Ψυγείο αυτοκινήτου
Γιατί το αυτοκίνητο μας έχει _ψυγείο_;KATA την καύση μιάς οποιασδήποτε ουσίας απελευθερώνεται
θερμότητα. Το ίδιο συμβαίνει και κατά την καύση του καυσίμου
μίγματος στους κυλίνδρους του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Στην
περίπτωση όμως αυτή τελικός μας σκοπός δεν είναι η παραγωγή
θερμότητας αλλά η κίνηση του οχήματος στο οποίο βρίσκεται ο
κινητήρας ή, με άλλα λόγια, η μετατροπή της ενέργειας που
περικλείει το καύσιμο σε κινητική ενέργεια. Οι θερμοκρασίες
που αναπτύσσονται στο εσωτερικό των κυλίνδρων του κινητήρα
ξεπερνούν σε ορισμένες φάσεις της λειτουργίας του τους
2000ψ-2500ψC (ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα). H θερμοκρασία
όμως των διαφόρων εξαρτημάτων που έρχονται σε επαφή με τα
αέρια προϊόντα της καύσης του καυσίμου μίγματος επιβάλλεται να
είναι αρκετά μικρότερη. Για παράδειγμα, η μέγιστη θερμοκρασία
κυλινδροκεφαλής από κράμα αλουμινίου δεν πρέπει να είναι
μεγαλύτερη από 250ψC, εμβόλου (κατασκευασμένου από παρόμοιο
κράμα) 350ψC, εμβολοχιτωνίου 160ψ-180ψC.
H υπερθέρμανση του κινητήρα συνεπάγεται αύξηση της
κατανάλωσης, ελλιπή λίπανση (θυμίζουμε ότι το ιξώδες του
λιπαντικού μεταβάλλεται, ενώ υπερβολική αύξηση της
θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει στην απανθράκωσή του) και
αυξημένες φθορές. Αυτό επιβάλλει την οργάνωση της αποβολής
ενός μεγάλου μέρους της παραγομένης θερμότητας ή, με πιο απλά
λόγια, την οργάνωση της ψύξης του κινητήρα. Να πούμε στο
σημείο αυτό ότι δυσάρεστες για τον κινητήρα συνέπειες έχει και
η διατήρηση της θερμοκρασίας του σε υπερβολικά χαμηλά επίπεδα.
Για το λόγο αυτό η ψύξη του κινητήρα οργανώνεται με τέτοιον
τρόπο ώστε η θεμορκρασία του να βρίσκεται πάντα (ανεξάρτητα
από τις συνθήκες λειτουργίας) μέσα σε ορισμένα πλαίσια.
H ψύξη του κινητήρα επιτυγχάνεται με δύο κατά κανόνα τρόπους:
α) Με τη βοήθεια κάποιου ψυκτικού υγρού (νερό) το οποίο
ερχόμενο σε επαφή με τα θερμαινόμενα μέρη του κινητήρα
(κυλινδροκεφαλή και κορμό) παραλαμβάνει από αυτά μια ορισμένη
ποσότητα θερμότητας και την αποδίδει μέσω του κατάλληλου
εναλλάκτη (ψυγείο) στο περιβάλλον. Στην περίπτωση αυτήν
απαιτείται η ύπαρξη του αντίστοιχου για την κυκλοφορία του
υγρού, κυκλώματος (υδρόψυκτοι κινητήρες). β) Με τη βοήθεια του
αέρα του οποίου η κυκλοφορία οργανώνεται στην περίπτωση αυτή
με κατάλληλο τρόπο (αερόψυκτοι κινητήρες). Διαφορετική σε κάθε
περίπτωση είναι τόσο η εξωτερική εμφάνιση του κινητήρα (οι
αερόψυκτοι είναι μεγαλύτεροι σε διαστάσεις και διαθέτουν τις
χαρακτηριστικές ψύκτρες), όσο και ο ήχος του (αρκετά πιο
έντονος στους αερόψυκτους). Διαφορετική είναι επίσης και η
απόδοση κάθε τύπου συστήματος ψύξης: το σύστημα ψύξης των
υδρόψυκτων κινητήρων έχει μεγαλύτερη απόδοση, γεγονός που
οδήγησε άλλωστε και στη σχεδόν καθολική επικράτηση τους, αφού
σπάνια συναντάμε πλέον αερόψυκτους κινητήρες. Αυτό δεν
σημαίνει ότι η ψύξη με νερό δεν έχει αδύνατα σημεία: ο
υδρόψυκτος κινητήρας είναι πιο πολύπλοκος από τον αερόψυκτο,
ενώ σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες υπάρχει περίπτωση να παγώσει
το νερό. O τελευταίος κίνδυνος αποτελεί και το λόγο που σαν
ψυκτικό υγρό δεν χρησιμοποιείται καθαρό νερό αλλά νερό που
περιέχει κάποιο ειδικό (αντιψυκτικό) υγρό. Να θυμίσουμε τέλος
ότι το σύστημα λίπανσης βοηθά -σε μικρό βέβαια βαθμό- το έργο
του συστήματος ψύξης. Σε περιπτώσεις μάλιστα ιδιαίτερα
_βεβαρημένων_ από θερμική άποψη κινητήρων (π.χ.
