بررسی سیستم خنک کننده خودرو و اجزای تشکیل دهنده آن

1 بررسی سیستم خنک کننده خودرو و اجزای تشکیل دهنده آن

 

شکل 1- اجزاء تشکیل دهنده سیستم خنک کننده خودرو

 

نحوه عملکرد موتور خودرو بر اساس انفجار سوخت در داخل سیلندرهای موتور است که نیروی حاصل از انفجار، سیلندرها را به عقب رانده و این نیروی رو به جلو و عقب نهایتاً توسط میل لنگ تبدیل به نیروی دورانی می شود. در نتیجه این انفجارهای مکرر دمایی در حدود 2200 درجه سانتیگراد یا بالاتر ایجاد مي‌شود. بنابراین اجزای موتور به شدت داغ می‌شوند. از طرفي ديگر دمای جداره سیلندرها نباید از حدود 260 درجه سانتیگراد بالاتر برود.

هرگاه دما بیش از این افزایش پیداکند، روغن موتور تجزیه شده و خاصیت روغنکاری خود را از دست می‌دهد و سایر قطعات موتور هم آسیب می‌بینند. پس وجود یک سیستم خنک کننده که بتواند دمای موتور را در دمای نرمال (محدوده‌اي بين 85 تا 95) نگه دارد الزامی است.

اما این سیستم خنک کننده موتور چیست و از چه قسمت هایی تشکیل شده است و نحوه عملکرد آن چگونه است؟ در این مقاله به این سوالات پاسخ داده و اساس عملکرد رادیاتور خودرو را بررسی خواهیم نمود.

در بسیاری از سیستمهای خنک کننده، آب از پمپ وارد بدنه موتور می‌شود، از آنجا به سر سیلندر می رسد و سپس از بالا وارد رادیاتور می شود. بعضی از موتورها رادیاتور با جریان معکوس دارند در این سیستم آب از پمپ به سر سیلندر می‌رود وسپس به بدنه موتور سرازیر می‌شود.

نکته: محل نصب ترموستات بسته به جهت جریان آب، تغییر می‌کند.

 

شکل 2- گردش مایع خنک کننده بین رادیاتور و موتور

 

سیستم خنک‌کننده شامل پنج قسمت اصلی است که به طور پیوسته با یکدیگر کار می‌کنند تا دمای موتور را کنترل کنند و مانع جوش آوردن آن شود این قسمتها عبارت‌اند از مجراهای آب، پمپ آب، ترموستات، رادیاتور و پروانه.

 

2 وظیفه رادیاتور در سیستم خنک کننده

رادیاتور خودرو نوعی مبدل حرارتی به شکل محفظه ای مشبک است که برای انتقال گرمای مایع خنک‌کننده (که با گرفتن گرمای موتور داغ شده) به هوا (با دمیدن فن به آن) طراحی شده است. در بیشتر خودروهای مدرن بدلیل گرمای تولیدی زیاد از رادیاتورهای آلومینیومی برای انتقال حرارت بهتر مایع خنک کننده استفاده می‌شود که از سطوح و ردیف‌های به هم لحیم شده و جوش خورده لوله‌ها و پره‌های آلومینیومی ساخته شده است. فضای داخل رادیاتور به صورت شبکه بندی بوده و تبادل حرارتی بسیار زیادی با هوا داشته و آب داغ را به سرعت خنک کرده و آماده انتقال مجدد به موتور می کند.

رادیاتور دستگاهی است که حجم زیادی از آب سیستم خنک کننده را در تماس با هوا نگه داشته تا انتقال حرارت از آب به هوا به خوبی و به سرعت امکان پذیر باشد رادیاتور از سه قسمت اصلی تشکیل شده است :

  1. منبع بالایی
  2.  منبع پایینی
  3. لوله های رابط که منبع بالایی را به منبع پایینی متصل میکند.

 

1-2 لوله های رادیاتور: 

قسمت مرکزی رادیاتور در طرح های مختلف ساخته می شود که دو نوع از آنها بیش از همه مورد استفاده قرار می گیرد:

  1. لوله با پره
  2. لانه زنبوری

 

1-1-2 لوله با پره

این نوع رادیاتور از یک سری لوله تشکیل شده که از بالای رادیاتور (از مخزن بالایی تا مخزن پایینی) امتداد دارد، این لوله ها توسط ورقه های فلزی نازک متصل شده اند تا انتقال حرارت بهتر صورت گیرد، مایع خنک کننده ضمن عبور از داخل لوله ها حرارت خود را به پره های فلزی منتقل میکند.

 

1-1-2 رادیاتور لانه زنبوری

این نوع رادیاتور از تعداد زیادی مجرای آب باریک تشکیل شده که از جفت شدن نوارهای فلزی نازک و لحیم شدن آنها به یکدیگر در طول لبه اتصال آنها به وجود آمده و این مجاری آب از مخزن بالایی تا مخزن پایینی امتداد دارد.

