نحوه کارکرد سیستم خنک کننده موتور خودرو
وظایف سیستم خنک کننده موتور
سیستم خنک کننده موتور یکی از سیستمهای بسیار حیاتی و مهم است که در هر وسیله نقلیه نقش بسیار مهمی را ایفا میکند. این سیستم شرایطی را فراهم میکند تا موتور اتومبیل در دمای استاندارد تعریف شده خود کار کند و اجازه بالاتر رفتن و یا پایینتر آمدن دما را از دمای استاندارد تعریف شده برای آن نمیدهد.
موتورهای بنزینی گرچه تا حد زیادی بهبود يافته و اصلاح شدهاند، اما هنوز بازده بالايي برای تبديل انرژی شیمیایی به توان مکانیکی ندارند. بيشترين ميزان انرژي موجود در بنزين (شايد 70درصد) به گرما تبديل می شود و مهمترين وظيفه سيستم خنک کننده خودرو، مراقبت و استفاده صحيح از گرمای ايجاد شده است.
در واقع، نخستين وظيفه سيستم خنک کننده خودرو، جلوگيري از گرمشدن بيش از حد مجاز خودرو ازطريق انتقال گرما به هواي بيرون خودرو است. موتور خودرو، بهترين عملكرد را در دمای مناسب و بهينه بالای خود دارد. وقتي موتور سرد است، عملكرد اجزاي آن با نقصان مواجه می شود و بازده موتور كمتر و در نتيجه آلودگي ايجاد شده بيشتر ميشود.
بنابراين، ديگر وظيفه مهم سيستم خنک کننده خودرو اين است كه به موتور اجازه دهد با سرعت ممكن به دماي بالای بهينه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمايي ثابت نگه دارد. درون موتور خودرو، سوخت به طور دائم ميسوزد و عمل احتراق انجام می شود. گرمای حاصل از احتراق، به ميزان زيادي از طريق اگزوز خارج ميشود، اما مقداری از گرمای ايجاد شده به داخل موتور رسوخ كرده و باعث افزايش دما و در نهايت گرم شدن موتور می شود .
موتور، زمانی خوب كار می کند كه به دمای مطلوب برسد. معمولاً دمای مايع رادیاتور، حدود 93 درجه سانتی گراد يا حدود 200 درجه فارنهايت باید باشد. در اين دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم می شود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمتر حاصل شود. لزجت روغن موتور کمتر و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و در نهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر می شود. فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر می شود.
همانطور که میدانید موتوراحتراق داخلی اتومبیل به دلیل وجود احتراقهای پی در پی به سرعت دچار افزایش دما میشوند این افزایش دما باید تا مقدار معینی ادامه پیدا کند و سپس موتور در همین دما به عملکرد خود ادامه دهد.
این دما معمولا با توجه به آلیاژ به کار رفته در ساخت بلوک بالایی و پایینی موتور و همچنین دمای مورد نیاز برای اینکه بیشتر سوخت پاشش شده به طور کامل احتراق یافته و همچنین برای جلوگیری از احتراق ناقص تعیین و تعریف میشود.
بنابراین آشنایی با اجزای تشکیل دهنده این سیستم و همچنین شناسایی عیوب آن و اقدام به موقع برای رفع این عیوب یکی از مهمترین نکاتی است که باید مالک هر وسیله نقلیه به خوبی با آن آشنا باشد، زیرا در صورت عدم بازدید به موقع سیستم خنک کننده و رفع مشکلات آن، به طور مستقیم در کار موتور خودرو اختلال ایجاد میشود که این بروز اختلال در موتور اتومبیل میتواند از یک افزایش دمای ناچیز تا از بین رفتن کامل موتور اتومبیل و هزینههای چند میلیون تومانی برای بازسازی و احیا مجدد موتور را شامل شود.
اجزای تشکیل دهنده سیستم خنک کننده موتور
اصلیترین اجزای تشکیل دهنده سیستم خنک کننده موتور اتومبیل را رادیاتور، شلنگهای آب، واتر پمپ (پمپ آب)، ترموستات، پروانه خنک کننده (فن برقی)، سنسور دمای آب خودرو و مجاری آب اطراف بلوک موتور تشکیل میدهند که هر یک از این اجزا وظایف خاص خود را دارا هستند.