υπετροφοδοτούμενοι κινητήρες) το σύστημα λίπανσης εφοδιάζεται
με τον αντίστοιχο εναλλάκτη (ψυγείο λαδιού).
Σχηματική παράσταση της λειτουργίας του συστήματος ψύξης
υδρόψυκτου κινητήρα: Το ψυκτικό υγρό περιβάλλει τους
κυλίνδρους (11) του κινητήρα και επικοινωνεί με το ψυγείο (2)
και με τους αγωγούς (8) και (15). H αντλία (14) βρίσκεται στον
ίδιο άξονα με την τροχαλία (7) (που κινείται από το
στροφαλοφόρο άξονα) και φροντίζει για την κυκλοφορία του
ψυκτικού υγρού. Το ψυκτικό υγρό αφού έρθει σε επαφή με τα
θερμά τοιχώματα των κυλίνδρων και της κυλινδροκεφαλής
παραλαμβάνει από αυτά ένα ορισμένο ποσό θερμότητας (οπότε το
ίδιο θερμαίνεται) και κατευθύνεται μέσω του σωλήνα (8) προς το
πάνω μέρος του ψυγείου. Στη συνέχεια κατευθύνεται προς τα κάτω
περνώντας μέσα από τα ειδικά κανάλια του ψυγείου όπου ψύχεται.
H ψύξη επιτυγχάνεται με το ρεύμα του αέρα το οποίο _πέφτει_
πάνω στα κανάλια αυτά και δημιουργείται αφ_ ενός από την
κίνηση του αυτοκινήτου και αφ_ ετέρου από τη φτερωτή (6).
Στους περισσότερους σύγχρονους κινητήρες η φτερωτή τίθεται σε
κίνηση από ηλεκτρικό μοτέρ. Το ψυχρό πλέον υγρό μέσω του
σωλήνα (15) φτάνει ξανά στην αντλία και στο σωλήνα (12) -ο
οποίος φροντίζει για την ομοιόμορφη κατανομή του υγρού
ανεξάρτητα από την απόσταση κάθε κυλίνδρου, από την αντλία-
από όπου διοχετεύεται και πάλι στις θερμές επιφάνειες του
κινητήρα. H θερμοκρασία του κινητήρα, η οποία πρέπει να
βρίσκεται μεταξύ 80ψ και 100ψC, ελέγχεται με το θερμόμετρο
(13). Για το γρήγορο ζέσταμα του κινητήρα στο κύκλωμα υπάρχει
ο θερμοστάτης (10). Όταν ο κινητήρας είναι κρύος η βαλβίδα του
θερμοστάτη είναι κλειστή και το υγρό δεν κατευθύνεται από την
κυλινδροκεφαλή και τον κορμό του κινητήρα προς το ψυγείο αλλά
μέσω του σωλήνα (9) φθάνει στην αντλία από όπου επιστρέφει
στις θερμές επιφάνειες. Έτσι ο κινητήρας ψύχεται από αρκετά
μικρότερη ποσότητα υγρού η οποία μάλιστα δεν ψύχεται στο
ψυγείο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη γρήγορη θέρμανση του
υγρού. Μόλις το υγρό αποκτήσει αρκετά υψηλή θερμοκρασία η
βαλβίδα του θερμοστάτη ανοίγει και το υγρό ακολουθεί πλέον τη
φυσιολογική του πορεία: θερμές επιφάνειες-ψυγείο-αντλία.
Οι κινητήρες των σύγχρονων επιβατικών αυτοκινήτων διαθέτουν
_κλειστό_ σύστημα ψύξης (το ψυκτικό υγρό δεν έρχεται σε επαφή
με την ατμόσφαιρα) με δοχείο διαστολής. Λόγω της αυξημένης
πίεσης η θεμροκρασία βρασμού του νερού ανεβαίνει στους
105ψ-115ψC και κατά συνέπεια η πιθανότητα βρασμού του
μειώνεται σημαντικά.