طرق انتقال الحرارة تستخدم في تبريد محرك السيارات

أي طرق]انتقال الحرارة تستخدم تبريد [/url]محرك السيارات [/url]وضح ذلك ؟
عن طريق التوصيل.
الموضوع التالي يبين طريقة تبريد محرك السيارة :
مقدمة : نعلم جميعا ان وظيفة الراديتر مهمة فهو مبرد للمياه في غرفة المحرك Engine Compartment وبالتالي فينبغي توخي الدقة في صيانته وتعبئته بماء خاص (Anti Freeze Liquid) للحفاظ على أداء المحرك وعدم سخونته . إن عدم فاعلية أداء الرادييتر قد تؤدي لاسمح الله إلى إشتعال منطقة المرك بما فيها من وقود وخراطيم وأسلاك كهربية نتيجة إرتفاع درجة الحرارة. وظيفة المبرد او المشع الحراري Radiator تتلخص في تبادلية الماء الحار مع الماء الأقل حرارة. ولنلقي نظرة على طريقة عمل الرادييتر.
المبادل الحراري (Heat Exchanger) : عبارة عن وحدة تستخدم لتبديل درجة حرارة الموائع . وللمقارنة فإن جهاز تكييف الهواء (Air Conditioning Unit) إنما هو عبارة عن مبادل حراري يقوم بتغيير درجة حرارة الغرفة عن طريق مرور الهواء من خلال أنابيب تحمل غاز التبريد (الفريون) فيتم تبريد أو تسخين الهواء ،، كذلك راديتر السيارة فهو عبارة عن مبرد لماء تبريد المحرك، وذلك عن طريق مرور الماء الساخن داخل أنابيب نحاسية لها زعانف (Fins) لتشتيت الحرارة إلى الهواء الجوي عن طرق مروحة توضع أمام زعانف الراديتر لطرد الحرارة للخارج و تبريد الماء.
تتم عملية الاحتراق (Combustion) والتي تتسبب في نتاج حرارة عالية يمكن أن تسبب أضرارا بالغة و خطيرة على أجزاء المحرك ،، لذلك كان لابد من إيجاد نظام كامل للتخلص من الحرارة العالية لكل جزء من أجزاء المحرك.

نظام التبريد في محرك السيارة من أهم و ابرز أنظمة السيارة ،، حيث يعتمد عمر المحرك الافتراضي (Engine Lifetime) على كفاءة دورة التبريد في التخلص من حرارة المحرك للوقود بسرعة ومعدل مناسب لتشغيل المحرك في درجة حرارة مناسبة (ما بين 70- 90 درجة مئوية) ، حيث أن تشغيل تحت درجة حرارة مرتفعة يؤدي إلى غليان الماء وفقدانه.. وكذلك فإن تشغيله في درجة حرارة منخفضة يؤدي الى عدم كفاءته وفقد قدرته لعدم حرق كامل الوقود وتسرب بعضه على جدار الاسطوانة خلال حلقات المكابس (Piston Rings) مكتسحا الزيت أمامه إلى حوض الزيت فيعمل على تغيير لزوجته (Oil Viscosity) وتلفه. وتعتمد معظم السيارات على الماء للتخلص من حرارة الاحتراق الزائدة .

مكونات نظام التبريد بمحرك السيارة :-
1- المشع الحراري الراديتر -Radiator
2- مروحة التبريد (Cooling Fan )
3- مضخة الماء Water Pump
4- الترموستات Thermostat
5- خراطيم التوصيل . (Connecting Hoses)

دورة التبريد بالمحرك : -
تعتمد فكرة تبريد محرك السيارة على سحب الحرارة المتولدة على رأس الاسطوانة Cylinder Head نتيجة حدوث الاحتراق الداخلي ، بواسطة الماء (( سائل التبريد )) الى الراديتر حيث يتم التخلص من هذه الحرارة عن طريق انتقال الحرارة بالحمل Convection بين الراديتر و الهواء الجوي ، وعند حدوث انتقال الحرارة في الراديتر يبرد الماء ثم يتجه مرة اخرى الى اجزاء المحرك المراد تبريدها .



شكل رقم ( 1)
دورة التبريد

مكونات دورة التبريد بالمحرك:-

1- مضخةالمياه ( Water Pump )
توجد المضخة عادة في مقدمة المحرك وتأخذ حركتها من عمود المرفق (عمود الكرنك Crank Shaft-) عن طريق سير من الجلد (Belt) وتقوم بدفع الماء حول أجزاء المحرك الساخنة فيمر ماء التبريد في الفراغات حول الاسطوانة ثم في الممرات حول الصمامات وقواعد شمعات الإشعال (Spark Plugs) في راس الاسطوانة وتسمى هذه المنطقة بغرفة المحرك ((Engine Compartment .



