سیستم خنک کاری خودرو چگونه کار میکند؟
زوميت/ در موتورهاي احتراق داخلي، سيستم خنککاري بسيار مهم است. اين سيستم اجزاي گوناگوني دارد. پيشرانههاي احتراق داخلي بهصورت آبخنک يا هواخنک هستند. ميدانستيد درون موتور چهارسيلندر عادي وقتي با سرعتي درحدود نود کيلومتربرساعت در بزرگراه حرکت ميکنيد، در هر دقيقه چهارهزار انفجار کنترلشده رخ ميدهد؟ هريک از اين انفجارها با جرقهزدن شمع و براثر مشتعلشدن مخلوط هوا و سوخت اتفاق ميافتند. در اين فرايند حرارت چشمگيري توليد ميشود و اگر براي کنترلش فکري نشود، بهسادگي ميتواند سبب آسيبهاي جدي به موتور شود. کنترل اين دماي زياد برعهدهي سيستم خنککاري موتور است. ميتوان گفت سيستمهاي خنککاري موتور خودروها از دههي ۱۹۲۰ و وقتي فورد مدل T به بازار آمد تابهامروز تغيير اساسي نکردهاند و اصول کار بدون تغيير باقي مانده است. گرچه بازده و کارايي سيستمهاي خنککنندهي موتور امروزي بسيار چشمگير است؛ همچنان روش کار همان گرداندن مايع خنککننده در داخل موتور است و فرقي بين سيستم پيشرفته و قديمي وجود ندارد. مايع خنککننده پس از گرمشدن ازطريق حرارت پيشرانه، به رادياتور ميرود و در آنجا در تماس با جريان هوا دوباره خنک ميشود. رادياتورها نيز در اکثر خودروها براي کارايي بيشتر در جلوپنجرهي خودرو نصب ميشوند؛ يعني جايي که بيشترين تماس با هوا وجود دارد. سيستم خنککاري هر پيشرانهي مدرن بايد اين توانايي را داشته باشد در وضعيتي که دماي هواي بيرون بين ۴۵ تا منفي ۲۵ درجه سانتيگراد باشد، دماي موتور را ثابت نگه دارد. جالب است بدانيد با وجود اثرهاي منفي که افزايش دماي موتور بههمراه دارد؛ اما خنکشدن بيشازاندازه نيز اتفاق خوشايندي نيست؛ چون اگر دماي موتور خيلي کاهش پيدا کند، مصرف سوخت و آلايندگي موتور افزايش مييابد. افزونبراين، افزايش دماي بيشازاندازه نيز ممکن است در عرض چند دقيقه موتور را کامل ازکار بيندازد. سامانههاي خنککننده چگونه کار ميکنند؟ براي خنککردن موتور دو نوع سيستم خنککاري وجود دارند: ۱. خنکشونده با هوا؛ ۲. خنکشونده با مايع. موتورهاي نوع اول را هواخنک مينامند و امروزه، ديگر در خودروها از موتورهاي هواخنک استفاده نميشود؛ اما برخي خودروهاي قديمي با موتور هواخنک نيز وجود دارند که از بين آنها ميتوان به فولکسواگن بيتل قديمي يا مدلهاي قديمي پورشه اشاره کرد. البته، موتورهاي هواخنک هنوز در موتورسيکلتها استفاده ميشوند؛ اما خودروهاي سواري و کاميونها و حتي موتورسيکلتهايي با حجم موتور زياد، امروزه از پيشرانههاي نوع دوم، يعني آبخنک (خنکشونده با مايع) بهره ميبرند. اجزاي سيستم خنککاري موتور مسيرهاي گردش آب در بلوک موتور و سرسيلندر، واترپمپ، ترموستات براي کنترل دما، رادياتور، در رادياتور براي کنترل فشار سطح مايع و شلنگهاي انتقال مايع را شامل ميشوند. معمولا رادياتور کوچکتري نيز در مدار قرار دارد که گرماي لازم بخاري خودرو در روزهاي زمستاني از آنجا تأمين ميشود. کارکرد سيستم آبخنک بهطور ساده ارسال مايع