نگاهی به روش خنک‌کاری موتور خودرو؛ چالش همیشگی رانندگان با دمای آب بالا

مهم‌ترین ویژگی یک پیشرانه درون‌سوز، سوزاندن سوخت و تهیه گرما و انرژی از آن است. فرآیند سوخت به طور دائم گرما تولید می‌کند که بخشی از آن به واسطه سیستم اگزوز خارج می‌شود اما بخش دیگر آن در محفظه موتور باقی می‌ماند. به همین دلیل همیشه سیستم خنک کننده موتور خودرو برای جلوگیری از بالا رفتن حرارت در خودروهای درون‌سوز وجود داشته است. در این مقاله نگاهی به این سیستم خواهیم داشت و با اجزای مختلف آن آشنا خواهیم شد. با ما همراه باشید.

بهترین دما برای موتور

بنابر تحقیقات انجام شده، بهترین دمای متوسط برای پیشرانه‌های درون‌سوز 200 درجه فارنهایت یا 93 درجه سانتی‌گراد است. در این دما محفظه احتراق به قدری داغ است که سوخت در آن تبخیر می‌شود. در نتیجه این تبخیر احتراق به شکل بهتری صورت می‌گیرد و میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز کاهش می‌یابد.

فعالیت موتور در این دما، مزایای دیگری نیز دارد. روغن موتور در این دما ویسکوزیته کمتری دارد و رقیق‌تر است. بنابراین قطعات با آزادی بیشتری در موتور حرکت می‌کنند و قدرت هدر رفته موتور کاهش می‌یابد. بنابراین سیستم خنک کننده موتور خودرو باید به گونه‌ای کار کند که دمای پیشرانه اکثر اوقات در محدوده 90 درجه سانتی گراد باشد تا قطعات بهتر حرکت کنند و میزان فرسایش آن‌ها کاهش یابد.

انواع سیستم خنک کننده موتور خودرو

به طور کلی دو نوع سیستم خنک کننده در موتورهای درون‌سوز مشاهده می‌شود که شامل سیستم آب خنک و سیستم هوا خنک هستند. در ادامه این دو سیستم را به صورت کوتاه معرفی خواهیم کرد.

سیستم آب خنک یا خنک کننده مایع: سیستم آب خنک را مجموعه‌ای از لوله‌ها تشکیل می‌دهند که در سرتاسر موتور خودرو پیچیده شده‌اند. این لوله‌ها پر از مایع خنک کننده یا آب هستند. هنگامی که مایع از درون این لوله‌ها عبور می‌کند، گرما را جذب می‌کند و در نتیجه محفظه موتور خنک می‌شود.

پس از آن‌که مایع گرمای محفظه موتور را جذب کرد، به رادیاتور یا مبدل حرارتی منتقل می‌شود. در آن‌جا با استفاده از هوای ورودی به موتور و فن‌های خنک کننده، دمای این مایع کاهش می‌یابد تا بار دیگر قابلیت جذب گرمای محفظه موتور را داشته باشد.

سیستم هوا خنک: برخی از خودروهای قدیمی و تعدادی از خودروهای مدرن، از سیستم هوا خنک استفاده می‌کنند. در این سیستم دور موتور از پره‌های آلومینیومی پوشیده شده است که باز و بسته می‌شوند و گرما را از پیشرانه دور می‌کنند. علاوه برآن یک فن قدرتمند نیز در کنار پیشرانه قرار گرفته است که با وزش باد، محفظه موتور را به سرعت خنک می‌کند.

بررسی اجزای سیستم خنک کننده موتور خودرو

سیستم خنک کننده موتور خودرو، یک سیستم مکانیکی – هیدرولیکی پیچیده است که اجزای بسیاری دارد. برای آن‌که درک صحیح از عملکرد خودرو داشته باشیم، لازم است تا قطعات مختلف این سیستم را بررسی کنیم. از آن‌جایی که اکثر خودروهای درون‌سوز به سیستم آب خنک مجهز هستند، در اینجا فقط این سیستم را بررسی می‌کنیم.

شلنگ‌های خنک کننده

سیستم خنک کننده موتور خودرو از تعدادی شلنگ و یک پمپ تشکیل شده است. پمپ مایع خنک کننده یا واترپمپ ضد یخ یا آب را از طریق شلنگ‌ها به محفظه موتور می‌رسد. مایع خنک کننده از طریق مجراهایی که برای آن در نظر گرفته شده است، وارد سیلندرها شده و سپس از سر سیلندر خارج می‌شود.

