تقنية السيارات الحديثة: نظام التبريد فى المحرك Cooling System

نظام التبريد فى المحرك Cooling System / Système de refroidissement

الغرض من نظام التبريد فى المحرك:

من إجمالي الطاقة الحرارية المتولدة من إحتراق خليط الوقود والهواء في محرك البنزين، يتم تحويل من 24 إلى 32% تقريبًا إلى طاقة حركية تُستخدم كقدرة تشغيل ( تهدر فى شوط القدرة ). بينما يتم فقد حوالي من 29 إلى 36 % مع غاز العادم و7% بفعل الإشعاع و 32 إلى 33 % يتم تبديدها بواسطة نظام التبريد. وإذا لم يتم التخلص من الحرارة المنقولة إلى جدار غرفة الاحتراق بأسرع ما يمكن، فقد يتلف المكبس أو الأسطوانة بفعل هذه الحرارة أو قد ينكسر غطاء زيت التزييت. وإذا تم تبريد هذه الحرارة بإفراط، فسيتم نقل كمية كبيرة جدًا من الطاقة الحرارية إلى سائل التبريد بحيث تنخفض فعالية الحرارة. ولذلك، ينبغي التحكم في نظام التبريد للمحافظة على درجة الحرارة الصحيحة وفقًا لحالة التشغيل. ولذلك فإن نظام التبريد بالمحرك يتحكم فى درجة حرارة تشغيل المحرك ويؤدى زيادة الفقد بنظام التبريد إلى تقليل أداء المحرك.

مكونات نظام التبريد بالماء:

1- خزان ماء التعويض ( القربة ) Reserve tank

2- المشع ( الردياتير ) Radiator

3- غطاء ضغط الردياتير Pressure Cap

4- الكوعة السفلية. Lower Hose

5- الكوعة العلوية. Water Pump

6- طلمبة المياه . Water Jacket

7- قمصان التبريد. Water Jacket

8- المنظم الحرارى ( الثرموستات ) Thermostat

9- مروحة التبريد. Cooling Fan

نظرية عمل نظام التبريد بالماء :

نظام التبريد بالسوائل يستخدم المُبرد - وهو عبارة عن سائل يحتوي على مواد كيميائية خاصة مخلوطة بالماء. حيث تتدفق مياه التبريد ( المُبرد ) عبر الممرات ( قمصان التبريد ) في المحرك وخلال الرادياتير. ويتم تدوير مياه التبريد بواسطة مضخة الماء، ويقوم الثرموستات بالتحكم في درجة الحرارة. وينغلق الثرموستات عندما يكون المحرك باردًا، مما يسمح بتدوير مياه التبريد فقط في كتلة المحرك، متجاوزًا للثرموستات والرادياتير. وهذا يتيح إحماء المحرك بشكل أسرع ومنتظم بحيث يتم التخلص من "البقع الساخنة". وعندما تصل مياه التبريد إلى درجة حرارة عالية تفتح الثرموستات ويتيح لمياه التبريد بالمرور إلى الرادياتير. وكلما كانت درجة سخونة مياه التبريد أعلى، كان عدد مرات فتح الثرموستات أكثر، مما يتيح مرور كمية أكبر من الماء إلى الرادياتير. ويتحكم الثرموستات أيضًا في طول الفترة الزمنية لبقاء مياه التبريد في الرادياتير بحيث يتم تبديد الحرارة بشكل فعال.

ويقوم الرادياتير باستقبال مياه التبريد الساخنة من المحرك ويقوم بخفض درجة حرارته. حيث يقوم الهواء المتدفق حول الرادياتير وخلاله بسحب الحرارة من مياه التبريد. ووظيفة مروحة الرادياتير المتصلة بالرادياتير هي ضمان خفض درجة حرارة الماء عند القيادة بسرعات منخفضة أو عند توقف المركبة.

