نقش رادياتور در انتقال حرارت موتور خودرو
بر اثر احتراق در موتورهاي احتراق داخلي گرماي زيادي توليد ميشود كه حتي مي‌تواند فلزات مجموعه سيلندر و پيستون را ذوب كند .
سيستم خنككاري بهمنظور پيشگيري از بالا رفتن دماي موتور بهكار ميرود. اين سيستم براي مراقبت در برابر عملكرد مؤثر در تمام سرعت‌هاي موتور و كنترل شرايط مختلف مورد استفاده است. دما در طول مدت احتراق مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق موتور بسيار بالا ميرود و به بيش از ۲۰۰۰ درجه مي‌رسد. ميزان قابل توجهي از اين حرارت توسط ديواره‌هاي سيلندر و پيستون‌ها جذب ميشود بنابراين بايد خنككاري به اندازه‌اي صورت پذيرد كه دما بيش از حدود ۲۳۰ درجه نشود.
دماهاي بالاتر باعث كاهش ضخامت فيلم روغن ميشود و خواص روغن بهشدت افت ميكند كه اين مسئله موجب افزايش استهلاك قطعات و ازدياد دماي آنها خواهد شد.در موتورهاي احتراق داخلي مقدار محدودي از انرژي سوخت براي قواي محركه موتور استفاده ميشود. تقريبا حدود ۲۸ درصد انرژي سوخت به كار مفيد تبديل ميشود. ۳۰ درصد بهواسطه خنككاري، ۳۲ درصد بهوسيله خروج گازهاي داغ و ۱۰ درصد باقيمانده توسط اصطكاك و عوامل ديگر بههدر ميرود. ميزان حقيقي و دقيق انرژي تديلشده به كار مفيد در پروسه احتراق موتور به مشخصه‌هاي فيزيكي اجزاي موتور بستگي دارد.
همان‌طور كه گفته شد، دما در طول احتراق در سيلندر موتورهاي درونسوز به بيش از ۲۰۰۰ درجه مي‌رسد. اين دما بيش از نقطه ذوب مواد مورد استفاده در ساختار موتور است بنابراين با بالارفتن دما به موتور خسارت وارد ميشود و بايد دماي كار موتور در محدودهاي خاص حفظ شود. در يك نمونه سيستم خنككاري آبي موتور اين دما در محدوده ۹۵-۷۵ قرار دارد كه براي خنككاري هوايي اين ميزان كمي بيشتر است.
خنككاري در موتور دو علت دارد:
1- نگه داشتن دماي اجزاي موتور در دمايي كه روغنكاري مؤثر در آن ممكن باشد.
2- نگه داشتن دماي اجزاي مختلف موتور در يك محدوده خاص بهطوري كه به سلامت قطعات موتور صدمه نزند.
نحوه عملكـرد موتور در انتخاب و طراحي سيستم خنككاري تأثير مي‌گذارد و اين كاملا به نوع گازهاي احتراق و اجزاي موتور وابسته است. وقتي موتور سرد است، كارايي پاييني دارد بنابراين سيستم خنككاري معمولا شامل وسايلي است كه زمينه فعاليت خنككـاري نرمـال را بـراي حفظ گرمـاي مناسب موتور مهيـا مي‌كننـد.
هنگام راهاندازي موتور دماي قطعات داخلي آن، بهسرعت افزايش مييابد؛ پس وقتي موتور به دماي بهرهبرداري مي‌رسد بايد سيستم خنككاري فعاليتش را آغاز كند.
ن سيستم خنككاري موتور براي حداقل كردن حجم و وزن رادياتور است كه در وسايل نقليه از اهداف مهم تلقي ميشود. با درجه حرارت متوسط آبي كه از رادياتور عبور ميكند حتيالامكان بالا نگه داشته شود تا اختلاف آن با درجه حرارت متوسط زياد باشد.
