سیستم های خنک کننده خودرو

سیستم های خنک کننده خودرو چگونه کار می کند؟


http://www.sanat.me/wp-content/uploa...ng-Systems.jpg

گرچه موتورهای گازوییلی ارتقای زیادی یافته اند اما هنوز آنقدر خیلی در تبدیل انرژی شیمیایی به قدرت مکانیکی کارآ نشده اند. بیشتر انرژی گازوییل (احتمالا ۷۰ درصد) به گرما تبدیل می شود و کار سیستم خنک کننده این است که مواظب گرما باشد. در حقیقت، راندن خودرویی در اتوبان به اندازه ای گرما تولید می کند که برای گرم کردن دو خانه با اندازه متوسط کافی است.اولین کار سیستم خنک کننده این است که موتور را از شر گرمای فوق العاده زیاد با انتقال این گرما به هوا حفاظت می کند اما همچنین چندین کار مهم دیگر نیز انجام می دهد.موتور خودرو در دمای نسبتا بالا بهتر کار می کند. هنگامی که موتور خنک است اجزای آن سریع تر فرسوده می شوند و موتور کارآیی کمتر دارد و آلودگی بیشتری را منتشر می کند. پس کار مهم دیگر سیستم خنک کننده این است که به موتور امکان می دهد تا جایی که ممکن است سریع گرم شود و سپس موتور را در دمای ثابت حفظ کند.در این مقاله درباره بخش های مختلف سیستم خنک کننده خودرو یاد خواهیم گرفت و می فهمیم که چگونه آن ها کار می کنند. لازم است تا در اول کار به یک سری مبانی، نظری بیندازیم.مبانی

درون موتور خودرو، سوخت به طور مداوم دارد می سوزد. میزان زیادی گرما از احتراق از طریق سیستم اگزوز خارج می شود اما مقداری از آن در موتور می ماند و باعث گرم شدن آن می شود. موتور در حدود ۲۰۰ درجه فارنهایت (۹۳ درجه سانتی گراد) بهتر کار می کند. در این دما :

• اتاقک احتراق به اندازه کافی داغ است تا سوخت را به طور کامل تبخیر کند و احتراق بهتری را فراهم بیاورد و دود را کاهش دهد.
• روغنی برای روانکاری موتور به کار می رود که ویسکوزیته پایین تری (رقیق تر است) دارد پس قطعات موتور آزادانه تر کار می کنند و موتور انرژی کمتری را به اطراف خود هدر می رود.
• قطعات فلزی دچار فرسودگی کمتری می شوند.

دو نوع سیستم خنک کننده در خودروها وجود دارند: سیستم خنک کننده با مایع و سیستم خنک کننده با هواسیستم خنک کننده با مایعسیستم خنک کننده مایع در خودروهایی مایع از طریق لوله ها و مجاری در موتور می چرخد. همانطور که مایع از بین موتور داغ عبور می کند گرما را جذب می کند و موتور را خنک می کند. بعد از اینکه مایع از موتور بیرون می آید از مبدل حرارتی یا رادیاتور عبور می کند که گرما را از مایع از طریق مبدل به وسیله دمیدن هوا خارج کند.خنک کننده هوابعضی خودروهای قدیمی تر و بسیاری از خودروهای مدرن تر با هوا خنک می شوند. به جای چرخش مایع از طریق موتور، قطعه موتوری با پره های آلومینیومی پوشیده شده است که گرما را از طریق سیلندر دور می کند. فن قدرتمندی باد را بر روی پره ها می وزد که موتور با تبدیل گرما به هوا خنک می شود.البته بیشتر خودروها با مایع خنک می شوند بنابراین سعی می کنیم تمرکز بیشتری بر این نوع از سیستم خنک کننده داشته باشیم.لوله کشی

http://www.sanat.me/wp-content/uploa...g-Systems1.jpgسیستم خنک کننده در خودرو دارای لوله کشی زیادی است. با پمپ شروع می شود و مجاری را در سیستم داردپمپ ، مایع را به قطعه موتوری می فرستد جایی که بین مجاری موتور و اطراف سیلندرها می رود. پس از آن سرسیلندر موتور است سپس ترموستات جایی که مایع موتور را ترک می کند قرار گرفته است. لوله کشی اطراف ترموستات مایع را به عقب اگر ترموستات بسته باشد برای پمپ به طور مستقیم می فرستد. اگر باز است اول مایع به رادیاتور می رود و سپس به پمپ برمی گردد.همچنین مدار جدایی برای سیستم گرمایشی دارد. این مدار مایع را از سرسیلندر می برد . از طریق مغز بخاری عبور می کند و سپس به پمپ برمی گردد.بر روی خودروهایی با دنده اتوماتیک، به طور عادی همچنین مدار جدایی برای خنک کردن مایع دنده در رادیاتور وجود دارد. روغن از دنده توسط سیستم انتقالی از طریق دومین مبدل حرارتی درون رادیاتور پمپ می شود.مایع

