MAFAK

مرکز اطلاعات فنی خودرو 

خنک‌ کاری موتور خودرو

موتورهای بنزینی گرچه تا حد زیادی بهبود یافته‌ و اصلاح شده‌اند، اما هنوز بازده بالایی برای تبدیل انرژی شیمیایی به توان مکانیکی ندارند. بیشترین میزان انرژی موجود در بنزین ( شاید 70 درصد ) به گرما تبدیل می‌شود و مهم‌ترین وظیفه سیستم خنک‌کاری خودرو، مراقبت و استفاده صحیح از گرمای ایجاد شده است.

در واقع ، نخستین وظیفه سیستم خنک‌کاری خودرو، جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد مجاز خودرو از طریق انتقال گرما به هوای بیرون خودرو است. موتور خودرو، بهترین عملکرد را در دمای مناسب و بهینه خود دارد. وقتی موتور سرد است، عملکرد اجزای آن با نقصان مواجه می‌شود و بازده موتور کمتر و در نتیجه آلودگی ایجاد شده بیشتر می‌شود. بنابراین، دیگر وظیفه مهم سیستم خنک‌کاری خودرو این است که به موتور اجازه دهد با سرعت ممکن به دمای بهینه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمایی ثابت نگه دارد.

درون موتور خودرو ، سوخت به طور دائم می‌سوزد و عمل احتراق انجام می‌شود . گرمای حاصل از احتراق، به میزان زیادی از طریق اگزوز خارج می‌شود، اما مقداری از گرمای ایجاد شده به داخل موتور رسوخ کرده و باعث افزایش دما و در نهایت گرم شدن موتور می‌شود.

موتور، زمانی خوب کار می‌کند که دمای مایع سرد کننده، حدود ۹۳درجه سانتی‌گراد یا حدود 200 درجه فارنهایت باشد. در این دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم می‌شود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمتر حاصل شود و لزجت روغن موتور کمتر و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر می‌شود و همچنین فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر می‌شود.

انواع سیستم خنک کننده

دو نوع سیستم خنک‌کاری در خودرو وجود دارد که عبارتند از:

سیستم خنک‌کاری با مایع  (Liquid-Cooled System)

سیستم خنک‌کاری با هوا (Air-Cooled System)

سیستم خنک‌کاری با مایع  (Liquid-Cooled System)

سیستم خنک‌کاری با مایع در این سیستم، برای خنک کردن موتور از لوله‌ها و مسیرهای تعبیه شده در موتور استفاده شده و مایع مورد نظر در این مسیرها گردش و جریان دارد. بر اثر جریان مایع در طول مسیر، گرمای موتور جذب ‌شده و موتور خنک می‌شود. بعد از اینکه مایع ، گرمای موتور را جذب کرد و از موتور خارج شد، به رادیاتور یا مبدل انتقال حرارت وارد شده و بر اثر دمیدن هوا توسط فن و انتقال گرما به هوای اطراف خنک می‌شود.

سیستم خنک‌کاری با هوا (Air-Cooled System)

برخی خودروهای قدیمی و تعداد زیادی از خودروهای مدرن امروزی، مجهز به سیستم خنک‌کاری با هوا هستند. بدنه و بلوک موتور با پره‌های آلومینیمی پوشیده شده است تا گرمای سیلندر را به هوای اطراف منتقل کند. فنی بسیار قوی نیز تعبیه شده که هوا را با سرعت و فشار زیاد به سطح این پره‌ها می‌دمد و در نهایت گرما را به هوای اطراف منتقل می‌کند.

متعلقات دستگاه خنك كننده:

الف ) شيلنگ تحتاني

ب ) پمپ آب

پ ) تسمه

ج ) بدنه سيلندر

د ) رادياتور

ه ) سرسيلندر

و ) ترموستات

ز ) شيلنگ فوقاني

ح ) پروانه

رادياتور :

مخزني از جنس مس مي باشد كه با توجه به كانالهاي تعبيه شده در آن ، وظيفه انتقال حرارت موجود در آب را به عهده دارد بنابراين بايستي همواره كنترل نمود كه سطح آب در مخزن رادياتور بيش از دو سانتيمتر پائين تر از دهانه مخزن نباشد.

