سیستم سرمایش موتور خودرو: انواع، اجزاء و کارکردها
سیستم سرمایش موتور خودرو نه تنها موتور خودرو را خنک نگه می‌دارد، بلکه همچنین دمای آن را ثابت نگه می‌دارد تا پیش‌نیازهای لازم برای کارکرد صحیح موتور فراهم شود. از مهم‌ترین اجزای سیستم سرمایش رادیاتور است که گرما را از سیستم می‌گیرد و به محیط منتقل می‌کند. جریان هوای لازم برای فرایند سرمایش در رادیاتور توسط یک یا چند فن تأمین می‌گردد.
دمای کار مورد نیاز به کمک پمپ آب (یا پمپ مایع خنک‌کننده) بدست می‌آید. مایع خنک‌کننده به درون بلوک موتور، لوله‌ها و دیگر بخش‌ها جریان می‌یابد. پس از آن یک شیر ترموستات باز می‌شود. بیشتر خودروهای امروزی از یک مخزن انبساط استفاده می‌کنند که به مایع خنک‌کننده اجازه می‌دهد که منبسط شده، هنگامی که مسیر جریان سرمایش گرم شده خارج شود، و وقتی که خودرو خاموش است و موتور خنک می‌شود به مسیر جریان بازگردد.
سیستم سرمایش چیست؟
موتور خودرو برای تولید انرژی فرایندهایی را طی می‌کند که باعث ایجاد گرمای زیادی می‌شوند. این گرما باید به نحوی کنترل شود، وگرنه موتور و دیگر سیستم‌های خودرو را نابود می‌کند. کنترل این گرما به عهده‌ی سیستم سرمایش است. سیستم‌های سرمایش مدرن این کار را با کارآمدی و قابلیت اتکای بیشتری از سیستم‌های قرن بیستم انجام می‌دهند.
سیستم سرمایش چطور کار می‌کند؟
مایع خنک‌کننده از پمپ آب به درون مسیرهایی جریان می‌یابد که از درون بلوک موتور می‌گذرند. در این مسیرها گرمایی که سیلندرها تولید کرده‌اند را از آن‌ها می‌گیرد. پس از آن به سمت سر سیلندر بالا می‌رود و گرمای باقی مانده در محفظه‌های احتراق را از آن‌ها می‌گیرد. سپس مسیرش را ادامه می‌دهد تا به شیر ترموستات برسد. اگر شیر باز باشد سیال اجازه می‌یابد که به مسیرش ادامه دهد. از آن‌جا، مایع خنک‌کننده از لوله‌های نازک تختی می‌گذرد که شبکه‌ی رادیاتور را تشکیل می‌دهند. در آن‌جا مایع به واسطه‌ی هوایی که از رادیاتور عبور می‌کند خنک می‌شود. ظرفیت مورد نیاز سیستم سرمایش به موتور بستگی دارد. سیستم سرمایش یک موتور بزرگ و قوی (برای مثال برای ماشین‌آلات صنعتی) نیاز به ظرفیت بیشتری از موتور به نسبت کوچکتر یک خودروی معمولی دارد. در آن ماشین بزرگ‌تر رادیاتور نیز بزرگ‌تر و تعداد لوله‌های شبکه‌ی آن بیشتر است.
انواع سیستم‌های سرمایش
دو نوع سیستم سرمایش اصلی برای موتور خودرو وجود دارد:
● سیستم سرمایش با هوا
● سیستم سرمایش با آب
1. سیستم سرمایش با هوا
سرمایش با هوا بیشتر در خودروها و موتورسیکلت‌های قدیمی‌تر استفاده می‌شده. در این سیستم بلوک موتور با پره‌های آلومینیومی پوشیده شده است که گرما را از سیلندر به بیرون هدایت می‌کنند. یک فن قدرتمند هوا را از میان این پره‌ها عبور می‌دهد که با انتقال گرمای موتور به هوا موتور را خنک می‌کند.
میزان گرمای کم شده توسط این سیستم به برخی فاکتورها وابسته است، همچون مساحت کل پره‌ها، سرعت و حجم و دمای هوایی که در سیستم به عنوان خنک‌کننده جریان می‌یابد.
