سیستم خنک کاری خودرو

سیستم خنک کاری خودرو
موتورهای بنزینی گرچه تا حدزیادی بهبود یافته‌ و اصلاح شده‌اند، اما هنوز بازده بالایی برای تبدیل انرژی شیمیایی به توان مکانیکی ندارند. بیشترین میزان انرژی موجود در بنزین (شاید ۷۰درصد) به گرما تبدیل می‌شود و مهم‌ترین وظیفه سیستم خنک‌کاری خودرو، مراقبت و استفاده صحیح از گرمای ایجاد شده است.
در واقع، نخستین وظیفه سیستم خنک‌کاری خودرو، جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد مجاز خودرو ازطریق انتقال گرما به هوای بیرون خودرو است. موتور خودرو، بهترین عملکرد را در دمای مناسب و بهینه بالای خود دارد. وقتی موتور سرد است، عملکرد اجزای آن با نقصان مواجه می‌شود و بازده موتور کمتر و در نتیجه آلودگی ایجاد شده بیشتر می‌شود. بنابراین، دیگر وظیفه مهم سیستم خنک‌کاری خودرو این است که به موتور اجازه دهد با سرعت ممکن به دمای بالای بهینه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمایی ثابت نگه دارد.
درون موتور خودرو، سوخت به طور دائم می‌سوزد و عمل احتراق انجام می‌شود. گرمای حاصل از احتراق، به میزان زیادی از طریق اگزوز خارج می‌شود، اما مقداری از گرمای ایجاد شده به داخل موتور رسوخ کرده و باعث افزایش دما و در نهایت گرم شدن موتور می‌شود. موتور، زمانی خوب کار می‌کند که دمای مایع سردکننده، حدود ۹۳درجه سانتی‌گراد یا حود ۲۰۰ درجه فارنهایت باشد.
در این دما: - محفظه احتراق به اندازه کافی گرم می‌شود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمترحاصل شود. - لزجت روغن موتور کمتر و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر می‌شود. - فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر می‌شود. ▪ دو نوع سیستم خنک‌کاری در خودرو وجود دارد که عبارتند از:
۱) سیستم خنک‌کاری با مایع
٢) سیستم خنک‌کاری با هوا
سیستم خنک‌کاری با مایع
در این سیستم، برای خنک کردن موتور از لوله‌ها و مسیرهای تعبیه شده در موتور استفاده شده و مایع موردنظر دراین مسیرها گردش و جریان دارد. براثر جریان مایع در طول مسیر، گرمای موتور جذب ‌شده و موتور خنک می‌شود. بعد از اینکه مایع، گرمای موتور را جذب کرد و از موتور خارج شد، به رادیاتور یا مبدل انتقال حرارت وارد شده و بر اثر دمیدن هوا توسط فن و انتقال گرما به هوای اطراف خنک می‌شود.
● سیستم خنک‌کاری با هوا برخی خودروهای قدیمی و تعداد زیادی از خودروهای مدرن امروزی، مجهز به سیستم خنک‌کاری با هوا هستند. بدنه وبلوک موتور با پره‌های آلومینیمی پوشیده شده است تا گرمای سیلندر را به هوای اطراف منتقل کند. فنی بسیار قوی نیز تعبیه شده که هوا را با سرعت و فشار زیاد به سطح این پره‌ها می‌دمد ودرنهایت گرما را به هوای اطراف منتقل می‌کند.
● سیستم لوله‌کشی یا مسیرها و مجراهای تعبیه شده در سیستم خنک‌کاری در سیستم خنک‌کاری خودرو، مجراها (مسیرهای عبور مایع) و به اصطلاح سیستم لوله‌کشی متعددی وجود دارد. با استارت خودرو، پمپ فعال شده و مایع را به بلوک موتور ارسال می‌کند و از تمامی مسیرهای تعبیه شده می‌گذرد و وارد سیلندر می‌شود. ترموستات نیز در محل خروجی مایع از موتور واقع شده است. اگر ترموستات بسته باشد، مایع از طریق مجراهای تعبیه شده مستقیماً به مسیر اولیه پمپ باز می‌شود. البته مداری جداگانه‌ نیز برای سیستم گرمایش خودرو وجود دارد، به‌طوری که در این چرخه، مایع از سرسیلندر عبور کرده و پس از گرم شدن، دوباره به مسیر اولیه پمپ باز می‌‏گردد. در خودروهای دارای گیربکس (سیستم انتقال قدرت) اتوماتیک، مسیری جداگانه‌ نیز برای خنک‌کاری گیربکس وجود دارد. در این مکانیزم، روغن گیربکس عمل خنک‌کاری را انجام می‌دهد.
