عملکرد سیستم های خنک کننده در خودرو  (قسمت اول)

 علی رغم بهبود فراوان موتورهای گازوئیلی، این موتورها همچنان در تبدیل انرژی شیمیایی به نیروی مکانیکی خیلی کارآمد نیستند؛ شاید حدود 7 درصد از این انرژی در این نوع موتورها به گرما تبدیل می‌شود و این وظیفه را سیستم خنک کننده اتومبیل بر عهده دارد؛ در حقیقت، سیستم خنک کننده زمانی که خودرو در حال حرکت در بزرگراه است، در حدود دو خانه سایز متوسط انرژی گرمایشی را هدر می‌دهد! اولین کار این سیستم محافظت از موتور در مقابل جوش آوردن است که این کار را از طریق انتقال این گرما به هوا انجام می‌دهد؛ علاوه بر این، این سیستم چندین وظیفه مهم دیگر نیز، بر عهده دارد. 

موتور خودروی شما در دمای نسبتا بالا، بهترین عملکرد را از خود نشان می‌دهد؛ بدین صورت در زمانی که موتور سرد است، موجب خرابی سریعتر قطعات، کاهش کارایی و افزایش آلایندگی آن می‌شود. گرم کردن سریع موتور و حفظ دمای ثابت آن، از جمله مهمترین وظایف سیستم خنک کننده محسوب می‌شود. داخل موتور، بنزین به صورت بی وقفه در حال سوختن است؛ میزان زیادی از گرمای این سوخت از سیستم اگزوز خارج اما اکثر آن به داخل موتور برای افزایش دمای آن نفوذ می‌کند. زمانی که خنک کننده خودرو به 200 درجه فارنهایت (93 درجه سلسیوس) برسد، موتور بهترین عملکرد را دارد.

در این دما :

-  محفظه احتراق به اندازه ای داغ می‌شود که قادر به تبخیر کامل بنزین به بخار با احتراق بهتر و آلایندگی کمتر است.

- روغن های به کاررفته برای چرب کردن موتور دارای غلظت کمتری هستند؛ بنابراین موجب حرکت آزادانه تر موتور و استفاده کمتر نیروی موتور برای حرکت اجزای داخلی آن می‌شود.

- در نهایت موجب کاهش ساییدگی اجزای فلزی موتور می‌شوند.

دو نوع سیستم خنک کننده در خودروها یافت می‌شود : سیستم آب خنک و هوا خنک. 

سیستم آب خنک

سیستم خنک کننده در خودروهای آب خنک مایعی است که از طریق لوله ها و دالان ها در موتور انتشار می‌یابد؛ زمانی که این مایع از طریق موتور داغ برای جذب گرما جریان می‌یابد، موتور خنک می‌شود؛ سپس این مایع به مبدل گرمایشی یا رادیاتور که گرمای مایع را به هوا از طریق مبدل انتقال می‌دهد، عبور داده می‌شود. 

سیستم هوا خنک

برخی خودروهای قدیمی و تعداد کمی از خودروهای جدید دارای این سیستم خنک کننده هستند؛ در این نوع سیستم به جای جریان مایع در داخل موتور، موتور با پره های آلومینیومی پوشیده می‌شود که موجب دور شدن گرما از سیلندرها می‌شود؛ پره های قدرتمند این فن، موجب انتقال گرما به هوا و جریان هوای خنک به داخل موتور می‌شود. در این مقاله قصد داریم تا بیشترین تمرکز خود را روی سیستم آب خنک که اکثر خودروها به آن تجهیز شده‌اند، بگذاریم. 

سیستم لوله کشی

سیستم خنک کننده در خودروی شما دارای لوله کشی های زیادی است؛ در ابتدا این بحث را با پمپ سیستم، سپس اجزای کلی و در نهایت جزییات بیشتر آن آغاز می‌کنیم. پمپ، مایع را به درون بلوک سیلندر می‌فرستد؛ سپس به سر سیلندر موتور برمی‌گردد؛ ترموستات در جایی قرار دارد که مایع از موتور خارج می‌شود؛ زمانی که ترموستات بسته باشد، لوله اطراف ترموستات مایع برگشتی را مستقیما به پمپ برمی‌گرداند؛ اما اگر باز باشد، در ابتدا مایع را به داخل رادیاتور و سپس به پمپ برمی‌گرداند. گفتنی است که برای سیستم گرمایشی نیز، یک مدار جداگانه وجود دارد؛ در این مدار، مایع از سرسیلندر دریافت و از طریق هیتر اصلی عبور و سپس به پمپ بازمی‌گردد. در خودروهای مجهز به گیربکس اتوماتیک، مدار جداگانه ای برای خنک سازی مایع گیربکس ساخته شده در رادیاتور وجود دارد؛ روغن گیربکس از طریق مبدل ثانویه گرما درون رادیاتور پمپ می‌شود. 

