سیستم خنک کاری خودرو چگونه کار می کند؟
همان طور که می دانید با وجود پیشرفت هایی که در عرصه تکنولوژی خودرو صورت گرفته است، بخش عمده حاصل از سوخت خودرو به گرما بدل می شود، به طوری که کمتر از 30% سوخت تبدیل به نیروی محرکه خودرو می گردد و بیش از 70% سوخت، تبدیل به حرارت می شود.
این در حالی است که عمده حرارت تولید شده ناشی از اشتعال سوخت و اصطکاک قطعات متحرک موتور است. اما 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 شود و به آن آسیب برساند.
به همین خاطر در این مقاله قصد داریم تا شما را با این سیستم آشنا کنیم و این که سیستم خنک کننده چه وظایفی به عهده دارد تا قبل از آنکه که آسیب جدی در نتیجه ایراد در آن به خودرو شما وارد شود، بتوانید اقدام مناسب را انجام دهید. با ما همراه باشید.
سیستم خنک کننده خودرو چگونه کار می کند؟
کارکرد سیستم با آب خنک و به طور ساده ارسال مایع خنک کننده به سمت موتور به وسیله ی واترپمپ، گرم شدن این مایع و جذب حرارت اضافی موتور، پمپ شدن مایع به سمت رادیاتور و خنک شدن آن براثر عبور هوا از رادیاتور و ارسال دوباره ی مایع خنک به داخل موتور به وسیله ی واترپمپ را دربرمی گیرد.
ترموستات نیز در جایی بین رادیاتور و موتور نصب می شود و وظیفه ی آن بازکردن مسیر آب در دمای خاصی است تا بدین ترتیب دمای موتور ثابت باقی بماند. اگر دمای موتور پایین باشد، ترموستات بسته می شود و مایع خنک کننده به جای حرکت به سمت رادیاتور، در داخل موتور گردش می کند تا به دمای مطلوب برسد.
در دمای مطلوب یا اصطلاحا Operating Tempreture ترموستات باز می شود و آب برای خنک شدن به سمت رادیاتور می رود.
احتمالا این سؤال برایتان پیش می آید: با توجه به دمای بسیار زیاد موتور خودرو چگونه مایع خنک کننده تبخیر نمی شود؟
جواب این سؤال را باید در فشرده کردن مایع خنک کننده دانست. در سیستم خنک کاری موتور، مایع خنک کننده، مانند زودپز، در فشار قرار دارد و همین امر از تبدیل آن به گاز و بخار جلوگیری می کند.
البته، خود این فشار نیز باید کنترل شود و اگر بیش ازحد افزایش یابد، ممکن است به سیستم و اتصالات آن آسیب بزند.
برای کنترل فشار سر مایع، سوپاپ اطمینان روی در رادیاتور کار گذاشته می شود تا فشار اضافی سیستم ازطریق آن تخلیه شود.
مایع خارج شده از در رادیاتور (براثر فشار اضافی سیستم) را شلنگ به سمت مخزن ذخیره ای به نام مخزن انبساط هدایت می کند تا پس از خنک شدن موتور، دوباره به داخل مدار بازگردد.
آب رادیاتور در مدار گردش مایع خنک کننده ابتدا وارد بلوک اصلی موتور می شود و حرارت دیواره ی سیلندرها را به خود جذب می کند.
سپس، به سمت سرسیلندر می رود و در آنجا نیز حرارت محفظه ی احتراق را جذب می کند.
اگر ترموستات باز باشد، مایع خنک کننده وارد بخش بالایی رادیاتور می شود. به دلیل وجود فن در پشت رادیاتور و تبادل حرارت زیاد این بخش با هوا، وقتی آب رادیاتور از بالا تا پایین رادیاتور حرکت می کند، کاملا حرارتش را ازدست می دهد و خنک می شود.
پس از خروج از رادیاتور، مایع خنک کننده دوباره به واترپمپ می رود تا این چرخه تکرار شود.
حجم مایع خنک کننده در موتورها به اندازه و حجم و نوع موتور ربط دارد. موتور هشت سیلندر به سیستم خنک کننده ی بزرگ تری در مقایسه با موتور چهارسیلندر کوچک نیاز دارد.
در موتورهای حجیم، ابعاد رادیاتور نیز بسیار بزرگ تر است تا سطح تماس بیشتری با هوا ایجاد کند.
چرا سیستم خنک کننده در خودرو تعبیه شده است؟
نحوه عملکـرد موتور در انتخاب و طراحی سیستم خنک کاری تأثیر می‌گذارد و این کاملا به نوع گازهای احتراق و اجزای موتور وابسته است.
وقتی موتور سرد است، کارایی پایینی دارد بنابراین سیستم خنک کاری معمولا شامل وسایلی است که زمینه فعالیت خنک کـاری نرمـال را بـرای حفظ گرمـای مناسب موتور مهیـا می‌کننـد.
