پایگاه خبری اسب بخار
مرجع تخصصی اخبار و ویدیو خودرو

موتورهای هوا خنک چگونه کار می کند

تمامی موتورهای احتراقی در حین کارکرد خود گرمای زیادی تولید می کنند و مقداری از این گرمای تولیدشده باید توسط مکانیزمی از موتور و اجزای جانبی آن گرفته شود تا موتور بتواند در شرایط مناسب کار کند و افزایش حرارت بیش از حد برای اجزای آن مشکل آفرین نشود.

برای خارج ساختن گرمای اضافی از مجموعه موتور از دو سیستم خنک کننده آبی و هوایی استفاده می شود. در مجموع سیستم آب-خنک (Water-Cooling) در میان خودروسازها بسیار رایج تر است، اما در این میان برخی خودروسازان اروپایی از سیستم هوا-خنک (Air-Cooling) نیز استفاده می کنند. ممکن است نام مکانیزم هوا-خنک برای موتورهای احتراقی ناآشنا باشد. این مسئله زیاد عجیب نیست چرا که از این سیستم بیش‌تر در خودروهای قدیمی، موتورسیکلت ها و موتور ملخی هواپیما استفاده می شد.

هم اکنون نیز در تعداد کمی از خودروهای جدید اروپایی از این سیستم استفاده شده است. البته اگر کمی دقیق تر به سیستم آب-خنک نگاه کنیم متوجه می شویم آبی که گرما را از موتور جذب می کند، در نهایت وارد رادیاتور می شود و رادیاتور در تماس با هوا، آب گرم واردشده را خنک می کند. بنابراین در مجموع همه سیستم های خنک کاری از نوع هوا-خنک هستند.

مهم ترین علت کاربرد این سیستم، سادگی در طراحی آن نسبت به سیستم آب-خنک است که هزینه کم تری را نیز برای طراحی در پی دارد. از این رو در موتورسیکلت ها و پمپ ها به طور گسترده از این سیستم استفاده می شود. در سیستم آب-خنک از واترپمپ (Water-Pomp)، رادیاتور، منبع انبساط و شلنگ های رابط استفاده می شود و کاربرد همین اجزا موجب پیچیدگی و افزایش هزینه می شود. در موتورهای هوا-خنک تنها از پره و فن جهت خنک کاری موتور استفاده می شود. در دهه ۳۰ میلادی و در زمانی که خودروسازان به دنبال طراحی و ساخت خودرویی ارزان قیمت برای استفاده عموم مردم بودند، «سیتروئن ۲CV» با موتور هوا-خنک به بازار ارائه شد که خودرویی دودیفرانسیل بود.

چندی بعد خودروی معروف «فولکس واگن»، «بیتل» (Beetle)، که مجهز به موتور هوا-خنک بود، به دستور «هیتلر» و توسط «فردیناند پورشه» طراحی شد. هیتلر شخصاً دستور داد خودرویی ساخته شود که هوا-خنک باشد، زیرا در آن زمان مایع ضدیخ (Coolant) بسیار کمیاب و گران قیمت بود و مراجعه به تعمیرگاه بسیار هزینه بر.

در ادامه پورشه از این سیستم در مدل ۹۱۱ استفاده کرد و «تاترا» (Tatra) (کمپانی خودروساز کشور چک) هم در خودروی Tatra 700 از آن بهره برد.

طراحی موتورهای هوا-خنک به صورت تخت و یا Vشکل است، زیرا با این آرایش، فاصله سیلندرها نسبت به هم بیش تر است (فاصله مرکز دو سیلندر در این موتورها حدود ۱٫۵ برابر قطر هر سیلندر است، یعنی بین هر دو سیلندر به اندازه شعاع سیلندر فاصله است) که باعث می شود جریان هوا بهتر به هر سیلندر برسد و عمل خنک کاری را انجام دهد. در اطراف هر سیلندر پره هایی قرار دارند که موجب می شوند سطح تماس هوا با سیلندرها زیاد شود و انتقال حرارت راحت تر صورت گیرد (Q = h A T در معادله همرفتی A همان مساحت تماسی است و هر چه این مقدار بیش تر باشد گرمای بیش تری منتقل می شود).

برای خنک کاری با هوا نیاز است هوا توسط فن فشرده شود. فن درون محفظه ای قرار می گیرد تا آن محفظه هوای فشرده شده را به سمت قسمت هایی که باید خنک کاری شوند هدایت کند. این سیستم علاوه بر سیلندرها باید خنک کننده روغن (Oil Cooler) را نیز پوشش دهد و هوا را به سمت رادیاتور روغن هدایت کند.

یکی از بخش های مهم موتور که باید به خوبی خنک کاری شود سرسیلندر است. این قسمت موتور از انفجارهای داخل سیلندر بیش ترین تأثیر را می پذیرد. از سویی، کربن، که رسانای خوبی برای گرما نیست، بر روی اجزای سرسیلندر رسوب می کند و موجب می شود انتقال حرارت به خوبی انجام نشود.

برای این که در سرسیلندر انتقال حرارت  بهتر صورت گیرد از پره های عمیق تری استفاده می کنند تا سطح تماسی افزایش یابد و در پی آن گرمای بیش تری منتقل شود.

میزان سفتی پیچ های به کار برده شده در این موتورها کم تر از موتورهای آب-خنک است، زیرا در موتورهای هوا-خنک تغییرات دما، برخلاف موتورهای آب-خنک، به صورت ناگهانی صورت می گیرد و این تغییر ناگهانی موجب انبساط ناگهانی و متفاوت اجزای مختلف موتور، که از جنس های مختلف هستند، می شود (زیرا ضریب انبساطی جنس های مختلف متفاوت است). بنابراین طراحان با در نظر گرفتن انبساط های مختلف جنس های به کار برده شده در موتور، گشتاور اعمالی برای پیچ ها را تعیین می کنند و این میزان حدوداً نصف گشتاور اعمالی بر پیچ های موتورهای آب-خنک است.

از مشکلات مهم این سیستم خنک کاری، سروصدای زیاد آن است. علت این صدا هم به سه دلیل است:

۱- چرخش فنی که هوای سرد را به سمت سیلندرها هدایت می کند صدای قابل توجهی تولید می کند.

۲- نبود حفره های درون بلوک سیلندر (Water Jacket) که در موتورهای آب-خنک وجود دارند و با عبور جریان آب از این حفره ها صدای ناشی از احتراق درون سیلندر دمپ می شود.

۳- حذف شدن اجزای سیستم آب-خنک در اطراف بلوک سیلندر (اتصالات، رادیاتور، واترپمپ و …) که نقش مهمی در کاهش صدای موتور داشتند، این اجزا مانند صدا خفه کن عمل می کردند.

محمد جبارزاده شیاده
پایگاه خبری اسب بخار