مایع

خودروها در دماهای متفاوت از زیر صفر تا 100 درجه فارنهایت (38 سانتیگراد) کار می‌کنند؛ هر مایعی که برای خنک سازی موتور استفاده می‌شود، باید دارای نقطه ذوب بسیار پایین، نقطه جوش بالا و تحمل دمای بسیار بالا باشد. آب یکی از موثرترین مایعات در تحمل گرمای زیاد است، اما آب منجمد در دمای بسیار بالا برای موتور خودرو استفاده می‌شود؛ مایعی که در اکثر خودروها با ترکیب یخ و گلیکول اتینل به کار می‌رود، ضد یخ نام دارد؛ با اضافه کردن گلیکول اتینل به آب، نقطه جوش و انجماد به طور چشمگیری بهبود می‌یابد. 

نقطه انجماد – نقطه جوش مایع

- آب خالص : صفر درجه سانتیگراد / 32 درجه فارنهایت – 100 درجه سانتیگراد / 212 درجه فارنهایت 

- 50 / 50 ترکیب C₂H₆O₂ / آب : 37 درجه سانتیگراد / 35- فارنهایت – 106 درجه سانتیگراد / 223 درجه فارنهایت

- 30 / 70  ترکیب  C₂H₆O₂ / آب : 55 درجه سانتیگراد / 67- فارنهایت – 113 درجه سانتیگراد / 235 درجه فارنهایت

درجه خنک کننده می‌تواند از 250 به 275 درجه فارنهایت (121 به 135 درجه سانتیگراد) برسد. زمانی که گلیکول اتیلن اضافه شود، این دما موجب جوش آوردن خنک کننده می‌شود؛ بنابراین باید کار دیگری برای افزایش دمای جوش سیستم انجام شود. سیستم خنک کننده از فشار بیشتری برای افزایش نقطه جوش خنک کننده استفاده می‌کند؛ درست با بالا رفتن دمای جوش آب، در صورت تحت فشار قرار دادن سیستم نیز، دمای جوش خنک کننده بالاتر می‌رود؛ اکثر خودروها دارای محدودیت فشار 6 تا 7 کیلوگرم در هر اینچ مربع هستند که نقطه جوش را تا دمای 45 فارنهایت (25 سانتیگراد) افزایش می‌دهند؛ بنابراین می‌توان گفت که خنک کننده قادر به تحمل دمای بالا است. ضد یخ نیز، شامل موادی برای جلوگیری از زنگ زدگی تجهیزات داخلی موتور است.

پمپ آب

در خودروی شما از یک پمپ گریز از مرکز استفاده شده است. پمپ آب، یک پمپ گریز از مرکز با یک تسمه متصل به میل لنگ موتور است که در زمان حرکت موتور وظیفه به جریان انداختن مایع در موتور را دارد. پمپ آب از نیروی گریز از مرکز برای فرستادن مایع به بیرون در زمان چرخش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد که می‌تواند موجب خارج شدن مداوم مایع از مرکز شود؛ ورودی پمپ نزدیک مرکز تعبیه شده است تا مایع برگشتی از رادیاتور را به پره های پمپ برساند؛ پره های پمپ، مایع را به بیرون از پمپ یعنی درست جایی که مایع وارد موتور می‌شود، حرکت می‌دهند. مایع خارج شده ابتدا در بلوک سیلندر و سرسیلندر و سپس در داخل رادیاتو جریان و در نهایت به سمت پمپ بازمی‌گردند. در قسمت دوم به جزییات بیشتری خواهیم پرداخت. در قسمت دوم این مقاله که هفته دیگر تقدیم شما می‌گردد، با بقیه قسمت های این سیستم آشنا می‌شویم.