البته اين درجه حرارت نبايد از نقطه جوش آب در فشار اتمسفر تجاوز كند زيرا در آن صورت قسمتي از آب تبخير ميشود و فشار داخل رادياتور بهشدت افزايش مييابد. گرچه با طراحي درپوش مناسب براي رادياتور آب داخل تحت فشار است تا ديرتر به نقطه جوش برسد، هوا نيز بايد پس از عبور از رادياتور به اطراف بدنه موتور جريان يابد.
جهت عكس جريان به دو دليل مناسب نيست: اولا هوا به روغن و ذرات آغشته به روغن كه به هر حال روي بدنه موتور وجود دارد آلوده ميشود و اين ناخالصي‌ها روي منافذ رادياتور رسوب ميكند و از راندمان آن مي‌كاهد و ثانيا بر اثر تماس با بدنه گرم موتور درجه حرارت آن بالا ميرود و موجب كاهش قدرت خنك كنندگي رادياتور ميشود.
براي درك نياز موتور به سيستم خنككاري، اثرات افزايش يا كاهش دماي كاركرد موتور در ذيل آمده است:
● اثرات افزايش دماي كاركرد موتور
▪ بهرهبرداري در دماهاي بالا، بارهاي زياد با سرعت بالا بدون عمليات خنككاري باعث اكسيداسيون روغن روغنكاري ميشود. در اين شرايط ممكن است با بالا رفتن دما، لعاب و رسوب شكل گيرد؛ بهطوري كه رينگ پيستون نتواند كار خود را انجام دهد؛ ضمن اين كه خراش خوردن رينگ نيز باعث اختلال عملكرد آن ميشود. به همين ترتيب اكسيداسيون روغن مي‌تواند باعث خوردگي و سايش بعضي از انواع ياتاقان‌ها شود.
▪ اگر دماي كاركـرد خيلـي زياد شـود، نقاطي از پيستون‌ها و قسمت‌هايي از ميللنگ كه در ياتاقان مي‌چرخند، منبسط ميشوند كه اين موضوع باعث خروج آنها از لقي مجاز ميشود و اين تغييرات صدمات جدي در ياتاقان‌ها و رينگ‌ها بهبار ميآورد.
▪ سطوح داخل محفظه احتراق از قبيل پاي سوپاپ خروجي و شمع ممكن است آنقدر گرم شود كه جرقه زودتر اتفاق بيفتد؛ اين شرايط جرقه پيشرس ناميده ميشود كه اگر براي مدتي ادامه يابد، خسارت عمده به موتور مي‌زند.
▪ اگر مخلوط تازه وارد شده به سيلندر خيلي گرم شود، چگالي آن كاهش خواهد يافت و در نتيجه قدرت آن كاسته ميشود؛ بهخصوص در موتورهاي بنزيني.
▪ با افزايش دماي مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق و منيفولد ورودي، اصطكاك مكانيكي افزايش مييابد و از قدرت خروجي موتور مي‌كاهد.
● اثرات كاهش دماي كاركرد موتور
1- افزايش خنككاري باعث كاهش راندمان حرارتي، همچنين مانع تبخير مناسب سوخت ميشود كه موجب رقيق شدن روغن مي‌گردد.
2- تبخير نامناسب سوخت ، فيلم روغن بر روي ديواره‌هاي سيلندر را از بين مي‌برد و باعث افزايش فرسايش سطح داخلي سيلندر ميشود.
1- به طور كلي خنككاري بيش از حد باعث كاهش قدرت، ضرر اقتصادي مصرف بيشتر سوخت و كاهش طول عمر قطعات موتور ميشود.
● ملاحظات طراحي رادياتور
طراحي رادياتور بايد براساس درجه حرارت هوا در گرمترين منطقهاي كه وسيله ممكن است در آن كار كند، صورت گيرد. در آب و هواي سردتر مقدار آب در گردش رادياتور به وسيله ترموستات تنظيم ميشود؛ به نحوي كه فقط سنجش از قدرت خنككنندگي رادياتور مورد استفاده قرار گيرد. افزايش دمايي بين ۸ تا ۱۲ درجه براي هواي جاري در رادياتور منظور ميشود. افزايش دماي بيشتر متداول نيست؛ بهخصوص كه در هواي گرم موجب تبخير بنزين در پمپ بنزين و لوله‌هاي رابط در موتور بنزيني ميشود و از رسيدن سوخت به موتور جلوگيري بهعمل مي‌آيد.
