آیا حرارت بالای موتور خودرو نگران کننده است ؟
آیا تا به حال به داغ شدن کاپوت خودرو پس از یک رانندگی طولانی، توجه کرده اید؟ آیا می‌دانید حرارت موتور در خودروهای پیشرفته بیش‌تر است؟ امروز در دانستنی های پروشاتی در قالب مقاله‌ای تلاش کرده‌ایم پاسخی برای این پرسش مهم ارائه کنیم: “آیا حرارت بالای موتور خودرو نگران کننده است یا خیر ؟”
حرارت موتور خودرو ناشی از چیست؟
مطابق قانون دوم ترمودینامیک: “هیچ ماشین گرمایی نمی‌تواند دارای بازده 100% باشد.” (در ترمودینامیک به هر وسیله‌ای که از گرما، کار تولید کند ماشین گرمایی می‌گویند). بنابراین توان موتور خودروی شما چه با پیشرانه بنزین سوز، چه با پیشرانه الکتریکی یا هر منبع دیگری تأمین شود، قطعا 100% انرژی به کار مفید تبدیل نخواهد شد. گرما همواره به‌عنوان عنصر جانبی فرآیند تبدیل انرژی، تولید می‌شود. در پیشرانه‌های معمولی فعلی تنها 30 تا 40 درصد از انرژی حاصل از احتراق سوخت، تبدیل به کار مفید می‌شود. از باقی مانده انرژی حدوداً نیمی از طریق سیستم خنک‌کاری دفع می‌شود؛ نیمی دیگر به‌صورت گازهای یا حرارت بالا از اگزوز خودرو خارج می‌شود.
حرارت موتور خودرو مفید است یا مضر؟
برای پاسخ دادن به این سؤال بهتر است ابتدا این حرارت را به دو بخش تقسیم کنیم: اول گرمای مفید، حرارتی که برای گرم کردن پیشرانه در شروع به کار (Warm up)، همچنین برای گرمایش اتاق خودرو در زمستان استفاده می‌شود. دوم گرمای ناخواسته، پس از این که پیشرانه به محدوده دمای کاری بهینه رسید، این گرما باید از سیستم خارج شود.
دمای مناسب برای بهترین کارکرد موتور چند
درجه است؟
سؤال بسیار جالبی است! اما دمای مناسب از چه زاویه دیدی؟ دیدگاه مهندسی ترمودینامیک، مهندسی مواد یا مهندسین بخش احتراق؟ از دیدگاه بازده حرارتی موتور “دمای مایع خنک‌کننده هرچه بالاتر باشد بازده حرارتی پیشرانه بالاتر است!”. اگر دمای مایع خنک‌کاری هنگام ورود به پیشرانه، به‌جای 70 درجه، 100 درجه سانتی‌گراد باشد، ظرفیت کم‌تری برای جذب حرارت از دیواره‌های محفظه احتراق داشته و بدین ترتیب پیشرانه شما می‌تواند کسر بیش‌تری از انرژی سوخت را به کار تبدیل کند و این یعنی مصرف سوخت کمتر! از دیدگاه مهندسین احتراق اوضاع کمی پیچیده‌تر است. سرد بودن بیش از اندازه دیواره‌های محفظه احتراق موجب خاموشی شعله می‌شود. گرم بودن بیش از اندازه فلزات محفظه احتراق نیز زمان‌بندی احتراق را برهم می‌زند؛ احتراق در موتور خودرو شما باید با جرقه زدن شمع که از واحد ECU فرمان می‌گیرد آغاز شود، اما وجود گوشه‌های داغ در محفظه احتراق می‌تواند به‌طور ناخواسته موجب آغاز احتراق شود. این پدیده با عنوان “احتراق ضربه‌ای” یا “ناک” از مهم‌ترین چالش‌های طراحان پیشرانه‌های اشتعال جرقه‌ای است. ضمناً داغ بودن ساختمان پیشرانه موجب گرمایش هوای ورودی به محفظه احتراق نیز می‌شود. گرم شدن هوا باعث می‌شود جرم کم‌تری از آن در محفظه احتراق جا شود و قدرت تولیدی پیشرانه کاهش یابد (شاید حالا متوجه یکی از دلایل مهم استفاده از پلاستیک برای ساخت چندراهی ورود هوا به پیشرانه شده باشید). علاوه بر موارد فوق، دمای محفظه احتراق به‌شدت در میزان انتشار و نوع آلاینده‌های حاصل از احتراق مؤثر است.