هنگام راه اندازی موتور دمای قطعات داخلی آن، به سرعت افزایش می‌یابد؛ پس وقتی موتور به دمای بهره برداری می‌رسد باید سیستم خنک کاری فعالیتش را آغاز کند. خنک کاری در موتور دو علت دارد:
۱) نگه داشتن دمای اجزای موتور در دمایی که روغنکاری مؤثر در آن ممکن باشد.
۲) نگه داشتن دمای اجزای مختلف موتور در یک محدوده خاص به طوری که به سلامت قطعات موتور صدمه نزند.
سیستم خنک کاری موتور برای حداقل کردن حجم و وزن رادیاتور است که در وسایل نقلیه از اهداف مهم تلقی می‌شود. باید درجه حرارت متوسط آبی که از رادیاتور عبور می‌کند حتی الامکان بالا نگه داشته شود تا اختلاف آن با درجه حرارت متوسط زیاد باشد.
البته این درجه حرارت نباید از نقطه جوش آب در فشار اتمسفر تجاوز کند زیرا در آن صورت قسمتی از آب تبخیر می شود و فشار داخل رادیاتور به شدت افزایش می‌یابد.
گرچه با طراحی درپوش مناسب برای رادیاتور آب داخل تحت فشار است تا دیرتر به نقطه جوش برسد، هوا نیز باید پس از عبور از رادیاتور به اطراف بدنه موتور جریان یابد.
جهت عکس جریان به دو دلیل مناسب نیست: اولا هوا به روغن و ذرات آغشته به روغن که به هر حال روی بدنه موتور وجود دارد آلوده می‌شود و این ناخالصی‌ها روی منافذ رادیاتور رسوب می کند و از راندمان آن می‌کاهد و ثانیا بر اثر تماس با بدنه گرم موتور درجه حرارت آن بالا می رود و موجب کاهش قدرت خنک کنندگی رادیاتور می‌شود.
چون در موتور عمل احتراق صورت مي گيرد بنابراين در قطعات داخل موتور اتومبيل حرارت توليد مي شود و اگر اين حرارت به وسيله دستگاه خنك كننده گرفته نشود، باعث خسارات زيادي مي گردد و از طرفي كمبود حرارت نيز باعث خرابي موتور خواهد شد، پس موتور بايد هميشه داراي حرارت متعادل باشد. بهترين حرارت براي موتور 8/73 الي 82 درجه سانتي گراد (65 الي182 درجه فارنهايت) است.
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 نیز 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.
اجزاء تشکیل دهنده سیستم خنک کننده موتور
آب
معمولا آب (یا آب رادیاتور) با نسبت ۱ به ۳ (تا نهایتا ۱ به ۲) با ضد یخ ترکیب می شود و بعنوان مایع خنک کننده در سیستم گردش می کند.
پمپ آب (واتر پمپ)
پمپی است که نیروی خود را از موتوردریافت می کند و آب را در سیستم خنک کننده به گردش در می آورد.
لوله های رفت و برگشت آب
این لوله ها، آب را بین اجزاء سیستم خنک کننده منتقل می کنند.
سنسور دمای آب
حسگری است که معمولا روی سرسیلندر قرار دارد و دمای آب را اندازه گیری و به ECU (یا به یونیت فن در خودروهای قدیمی تر) مخابره می کند.
رادیاتور آب: شبکه فلزی و معمولا از جنس آلومینیوم (در مدلهای قدیمی از جنس برنج) است که پره های بسیار ریزی در آن تعبیه شده و هوا می تواند براحتی از لابه لای پره ها عبور کند. دمای آب پس از عبور از رادیاتور کاهش می یابد.
واترپمپ
واترپمپ، پمپی ساده است که آب را در سیستم خنک‌کاری به‌حرکت درمی‌آورد.
واترپمپ معمولا در بخش جلویی موتور قرار دارد و در اکثر خودروها نیروی خود را با استفاده از تسمه از میل‌لنگ دریافت می‌کند. در برخی خودروهای مدرن، از واترپمپ‌های برقی استفاده می‌شود.
واترپمپ‌ها معمولا از هوزینگ چدنی برخوردار هستند و پره‌های آن‌ها آلومینیومی است. برای اینکه آب رادیاتور از واترپمپ به بیرون نشت نکند، واشر در واترپمپ قرار داده شده که درصورت آسیب‌دیدن آن، سطح مایع خنک‌کننده شروع به کاهش می‌کند.
در‌این‌صورت، با مراجعه به مکانیک این واشر را با واشری نو باید تعویض کنید.
ترموستات
ترموستات سوپاپ حرارتی ساده‌ای به‌شمار می‌رود که هنگام سردبودن بسته و در دمای خاصی نیز باز می‌شود تا مسیر آب جریان پیدا کند.
وجود ترموستات برای کارکرد صحیح سیستم بخاری نیز حیاتی است و اگر ترموستات وجود نداشت، بخاری خودروها خیلی دیر گرم می‌شد.
از دهه‌ی ۱۹۷۰ به بعد، ترموستات‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که دمای مایع خنک‌کننده را بین ۸۹ تا ۹۱ درجه‌ی سانتی‌گراد نگه دارند.
