آشنایی با سیستم خنککاری خودرو و اجزای آن
حتماً تا به حال دیدهاید که بعضی خودروها «جوش میآورند» یا موتورشان بیش از حد گرم میشود. دلیل اصلی این اتفاق، تولید گرمای زیاد توسط موتورهای احتراق داخلی است که در فرآیند احتراق داخل سیلندرها ایجاد میشود. دمای کاری یک موتور خودرو معمولاً تا حدود ۲۵۰ درجه فارنهایت (حدود ۱۲۱ درجه سانتیگراد) است و در شرایط خاص میتواند تا ۴۰۰ درجه فارنهایت (۲۰۴ درجه سانتیگراد) را هم تحمل کند، اما عبور از این دما به معنای آسیب جدی به موتور و توقف عملکرد آن است.
پس این همه گرمای تولید شده چگونه کنترل میشود؟
برای حل این مشکل، مهندسان خودرو سیستم خنککاری را طراحی کردهاند که وظیفه اصلی آن انتقال حرارت اضافی از موتور به بیرون است تا دمای موتور در محدودهای امن و بهینه باقی بماند. سیستم خنککاری به حفظ عملکرد صحیح موتور کمک میکند، از آسیب دیدن قطعات جلوگیری میکند و طول عمر موتور را افزایش میدهد.
در ادامه این مطلب، به معرفی انواع سیستمهای خنککاری و اجزای کلیدی آنها میپردازیم تا با ساز و کار این بخش حیاتی خودرو بهتر آشنا شوید.
چرا از سیستم خنککاری استفاده میکنیم؟
موتور خودروها توان تحمل دمای مشخصی دارد که معمولاً تا حدود ۴۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۲۰۴ درجه سانتیگراد) است. با وجود پیشرفتهای چشمگیر در فناوری، یکی از محدودیتهای موتورهای احتراق داخلی تولید گرمای اضافی و غیرقابل استفاده است. بیش از ۷۰ درصد انرژی حاصل از سوخت به صورت گرما آزاد میشود که بخش عمدهای از آن توسط سیستم اگزوز به بیرون هدایت میشود، اما بخش قابل توجهی از این گرما وارد موتور شده و باعث افزایش دمای آن میگردد.
اگر دمای موتور بیش از حد مجاز افزایش یابد، ممکن است قطعات حساس موتور آسیب ببینند یا حتی موتور به طور کامل از کار بیفتد. این امر علاوه بر کاهش کارایی، هزینههای تعمیرات سنگینی را به همراه دارد.
سیستم خنککاری خودرو دقیقاً برای همین منظور طراحی شده است: کنترل و ثابت نگه داشتن دمای موتور در محدودهای مطلوب و ایمن. این کار باعث میشود احتراق در موتور به صورت بهینه انجام شود، میزان آلودگی کاهش یابد، روغن موتور بتواند وظایف روانکاری و محافظت را به درستی انجام دهد و در نهایت فرسایش قطعات موتور به حداقل برسد.
به طور خلاصه، هدف اصلی سیستم خنککاری حفظ دمای موتور در سطحی است که موتور بتواند عملکرد بهینه، طول عمر بالا و کارایی مناسب داشته باشد.
انواع سیستمهای خنککاری و عملکرد آنها
خنککاری موتور اتومبیل یکی از بخشهای حیاتی در عملکرد صحیح و افزایش طول عمر موتور است. امروزه سیستمهای خنککاری خودروها عمدتاً به دو دسته کلی تقسیم میشوند:
۱. سیستم خنککاری با هوا
این نوع سیستم خنککاری که از گذشته بیشتر رایج بود، امروزه کمتر در خودروهای سواری به کار میرود و بیشتر در موتورهای سبک یا برخی موتورسیکلتها دیده میشود. در این سیستم، هوا به کمک یک فن یا جریان طبیعی هوا به داخل موتور هدایت میشود تا دمای قطعات موتور کاهش یابد. به عنوان مثال، خودروهای قدیمی مانند فولکس قورباغهای (بیتل) و برخی مدلهای اولیه پورشه از این سیستم استفاده میکردند. مزیتهای این سیستم شامل سادگی ساخت، هزینه پایین و نگهداری آسان است. اما به دلیل ایجاد آلودگی صوتی بالا و محدودیت در کنترل دقیق دمای موتور، امروزه کمتر مورد استفاده قرار میگیرد.
۲. سیستم خنککاری با مایع
سیستم خنککاری با مایع در اکثر خودروهای امروزی و موتورسیکلتهای با حجم موتور بالا به کار میرود. در این سیستم، یک مایع خنککننده (معمولاً ترکیبی از آب و ضدیخ) به وسیله یک پمپ از رادیاتور به موتور منتقل میشود. این مایع گرمای تولید شده توسط موتور را جذب کرده و پس از داغ شدن به رادیاتور بازمیگردد تا توسط جریان هوا خنک شود. سپس این چرخه به صورت مداوم تکرار میشود.
اجزای سیستم خنککاری خودرو و عملکرد آنها
سیستم خنککاری با مایع در خودروهای امروزی از مجموعهای قطعات مهم تشکیل شده که هر کدام نقش حیاتی در حفظ دمای مناسب موتور و عملکرد بهینه آن ایفا میکنند. در ادامه، به معرفی و شرح عملکرد هر یک از این قطعات میپردازیم.
۱. رادیاتور
رادیاتور مهمترین بخش سیستم خنککاری است که وظیفه انتقال حرارت مایع خنککننده به هوا را برعهده دارد. هنگامی که مایع خنککننده پس از جذب گرمای موتور به رادیاتور میرسد، گرمای خود را از طریق لولهها و پرههای آلومینیومی یا مسی رادیاتور به هوای عبوری منتقل میکند. قرارگیری رادیاتور پشت جلوپنجره خودرو به منظور بهرهگیری از بیشترین جریان هوا طراحی شده است.