● مایع خنک‌کاری خودروها در گستره‌ای وسیع از دما‌های مختلف کار می‌کنند و به همین دلیل، مایع خنک‌کاری موجود در موتور آنها، دماهای مختلفی را شامل می‌شود. مایع خنک‌کاری مناسب باید دمای نقطه جوش بالا، دمای نقطه انجماد پایین و ظرفیت گرمایی بالایی داشته باشد. آب، یکی از مایع‌های متداول است که ظرفیت حرارتی بالایی دارد، اما فاقد نقطه انجماد پایین بوده و به همین دلیل، آب خالص برای خنک‌کاری موتور و استفاده در خودرو، مایعی مناسب نیست.
مایع خنک‌کاری مناسب و مورداستفاده در خودرو که بیشترین کاربرد را دارد، مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول (C۲H۶O۲) یا همان ضدیخ است. افزودن اتیلن گلیکول به آب، باعث بهبود وضعیت نقاط جوش و انجماد می‌شود. دمای مایع خنک‌کننده گاهی به ۱۲۱-۱۳۵ سانتی‌گراد نیز می‌رسد. بیان این نکته ضروری است که ضدیخ، شامل ترکیباتی است که مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد و این امر یکی از مزایای استفاده از ضدیخ در خودرو تلقی می‌شود.
● واترپمپ این قطعه، پمپ دورانی گریز از مرکز سده‌ا است که به وسیله تسمه متصل به میل‌لنگ موتور، دوران می‌کند. هنگامی که خودرو روشن است و موتور کار می‌کند، واترپمپ مایع خنک‌کننده را در مدار خنک‌کاری به حرکت در می‌آورد. حرکت دورانی پمپ و در نتیجه نیروی گریز از مرکز ایجاد شده، باعث حرکت مایع خنک‌کننده و جریان آن درمدار سیستم خنک‌کاری می‌شود. مجرای ورودی واترپمپ در نزدیک مرکز آن قرار دارد. پره‌های پمپ، مایع خنک‌کننده را به بیرون هدایت می‌کنند. به طور کلی واترپمپ، مایع را ابتدا از موتور و سرسیلندر عبور داده و سپس به رادیاتور هدایت می‌کند.
● موتور بلوک موتور و سرسیلندر، شامل تعداد زیادی سوراخ و مجرای عبور مایع است (سطوح ماشینکاری شده با دقت بالا) که مایع خنک‌کننده از آنها عبور می‌کند. این مجراها، مایع خنک‌کننده را به نقاط بحرانی بلوک موتور و سرسیلندر که نواحی بسیار گرمی هستند، هدایت می‌کنند. دمای محفظه احتراق موتور ممکن است به حدود ۲۵۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد. به همین دلیل، خنک‌کردن نواحی اطراف محفظه احتراق، امری بسیار مهم است. موتور خودرو نباید مدت زیادی بدون آب یا مایع خنک‌کننده کار کند زیرا دما تا اندازه‌ای بالا می‌رود که باعث ذوب و جوش خوردن و چسبیدن پیستون به سیلندر می‌شود و این به معنی تخریب موتور است.
امروزه تحقیقات و پژوهش‌های مهندسین خودرو، معطوف به کاهش نیاز به سیستم خنک‌کاری موتور در حرکت است. به‌نحوی که می‌توان از سرایت گرمای بسیار بالای ایجاد شده در محفظه احتراق به بلوک سیلندر و قطعات فلزی موتور، جلوگیری کرد. این کار به وسیله ایجاد نوعی پوشش در سطوح داخلی بالای سرسیلندر انجام می‌شود که عموماً لایه‌ای نازک از سرامیک است. سرامیک، هدایت‌کننده بسیار ضعیف گرماست و در نتیجه، گرمای کمتری را به قطعات فلزی انتقال می‌دهد.
