemmelse og sørger for, at denne holdes konstant:
Tilsætning af sprit……. 30 % 35 % 40 %
Frysepunkt……………. ÷ 12° ÷ 15° ÷ 19°
Tilsætning af glycerin… 30 % 35 % 40 %
Frysepunkt……………. ÷ 10° ÷ 14° ÷ 18°