Chlazení moderních motorů: Zapomíná se na něj, přesto může způsobit fatální závady

Chlazení je spolu s mazáním nejdůležitější součástí moderního spalovacího motoru. Pokud selže, může to vést až k fatálnímu poškození agregátu. Co dělat, aby k tomu nedošlo, a čím se liší chlazení současných motorů od těch dřívějších ?

V souvislosti se soudobou vysokou technickou úrovní spalovacích motorů v osobních autech se nejčastěji skloňuje kromě výkonu také dosažení nízké spotřeby paliva. Proto se nejčastěji zmiňují ty konstrukčních prvky, které pomáhají uvedené cíle snáze splnit. Takřka všude se tak dočtete o přímém vstřikování paliva, proměnném časování rozvodu či emisním systému čítajícím různé druhy katalyzátorů, recirkulaci spalin či u vznětových motorů částicový filtr, případně systém na odbourávání oxidů dusíku. Chladicí soustavě se však dnes věnuje v souvislosti s psaním o autech minimum prostoru. Přitom jak se mění technika motorů, vyvíjí se i jejich chladicí systémy, včetně nároků na údržbu či jejich chladicí náplně.

Co je vlastně úlohou chlazení? V první řadě je to odvod přebytečného tepla, vznikajícího při práci motoru. Dále má chlazení za úkol udržovat správnou pracovní teplotu motoru. Jenže chlazení má i další funkce. Třeba slouží k eliminaci mechanických změn materiálu (pnutí) či podporuje správnou funkci mazání. Jak? Pokud motor pracuje při vyšší teplotě, než by měl, dochází také ke zvýšení teploty motorového oleje. To vede k jeho rychlejší degradaci a dále se tím podporuje tvorba karbonu. Chlazení má ovšem obrovský vliv také na spotřebu paliva. Smyslem je co možná nejrychleji motor ohřát na provozní teplotu. A v neposlední řadě se chladicí soustava stará i o komfort posádky, neboť díky ní vám v zimě auto topí.

Chlazení současných motorů je téměř výhradně kapalinové. Chlazení vzduchem je při nárocích na dnešní požadavky na čistotu emisí a výkony motorů až příliš jednoduché. To je také hlavní důvod, proč Porsche s příchodem řady 911 s označením 996 přešlo ze vzduchu na chlazení „vodou“. Současné systémy jsou dále s takzvaným nuceným oběhem chladicí kapaliny. To znamená, že k její cirkulaci systémem se používá čerpadlo.

Jak se zvyšují nároky na emise a výkony moderních motorů, mění se i požadavky na chlazení. Z těch částí, které se s léty změnily jen málo, můžeme uvést chladič, výměník (radiátor) topení a expanzní nádoba.

Zbytek prodělal výraznou evoluci. Předně dnes je řada systémů chlazení více okruhových. Kromě obligátního „malého“okruhu s vyloučením cesty přes chladič a „velkého“, kdy chladicí kapalina proudí přes chladič, je dnes navíc uplatňováno oddělené chlazení pro hlavu válců a blok motoru.

Pokud začneme u vodního čerpadla, tak to je dnes nejčastěji radiální lopatkové konstrukce. Pohání jej tak jako v minulosti plochý nebo drážkový řemen, tedy pohon příslušenství motoru. Takto je tomu zejména u agregátů, které mají rozvody poháněné řetězem. Pokud je použit pohon rozvodů ozubeným řemenem, je vodní čerpadlo zpravidla poháněno jím (ale také nemusí). Kromě hlavního vodního čerpadla jsou některé moderní přeplňované zážehové motory (například PSA 1.2 Puretech Turbo, 1.6 THP, či VW 1.8/2.0 TSI, respektive 2.0 TFSI) vybaveny systém dodatečného dochlazování turbodmychadla po vypnutí motoru. Slouží k tomu speciální okruh chlazení a hlavně elektricky poháněné, takzvané pomocné čerpadlo.

Hlavní vodní pumpa má většinou obal (skříň) z hliníkové slitiny, řemenici z ocele a velmi důležité lopatkové kolo bývá vyrobeno ze slitiny bronzu. V některých případech se uvedené materiály kombinují s různě odolnými kompozity. Právě na něj jsou kladeny velmi vysoké nároky, neboť musí snášet výrazné teplotní změny, které se navíc střídají v relativně krátkém sledu, v závislosti na četnosti studených startů motorů. Mezi nejvíce namáhané části chlazení patří právě vodní pumpa, či přesněji její radiální ložiska a dále různé ucpávky.

