تبلیغات
وبلاگ تخصصی مهندسی خودرو و برق خودرو - خنک کاری
وبلاگ تخصصی مهندسی خودرو و برق خودرو

خنک کاری

سه شنبه 3 فروردین 1389  ساعت: 07:32 ب.ظ

موتورهای بنزینی گرچه تا حدزیادی بهبود یافته‌ و اصلاح شده‌اند، اما هنوز بازده بالایی برای تبدیل انرژی شیمیایی به توان مكانیكی ندارند. بیشترین میزان انرژی موجود در بنزین (شاید 70درصد) به گرما تبدیل می‌شود و مهم‌ترین وظیفه سیستم خنك‌كاری خودرو، مراقبت و استفاده صحیح از گرمای ایجاد شده است

در واقع، نخستین وظیفه سیستم خنك‌كاری خودرو، جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد مجاز خودرو ازطریق انتقال گرما به هوای بیرون خودرو است. موتور خودرو، بهترین عملكرد را در دمای مناسب و بهینه بالای خود دارد. وقتی موتور سرد است، عملكرد اجزای آن با نقصان مواجه می‌شود و بازده موتور كمتر و در نتیجه آلودگی ایجاد شده بیشتر می‌شود. بنابراین، دیگر وظیفه مهم سیستم خنك‌كاری خودرو این است كه به موتور اجازه دهد با سرعت ممكن به دمای بالای بهینه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمایی ثابت نگه دارد.

درون موتور خودرو، سوخت به طور دائم می‌سوزد و عمل احتراق انجام می‌شود. گرمای حاصل از احتراق، به میزان زیادی از طریق اگزوز خارج می‌شود، اما مقداری از گرمای ایجاد شده به داخل موتور رسوخ كرده و باعث افزایش دما و در نهایت گرم شدن موتور می‌شود.

موتور، زمانی خوب كار می‌كند كه دمای مایع سردكننده، حدود 93درجه سانتی‌گراد یا حدود 200 درجه فارنهایت باشد. در این دما:

- محفظه احتراق به اندازه كافی گرم می‌شود تا احتراقی بهتر و آلودگی كمترحاصل شود.

- لزجت روغن موتور كمتر و در نتیجه عملكرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور كمتر می‌شود.

- فرسایش قطعات و اجزای فلزی كمتر می‌شود.

 

دو نوع سیستم خنك‌كاری در خودرو وجود دارد كه عبارتند از:

1. سیستم خنك‌كاری با مایع (Liquid-Cooled System)

2. سیستم خنك‌كاری با هوا (Air-Cooled System)

 

سیستم خنك‌كاری با مایع

در این سیستم، برای خنك كردن موتور از لوله‌ها و مسیرهای تعبیه شده در موتور استفاده شده و مایع موردنظر دراین مسیرها گردش و جریان دارد. براثر جریان مایع در طول مسیر، گرمای موتور جذب ‌شده و موتور خنك می‌شود. بعد از اینكه مایع، گرمای موتور را جذب كرد و از موتور خارج شد، به رادیاتور یا مبدل انتقال حرارت وارد شده و بر اثر دمیدن هوا توسط فن و انتقال گرما به هوای اطراف خنك می‌شود.

 

سیستم خنك‌كاری با هوا

برخی خودروهای قدیمی و تعداد زیادی از خودروهای مدرن امروزی، مجهز به سیستم خنك‌كاری با هوا هستند. بدنه وبلوك موتور با پره‌های آلومینیمی پوشیده شده است تا گرمای سیلندر را به هوای اطراف منتقل كند. فنی بسیار قوی نیز تعبیه شده كه هوا را با سرعت و فشار زیاد به سطح این پره‌ها می‌دمد ودرنهایت گرما را به هوای اطراف منتقل می‌كند.

 

سیستم لوله‌كشی یا مسیرها و مجراهای تعبیه شده در سیستم خنك‌كاری

در سیستم خنك‌كاری خودرو، مجراها (مسیرهای عبور مایع) و به اصطلاح سیستم لوله‌كشی متعددی وجود دارد. با استارت خودرو، پمپ فعال شده و مایع را به بلوك موتور ارسال می‌كند و از تمامی مسیرهای تعبیه شده می‌گذرد و وارد سیلندر می‌شود.

ترموستات نیز در محل خروجی مایع از موتور واقع شده است. اگر ترموستات بسته باشد، مایع از طریق مجراهای تعبیه شده مستقیماً به مسیر اولیه پمپ باز می‌شود. البته مداری جداگانه‌ نیز برای سیستم گرمایش خودرو وجود دارد، به‌طوری كه در این چرخه، مایع از سرسیلندر عبور كرده و پس از گرم شدن، دوباره به مسیر اولیه پمپ باز می‌‏گردد.

