Jäähdytysjärjestelmä

Autowikin perusluonteen mukaisesti tämä artikkeli käsittelee aihetta autoilun näkökulmasta, ellei toisin mainita.

Jäähdytysjärjestelmä on nimensä mukaisesti järjestelmä, jota käytetään lämpövoimakoneiden lämmönhallintaan. Tyypillisiä, hallittua lämmönvaihtoa vaativia kohteita, ovat polttomoottorit. Voimansiirto sekä työkoneiden hydrauliikka saattaa vaatia myös jäähdytyksen, mutta useimmiten se ei ole säädeltyä.

Yleisin tapa polttomoottoreiden jäähdyttämiseen on kierrättää jäähdytysnestettä moottorin vesitilassa, jolloin siihen siirtyy lämpöä. Kuumentunut neste ohjataan jäähdytinkennolle, jossa se luovuttaa lämpönsä ympäröivään ilmaan, jonka jälkeen jäähtynyt neste ohjataan takaisin moottorin vesitilaan. Jäähdytinnesteen kiertoa tehostetaan yleensä vesipumpun- ja jäähtymistä kennolla tuulettimen avulla.

Jäähdytin

Tyypillinen jäähdytinkenno

Jäähdytin on yhdistetty moottoriin ylä- ja alavesiletkulla, jotka liittyvät jäähdyttimen päätysäiliöihin. Vuosikymmenien ajan säiliöt olivat kennon ylä- ja alapuolella, mutta modernissa matalakeulaisessa autossa ne sijaitsevat kennon sivuilla. Säiliöiden välissä on kenno, joka koostuu ohuista putkista ja niiden väliin laskostetusta metallisuikaleesta. Tämän rakenteen ansiosta kennolla on kokoonsa nähden suhteellisen suuri lämpöä siirtävä pinta-ala. Kennon kokoa, nesteputkien määrää ja niiden halkaisijaa muuttamalla voidaan vaikuttaa kennon nestevirtaukseen ja siten lämmön vaihtuvuuteen.

Vuosikymmenien ajan jäähdyttimet valmistettiin juottamalla yhteen teräspellistä valmistetut päätysäiliöt ja kenno. Tällainen valmistustapa mahdollisti korjaamisen vaihtamalla esim. vaurioitunut kenno uuteen, vanhoja säiliöitä käyttäen. Kustannustehokkuuden ja painonsäästön vaatimusten myötä jäähdyttimet valmistetaan nykyisin muovisäiliöillä ja alumiinikennolla. Tällainen jäähdytin ei ole korjattavissa, vaan se on vaihdettava uuteen.

Aivan autoilun alkuvuosikymmeninä jäähdytin oli yksinkertainen mutkille taivutettu putki, jonka jäähdytyspinta-alaa oli kasvatettu putkeen kiinnitetyillä metallirivoilla. Eräs metodi oli ns. "hunajakennojäähdytin", joka koostui pyöreistä putkista, joiden molemmat päät oli tyssätty kahdeksankulmaiseen muotoon. Putket ottavat toisiinsa kiinni ainoastaan päätyosistaan, joista ne juotettiin yhteen. Näin saatiin aikaan nestesäiliö, jonka läpi virtasi jäähdytysilma.

Kennotyyppistä jäähdytintä käytetään myös moottori- ja vaihteistoöljyn sekä ilmastoinnin kylmäaineen jäähdyttämiseen. Auton sisätilan lämmittäminen tapahtuu myös kennotyyppisen lämmönvaihtimen avulla. Moottorin ylikuumenemisen uhatessa lämmityslaitetta voi käyttää jäähdytyksen tehostamiseen.

Vesipumppu

Ilman pumppua tapahtuva termosifoninen jäähdytyskierto.

Vesipumppu on toimilaite, joka tehostaa nestekiertoa. Autoilun alkuvuosikymmeninä moottorin jäähdytysnesteen kierrossa hyödynnettiin ilmiötä jossa kuumentuneen veden tiheys pienenee ja se kohoaa korkeammalle. Jäähtyessään veden tiheys kasvaa ja se painuu alaspäin. Tällaista vapaata kiertoa kutsutaan termosifoniseksi kierroksi. Se ei ole kovinkaan tehokas tapa moottorin liikalämmön poistamiseen ja siksi jäähdytysnesteen kiertoa alettiin tehostamaan pumpulla.

Vesipumppu on yleisimmin siipipumppu, joka saa käyttövoimansa moottorin kampiakselilta. Vesipumppu oli perinteisessä moottoriarkkitehtuurissa omana komponenttinaan moottorin etupuolella. Samalle akselille, jota käytettiin kiilahihnan välityksellä, oli yleensä sijoitettu myös jäähdyttäjän tuuletin. Poikittaismoottoreiden, tilanpuutteen ja kustannustehokkuuden vaatimusten myötä vesipumppu siirtyi moottorin sisään ja jakohihnan pyörittämäksi. Vesipumppu voi olla myös sähkökäyttöinen.

Termostaatti

Tyypillinen irtotermostaatti

Moottorin jäähdytysnesteen kiertoa säädellään tyypillisesti termostaatilla. Termostaatti on yksinkertainen, lämpödynamiikkaa hyödyntävä venttiili.

Moottorin ollessa kylmä, termostaatti on suljettu. Jäähdytysneste ei tällöin virtaa vesipumpulta jäähdyttimelle, vaan palaa takaisin kiertoon ohivirtauskanavan tai -letkun kautta. Tällä varmistetaan että moottori saavuttaa mahdollisimman nopeasti ja tasaisesti ihanteellisen toimintalämpötilansa. Kun tämä lämpötila on saavutettu, termostaatti avautuu ja päästää jäähdytysnesteen kiertämään jäähdytinkennon kautta. Termostaatti elää aktiivisesti koko ajan, säädellen jäähdyttimen kautta kierrätettävän nesteen määrää moottorin kuormituksen ja ympäröivän ilman lämpötilan vaihtelujen mukaan.

Joskus aiempina vuosikymmeninä, kun moottorin lämmönhallinta oli vajavaisempaa ja keskittyi hyvin pitkälti pelkkään jäähdytykseen, saatettiin kesäaikana käyttää alhaisemmassa lämpötilassa avautuvaa termostaattia tai jopa poistaa se kokonaan. Nykyaikaisessa moottorissa, jossa pyritään palotapahtuman mahdollisimman tarkkaan hallintaan, termostaattia ei ole suotavaa poistaa ja se saattaa olla jopa mahdotonta. Nykyisin ei myöskään ole käytössä kesä- ja talvitermostaatteja.