به منظور پيشگيري از سروصداي زياد و مصرف بيش از اندازه توان موتور به وسيله پروانه، افت فشار سمت هوا كمتر از kpa ۱ منظور ميشود. توان مصرفي پروانه بايد به قدري باشد كه در دور كم موتور و قدرت زياد بتواند هواي كافي از رادياتور عبور دهد. براي اين كه حجم رادياتور كوچك باشد معمولا از لوله‌هاي تخت پرهدار استفاده ميشود. هرچه تعداد پره بر واحد طول لوله بيشتر باشد، مبدل جمع و جورتر خواهد بود اما گرفتگي سوراخ پرهها با ذرات معلق موجود در هوا و حشرات سبب ميشود كه تعداد پرهها بين ۴۰۰ و ۶۰۰ پره در هر متر باشد.
● رادياتور و نحوه انتقال حرارت از سيال گرم به هوا
رادياتور دستگاهي است در سيستم خنككننده موتور كه حجم زيادي از آب اين سيستم را در تماس نزديك با هوا نگه ميدارد تا انتقال حرارت از آب به هوا بهخوبي و بهسـرعت امكـانپذير باشـد. همچنين مي‌توان گفت رادياتور وسيلهاي است كه براي نگهداري مقدار زيادي آب در مجاورت حجم بزرگي از هوا بهكار ميرود؛ به طوري كه حرارت بتواند از آب به رادياتور و از رادياتور به هوا منتقل شود.
اجزاي رادياتور از مخزن بالايي و مخزن پاييني و هسته (شبكه) رادياتور تشكيل شده كه خود شبكه از لوله‌ها و پرهها بهوجود آمده است. همچنين به مخزن بالايي يك گلويي كه به لوله هوا ارتباط دارد، متصل است.
سيال خنككننده توسط پمپ به جداره‌هاي سيلندر جريان مييابد. در صورت بالا رفتن درجه حرارت سيال ترموستات مسير را باز ميكند و سيال گرم از طريق لوله ورودي رادياتور كه در مخزن ورودي آن تعبيه شده است، وارد رادياتور ميشود و پس از خنك شدن به مخزن خروجي جريان مييابد و پس از خروج توسط لوله خروجي رادياتور، سيكل خود را ادامه مي‌دهد.
انتقال حرارت در رادياتور خودرو به اين صورت است كه آب گرم در طول مسير حركت در رادياتور، گرماي خود را به لوله‌ها منتقل ميكند و اين گرما از محل اتصال لوله و پره، به پرهها منتقل ميشود و سپس گرماي انتقاليافته به پرهها نيز توسط جريان هواي اجباري از آنها دفع ميشود.
● انواع رادياتور
شبكه رادياتورها شامل دو نوع فين تيوب و كروگيت است:
1- رادياتور فين تيوب (fin-Tube) : در اين نوع رادياتور امتداد لوله‌ها عمود بر راستاي پره‌هاست و لوله‌ها از داخل پرهها عبور مي‌كنند.
2- رادياتورهاي كروگيت (crougate): در اين نوع رادياتورها لوله‌ها از داخل پرهها عبور نمي‌كنند بلكه پرهها به صورت موجدارند و لوله‌ها در امتداد پرهها روي نوك فين قرار داده ميشوند.
در حالت كلي مونتاژ رادياتورهاي كروگيت راحتتر و سريعتر از نوع فين تيوب است و امكان اتوماسيون آن وجود دارد ولي رادياتورهاي فين تيوب به دليل درگير شدن لوله و پره با يكديگر، استحكام مكانيكي بيشتري دارند.آموزش مكانيك خودرو رادياتورها از لحاظ جنس به دو نوع
آلومينيمي و مسي و برنجي تقسيم ميشوند كه تكنولوژي ساخت هر يك مي‌تواند Soldering و Brazing اشد. نويسنده :
پرويز كلهر - كارشناس مهندسي و كنترل كيفيت شركت رادياتور ايران