در خودروهای دارای گیربكس (سیستم انتقال قدرت) اتوماتیك، مسیری جداگانه‌ نیز برای خنك‌كاری گیربكس وجود دارد. در این مكانیزم، روغن گیربكس عمل خنك‌كاری را انجام می‌دهد.

 

مایع خنك‌كاری

خودروها در گستره‌ای وسیع از دما‌های مختلف كار می‌كنند و به همین دلیل، مایع خنك‌كاری موجود در موتور آنها، دماهای مختلفی را شامل می‌شود.

مایع خنك‌كاری مناسب باید دمای نقطه جوش بالا، دمای نقطه انجماد پایین و ظرفیت گرمایی بالایی داشته باشد.

آب، یكی از مایع‌های متداول است كه ظرفیت حرارتی بالایی دارد، اما فاقد نقطه انجماد پایین بوده و به همین دلیل، آب خالص برای خنك‌كاری موتور و استفاده در خودرو، مایعی مناسب نیست.

مایع خنك‌كاری مناسب و مورداستفاده در خودرو كه بیشترین كاربرد را دارد، مخلوطی از آب و اتیلن گلیكول (C2H6O2) یا همان ضدیخ است. افزودن اتیلن گلیكول به آب، باعث بهبود وضعیت نقاط جوش و انجماد می‌شود. دمای مایع خنك‌كننده گاهی به 121-135 سانتی‌گراد نیز می‌رسد. بیان این نكته ضروری است كه ضدیخ، شامل تركیباتی است كه مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد و این امر یكی از مزایای استفاده از ضدیخ در خودرو تلقی می‌شود.

 

واترپمپ

این قطعه، پمپ دورانی گریز از مركز ساده‌ای است كه به وسیله تسمه متصل به میل‌لنگ موتور، دوران می‌كند. هنگامی كه خودرو روشن است و موتور كار می‌كند، واترپمپ مایع خنك‌كننده را در مدار خنك‌كاری به حركت در می‌آورد.

حركت دورانی پمپ و در نتیجه نیروی گریز از مركز ایجاد شده، باعث حركت مایع خنك‌كننده و جریان آن درمدار سیستم خنك‌كاری می‌شود. مجرای ورودی واترپمپ در نزدیك مركز آن قرار دارد. پره‌های پمپ، مایع خنك‌كننده را به بیرون هدایت می‌كنند. به طور كلی واترپمپ، مایع را ابتدا از موتور و سرسیلندر عبور داده و سپس به رادیاتور هدایت می‌كند.

 

موتور

بلوك موتور و سرسیلندر، شامل تعداد زیادی سوراخ و مجرای عبور مایع است (سطوح ماشینكاری شده با دقت بالا) كه مایع خنك‌كننده از آنها عبور می‌كند. این مجراها، مایع خنك‌كننده را به نقاط بحرانی بلوك موتور و سرسیلندر كه نواحی بسیار گرمی هستند، هدایت می‌كنند.

دمای محفظه احتراق موتور ممكن است به حدود 2500 درجه سانتی‌گراد برسد. به همین دلیل، خنك‌كردن نواحی اطراف محفظه احتراق، امری بسیار مهم است. موتور خودرو نباید مدت زیادی بدون آب یا مایع خنك‌كننده كار كند زیرا دما تا اندازه‌ای بالا می‌رود كه باعث ذوب و جوش خوردن و چسبیدن پیستون به سیلندر می‌شود و این به معنی تخریب موتور است.

امروزه تحقیقات و پژوهش‌های مهندسین خودرو، معطوف به كاهش نیاز به سیستم خنك‌كاری موتور در حركت است. به‌نحوی كه می‌توان از سرایت گرمای بسیار بالای ایجاد شده در محفظه احتراق به بلوك سیلندر و قطعات فلزی موتور، جلوگیری كرد. این كار به وسیله ایجاد نوعی پوشش در سطوح داخلی بالای سرسیلندر انجام می‌شود كه عموماً لایه‌ای نازك از سرامیك است. سرامیك، هدایت‌كننده بسیار ضعیف گرماست و در نتیجه، گرمای كمتری را به قطعات فلزی انتقال می‌دهد.

