Turbódízel motorok előmelegítése és a fűtésrendszerek működése
A gépjárművek belsőégésű motorjában felszabaduló hőmennyiséget hasznosító, az utastér fűtésére szolgáló egységeket már az 1940-es években elkezdték gyártani. Ezeket a lemezből készült, vízcsöves hőcserélőket akkoriban még nem építették be sorozatban a gépjárművekbe, csak a drágább modellekbe. Kezdetben a legnagyobb alkalmazó a Mercedes és a BMW volt.
Jelenleg a személygépkocsiknál a hőcserélőt és a hozzá kapcsolódó szerelvényeket a műszerfal alatt helyezik el. Ilyen készülékeket szoktak beszerelni az autóbuszokba is, az ülések alatt, vagy az alsó, illetve a felső légcsatornákba beépítve.
A gépjármű fűtésrendszerének alapjai
A fűtőkészülék legfontosabb része a hőcserélő. A hűtőfolyadék belépő és kilépő oldalán egy - egy vízszekrényt alakítanak ki, melyek a folyadékot egyenletesen osztják szét a többnyire vízszintes elrendezésű lapított ovális keresztmetszetű vízcsövek között. A vízcsövek levegő oldali felületét borda lemezekkel növelik, melyek merőlegesek a vízcsövekre. A hőcserélőben a hűtőfolyadék áramlását a gépkocsi hűtőfolyadék szivattyúja tartja fenn.
A hőcserélő elé beépített légterelő lehetőséget ad arra, hogy friss levegő legyen beszívható, vagy az utastér levegőjét keringesse a berendezés. Ez utóbbinak az előnye az, hogy hamarabb felmelegszik az utastér. Korszerű személygépkocsikban a környezetből beszívott levegő gyakran a pollenszűrőn áramlik keresztül. A hőcserélőben felmelegített levegő egy másik áramlásterelővel irányítható az első szélvédőre, illetve az oldalablakokra, vagy a lábtérbe. Ezzel egyszerűen megvalósítható az ablakok pára, illetve fagymentesítése.
A legtöbb fűtőkészülékekben a levegő áramoltatását, egyenáramú motorral hajtott ventilátor végzi. Gyakran alkalmaznak két különböző fordulatszámon üzemeltethető változatot is. A felmelegített levegő terelésére távműködtetésű csappantyút építenek be a szellőző csatornákba.
Fűtés hiba a Renault Megane 2-ben
Miért vált szükségessé a kiegészítő fűtés? A turbódízel motorok kihívása
A léghűtéses motorral szerelt gépkocsikban a fűtés nem bizonyult kielégítőnek, ezért kiegészítő fűtést kellett beépíteni. Hasonló gondok merültek fel évtizedekkel később a tüzelőanyagot nagyon jól hasznosító turbódízel motoros változatoknál. A hibrid és villanyautók utasterének fűtése is leleményességet kíván a konstruktőröktől.
Egyre több korszerű, jó hatásfokkal működő turbódízel motorral szerelt személygépkocsiba gyárilag is beszerelik kiegészítő fűtőberendezésként, mert a hűtőrendszerből kinyerhető hőenergia nem elegendő a kellemes utastér hőmérséklethez. Több személygépkocsi TDI motorral szerelt változatába gyárilag kiegészítő fűtést szereltek. Erre azért van szükség, mert a rendkívül jó hatásfokkal, gazdaságosan üzemeltethető motor „hulladék hője” nem minden üzemállapotban elegendő az utastér fűtéséhez.
A tüzelőanyag fogyasztás szempontjából optimalizált turbódízel motorok, különösen azoknál a gépkocsiknál, melyeket csak rövid utat tesznek meg, és részterhelési üzemmódban, olyan kevés hőmennyiséget adnak át a hűtőrendszernek, hogy ez nem elegendő az utastér fűtéséhez. Annál nagyobb a hő hiány, minél nagyobb az utastér.
