اولا بعض المصطلحات:
المبرد/المشتت/المشعاع = Radiator = الراديتور
التمديدات = Plumbingغطاء الضغط = Pressure Cap
منظم الحرارة = Thermostat = الترموستات
قاعدة المحرك = Engine Block = بلوك المكينه
زوائد/زعانف الألمنيوم = fins
أسطوانة المحرك = Cylinder = السلندر
كيف يعمل نظام التبريد في السيارة (1-11)
* مقدمة لكيفية عمل نظام التبريد في السيارة
بالرغم من أن محركات القازولين تطورت كثيراً ، لكنها حتى الآن ليست لديها الكفاءة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى قوة ميكانيكية. معظم الطاقة في محركات القازولين (ربما 70%) تُحول إلى حرارة ، ومهمة نظام التبريد الأساسية هي الاهتمام في تلك الحرارة. إن نظام التبريد في سيارة تسير على الطريق العام باستطاعته تشتيت حرارة كافية لتسخين بيتين من الحجم المتوسط! أن العمل الأساسي لنظام التبريد هو الحفاظ على حرارة المحرك في الوضع الطبيعي عبر تشتيت الحرارة الزائدة إلى الهواء ، ولكن لنظام التبريد أيضاً وظائف أخرى مهمة.
المحرك الموجود في سيارتك يعمل في أفض حالاته على درجات حرارة عالية. وعندما يكون المحرك بارداً فإن مكونات المحرك تضعف بسرعة وتكون كفاءته أقل وتزداد انبعاثاته الملوِثة أكثر. إذاً فهُناك وظيفة أخرى لنظام التبريد وهي أن يسمح للمحرك بأن يسخن بأسرع سرعة ممكن ثم الحفاظ على درجة الحرارة هذه ثابتة.
في هذه المقال سوف نتعلم عن أجزاء نظام التبريد في السيارة وكيفية عملها. لكن أولاً لنلقي نظرة على الأساسيات.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (2-11)
الأساسيات
في داخل محرك سيارتك يحترق الوقود بشكل ثابت. والكثير من الحرارة الناتجة عن هذا الاحتراق تخرج مباشرة من نظام العادم، ولكن القليل منها تسحب إلى المحرك لِتسخِينه. المحرك يعمل بشكل جيد عندما تكون درجة حرارته 200 درجة فهر نهايتيه (93 درجة مئوية). على هذه الحرارة:
تكون غرفة الاحتراق حارة بما فيه الكفاية لتبخير الوقود ، مما يساعد على احتراق أفضل و نواتج احتراق أقل.
الزيت المستعمل في تزييت المحرك تصبح لزوجته أقل (يكون أخف) لذلك فإن أجزاء المحرك تتحرك بحرية أكبر وبالتالي فإن المحرك يفقد قوة أقل لتحريك مكوناته الداخلية.
تآكل أقل للأجزاء المعدنية.
هناك نوعين من أنظمة تبريد موجودة في السيارات: التبريد بالسائل والتبريد بالهواء.
التبريد بالسائل
في نظام التبريد بالسائل في السيارات يمر السائل خلال أنابيب وممرات داخلية في المحرك. وخلال مرور هذا السائل في المحرك الحار فإنه يقوم بامتصاص هذه الحرارة منه ويبرده. وبعد خروج السائل من المحرك فإنه يمر من خلال مشتت للحرارة أو مبرد والذي يقوم بنقل الحرارة من السائل وإلى الهواء الذي يمر من خلال المبرد أو المشتت.
التبريد بالهواء
السيارات القديمة وقليل من السيارة الحديثة تستعمل نظام التبريد بالهواء. بدلاً من تدوير السائل من خلال المحرك، تكون قاعدة المحرك ( Block) مغطاة بزوائد أو زعانف من الألمنيوم والتي تشتت الحرارة عن الأسطوانة (Cylinder). وتقوم مروحة قوية بتمرير الهواء على هذه الزعانف، والتي تقوم بتبريد المحرك عبر نقل هذه الحرارة إلى الهواء.
بما أن أكثر السيارات تستعمل التبريد بواسطة السائل فإننا سوف نركز على ذلك النظام في هذا المقال.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (3-11)
التمديدات
يحتوي نظام التبريد في السيارة على الكثير من التمديدات. سوف نبدأ من عند المضخة ثم سنكمل طريقنا عبر باقي أجزاء النظام ، وفي الأقسام القادمة سوف نتحدث عن كل قسم من هذا النظام بتفصيل أكثر.
تضخ المضخة (Pump) السائل إلى قاعدة المحرك فحين أنها تمر من خلال ممرات موجودة في المحرك حول الأسطوانة (cylinder). ثم تعود عبر رأس الأسطوانة من المحرك. منظم الحرارة (الترموستات) يقرر متى يخرج السائل من المحرك. التمديدات حول منظم الحرارة تعيد السائل إلى مضخة مباشرةً إذا ما كان منظم الحرارة مغلقاً. وإذا ما كان مفتوحاً فإن السائل يمر عبر المبرد (الراديتور) أولاً ثم يعود إلى المضخة.