 

رادیاتور

این قطعه، نوعی مبدل حرارتی است كه برای انتقال گرمای مایع خنك‌كننده به هوا (با دمیدن فن به آن) طراحی شده است. در بیشتر خودروهای مدرن، از رادیاتورهای آلومینیمی استفاده می‌شود كه از سطوح و ردیف‌های به هم لحیم شده و جوش خورده لوله‌ها و پره‌های آلومینیمی ساخته شده است. مایع ضمن عبور از لوله‌ها و در تقابل با هوای اطراف گرمای خود را از دست داده و خنك می‌شود.

مقدار انتقال حرارت از مایع خنك‌كننده به لوله‌ها و پره‌ها، به میزان اختلاف دمای بین سطوح تماس آنها بستگی دارد. در برخی مواقع، با به‌كارگیری و نصب نوعی Fin درون لوله‌های رادیاتور كه آن را TURBOLATORمی‌نامند، آشفتگی و تلاطم جریان مایع را درون لوله‌ها افزایش می‌دهند. این كار باعث افزایش سرعت جریان و انتقال حرارت بهتر و سریع‌تر می‌شود. درواقع، با ایجاد اغتشاش و تلاطم در جریان درون لوله‌های رادیاتور، ظرفیت انتقال گرما را بهبود می‌بخشیم.

 

در یا سرپوش رادیاتور

درب رادیاتور، در عمل باعث افزایش دمای نقطه جوش مایع خنك‌كننده به میزان تقریبی 25 درجه سانتی‌گراد می‌شود. وقتی‌كه مایع در طول مسیر سیستم خنك‌كاری، گرم می‌شود عملا منبسط شده و فشار آن بالا می‌رود. درب رادیاتور تنها محلی است كه افزایش فشار ایجاد شده، می‌تواند از آن خارج شود. بنابراین، فنر درب رادیاتور را به نحوی طراحی می‌كنند كه كاركردی متناسب با حداكثر فشار ایجاد شده داشته باشد.

 

ترموستات

وظیفه اصلی ترموستات این است كه به موتور اجازه دهد به سرعت گرم شده و سپس، موتور را در دمایی ثابت نگه می‌دارد. این كار با تنظیم مقدار آب عبوری به رادیاتور انجام می‌شود. در دماهای پایین،‌ ترموستات مسیر خروجی به سمت رادیاتور را می‌بندد. هنگامی‌كه دمای مایع خنك‌كننده افزایش می‌یابد و به حدود 82-91 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات یك‌بار باز و بسته می‌شود و اجازه می‌دهد كه مایع وارد رادیاتور شود. هنگامی كه دمای مایع خنك‌كننده به حدود 92-103 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات همواره باز می‌ماند.

 

 

فن

این قطعه نیز همانند ترموستات، وظیفه ثابت نگه داشتن و كنترل دمای موتور را برعهده دارد. فن‌ها عموماً توسط حسگرهای دمایی یا كامپیوتر موتور كنترل می‌شوند. آنها هنگامی فعال می‌شوند كه دمای مایع خنك‌كننده از دمای مناسب از قبل تعیین‌شده (Set Point) بیشتر شود و زمانی كه دمای مایع خنك‌كننده كاهش یابد و به زیر دمای Set Point برسد، خاموش می‌شوند.

خودروهای دیفرانسیل جلو یا دارای چرخ محرك جلو، ‌ فن الكتریكی دارند و فن خودروهای دارای چرخ محرك عقب، به‌وسیله مكانیزمی متصل به خروجی موتور می‌چرخد.

فن‌ها را می‌توان به دو نوع جریان محوری و گریزاز مركز تقسیم كرد كه طبقه‌بندی كلی آن به جهت جریان هوا بستگی دارد. در مدل جریان محوری، ‌هوا به موازات محور دورانی و در همان امتداد محورهای دورانی به خارج دمیده می‌شود، اما در مدل گریز از مركز، هوا به موازات محور وارد و در جهت عمود بر محور دورانی فن وزیده می‌شود.

 

بخاری یا سیستم گرمایش خودرو

سیستم گرمایش خودرو یا بخاری،‌ درعمل مشابه سیستم خنك‌كاری بوده و چرخه خاص خود را دارد. در این سیستم، به جای رادیاتور موتور، رادیاتوری كوچك و فن بخاری در داخل داشبورد قرار دارد.

این سیستم، دارای مسیر لوله‌كشی خاص خود بوده كه در شكل زیر قابل مشاهده است.

 

 

 

 

 

 



نوشته شده توسط:مهندس سعید ابوالحسنی

ویرایش:--

آرشیو

آخرین پستها

نویسندگان

لینکدونی

نظرسنجی

  • نظرتان درباره وبلاگ چیست





آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

جستجو