میسیستم های خنک کننده :

سیستم های خنک کننده وظیفه بسیار مهمی در موتور های احتراقی دارد. چون زیاد شدن قدرت در موتور های احتراق داخلی بستگی به نسبت تراکم بستگی دارد . برای  جلوگیری از بروز احتراق های زودرس که در اثر بالا رفتن نسبت تراکم به علاوه دمای زیاد موتور صورت میگیرد باعث ایجاد ضایعات فراوانی در سیلندر ها,پیستون ها , یاتاقانها و … میگردد.

گرمای بیش از اندازه موجب تجزیه و از بین رفتن خواص روغن می شود. خنک کردن بیش از حد موتور نیز زیان آور است . بطور کلی موتورهای احتراق داخلی با حرارت نرمال حداکثر راندمان را خواهند داشت.

حرارت ایجادی در موتور بصورتهای زیر مورد استفاده قرار میگیرد یا دفع میشود:

•  کمتر از ۱/۴ انرژی حرارتی تولیدی در موتور به کار مفید تبدیل و حرارت باقی مانده باید به نحوی از بین برده شود تا باعث فرسایش و خرابی قطعات نگردد.
• در حداکثر سرعت موتور یعنی هنگامی که دریچه گاز مجرای خروجی ها کاملاً باز است در حدود ۲۶ درصد از حرارت مفید موتور از طریق اگزوز خارج میشود.
• حدود ۷ درصد از حرارت ایجادی برای اصطکاک داخلی و گرم کردن روغن موتور مصرف میشود.
• بیش از ۳۳ درصد حرارت بوسیله سیستم خنک کننده جذب و به هوای محیط منتقل می شود.
• حدوداً  ۹ درصد بصورت تشعشات حرارتی از موتور دفع میشود.

در موتورهای احتراق داخلی برای تنظیم حرارت از دو نوع سیستم خنک کننده متداول استفاده می شود:

• سیستم خنک کننده هوائی
• سیستم خنک کننده آبی

سیستم خنک کننده هوائی:

در این سیستم برای خنک کردن موتور از جریان هوا استفاده میشود و معمولاً به دو صورت مشاهده می شود.

الف – از جریان هوای آزاد استفاده  و موتور خنک میشود مانند موتور سیکلتها. (شکل ۱)

ب – از جریان هوای آزاد که بوسیله پروانه مکیده  و جریان هوای ایجاد میشود از طریق کانالی که دور موتور قرار گرفته به اطراف                   موتور فرستاده میشود و بدین ترتیب موتور خنک می شود (شکل ۲)

به طور کلی در موتورهائی که از سیستم هوائی برای خنک کردن استفاده میکنند جنس قطعات موتور (بدنه سیلندر – سرسیلندر و بلوک را از فلزات سبک مانند آلومینیوم که دارای ضریب انتقال حرارتی زیاد هستند می سازند.

بمنظور حداکثر استفاده از هوا سیلندر و سر سیلندر و قسمتهای دیگر که با هواتماس دارند را پرپره می سازند. این پره ها در قسمتهایی که با حرارت بیشتری تماس دارند (سر سیلندر) بزرگتر از قسمتهای دیگر است علت بزرگ بودن پره ها آن است که جریان هوا در حین عبور از پره ها با سطح بیشتری از فلز تماس دارد و مقدار بیشتری از گرما را به خود جذب و دفع میکند. (شکل ۳)

موتور های هوا خنک شو :

هوای مکیده در این موتورها بوسیله پروانه به داخل کانالهای منظم اطراف سر سیلندر و سیلندر کشیده میشود . تحت فشار به مواضع داغ اصابت نموده و عمل خنک کاری را سریع تر می کند.

ضمناً برای کنترل و تنظیم حرارت موتور از ترموستات (نوع فانوسی یا در بعضی موتورها بوسیله کنترل دستی) که داخل کانال هوا نصب و به دریچه ای متصل میباشد استفاده میشود.

گرم بودن موتور بطور کامل دریچه را باز کرده و حجم هوای خنک کننده را افزایش و هنگام سرد بودن موتور دریچه را بسته و درجه حرارت موتور را کنترل میکند (شکل ۴)

در سیستم خنک کننده هوائی برای بهتر خنک کردن موتور از رادیاتور روغن نیز استفاده میشود. رادیاتور روغن نقش مهمی در حفاظت موتور در مقابل گرم شدن دارد.

روغن گرم  در موتور به رادیاتور می رود و در آنجا حرارت خود را در مجاورت هوا مبادله و روغن خنک  از رادیاتور به موتور باز میگردد(همانند خنک شدن آب در رادیاتور در سیستم خنک کننده آبی) و حرارت موتور را جذب و این جریان همچنان ادامه می یابد. (شکل۵)

(شکل ۵)

در زمستان برای گرم کردن داخل اتاق از همین هوای اطراف موتور که بوسیله کانال و با دریچه ای که توسط راننده باز و بسته میشود و هدایت گرما استفاده می شود.

یکی از اشکالاتی که موتورها با سیستم خنک کننده هوائی دارند این است که بسیار پر سر و صداتر از موتورهای مجهز به سیستم خنک کننده آبی هستند زیرا پوشش آبی اطراف موتور مقدار زیادی از ارتعاشات و سر و صدای موتور را میگیرد لقی بین قطعات در این سیستم بیشتر از سیستم آبی می باشد.