● رادیاتور این قطعه، نوعی مبدل حرارتی است که برای انتقال گرمای مایع خنک‌کننده به هوا (با دمیدن فن به آن) طراحی شده است. در بیشتر خودروهای مدرن، از رادیاتورهای آلومینیمی استفاده می‌شود که از سطوح و ردیف‌های به هم لحیم شده و جوش خورده لوله‌ها و پره‌های آلومینیمی ساخته شده است. مایع ضمن عبور از لوله‌ها و در تقابل با هوای اطراف گرمای خود را از دست داده و خنک می‌شود.
مقدار انتقال حرارت از مایع خنک‌کننده به لوله‌ها و پره‌ها، به میزان اختلاف دمای بین سطوح تماس آنها بستگی دارد. در برخی مواقع، با به‌کارگیری و نصب نوعی Fin درون لوله‌های رادیاتور که آن را TURBOLATORمی‌نامند، آشفتگی و تلاطم جریان مایع را درون لوله‌ها افزایش می‌دهند. این کار باعث افزایش سرعت جریان و انتقال حرارت بهتر و سریع‌تر می‌شود. درواقع، با ایجاد اغتشاش و تلاطم در جریان درون لوله‌های رادیاتور، ظرفیت انتقال گرما را بهبود می‌بخشیم.
● در یا سرپوش رادیاتور درب رادیاتور، در عمل باعث افزایش دمای نقطه جوش مایع خنک‌کننده به میزان تقریبی ۲۵ درجه سانتی‌گراد می‌شود. وقتی‌که مایع در طول مسیر سیستم خنک‌کاری، گرم می‌شود عملا منبسط شده و فشار آن بالا می‌رود. درب رادیاتور تنها محلی است که افزایش فشار ایجاد شده، می‌تواند از آن خارج شود. بنابراین، فنر درب رادیاتور را به نحوی طراحی می‌کنند که کارکردی متناسب با حداکثر فشار ایجاد شده داشته باشد.
● ترموستات وظیفه اصلی ترموستات این است که به موتور اجازه دهد به سرعت گرم شده و سپس، موتور را در دمایی ثابت نگه می‌دارد. این کار با تنظیم مقدار آب عبوری به رادیاتور انجام می‌شود. در ماهای پایین،‌ ترموستات مسیر خروجی به سمت رادیاتور را می‌بندد. هنگامی‌که دمای مایع خنک‌کننده افزایش می‌یابد و به حدود ۸۲-۹۱ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات یک‌بار باز و بسته می‌شود و اجازه می‌دهد که مایع وارد رادیاتور شود. هنگامی که دمای مایع خنک‌کننده به حدود ۹۲-۱۰۳ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات همواره باز می‌ماند.
● فن این قطعه نیز همانند ترموستات، وظیفه ثابت نگه داشتن و کنترل دمای موتور را برعهده دارد. فن‌ها عموماً توسط حسگرهای دمایی یا کامپیوتر موتور کنترل می‌شوند. آنها هنگامی فعال می‌شوند که دمای مایع خنک‌کننده از دمای مناسب از قبل تعیین‌شده (Set Point) بیشتر شود و زمانی که دمای مایع خنک‌کننده کاهش یابد و به زیر دمای Set Point برسد، خاموش می‌شوند. خودروهای دیفرانسیل جلو یا دارای چرخ محرک جلو، ‌ فن الکتریکی دارند و فن خودروهای دارای چرخ محرک عقب، به‌وسیله مکانیزمی متصل به خروجی موتور می‌چرخد. فن‌ها را می‌توان به دو نوع جریان محوری و گریزاز مرکز تقسیم کرد که طبقه‌بندی کلی آن به جهت جریان هوا بستگی دارد.
در مدل جریان محوری، ‌هوا به موازات محور دورانی و در همان امتداد محورهای دورانی به خارج دمیده می‌شود، اما در مدل گریز از مرکز، هوا به موازات محور وارد و در جهت عمود بر محور دورانی فن وزیده می‌شود.
● بخاری یا سیستم گرمایش خودرو ،‌ درعمل مشابه سیستم خنک‌کاری بوده و چرخه خاص خود را دارد. در این سیستم، به جای رادیاتور موتور، رادیاتوری کوچک و فن بخاری در داخل داشبورد قرار دارد.