مكتوب بواسطة المهندس احمد عفيفى بمنتدى ملتقى المهندسين

أخواني الكرام, أقدم لكم هذا الموضوع الجديد عن التدفئة في السيارات, والذي قد تفضل البعض منكم بطلبه, ولكن حتى أصل بكم الى مرحلة الفهم الكامل لكيفية عمل لك النظام, سوف أتناول بعض الأجزاء الرئيسية لذلك النظام, والمبادئ المستخدمه بها, وسببها, وغيره الكثير, ثم أنتظر أي إستفسار على هذا الموضوع.

أسأل الله أن يوفقني به, وأن يجعله أداة نافعة لكم بإذن الله.

سوف أتناول في موضوع تدفئة السيارات الآتي:

• مقدمة
• بعض الأساسيات
• أجزاء نظام التدفئة وتوصلاته
• المائع
• مضخة الماء
• المحرك
• الريداتير Radiator
• غطاء الضغط Pressure Cap
• منظم الحرارة Thermostat
• المروحة Fan
• نظام التدفئة Heating System

بعض الملاحظات:

الريداتير Radiator, قد يسمى مبرد أو مشّع

هذه المقالة مبنية على الإستناد الى بعض المراجع, وموقع www.howstuffworks.com

• 1-مقدمة:
• الربط بين علاقة تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة ميكانيكية, هو أساس عمل السيارة, ولكن من خلال القانون الثاني للديناميكا الحرارية, فإن كفائة أي جهاز لا تصل الى 100%, لذلك فإنه فهنالك فقد في الطاقة متمثلة في طاقة حرارية منبعثة من السيارة.

ولكن نحن نعلم بأن كلما زادت حرارة السيارة كلما كانت كفائة السيارة أعلى, ولكن الى أي حد زيادة تلك الحرارة مقبول, عادة قد تؤدي زيادة حرارة السيارة إلى تمدد إسطوانات السيارة داخل غرفة الإحتراق Combustion Chamber ومنها قد تؤدي الى تدمير المحرك بأكمله, لذلك كان من الضروري إيجاد وسيلة لتبريد المحرك بقدر معين حتى نصل الى درجة حرارة ثابتة للمحرك, لأن حرارة المحرك المنخفضة تؤدي الى إنبعاث الملوثات Pollutions كما سيتضح من خلال هذا الموضوع.


2- بعض الأساسيات:
في السيارات يوجد غرفة إحتراق Combustion Chamber حيث يحترق بها الوقود, جزء من ذلك الوقود يتحول الى طاقة ميكانيكية عن طريق دفع الإسطوانات للأسفل مما يحرك عمود الحركة الخاص بالسيارة, ومنها تحصل على حركة ميكانيكية, أما الجزء الآخر من الطاقة هو الطاقة الحرارية, جزء من تلك الطاقة الحرارية يمتصه أجزاء المحرك, أما الجزء الآخر فيتم طرده من خلال نظام العادم Exhaust System.

يوجد نظامان لتبريد المحرك, نظام سائل Liquid Cooled وتبريد هواء Air Cooled.

نظام التبريد بالسائل: يعمل نظام التبريد بالسائل على المرور داخل المحرك, حيث يكتسب السائل جزء من حرارة المحرك, ثم يدفع السائل الساخن بعد ذلك الى المبادل الحراري أو الريداتير أو المشع Radiator, حيث يتم تبادل الحرارة داخل الريداتير مع الهواء المتدفق من خلال حركة السيارة, هذه صورة توضح مكان الريداتير داخل السيارة, ويكون في مقدمة السيارة



نظام التبريد بالهواء: يستخدم هذا النظام في السيارات القديمة وبعض السيارات الحديثة, حيث يتم وضع زوائد أو زعانف من الألومنيوم, تعمل على إمتصاص الحرارة من الإسطوانات Cylinders الخاصة بالمحرك أو بما يسمى Engine Block, كما سيتم توضيحه بعد قليل, يتم وضع أيضاً مروحة قوية تعمل على زيادة الفقد في الحرارة لتلك الإسطوانات.