رادیاتور
رادیاتور از مجموعهای از لولههای مارپیچی تشکیل شده که اطراف آن به وسیله پرههای موسوم به فین به صورت عمودی و افقی پوشانده شده است. علت وجود این صفحات افقی و عمودی این است که با وجود این صفحات مساحت موجود برای انتقال و تبادل حرارت افزایش یافته و عملیات خنکسازی بهتر انجام میشود.
در اکثر رادیاتورها یک مخزن اضافی برای کنترل میزان سطح مایع خنک کننده رادیاتور تعبیه شده است که در صورت افزایش بیرویه دمای موتور و بالا رفتن فشار در رادیاتور، آب اضافی به داخل این مخزن پس زده میشود و با کاهش سطح مایع خنک کننده داخل رادیاتور آب مورد نیاز از طریق این مخزن تامین میشود پایین رفتن آب در رادیاتور مانند پیستون یک سرنگ عمل میکند و با ایجاد مکش کمبود آب را از طریق مخزن جبران میکند.
واتر پمپ
پمپ آب همانطور که از اسمش پیداست وظیفه به جریان انداختن آب را در مجاری اطراف بلوک موتور و رادیاتور بر عهده دارد. واتر پمپها نیروی مورد نیاز خود را به کمک تسمه از میل لنگ موتور اتومبیل میگیرند و به وسیله پروانهای با شکل هندسی خاص جریان آب را با سرعت و فشار بالا در مجاری یاد شده به حرکت در میآورند.
ترموستات
ترموستات نقش یک شیر اتوماتیک را بازی میکند که معمولا بر روی سر سیلندر موتور اتومبیل نصب میشود. عملکرد ترموستات بدین شکل است که تا زمانی که دمای آب به مقدار معینی نرسیده دریچه ترموستات بسته بوده و اجازه خروج آب از بلوک موتور به سمت رادیاتو را نمیدهد.
زمانی که دمای آب به مقدار معین رسید جیوه موجود در ترموستات منبسط شده و باعث باز شدن دریچه ترموستات و جاری شدن آب به سمت رادیاتور میشود و زمانی که دمای مایع خنک کننده (آب و ضد یخ) از مقدار معین پایینتر رفت جیوه منقبض شده و به کمک فنر موجود دریچه ترموستات بسته می شود.
پروانه خنک کننده (فن برقی)
امروزه در اکثر خودروهای سواری از فنهای برقی به جای پروانههای مکانیکی قدیمی استفاده میشود. این فنها در مقابل رادیاتور نصب میشوند و زمانی که دمای آب از مقدار معین بالاتر رفت و باز شدن ترموستات اجازه گردش آب در مدار را داد، با دمیدن هوای پر سرعت به بدنه و صفحات خنک کننده رادیاتور موجب کاهش دمای مایع خنک کننده تا میزان تعیین شده میشوند.
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.
نحوه عملکـرد موتور در انتخاب و طراحی سیستم خنک کننده تأثیر میگذارد و این کاملا به نوع گازهای احتراق و اجزای موتور وابسته است. وقتی موتور سرد است، کارایی پایینی دارد بنابراین سیستم خنک کننده 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 کننده فعالیتش را آغاز کند.
نمایه سیستم خنک کننده 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 درقطعات 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 82 الي 92 درجه سانتي گراد (180الي200 درجه فارنهايت)است. برای درک نیاز موتور به سیستم خنک کننده، اثرات افزایش یا کاهش دمای کارکرد موتور در ذیل آمده است:
- اثرات افزایش دمای کارکرد موتور
▪ بهره برداری در دماهای بالا، بارهای زیاد با سرعت بالا بدون عملیات خنک کاری باعث اکسیداسیون روغن روغنکاری میشود. در این شرایط ممکن است با بالا رفتن دما، لعاب و رسوب شکل گیرد؛ به طوری که رینگ پیستون نتواند کار خود را انجام دهد؛ ضمن این که خراش خوردن رینگ نیز باعث اختلال عملکرد آن میشود. به همین ترتیب اکسیداسیون روغن میتواند باعث خوردگی و سایش بعضی از انواع یاتاقانها شود.
