מדריך מקיף על מערכת הקירור ברכב

[אביעד]

שלוםםםם
הרבה זמן שלא עשיתי מדריך, היינו עסוקים בלשאול שאלות
מאז שהתחמם לי המנוע כבר רציתי לעשות מדריך מפורט איך מערכת הקירור ברכב עובדת (ובהמשך אולי להרחיב לפי זה מהי כל תקלה ותקלה בערך) והנה זה הגיע! אחרי הרבה מאמץ ויגיעה ללמוד את החומר (הרבה אתרים, פורומים, סרטונים והבינה שעשתה לי סדר בדברים מסויימים) הגעתי לתוצאה הזאת לפניכם… קריאה מהנה ומועילה…

מבוא למערכת הקירור

מהי מערכת הקירור?

מערכת הקירור ברכב היא מערכת במעגל סגור, שנועדה להוריד את החום המטורף המיוצר במנוע במהלך הנסיעה. ולשמור על טמפרטורת עבודה יציבה.
נקודה חשובה היא שזה לא מערכת עצמאית לגמרי אלא ישנו שיתוף עם מערכות אחרות ברכב כמו מערכת הדלק וההצתה (המושפעות ישירות מטמפרטורת המנוע), מערכת ניהול המנוע (המחזיקה חיישנים המנטרים את מצב החום), ומערכת החימום הפנימית של תא הנוסעים (הנעזרת בחום המנוע כדי לחמם את הרכב בחורף).

למה מנוע צריך קירור?

כבר במדריכים על פעולת המנוע הרחבנו בהסברה את התהליך שקורה במנוע, המנוע מייצר חום רב וללא מערכת קירור שתקרר את החום הזה, החום המצטבר יגרום להתכת חלקים פנימיים, לעיוותים חמורים במתכת ולנזק בלתי הפיך למנוע תוך זמן קצר מאוד.

טווח טמפרטורות עבודה תקין

מנועי רכב מודרניים מתוכננים לעבוד בטווח טמפרטורות מוגדר ומדויק -לרוב סביב 90 עד 105 מעלות צלזיוס.
הרעיון שהחום יהיה בדיוק בטמפרטורה הזאת הוא משום שהטמפרטורה הזו גבוהה דיה כדי להבטיח שריפה יעילה של הדלק, הפחתת פליטות מזהמים ומניעת משקעים בתוך המנוע, אך נמוכה דיה כדי למנוע נזק לחלקי המתכת ולשמן המנוע (שמאבד מיכולת הסיכוך שלו בטמפרטורות קיצוניות).

השלכות של חימום יתר (Overheating)

עיוות ראש מנוע (Warpage): ראש המנוע עשוי אלומיניום (או ברזל יצוק), וחום קיצוני גורם להתעוותות שלו כך שהוא מאבד את האטימה מול בלוק המנוע.
כשל אטם ראש (Head Gasket Failure): האטם המחבר בין ראש המנוע לבלוק נשרף או נפרץ, מה שמוביל לדליפת קומפרסיה, חדירת נוזל קירור לשמן המנוע וכן פליטת גזים למערכת הקירור.
ירידת ביצועים ונזק ממושך: חיכוך מוגבר של חלקים לוהטים מוביל לשחיקה מואצת, תפיסת בוכנות (Seizure) והשבתה מוחלטת של המנוע.

עקרונות פיזיקליים והנדסיים

טמפרטורה חום ואנרגיה תרמית

בחלק זה נעמוד על המבנה הפיזיקלי של מערכות הקירור ואיך זה מקרר את החום של המנוע.
כדי להבין את אופן פעולתה של מערכת הקירור ברכב, יש להבחין ראשית בין שני מושגים פיזיקליים בסיסיים אשר לעיתים מבלבלים ביניהם- טמפרטורה ואנרגיה תרמית (חום).

טמפרטורה: מדד לגודל האנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים (אטומים ומולקולות) בחומר. ככל שהחלקיקים נעים או רוטטים במהירות גבוהה יותר, הטמפרטורה שנמדוד תהיה גבוהה יותר. הטמפרטורה אינה תלויה במסת החומר.
אנרגיה תרמית: סך האנרגיה האגורה בכל החלקיקים של גוף מסוים. גודל זה תלוי ישירות במסת החומר, בטמפרטורה שלו ובסוג החומר.
חום: מעבר של אנרגיה תרמית מגוף אחד למשנהו כתוצאה מהפרש טמפרטורות ביניהם. מעבר החום ספונטני ומתרחש תמיד מהגוף החם יותר (בעל הטמפרטורה הגבוהה) אל הגוף הקר יותר (בעל הטמפרטורה הנמוכה), עד להגעת המערכת לשיווי משקל תרמי.
במנוע בעירה, האנרגיה הכימית האגורה בדלק משתחררת במהלך הבעירה והופכת לאנרגיה תרמית. חלק מאנרגיה זו מומר לעבודה מכנית (תנועת הבוכנות), בעוד שחלק ניכר ממנה נשאר כחום עודף שיש לפנותו באופן מיידי (אחרת יהיה את כל התקלות שהובאו לעיל).

