سیستم خنک کننده خودرو

موتور خودرو هنگام کارکردن حرارت زیادی تولید می کند و برای جلوگیری از آسیب به موتور باید به طور مداوم خنک شود. به طور کلی این کار با چرخاندن مایع خنک کننده که معمولا ترکیبی از آب و مایع ضدیخ است، از طریق لوله های سیستم خنک کننده انجام می شود. برخی از موتورها با جریان هوا بر روی بدنه سیلندرهای پره دار خنک می شوند.

وظيفه سيستم خنك‌كاري نرمال نگه داشتن دماي كار موتور است. دماي كاري نرمال موتور، دمائي است كه موتور بهترين راندمان كاري خود را دارد. بر خلاف تصور عامه كه سرد كار كردن موتور را امري مطلوب مي‌دانند، سرد كار كردن موجب افزايش مصرف سوخت، سايش قطعات موتور و راندمان پائينتر موتور شده و امري مطلوب نيست.
با گرم‌تر شدن موتور، روغن خاصيت روان‌كاري بيشتري يافته و احتراق‌ها بهتر صورت مي‌گيرد. موتور نرمتر كار كرده و راندمان آن بالاتر مي‌رود. از طرف ديگر دماي كاري موتور نبايد بيش از حد بالا رود بالا رفتن دما موجب آسيب ديدن قطعات موتور مانند واشر سرسيلندر و سوپاپ‌ها مي‌شود و مشكلات ديگري را نيز بوجود مي‌آورد.

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.

موتور، زمانی خوب كار می کند كه به دمای مطلوب برسد. معمولاً دمای مايع رادیاتور، حدود ۹۳ درجه سانتی گراد يا حدود ۲۰۰ درجه فارنهايت باید باشد. یعنی اجزای موتور خودرو ( شاتون ، پیستون و…) برای کار کردن در دمای 90 درجه طراحی شده اند و دمای بالاتر یا پایین تر از حد استاندارد ، به اجزای موتور فشار وارد می کند و گاهی اوقات باعث آسیب به این اجزا می شود. در اين دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم می شود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمتر حاصل شود. لزجت روغن موتور کمتر و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و در نهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر می شود. فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر می شود.

سیستم خنک‌کننده خودرو باعث فعالیت موتور در دمای ادیده آل و بدون هیچ گرمای اضافه ای است. خنک کردن موتور یک کار بزرگ و مهم است، به خصوص زمانی که متوجه شوید که چقدر گرما تولید می کند. برای مثال، یک ماشین کوچک که با سرعت 50 مایل در ساعت حرکت می کند، حدود 4000 انفجار در دقیقه ایجاد می کند. همراه با انفجارها، اصطکاک قطعات متحرک نیز تولید گرما می کند. تمام این گرما اگر به طور کامل از کار نرود، می تواند به شدت به موتور آسیب برساند.

در همین رابطه می توانید دلایل خنک نکردن کولر خودرو را نیز مطالعه نمایید.

اجزای سیستم خنک کننده موتور

خنک کردن موتور شامل مکانیسم ها و اجزای پیچیده ای است که با هم کار می کنند تا اطمینان حاصل شود که همه چیز در محدوده دمای معین قرار دارد.

اصلی‌ترین اجزای تشکیل دهنده سیستم خنک کننده موتور اتومبیل را رادیاتور، شلنگ‌های آب، واتر پمپ (پمپ آب)، ترموستات، پروانه خنک کننده (فن برقی)، سنسور دمای آب خودرو و مجاری آب اطراف بلوک موتور تشکیل می‌دهند که هر یک از این اجزا وظایف خاص خود را دارا هستند.

پمپ آب

پمپ آب وسیله ای است که مایع خنک کننده را از داخل موتور عبور می دهد. واتر پمپ‌ها نیروی مورد نیاز خود را به کمک تسمه از میل لنگ موتور اتومبیل می‌گیرند و به وسیله پروانه‌ای با شکل هندسی خاص جریان آب را با سرعت و فشار بالا در مجاری یاد شده به حرکت در می‌‌آورند. از آنجایی که سوخت در حال سوختن، حدود 4500 درجه گرما تولید می کند، برای جلوگیری از آسیب و خرابی، لازم است که حرارت را از موتور خارج کنید. پمپ آب مایع خنک کننده را از طریق بلوک موتور، هسته بخاری و سرسیلندر به حرکت در می آورد تا گرما را جذب کند. مایع خنک کننده وارد رادیاتور می شود و در آنجا خنک می شود.

خرابی پمپ آب کل فرآیند سیستم خنک کننده را مختل می کند و منجر به گرم شدن بیش از حد موتور و گاهی اوقات خرابی کامل می شود. پمپ توسط تسمه ای هدایت می شود که هر از گاهی نیاز به تعویض دارد.