3- أجزاء نظام التدفئة وتوصيلاته
قد يعتقد البعض ما علاقة ما أكتبه بنظام التدفئة, في الحقيفة أقول أن نظام التدفئة يختلف كلياً عن نظام التكييف الخاص بالسيارة, فلكل منهم مكوناته الخاصة به, وفي هذا الجزء سوف نقوم بذكر أجزاءه ثم سنطرق بالتفصيل لك من تلك الأجزاء, يتكون النظام ككل من الآتي:




















4. المائع Fluid:
من المعروف في السيارات أنها تعمل عند درجات حرارة متعدد تبعاً لظروف المناخ الحالي, وبالتالي فإن سائل التبريد لابد من أن يمتلك سمات هامة وهي:

أن تكون نقطة تجمد منخفضة Low freezing Point

أن تكون نقطة غليانه عالية High Boiling Point

أن يكون له القدرة على حمل الحرارة

وأفضل تلك السوائل هو الماء, ولكن الماء درجة حرارة تجدمه عالية نسبياً وهي صفر مئوي, ولذلك يستخدم إيثيلين جليكول Ethylene Glycol C2H6O2 , حيث أن وضعه مع الماء يعمل على زيادة درجة غليانه وإنخفاض درجة تجمده, ويمكنك التأكد من ذلك من خلال الجدول التالي

ولكن في بعض الأحيان يصل درجة حرارة سائل التبريد الى 250 الى 275 فهرنهيت ( 121الى 135 درجة مئوية) حتى مع وجود إيثيلين جليكول , مما قد يؤدي الى غليان سائل التبريد, ولذلك كان من الضروري عمل وسيلة ما تعمل على زيادة درجة غليان الماء, من الممكن زيادة درجة غليان الماء في حالة زيادة ضغط السائل.

فمع زيادة الضغط من 14 الى 15 PSI (من 97 الى 103 كيلوبسكال) يعمل على إضافة حوالي 45 فهرنهيت (8 درجات مئوية) إضافية.

ملاحظة: إيثيلين جليكول يسمى مضاد التجمد Antifreeze

يتم إضافة بعض المواد المضادة للصدأ.


المضخة Pump:
مضخة الماء تعتمد على القوة الطاردة المركزية لتضخ الماء الى داخل المحرك Engine Block, ثم الى رأس الإسطوانة Cylinder Head ثم الى الريداتير Radiator ثم الى المضخة مرة أخرى, إنظر لصورة المضخة التالية

شكل 5- صورة للمضخة الطاردة المركزية

6. المحرك Engine:

يتم تصميم قالب المحرك من خلال صب المعدن في قوالب, يتكون قالب المحرك Engine Block من مجموعة من المجاري التي يمر بها الوقود والعادم وسائل التبريد, درجة الحرارة داخل غرفة الإحتراق قد تصل الى 4500 فهرنهيت (2482 درجة مئوية), ولكن في حالة عدم إستخدام سائل للتبريدو سوف ترتفع درجة حرارة المحرك ومن الممكن أن يلتحم المكبس Piston مع الإسطوانة, وبالتالي تلف المحرك.

وبالتالي سائل التبريد يعتبر جزء هام للمحرك, ولكن تلك الحرارة قد تتطلب كمية كبيرة من سائل التبريد, وبالتالي كبر حجم المحرك, لذلك يتم وضع سيراميك فوق رأس الإسطوانة, ومن المعلوم أن السيراميك موصل ضعيف للحرارة, لذلك ستحفظ الحرارة داخل غرفة الإحتراق,ويتم إخراج تلك الحرارة من خلال فتحات العادم.

إنظر الصورة الآتية

شكل 6- قالب المحرك Block Engine

7.المبرد أو الريداتير Radiator:
المبرد هو نوع من المبادلات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم, تتكون من مكونين أساسيين, هما أنابين أو مواسير Tube الألومنيوم, و الزعانف أو زوائد مصنعة من الألومنيوم, يمرر سائل التبريد الساخن الى المبرد حيث يعمل على تبادل الحرارة مع الهواء المتدفق من خلال المروحة, كما سيتم شرحه في جزء المراوح.
يتم وضع داخل الأنابيب نوع آخر من الزعانف تعمل على تقليب السائل داخل الأنابيب يسمى turbulator, حيث عدم وجوده يجعل السطح الخارجي للسائل يبرد بسرعة بينما السائل من الداخل لايزال حاراً, وبالتالي فإن كمية الحرارة المفقودة تكون قليلة.
يوجد بجوار المبرد خزان, , يحتوي على مبرد للناقل Transmission Cooler, حيث يدخل زيت الناقل الخاص بالسيارات الأوتوماتيكية, ويمرر بهذا الخزان, ويعمل على تبريد ذلك الزيت نتيجة تبادل الحرارة مع سائل التبريد الخارج من المبرد, ويمكنكم ملاحظة ذلك من خلال النظر للصورة التالية