1. Így indulj hideg diesel autóval
Motor-előmelegítők és állófűtések: típusok és működési elvek
Az autók motorja akkor működik megfelelően, ha elérte üzemi hőmérsékletét. Ehhez idő kell, ráadásul hidegindításkor a kenés sem megfelelő, így a motor már meglepően rövid távon károsodhat. Azok az autósok, akik rendszeresen csak rövid távon használják a járművüket, folyamatosan hideg rendszerrel indulnak útnak. A képződő kondenzvíz ekkor nem tud eltávozni az autóból, s a kipufogógázokkal savas elegyet képez. Ha az autó nem kerül időben szervizbe, akkor akár teljesen tönkre is mehet a motor, több százezres költséget okozva. Városi használatnál kiemelten fontos az olajcsere rendszeres elvégzése, ezzel eltávolítható a nem megfelelő kenőanyag. A fenti tünetek elkerülésére minden hidegindítás után legalább 15-20 kilométert meg kellene tenni az autóval, így a képződő kondenzvíz teljesen eltávozna. Mivel városban jellemzően ennél rövidebb távra használják az autót, motor-előmelegítő használata javasolt.
A motor-előmelegítő feladata, hogy a motort felmelegítse, így az ne hidegen induljon be. Európában az ötvenes években láttak hozzá intenzívebben a motortól független fűtőkészülékek fejlesztéséhez, melynek egyik változatát már nagyobb sorozatban a VW bogarakba szerelték be. 1955-ben készült el a tízezredik készülék, majd ezután a gyártás dinamikusan bővült.
Elektromos motor-előmelegítők
A motor-előmelegítő megoldások egyre nagyobb teret nyernek Magyarországon is, köszönhetően annak, hogy a drága autók elterjedésével fontos lett az alkatrészek megfelelő védelme. A skandináv országokban nagy divatja van a használatának, ott az utcákon is találhatók elektromos oszlopok, melyekre az autót rá lehet kötni. Segítségükkel az autók álló helyzetben is energiaellátást kapnak, mellyel a motortér felmelegíthető.
A motor-előmelegítőnél egy fűtőszálat szerelnek a motor vízterébe, amely folyamatosan melegíti a vizet. A felmelegedett folyadék átadja a környezetének a hőt, így órák alatt az egész motor átmelegedik. Bár az ilyen előmelegítőkkel nehéz elérni a motor számára ideális 60 fok körüli hőt, képesek 20-30 fokra felmelegíteni a motorteret. Ez pedig főleg télen fontos, amikor az időjárás akár mínusz 10-20 fokra is lehűtheti az alkatrészeket. Az előmelegítő kivezetése egy szabványos dugalj, mely bármilyen konnektorba bedugható.
Többféle is létezik belőle: a leghatékonyabb a hűtővizet keringtetve átmelegítő, a hűtőrendszerbe külön becsövezett változat, de hatásos a fagydugó helyére vagy a hűtőbe benyúló fűtőbetétet melegítő verzió is. Ha a motorba nem szerelhető be a fűtőszál, akkor a hűtőcsőbe szerelik azt. Amennyiben ez a megoldás sem lehetséges, akkor a motorblokkot vagy az olajteknőt melegítik fel egy hozzájuk érő alkatrésszel.
A legismertebb konnektoros motorelőmelegítő-márka az akár a százezres árba is beleharapó norvég Defa, de aki nem igényli a skandináv teleken szerzett tapasztalatokat, jóval olcsóbban, beszereléssel együtt is pár tízezer forintért találhat megbízható készüléket. Sok meghibásodási lehetőség ezekben nincs, hisz a legtöbb berendezésnek mozgó alkatrésze sincs; a felmelegedő folyadék a fizika törvényeinek megfelelően magától kezd felfelé áramlani a hűtőrendszerben.
Üzemanyaggal működő állófűtések
Ezeknél komplikáltabb és jóval drágább az autó üzemanyagáról működő állófűtés, amely utólag is beszerelhető az autóba. A gépkocsiba szerelt belsőégésű motor fajtájának megfelelően benzin és gázolaj üzemű fűtőkészülékeket fejlesztettek ki, de a legújabb már bioetanollal is működtethető. Ennek megfelelően a típusjelzésekben a B, illetve a D betű utal a tüzelőanyag fajtájára, a bioetanolos változatnál pedig a készülék zöld festést kapott.
