سیستم خنک‌کننده موتور در موتورهایی که به صورت احتراق داخلی کار می‌کند، عملکرد بسیار مهمی دارد. این سیستم دارای اجزای مختلفی است. در موتورهای چهارسیلندر، زمانی که خودرو با سرعتی در حدود 90 کیلومتر در حال حرکت است، در هر دقیقه شاهد وقوع 4 هزار انفجار کنترل شده هستیم. این انفجارها حاصل جرقه‌زنی شمع و اشتعال مخلوط سوخت و هوا هستند. در نتیجه این فرآیند گرمای قابل توجهی تولید می‌شود که اگر کنترل نشود می‌تواند آسیب‌های جدی به موتور خودرو وارد کند. سیستم خنک‌کاری در واقع وظیفه کنترل و مهار این حرارت را بر عهده دارد. در ادامه به ارائه شرح بیشتری از نحوه کار سیستم خنک‌کننده موتور و نقش رادیاتور، ترموستات و واترپمپ به عنوان مهم‌ترین اجزای آن می‌پردازیم.
تاریخچه سیستم خنک‌کننده موتور
سیستم‌های خنک‌کاری موتور خودروها از سال 1920 تاکنون تغییر چندانی نداشته‌اند و اصول کار به همان روال باقی مانده است. با این حال، بازدهی و کارایی آنها به طور چشمگیری افزایش یافته است. اما روش کار همچنان به صورت گرداندن مایع خنک‌کننده در داخل موتور انجام می‌گیرد. بنابراین سیستم‌های خنک‌کننده قدیمی و پیشرفته چندان تفاوتی ندارند. مایع خنک‌کننده پس از اینکه در اثر حرارت پیشرانه گرم شد، وارد رادیاتور شده و در اثر تماس با جریان هوا خنک می‌شود. رادیاتورها برای افزایش کارایی خودروها در سیستم جلوبندی خودرو تعبیه می‌شوند.
سیستم خنک‌کاری در هر پیشرانه مدرن بایستی بتواند در شرایطی که دمای هوای بیرون مابین 45 الی منفی 25 درجه سانتی‌گراد است، دمای موتور را ثابت نگه دارد. در مقابل پیامدهای منفی که در اثر تولید گرمای بیش از حد می‌تواند در موتور خودرو ایجاد کند، بهتر است بدانید که خنک شدن بیش از اندازه موتور نیز اثرات ناخوشایندی به دنبال خواهد داشت. زیرا کاهش زیاد دمای موتور باعث افزایش مصرف سوخت و آلایندگی موتور خواهد شد.
انواع سیستم خنک‌کاری
انواع سیستم خنک‌کاری موتور خودرو در 2 دسته تقسیم‌بندی می‌شود:
سیستم خنک‌کاری با هوا
این سیستم به نوعی منسوخ شده و استفاده از آن در خودروهای امروزی مرسوم نیست. از جمله تنها خودروهای باقی مانده که از این سیستم خنک‌کاری استفاده می‌کنند، می‌توان به فولکس قورباغه‌ای و مدل‌های قدیمی پورشه اشاره کرد. در این سیستم برای خنک کردن هوا و به گردش درآوردن آن از یک فن قوی استفاده می‌شود. استفاده از سیستم خنک‌کاری با هوا در مقایسه با مایع ارزان‌تر بوده و تعمیر و نگهداری آسانی دارد. در مقابل میزان آلودگی صوتی و محیط زیستی تولید شده توسط آن بسیار بالا است.
سیستم خنک‌کاری با مایع
در این سیستم برای کاهش دمای موتور از یک مایع خنک‌کننده استفاده می‌شود. اغلب خودروهای امروزی و موتورسیکلت‌های با حجم موتور بالا، از این سیستم خنک‌کاری برای خنک کردن موتور استفاده می‌کنند. در این سیستم، یک مایع خنک‌کننده توسط یک پمپ از رادیاتور به طرف موتور سوق داده می‌شود. مایع با جذب گرمای موتور، گرم شده و مجددا به رادیاتور برمی‌گردد تا خنک شود. این چرخه مدام ادامه پیدا می‌کند.
نحوه کار سیستم خنک‌کننده موتور
کارکرد سیستم خنک‌کاری موتور خودرو بدین صورت است که ابتدا مایع خنک‌کننده به وسیله واترپمپ به سمت موتور هدایت می‌شود. سپس این مایع در اثر جذب حرارت اضافی موتور گرم شده و به سمت رادیاتور پمپ می‌شود. این گرما در اثر عبور جریان هوا از رادیاتور خنک و مایع خنک شده به وسیله واترپمپ مجددا به داخل موتور خودرو ارسال می‌گردد.
ترموستات نیز که در محلی مابین موتور و رادیاتور نصب شده است، وظیفه دارد مسیر آب را وقتی به دمای معینی رسید باز کند تا دمای موتور ثابت نگه داشته شود. در دمای پایین موتور، دریچه ترموستات بسته می‌شود و مایع خنک‌کننده در داخل موتور به گردش درمی‌آید تا جایی که بتواند به دمای مطلوب برسد. با قرارگیری در شرایط به اصطلاح Operating Tempreture که دمای موتور در حد مطلوبی قرار دارد، ترموستات باز شده و آب برای خنک شدن به سمت رادیاتور هدایت می‌شود.