دمای روغن هم تابع دمای مایع خنک‌کاری است؛
روغن در دمای پایین سفت بوده و موجب اتلاف توان به‌وسیله اصطکاک می‌شود، از سوی
دیگر دمای بالا نیز باعث نازک شدن لایه روغن بر سطح فلزات و افزایش سایش می‌شود.
برای کارکرد ایمن از نظر مواد، دما می‌بایست پایین‌تر از 400 درجه سانتی‌گراد برای چدن و پایین‌تر از 300 درجه سانتی‌گراد برای آلیاژ آلومینیوم نگه داشته شود. بیش‌ترین دمای گاز در محفظه احتراق یک پیشرانه درون‌سوز در حدود 2000 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. البته چون احتراق به شکل پیوسته انجام نمی‌شود، دمای قطعات به‌مراتب پایین‌تر از بیش‌ترین دمای گازهای سوخته است؛ اما خنک‌کاری ضعیف موتور همچنان تهدیدی بزرگ برای فلزات ساختمان موتور در نقاط بحرانی است. شما هم وقتی در یک صبح زمستانی خانه را ترک کرده و خودروی خود را روشن می کنید و با دندان‌هایی به هم فشرده منتظر بالا رفتن نشانگر دمای آب و روشن کردن بخاری هستید، قطعاً علاقه‌مندید دمای مایع خنک‌کاری به‌سرعت افزایش یابد. البته گرمای زیاد پیشرانه هم در صورت عایق‌بندی حرارتی نامناسب اتاق خودرو، می‌تواند در تابستان حسابی کلافه‌تان کند.
کلام آخر
طراحان با در نظر گرفتن بسیاری از عوامل، دمای مشخصی را برای مایع خنک‌کاری موتور خودرویتان طراحی کرده‌اند؛ آن‌ها با هدف افزایش بازده حرارتی علاقه‌مند هستند این دما را ضمن پیشرفت سامانه‌های کنترلی سیستم سوخت‌رسانی و همچنین بهبود کیفیت مواد به‌کاررفته در محفظه احتراق، تا حد ممکن بالاتر ببرند. اخیراً شنیدها حاکی از آن است که برخی تعمیرکاران با حذف ترموستات از روی بعضی خودروها(که موجب سرد کار کردن پیشرانه می‌شود) منجر به پایین آمدن آمپر درجه حرارت خودرو می شوند! به خاطر داشته باشید نه سردتر کار کردن پیشرانه جای خوشحالی دارد و نه گرم‌تر کار کردن آن؛ پیشرانه باید در دمایی که طراحانش برای آن تعیین کرده‌اند، کار کند. ریاضیدان آمریکایی ادوارد لورنز برای بیان اینکه اعمال تغییرات کوچک در شرایط اولیه سیستم‌های پیچیده، می‌تواند منجر به تغییرات بسیار بزرگ در نتایج شود، عنوان کرد “بال زدن یک پروانه در برزیل می‌تواند منجر به یک طوفان تورنادو در تگزاس آمریکا شود”. اگرچه ادوارد لورنز سررشته‌ای از پیشرانه‌های درون‌سوز نداشت، اما بگذارید ما به شما بگویم در موتور خودروی شما اوضاع دقیقاً همین‌قدر پیچیده است! از هرگونه دست‌کاری خودسرانه در هریک از اجزای آن خودداری کنید.