خنککننده بهسمت موتور بهوسيلهي واترپمپ، گرمشدن اين مايع و جذب حرارت اضافي موتور، پمپشدن مايع بهسمت رادياتور و خنکشدن آن براثر عبور هوا از رادياتور و ارسال دوبارهي مايع خنک به داخل موتور بهوسيلهي واترپمپ را دربرميگيرد. ترموستات نيز در جايي بين رادياتور و موتور نصب ميشود و وظيفهي آن بازکردن مسير آب در دماي خاصي است تا بدينترتيب دماي موتور ثابت باقي بماند. اگر دماي موتور پايين باشد، ترموستات بسته ميشود و مايع خنککننده بهجاي حرکت بهسمت رادياتور، در داخل موتور گردش ميکند تا به دماي مطلوب برسد. در دماي مطلوب يا اصطلاحا Operating Tempreture ترموستات باز ميشود و آب براي خنکشدن بهسمت رادياتور ميرود. احتمالا اين سؤال برايتان پيش ميآيد: باتوجهبه دماي بسيار زياد موتور خودرو چگونه مايع خنککننده تبخير نميشود؟ جواب اين سؤال را بايد در فشردهکردن مايع خنککننده دانست. در سيستم خنککاري موتور، مايع خنککننده، مانند زودپز، در فشار قرار دارد و همين امر از تبديل آن به گاز و بخار جلوگيري ميکند. البته، خود اين فشار نيز بايد کنترل شود و اگر بيشازحد افزايش يابد، ممکن است به سيستم و اتصالات آن آسيب بزند. براي کنترل فشار سر مايع، سوپاپ اطمينان روي در رادياتور کار گذاشته ميشود تا فشار اضافي سيستم ازطريق آن تخليه شود. مايع خارجشده از در رادياتور براثر فشار اضافي سيستم را شلنگ بهسمت مخزن ذخيرهاي بهنام مخزن انبساط هدايت ميکند تا پس از خنکشدن موتور، دوباره به داخل مدار بازگردد. مدار گردش آب آب رادياتور در مدار گردش مايع خنککننده ابتدا وارد بلوک اصلي موتور ميشود و حرارت ديوارهي سيلندرها را به خود جذب ميکند. سپس، بهسمت سرسيلندر ميرود و در آنجا نيز حرارت محفظهي احتراق را جذب ميکند. اگر ترموستات باز باشد، مايع خنککننده وارد بخش بالايي رادياتور ميشود. بهدليل وجود فن در پشت رادياتور و تبادل حرارت زياد اين بخش با هوا، وقتي آب رادياتور از بالا تا پايين رادياتور حرکت ميکند، کاملا حرارتش را ازدست ميدهد و خنک ميشود. پس از خروج از رادياتور، مايع خنککننده دوباره به واترپمپ ميرود تا اين چرخه تکرار شود. حجم مايع خنککننده در موتورها به اندازه و حجم و نوع موتور ربط دارد. موتور هشتسيلندر به سيستم خنک کنندهي بزرگتري درمقايسهبا موتور چهارسيلندر کوچک نياز دارد. در موتورهاي حجيم، ابعاد رادياتور نيز بسيار بزرگتر است تا سطح تماس بيشتري با هوا ايجاد کند. ضديخ ضديخ همان مايع خنککننده ناميده ميشود. مخلوطکردن ضديخ با آب نهتنها باعث ميشود آب يخ نزند؛ بلکه از بخارشدن آب در دماي زياد نيز جلوگيري ميکند. محلولهاي ضديخ همچنين افزودنيهايي دارند تا از جرمگيري سيستم خنککننده جلوگيري کنند. اکثر ضديخهاي امروزي مخلوطي از اتيلن ژليکول و آب هستند. در حالت عادي، بهتر است از نيمي ضديخ و نيمي آب استفاده کنيد؛ اما اگر دماي هوا زير صفر باشد، ميتوان اين نسبت را به ۷۵درصد ضديخ و ۲۵درصد آب نيز تغيير داد. ضديخ مادهاي بسيار سمّي است و بايد آن را از