▪ اگر دمای کارکـرد خیلـی زیاد شـود، نقاطی از پیستونها و قسمتهایی از میل لنگ که در یاتاقان میچرخند، منبسط میشوند که این موضوع باعث خروج آنها از لقی مجاز میشود و این تغییرات صدمات جدی در یاتاقانها و رینگها به بار می آورد.
▪ سطوح داخل محفظه احتراق از قبیل پای سوپاپ خروجی و شمع ممکن است آنقدر گرم شود که جرقه زودتر اتفاق بیفتد؛ این شرایط جرقه پیشرس نامیده میشود که اگر برای مدتی ادامه یابد، خسارت عمده به موتور میزند.
▪ اگر مخلوط تازه وارد شده به سیلندر خیلی گرم شود، چگالی آن کاهش خواهد یافت و در نتیجه قدرت آن کاسته میشود؛ به خصوص در موتورهای بنزینی.
▪ با افزایش دمای مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق و منیفولد ورودی، اصطکاک مکانیکی افزایش می یابد و از قدرت خروجی موتور میکاهد.
اثرات کاهش دمای کارکرد موتور
1- افزایش خنککاری باعث کاهش راندمان حرارتی، همچنین مانع تبخیر مناسب سوخت میشود که موجب رقیق شدن روغن میگردد.
2- تبخیر نامناسب سوخت ، فیلم روغن بر روی دیوارههای سیلندر را از بین میبرد و باعث افزایش فرسایش سطح داخلی سیلندر میشود.
1- به طور کلی خنک کاری بیش از حد باعث کاهش قدرت، ضرر اقتصادی مصرف بیشتر سوخت و کاهش طول عمر قطعات موتور میشود.
انواع دستگاه های خنک كننده
الف)دستگاه خنك كننده مستقيم، كه كليه دستگاه با هوا خنك مي شود.
ب) دستگاه خنك كننده غير مستقيم، كه كليه دستگاه با آب خنك مي شود و داراي رادياتور مي باشند.
انواع سیستم خنک کننده
- سیستم مدار بسته ( تحت فشار)
- سیستم مدار باز( بدون فشار)
سیستم مدار بسته
- همانطور که می دانید برای بالا بردن دمای جوش مایعات از جمله آب می توان فشار آن را افزایش داد. در این سیستم جهت افزایش دمای جوش مایع سیستم خنک کننده از درب رادیاتور با فشار بالا استفاده می شود. در این سیستم یک منبع انبساط برای جمع آوری مایع اضافی سر ریزشده از رادیاتور در زمان گرم شدن موتور تعبیه شده است در طی گرم شدن موتور آب رادیاتور افزایش حجم می یابد و به این منبع منتقل میشود. با کاهش دما و کاهش فشار مایع به مدار بر می گردد.
سیستم مدار باز
- دراین سیستم برخلاف سیستم مدار بسته منبع انبساط استفاده نشده است و فقط به افزایش فشار سیستم خنک کننده اکتفا شده است. دراین سیستم به منظور جلوگیری ازایجاد خلا پس از سرد شدن موتور یک سوپاپ درون درب رادیاتور تعبیه شده است. با افزایش دما مایع سیستم خنک کننده اضافی از طریق یک لوله پلاستیکی به بیرون از رادیاتور منتقل میشود و در زمان سردشدن موتور هوای محیط خارج به داخل رادیاتور منتقل میشود.
در صورت خرابی سوپاپ عملیات فوق مختل شده و باعث جوش آوردن و همچنین کاهش مایع درون سیستم شده.
مایع سیستم خنک کننده
این مایع مخلوطی از آب خالص ومایع ضد یخ است درصد اختلاط آنها بستگی به درجه حرارت محیط دارد.
چگونگی عیب یابی سیستم خنک کننده
زمانی که درجه آب افزایش دمای بیش از حد موتور اتومبیل را نشان میدهد.