ترموستات یا کنترل کننده دما در محلی قرار دارد که مایع خنک کننده از موتور خارج می‌شود. در صورتی که سطح دمای موتور از حد مشخصی کمتر باشد، ترموستات مسیر چرخش مایع خنک کننده را باز می‌گذارد تا دوباره به پمپ بازگردد و در موتور جریان یابد. در غیر این صورت ترموستات مسیر پیش رو را می‌بندد و مایع خنک کننده را برای کاهش دما به رادیاتور می‌فرستد.

روشی که شرح داده شد، مربوط به خودروهای دنده‌ای است. خودروهای دنده‌ای مسیر مشابهی را به طور جداگانه برای خنک کاری روغن گیربکس اتوماتیک دارند. روغن گیربکس از طریق یک مبدل حرارتی ثانویه درون رادیاتور پمپ می‌شود تا دمای آن کاهش یابد.

مایع خنک کننده

خودروها در دماهای مختلفی کار می‌کنند، دمایی که از زیر صفر تا حدود 40 درجه بالای صفر متغیر است. بنابراین باید به مایع خنک کننده‌ای مجهز شوند که نقطه انجماد بسیار پایین، نقطه جوش بالا و ظرفیت نگهداری گرمای زیادی را ارائه دهد. مایعی که در اکثر خودروها به عنوان ضدیخ مورد استفاده قرار می‌گیرد، مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول است که با فرمول C2H6O2 و با نام تجاری ضد یخ شناخته می‌شود. افزودن اتیلن گیکول به آب، سبب می‌شود تا نقطه جوش و انجماد به میزان قابل توجهی این مایع بهبود یابد.

علاوه بر ترکیبات شیمیایی، سیستم خنک کننده موتور خودرو نیز مایع را تحت فشار قرار می‌دهد تا نقطه جوش آن باز هم افزایش پیدا کند. دمای مایع خنک کننده حتی با وجود اتیلن گلیکول، ممکن است به 121 تا 135 درجه سانتی‌گراد برسد. در این دما اتیلن گلیکول به جوش می‌آید و به همین دلیل بایستی با افزایش فشار به میزان 15 پوند بر اینچ مربع (psi)، دمای جوش مایع خنک کننده را 25 درجه دیگر افزایش داد.

واترپمپ

واترپمپ یا پمپ آب، یکی دیگر از قسمت‌های سیستم خنک کننده موتور خودرو است. واترپمپ یک پمپ گریز از مرکز ساده است که توسط یک تسمه به میل لنگ موتور متصل می‌شود. هر زمان که موتور خودرو کار کند، واتر پمپ نیز می‌چرخد.

واترپمپ با استفاده از نیروی گریز از مرکز، مایع خنک کننده را از رادیاتور به درون موتور می‌فرستد. ورودی پمپ در نزدیکی مرکز قرار دارد تا مایع برگشتی از رادیاتور به پره های پمپ برخورد کند. پره های پمپ، مایع خنک کننده را به سمت بیرون پمپ پرتاب می کنند تا وارد محفظه موتور شود. مایع خنک کننده در مسیر خود از بلوک موتور و سرسیلندر می‌گذرد و در نهایت دوباره به رادیاتور و واترپمپ می‌رسد.

رادیاتور

کلمه رادیاتور تا به این جای کار چند بار ذکر شده است. حتی بسیاری از رانندگان کل سیستم خنک کاری موتور خودرو را با نام رادیاتور می‌شناسند. رادیاتور نوعی مبدل حرارتی است که از طریق فن و هوای دمیده شده در آن، ضد یخ یا آب دارای حرارت را خنک می‌کند.

اکثر خودروهای مدرن از رادیاتورهای آلومینیومی استفاده می‌کنند که از تعداد بسیار زیادی باله تشکیل شده‌اند. مایع خنک کننده در این بله‌ها جریان می‌یابد و با استفاده از جریان هوای ورودی، خنک می‌شود. رادیاتورها معمولا دارای دو مخزن هستند. مایع خنک کننده در تمامی سطوح رادیاتور حرکت می‌کند تا دمای تمامی قسمت‌ها یکسان شود.

در رادیاتور

ممکن است در رادیاتور یک قطعه پلاستیکی ساده به نظر برسد اما این قطعه یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم خنک کننده موتور خودرو است. این قطعه که با نام درپوش فشار شناخته می‌شود، نقطه جوش مایع خنک کننده را حدود 25 درجه سانتیگراد افزایش می دهد.

در حقیقت درپوش فشار همانند در یک دیگ زودپز عمل می‌کند. این در یک شیر تخلیه فشار است که فشار درون رادیاتور را روی 15 psi نگه می‌دارد. هنگامی که آب تحت فشار بیشتری قرار گیرد، نقطه جوش آن افزایش خواهد یافت.