سرمایش با هوا بیشتر در موتورهای کم‌توان تر استفاده می‌شود، مانند موتورسیکلت‌ها، اسکوترها، خودروهای کوچک، و موتورهای کوچک خودرو که به واسطه‌ی حرکت ماشین، سرعت حرکت هوا در آن‌ها برای خنک کردن موتور مناسب است. این سیستم همچنین در برخی موتورهای صنعتی کوچک نیز قابل استفاده است.
مزایای سیستم سرمایش با هوا
- هزینه‌ی تولید، نگهداری و تعمیرات کمتر
- طراحی ساده
- نسبت به سیستم‌های سرمایش با آب سبک‌تر هستند، زیرا اجزایی مثل رادیاتور، روکش‌های آب، پمپ‌های جریان، و آب و خنک‌کننده ندارند.
- خصوصاً در شرایط مفرط و شدید آب و هوایی سودمند و به صرفه است، مثل نزدیک جاهایی که فاکتور منجمد شدن مایعات بالاست، مثل قطب‌ها یا فاکتور تبخیر مایعات بالاست، مثل بیابان‌ها. همچنین، ریسک‌های مربوط به آسیب دیدگی از یخبندان مانند ریسک ترک خوردن روکش‌های سیلندر یا لوله‌های آب رادیاتور وجود ندارد،
معایب سیستم سرمایش با هوا
- نسبت به سیستم‌های آبی کارآمدی کمتری دارند.
- وقتی از این سیستم‌ها در وسایل حمل و نقل مثل خودروها و موتورسیکلت‌ها استفاده می‌شود، موتور بطور مستقیم با هوا در ارتباط است.
2. سیستم سرمایش با آب
در سیستم‌های سرمایش با آب، رویه‌ی سیلندرها، سرسیلندرها، سوپاپ‌ها و دیگر بخش‌های موتور با روکش‌هایی پوشیده شده‌اند که از درون این روکش‌ها آب جریان می‌یابد. این آب گرمای تولیدشده از احتراق را جذب می‌کند و اجزای موتور را خنک می‌کند. سپس آب گرم شده به شبکه‌ی رادیاتور جریان می‌یابد و در آن‌جا با استفاده از هوای عبورکننده از رادیاتور خنک می‌شود. یک یا چند فن به همراه حرکت خودرو به جریان دادن هوا از رادیاتور کمک می‌کنند. آب خنک شده دوباره به سمت روکش‌ها جریان می‌یابد.
مزایای سیستم سرمایش با آب
- سرمایش مستمر سیلندرها، سرسیلندرها و سوپاپ‌ها
- مصرف ویژه سوخت از طریق موتور
- موتور سر و صدای کمتری نسبت به موتورهای هوا-سرمایشی دارد.
معایب سیستم سرمایش با آب
- کاملاً وجود داشتن آب وابسته است، و پمپ آب در حین جریان میزان قابل توجهی آب جذب می‌کند.
- هزینه‌ی بسیار بیشتری از سیستم سرمایش با هوا دارد، زیرا اجزای بیشتر دارد.
- داشتن اجزای بیشتر همچنین بدین معناست که نگهداری و تعمیرات پیچیده‌تر و پرهزینه‌تری هم دارد.
اجزای سیستم خنک کننده در موتور
اجزای اصلی سیستم سرمایش در زیر لیست شده است:
• پمپ آب
• رادیاتور
• ترموستات
• سنسور دمای مایع خنک کننده (CTS)
• مایع خنک کننده (ضد یخ + آب)
• فن خنک کننده رادیاتور
• شبکه‌ی بخاری
• شیلنگ
• واشرهای سر و واشرهای منیفولد
• فریز پلاگ
1. پمپ آب
عملکرد اصلی پمپ آب این است که وقتی موتور در حال کار است، در جریان بودن آب را تضمین کند. پمپ آب را به سمت موتور حرکت می‌دهد. قسمتی به نام تسمه‌ی فن وجود دارد که وظیفه‌ی آن هدایت پمپ آب و همچنین دینام است.
2. رادیاتور
شبکه‌ی رادیاتور از لوله‌های آلومینیومی مسطح تشکیل شده است. همچنین نوارهای آلومینیومی به شکل زیگزاگ بین لوله‌ها قرار گرفته است، که به آن‌ها پره می‌گویند. عملکرد این پره‌ها انتقال گرمای درن لوله‌ها به جریان هوا است. این گرما در نهایت به خارج سیستم خودرو هدایت می‌شود. یک مخزن پلاستیکی در دو انتهای شبکه‌ی رادیاتور قرار دارد. این مخزن انتهای رادیاتور را می‌پوشاند.