پروانه :

وسيله كه از موتور به وسيله تسمه و در بعضي خودروها توسط الكتروموتور انرژي لازم را دريافت مي نمايد و كار آن، مكش هوا از شبكه هاي رادياتور و خنك نمودن آب رادياتور مي باشد.

پمپ آب :  

وسيله اي است كه به منظور گردش سريع و راحت آب موجود در رادياتور و در اطراف موتور بكار رفته و حركت آن از طريق موتور و تسمه پروانه تامين مي گردد بدين صورت كه چون هميشه در قسمت پائين رادياتور آب خنك و در بالاي آن آب گرم (برگشت داده شده از موتور) وجود دارد، لذا براي رساندن آب جهت خنك كردن قطعات موتور از شيلنگ پائين رادياتور ، آب بوسيله مكش حاصل از واترپمپ وارد كانالهاي بدنه سيلندرهاي موتور شده و پس از گردش در اطراف سيلندرها و خنك كردن آنها ،در حاليكه خود آب مقداري گرم شده از طريق كانالهاي سيلندر به گرمترين نقطه موتور كه سرسيلندر ها مي باشد هدايت و پس از عبور از اطراف سوپاپها وشمعها و خنك نمودن آنها از طريق ترموستات و لوله هاي بالا جهت خنك شدن مجدد وارد رادياتور مي گردد.

ترموستات :

سوپاپي است كه درمسير راه آب برگشتي از موتور به رادياتور قراردارد و كار آن ثابت نگهداشتن دماي آب موتور مي باشد . با توجه به اينکه بيشترين سائيدگي قطعات موتور زماني است که موتور در حال سرد کار مي کند. در نتيجه براي جلوگيري از اين نوع سائيدگي در موتور روشهاي مختلفي وجود دارد از جمله نصب ترموستات، استفاده از مواد خنک کننده و پروانه اتوماتيک را مي‎توان نام برد.

منبع انبساط :

منبع انبساط ظرفي است با گنجايش حدود 2 ليتر از جنس پلاستيک که در کنار رادياتور نصب مي‎شود. هنگام جوش آوردن و گرم شدن بيش از حد موتور، آب اضافي رادياتور با باز شدن سوپاپ فشار در رادياتور از طريق شيلنگ سر ريز وارد منبع انبساط مي‎شود و از هدر رفتن آب جلوگيري مي‎شود.

تذکر: اتومبيلهايي که منبع انبساط دارند براي اضافه کردن آب نياز به باز کردن در رادياتور ندارند بلکه آب را داخل منبع انبساط مي‎ريزند اين کار به کمتر زنگ زدن رادياتور کمک مي‎کند.

تسمه :

تسمه واسطه حرکتي ميباشد که حرکت را از فولي ميل لنگ گرفته و به فولي واترپمپ و فولي دينام انتقال داده و باعث به گردش دراوردن واترپمپ و دينام مي گردد.

تنظيم کشش تسمه پروانه :

اگر انگشت دستمان را روي تسمه گذاشته ويک کيلو گرم نيرو وارد کنيم به اندازه 8 تا 10 ميليمتر بايستي تسمه کشش داشته باشد.

ضد يخ :

آب در مقابل سرما يخ مي بندد وچنانچه در زمستان ضد يخ در موتور ريخته نشود سيلندر مي تركد.

براي جلوگيري از يخ زدن آب داخل موتور و رادياتور در هواي سرد زمستان که موجب خسارت زيادي در موتور و رادياتور مي‎شود از ضد يخ استفاده مي‎شود. جنس ضد يخ بايد به گونه‎اي تهيه شود که اثر نامطلوب بر روي قطعات نداشته باشد .

خواص ديگر ضد يخ ، ضد زنگ و ضد جوش بودن آن است به اين مفهوم که ضد يخ علاوه بر خاصيت ضد يخ داشتن از زنگ زدگي قطعات داخل موتور جلوگيري مي‎کند و نقطه جوش را نيز بالا مي برد. نسبت مخلوط ضد يخ با آب بستگي به سرما و برودت هوا دارد.

محلول ضد يخ در سيستم خنك كننده از منجمد شدن مايع موجود در سيستم جلوگيري و بلوك سيلندر را از خطر تركيدن محافظت مي كند. در صورت موجود نبودن ضد يخ كافي در مايع خنك كننده ممكن است در درجه حرارتهاي خيلي پايين حتي در حالي كه موتور نيز كار مي كند آب در منبع تحتاني رادياتور منجمد شود. وجود مقداركمي آب كه پس از تخليه بلوك سيلندر داخل آن باقي مي ماند ممكن است در درجه حرارتهاي بسياركم حادثه ساز باشد.