اگر درپوش فشار رادیاتور خودرو (در نسخه‌های کلاسیک همچون پژو 405 و سمند) را با دقت بررسی کنید، متوجه خواهید شد که یک فنر روی آن قرار دارد. این فنر در صورتی که فشار رادیاتور از 15 psi تجاوز کند، جمع می‌شود و مقداری از مایع خنک کننده را تخلیه می‌کند. مایع خنک کننده با سرریز کردن به زیر مخزن می‌رسد و در کنار آن هوای جمع شده درون رادیاتور نیز خارج می‌شود.

ترموستات

وظیفه اصلی ترموستات گرم کردن سریع موتور و ثابت نگه داشتن دمای آن است. ترموستات میزان آبی که وارد محفظه موتور می‌شود را تنظیم می‌کند. بنابراین ترموستات از گرم شدن بیش از حد موتور جلوگیری می‌کند. ترموستات قطعه‌ای ساده است که علاوه بر سیستم خنک کننده موتور خودرو، در بسیاری دیگر از سیستم‌های حرارتی نیز به کار گرفته می‌شود.

هنگامی که موتور سرد است، ترموستات به طور کامل بسته است و آب موجود در محفظه موتور درون آن می‌چرخد. وقتی که دمای مایع خنک کننده به محدوده بین 180 تا 195 فارنهایت (82 تا 91 درجه سانتیگراد) برسد، ترموستات به آرامی باز می‌شود و اجازه می‌دهد تا ارتباط آب درون محفظه موتور با رادیاتور برقرار شود. هنگامی که دمای مایع خنک کننده به 200 تا 218 فارنهایت (93 - 103 درجه سانتیگراد) برسد، ترموستات به طور کامل باز می‌شود.

فن خنک کننده

فن خنک کننده نقشی همانند ترموستات دارد، به این معنا که بایستی دمای مایع خنک کننده را در محدوده ثابتی حفظ کند. اکثر خودروهای موجود در بازار داخلی، دو فن خنک کننده دارند که به صورت نوبتی روشن می‌شوند.

خودروهای دیفرانسیل جلو همچون اکثر خودروهای موجود در بازار ایران، به فن‌های خنک کننده برقی مجهز هستند. فن‌ها به وسیله یک کلید ترموستاتیک یا کامپیوتر خودرو کنترل می‌شوند و نقش مکمل را در سیستم خنک کننده موتور خودرو ایفا می‌کنند. زمانی که دمای مایع خنک کننده از حد معینی بیشتر شود، فن‌ها روشن می‌شوند و تا زمان کاهش دما به سطحی مشخص فعال باقی خواهند ماند.

نکته کلیدی در مورد فن خنک کننده، توجه به نحوه درست کار کردن آن‌ها است. فن‌های خنک کننده برقی با سیم‌های چندگانه به شبکه برق خودرو متصل هستند. این سیم‌ها معمولا از نزدیکی موتور عبور می‌کنند و در طول زمان بر اثر گرما آسیب می‌بینند. به همین دلیل لازم است تا وضعیت این سیم‌ها به طور دوره‌ای بررسی شود.

نکته دیگر در مورد زمان فعالیت فن ها است. اگر اتومبیل خود را وارد پارکینگ کرده‌اید و فن خنک کننده روشن است، اجازه دهید تا فن کار کند و دمای مایع خنک کننده کاهش یابد. خاموش کردن ناگهانی خودرو و توقف فعالیت فن خنک کننده، موجب خواهد شد تا سیستم خنک کننده موتور خودرو دچار اشکالات جدی شود.

جمع‌بندی

در این مقاله با قطعات مختلف سیستم خنک کننده موتور خودرو آشنا شدیم و نحوه کلی فعالیت این سیستم را مورد بررسی قرار دادیم. توجه به این نکته ضروری است که جزئیات سیستم خنک کاری در هر خودرو با توجه به فناوری ساخت آن متفاوت است.

 برای مثال خودروهای دیفرانسیل عقب به جای فن الکتریکی، فن خنک کننده مکانیکی دارند. برخی خودروها نیز یک مخزن کمکی برای رادیاتور دارند که هنگام نشتی رادیاتور مانع از جوش آوردن ناگهانی موتور می‌شود. حتی در بین خودروهای داخلی نیز این تفاوت‌ها مشاهده می‌شود. به عنوان نمونه رادیاتور پیشرانه TU5 ساختار متفاوتی نسبت به رادیاتور پیشرانه XU7 دارد. به همین دلیل لازم است تا به عنوان یک راننده، قطعات مختلف خودرو و سیستم‌های فنی گوناگون آن را به خوبی بشناسید تا از وقوع مشکلات ناخواسته پیشگیری کنید.