 

2-2 طرز قرار گرفتن رادیاتور خودرو

 

شکل 3- طرز قرار گرفتن رادیاتور خودرو

 

1-2-2 رادیاتور عمودی

در این شکل آب گرم وارد مخزن بالایی شده و از بالا به وسیله لوله های رابط به مخزن پایینی و از آنجا به موتور باز می گردد.

 

2-2-2 رادیاتور افقی

در این شکل آب گرم به طور عرضی وارد و پس از عبور از لوله ها به طریق افقی از رادیاتور خارج و وارد موتور می گردد.

 

3-2 انواع رادیاتور

شبکه رادیاتورها شامل دو نوع فین تیوب و کروگیت است:

 

1-3-2 رادیاتور فین تیوب (Fin-Tube)

در این نوع رادیاتور امتداد لوله‌ها عمود بر راستای پره‌هاست و لوله‌ها از داخل پره‌ها عبور می‌کنند.

 

2-3-2 رادیاتور کروگیت (Crougate)

در این نوع رادیاتورها لوله‌ها از داخل پره‌ها عبور نمی‌کنند بلکه پره‌ها به صورت موج دار هستند و لوله‌ها در امتداد پره‌ها روی نوک فین قرار داده می‌شوند. در حالت کلی مونتاژ رادیاتورهای کروگیت راحت­تر و سریع­تر از نوع فین تیوب است و امکان اتوماسیون آن وجود دارد ولی رادیاتورهای فین تیوب به دلیل درگیر شدن لوله و پره با یکدیگر، استحکام مکانیکی بیشتری دارند. رادیاتورها از لحاظ جنس به دو نوع آلومینیمی، مسی و برنجی تقسیم می­شوند که تکنولوژی ساخت هر یک می‌تواند Soldering و Brazing  باشد.

 

4-2 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. درب رادیاتور معمولا به دو شکل وجود دارد:

 

شکل 4- درب رادیاتور

 

1-4-2 درب رادیاتور ساده

این نوع بیشتر در قدیم متداول بوده که در این طرح فشار مدار سیستم برابر جو می باشد زیرا لوله سرریز سطح آب را با فشار جو متعادل می کرد.

 

2-4-2 درب فشاری رادیاتور

درپوش فشاری روی لوله پرکن رادیاتور سوار شده و روی لبه آن کاملا محکم آببندی و بسته می شود این درپوش رادیاتور دارای دو سوپاپ می باشد:

  1. سوپاپ سر رفتن یا فشار
  2. سوپاپ خلاء

درب فشاری رادیاتور تشکیل شده است از پوسته خارجی، واشر مسی یا پلاستیکی یا توام، فنر برگرداننده سوپاپ فشار و سوپاپ فشار

 

3 فن خنک کننده سیستم خنک کاری

این قطعه 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 تعیین‌ شده (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، به‌وسیله 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.

 

شکل 5- فن خنک کننده

 

4 مجاری آب 

به منظور خنک شدن موتور، آب باید در اطراف سیلندرهای اتومبیل حرکت کند و حرارت آن را به خود جذب نماید. برای همین منظور در اطراف سیلندرها مجاری مخصوصی وجود دارند که آب بتواند به سهولت در آنها حرکت کرده و موتور را خنک کند.

شکل 6- مجاری آب

 

5 ترموستات

وظیفه اصلی ترموستات ثابت نگه داشتن دمای موتور است. گاهی ممکن است که حرکت مداوم آب در اطراف موتور باعث خنک شدن بیش از اندازه آن شود (که این امر در زمستان ها باعث می شود تا بخاری خودرو به طور کامل داخل خودرو را گرم نکند). در این هنگام ترموستات مسیر حرکت آب را می بندد و آب را در موتور راکد نگه می دارد تا وقتی که موتور به اندازه کافی گرم شود. سپس وقتی که دمای موتور از اندازه تعیین شده تجاوز نمود ترموستات با باز کردن مسیر مجدداً اجازه گردش آب و خنک نمودن موتور را می دهد و به این ترتیب دمای موتور همیشه ثابت می ماند.

 

شکل 7- ترموستات

 

6 واتر پمپ

آب داخل موتور برای گردش درون آن نیاز به نیرو یا در واقع پمپی دارد که آب را با فشار به داخل موتور پمپ نماید. این وظیفه به عهده واتر پمپ است. واتر پمپ نیروی خود را به وسیله یک تسمه از  موتور می گیرد و با گردش آن، آب از رادیاتور به داخل موتور و از آنجا مجدداً به رادیاتور منتقل می شود.

 

شکل 8- واتر پمپ