در صورت وجود نشتي آب از سيستم، با اضافه كردن ضد يخ وبه دليل بالا بودن قابليت نفوذ اين محلول، ميزان نشتي سيستم شديدتر خواهد شد بنابراين قبل از اضافه كردن ضد يخ مطمئن شويد که در سيستم هيچ گونه نشتي وجود ندارد.

جنس ضد يخ متداولي كه اثر نامطلوب روي قطعات ندارد، اتيل گليكول است.

طريقه تهيه ضديخ مناسب :

مقدار مناسبي ضد يخ را با نصف مقدار آب مورد نياز براي پركردن سيستم در داخل ظرف تميزي مخلوط كنيد. سپس اين مخلوط را داخل رادياتوري كه قبلاً آن را شستشوي كامل داده ايد، ريخته وبقيه حجم رادياتور را با آب تميز پر كنيد موتور را روشن كنيد و اجازه دهيد كه ضد يخ با آب كاملاً مخلوط شود.

معمولاً کارهاي زير در اول هر بهار و پاييز بايد انجام شود.

غلظت ضد يخ- ضد جوش را کنترل کنيد که از حداقل ضروري (متناسب با تغييرات دماي هوا) کمتر نباشد.

اندازه و شرايط ضديخ را بررسي نمائيد . در صورت کثيف بودن يا داشتن مواد ناشي از زنگ زدن فلزات آن را عوض کنيد.

دستگاه را براي اطمينان از عدم وجود نشتي ، تحت فشار (ترجيحاً وقتي ضد يخ سرد است) آزمايش کنيد.

در پوش و لوله متصل به در پوش رادياتور را بازرسي کنيد.

لوله ها را بازبيني نمائيد و محل اتصال لوله ها را محکم کنيد.

تسمه پروانه ها را از لحاظ سالم بودن و کشش صحيح ،کنترل کنيد.

در صورتي که دماي آب رادياتور بيش از حد گرم يا سرد مي شود ، ترموستات را کنترل کنيد.

در تمام فصول سال محلول ضد يخ در رادياتور باشد

هر دوسال يکبار تعويض گرددو زمان تعويض ابتداي سرماي هر سال مي باشد.

علل جوش آمدن آب رادياتور (گرم كردن موتور) :

پاره شدن تسمه پروانه يا شل بودن آن.

كمي آب رادياتور.

كثيف بودن رادياتور و گرفتگي شيارهاي آن.

كار نكردن واتر پمپ (پمپ آب)

خراب بودن ترموستات.

ناميزاني دلكو.

ناميزاني باد لاستيك.

تازه تعمير بودن موتور يا نو بودن موتور.

بار زياد.

استفاده زياد از دنده هاي سنگين.

سربالائي زياد.

ناميزاني سوپاپها.

عدم تنظيم فاصله پلاتين.

شكستن پره هاي پروانه.

کثيف بودن فيلتر هواکش کاربراتور

خرابي درب رادياتور

سوراخ بودن رادياتور

سفت بودن يا کارنکردن سوپاپ ها

سفت بودن چرخها

خرابي آب پخش کن واترپمپ

وزش باد مخالف

گرفتگي اگزوز دود که عمل تخليه براحتي صورت نمي گيرد.

گرفتن لوله خروج بخار آب در رادياتور

گير کردن ترمز يکي از سيلندرهاي چرخ

کثيفي بدنه موتور و ممانعت از تبادل حرارتي خوب

سیستم لوله‌کشی در سیستم خنک‌کاری

مجراها (مسیرهای عبور مایع) و به اصطلاح سیستم لوله‌ کشی متعددی وجود دارد. با استارت خودرو، پمپ فعال شده و مایع را به بلوک موتور ارسال می‌کند و از تمامی مسیرهای تعبیه شده می‌گذرد و وارد سیلندر می‌شود. ترموستات نیز در محل خروجی مایع از موتور واقع شده است.