سیستم خنک کننده آبی:

اصول کار سیستم خنک کننده آبی :

همانطور که اشاره خواهد شد گرچه در این سیستم از آب جهت کاهش حرارت استفاده میشود ولی عامل اصلی خنک کننده موتور هوا میباشد.

در شکل سطل پر از آب داغی را میبینید اکنون اگر آب درون سطل را به حال خود بگذاریم مشاهده خواهیم کرد که پس از مدت بسیار طولانی آب خنک خواهد شد و این به واسطه آن است که فقط مقدار بسیار ناچیزی از سطح آب با هوا در تماساست. (شکل ۶)

حال اگر همین آب داغ را بر روی زمین ریخته و به این وسیله سطح تماس آب را با هوا گسترش دهیم ملاحظه خواهیم کرد که آب داغ به سرعت خنک میشود. (شکل ۷)

یک سطل که در ته آن چند لوله جهت جریان آب گرم تعبیه و ظاهراً مقدار سطح تماس هوا با آن تغییر نکرده ولی از آنجائی که آب می تواند در لوله های متعدد جریان پیدا کند بنابراین سطح تماس هوا با آن زیاد میشود.

جریان هوا که در شکل با علامت پیکان نشان داده ایم لوله ها را احاطه نموده و به این ترتیب نه تنها سطح بیشتری از آب در معرض جریان هوا قرار میگیرد بلکه آب نیز زودترخنک میشود.(شکل ۸)

همانطور که در شکل مشاهده میشود  مقدار سطح تماس هوا را میتوان با بکار بردن پره های نازک فلزی که بطور افقی بین لوله ها قرار میگیرند افزایش داد بنابراین هر اندازه که سطح تماس هوا بیشتر باشد آب نیز زودتر خنک خواهد شد. اساس کار رادیاتور نیز روی همین اصل میباشد لذا رادیاتور دستگاهی است که حرارت توسط آب جذب میشود و در اثر جریان و تماس با هوای مجاور پره ها و شبکه ها پخش و مبادله میکند (شکل ۹)

سیستم خنک کننده آبی به دو دسته تقسیم می شود :

الف – عبور هوا و جریان جابجائی آب.

ب – عبور جریان هوا و جابجائی آب بوسیله پمپ.

الف – عبور هوا و جریان جابجائی آب:

آب گرم سبک تر و وزن مخصوص آن کمتر از آب سرد است لذا خود بخود بر روی سطح آمده و در روی آب سرد قرار خواهد گرفت.

لذا در سیستم خنک کننده (ترموسیفون ) که بوسیله جریان جابجائی آب گرم و هوا انجام می شود از این اصل فیزیکی استفاده میشود .

این سیستم شامل یک رادیاتور بزرگ و شیلنگهای لاستیکی و محل اتصال آنها و همچنین مجاری آب موتور در اطراف دیواره های سیلندر میباشد .

یک پروانه که بوسیله تسمه و پولی سر میل لنگ به گردش در می آید هوا را در اطراف موتور به جریان میاندازد .

به طور خلاصه اصول کار این نوع رادیاتور چنین است:

احتراق در سیلندرها تولید حرارت میکند و آبی که در مجاری موتور جریان دارد این حرارت را به خود جذب کرده گرم میشود . چون آب گرم   به مخزن فوقانی رادیاتور صعود کرده و آنجا  از درون لوله های باریکی  به پائین نزول میکند . در این مدت پروانه نیز با گردش خود هوای خارج را از لابه لای شبکه های رادیاتور مکیده و آب را به سرعت خنک می کند . آب خنک  وارد مخزن زیرین رادیاتور می شود مجدداً از شیلنگ پائین وارد مجاری آب بدنه موتور میشود و همان مراحل بالا مجدداً تکرار میگردد.

به هر حال این سیستم بر اساس انبساط و انقباض حجم آب به علت تغییرات درجه حرارت استوار است. این سیستم بیشتر در قدیم به علت کم دور بودن موتورها استفاده می شد. و از آنجائی که این نوع سیستم دارای رادیاتورهای بزرگ بوده و فضای زیادی را اشغال میکرد مورد استفاده چندانی ندارد و بیشتر در موتورهای زمینی استفاده می شود (شکل ۱۰)

ب – عبور جریان هوا و جابجائی آب بوسیله پمپ :

افزودن یک پمپ به دستگاه خنک کننده راندمان آن زیادتر میشود و با کار گذاشتن چنین پمپی می توان همان مقدار یا کمتر آب را برای خنک کردن موتور بکار برد.

در این سیستم مایع خنک کننده (آب) با چنان سرعتی در موتور گردش میکند که اگر مقدار ظرفیت آب رادیاتور کم هم باشد موتور به نحو مطلوبی خنک خواهد شد.

بـه تعریف دیگر دستگاههای خنک کننده با ظرفیت آبی کم اگر دارای پمپ باشند مقدار بسیار زیادی از آب را می توانند در اندک زمانی جابجا و خنک کنند یکی دیگر از مزایای این پمپ آن است که از ایجاد نقطه داغ و توده بخار(گره گازی) در اطراف سیلندرها و سایر قسمتها جلوگیری میکند. خنک کننده آبی از قسمتهای زیر تشکیل میشود است (شکل ۱۱)