هناك أيضاً تمديدات منفصلة لنظام التدفئة. هذه التمديدات تأخذ السائل من رأس الأسطوانة وتمرره عبر مركز التدفئة وبعد ذلك ترجعه إلى المضخة.
في السيارات ذات ناقل الحركة الأوتوماتيكي من الطبيعي أن توجد هناك تمديدات أخرى منفصلة لتبريد ناقل الحركة ونقلها بواسطة السائل إلى المبرد. أن الزيت في ناقل الحركة يتم ضخه من ناقل الحركة عبر مشتت حرارة موجود داخل المبرد.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (4-11)
السائل
السيارات تعمل في ظروف مختلفة من درجات الحرارة، من درجة أعلى بقليل من درجة التجمد وحتى درجة 100 فهر نهايتيه (38ْ). لذلك فمهما كان السائل المستخدم لتبريد المحرك فيجب عليك أن تنتبه لأن تكون درجة تجمده منخفضة جداً ودرجة غليان عالية. وأن تكون لديه القدرة على حمل الكثير من الحرارة.
الماء من أحد السوائل الأكثر فعالية لحمل الحرارة ولكن الماء يتجمد على حرارة مرتفعه نسبياً ليتم استخدامه لتبريد المحركات. السائل الذي تستعمله معظم السيارات هو عبارة عن مزيج من الماء والإيثيلين جلاي كول (C2H6O2) ، وكذلك يعرف بمضاد التجمد. عبر إضافة الإيثيلين جلاي كول إلى الماء فإن نقاط التجمد والغليان تتغير بشكل ملحوظ.
درجة حرارة سائل التبريد يمكن أن تصل من 250 إلى 275 فهر نهايت (121 إلى 135ْ). حتى مع إضافة الإثيلين جلاي كول فإن درجة الحرارة هذه سوف تجعل سائل التبريد يغلي لذلك فيجب عمل شيء إضافي لرفع نقطة غليانه.
يتم استعمل الضغط في نظام التبريد لرفع درجة غليان سائل التبريد. لكن كما إن درجة غليان الماء مرتفعه في قدر ضغط ، فإن درجة غليان سائل التبريد ترتفع إذا ما تم ضغطه في النظام. معظم السيارات يكون حد ضغطها 14 إلى 15 رطل لكل بوصة مربعة (psi)، والتي تقوم برفع نقطة الغليان 45 درجة فهر نهايتيه (25ْ) أخرى فيمكن لسائل التبريد مقاومة درجة الحرارة العالية.
يحتوي مضاد التجمد كذلك على إضافات لمقاومة التآكل.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (5-11)
مضخة الماء
مضخة الماء مضخة طرد مركزية بسيطة تُشغْل بواسطة حزام سير متصل بعمود كرنك المحرك. المضخة تقوم بتدوير السائل عندما يكون المحرك يعمل.
تستعمل مضخة الماء قوة الطرد المركزية لإرسال السائل للخارج عندما تدور، مما يؤدي إلى سحب السائل من الأجزاء الداخلية بشكل مستمر. تقع فتحة المضخة قريباً من الوسط وذلك لكي يضرب السائل العائد من المبرد (الراديتور) مراوح المضخة. وتدفع مراوح المضخة السائل إلى خارج المضخة حيث تقوم بإدخاله إلى المحرك.
عندما يخرج السائل من المضخة فإنه يندفع أولاً في قاعدة (بلوك) المحرك ورؤوس أسطواناته ثم يعبر إلى المبرد وفي النهاية يعود مره أخرى إلى المضخة.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (6-11)
المحرك
تحتوي قاعدة (البلوك) المحرك ورؤوس الأسطوانات على ممرات داخلية عُمِلت أو صُبت بهذا الشكل لكي تسمح للسائل بالمرور بداخلها. تقود هذه الممرات السائل إلى أخطر الأماكن في المحرك.
إن درجة الحرارة في غرفة الاحتراق داخل المحرك من الممكن أن تصل إلى 4500 درجة فهر نهايتيه (2500ْ) ، لذلك فإن تبريد المنطقة حول الأسطوانة خطر جداً. المناطق حول صمامات العادم مناطق أساسية هامة ، وتقريباً كل المساحة في داخل رؤوس الأسطوانة حول الصمامات والتي لا حاجة لها في الهيكل يتم ملئها بسائل التبريد. إذا تم تشغيل المحرك بدون سائل تبريد لفترة طويلة فإنه يتلف. وعندما يحدث هذا فإن المعدن يصبح حاراً جداً لدرجة أنه من الممكن أن يلتحم المكبس بالأسطوانة (السلندر). وهذا عادةً يعني تلف وتدمير للمحرك بالكامل.