A fűtőberendezés után beépített katalizátorral nulla emissziós üzemeltetés valósítható meg. Mindegyik készülékfajtából számos alaptípust gyártanak. Ezeket aztán fűtőteljesítményük alapján sorolják be. Általában a típusjelzés középső száma jelenti a kilowattban megadott fűtőteljesítményt. Ezek a változatok más szempontok szerint tovább csoportosíthatók. Vannak olyanok is, amelyek a motor hűtőrendszerén keresztül látják el feladatukat (Hydronic). A hűtőfolyadékkal működő „Hydronic” név utáni „E” betű az egyszerűbb, gazdaságosabb kivitelt jelenti, melynél azonban a fűtőteljesítmény nem szabályozható.
Az állófűtés indítása és elektronikája
Ezekre a készülékekre közvetlenül felszerelik a működtető elektronikát is. A bekapcsoláskor először az izzítást működteti. A tüzelőanyag fajtájától függően a gyújtógyertya, vagy az izzó kerámia rúd indítja el az égést. Bekapcsol az égéstérbe levegőt szállító ventilátor, és a tüzelőanyag szivattyú is.
Az elektronika egy érzékelővel folyamatosan felügyeli az égéstérben a lángot. Ekkor már az izzításra nincs szükség, azt kikapcsolja. Továbbá az elektronikának az is a feladata, hogy működés közben pontosan tartsa az előre beállított utastér hőmérsékletet, felügyelje a működést és lehetővé tegye a diagnosztikát. Amikor már a napsugarak is erőteljesebben melegítenek és a hőmérséklet megfelelő, a készülék automatikusan kikapcsol. Ez előtt azonban az elektronika egy utóizzítást valósít meg, hogy az égőtérbe került teljes tüzelőanyag mennyiség biztonságosan elégjen.
Az előmelegítés előnyei és alkalmazási területei
Nem kell reggel indulás előtt a szélvédőről a jeget kapargatni, jó a kilátás, de ami talán a legfontosabb, megszűnnek a hidegindítási nehézségek is, ha beépítik a belsőégésű motortól függetlenül működő fűtő berendezést, mely a gépkocsi hűtőfolyadék köréhez csatlakozik. A motor-előmelegítők járulékos haszna, hogy az eleve langyosabbról induló hűtővízzel az utastér fűtése is gyorsabban beindul. A kellemes klíma, a jó kilátás nemcsak a komfortot növeli, hanem a biztonságot is!
Így pár deci benzin vagy gázolaj értékének megfelelő elektromos energia költségével elérhetjük, hogy a hideg reggeli indítgatások se viseljék meg a motort. Az öreg autók motorfelújítása így kitolható, az újak motorikus állapota hosszú ideig megőrizhető. A motor-előmelegítő különösen ajánlható olyan autóknak, amelyekkel hidegindítás után nem tudjuk elkerülni a nagy motorterhelést: rögtön hosszú emelkedővel vagy közeli országutas, autópályás menettel indul a munkanapjuk.
A teherautók vezető- és hálófülkéjének, különleges járművek, mentőautók utasterének fűtésén kívül mezőgazdasági gépekben, hajókban is használhatják ezeket a fűtőkészülékeket. Alkalmasak továbbá különböző agregátok, fagyérzékeny szállítmányok, például virág, vagy víz oldószerű festékek megfelelő hőmérsékleten tartására.
Telepítés és karbantartás
A motor-előmelegítő beszereléséhez szakemberre van szükség, mivel a rendszer hálózati áramról működik. Ennek megfelelően a szerelőnek villamos szerelési ismeretekkel kell rendelkeznie, s az autón belül az elvezetésnek garantáltan vízmentesnek kell lennie. Az előmelegítő beszereléséhez meg kell bontani a motort, ez szintén szakértelmet igényel. A megfelelően kiépített rendszer biztonságos, villamos szempontból szigetelt, s időtálló kivezetéssel rendelkezik. Az autóból kivezető kábel általában zöld színű, mivel ez a szín eléggé feltűnő ahhoz, hogy ne lehessen az autóval az elektromos hálózatról való lecsatlakoztatás nélkül elindulni. A motor előmelegítő berendezések néhány tízezer forinttól már elérhetők, ehhez jön még a szerelési díj.