دسترس کودکان و حيوانات دور نگه داشت؛ بهويژه نبايد دردسترس گربهها و سگها قرار گيرد که به مزههاي شيرين علاقه دارند. اگر اتيلن ژليکول وارد بدن شود، ممکن است با تشکيل کريستالهاي اگزالات درون کليهها سبب مرگ شود. رادياتور رادياتور معمولا از تيوبهاي نازک آلومينيومي ساخته ميشود که بهصورت زيگزاگي درون بدنهي اصلي قرار دارند. در اطراف اين تيوبها که درون آنها مايع خنککننده جريان دارد، نوارهاي آلومينيومي وجود دارند تا تبادل دماي سريعتري انجام شود. در دو سمت رادياتورها، دو مخزن پلاستيکي وجود دارند که در قديم از جنس مس يا برنج ساخته ميشدند؛ اما ترکيب آلومينيوم و پلاستيک در رادياتورهاي مدرن، عمر و اطمينان بيشتري دارد و هزينه ساخت آنها نيز ارزانتر است. در برخي خودروهاي مجهز به جعبهدندهي خودکار، خنککنندهي روغن گيربکس درون اين مخازن پلاستيکي نيز نصب ميشود. روغن جعبهدنده با ورود به اين خنککننده ميتواند حرارت زيادش را با مايع خنککنندهي روغن تبادل کند. فن در پشت رادياتور معمولا يک يا دو عدد فن وجود دارند. اين فنها در خودروهاي مدرن از نوع الکتريکي هستند و ديگر با نيروي موتور چرخش نميکنند. در اطراف اين فنها حفاظ ايمني دومنظوره وجود دارد تا از برخورد انگشتان دست با پرهها جلوگيري شود. کارکرد ديگر اين حفاظ دايرهايشکل ايجاد جريان مستقيم هوا است. ايراد فنهاي مکانيکي قديمي اين بود که با خاموشکردن موتور کار نميکردند و اين باعث افزايش دماي موتور پس از خاموششدن ميشد. بااينحال، فنهاي الکتريکي ميتوانند تا پس از خاموششدن موتور خودرو نيز بهکار ادامه دهند و موتور را تا دماي مطلوب خنک کنند. فن رادياتور بسيار اهميت دارد و خرابشدن آن ممکن است بسيار زيانبار باشد. فن الکتريکي دستور خود را از کامپيوتر موتور دريافت ميکند. وقتي دماي موتور شروع به افزايش ميکند، کامپيوتر ازطريق حسگر دماي آب متوجه اين موضوع ميشود و فن را روشن ميکند. در خودروهايي که به سيستم تهويهي مطبوع مجهز هستند، رادياتوري جداگانه براي کولر خودرو نيز درکنار رادياتور موتور نصب شده است. چون هنگام روشنکردن کولر، لازم است رادياتور تهويه دائما خنک شود؛ بههميندليل، فن الکتريکي دائم کار ميکند. پس اگر ديديد در هنگام روشنبودن کولر خودرو دائما فن دور تند ميگيرد، خيلي نگران نباشيد. در رادياتور همانطورکه در ابتدا اشاره کرديم، افزايش فشار مايع خنککننده بخشي از عملکرد سيستم خنککاري موتور است. اگر اين فشار از کنترل خارج شود و بيشازحد افزايش يابد، سوپاپ اطمينان از نوع فنري روي در رادياتور کار گذاشته و با بازشدن آن، فشار اضافي بهسمت مخزن انبساط هدايت ميشود. با رفتن بخشي از مايع خنککننده به مخزن انبساط حجم مايع سيستم کاهش پيدا ميکند؛ بههميندليل، با سردشدن موتور اين مايع بهصورت خودکار دوباره از منبع انبساط به سيستم برميگردد. واترپمپ واترپمپ، پمپي ساده است که آب را در سيستم خنککاري بهحرکت درميآورد. واترپمپ معمولا در بخش جلويي موتور قرار دارد و در اکثر خودروها نيروي