در موتورهای احتراق داخلی، سیستم خنک‌کاری بسیار مهم است. این سیستم اجزای گوناگونی دارد. پیشرانه‌های احتراق داخلی به‌صورت آب‌خنک یا هواخنک هستند.
درباره سیستم‌های خنک‌کاری موتور خودروها بیشتر بدانید
می‌دانستید درون موتور چهارسیلندر عادی وقتی با سرعتی درحدود نود کیلومتربرساعت در بزرگراه حرکت می‌کنید، در هر دقیقه چهارهزار انفجار کنترل‌شده رخ می‌دهد؟ هریک از این انفجارها با جرقه‌زدن شمع و بر اثر مشتعل شدن مخلوط هوا و سوخت اتفاق می‌افتند. در این فرایند حرارت چشمگیری تولید می‌شود و اگر برای کنترلش فکری نشود، به‌سادگی می‌تواند سبب آسیب‌های جدی به موتور شود. کنترل این دمای زیاد برعهده‌ی سیستم خنک‌کاری موتور است.
میتوان گفت سیستم‌های خنک‌کاری موتور خودروها از دهه‌ی ۱۹۲۰ و وقتی فورد مدل T به بازار آمد تا به امروز تغییر اساسی نکرده‌اند و اصول کار بدون تغییر باقی مانده است. گرچه بازده و کارایی سیستم‌های خنک‌کننده‌ی موتور امروزی بسیار چشمگیر است؛ همچنان روش کار همان گرداندن مایع خنک‌کننده در داخل موتور است و فرقی بین سیستم پیشرفته و قدیمی وجود ندارد. مایع خنک‌کننده پس از گرم‌شدن ازطریق حرارت پیشرانه، به رادیاتور می‌رود و در آنجا در تماس با جریان هوا دوباره خنک می‌شود. رادیاتورها نیز در اکثر خودروها برای کارایی بیشتر در جلوپنجره‌ی خودرو نصب می‌شوند؛ یعنی جایی که بیشترین تماس با هوا وجود دارد.
سیستم خنک‌کاری هر پیشرانه‌ی مدرن باید این توانایی را داشته باشد در وضعیتی که دمای هوای بیرون بین ۴۵ تا منفی ۲۵ درجه سانتی‌گراد باشد، دمای موتور را ثابت نگه دارد. جالب است بدانید با وجود اثرهای منفی که افزایش دمای موتور به‌همراه دارد؛ اما خنک‌شدن بیش از اندازه نیز اتفاق خوشایندی نیست؛ چون اگر دمای موتور خیلی کاهش پیدا کند، مصرف سوخت و آلایندگی موتور افزایش می‌یابد. افزون بر این، افزایش دمای بیش از اندازه نیز ممکن است در عرض چند دقیقه موتور را کامل از کار بیندازد.
سامانه‌های خنک‌کننده چگونه کار می‌کنند؟
برای خنک‌کردن موتور دو نوع سیستم خنک‌کاری وجود دارند:
۱. خنک‌شونده با هوا
۲. خنک‌شونده با مایع
موتورهای نوع اول را هواخنک می‌نامند و امروزه، دیگر در خودروها از موتورهای هواخنک استفاده نمی‌شود؛ اما برخی خودروهای قدیمی با موتور هواخنک نیز وجود دارند که از بین آن‌ها میتوان به فولکس‌واگن بیتل قدیمی یا مدل‌های قدیمی پورشه اشاره کرد. البته، موتورهای هواخنک هنوز در موتورسیکلت‌ها استفاده می‌شوند؛ اما خودروهای سواری و کامیون‌ها و حتی موتورسیکلت‌هایی با حجم موتور زیاد، امروزه از پیشرانه‌های نوع دوم، یعنی آب‌خنک (خنک‌شونده با مایع) بهره می‌برند.
اجزای سیستم خنک‌کاری موتور مسیرهای گردش آب در بلوک موتور و سرسیلندر، واترپمپ، ترموستات برای کنترل دما، رادیاتور، در رادیاتور برای کنترل فشار سطح مایع و شلنگ‌های انتقال مایع را شامل می‌شوند. معمولا رادیاتور کوچک‌تری نیز در مدار قرار دارد که گرمای لازم بخاری خودرو در روزهای زمستانی از آنجا تأمین می‌شود.