لوله‌ها در جدیدترین طرح های رادیاتور به صورت افقی و مخازن در دو طرف شبکه قرار گرفته‌اند. در مدل‌های قدیمی‌تر شبکه‌ی رادیاتور از جنس مس و مخازن از جنس برنج می‌باشند. سیستم پلاستیکی-آلومینیومی به دلیل هزینه‌ی کمتر و راحتی در ساخت، این روزها بسیار محبوب است. این نوع رادیاتور همچنین کارآمدتر هم هست.
3. ترموستات
ترموستات یک شیر است که دمای مایع خنک‌کننده را مشخص می‌کند؛ اگر مایع به اندازه‌ی کافی گرم باشد، این شیر باز می‌شود تا مایع وارد شبکه‌ی رادیاتور بشود. وقتی که دمای مایع به اندازه کافی بالا نیست، جریان به سوی رادیاتور مسدود می‌شود. در این حالت، مسیر جایگزین سیستم میان‌بُر فعال می‌شود و سیال از این مسیر به سمت موتور برمیگردد.
این سیستم مهم است، زیرا جریان مداوم و مستمر مایع خنک کننده را در موتور حفظ می‌کند. این جریان مستمر دمای سیستم موتور را حفظ می‌کند و از بوجود آمدن نقاط داغ جلوگیری می‌کند. وقتی جریان به سمت رادیاتور مسدود می‌شود، دمای کار بهینه‌ی موتور سریعتر بدست می‌آید.
4. سنسور دمای مایع خنک کننده (CTS)
کار این سنسور چک کردن دمای موتور است. ECU از این اطلاعات استفاده می‌کند تا تزریق سوخت و زمان احتراق را تنظیم کند و فن رادیاتور را کنترل کند. موتورها انواع مختلفی دارند؛ برخی از آن‌ها تعداد زیادی سنسور دمای مایع خنک کننده دارند و برخی دیگر فقط یکی.
اکثر CTSها از نوع ضریب دمای منفی هستند، که بدین معناست که هرچه دما افزایش می‌یابد، مقاومت کاهش می‌یابد.
5. مایع خنک کننده
مایع خنک کننده در خودروهای امروزی محلولی از اتیلن گلیکول (ضدیخ) و آب است. نسبت پیشنهادی این ترکیب 50/50 است، یعنی به ازای هر واحد حجم آب، یک واحد حجم ضدیخ استفاده شود. برای دماهای کمتر از صفر درجه‌ی سانتی گراد در حالت ایده آل ترکیبی شامل 75% ضدیح و 25% آب مورد نیاز است. نباید از ضدیخ بطور خالص و بدون حل کردنش در آب استفاده کرد، زیرا کارایی‌اش را در این حالت از دست می‌دهد.
6. فن خنک کننده‌ی رادیاتور
یک یا چند فن الکتریکی در پایین رادیاتور نزدیک مکان موتور قرار دارد. روی این فن‌ها یک پوشش قرار دارد تا از آن‌ها محافظت و جریان هوا را تنظیم کند. کار اصلی فن رادیاتور این است که هنگامی که سرعت خودرو کم می‌شود یا خودرو متوقف می‌شود، جریان هوای گذرا از رادیاتور را حفظ کند. هرموقع خودرویی که موتورش روشن است می‌ایستد، این فن‌ها دمای موتور را کاهش می‌دهند.
7. شبکه‌ی بخاری
یک کارکرد دیگر مایع خنک کننده، گرما دادن به درون ماشین (در صورت نیاز) است. این مکانیسم شامل یک شبکه‌ی بخاری می‌شود که با دو شلنگ لاستیکی به سیستم خنک کننده متصل است. یکی از شلنگ‌ها سیال داغ شده از دمای موتور را می‌گیرد و به شبکه‌ی بخاری انتقال می‌دهد. این شبکه گرمای سیال را به فضای درون خودرو انتقال می‌دهد و آن را خنک می‌کند. سپس سیال از شلنگ دوم به سوی موتور بازمی‌گردد.