اگر ترموستات بسته باشد، مایع از طریق مجراهای تعبیه شده مستقیماً به مسیر اولیه پمپ باز می‌شود. البته مداری جداگانه‌ نیز برای سیستم گرمایش خودرو وجود دارد، به‌طوری که در این چرخه، مایع از سرسیلندر عبور کرده و پس از گرم شدن، دوباره به مسیر اولیه پمپ باز می‌‏گردد. در خودروهای دارای گیربکس اتوماتیک، مسیری جداگانه‌ نیز برای خنک‌کاری گیربکس وجود دارد. در این مکانیزم، روغن گیربکس عمل خنک‌کاری را انجام می‌دهد.

مایع خنک‌کاری خودروها

مایع خنک‌کاری خودروها در گستره‌ای وسیع از دما‌های مختلف کار می‌کنند مایع خنک کاری مناسب باید دمای نقطه جوش بالا، دمای نقطه انجماد پایین و ظرفیت گرمایی بالایی داشته باشد. آب، یکی از مایع‌های متداول است که ظرفیت حرارتی بالایی دارد، اما فاقد نقطه انجماد پایین بوده و به همین دلیل، آب خالص برای خنک‌کاری موتور و استفاده در خودرو ، مایعی مناسب نیست.

مایع خنک‌کاری مناسب و مورد استفاده در خودرو که بیشترین کاربرد را دارد، مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول ( C۲H۶O۲) یا همان ضد یخ است. افزودن اتیلن گلیکول به آب، باعث بهبود وضعیت نقاط جوش و انجماد می‌شود. دمای مایع خنک‌ کننده گاهی به ۱۲۱ تا ۱۳۵ سانتی‌گراد نیز می‌رسد. بیان این نکته ضروری است که ضد یخ، شامل ترکیباتی است که مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد و این امر یکی از مزایای استفاده از ضدیخ در خودرو تلقی می‌شود.

واترپمپ

این قطعه، پمپ دورانی گریز از مرکز شده است که به وسیله تسمه متصل به میل‌لنگ موتور، دوران می‌کند. هنگامی که خودرو روشن است و موتور کار می‌کند، واترپمپ مایع خنک‌کننده را در مدار خنک‌کاری به حرکت در می‌آورد. حرکت دورانی پمپ و در نتیجه نیروی گریز از مرکز ایجاد شده، باعث حرکت مایع خنک‌کننده و جریان آن در مدار سیستم خنک‌کاری می‌شود.

مجرای ورودی واترپمپ در نزدیک مرکز آن قرار دارد. پره‌های پمپ، مایع خنک‌کننده را به بیرون هدایت می‌کنند.

به طور کلی واترپمپ، مایع را ابتدا از موتور و سرسیلندر عبور داده و سپس به رادیاتور هدایت می‌کند.

بلوک موتور و سرسیلندر

بلوک موتور و سرسیلندر، شامل تعداد زیادی سوراخ و مجرای عبور مایع است (سطوح ماشینکاری شده با دقت بالا) که مایع خنک‌کننده از آنها عبور می‌کند. این مجراها، مایع خنک‌کننده را به نقاط بحرانی بلوک موتور و سرسیلندر که نواحی بسیار گرمی هستند، هدایت می‌کنند.

دمای محفظه احتراق موتور ممکن است به حدود ۲۵۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد. به همین دلیل، خنک‌کردن نواحی اطراف محفظه احتراق، امری بسیار مهم است. موتور خودرو نباید مدت زیادی بدون آب یا مایع خنک‌کننده کار کند زیرا دما تا اندازه‌ای بالا می‌رود که باعث ذوب و جوش خوردن و چسبیدن پیستون به سیلندر می‌شود و این به معنی تخریب موتور است.

امروزه تحقیقات و پژوهش‌های مهندسین خودرو، معطوف به کاهش نیاز به سیستم خنک‌کاری موتور در حرکت است. به‌نحوی که می‌توان از سرایت گرمای بسیار بالای ایجاد شده در محفظه احتراق به بلوک سیلندر و قطعات فلزی موتور، جلوگیری کرد. این کار به وسیله ایجاد نوعی پوشش در سطوح داخلی بالای سرسیلندر انجام می‌شود که عموماً لایه‌ای نازک از سرامیک است. سرامیک، هدایت‌کننده بسیار ضعیف گرماست و در نتیجه، گرمای کمتری را به قطعات فلزی انتقال می‌دهد.