خود را با استفاده از تسمه از ميللنگ دريافت ميکند. در برخي خودروهاي مدرن، از واترپمپهاي برقي استفاده ميشود. واترپمپها معمولا از هوزينگ چدني برخوردارند و پرههاي آنها آلومينيومي است. براي اينکه آب رادياتور از واترپمپ به بيرون نشت نکند، واشر در واترپمپ قرار داده شده که درصورت آسيبديدن آن، سطح مايع خنککننده شروع به کاهش ميکند. دراينصورت، با مراجعه به مکانيک اين واشر را با واشري نو بايد تعويض کنيد. ترموستات ترموستات سوپاپ حرارتي سادهاي بهشمار ميرود که هنگام سردبودن بسته و در دماي خاصي نيز بازميشود تا مسير آب جريان پيدا کند. وجود ترموستات براي کارکرد صحيح سيستم بخاري نيز حياتي است و اگر ترموستات وجود نداشت، بخاري خودروها خيلي دير گرم ميشد. از دههي ۱۹۷۰ به بعد، ترموستاتها بهگونهاي طراحي شدهاند که دماي مايع خنککننده را بين ۸۹ تا ۹۱ درجهي سانتيگراد نگه دارند. ترموستاتها معمولا در جلو و بالاي موتور نصب ميشوند تا دسترسي به آنها راحت باشد. طراحي محفظهي (هوزينگ) ترموستات نيز معمولا بهگونهاي انجام ميشود که بازکردن آن راحت باشد و در اکثر خودروها، فقط با بازکردن دو عدد پيچ ميتوان ترموستات را جدا کرد. ترموستات يک واشر هم دارد که محل اتصال هوزينگ به سرسيلندر را آببندي ميکند. آسيبديدن اين واشر را نيز از نشتکردن مايع خنککننده از اطراف ترموستات ميتوان تشخيص داد. در برخي مواقه نادر از ترموستاتهاي بدون واشر نيز استفاده شده است. پولکيهاي سرسيلندر (پولي فريز) براي ساخت سرسيلندر از روش ريختهگري در قالبهاي شِني استفاده ميشود. پس از پايان ريختهگري و سردشدن فلز مذاب، خاک و شن از داخل قطعه بايد تخليه شوند. براي اين منظور سوراخهاي بزرگي در سمتي از سرسيلندر وجود دارند. اين سوراخها پس از مونتاژ موتور با پوليهايي از جنس فولاد مسدود ميشوند. معمولا هيچگاه نيز لازم نميشود اين پولکيها تعويض شوند. گفتني است کارکرد ديگر اين پولکيها در زمان يخزدن احتمالي مايع خنککننده است. ممکن است گاهي افراد بهاشتباه آب خالي را درون رادياتور بريزند و فراموش کنند ضديخ را اضافه کنند. در اين هنگام و در فصل زمستان، با يخزدن آب درون مجراهاي سيستم خنککاري احتمال دارد سرسيلندر تَرَک بخورد و کاملا از بين برود. براي جلوگيري از چنين اتفاقي، اين پولکيها از جايشان خارج ميشوند تا سرسيلندر آسيبي نبيند. ميتوان گفت وقتي به نگهداري از خودرو خود اهميت دهيد و در بازههاي زماني استاندارد مايع خنککننده را تعويض کنيد، مشکلي با اين پوليها نخواهيد داشت. نگهداري از سيستم خنککنندهي خودرو يکي از بهترين راهها براي حفظ سلامت سيستم خنککننده، تعويض مايع خنککننده در فواصل زماني منظم است. دليل اين کار را بايد در افزودنيهاي شيميايي جستوجو کرد که در ساخت ضديخها بهکار رفتهاند. بيشترِ اين افزودنيها، افزودني ضدخوردگي هستند تا بخشهاي فلزي موتور آسيب نبينند. باوجوداين، نميتوان بهطور کامل از خوردگي موتور جلوگيري کرد و ممکن است تکههاي ريز فلزي وارد مدار خنککننده شوند