کارکرد سیستم آب‌خنک به‌طور ساده ارسال مایع خنک‌کننده به‌سمت موتور به‌وسیله‌ی واترپمپ، گرم‌شدن این مایع و جذب حرارت اضافی موتور، پمپ‌شدن مایع به‌سمت رادیاتور و خنک‌شدن آن براثر عبور هوا از رادیاتور و ارسال دوباره‌ی مایع خنک به داخل موتور به‌وسیله‌ی واترپمپ را دربرمی‌گیرد.
ترموستات نیز در جایی بین رادیاتور و موتور نصب می‌شود و وظیفه‌ی آن بازکردن مسیر آب در دمای خاصی است تا بدین‌ترتیب دمای موتور ثابت باقی بماند. اگر دمای موتور پایین باشد، ترموستات بسته می‌شود و مایع خنک‌کننده به‌جای حرکت به‌سمت رادیاتور، در داخل موتور گردش می‌کند تا به دمای مطلوب برسد. در دمای مطلوب ترموستات باز می‌شود و آب برای خنک‌شدن به‌سمت رادیاتور می‌رود.
با توجه به دمای بسیار زیاد موتور خودرو چگونه مایع خنک‌کننده تبخیر نمی‌شود؟
جواب این سؤال را باید در فشرده‌کردن مایع خنک‌کننده دانست. در سیستم خنک‌کاری موتور، مایع خنک‌کننده، مانند زودپز، در فشار قرار دارد و همین امر از تبدیل آن به گاز و بخار جلوگیری می‌کند. البته، خود این فشار نیز باید کنترل شود و اگر بیش از حد افزایش یابد، ممکن است به سیستم و اتصالات آن آسیب بزند. برای کنترل فشار سر مایع، سوپاپ اطمینان روی در رادیاتور کار گذاشته می‌شود تا فشار اضافی سیستم از طریق آن تخلیه شود. مایع خارج‌شده از در رادیاتور براثر فشار اضافی سیستم را شلنگ به‌سمت مخزن ذخیره‌ای به‌نام مخزن انبساط هدایت می‌کند تا پس از خنک‌شدن موتور، دوباره به داخل مدار بازگردد.
مدار گردش آب
آب رادیاتور در مدار گردش مایع خنک‌کننده ابتدا وارد بلوک اصلی موتور می‌شود و حرارت دیواره‌ی سیلندرها را به خود جذب می‌کند. سپس، به‌سمت سرسیلندر می‌رود و در آنجا نیز حرارت محفظه‌ی احتراق را جذب می‌کند. اگر ترموستات باز باشد، مایع خنک‌کننده وارد بخش بالایی رادیاتور می‌شود. به‌دلیل وجود فن در پشت رادیاتور و تبادل حرارت زیاد این بخش با هوا، وقتی آب رادیاتور از بالا تا پایین رادیاتور حرکت می‌کند، کاملا حرارتش را ازدست می‌دهد و خنک می‌شود. پس از خروج از رادیاتور، مایع خنک‌کننده دوباره به واترپمپ می‌رود تا این چرخه تکرار شود.
حجم مایع خنک‌کننده در موتورها به اندازه و حجم و نوع موتور ربط دارد. موتور هشت‌سیلندر به سیستم خنک کننده‌ی بزرگ‌تری درمقایسهبا موتور چهارسیلندر کوچک نیاز دارد. در موتورهای حجیم، ابعاد رادیاتور نیز بسیار بزرگ‌‌تر است تا سطح تماس بیشتری با هوا ایجاد کند.
ضدیخ
ضدیخ همان مایع خنک‌کننده نامیده می‌شود. مخلوط‌کردن ضدیخ با آب نه‌تنها باعث می‌شود آب یخ نزند؛ بلکه از بخارشدن آب در دمای زیاد نیز جلوگیری می‌کند. محلول‌های ضدیخ همچنین افزودنی‌هایی دارند تا از جرم‌گیری سیستم خنک‌کننده جلوگیری کنند. اکثر ضدیخ‌های امروزی مخلوطی از اتیلن ژلیکول و آب هستند. در حالت عادی، بهتر است از نیمی ضدیخ و نیمی آب استفاده کنید؛ اما اگر دمای هوا زیر صفر باشد، میتوان این نسبت را به ۷۵درصد ضدیخ و ۲۵درصد آب نیز تغییر داد.
