نحوه غملکرد سیستم خنک کننده موتور خودرو

احتراق و انفجارهای مخلوط هوا و سوخت منجر به ایجاد گازهای با فشار و حرارت بالا می گردد. با وجود پیشرفتهای مهندسی، باز هم بخش عمده حاصل از سوخت خودرو به گرما تبدیل می گردد و بازدهی چندان از نظر تبدیل انرژی وجود ندارد به طوری که کمتر از 30% سوخت تبدیل به نیروی محرکه خودرو می گردد و بیش از 70% سوخت، تبدیل به حرارت می گردد. عمده حرارت تولید شده ناشی از اشتعال سوخت و اصطکاک قطعات متحرک موتور می باشد.
برای داشتن عملکرد مداوم و پایدار موتور خودرو، می بایست گرمای بیش از حد ایجاد شده از محفظه موتور خارج شود. چرا که حرارت تولید شده می تواند موجب تغییر شکل یا حتی ذوب قطعات موتور گردد. بخش زیادی از حرارت تولید شده در موتور خودرو، از طریق اگزوز خود دفع می گردد. وظیفه سیستم خنک کننده موتور خودرو نگهداری دمای موتور، در دمای عملیاتی مناسب است. ازسوی دیگر کاهش دمای بیش از اندازه محفظه موتور در برخی موارد موجب ایجاد مشکلاتی می گردد:

• سوخت درون محفظه احتراق، در صورت پایین بودن دما به خوبی تبخیر نمی گردد و احتراق به درستی رخ نمی دهد و گازهای آلاینده بیشتری تولید می گردد.
• افزایش اصطکاک قطعات فلزی موتور به دلیل افزایش گرانروی روغن موتور و عدم روانکاری مناسب قطعات فلزی موتور. همین امر موجب می گردد در دمای پایین هدر رفت انرژی بیشتری در هنگام به حرکت درآوردن قطعات متحرک موتور صورت پذیرد که اصطلاحا موجب کاهش قدرت و کشش موتور می گردد.
• افزایش فرسایش قطعات فلزی موتور

انواع سیستم خنک کننده موتور

1.سیستم خنک کننده موتور با هوا، سیستم خنک کننده مستقیم

در برخی از خودروهای قدیمی و تعداد خیلی اندکی از خودروهای امروزی از سیستم خنک کننده موتور خودرو با هوا استفاده می گردد. خودرو فولکس واگن بیتل قدیمی ( فولکس قورباغه ای) یا مدل های قدیمی پورشه از سیستم های هوا خنک استفاده می نمایند. در این خودروها بخش بیرونی محفظه موتور، پوشیده از پره های آلومینیومی می باشد که یک فن قوی، جریان هوا را از میان پره ها عبور می دهد و این انتقال حرارت به هوا موجب خنک شدن موتور خودرو می گردد.
سیستم خنک کننده موتور با هوا امروزه در موتورسیکلت های با حجم موتور پایین استفاده می گردد. باوجود ارزان بودن موتور های هوا خنک و نیاز کمتر به سرویس و نگهداری های دوره ای، از مهمترین دلایل عدم استفاده از سیستم های هوا خنک در خودروها، مسائل محیط زیستی در زمینه آلودگی هوا و آلودگی صوتی می باشد.

2. سیستم خنک کننده موتور با مایع خنک کننده (آب)

با توجه به استفاده حداکثری از سیستم خنک کننده موتور با مایع خنک کننده، در خودروهای امروزی و حتی در موتورسیکلت های با حجم موتور بالا در ادامه به معرفی اجزا سیستم خنک کننده موتور با مایع خنک کننده و نحوه عملکرد این نوع سیستم خنک کننده می پردازیم. در پایان نیز در ویدئوی کوتاهی اجزا سیستم خنک کننده و نیز نحوه عملکرد بخش های مختلف سیستم خنک کننده در ارتباط باهم نمایش داده می شود.