إحدى الطرق المثيرة لتخفيض الحاجة إلى نظام التبريد هو بتقليل كمية الحرارة التي تنتقل من غرفة الاحتراق إلى أجزاء المحرك المعدنية. يتم عمل ذلك في بعض المحركات بتغطية الجزء الداخلي العلوي من رأس الأسطوانة بطبقة رقيقة من الخزف. الخزف موصل سيئ للحرارة وبذلك تنتقل حرارة أقل إلى الأجزاء المعدنية للمحرك وكذلك يتم طرد الجزء الأكبر عبر العادم.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (7-11)
المبرد
المبرد (الراديتور) عبارة عن نوع من أنواع مشتتات الحرارة. وهو مصمم لنقل الحرارة من سائل التبريد الحار والذي يمر من خلاله إلى الهواء الذي يمر من خلال المبرد بواسطة المروحة.
معظم السيارات الحديثة تستخدم مبرد مصنوع من الألمنيوم. وهذه المبردات تصنع بلَحم زوائد رقيقة من الألمنيوم إلى أنابيب عريضة من الألمنيوم. سائل التبريد يتدفق من مدخل المبرد إلى مخرجه خلال العديد من الأنابيب المصفوفة في ترتيب متوازي. وتقوم الزوائد بسحب الحرارة من الأنابيب ومن ثم بنقلها إلى الهواء المار من خِلال المبرد.
أحياناً يكون لهذه الأنابيب نوع من الزوائد موضوعة بداخلها تسمى (turbulator) والتي تقوم بزيادة حركة السائل الذي يتدفق داخل الأنابيب. إذا ما تدفق السائل بسهولة وبطئ في داخل الأنابيب فإن السائل الذي يلمس الأنابيب فقط هو الذي سوف يبرد مباشرة . كمية الحرارة التي تنتقل من السائل إلى الأنابيب التي يمر بها، تعتمد على اختلاف درجة الحرارة بين السائل والأنابيب التي يلامسها. لذلك إذا كان السائل الملامس للأنابيب يبرد بسرعة فإن كمية أقل من الحرارة سوف يتم نقلها. وعبر تكوين حركة داخل الأنابيب فإن السائل سوف يختلط ببعضه، مما يجعل درجة حرارة السائل التي تلامس الأنابيب في الأعلى وبذلك يتم التخلص من كمية أكبر من الحرارة وكذلك يتم استعمال السائل بداخل الأنابيب بشكل فعال.
يكون للمبرد (الراديتور) عادةً خزان على كل جهة وبداخل هذا الخزان يوجد مبرد ناقل الحركة. في الصورة التي في الأعلى يمكن أن تشاهد المدخل والمخرج والذي منه يدخل زيت ناقل الحركة إلى المبرد. مبرد ناقل الحركة يبدو مثل مبرد داخل مبرد، ولكن بدلاً من تبادل الحرارة مع الهواء فإن الزيت يبادل الحرارة مع سائل التبريد الذي بداخل المبرد.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (8-11)
غطاء الضغط
في الحقيقة غطاء المبرد يرفع نقطة غليان سائل التبريد عن ما قبل حوالي 45 درجة فهر نهايتيه (25ْ). كيف يعمل هذا الغطاء البسيط ذلك؟ بنفس الطريقة التي يزيد فيها قدر الضغط درجة الغليان للماء. في الحقيقة أن الغطاء عبارة عن صمام إطلاق للضغط، والذي يصل في السيارة إلى حوالي 15 psi. نقطة غليان الماء تزيد عندما يكون الماء تحت الضغط.
عندما يسخن السائل في داخل نظام التبريد فإنه يتمدد مما يولد ضغطاً. لا يمكن للضغط أن يخرج إلا من عند الغطاء لذلك فأن إعدادات النابض (سبرينج) على الغطاء يحدد الضغط بداخل نظام التبريد. وعندما يصل الضغط إلى 15 psi فإن الضغط يدفع الصمام لأن يفتح مما يسمح لسائل التبريد بالخروج من نظام التبريد. سائل التبريد هذا يمر من خلال أنبوب الفائض وينتقل إلى خزان الفائض. وهذا الترتيب يبقي الهواء خارج نظام التبريد. عندما يبرد المبرد (الراديتور) فإنه يحدث نوع من الفراغ في داخل نظام التبريد والذي يقوم بسحب وفتح نابض (سبرينج) صمام التحميل والذي يسحب الماء إلى من خزان الفائض إلى الداخل وذلك ليحل مكان الماء الذي تم طرده.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (9-11)
منظم الحرارة
أن عمل منظم الحرارة الرئيسي هو السماح للمحرك بأن يسخن بسرعة وأن يحافظ على درجة حرارة المحرك هذه ثابتة. ويتم ذلك بتنظيم كمية الماء التي تمر بالمبرد. في درجات الحرارة المنخفضة يتم قفل مخرج المبرد بشكل كامل، ويتم تدوير سائل التبريد خلال المحرك فقط.