خودروها در دامنه گسترده ای از دماها از دمایی زیر دمای یخ زننده تا دمای ۱۰۰ درجه فارنهایت (۳۸ درجه سانتی گراد) کار می کنند. پس هر مایعی که برای خنک کردن موتور استفاده می شود باید نقطه انجماد خیلی پایین، نقطه جوش بالا و ظرفیت نگه داشتن دمای زیاد را داشته باشد.آب یکی از کارآترین مایع ها برای نگهداشتن گرماست ولی آب در دمای نسبتا بالایی درموتور خودرو یخ می زند. مایعی که بیشتر خودروها استفاده می کنند مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول (C₂H₆O₂) است که به عنوان ضدیخ نیز شناخته شده است. با افزودن اتیلن گلیکول به آب، دمای انجماد و جوش به طور معناداری بهبود می یابد.مایع – نقطه انجماد – نقطه جوشآب خالص : ۰ درجه سانتی گراد /۳۲ درجه فارنهایت – ۱۰۰ درجه سانتی گراد /۲۱۲ درجه فارنهایت۵۰/۵۰ مخلوط آب / C₂H₆O₂- 37- درجه سانتی گراد – ۱۰۶ درجه سانتی گرادمخلوط ۳۰/۷۰ آب / C₂H₆O₂- 55- درجه سانتی گراد – ۱۱۳ درجه سانتی گراددمای خنک کننده گاهی اوقات می تواند به ۱۲۱ تا ۱۳۵ درجه سانتی گراد برسد. حتی با اضافه کردن اتیلن گلیکول، این دمای جوش مایع خنک کننده می شود پس افزودنی باید برای افرایش نقطه جوش افزوده شود.سیستم خنک کننده از فشار بهره می برد تا نقطه جوش خنک کننده را افزایش دهد. چون دمای جوش آب در فشار خوراک پز بیشتر است اگر فشار داخل سیستم را تنظیم کنید دمای جوش خنک کننده بالاتر است. بیشتر خودروها حد فشار ۱۴ تا ۱۵ پوند را در هر اینچ مربع (psi) دارند که نقطه جوش ۲۵ درجه سانتی گراد افزایش نمی یابد پس خنک کننده می تواند به دمای بالا مقاومت کند.ضد یخ ها همچنین دارای افزودنی هایی هستند تا به خوردگی مقاومت به دست آورند.پمپ آب

http://www.sanat.me/wp-content/uploads/Water-Pump.jpg
پمپ سانتریفیوژی مانند این یکی در خودروی شما استفاده می شود.پمپ آب پمپ سانتریفیوژی ساده ای است که توسط تسمه ای به میل لنگ موتور متصل شده است. پمپ مایع را به هر جایی که موتور دارد کار می کند به گردش در می آورد.پمپ آب از نیروی سانتریفیوژی استفاده می کند تا مایع را به خارج ارسال کند در حالی که می چرخد و باعث می شود تا مایع از مرکز به طور مداوم بیرون کشیده شود. راه ورودی به پمپ نزدیک مرکز قرار گرفته است بدین منظور که مایع از رادیاتور دوباره چرخش می کند تا به پره های پمپ ضربه بزند. پره های پمپ مایع را به بیرون پمپ روانه می سازند جایی که می تواند وارد موتور شود.مایع از پمپ می گذرد اول از قطعه موتور و سرسیلندر جریان می یابد سپس به رادیاتور و در نهایت به پمپ برمی گردد.موتور

http://www.sanat.me/wp-content/uploads/Engine.jpgسمت راست – به دیواره های سیلندر نگاه کنید که نسبتا نازک هستند و بلوک موتور نسبتا توخالی است
سمت چپ – سرموتور همچنین مجاری خنک کننده بزرگی دارد