مياه التبريد:

يمتص الماء الحرارة حسب مقداره أكثر من أي سائل آخر، وهو ما يُعد الأسباب الوجيهة الأخرى لاستخدام الماء. لكن الماء بمفرده يتسبب في إحداث مشاكل. فالشوائب العادية الموجودة في ماء الصنبور (المياه العادية) تكون ضارة للمحركات وتتفاعل مع المعادن مما يتسبب في حدوث التآكل والصدأ وهذا ما نلاحظه كثيراً عن استخدام مياه عاديه خاصة فى الردياتير. ويسمح الماء أيضًا بالتحليل الكهربائي، وهو عبارة عن عملية كهروكيميائية تتسبب في صدأ المعادن. وفي أنظمة التبريد الحديثة، تتم إضافة المواد الكيميائية المعروفة بالموانع إلى الماء للحد من التآكل أو منعه. وهناك إضافات أخرى تُستخدم للحيلولة دون غليان الماء في المُبرد. وهناك خاصية أخرى من خصائص الماء الضارة وهي أنه يتمدد عند تجمده. وهذه هي إحدى المشاكل التي تتعرض لها المحركات التي تعمل بنظام التبريد بالسوائل عند انخفاض درجات الحرارة لما دون التجمد. ففي المحركات الباردة المتوقفة، يمكن أن يتجمد الماء في نظام التبريد - ويتمدد - بقوة تكفي لإحداث تلفيات بكتلة المحرك والرادياتير. ولكن هناك مادة إضافية تُعرف بمانع التجمد حيث تقوم بخفض نقطة تجمد الماء لتكون أقل من درجة الحرارة الخارجية. وهذا يمكن أن يحول دون تجمد المُبرد.

المنظم الحرار ( الثرموستات ) :

يقوم الثرموستات باستمرار بمراقبة درجة حرارة مياه التبريد وتنظيم تدفقها عبر الرادياتير. ويتم تشغيل أجهزة الثرموستات بواسطة موتور حراري حساس للحرارة وموجب الضغط. ويتمثل ذلك في استخدام شمع مُعد بشكل خاص وكرية معدنية مغبرة موضوعين بإحكام في كأس نحاسي مُوصل للحرارة مزود بكباس داخل غطاء مطاطي. حيث تؤدي الحرارة إلى تمدد كرية الشمع، والتي تقوم بدورها بدفع الكباس للخارج ومن ثم فتح الصمام. ويقوم هذا الموتور الحراري باستشعار تغيرات درجة الحرارة ويقوم بتحريك وضع الصمام للتحكم في تدفق مياه التبريد، وبذلك يتم التحكم في درجة حرارة المُبرد.

يتم تركيب الثرموستات عادةً في الجزء الأمامي من المحرك أعلى كتلة المحرك. ويتم تثبيت الثرموستات داخل تجويف في المحرك حيث يكون معرضًا للمُبرد الساخن. والجزء العلوي من الثرموستات مغطى بمبيت مخرج الماء المُستخدم لتوصيل خرطوم الرادياتير بالرادياتير.

ملحوظة هامة:

هناك خطأ كبير يحدث وهو أن الكثير من مستخدمى السيارات يقومون بإزالة الثرموستات نهائياً من دورة التبريد وهذا أمر خطأ خاصة وأن الثرموستات مهمة جداً عند بدأ تشغيل المحرك لأنه كما ذكرنا أنها تساعد على وصول المحرك لدرجة حرارة التشغيل والكثير يواجهه مشكلة خاصة فى فصل الشتاء وهى تأخر المحرك فى الإدارة.

مضخة الماء:

يتم تركيب مضخة الماء عادةً في الجزء الأمامي من كتلة الاسطوانة ويتم تشغيلها عادةً بواسطة سير المروحة. وتتمثل وظيفتها في توجيه الماء من الخزان السفلى للردياتير إلى قصمان التبريد بالمحرك على نحو كافٍ. ويقوم هذا الماء، بعد امتصاصه للحرارة من المحرك، بالدوران عائدًا إلى الخزان العلوى للردياتير.