ضدیخ ماده‌ای بسیار سمّی است و باید آن را از دسترس کودکان و حیوانات دور نگه داشت؛ به‌ویژه نباید دردسترس گربه‌ها و سگ‌ها قرار گیرد که به مزه‌های شیرین علاقه دارند. اگر اتیلن ژلیکول وارد بدن شود، ممکن است با تشکیل کریستال‌های اگزالات درون کلیه‌ها سبب مرگ شود.
رادیاتور
رادیاتور معمولا از تیوب‌های نازک آلومینیومی ساخته می‌شود که به‌صورت زیگزاگی درون بدنه‌ی اصلی قرار دارند. در اطراف این تیوب‌ها که درون آن‌ها مایع خنک‌کننده جریان دارد، نوارهای آلومینیومی وجود دارند تا تبادل دمای سریع‌تری انجام شود.
در دو سمت رادیاتورها، دو مخزن پلاستیکی وجود دارند که در قدیم از جنس مس یا برنج ساخته می‌شدند؛ اما ترکیب آلومینیوم و پلاستیک در رادیاتورهای مدرن، عمر و اطمینان بیشتری دارد و هزینه ساخت آن‌ها نیز ارزان‌تر است. در برخی خودروهای مجهز به جعبه‌دنده‌ی خودکار، خنک‌کننده‌ی روغن گیربکس درون این مخازن پلاستیکی نیز نصب می‌شود. روغن جعبه‌دنده با ورود به این خنک‌کننده می‌تواند حرارت زیادش را با مایع خنک‌کننده‌ی روغن تبادل کند.
فن
در پشت رادیاتور معمولا یک یا دو عدد فن وجود دارند. این فن‌ها در خودروهای مدرن از نوع الکتریکی هستند و دیگر با نیروی موتور چرخش نمی‌کنند. در اطراف این فن‌ها حفاظ ایمنی دومنظوره وجود دارد تا از برخورد انگشتان دست با پره‌ها جلوگیری شود. کارکرد دیگر این حفاظ دایره‌ای‌شکل ایجاد جریان مستقیم هوا است. ایراد فن‌های مکانیکی قدیمی این بود که با خاموش‌کردن موتور کار نمی‌کردند و این باعث افزایش دمای موتور پس از خاموش‌شدن می‌شد. بااین‌حال، فن‌های الکتریکی می‌توانند تا پس از خاموش‌شدن موتور خودرو نیز به‌کار ادامه دهند و موتور را تا دمای مطلوب خنک کنند. فن رادیاتور بسیار اهمیت دارد و خراب‌شدن آن ممکن است بسیار زیان‌بار باشد.
فن الکتریکی دستور خود را از کامپیوتر موتور دریافت می‌کند. وقتی دمای موتور شروع به افزایش می‌کند، کامپیوتر ازطریق حسگر دمای آب متوجه این موضوع می‌شود و فن را روشن می‌کند. در خودروهایی که به سیستم تهویه‌ی مطبوع مجهز هستند، رادیاتوری جداگانه برای کولر خودرو نیز درکنار رادیاتور موتور نصب شده است. چون هنگام روشن‌کردن کولر، لازم است رادیاتور تهویه دائما خنک شود؛ به‌همین‌دلیل، فن الکتریکی دائم کار می‌کند. پس اگر دیدید در هنگام روشن‌بودن کولر خودرو دائما فن دور تند می‌گیرد، خیلی نگران نباشید.
در رادیاتور
همان‌طورکه در ابتدا اشاره کردیم، افزایش فشار مایع خنک‌کننده بخشی از عملکرد سیستم خنک‌کاری موتور است. اگر این فشار از کنترل خارج شود و بیش‌ازحد افزایش یابد، سوپاپ اطمینان از نوع فنری روی در رادیاتور کار گذاشته و با بازشدن آن، فشار اضافی به‌سمت مخزن انبساط هدایت می‌شود.
با رفتن بخشی از مایع خنک‌کننده به مخزن انبساط حجم مایع سیستم کاهش پیدا می‌کند؛ به‌همین‌دلیل، با سردشدن موتور این مایع به‌صورت خودکار دوباره از منبع انبساط به سیستم برمی‌گردد.