Figyelembe kell venni a hatósági-, és a biztonságtechnikai előírásokat is, például a veszélyes árut szállító járművekre a 94 / 55 / EG ADR előírás vonatkozik. A fűtőkészülék és az égéstermékének elvezetése szigetelt, védett, illetve leárnyékolt kell legyen. Így kerülhető el a helyi túlmelegedés, illetve hárítható el a gyulladásveszély. A fűtőkészülékben működése során nem képződhet robbanóképes elegy. A fűtőkészülék fixen rögzített kell legyen. Az égéshez használt levegőt a fűtőkészülék a rakodótéren, illetve az utastéren kívüli helyről kell szívja. A kikapcsoló a raktéren kívülről működtethető. A fűtendő levegőt a környezetből kell szívja. Konstrukciósan biztosított kell legyen (rács), hogy a felmelegített levegő beáramlását ne akadályozza rakomány, vagy valami egyéb tárgy.
A fűtőkészülék bekötése a motor hűtőrendszerébe különböző módon történhet. Soros bekötésnél a fűtőkészülékkel a motor hűtőfolyadékát melegítik elő, ezért megszűnnek a hidegindítási nehézségek és csökken a motor kopása is. A fűtőkészülék a motort és az utasteret egyaránt melegíti. Ha a fűtő készüléket nem használják és kinyitják az elzáró csapot a motor által létrehozott hőenergia kedvező áramlási viszonyok mellett hasznosítható az utastérbe szerelt hőcserélővel. Ez a bekötési mód lehetőséget ad arra, hogy először az utastér legyen fűthető és csak ezt követően kezdődhessen el a belsőégésű motor melegítése.
Kiegészítő fűtés a modern autókban: Gyári megoldások és fejlesztések
Akinek napi tevékenysége rendszeresen azonos időben kezdődik, beprogramozhatja fűtőkészülékét. Ezeket az egységeket kiegészítő elemek segítségével programozhatóvá, illetve távirányító segítségével is működtethetővé lehet tenni. Az autógyárak sorozatban szerelik be például a különböző gépkocsi típusokba. Európa északi országaiban még szélesebb körű az alkalmazásuk. Ezeket a készülékeket utólagosan át lehet alakítani úgy is, hogy alkalmasak legyenek az állóhelyi fűtésre is.
Eberspächer Hydronic rendszerek
Az Eberspächer több típushoz beszállít kiegészítő fűtőkészüléket, melyet a hűtőrendszerbe a motorral és a hőcserélővel sorba kötve építenek be. Szerény méretei (200 x 85 x 97 mm) és kis tömege (2 kg) megkönnyítik beépítését, mely csak rövid időt vesz igénybe.
Műszaki részletek és innovációk
A készülék burkolata alatt bújik meg a szinterfémből készült égéstér, melyet hűtőfolyadék köpeny vesz körül. Ezzel egy szerelési egységet alkot a légfúvó is, mely az égést tápláló levegőről gondoskodik. Erre szerelik fel az égés zaját csökkentő hangtompítót. A számos csatlakozót, mellyel a gépkocsi fűtő rendszeréhez csatlakozik (hűtőfolyadék, elektromos vezetékek, tüzelőanyag), a készülék két oldalán helyezték el.
Az elmúlt évtizedek során végrehajtott számos típusmódosítás után a Hydronic fűtőkészülék új generációja nagyobb teljesítményű, takarékos működésű, csöndesebb és sokoldalúbban használható lett. Az új égéstérben optimális és csendes a hőtermelési folyamat. Az áttervezett hőcserélő bordái áramlástanilag kedvezőbbek, jobb a hőátadás és kisebb az áramlási ellenállás. A kompakt méretek megkönnyítik a beszerelést. A 4,3 kW teljesítményű készüléket a kompakt személyautókhoz, az 5 kW-ost a nagyobb utasterű személy és a kisebb haszonjárművekhez ajánlják.
A Hydronic D3W: Különösen a TDI motorokhoz
A hydronic legkisebb teljesítményű változata a D3W az úgynevezett kiegészítő fűtőkészülék. Ezeket a korszerű TDI dízelmotoros személygépkocsikba már sorozatban beépítik, hiszen a nagyon jó hatásfokkal működő, kedvező tüzelőanyag fogyasztású motorok úgynevezett hulladék hője már -3, -5ºC körüli külső hőmérséklet esetén a motor részterhelésekor nem elegendő az utastér fűtéséhez. A kiegészítő fűtőberendezés, mint ahogy az elnevezés is utal rá, ezt a hiányzó hőmennyiséget pótolja. A motor beindítása után automatikusan bekapcsol, ha a hűtőfolyadék hőmérséklete 75ºC-nál hidegebb.