اجزا سیستم خنک کننده موتور خودرو :

پمپ آب (واترپمپ)

واترپمپ قلب سیستم خنک کننده موتور خودرو هست که وظیفه پمپاژ مایع خنک کننده را در کل سیستم به عهده دارد. پروانه، اورینگ (واشر)، فلنج قرقره اجزای پمپ آب هستند. پمپ آب، نیروی مورد نیاز برای به جریان انداختن مایع خنک کننده را از طریق تسمه از موتور خودرو دریافت می کند. علاوه بر پمپ آب، دینام و پمپ فرمان هیدرولیک و کمپرسور تهویه مطبوع نیز نیروی خود را از طریق تسمه از میل لنگ دریافت می کنند. برخی از خودروهای با فناوری جدید از واترپمپ های برقی برای به جریان انداختن مایع خنک کننده استفاده می کنند.

رادیاتور

رادیاتور خودرو یک مبدل حرارتی برای انتقال گرمای بیش از حد تولید شده موتور به محیط بیرونی خودرو می باشد. رادیاتور خودرو طوری طراحی گردیده است که حرارت مایع خنک کننده ای که درون آن جریان دارد، را به جریان هوایی انتقال دهد که از میان پره‌های آن عبور می‌کند. آلومینیوم چهارمین فلز بعد از طلا، نقره، مس از نظر میزان رسانایی می باشد. آلومینیوم به وفور در طبیعت یافت می شود و همچنین به علت عدم زنگ زدگی، قیمت مناسب، وزن پایین و عمر بالای آلومینیوم در خودروهای امروزی از رادیاتورهای با پره های آلومینیومی استفاده می گردد.
درب رادیاتور خودرو نقش حیاتی در سیستم خنک کننده موتور خودرو دارد. درب رادیاتور موجب افزایش نقطه جوش مایع خنک کننده می گردد، همان طور که در زودپز دمای جوش آب افزایش می یابد. گرمای مایعات در یک محیط بسته، موجب ایجاد فشار می گردد.

این سوال مطرح می گردد فشار سیستم خنک کننده چگونه باید حفظ شود؟ درب رادیاتور، شامل مکانیسم یک شیر جمع شده فنری حساس به فشار بالا، می باشد. در اکثر خودروها میزان فشار توسط درب رادیاتور تا 15 پوند بر اینچ مربع می باشد. با افزایش دمای مایع خنک کننده در سیستم خنک کننده موتور خودرو، حجم آن افزایش و منجر به ایجاد فشار می گردد. وقتی که فشار به بالای 15 پوند بر اینچ مربع می رسد سوپاپ در رادیاتور باز می شود و جریان مایع خنک کننده به سمت منبع انبساطی تا کاهش فشار سیستم، به حد عملیاتی ادامه می یابد. در صورتی که به علت هواگرفتن رادیاتور یا سایر خطاها، فشار سیستم بسیار افزایش پیدا کند، مایع خنک کننده در منبع انبساط، از طریق شیلنگ سرریز، خارج می گردد. با کاهش یافتن دمای سیستم، خلاء ایجاد شده موجب مکش مایع خنک کننده از منبع انبساط به سمت رادیاتور می گردد. برخی از درب رادیاتورها درجه ای می باشند که دمای مایع خنک کننده درون رادیاتور را نشان می دهند. فرآیند نگهداری سیستم خنک کننده در فشار عملیاتی مناسب در ویدئو پایینی به خوبی نمایش داده شده است.
رادیاتور خودرو علاوه بر درب رادیاتور شامل پورت های ورودی و خروجی مایع خنک کننده و محفظه پایین رادیاتور است.