رادیاتور

رادیاتور از مجموعه‌ای از لوله‌های مارپیچی تشکیل شده که اطراف آن به وسیله پره‌های موسوم به فین به صورت عمودی و افقی پوشانده شده است. علت وجود این صفحات افقی و عمودی این است که با وجود این صفحات مساحت موجود برای انتقال و تبادل حرارت افزایش یافته و عملیات خنک‌سازی بهتر انجام می‌شود.

مکان لوله‌های ورودی و خروجی رادیاتور می‌تواند به‌صورت جانبی و یا بالا و پایین باشد. اما در هر دو مدل شیلنگ ورود به رادیاتور در قسمت بالا و شیلنگ خروج از رادیاتور به موتور در قسمت پایین‌تر رادیاتور قرار می‌گیرد. مایع خنک‌کننده از طریق شیلنگ بالایی به عبور مایع خنک‌کننده از لوله‌های داخل رادیاتور و عبور هوا از بین پره‌های آن سبب می‌شود دمای مایع خنک‌کننده موتور کاهش‌یافته و از مجرای خروجی رادیاتور وارد شیلنگ پایینی می‌شود.

درب رادیاتور

درپوش رادیاتور به عنوان درپوش فشار نیز شناخته می شود، زیرا وظیفه اصلی آن حفظ فشار در سیستم خنک کننده است. فشار زیاد در سیستم خنک کننده خودرو، نقطه جوش مایع خنک کننده را افزایش می دهد و در نتیجه به خنک شدن موثرتر آن کمک می کند. بنابراین، درپوش فشار یک جزء ضروری است که نیاز به تعویض منظم دارد.

فن خنک کننده

رادیاتور حاوی فن های خنک کننده است که هوای تازه را روی رادیاتور هدایت می کند و به موتور اجازه می دهد تا بیشتر خنک شود. با این حال، فن تنها زمانی کار می کند که موتور به 230 درجه فارنهایت یا بیشتر برسد. جریان هوای اضافی به ارائه خنک کننده شدیدتر کمک می کند. فن در جلوی خودرو قرار دارد. هنگامی که مایع خنک کننده بیش از حد گرم شد، به طور خودکار روشن می شود و زمانی که مایع خنک کننده به دمای مناسب رسید خاموش می شود.

مخزن انبساطی

مخزن انبساط مایع خنک کننده به عنوان یک مخزن برای مایع خنک کننده اضافی در زمان تغییر حجم عمل می کند. به عنوان مثال، هنگامی که مایع خنک کننده داغ می شود، منبسط می شود. سپس مخزن سرریز مقدار اضافی را نگه می دارد و در نتیجه سطح دقیق مایع خنک کننده را در سیستم خنک کننده حفظ می کند. درپوش مخزن نیز از یک شیر مخصوص برای حفظ سطح فشار و جلوگیری از خروج هوا از سیستم استفاده می کند.

نکته ایمنی: وقتی موتور داغ است هرگز درب رادیاتور یا مخزن سرریز را باز نکنید. می تواند منجر به سوختگی و جراحت کشنده شود.

ترموستات

موتور باید در انواع دماها، از بسیار گرم گرفته تا بسیار سرد، به خوبی کار کند. ترموستات همان چیزی است که ورود مایع خنک کننده را از طریق سیستم تنظیم می کند و باعث عملکرد مناسب موتور در تمامی دماها می شود.

وظیفه سیستم خنک‌کننده موتور کنترل و متعادل نگه‌داشتن دمای موتور است. همانطور که افزایش بیش از حد دما برای موتور مضر است، کاهش بیش از حد دما نیز برای موتور ایجاد مشکل می‌کند. ترموستات دراین‌بین نقش مهمی در این تعادل دارد.

هنگامی که موتور را روشن می کنید، دمای داخل سیستم سرد است و بنابراین، ترموستات از یک سوپاپ برای محدود کردن جریان مایع خنک کننده استفاده می کند. با گرم شدن موتور، سوپاپ باز می شود و به مایع خنک کننده اجازه می دهد تا در کل سیستم خنک کننده خودرو حرکت کند.

در واقع ترموستات مانند یک در بین مجموعه موتور و رادیاتور قرارداد، تا زمانی که دمای موتور به حد تعادل تعیین شده نرسیده است، اجازه خروج مایع خنک‌کننده را از موتور نمی‌دهد و این مایع داخل موتور (و البته مدار بخاری) گردش می‌کند. به‌محض رسیدن به دمای نرمال ترموستات مسیر خروج به رادیاتور را بازکرده و در نتیجه با ورود مایع خنک‌کننده به رادیاتور، دمای موتور نیز در حد تعادل باقی می‌ماند.