مجاری در قطعه موتور و سرسیلندر هست یا در آنها ماشین کاری شده که امکان می دهد تا مایع در آنها جریان یابند. این مجاری به طور مستقیم مایع خنک کننده را به بیشتر سطوح حیاتی موتور می برند.دما در اتاقک احتراق موتور می تواند به دمای ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد پس خنک کردن سطح اطراف سیلندرها حیاتی است. .سطوح اطراف سوپاپ های خروجی عملی حیاتی است و تقریبا همه فضای درون سرسیلندر در اطراف دریچه هایی. اگر موتور برای مدت خیلی طولانی خنک نشود می تواند دچار مشکل شود. هنگامی که این اتفاق رخ دهد فلز به اندازه ای واقعا پیستون داغ میی شود که خودش در سیلندر می تواند ذوب شود. این به معنای خرابی کامل موتور است.یک روش جالب برای کاهش تقاضای سیستم خنک کننده کاهش میزان گرمایی است که از اتاقک احتراق به قطعات فلزی موتور منتقل می شود. بعضی موتورها این کار را با پوششی درون بالای سرسیلندربا لایه نازکی از سرامیک انجام می دهند. سرامیک رسانای ضعیفی برای گرماست پس گرمای کمتری از طریق فلز هدایت می شود و بیشتر از اگزوز خارج می شود.رادیاتور

http://www.sanat.me/wp-content/uploads/radiator.jpgرادیاتور

رادیاتور نوعی مبدل حرارتی است. به گونه ای طراحی شده است تا گرما را از خنک کننده داغ منتقل کند که در طی آن جریان یافته تا هوا از طریق یک فن وزیده شود.بیشتر خودروهای مدرن از رادیاتورهای آلومینیومی استفاده می کنند. این رادیاتورها توسط پره های آلومینیوم ساخته شده اند تا لوله های آلومینیومی را تسطیح کنند. خنک کننده از ورودی به خروجی از طریق بسیاری از لوله های قرار گرفته شده به ترتیب موازی عبور می کند. پره ها گرما را از لوله ها هدایت می کنند و آن را به هوای جریان یافته از طریق رادیاتور منتقل می کنند.لوله ها گاهی اوقات نوعی پره در آنها به نام توربولاتور وجود دارند که تلاطم مایع جریان یافته از طریق لوله ها را افزایش می دهند. اگر مایع بسیار ملایم از لوله ها عبور کند تنها مایع واقعا لوله ها را لمس می کنند که به طور مستقیم آنها را خنک می کنند. میزان گرمای انتقال یافته به لوله ها از مایع حرکت یافته از طریق آنها بستگی به تفاوت دمایی بین لوله و مایعی که آن را لمس می کند دارد. پس اگر مایعی که در تماس با لوله است به طور سریع خنک شود گرمای کمتری منتقل خواهد شد. با ایجاد تلاطم در درون لوله، همه مایع یاهم مخلوط می شود، دمای لمس کننده لوله ها را حفظ می کند به منظور اینکه گرمای بیشتری را خارج کند و همه مایع درون لوله به طور موثر کار می کند.رادیاتورها معمولا مخزنی در هر سمت دارند و درون مخزن یک خنک کننده انتقالی است. در تصویر بالا می توانید ورودی و خروجی را ببینید جایی که روغن از محل انتقالی به خنک کننده وارد می شود. خنک کننده انتقالی ماند رادیاتوری درون رادیاتور است به جز اینکه گرما را به جای اینکه با هوا مبادله کند و روغن گرما را با خنک کننده ای در رادیاتور مبادله می کنند.درپوش فشار

اجزای درپوش رادیاتور و مخزنhttp://www.sanat.me/wp-content/uploads/Untitled-7.jpgدرپوش رادیاتور واقعا نقطه جوش خنک کننده را در حدود ۲۵ سانتی گراد افزایش می دهد. چگونه یک درپوش ساده چنین کاری را انجام می دهد؟ روش مشابهی مانند فشار زودپز، دمای جوش آب را افزایش می دهد. درپوش واقعا همچون سوپاپ آزادسازی فشار است و خودروها معمولا در۱۵ psi تنظیم می می شوند. هنگامی که آب تحت فشار قرار گرفته است نقطه جوش آن افزایش می یابد.هنگامی که مایع در سیستم خنک کننده گرم می شود منبسط شده و باعث می شود تا فشار ایجاد شود. درپوش تنها جایی است که این فشار می تواند فرار کند پس تنظیم فنر درپوش حداکثر فشار را در سیستم خنک کننده تنظیم می کند. این خنک کننده از لوله سرریز در پایین مخزن سرریز جریان می یابند. این نظم هوا را خارج از سیستم نگه می دارد. هنگامی که رادیاتور به پایین خنک می شود، خلایی در سیستم خنک کننده ایجاد می شود که را به طور باز به سوپاپ فنری قرار گرفته شده است که آب را از پایین مخزن سرریز مکش می کنند تا جایگزین آبی شوند که خارج می کنند.ترموستات