ترموستات‌ها معمولا در جلو و بالای موتور نصب می‌شوند تا دسترسی به آن‌ها راحت باشد.
طراحی محفظه‌ی (هوزینگ) ترموستات نیز معمولا به‌گونه‌ای انجام می‌شود که بازکردن آن راحت باشد و در اکثر خودروها، فقط با بازکردن دو عدد پیچ می‌توان ترموستات را جدا کرد. ترموستات یک واشر هم دارد که محل اتصال هوزینگ به سرسیلندر را آب‌بندی می‌کند.
آسیب‌دیدن این واشر را نیز می توان از نشت‌کردن مایع خنک‌کننده از اطراف ترموستات می‌توان تشخیص داد. در برخی مواقع نادر از ترموستات‌های بدون واشر نیز استفاده شده است.
پولکی‌های سرسیلندر (پولی فریز)
برای ساخت سرسیلندر از روش ریخته‌گری در قالب‌های شِنی استفاده می‌شود.
پس از پایان ریخته‌گری و سردشدن فلز مذاب، خاک و شن از داخل قطعه باید تخلیه شوند. برای این منظور سوراخهای بزرگی در سمتی از سرسیلندر وجود دارند. این سوراخ‌ها پس از مونتاژ موتور با پولی‌هایی از جنس فولاد مسدود می‌شوند.
معمولا هیچ‌گاه نیز لازم نمی‌شود این پولکی‌ها تعویض شوند. گفتنی است کارکرد دیگر این پولکی‌ها در زمان یخ‌زدن احتمالی مایع خنک‌کننده است.
ممکن است گاهی افراد به‌اشتباه آب خالی را درون رادیاتور بریزند و فراموش کنند ضدیخ را اضافه کنند.
در این هنگام و در فصل زمستان، با یخ‌زدن آب درون مجراهای سیستم خنک‌کاری احتمال دارد سرسیلندر تَرَک بخورد و کاملا از بین برود.
برای جلوگیری از چنین اتفاقی، این پولکی‌ها از جایشان خارج می‌شوند تا سرسیلندر آسیبی نبیند. می‌توان گفت وقتی به نگهداری از خودرو خود اهمیت دهید و در بازه‌های زمانی استاندارد مایع خنک‌کننده را تعویض کنید، مشکلی با این پولی‌ها نخواهید داشت.
علائم خرابی سیستم خنک کننده
سوراخ شدن رادیاتور آب
بدنه رادیاتور نازک است (تا دما را بهتر منتقل کند) و از آلومینیوم ساخته می شود.
رادیاتور به ضربه حساس است و در صورت تصادف (حتی جزئی) یا برخورد اشیاء، ممکن است سوراخ شود و مایع خنک کننده از سیستم خارج شود.
کیپ شدن سوراخهای شبکه رادیاتور
منافذ داخل رادیاتور ریز هستند و در صورتیکه آب رادیاتور املاح زیادی داشته باشد در این منافذ رسوب کرده و بسته می شوند.
علائم کیپ شدن منافذ رادیاتور
– دمای موتور بشدت بالا می رود و فن دائما کار می کند ولی آمپر دما پایین نمی آید.
– در صورتیکه منافذ رادیاتور کیپ شده باشد، آب براحتی در همه جای آن نمی تواند گردش کند و برخی قسمتهای رادیاتور سرد و برخی دیگر داغ هستند. در رادیاتور سالم، تمام قسمتهای آن به یک اندازه گرم می شوند.
علائم خراب شدن واتر پمپ و ترموستات
– دمای موتور بشدت بالا می رود و فن دائما کار می کند ولی آمپر دما پایین نمی آید.
– با وجود دمای بالای موتور، رادیاتور خودرو سرد است.
– شایع ترین مورد در خرابی واتر پمپ، نشتی آب از آن است و معمولا باید تعویض شود.
علائم خرابی سنسور دمای آب
سنسور دمای آب به ۲ شکل خراب می شود:
۱. سنسور، دما را بالاتر از واقعیت نشان می دهد و در نتیجه ECU دائما فن رادیاتور را (به اشتباه) روشن نگاه می دارد.
۲. سنسور، دما را پایینتر از واقعیت نشان می دهد و در نتیجه ECU اشتباها فن را بکار نمی اندازد و احتمالا آسیب جدی به موتور وارد می شود.
چک کردن سیستم خنک کننده خودرو
هرسال لازم است آزمایش‌هایی روی سیستم خنک‌کننده‌ی خودرو انجام دهید تا از صحت کارکرد آن مطمئن شوید. این آزمایش‌ها عبارت‌اند از:
- بازدید ظاهری شلنگ‌ها و اتصالات و بررسی نبود نشتی
- بازدید و بررسی در رادیاتور
- آزمایش عملکرد ترموستات
- بررسی نبود نشتی از اطراف ترموستات یا واترپمپ
- بررسی نبود نشتی مایع از رادیاتور بخاری
- بررسی سالم بودن واشر سرسیلندر
- آزمودن کارکرد فن دور تند و کند