شیلنگ ها

شیلنگ ها مجموعه ای از لوله ها هستند که رادیاتور و موتور را به هم متصل می کنند تا مایع خنک کننده بتواند از آن عبور کند. شلنگ ها از مواد بادوام ساخته شده اند زیرا فشار زیادی را تحمل می کنند و دمای بالایی دارند. بخش‌هایی از مدار توسط لوله‌های فلزی به یکدیگر متصل شده اند. اما به دلیل احتمال ایجاد حالت اکسید شدن و زنگ‌زدگی در اتصالات فلزی، تاحدامکان از شیلنگ لاستیکی برای این اتصالات استفاده می‌شود. در صورتیکه آن ها را طی دوره های منظم بررسی و تعویض نکنید مکن است دچار نشتی شده و ممکن است اتصالات آن به رادیاتور دچار قطعی شود.

انواع سیستم خنک کاری خودرو

خنک شونده با هوا

این سیستم دیگر در خودروها استفاده نمی‌شود ولی در خودروهای قدیمی‌ مثل فولکس بیتل استفاده شده است واکنون نیز موتورسیکلت‌های سبک نیز از این نوع استفاده می‌کنند. در این نوع موتور مستقیما در معرض بر خورد باد قرار گرفته و خنک می‌گردد.

خنک شونده با مایع

این سیستم در خودرو‌ها و موتور سیکلت‌های سنگین به کار می رود، در این مدل گردش مایع در سیلندر باعث خنک شدن آن می‌شود. در ادامه روش کار این سیستم را توضیح می دهیم.

همچنین لازم است بدانید مایع خنک کننده فقط آب ساده نیست، زیرا می تواند در دماهای بالا تبخیر شود و در دمای پایین منجمد شود. علاوه بر این، آب حاوی ناخالصی هایی است که می تواند سیستم خنک کننده را خورده و عملکرد سیستم را مختل کند. بنابراین، خنک کننده با مخلوطی از ضد یخ و آب ساخته می شود. ضد یخ از اتیلن گلیکول ساخته شده است و می تواند دمای جوش بالا و همچنین دمای زیر صفر را تحمل کند.

برای اکثر خودروها و آب و هوا، نسبت آب به ضد یخ 50/50 استفاده می شود. اطمینان حاصل کنید که ترکیب 50-50٪ به درستی رعایت شده باشد، زیرا هر ترکیب دیگری از آن کارایی مایع خنک کننده را کاهش می دهد.

نحوه عملکرد سیستم خنک کننده خودرو

یک سیستم خنک کننده مایع ماشین برای تنظیم دمای موتور با کمک مایع خنک کننده کار می کند. مایع خنک کننده از کل بلوک موتور عبور می کند و گرما را جذب می کند و سپس به سمت رادیاتور می رود تا خنک شود.

مایع خنک کننده توسط پمپ آب هدایت می شود که آن را قبل از رسیدن به رادیاتور از داخل بلوک عبور می دهد. رادیاتور دارای یک فن خنک کننده است که مایع داغ را هنگام عبور خنک می کند. هنگامی که مایع خنک کننده از رادیاتور عبور می کند، به دمای اولیه خود باز می گردد و آماده عبور از موتور برای جذب گرمای بیشتر است.

در ویدیو زیر نحوه عملکرد سیستم خنک کننده خودرو به خوبی توضیح داده شده است.

با روشن شدن موتور، آب موجود در اطراف سیلندر های موتور کم کم گرم می شود. واتر پمپ، آب خنک کننده را در اطراف سیلندرها و همچنین به سمت لوله های خروجی به جریان می اندازد. هنگامی که آب به اندازه کافی گرم شد، ترموستات، اجازه خروج آب به سمت رادیاتور را می دهد، از آنجایی که رادیاتور در مسیر عبور هوا (معمولا جلوی خودرو) قرار می گیرد، با مکش هوا توسط پروانه و عبور جریان هوا، آب داخل رادیاتور خنک می شود و سپس به داخل سیلندر بر می گردد. از آنجایی که آب گرم شده حجم بیشتری اشغال می کند، لوله ای برای سرریز آب اضافی درنظر گرفته شده است.

ترموستات ورود مایع خنک کننده به بلوک موتور را تنظیم می کند. اگر دمای موتور کمتر از درجه خاصی باشد، سوپاپ تنظیم شده توسط ترموستات، مایع خنک کننده را محدود می کند. هنگامی که دمای موتور شروع به افزایش می کند، مایع خنک کننده از بلوک موتور عبور می کند.

زمانیکه موتور کار می کند تا ماشین را به حرکت درآورد، ممکن است مایع خنک کننده به نقطه جوش خود برسد. با افزایش فشار در سیستم، که نتیجه به جوش آمدن مایع خنک کننده است، از این وضعیت جلوگیری می شود. فشار اضافی با کمک درپوش رادیاتور که دارای یک شیر فشار است آزاد می شود. مایع خنک کننده از طریق لوله سرریز به مخزن ذخیره/سرریز جریان می یابد. پس از خنک شدن کافی در مخزن، سیال برای گردش به سیستم خنک کننده باز می گردد.

در اثر گرمای زیاد، سیستم خنک کننده مایع ماشین منجر به از دست دادن جزئی مایع خنک کننده می شود. شارژ منظم آن ضروری است.