چرا آلومینیوم؟
آلومینیوم به دلیل رسانایی حرارتی بالا، وزن سبک، قیمت مناسب و مقاومت در برابر خوردگی، معمولترین فلز در ساخت رادیاتورهاست. در برخی موارد نیز از مس استفاده میشود که رسانایی حرارتی بیشتری دارد اما سنگینتر و گرانتر است.
۲. درب رادیاتور
درب رادیاتور به ظاهر ساده، اما بسیار حیاتی است. این درب مجهز به شیر فشارشکن است که فشار داخل سیستم خنککاری را تنظیم میکند. سیستم تحت فشار باعث میشود دمای جوش مایع خنککننده افزایش یافته و از تبخیر زودرس جلوگیری شود. در صورت افزایش بیش از حد فشار، سوپاپ درب باز شده و مایع اضافی به مخزن انبساط هدایت میشود تا فشار کاهش یابد.
۳. منبع انبساط و شیلنگ سرریز
منبع انبساط یا مخزن انبساط، مخزنی پلاستیکی با ظرفیت معمولاً حدود ۲ لیتر است که مایع اضافی سیستم را هنگام افزایش فشار دریافت میکند. وقتی فشار کاهش مییابد، مایع از این منبع به داخل سیستم بازمیگردد. این چرخه باعث میشود مایع خنککننده همیشه در سطح مطلوبی باشد و نیاز به بازکردن درب رادیاتور برای اضافه کردن مایع کاهش یابد.
۴. واتر پمپ (پمپ آب)
واتر پمپ قلب تپنده سیستم خنککاری است و وظیفه گردش مایع خنککننده در موتور و رادیاتور را دارد. این پمپ معمولاً نیروی خود را از طریق تسمهای که به میللنگ متصل است دریافت میکند و مایع را از بخش پایین رادیاتور به موتور هدایت میکند. در خودروهای مدرن، گاهی از واتر پمپهای برقی استفاده میشود که میتوانند دقیقتر و بهینهتر کار کنند.
۵. ترموستات
ترموستات یک شیر حرارتی حساس به دما است که جریان مایع خنککننده را کنترل میکند. هنگامی که موتور سرد است، ترموستات بسته مانده و اجازه میدهد مایع در مسیر کوتاهتری (بین موتور و واتر پمپ) گردش کند تا موتور سریعتر به دمای مطلوب برسد. با افزایش دمای مایع (حدود ۷۱ تا ۸۸ درجه سانتیگراد)، ترموستات باز شده و مایع وارد رادیاتور میشود تا خنک شود.
۶. فن یا پروانه خنککننده
فن یا پروانه خنککننده هوای لازم برای خنک کردن رادیاتور را فراهم میکند. در خودروهای قدیمی، پروانه به صورت مکانیکی و دائمی با تسمه متصل به میللنگ میچرخید که منجر به مصرف بیشتر انرژی و اصطلاک بالاتر میشد. امروزه فنهای برقی جایگزین شدهاند که توسط سنسورهای دمای مایع و ECU کنترل میشوند و فقط در مواقع ضروری روشن میشوند.
۷. تسمه دینام یا تسمه پروانه
تسمه دینام یک حلقه انعطافپذیر است که حرکت دورانی میللنگ را به واتر پمپ، دینام، پمپ فرمان هیدرولیک و سیستم تهویه مطبوع منتقل میکند. سالم بودن این تسمه بسیار مهم است زیرا خرابی آن باعث توقف گردش مایع خنککننده و در نهایت داغ شدن موتور میشود.
۸. مایع خنککننده (آب رادیاتور)
مایع خنککننده، معمولاً ترکیبی از آب مقطر و ضدیخ است که علاوه بر انتقال حرارت، از یخزدگی در زمستان و جوش آوردن در تابستان جلوگیری میکند. ضدیخها همچنین خاصیت ضد خوردگی دارند و باعث افزایش عمر قطعات سیستم میشوند. نسبت معمول مخلوط ضدیخ و آب مقطر، حدود ۵۰-۵۰ است.
۹. سنسور دمای مایع خنککننده (فشنگی آب)
این سنسور دما را اندازهگیری کرده و اطلاعات را به کامپیوتر خودرو (ECU) ارسال میکند. ECU بر اساس این دادهها فرمان روشن یا خاموش شدن فنهای برقی رادیاتور را صادر میکند. این سنسور همچنین دمای موتور را برای نمایش به راننده فراهم میکند و در برخی خودروها ممکن است بیش از یک سنسور وجود داشته باشد.
۱۰. بخاری خودرو
بخاری خودرو نیز بخشی از سیستم خنککاری است که با استفاده از گرمای مایع خنککننده، هوای گرم را به داخل کابین منتقل میکند. مایع گرم از طریق شیلنگها به هسته بخاری (شبیه رادیاتور کوچک) وارد میشود و فن کابین، گرمای آن را به محیط داخل خودرو منتقل میکند.
۱۱. پولکیهای سرسیلندر
پولکیها قطعات فولادی کوچکی هستند که سوراخهای خروج شنهای ریختهگری در سرسیلندر را مسدود میکنند. این پولکیها در مواقع یخزدگی مایع خنککننده، امکان آزاد شدن دارند تا از ترک خوردن یا آسیب دیدن سرسیلندر جلوگیری شود. این مکانیزم نوعی محافظت مکانیکی در برابر آسیبهای ناشی از یخزدگی محسوب میشو
واقعا عالی بود! توضیحات خیلی واضح و کامل بود