Vodní čerpadlo bývalo dříve častým zdrojem závad, týkajících se chlazení. V minulosti docházelo například k prasknutí jeho lopatkového kola, které se obyčejně oddělilo od své hřídele. Pokud se lopatkové kolo netočí, kapalina necirkuluje chladicím okruhem, takže dochází ke zvyšování její teploty a to vede k přehřátí motoru. Dále se lze občas setkat s netěsností vodní pumpy, skrze kterou uniká chladicí kapalina ze systému. A do třetice se opotřebovávají ložiska vodní pumpy, což ještě podpoří, pokud je její hnací řemen příliš a tedy nesprávně napnutý. Pokud je navíc vodní pumpa poháněna rozvody motoru, může její destrukce způsobit fatální selhání agregátu v podobě setkání ventilů s písty.

Dnešní motory používají navíc odpojitelné vodní čerpadlo. Většinou tak, že se mezi jeho pohon a samotné čerpadlo vloží mechanismus, který jejich vzájemnou mechanickou vazbu poruší. Odpojením čerpadla se zajistí rychlejší ohřev motoru.

U starších motorů býval termostat pouze pasivně pracujícím zařízením, které na základě teploty chladicí kapaliny „přepínalo“ mezi velkým okruhem (vedeným přes chladič) a malým (s vyloučením chladiče).

U moderních motorů se však pod termostatem ukrývá sofistikované zařízení, které v podstatě aktivně řídí celou chladicí soustavu motoru. Mluvíme o takzvané komoře s integrovaným řízeným termostatem (někdy jich může být i více) a snímačem teploty chladicí kapaliny.

Velmi důležité je pro řízení teplotního managementu motoru znát okamžitou teplotu chladicí kapaliny. K tomu se využívá právě snímač, který je součástí komory termostatu. Obyčejně jsou zde dva, barevně odlišené. Většinou pracuje na bázi negativního termistoru, tedy NTC. Jeho charakteristickou vlastností je takzvaný negativní teplotní koeficient. To znamená, že s rostoucí teplotou snímače klesá jeho elektrický odpor. Senzor má v celém chladicím řetězci velice důležitou úlohu. A sice informuje řídicí jednotku motoru o teplotě chladicí kapaliny, stejně jako řidiče. Na základě jeho signálu je také řidič upozorněn na různé anomálie v teplotě motoru. U moderních agregátů také inicializuje spouštění ventilátoru chlazení. Toto dříve obstarával samostatný termospínač, vložený do spodní části chladiče.

Moderní motory používají aktivní termostat. Co si pod tím představit? V podstatě se jedná o klasický termostat s parafínovou náplní, do jehož parafínové patrony je vloženo elektrické topné tělísko. Někteří výrobci (například skupina PSA) uvádějí, že použitím aktivního termostatu lze uspořit přibližně jedno procento paliva. Samotný termostat se otevírá jednak přirozenou tepelnou roztažností parafínu. U motorů Peugeotu a Citroënu je toto nastaveno na přibližně 105 stupňů. U elektrického řízení (vyhříváním tělesa) je teplota otevření podstatně nižší, a sice asi 89 stupňů. Ještě vyšší verzi “termostatu” představuje zařízení u něhož se využívají elektromotoricky ovládaná šoupátka, jejichž změnou polohy se řídí cesta chladicí kapaliny. Tento systém najdete například u motorů VW 1.8/2.0 TSI z řady EA888.

Chladicí okruh se dále skládá z chladiče a výměníku topení (radiátoru). Oba zajišťují tepelnou výměnu. V případě chladiče se jedná o odvod přebytečného tepla vzniklého prací motoru. Bohužel toto teplo se dále nijak nezpracovává, takže jde vlastně o přebytečnou energii, která přijde vniveč a jíž platíme v podobě spotřeby paliva. U výměníku topení (radiátoru) je tomu přesně naopak a teplo z něj využíváme v zimních měsících pro vyhřívání kabiny. Aby mohl zejména chladič plnit svoji funkci, musejí být jeho voštiny čisté a tedy průchozí pro proudící vzduch.

S chladičem se pojí ventilátor chlazení. U motorů uložených napříč je poháněn výhradně elektromotorem. Ventilátor chladiče se rozběhne v případě, že chybí náporové chlazení vyvolané jízdou, tedy při stojícím vozidle. Elektrické motory, které pohánějí ventilátory chladičů, mohou dosahovat elektrického výkonu až 500 wattů. Již řadu let nemají ventilátory chlazení konstantní otáčky, ale proměnné, řízené předřazeným elektrickým odporem. U některých motorů se ventilátor chladiče používá také pro klimatizaci (Rover 75), v jiných případech má klimatizace i chlazení každé svůj ventilátor (takové auto má v přídi dva ventilátory chlazení).

Posledním zařízením je tepelný výměník voda/olej. Používá se jak pro mazací systém motoru, tak také pro chlazení oleje u samočinných převodovek. V prvním případě má podobu tělesa přibližného tvaru kostky (u VW se tomu dokonce kostka přezdívá), na něž je nasazen olejový čistič. Ve spojení se samočinnou převodovkou je použit klasický chladič malých rozměrů, který bývá umístěný pod chladičem motoru.