رادیاتور

این قطعه، نوعی مبدل حرارتی است که برای انتقال گرمای مایع خنک‌کننده به هوا (با دمیدن فن به آن) طراحی شده است. در بیشتر خودروهای مدرن، از رادیاتورهای آلومینیمی استفاده می‌شود که از سطوح و ردیف‌های به هم لحیم شده و جوش خورده لوله‌ها و پره‌های آلومینیمی ساخته شده است. مایع ضمن عبور از لوله‌ها و در تقابل با هوای اطراف گرمای خود را از دست داده و خنک می‌شود. مقدار انتقال حرارت از مایع خنک‌کننده به لوله‌ها و پره‌ها، به میزان اختلاف دمای بین سطوح تماس آنها بستگی دارد. در برخی مواقع، با به‌کارگیری و نصب نوعی Fin درون لوله‌های رادیاتور که آن را  TURBOLATOR می‌نامند،

آشفتگی و تلاطم جریان مایع را درون لوله‌ها افزایش می‌دهند. این کار باعث افزایش سرعت جریان و انتقال حرارت بهتر و سریع‌تر می‌شود. در واقع، با ایجاد اغتشاش و تلاطم در جریان درون لوله‌های رادیاتور، ظرفیت انتقال گرما را بهبود می‌بخشد.

سرپوش رادیاتور

درب رادیاتور، در عمل باعث افزایش دمای نقطه جوش مایع خنک‌کننده به میزان تقریبی ۲۵ درجه سانتی‌گراد می‌شود. وقتی‌که مایع در طول مسیر سیستم خنک‌کاری، گرم می‌شود عملا منبسط شده و فشار آن بالا می‌رود. درب رادیاتور تنها محلی است که افزایش فشار ایجاد شده، می‌تواند از آن خارج شود. بنابراین، فنر درب رادیاتور را به نحوی طراحی می‌کنند که کارکردی متناسب با حداکثر فشار ایجاد شده داشته باشد.

ترموستات

وظیفه اصلی ترموستات این است که به موتور اجازه دهد به سرعت گرم شده و سپس، موتور را در دمایی ثابت نگه می‌دارد. این کار با تنظیم مقدار آب عبوری به رادیاتور انجام می‌شود. در دماهای پایین،‌ ترموستات مسیر خروجی به سمت رادیاتور را می‌بندد.

هنگامی ‌که دمای مایع خنک‌کننده افزایش می‌یابد و به حدود ۸۲ تا ۹۱ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات یک‌ بار باز و بسته می‌شود و اجازه می‌دهد که مایع وارد رادیاتور شود.

هنگامی که دمای مایع خنک‌کننده به حدود ۹۲ تا ۱۰۳ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات همواره باز می‌ماند.

فن

این قطعه نیز همانند ترموستات، وظیفه ثابت نگه داشتن و کنترل دمای موتور را برعهده دارد.

فن‌ها عموماً توسط حسگرهای دمایی یا کامپیوتر موتور کنترل می‌شوند. آنها هنگامی فعال می‌شوند که دمای مایع خنک‌کننده از دمای مناسب از قبل تعیین‌شده (Set Point) بیشتر شود و زمانی که دمای مایع خنک‌کننده کاهش یابد و به زیر دمای Set Point برسد، خاموش می‌شوند.

خودروهای دیفرانسیل جلو یا دارای چرخ محرک جلو، ‌ فن الکتریکی دارند و فن خودروهای دارای چرخ محرک عقب، به‌ وسیله مکانیزمی متصل به خروجی موتور می‌چرخد. فن‌ها را می‌توان به دو نوع جریان محوری و گریز از مرکز تقسیم کرد که طبقه‌بندی کلی آن به جهت جریان هوا بستگی دارد.

در مدل جریان محوری، ‌هوا به موازات محور دورانی و در همان امتداد محورهای دورانی به خارج دمیده می‌شود، اما در مدل گریز از مرکز، هوا به موازات محور وارد و در جهت عمود بر محور دورانی فن وزیده می‌شود.

بخاری

سیستم گرمایش خودرو یا بخاری،‌ درعمل مشابه سیستم خنک‌کاری بوده و چرخه خاص خود را دارد. در این سیستم، به جای رادیاتور موتور، رادیاتوری کوچک و فن بخاری در داخل داشبورد قرار دارد.