و به تيوبهاي داخل رادياتور آسيب برسانند يا مسير آنها را مسدود کنند. درصورت مسدودشدن رادياتور و جرمگرفتن داخل آن، دماي موتور شروع به افزايش ميکند و اين ممکن است بسيار خطرناک باشد. ضديخ تاحدزيادي از خوردگي جلوگيري ميکند؛ اما بالاخره طول عمر مشخصي دارد و نميتوان از آن براي مدت طولاني استفاده کرد. جديدترين ضديخها نيز بيشتر از پنج سال يا ۱۵۰هزار کيلومتر عمر نميکنند. اين را نيز بايد درنظر بگيريد ضديخهاي قرمزرنگ از طول عمر بيشتري درمقايسهبا نمونههاي سبز و آبي برخوردارند. خودروهاي جنرالموتورز از سال ۱۹۹۶ و بسياري از خودروهاي ژاپني از اين نوع ضديخها استفاده ميکنند. بااينحال، اکثر خودروها از ضديخهاي سبزرنگ استفاده ميکنند. اين نوع ضديخها نيز معمولا بيشتر از دو سال يا ۳۰هزار کيلومتر عمر نميکنند. اين امکان وجود دارد ضديخ خودرو خود را با مدل ديگر عوض کنيد؛ اما کل سيستم کامل بايد خالي شود. مخلوطکردن دو نوع ضديخ مختلف باهم ممکن است عمر اين مايع را بسيار کاهش دهد. هرسال لازم است آزمايشهايي روي سيستم خنککنندهي خودرو انجام دهيد تا از صحت کارکرد آن مطمئن شويد. اين آزمايشها عبارتاند از: بازديد ظاهري شلنگها و اتصالات و بررسي نبود نشتي بازديد و بررسي در رادياتور آزمايش عملکرد ترموستات بررسي نبود نشتي از اطراف ترموستات يا واترپمپ بررسي نبود نشتي مايع از رادياتور بخاري بررسي سالمبودن واشرسرسيلندر آزمودن کارکرد فن دور تند و کند سوختن واشرسرسيلندر يکي از بدترين اتفاقاتي است که ميتواند براي خودرو بيفتد. آسيبديدن اين واشر شايد باعث شود مايع خنککننده وارد محفظهي احتراق شود. در حالت بدتر، اگر واشر از سمت مدار روغنکاري نيز آسيب ببيند، ممکن است مايع خنککننده وارد مدار روغنکاري و روغن موتور هم وارد مدار خنککننده شود که وضعيت بسيار خطرناک و بدي است. از ديگر دلايلي که ميتواند سبب بُروز چنين مشکلاتي شود، تاببرداشتن سرسيلندر است که معمولا درصورت افزايش دماي بيشازاندازه اتفاق ميافتد. يکي از نشانههاي آسيبديدن واشرسرسيلندر خروج بخارآب (دود سفيد) از لوله اگزوز است. البته، خروج بخارآب از اگزوز در روزهاي سرد و در فصل زمستان عادي است؛ اما در تابستان نبايد بخاري مشاهده شود. موضوع ديگر ممکن است ورود فشار تراکم (کمپرس) موتور به داخل مدار خنککننده باشد که يکي از علائم آن بادکردن شلنگهاي رادياتور است. جرمگرفتن مدار خنککننده نيز خبر خوشحالکنندهاي نيست؛ زيرا اگر به بستهشدن مجراهاي رادياتور منجر شود، سرآغازي براي سوختن واشرسرسيلندر ممکن است باشد. گاهي ميزان جرمگرفتگي کم است و ميتوان با تعويض ضديخ و استفاده از برخي محلولها جرمها را از درون مدار و موتور پاکسازي کرد. باوجوداين، گاهي حجم جرمگرفتگي و رسوب بهحدي است که بايد رادياتور يا مخزن انبساط را تعويض کرد. نشتيهاي کوچک و جزئي را هم ميتوان با کمک محلولهاي ضدنشتي برطرف کرد. بهتر است با روشهاي سنّتي مطمئن نشويد؛ ولي نشتي گسترده را فقطا ميتوان با تعويض قسمت معيوب رفع کرد