S příchodem zimy si ti informovanější motoristé nechávají zkontrolovat stav chladicí kapaliny. U moderních motorů s hliníkovými hlavami válců se používá výhradně chladivo na bázi etylenglykolu. Běžně se lze setkat se třemi základními chladicími kapalinami, lišícími se mimo jiné barvou.

Nejstarší je G11, kapalina zelené barvy. Napříč výrobci ale může být také modrá, případně nažloutlá. Obecně všechny kapaliny těchto barev by měly být mísitelné.

Co s nimi v žádném případě mísitelné není, je kapalina G12, G12+, případně G12++. Ta má růžovou, případně načervenalou barvu. Nejnovějším počinem je kapalina G13. Tu používají třeba motory skupiny VW v rámci techniky MQB. Pro uživatele je důležité, že G13 je mísitelná s G12, G12+ a G12++. V žádném případě ji ale nelze míchat s G11 a jejími obdobami (zelená, žlutá, modrá barva).

Chladicí kapalina je teplonosné médium. Při ověřování jejího stavu by se kromě bodu tuhnutí, s nímž přímo souvisí hustota kapaliny, měl ověřovat i PH faktor. V praxi však většina mechaniků kontroluje pouze bod tuhnutí (hustotu).

A právě bod tuhnutí by se měl pohybovat v rozmezí od mínus 25 stupňů do maximálně mínus 35 stupňů. Nižší teplota bodu tuhnutí (třeba mínus 39 stupňů) znamená zásah do teplotní bilance motoru. Chladicí kapalina, která má takto nízký bod tuhnutí, způsobuje opačný jev. A sice, že se motor mnohdy vůbec neohřeje. Taková kapalina totiž ztrácí svoji výše zmíněnou teplonosnou funkci.

U moderních automobilů se za jakousi hranici ve vztahu k údržbě chlazení považuje proběh 120.000 km, případně věk pěti let. Samozřejmě záleží na konkrétním výrobci a jeho servisním plánu. Někteří výrobci aut v něm přistupují ke chladicí soustavě benevolentněji než jiní.

Do proběhu 120.000 km by se pravidelná kontrola měla zaměřit na množství a hustotu chladicí kapaliny a tedy její bod tuhnutí. A dále pohledem na těsnost systému, a to včetně víčka expanzní nádoby, jehož součástí je přetlakový ventil.

Po ujetí 120.000 km by se k uvedenému měla přidat také kontrola PH, jehož správná hodnota je důležitá k zamezení korozivních účinků. Mnozí výrobci dnes vůbec nepředepisují výměnu chladicí kapaliny. Po pěti letech stáří automobilu ji však doporučují, což platí třeba pro skupinu PSA. Při výměně chladicí kapaliny je třeba po naplnění celý systém důkladně odvzdušnit. Proto je lepší tento úkon svěřit servisu.

K ověření hustoty chladicí kapaliny a tedy bodu jejího tuhnutí používají servisy refraktometr. Je velmi přesný a snadno se s ním pracuje, avšak bývá dražší než starší hustoměr. Refraktometr lze na internetu pořídit za částky od asi 400 korun, což je přibližně čtyřnásobek, než na kolik vyjde hustoměr. PH faktor se určuje testovacím papírkem.

V případě, že zaznamenáte u svého vozu pokles chladicí kapaliny pod minimální hodnotu, případně se vám na přístrojovém štítu objeví hláška (ať už kontrolkou, nebo ve slovní formě), o poklesu chladicí kapaliny pod minimální hodnotu, dolijte do expanzní nádoby pouze demineralizovanou (destilovanou) vodu, nikoliv chladicí koncentrát. Obecně platí, že ke ztrátám chladicí kapaliny dochází z důvodu běžného odpaření. Příčinou tedy nejsou netěsnosti. A ze systému se odpařuje právě voda, nikoliv koncentrát.

Zkušenosti servisů ukazují, že značné procento závad na chlazení je způsobeno neodbornými zásahy. K nim patří například špatně vedené hadice chlazení. Pokud je někdo třeba ohne, aniž to tak má být, dochází k jejich namáhání, což může vést až k jejich prasknutí. K podobnému poškození dojde, pokud se hadice někde dotýkají jiné části v motorovém prostoru, zejména kovové (hlavy, víka, držáku něčeho aj.). U starších aut způsobují problémy také zkorodované spony, které prostě jednoho dne prasknou, čímž dojde k uvolnění hadice. To samé platí o korozi chladiče.

Své dokážou udělat i nečistoty v chlazení. K nim dojde zpravidla po selhání těsnění hlavy válců, případně prasknutí hlavy, kdy se olej dostává do chladicí kapaliny. Součástí takové opravy by mělo být propláchnutí chladicí soustavy včetně chladiče. Pokud to však někdo udělá špatně, pak to může mít na pozdější chování chlazení jistý vliv.