شكل رقم (2)

مضخةالمياه Water Pump
تنتقل الحرارة الناتجة من احتراق الخليط (Fuel and Air Mixture) إلى رأس الاسطوانة المعدني وجدار الاسطوانات ثم إلى ماء التبريد حولها . يتضح مما سبق أهمية دور مضخة المياه التي تعمل على ضخ الماء في دورة التبريد ،، واي عطل فيها يؤدي حتما الى ارتفاع حرارة الماء وبالتالي ارتفاع حرارة المحرك .

2- المشع الحراري -الراديتر ( Radiator ) :-
مثبت أمام المحرك على شاسيه السيارة (Chassis) بإحكام على وسادات جلدية (Rubber Cushions) لمنع اهتزازه (Vibration) وتلفه ،، ويتكون المشع من خزنة نحاسية علوية وأخرى سفلية تتصل كل منها بالأخرى عن طريق مواسير راسية مبططة الشكل يتصل المشع بخراطيم جلدية مرنة (Rubber Hoses) من أعلى برأس الاسطوانة ومن أسفل بمجمع الاسطوانات عن طريق مضخة الماء.



شكل (3)

الراديتر ( Radiator )
تنتقل الحرارة من الماء إلى جدار المواسير النحاسية (بدأ إستبدالها بالألمونيوم وغيرها من السبائك) التي تنتقل بالتالي إلى تيار الهواء المار بين المواسير. أثناء سير السيارة يمر الماء البارد إلى خزنة المشع السفلية ويسحب الماء منها خلال خرطوم إلى مجمع الاسطوانات.
يوجد بالخزنة العلوية فتحة لتزويد المشع بالماء ، مغطاة بغطاء معدني ذو صمامين محملين بزنبرك ويعمل على زيادة الضغط داخل المشع زيادة طفيفة عن الضغط الجوى ليرفع درجة حرارة غليان الماء .. يعمل احد هذين الصمامين على المحافظة بصفة دائمة على ضغط معين داخل المشع وتصريف الضغط الزائد ، أما الصمام الأخر فيدفع بشدة عند ارتفاع الضغط ليسمح لهروبه.
يحتاج المحرك عند بدء التشغيل لسرعة رفع درجة حرارته إلى درجة تشغيله المعتاد لتلافى تأكل أجزائه وتلافى زيادة استهلاك الوقود.
كيف يحدث التبادل الحراري داخل الراديتر ؟
يحدث ذلك من خلال شكل و تقسيمة مواسير الراديتر ، حيث يعتبر الراديتر مبادل حراري ويحدث التبادل الحراري عن طريق التوصيل (Conduction Heat Transfer) ، و ذلك بتلامس الانابيب داخل الراديتر ، و الحمل (Convection Heat Transfer) ، عن طريق الفراغات المملوءة بالهواء داخل الراديتر ، و يتم طرد الحرارة من خلال الحمل الحار بين الانابيب والهواء الجوي .
يثبت الراديتر في مقدمة السيارة مباشرة و أثناء سير السيارة يمر تيار الهواء خلال المواسير فيعمل على انخفاض درجة حرارة الماء به عند تشغيل المحرك .

3- الثرموستات ( Thermostat ) :-

يحدث عادة زيادة الضغط داخل دورة التبريد نتيجة زيادة الحرارة .. لذلك كان من الضروري استخدام ثرموستات لتنظيم حركة الماء داخل الدورة .



شكل رقم (4)
الثرموستات ( Thermostat )
يتم تركيب الترموستات عند مخرج الماء من رأس الاسطوانة إلى المشع ، ويتحكم في سريان الماء ، وهو عبارة عن صمام ذو سربنتينة حلزونية مملوءة بسائل يتبخر عند درجة حرارة معينة فتتمدد وتعمل على فتح الصمام تدريجيا وتسمح بسريان الماء .. عند غلق الصمام ، يسمح للماء بالمرور في مجرى جانبي إلى مدخل الماء في المضخة، فيمنع ارتفاع الضغط في دورة التبريد.

4- مروحة التبريد : ( Cooling Fan )
عند توقف تحرك السيارة ينعدم مرور تيار الهواء ، لذا توضع مروحة بين الراديتر والمحرك ، تركب المروحة عادة على طنبورة إدارة مضخة الماء وتقوم المروحة بسحب الهواء خلال مواسير الراديتر.



شكل (5)
مروحة التبريد Cooling Fan
تعمل المروحة اوتوماتيكيا عند توقف السيارة و ذلك عن طريق (( مفتاح حراري )) – يعمل بنفس نظرية الترموستات – فعندما ترتفع درجة الحرارة ، يحدث تمدد داخل هذا المفتاح مسببا غلق الدائرة الكهربية و بالتالي يتم تشغيل المروحة ، و عندما تقل درجة الحرارة ينكمش مسببا فتح الدائرة وتوقف المروحة .