مضخة الماء هي عبارة عن قرص دوار يحمل ريش والتي تقوم بدفع الماء للخارج بواسطة قوة الطرد المركزي ومن ثم دفعه داخل قميص الماء. ويتم تثبيت العمود على غطاء مضخة الماء ويدور على محامل. وهناك مانع تسرب يعمل على عدم تسرب الماء

الــرديـاتيـــر:

تتمثل وظيفة الرادياتير في خفض درجة حرارة سا\ل التبريد القادم من المحرك من خلال تبديد الحرارة في الهواء المحيط. ويتكون الرادياتير من مجموعة من الأنابيب الصغيرة مرتبة في "صفوف"، يُطلق عليها "القلب" ويمكن وضعها في تصميم رأسي، أو تصميم أفقي (يُعرف بالتدفق العرضي). وعند كل طرف من قلب الرادياتير يوجد "خزان"، خزان علوي ( المدخل ) وخزان سفلى ( المخرج ). ومن بين العوامل التي تؤثر على فعالية الرادياتير: التصميم الأساسي للرادياتير (سمك القلب، عدد الصفوف، سعة الخزان)، ومساحة وسمك قلب الرادياتير المعرضة لتدفق هواء التبريد وكمية هواء التبريد والفرق بين درجة حرارة سائل االتبريد ودرجة حرارة هواء التبريد.

غطاء ضغط الردياتير:

يركب غطاء الضغط فى الردياتير فوق رقبة الملء ولابد ان يكون محكما , ومن المعروف ان درجة غليان الماء هى 100 درجة مئوية فيعمل غطاء ضغط الردياتير على زيادة ضغط الهواء داخل نظام التبريد مما يؤدى إلى زيادة الدرجة التى يغلى عندها الماء. ويدخل الماء عند درجة حرارة عالية إلى الردياتير بدون غليان ويزيد الفرق فى درجة الحرارة بين الهواء الجوى والماء ثم تنتقل الحرارة من الماء إلى الهواء بسرعة أكبر وتتحسن جودة التبريد ويقل البخر.

قمصان التبريد:

يجهز جسم الأسطونات بقمصان تبريد تحيط بالأسطوانات ورؤوس الأسطوانات للمحرك ,حيث يسرى سائل التبريد خلال قمصان التبريد حول كل من غرف الأحتراق والأسطوانات وقواعد الصمامات وسيقان الصمامات ويعنى هذا ان قمصان التبريد توجد فى جسم الأسطوانات وراس الأسطوانات .

خزان ماء التعويض ( القربة ):

وهو خزان يتصل بعنق الردياتير عن طريق أنبوبة الفائض المطاطية ، وهو يقوم بتعويض الماء الذى قد يفقده نظام التبريد أو عند إنخفاض الضغط داخل النظام للحفاظ على الضغط داخل النظام .

ويجب الحفاظ على مستوى الماء داخل الخزان بين المستويين المحددين :

1- حيث أن زيادة الماء عن الحد العلوى تؤدى الى زيادة الضغط داخل النظام وبالتالى إرتفاع حرارة المحرك عن الحد المسموح به .

2- كما أن نقص الماء عن الحد السفلى يؤدى الى نقص الضغط داخل النظام وبالتالى الى سرعة غليان مياه التبريد .

وعن طريق خزان التمدد ( التعويض ) يمكن ملاحظة مستوى الماء فى دورة التبريد.المروحة:

يتم تشغيل مروحة الردياتير من النوع الميكانيكي بواسطة سير تشغيل. وفي معظم الحالات يتم تثبيت المروحة الميكانيكية على مضخة الماء ويتم تشغيلها من خلال نفس طنبورة التي تقوم بتدوير مضخة الماء. هناك العديد من السيارات الحديثة التي تتميز باستخدام مراوح التبريد الكهربية وهذا بفضل صغر حجم محركها ووفرة متطلبات تدفق هوائها. وتقوم بدفع تيار شديد من الهواء خلال ريش ومواسير الرادياتير لتبريد سائل التبريد ، ويوجد منها نوعان :

التى تدور مع تشغيل مفتاح الإشعال ودوران المحرك .

التى تدور بواسطة ثرموستات حساس لدرجة حرارة المحرك أو سائل التبريد.