در سیستم خنک‌کاری موتور، مایع خنک‌کننده تحت فشار قرار می‌گیرد و همین موضوع مانع از تبدیل آن به بخار یا گاز می‌شود. این فشار تولید شده نیز بایستی تحت کنترل قرار گیرد. زیرا در غیر این صورت می‌تواند باعث آسیب به سیستم و اتصالات آن شود. برای کنترل فشار سر مایع، روی در رادیاتور یک سوپاپ اطمینان کار گذاشته شده است که به عنوان مسیری برای تخلیه فشار اضافی سیستم عمل می‌کند.
اجزای سیستم خنک‌کاری خودرو
سیستم خنک‌کاری موتور متشکل از اجزای مختلفی است که در کنار یکدیگر باعث عملکرد مطلوب این سیستم می‌شوند. این اجزا عبارتند از:
رادیاتور
در سیستم خنک‌کاری، مایع پس از جذب گرمای موتور به سمت رادیاتور حرکت می‌کند. رادیاتور موظف است این گرما را به جریان هوای اطراف خود انتقال دهد و بدین ترتیب، گرمای موتور را به خارج از موتور هدایت کند. رادیاتور متشکل از مجموعه‌ای پره‌ها، تیوب‌ها یا لوله‌های مارپیچ و زیگزاگی شکل از جنس آلومینیوم است که آب در میان این پره‌ها به گردش در می‌آید. آب خنک در قسمت پایین رادیاتور و آب گرم در بخش بالایی آن قرار دارد. این بدان معنی است که ورودی رادیاتور در بالا و خروجی آن در پایین است.
با توجه به اینکه آلومینیوم به عنوان چهارمین فلز به لحاظ رسانایی گرما و حرارت شناخته می‌شود، همچنین نسبت به سایر فلزات رسانا (طلا، نقره و مس) قیمت و وزن پایین‌تری دارد، از آن در ساخت رادیاتور استفاده می‌کنند. آلومینیوم مقاومت خوبی در مقابل زنگ‌زدگی ناشی از مجاورت با آب از خود نشان می‌دهد و عمر مفید آن نیز به نسبت طولانی‌تر است. با این حال، ممکن است در ساخت برخی از رادیاتورها از مس نیز استفاده شود.
واتر پمپ یا پمپ آب
واتر پمپ یا پمپ آب به عنوان مهم‌ترین قطعه در سیستم خنک‌کاری خودرو شناخته می‌شود. این قطعه را می‌توان قلب تپنده این سیستم به شمار آورد. این پمپ موظف است آب را در رادیاتور و مجاری اطراف بلوک موتور به گردش دربیاورد. بدین شکل که نقش هدایت مایع خنک‌کننده از سطح پایین رادیاتور را به سمت موتور بر عهده دارد. واتر پمپ به عنوان یک پمپ ساده، نیروی موردنیاز برای پمپاژ را از تسمه میل‌لنگ تامین می‌کند. امروزه در اغلب خودروهای مدرن از واترپمپ‌های برقی استفاده می‌کنند.
واتر پمپ از اجزایی شامل اورینگ یا واشر (گسکت)، پروانه و فلنج قرقره تشکیل می‌شود. اورینگ یا واشر قطعه‌ای است که در معرض بیشترین آسیب قرار دارد که در این صورت بایستی نسبت به تعویض آن اقدام شود.
ترموستات
ترموستات را می‌توان به عنوان یک شیر حرارتی ساده در نظر گرفت که مطابق با دمای موتور باز و بسته می‌شود. بدین معنی که در اثر سرد شدن دما بسته و به دنبال گرم شدن آن باز می‌شود. تا زمانی که دمای مایع خنک‌کننده داخل سیستم و بلوک اطراف موتور سرد باشد، شیر ترموستات بسته باقی خواهد ماند و جریان آب نیز به کمک واترپمپ در لوله‌های اطراف به گردش خود ادامه خواهد داد. بدین معنی که مایع خنک‌کننده بدون اینکه از رادیاتور عبور کند، میان موتور و واترپمپ جریان می‌یابد.
با انتقال گرمای موتور به مایع خنک‌کننده، دمای این مایع به تدریج افزایش پیدا می‌کند. با افزایش دمای مایع به حدود 71 الی 88 درجه سلسیوس، ترموستات شروع به کار کرده و دریچه آن باز می‌شود. به دنبال باز شدن این شیر حرارتی، مایع خنک‌کننده از بلوک موتور به سمت رادیاتور حرکت می‌کند تا فرآیند خنک‌سازی آن انجام شود. در چنین حالتی، مایع خنک‌کننده پس از سرد شدن، مجددا توسط واترپمپ از رادیاتور به سمت موتور هدایت می‌شود و این چرخه به همین روال ادامه پیدا می‌کند. ترموستات در قسمت بالای موتور نصب می‌شود.
از سایر اجزای سیستم خنک‌کننده موتور خودرو می‌توان به در رادیاتور، منبع انبساط و شیلنگ سرریز، پروانه خنک کننده یا فن برقی، آب یا مایع رادیاتور، تسمه دینام، سنسور دمای مایع خنک کننده (فشنگی آب)، پولکی‌های سرسیلندر و بخاری خودرو اشاره نمود که هر کدام عملکرد خاصی بر عهده دارند.
