عملکرد سیستم های خنک کننده در خودرو (قسمت دوم)

در قسمت اول این مقاله به معرفی سیستم خنک کننده خودرو پرداختیم؛ این هفته نیز، به ادامه این مبحث می‌پردازیم.

موتور

بلوک سیلندر و سر سیلندر دارای محفظه های بسیاری هستند که موجب جریان یافتن مایع در آنها می‌شود؛ این محفظه ها به گونه ای هستند که به حساس ترین نقاط موتور دسترسی دارند. زمانی که محفظه احتراق موتور به 4,500 درجه فارنهایت (2,500 درجه سانتیگراد) می‌رسد، خنک سازی منطقه اطراف سیلندر به موضوعی حیاتی بدل می‌شود؛ مناطق اطراف دریچه اگزوز و تقریبا تمامی مناطق داخل سرسیلندر اطراف این دریچه دارای اهمیت زیادی هستند و به همین دلیل اطراف آنها با خنک کننده پر شده‌ است؛ اگر موتور به مدت زیادی بدون خنک کننده کار کند، از حرکت باز می‌ایستد؛ زمانی که این اتفاق روی می‌دهد، فلزات پیستونی که در اطراف سیلندر جوش داده شده‌اند، به شدت گرم می‌شوند؛ و این موضوع دقیقا به معنای نابودی کامل موتور خودرو است. تنها راه برای کاهش دمای سیستم خنک سازی، کاهش میزان گرمایی است که از محفظه احتراق به قسمت های فلزی موتور منتقل می‌شود؛ برخی موتورها این کار را با تعبیه یک روکش داخلی در بالاترین قسمت سر سیلندرها و یک لایه نازک سرامیک انجام داده‌اند؛ سرامیک یک رسانای ضعیف گرمایی است، در نتیجه کمترین میزان گرما را به فلز هدایت و بیشترین را از اگزوز خارج می‌کند. 

رادیاتور

رادیاتور یک مبدل گرمایی است که به منظور انتقال گرما از خنک کننده داغ که هوا را از طریق فن عبور می‌دهد، طراحی شده‌ است. اکثر خودروهای امروزی از رادیاتورهای آلومینیومی استفاده می‌کنند؛ تمامی این رادیاتورها از پره های آلومینیومی نازک براق با لوله های صاف آلومینیومی ساخته شده‌اند؛ خنک کننده جریان هوا را از ورودی به خروجی از طریق تعدادی لوله تعبیه شده با تنظیمات برابر عبور می‌دهد؛ پره ها با هدایت گرما از طریق لوله ها و تبدیل آن از طریق رادیاتور به جریان هوا کار خود را انجام می‌دهند. 

در اغلب این لوله ها پره هایی با نام turbulator است که جریان مایع را در داخل لوله ها افزایش می‌دهد؛ اگر جریان مایع در این لوله ها کند باشد، آنها فقط با لوله هایی برخورد می‌کنند که به طور مستقیم خنک می‌شوند؛ میزان گرمای انتقال یافته به لوله ها از طریق جریان مایع به تفاوت دمای لوله و مایع بستگی دارد؛ به این معنا که اگر مایعی که با لوله در ارتباط است به سرعت خنک شود، به دمای کمتری برای انتقال گرما نیاز دارد؛ با ایجاد جریان متلاطم مایع درون لوله ها، تمامی مایع با یکدیگر مخلوط، و موجب افزایش دمای مایع تماسی با لوله ها و خارج شدن گرمای بیشتر و استفاده کارآمد از تمام مایع درون آن می‌شود. معمولا رادیاتورها دارای منبع هستند و درون هر منبع یک انتقال دهنده خنک کننده وجود دارد؛ در تصویر بالا می‌توانید ورودی و خروجی که روغن از انتقال دهنده وارد خنک کننده می‌شود، ببینید؛ این انتقال دهنده نیز، شبیه یک رادیاتور درون رادیاتور است با این تفاوت که به جای معاوضه گرما با هوا، روغن گرما را با خنک کننده رادیاتور معاوضه می‌کند.