http://www.sanat.me/wp-content/uploads/Thermostat.jpg
کار اصلی ترموستات به موتور این امکان را می دهد تا سریع گرم شوند و سپس موتور را در دمای ثابت نگه دارند. این کار را با تنظیم میزان آبی که از رادیاتور عبور می کند تنظیم می کنماید. در دماهای پایین، خروجی به رادیاتور کاملا مسدود شده است که همه خنک کننده به پشت موتور برمی گردند.دمای خنک کننده بین ۱۸۰ و ۱۹۵ در جه فانهایت (۸۲ تا ۹۱ درجه سانتی گراد) ترموستات شروع به باز شدن می کنند که به مایع این امکان را می دهد تا از رادیاتور جریان یابند. در طی زمان، خنک کننده به ۲۰۰ تا ۲۱۸ فارنهایت (۹۳-۱۰۳ درجه سانتی گراد) می رسد ترموستات به باز است.اگر تا به حال شانس این را داشته بودید تا یکترموستات را امتحان کنید، آن را چیزی جالب خواهید یافت تا ببینید چون چیزی است که به نظر غیرممکن می آید. می توانید یکی از آن را در ظرف آب جوش در روی اجاق قرار دهید. همانطور که گرم می شود سوپاپ آن در حدود یک اینچ باز می شوذ که به طور واضحی مثل جادو است. اگر مایل هستید تا این کار را امتحان کنید به فروشگاه لوازم یدکی خودرو بروید و یکی از آنها را بخرید.راز ترموستات در سیلندر کوچکی است که بر روی سمتی از موتور قرار گرفته است. این سیلندر با واکسی پوشیده شده است که شروع به ذوب در دمایی در حدود ۱۸۰ درجه فارنهایت می کند (ترموستات های مختلف در دماهای متفاوتی باز می شوند اما ۱۸۰ درجه فارنهایت متداول است). میله متصل شده به سوپاپ در این واکس فشار داده شده است. هنگامی که واکس ذوب می شود به طور معناداری منبسط می شوند و به میله فشار می آورد تا از سیلندر خارج شود و سوپاپ را باز کند. واکس فقط مقدار کمی بیشتر منبسط می شوند و از حالت جامد به حالت مایع تغییر می کنند که از گرما منبسط شده هستند.روش مشابهی در گشاینده های اتوماتیک تهویه ها و نورگیر های گلخانه دیده می شود. در این وسایل واکس در دمای کمتری ذوب می شوند.فن

http://www.sanat.me/wp-content/uploads/cooling-fan.jpg
مانند ترموستات، فن خنک کننده کنترل خواهد شد تا به موتور این امکان را بدهد تا در دمای ثابت نگه داشته شود. در قسمت جلوی خودرو فن های الکتریکی قرار دارند. فن ها هم با یک سوییچ ترموستات یا با کامپیوتر موتور کنترل شده اند و هنگامی که دمای خنک کننده بالا می رود آنها روشن می شوند و به یک نقطه تنظیمی می رسند. آنها هنگامی که دمای آن به کمتر از یک حد معین پایین بیایند خاموش می شوند که زیر نقطه مدنظر است.سیستم گرمایشی

ممکن است این نصیحت را خیلی شنیده باشید که اگر خودروی شما بیش از حد گرم شده همه پنجره ها را باز کنید و بخاری را روی فنی با باد شدید بگذارید. این کار به خاطر این است که سیستم گرمایشی واقعا سیستم خنک کننده ثانویه ای است که سیستم خنک کننده اصلی را در روی خودرو منعکس می کند.قسمت اصلی بخاری که در داشبورد خودروی شما قرار دارد واقعا همچون رادیاتور کوچکی است. فن بخاری هوا را از طریق هسته بخاری می وزد و به قسمت مسافر خودروی شما می رود.