شكل 7- صورة لخزان الناقل

8.غطاء الضغط Pressure Cap

هنا يعمل غطاء الضغط على زيادة الضغط لسائل التبريد, وذلك من أجل زيادة درجة غليانه, كما كنت قد ذكرت من قبل, فعندما يسخن سائل التبريد, يتمدد السائل, والمخرج الوحيد له هو من خلال غطاء الضغط, حيث تم تركيب صمام إطلاق Spring, , ومن خلال التحكم بذلك الصمام Spring, يتم تحديد أعلى ضغط مطلوب للسائل داخل المبرد, يتم توصيل الجزء العلوي الخاص بغطاء الضغط بخزان للفائض
Overflow Tank, , حتى يذهب الفائض من سائل التبريد الى ذلك الخزان

شكل 8- غطاء الضغط قبل عملية التسخين

شكل 9- غطاء الضغط بعد عملية التسخين

وعندما يصبح سائل التبريد بارداً, يعود صمام الإطلاق الى وضعه الأول, مما يودي الى حدوث سحب Suction, لسائل التبريد بسبب تكون ضغط فراغ Vacuum, مما يؤدي الى سحب الماء من خزان الفائض الى المبرد مرة أخرى.

9.منظم الحرارة Thermostat:

يعمل منظم الحرارة على رفع درجة الحرارة في بداية التشغيل بشكل سريع, ثم يجعل درجة حرارتها ثابتة بعد ذلك, ويتم ذلك عن طريق تنظيم كمية الماء الموجه نحو المبرد, فعند درجات الحرارة المنخفضة يكون منظم الحرارة في وضعية مغلقة, ويتجه كل الماء الى قالب المحرك Engine Block.

اما عند إرتفاع درجة الحرارة من 180 الى 195 فهرنهيت (82 الى 91 درجة مئوية), يبدأ الصمام التمدد أو منظم الحرارة بالعمل بشكل جزئي, أما عند وصول الحرارة من 200 الى 218 فهرنهيت (93 الى 103 درجة مئوية) يعمل الصمام بشكل كامل.

أنظر للصورة التالية

شكل 10- صمام التمدد الحراري

10. المراوح Fan:

تستخدم المراوح في عملية تبريد سائل التبريد داخل المبرد, ويتم التحكم بالمراوح من خلال كمبيوتر خاص بسيارات الدفع الأمامي, اما سيارات الدفع الخلفي فيتم توصيل المروحة بالمحرك, فكلما زادت سرعة السيارة زادت سرعة المروحة وهكذا.

شكل 11- المروحة الأمامية




أما الآن فننتقل الى أهم جزء وهو التدفئة في السيارات بعد شرح أجزاء التدفئة

11. نظام التدفئة
علمنا الآن أن السيارة بعد فترة من تشغيلها تعمل على تسخين سائل التبريد داخل قالب المحرك, ومنها في شكل 2 يوجد صمام يسمى صمام التدفئة Heater Valve, يعمل صمام التدفئة على تدفق سائل التبريد الساخن داخل ما يسمى بؤرة التدفئة Heater Core, وهو مبادل حراري يشبه في حد كبير المبرد Radiator, توجد بؤرة التدفئة داخل كابينة القيادة تحت لوحة القيادة, حيث تعمل المروحة الداخلية على دفع الهواء الساخن داخل المقصورة, إنظر للصور التالية



شكل 12- توصيلة سائل التبريد الى بؤرة التدفئة

شكل 13- بؤرة التدفئة

ومنها نستطيع أن نلاحظ التالي:

a- عند فتح التدفئة, تلاحظ عدم حصولك على الهواء الساخن مباشرة إلا عندما يسخن سائل التبريد

b- عندما تسخن السيارة, النصائح تقول ان تقوم بفتح التدفئة وكذلك المروحة في سرعتها القصوى, وأعتقد اننا علمنا لماذا ذلك.

c- لايتم دفع الهواء الساخن الى من أمام لوحة القيادة, وذلك بسبب أن بؤرة التدفئة تقع في ذلك المكان.