واترپمپ
واترپمپ، پمپی ساده است که آب را در سیستم خنک‌کاری به‌حرکت درمی‌آورد. واترپمپ معمولا در بخش جلویی موتور قرار دارد و در اکثر خودروها نیروی خود را با استفاده از تسمه از میل‌لنگ دریافت می‌کند. در برخی خودروهای مدرن، از واترپمپ‌های برقی استفاده می‌شود. واترپمپ‌ها معمولا از هوزینگ چدنی برخوردارند و پره‌های آن‌ها آلومینیومی است. برای اینکه آب رادیاتور از واترپمپ به بیرون نشت نکند، واشر در واترپمپ قرار داده شده که درصورت آسیب‌دیدن آن، سطح مایع خنک‌کننده شروع به کاهش می‌کند. در‌این‌صورت، با مراجعه به مکانیک این واشر را با واشری نو باید تعویض کنید.
ترموستات
ترموستات سوپاپ حرارتی ساده‌ای به‌شمار می‌رود که هنگام سردبودن بسته و در دمای خاصی نیز بازمی‌شود تا مسیر آب جریان پیدا کند. وجود ترموستات برای کارکرد صحیح سیستم بخاری نیز حیاتی است و اگر ترموستات وجود نداشت، بخاری خودروها خیلی دیر گرم می‌شد.
از دهه‌ی ۱۹۷۰ به بعد، ترموستات‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که دمای مایع خنک‌کننده را بین ۸۹ تا ۹۱ درجه‌ی سانتی‌گراد نگه دارند. ترموستات‌ها معمولا در جلو و بالای موتور نصب می‌شوند تا دسترسی به آن‌ها راحت باشد. طراحی محفظه‌ی (هوزینگ) ترموستات نیز معمولا به‌گونه‌ای انجام می‌شود که بازکردن آن راحت باشد و در اکثر خودروها، فقط با بازکردن دو عدد پیچ میتوان ترموستات را جدا کرد. ترموستات یک واشر هم دارد که محل اتصال هوزینگ به سرسیلندر را آب‌بندی می‌کند. آسیب‌دیدن این واشر را نیز از نشت‌کردن مایع خنک‌کننده از اطراف ترموستات میتوان تشخیص داد. در برخی مواقه نادر از ترموستات‌های بدون واشر نیز استفاده شده است.
پولکی سر سیلندر
برای ساخت سرسیلندر از روش ریخته‌گری در قالب‌های شِنی استفاده می‌شود. پس از پایان ریخته‌گری و سردشدن فلز مذاب، خاک و شن از داخل قطعه باید تخلیه شوند. برای این منظور سوراخ‌های بزرگی در سمتی از سرسیلندر وجود دارند. این سوراخ‌ها پس از مونتاژ موتور با پولی‌هایی از جنس فولاد مسدود می‌شوند. معمولا هیچ‌گاه نیز لازم نمی‌شود این پولکی‌ها تعویض شوند. گفتنی است کارکرد دیگر این پولکی‌ها در زمان یخ‌زدن احتمالی مایع خنک‌کننده است.
ممکن است گاهی افراد به‌اشتباه آب خالی را درون رادیاتور بریزند و فراموش کنند ضدیخ را اضافه کنند. در این هنگام و در فصل زمستان، با یخ‌زدن آب درون مجراهای سیستم خنک‌کاری احتمال دارد سرسیلندر تَرَک بخورد و کاملا از بین برود. برای جلوگیری از چنین اتفاقی، این پولکی‌ها از جایشان خارج می‌شوند تا سرسیلندر آسیبی نبیند. میتوان گفت وقتی به نگه‌داری از خودرو خود اهمیت دهید و در بازه‌های زمانی استاندارد مایع خنک‌کننده را تعویض کنید، مشکلی با این پولی‌ها نخواهید داشت.
نگه‌داری از سیستم خنک‌کننده‌ی خودرو
یکی از بهترین راه‌ها برای حفظ سلامت سیستم خنک‌کننده، تعویض مایع خنک‌کننده در فواصل زمانی منظم است. دلیل این کار را باید در افزودنی‌های شیمیایی جست‌وجو کرد که در ساخت ضدیخ‌ها به‌کار رفته‌اند. بیشترِ این افزودنی‌ها، افزودنی ضدخوردگی هستند تا بخش‌های فلزی موتور آسیب نبینند. باوجوداین، نمی‌توان به‌طور کامل از خوردگی موتور جلوگیری کرد و ممکن است تکه‌های ریز فلزی وارد مدار خنک‌کننده شوند و به تیوب‌های داخل رادیاتور آسیب برسانند یا مسیر آن‌ها را مسدود کنند. درصورت مسدودشدن رادیاتور و جرم‌گرفتن داخل آن، دمای موتور شروع به افزایش می‌کند و این ممکن است بسیار خطرناک باشد. ضدیخ تاحدزیادی از خوردگی جلوگیری می‌کند؛ اما بالاخره طول عمر مشخصی دارد و نمی‌توان از آن برای مدت طولانی استفاده کرد.