1- پایین بودن سطح مایع خنک کننده: در این شرایط اولین اقدام کنترل کردن سطح مایع خنک کننده در مخزن مخصوصی است که در کنار رادیاتور تعبیه شده، توجه داشته باشید که در هنگام گرم بودن موتور از باز کردن درب رادیاتور خودداری کنید. این مشکل میتواند با سوراخ بودن رادیاتور یا شلنگها و یا خرابی درب رادیاتور ایجاد شود.
2-خرابی فنها: ممکن است فنهای خنک کننده به هر دلیلی از جمله قطعی در سیم یا بروز مشکل در سیم پیچهای آنها روشن نمیشوند یا به اندازه کافی دور نمیگیرند.
3-خرابی ترموستات: ممکن است ترموستات اتومبیل پس از مدت طولانی کارکرد ضعیف شده و همانند روز اول توانایی باز و بسته کردن مسیر آب را نداشته باشد در این صورت با بسته ماندن و باز نشدن به موقع مانع گردش آب و فرآیند خنک سازی میشود.
4-خرابی فشنگی (سنسور دمای آب ):خرابی و یا ایجاد قطعی در سنسور دمای آب یا فشنگی میتواند فرمان صحیح و لازم را برای فنها صادر نکرده و در نتیجه باعث افزایش بیرویه دمای مایع خنک کننده شود.
5-عملکرد ضعیف واتر پمپ: واتر پمپها بعد از مدتی کارکرد ممکن است عملکرد اولیه خود را از دست بدهند علاوه بر این شل بودن یا خرابی تسمه نیز میتواند باعث عدم چرخش کافی پروانه واتر پمپ شده و سبب بروز مشکل در گردش صحیح آب شود.
6-خرابی فشنگی مربوط به آمپر آب: در برخی موارد خرابی فشنگی مربوط به آمپر دمای آب میتواند اطلاعات غلط را در اختیار راننده قرار دهد، ولی در عمل افزایش دمایی مشاهده نشود.
7-ضعیف بودن اتصال بدنه: در قسمتهای مختلف بدنه تمامی خودروها اتصالاتی بنام اتصال بدنه تعبیه شده که این اتصالات به قطب منفی باتری خودرو متصل هستند. در بسیاری از موارد مشاهده شده ایجاد رسوب و سولفات در این اتصالات موجب ضعیف شدن آنها میشود و یکی از مشکلاتی که ضعیف شدن این اتصالات ایجاد میکنند ایجاد خطا در دمای آب مایع خنک کننده یا اختلال در کار فنهاست.
8-خرابی موتور اتومبیل: خرابی واشر سرسیلندر اتومبیل یا تاب برداشتن سرسیلندر میتواند باعث ورود آب به داخل سیلندرها شود که این آب ورودی در پروسه احتراق بخار میشود و از طریق اگزوز خودرو خارج میگردد. بنابراین مهمترین نشانه بروز این مشکل ورود بخار آب و رطوبت قابل احساس توسط دست انسان در گاز خروجی از اگزوز است.
علل جوش آمدن آب رادياتور(گرم كردن موتور)
1- پاره شدن تسمه پروانه یا شل بودن آن
2- كمی آب رادیاتور
3- كثیف بودن رادیاتور و گرفتگی شیارهای آن
4- كار نكردن واتر پمپ (پمپ آب)
5- خراب بودن ترموستات
6- نامیزانی دلكو یا سیستم جرقه
7- نامیزانی باد لاستیك
8- تازه تعمیر بودن موتور یا نو بودن موتور
9- بارزیاد
10- استفاده زیاد از دنده های سنگین
11- سربالائی زیاد
12- نامیزانی سوپاپ ها
13- عدم تنظیم فاصله پلاتین
14- شكستن پره های پروانه
15- کثیف بودن فیلتر هواکش کاربراتور
16- خرابی درب رادیاتور
17- سوراخ بودن رادیاتور
18- سفت بودن یا کارنکردن سوپاپ ها
19- سفت بودن چرخها
20- خرابی آب پخش کن واترپمپ
21- وزش باد مخالف
22- گرفتگی اگزوز دود که عمل تخلیه براحتی صورت نمی گیرد.