أهمية العزل:


كما نعلم ان الحرارة تجري من المكان التي درجة حرارته عالية الى المكان التي درجة حرارته منخفضة ..


ولكي نحد من انسياب الحرارة الى المنطقة المبرّدة الى الحد الادنى ، فمن الضروري ان نعزل هذه المنطقة عمّا حولها باحدى مواد العزل للحرارة.



الصفات المطلوبة للمواد العازلة:


1. غير قابلة لامتصاص الرطوبة.
2. مقاومة من الناحية الميكانيكية.
3. قدرتها المنخفضة على التوصيل الحراري.
4. مقاومة للاحتراق.
5. ان لا تطلق روائح تؤثر على المواد الغذائية.
6. ان تكون رخيصة الثمن.
7. ان تخدم لفترات طويلة بدون اي تغيير على مواصفاتها.
8. ان تكون خاملة كيميائياً عند ملامستها للمعدن.
9. ان تكون مقاومة للتجمد وللحرارة المنخفضة.
10. ان تكون لها كتلة حجمية منخفضة.



المواد المستخدمة في العزل:



الصوف الزجاجي : يتألف من خيوط دقيقة من الزجاج .


الصوف المعدني (الصخري) : يتألف من خيوط دقيقة ، ويستحصل من خبث المعادن وبعض الصخور.


البلاستيك الرغوي (ستيريوبور) : يستخرج من مادة الستيرول ، ويصنع على شكل قوالب ، وهو عازل جيد وذو مقاومة عالية ووزن خفيف.


البولي اوريتان الرغوي : وهوعازل ممتاز ، يتألف من الزفت والفريون 11 ، تخلط المواد مع بعضها ، وتضخ بواسطة جهاز يدوي ، فتتفاعل هذه المواد وتشكل رغوة ، لا تلبث ان تجف ، وتشكل العازل الصلب.



نماذج من مواد العزل:

ترجع غالبية الاسباب التى تعمل على أحتراق محركات ضواغط التبريد والتكييف الى الاسباب العشرة التالية:

1- الفقد نتيجة تسرب مركب التبريد (leakage) مما يعمل على تشغيل الضاغط بدون تبريده من مركب النبريد الراجع الى الضاغط.
2- فقد جزء من العزل الكهربائى للملفات (mis-installation) مما يعجل بأحتراق الملفات لاحقا.
3- فقد او انخفاض مستوى زيت التبريد وهى من المهمات الرئيسية لفنى التشغيل.
4-مشاكل خاصة بالمنبع الرئيسى للطاقة (power Supply) ويشمل:
- ارتفاع او انخفاض الفولتية
- عدم توازن الفولتية (voltage Unbalance) حيث يسبب 5ر3 % عدم توارن فى الفولت الى25 % ارتفاع
فى درجة حرارة المحرك.
- تفريغ البرق(lightening) ذو الفولتية العالية جدا بخطوط توزيع الكهرباء والأبراج الكهربائية حيث ينتج فولتية عالية
(surge Voltages) تسبب احتراق ملفات المحرك.
5- غمر الضاغط بسائل مركب التبريد (ref. Flooding)مما يؤدى الى اثار سيئة على عملية التزييت للضاغط.
6- التصميم السئ لنظام وحدة التبريد (وتشمل تصميم انابيب التبريد- طرق تركيب الوحدة الداخلية والخارجية الخ....).
7- التحميص القليل لمركب التبريد (low Superheat) ممايؤدى الى أرتفاع درجة حرارة المحرك.
8- التشغيل تحت ظروف غير عادية للضغط ودرجة الحرارة .
9- تجمد ملف التبريد (coil Freeze Up) وذلك بسبب عدم اجراء الصيانة الدورية.
10- التشغيل والتوقف مدد قصيرة جدا (short Cycling) والذى يسبب ارتفاع درجة حرارة الملفات ويؤدى اخيرا لأحتراقها.

واخيرا اذا تم تلافى هذه الأسباب من الممكن الحد من احتراق محركات التبريد والتكييف وكما نعلم جميعا مدى التكلفة العالية لاستبدال
احدى الضواغط المحترقة والتى تخرج من الخدمة فى فترات وجيزة ..