عندما تصل درجة حرارة سائل التبريد إلى ما بين 180 و 195 درجة فهر نهايتيه ( 82ْ-91ْ) فأنه يتم فتح منظم الحرارة (الترموستات) مما يسمح للسائل بالمرور في المبرد. وعندما تصل درجة حرارة سائل التبريد ما بين 200 إلى 218 درجة فهر نهايتيه (93ْ-103ْ) فإن منظم الحرارة يبقى مفتوح طوال الوقت.
إذا ما أُتيحت لك الفرصة لتختبر منظم الحرارة فإن مراقبته شيء مدهش لأن ما يفعله يبدوا عملاً مستحيلاً. يمكنك وضع أحدها في ماء مغلي على الفرن، وحالما يسخن فإن صمامه يُفتح حوالي بوصة ، فيبدو كما لو كان سحراً ! إذا ما أردت تجربة ذلك بنفسك فاذهب إلى محل بيع قطع غيار سيارات واشتري منظم حرارة بعدة دولارات ثم قم بعمل التجربة.
إن سر منظم الحرارة يكمن في الأسطوانة الصغيرة الموجودة على جانب المحرك من الجهاز. هذه الأسطوانة مملوءة بالشمع والذي يبدأ بالذوبان عند درجة 180 ف ( بعض المنظمات الأخرى تفتح عند درجات حرارة مختلفة 180 ف هي الدرجة الموصى بها). وهناك قضيب متصل بالصمام يضغط على هذا الشمع. وعندما يذوب الشمع فإنه يتمدد بشكل ملحوظ مما يدفع القضيب لخارج الأسطوانة مما يؤدي إلى فتح الصمام. إذا ما كنت قد قرأت موضوع كيفية عمل منظم الحرارة وعملت تجربة القارورة والقشة فسوف ترى هذه العملية - الشمع يتمدد بشكل كبير بسبب أنه يتحول من جامد إلى سائل بفعل الحرارة.
فس التقنية تستعمل في الفتحات الآلية في البيوت الزجاجية ونوافذ السقف. انظر الى هذه الصفحهلمزيد من المعلومات. في هذه الأجهزة يذوب الشمع في درجة حرارة أقل.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (10-11)
المروحة
مثل منظم الحرارة فإن المروحة تحتاج إلى التحكم بها لإبقاء المحرك على درجة حرارة ثابتة.
السيارات ذات السحب الأمامي تكون المراوح فيها إلكترونية لأن المحرك عادة يكون بوضع أفقي، وذلك يعني أن عمود إخراج القوة في المحرك موجه إلى جانب السيارة. يتم التحكم بالمراوح في السيارة إما بواسطة مفتاح حراري أو بواسطة كمبيوتر السيارة ويتم تشغيلها عندما ترتفع درجة حرارة سائل التبريد فوق الدرجة المحددة. ويتم إطفائها عندما تنخفض درجة حرارة السائل إلى ما تحت هذه النقطة.
السيارات ذات الدفع الخلفي ذات المحركات الطولية تحتوي على مراوح تبريد يتم تحريكها بواسطة سير/حِزام ، هذه المراوح تحتوي على فاصل حراري لزج يتحكم بها. وهذا الفاصل موضوع في محور المروحة، في مواجهة الهواء القادم إلى المبرد. هذا الفاصل اللزج الخاص يشبه إلى حدٍ ما أداة الوصل اللزجة التي يمكن أن تجدها في بعض سيارات الدفع الرباعي.
كيفية عمل نظام التبريد في السيارة (11-11)
نظام التدفئة
قد تكون سمعت النصيحة التي تقول أنه إذا كانت سيارتك ترتفع حرارتها فقم بفتح جميع النوافذ وشغل المدفئة والمروحة على أعلى درجة. وهذا بسبب أن نظام التدفئة في الحقيقة نظام تبريد ثانوي والذي يعكس نظام التبريد الرئيسي في السيارة.
إن مركز التدفئة والذي يوجد في لوحة عدادات السيارة في الحقيقة عبارة عن مبرد صغير. تقوم مروحة التدفئة بدفع الهواء من خلال المركز التدفئة ومن ثم إلى مقصورة الركاب في السيارة.
يقوم مركز التدفئة بإرجاع سائل التبريد الحار القادم من رأس الأسطوانة إلى المضخة- لذلك فإن نظام التدفئة يعمل بشكل عادي سواء كان منظم الحرارة مفتوحاً أم مغلقاً