جدیدترین ضدیخ‌ها نیز بیشتر از پنج سال یا ۱۵۰هزار کیلومتر عمر نمی‌کنند. این را نیز باید درنظر بگیرید ضدیخ‌های قرمزرنگ از طول عمر بیشتری درمقایسهبا نمونه‌های سبز و آبی برخوردارند. خودروهای جنرال‌موتورز از سال ۱۹۹۶ و بسیاری از خودروهای ژاپنی از این نوع ضدیخ‌ها استفاده می‌کنند. بااین‌حال، اکثر خودروها از ضدیخ‌های سبزرنگ استفاده می‌کنند. این نوع ضدیخ‌ها نیز معمولا بیشتر از دو سال یا ۳۰هزار کیلومتر عمر نمی‌کنند. این امکان وجود دارد ضدیخ خودرو خود را با مدل دیگر عوض کنید؛ اما کل سیستم کامل باید خالی شود. مخلوط‌کردن دو نوع ضدیخ مختلف باهم ممکن است عمر این مایع را بسیار کاهش دهد.
هرسال لازم است آزمایش‌هایی روی سیستم خنک‌کننده‌ی خودرو انجام دهید تا از صحت کارکرد آن مطمئن شوید. این آزمایش‌ها عبارت‌اند از:
بازدید ظاهری شلنگ‌ها و اتصالات و بررسی نبود نشتی
بازدید و بررسی در رادیاتور
آزمایش عملکرد ترموستات
بررسی نبود نشتی از اطراف ترموستات یا واترپمپ
بررسی نبود نشتی مایع از رادیاتور بخاری
بررسی سالم‌بودن واشرسرسیلندر
آزمودن کارکرد فن دور تند و کند
سوختن واشرسرسیلندر یکی از بدترین اتفاقاتی است که می‌تواند برای خودرو بیفتد. آسیب‌دیدن این واشر شاید باعث شود مایع خنک‌کننده وارد محفظه‌ی احتراق شود. در حالت بدتر، اگر واشر از سمت مدار روغن‌کاری نیز آسیب ببیند، ممکن است مایع خنک‌کننده وارد مدار روغن‌کاری و روغن موتور هم وارد مدار خنک‌کننده شود که وضعیت بسیار خطرناک و بدی است. از دیگر دلایلی که می‌تواند سبب بُروز چنین مشکلاتی شود، تاب‌برداشتن سرسیلندر است که معمولا درصورت افزایش دمای بیش‌ازاندازه اتفاق می‌افتد. یکی از نشانه‌های آسیب‌دیدن واشرسرسیلندر خروج بخارآب (دود سفید) از لوله اگزوز است. البته، خروج بخارآب از اگزوز در روزهای سرد و در فصل زمستان عادی است؛ اما در تابستان نباید بخاری مشاهده شود. موضوع دیگر ممکن است ورود فشار تراکم (کمپرس) موتور به داخل مدار خنک‌کننده باشد که یکی از علائم آن بادکردن شلنگ‌های رادیاتور است.
جرم‌گرفتن مدار خنک‌کننده نیز خبر خوشحال‌کننده‌ای نیست؛ زیرا اگر به بسته‌شدن مجراهای رادیاتور منجر شود، سرآغازی برای سوختن واشرسرسیلندر ممکن است باشد. گاهی میزان جرم‌گرفتگی کم است و میتوان با تعویض ضدیخ و استفاده از برخی محلول‌ها جرم‌ها را از درون مدار و موتور پاک‌سازی کرد. باوجوداین، گاهی حجم جرم‌گرفتگی و رسوب به‌حدی است که باید رادیاتور یا مخزن انبساط را تعویض کرد. نشتی‌های کوچک و جزئی را هم میتوان با کمک محلول‌های ضدنشتی برطرف کرد. بهتر است با روش‌های سنّتی مطمئن نشوید؛ ولی نشتی گسترده را فقطا میتوان با تعویض قسمت معیوب رفع کرد.
منبع: زومیت