درپوش فشار

درپوش موجود در رادیاتور نقطه جوش خنک کننده خودروی شما را تا حدود 25 درجه سانتیگراد افزایش می‌دهد؛ این درپوش ساده چگونه قادر به انجام این کار است؟ کار این درپوش همانند زودپز است که دمای جوش آب را افزایش می‌دهد؛ این درپوش فشار را از طریق سوپاپ خارج می‌کند و در خودرو معمولا تا 15 psi است؛ نقطه جوش آب زمانی که تحت فشار قرار گیرد، افزایش می‌یابد. زمانی که مایع درون سیستم خنک کننده گرم می‌شود، این گرما گسترده و موجب ایجاد فشار می‌شود؛ در پوش تنها جایی است که این فشار را خارج می‌کند، بنابراین افزایش فشار بالا در سیستم خنک کننده توسط درپوش تنظیم می‌شود؛ زمانی که این فشار به 15 psi می‌رسد،دریچه را تحت فشار قرار می‌دهد و امکان خارج شدن آن از سیستم خنک کننده را موجب می‌شود؛ این خنک کننده از طریق جریان مضاعف در لوله ها درون منبع جریان می‌یابد؛ این تنظیمات موجب خارج شدن هوا از سیستم می‌شود؛ پس از خنک شدن آب ورودی در رادیاتور توسط یک سیستم مکش، مجددا این آب برای خنک کردن موتور از دریچه دیگری وارد می‌شود.

ترموستات

کار اصلی ترموستات امکان گرم شدن سریع موتور و سپس حفظ دمای ثابت آن است؛ این کار با تنظیم میزان آبی است که از طریق رادیاتور می‌آید؛ در دمای پایین، خروجی رادیاتور و تمامی جریان های بازگشتی به موتور مسدود می‌شود؛ زمانی که دمای خنک کننده بین 82 تا 91 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، ترموستات شروع به باز شدن می‌کند تا امکان جریان مایع از طریق رادیاتور را فراهم کند. زمانی که دمای خنک کننده از 93 به 103 درجه سانتیگراد می‌رسد، ترموستات در تمامی جهت ها باز می‌شود. اگر تا به حال شانس تست کردن این قسمت از خودروی خود را داشته‌اید، متوجه می‌شوید که این قسمت یکی از جذاب ترین بخش های خودروی شماست؛ شما می‌توانید یک ظرف آب جوش را درون گاز بگذارید؛ زمانی که گرم شد، دریچه اش حدود 3 سانتی متر باز می‌شود؛ این یکی از شگفتی های ترموستات است.

رمز اصلی ترموستات درون سیلندر کوچکی است که در کنار موتور این دستگاه وجود دارد؛ این سیلندر با مومی که در دمای حدود 180 فارنهایت ذوب می‌شود، پر شده است؛ میله ای متصل به دریچه درون این موم فشرده شده است؛ زمانی که موم ذوب می‌شود، به صورت چشمگیری گسترده و با فشار میله را از سیلندر خارج و دریچه را باز می‌کند. این تکنیک مشابه در دربازکن های اتوماتیک برای دریچه های گلخانه و نورگیرهای سقفی استفاده شده است؛ در این دستگاه ها، موم در دمای پایین تری ذوب می‌شود.

فن

همانند ترموستات، فن خنک کننده نیز، باید برای ثابت نگه داشتن دمای موتور، کنترل شود. در خودروهای  دیفرانسیل جلو، فن های برقی وجود دارد زیرا معمولا موتور به صورت عرضی در آنها قرار گرفته است؛ فن ها یا به صورت کلید ترموستاتیک یا موتور کامپیوتری کنترل و زمانی که دمای خنک کننده به بالاتر از نقطه تعیین شده می‌رسد، روشن و زمانی که دما به زیر نقطه مورد نظر می‌‌رسد، خاموش می‌شوند. در خودروهای دیفرانسیل عقب با موتور طولی معمولا فن های خنک کننده موتوری دارند؛ این فن ها دارای کلاچ کنترلی ویسکوز هستند؛ این کلاچ در مرکز فن یعنی درست جایی که جریان هوا از طریق رادیاتور وارد می‌شود، قرار دارد؛ این کلاچ ویسکوزی شباهت بسیار زیادی به بازوی اتصال ویسکوزی که اغلب در خودروهای چهار چرخ محرک یافت می‌شود، دارد.

حتما این توصیه را شنیده‌اید که در زمان جوش آوردن خودرو، تمامی پنجره ها را باز و بخاری خودرو را با تمام قدرت فن ها به کار بیندازید؛ علت آن این است که سیستم گرمایی، سیستم خنک کننده ثانویه خودروی شما است. بخاری اصلی که روی داشبورد قرار دارد، یک رادیاتور واقعی است؛ فن بخاری، هوا را از طریق بخاری اصلی به درون کابین به جریان می‌اندازد. بخاری اصلی گرمای خنک کننده را از سیلندر اصلی خارج و به پمپ بازمی‌گرداند؛ بنابراین بخاری کار خود را بدون توجه به باز یا بسته بودن ترموستات انجام می‌دهد.