ترموستات

ترموستات در واقع شیری ( فلکه) است که جریان مایع خنک کننده را تنظیم می کند و به حفظ درجه حرارت عملیاتی مناسب موتور کمک می کند. ترموستات در نزدیکی موتور در محفظه ترموستات قرار می گیرد، مایع خنک کننده همیشه اطراف ترموستات را پوشانده است تا ترموستات درجه حرارت مایع خنک کننده را به درستی حس نماید.
وقتی خودرو در دمای پایین روشن می گردد، شیر لوله برگشت آب از محفظه موتور به پمپ آب باز است و مایع خنک کننده بدون عبور از رادیاتور بین موتور و واترپمپ ادامه می یابد. این موضوع به رسیدن دمای موتور به دمای ایده آل عملیاتی کمک می نماید.
در ادامه با جذب حرارت موتور خودرو، دمای مایع خنک کننده افزایش می یابد. با شروع افزایش حرارت مایع خنک کننده به دمای بالاتر از 71 تا 88 درجه سلیوس که بسته به نوع و مدل خودرو متفاوت است، شیر ترموستات شروع به بستن شیلنگ برگشت مایع خنک کننده از موتور به واترپمپ می کند و شیر اصلی شیلنگ برگشت مایع خنک کننده از موتور به رادیاتور باز می شود.
عملکرد ترموستات موجب برقراری جریان خنک مایع خنک کننده از رادیاتور بواسطه واترپمپ به سمت موتور و همچنین جریان داغ مایع خنک کننده از سمت موتور به رادیاتور خودرو می گردد.
آزمایش درستی کارکرد ترموستات بسیار ساده و جذاب می باشد. اگر ترموستات را درون ظرف محتوی آب در حال جوشیدن قرار دهید، بازشدن شیر ترموستات را براحتی مشاهده خواهید کرد.

سنسور دمای مایع خنک کننده موتور (فشنگی آب) WTS:Water Temperature Sensor یا CTS:Coolant Temperature Sensor

فشنگی آب (سنسور دمای مایع خنک کننده) برای مانیتور درجه حرارت مایع خنک کننده به کار می رود. ECU از داده های فشنگی آب برای مدیریت تزریق سوخت و زمان احتراق استفاده می کند. این اطلاعات همچنین برای کنترل فن (پروانه) رادیاتور و نیز نمایش دمای موتور در داشبورد کابین خودرو استفاده می شود.
برخی از خودروها بیش از یک سنسور دمای مایع خنک کننده دارند. (خودروهای سمند و پژو ۴۰۵ سه عدد یا پراید ۲ عدد و پژو ۲۰۶ یک عدد) که هر کدام جداگانه اطلاعات دمای مایع خنک کننده موتور را به ECU و واحد کنترل فن و نمایش دمای موتور در داشبورد کابین خودرو ارسال می نمایند.
در اکثر خودروها سنسور دمای مایع خنک کننده یا فشنگی آب در محفظه ترموستات تعبیه می گردد. فشنگی آب در صورت افزایش زیاد دمای مایع خنک کننده رادیاتور، فن رادیاتور را روشن می کند. با روشن شدن فن رادیاتور، حرارت مایع خنک کننده گرم رادیاتور، با سرعت بیشتری به هوای پیرامونی رادیاتور منتقل می گردد.

مایع خنک کننده ( ضد یخ / ضد جوش ، آب )

مایع سیستم خنک کننده معمولا ترکیبی از آب و ضدیخ و ضدجوش می باشد.
ضدیخ، ضد جوش پترونول با استفاده از پایه منواتیلن گلیکول و مواد افزودنی مناسب ضد خوردگی تهیه شده و به علت دارا بودن بازدارنده های خوردگی، از فرسایش سیستم خنک کننده اتومبیل جلوگیری می نماید، ضمن این که با کلیه قطعات لاستیکی موجود در سیستم سازگار است. ضدیخ و ضد جوش پترونول در تابستان از جوش آمدن آب سیستم خنک کننده موتور و در زمستان از یخ زدگی آن جلوگیری می نماید.

سیستم بخاری

بخاری خودرو، بخشی از سیستم خنک کننده موتور خودرو می باشد. سیستم بخاری شامل هسته بخاری، شیلنگ ورودی، شیلنگ خروجی، و شیر کنترل بخاری (در برخی خودروها وجود ندارد) است. هسته بخاری به عنوان یک رادیاتور، گرمای مایع خنک کننده گرم را با استفاده از دمنده به داخل کابین خودرو منتقل می نماید.