קיבול חום סגולי

לכל חומר בטבע יש תכונה תרמית שונה המגדירה כמה אנרגיה נדרשת כדי לשנות את טמפרטורתו, כלומר כמות האנרגיה הדרושה כדי להעלות את הטמפרטורה של קילוגרם אחד מהחומר במעלה אחת צלזיוס. תכונה זו נקראת קיבול חום סגולי (Specific Heat Capacity). אני לא יאריך בפירוט כל היחידות למיניהם (וכן ביחידות להעברת חום כג’אול, קלוריה ועוד) אלא נביא את הרעיון כדי שנבין איך זה עובד.
מה שזה אומר הוא שכל חומר הטמפרטורה שלו תשתנה בצורה שונה, ולכן חומר שיש לו קיבול חום סגולי גבוה יוכל לקבל הרבה אנרגיה בלי להעלות את הטמפרטורה מהר, ולעומתו חומר שיש לו קצת ישתנה מהר.
למים יש קיבול חום סגולי גבוה במיוחד. והמשמעות היא שהם מסוגלים לספוג כמות גדולה של אנרגיית חום בלי שהטמפרטורה שלהם תעלה במהירות. תכונה זו הופכת אותם לנוזל יעיל מאוד להעברת חום מהמנוע אל הרדיאטור.
לעומת זאת, אנטי פריז (לרוב על בסיס אתילן גליקול) מתאפיין בקיבול חום סגולי נמוך יותר, ולכן אותה כמות נוזל תספוג פחות אנרגיה עבור אותה עלייה בטמפרטורה. עם זאת, מוסיפים אותו למערכת הקירור בזכות יתרונות חשובים אחרים: הורדת נקודת הקיפאון, העלאת נקודת הרתיחה והגנה מפני קורוזיה וחלודה.
במערכת הרכב משתמשים בדרך כלל בתערובת של מים וגליקול, ביחס שנקבע לפי הוראות היצרן. כך משלבים בין יכולת העברת החום הטובה של המים לבין ההגנה שמספק האנטי פריז.

הולכת חום (Conduction) מעבר דרך מתכות- תפקיד המנוע

כאן צריך להשים לב לדבר מעניין, אנחנו רוצים להעביר את החום בלבד! זאת אומרת שהחומר עצמו (שחם) ישאר במקומו, ורק החום עצמו יזוז למקום אחר.
ולכן, כאשר המנוע פועל, נוצר חום בתוך הצילינדר, החום הרב הזה עובר בהולכה ישירה דרך דפנות הבוכנה, שרוול הצילינדר וחומר בלוק המנוע (העשוי לרוב מיציקת ברזל או מאלומיניום, המוליכים חום היטב). ומשם החום ממשיך לנוע דרך המתכת עד שהוא מגיע לתעלות המים (מעברי הקירור) שחצובות בתוך בלוק המנוע, שם הוא פוגש את נוזל הקירור ומועבר אליו.

הסעת חום (Convection) תנועת נוזל- תפקיד המשאבת מים

הסעת חום היא תהליך שבו חום עובר ממקום למקום באמצעות תנועה פיזית של נוזל או גז. בניגוד להולכת חום שבה החומר נשאר במקומו, בהסעת החום החומר עצמו (הנוזל) מתחמם, זז ממקום למקום, וכך מעביר איתו את אנרגיית החום למרחק.
אני משער שכבר ניחשתם בעצמכם איפה זה מתרחש… וכמובן שצדקתם,- נוזל הקירור זורם בתוך התעלות שחצובות בבלוק המנוע. בזמן שהוא זורם ונוגע בדפנות המתכת החמות, הוא קולט מהן את החום, משאבת המים פועלת כמנוע שמניע ודוחף את הנוזל החם החוצה מהמנוע אל עבר הרדיאטור.

קרינת חום (Radiation)

כל גוף שהטמפרטורה שלו גבוהה מאפס מוחלט פולט קרינה אלקטרומגנטית כתוצאה מהתנועה התרמית של החלקיקים שלו. בטמפרטורות האופייניות למנוע רכב.

במילים פשוטות: מנוע חם פולט אנרגיה בצורת קרינה אלקטרומגנטית, גם בלי לגעת בגוף אחר וגם בלי שאוויר יזרום סביבו.
לדוגמה, כאשר נעמוד ליד מנוע חם ונרגיש את החום שלו על הפנים, חלק מהאנרגיה שמגיעה אלינו מועברת באמצעות קרינה תרמית. חלק אחר מגיע באמצעות אוויר חם שנע מהמנוע לכיוונינו [זאת אומרת שגם אם אין ‘רוח’ אנחנו נחוש בחום- וזהו האנרגיה הזאת].
חשוב להבדיל- קרינת חום אינה אור נראה בהכרח, והיא לא מחייבת מגע פיזי לכן גם השמש מחממת את כדור הארץ באמצעות קרינה דרך החלל.
ולכן המנוע פולט חום אל חלקים אחרים בכל תא המנוע, ואע"פ שזה כן מקרר במשהו את המנוע זה לא מוסיף הרבה.
החלק שזה יותר בולט הוא לאחר כיבוי הרכב, הקרינה ממשיכה להתפשט עד שהמנוע מתקרר לגמרי.

לסיכום

ישנם שלושה שלבים כנ"ל, ביקשתי מג’מיני שיצור לי תרשים של שלושתם וזה מה שהוא יצר לי:

לחץ ונקודת רתיחה

נקודת הרתיחה של נוזל תלויה בלחץ שמופעל עליו. ככל שהלחץ עולה, נדרשת טמפרטורה גבוהה יותר כדי שהנוזל ירתח.
כאשר מחממים מים, לחץ האדים שלהם עולה. הרתיחה מתרחשת כאשר לחץ האדים מגיע לערך שמאפשר לבועות אדים להיווצר ולהתקיים בתוך הנוזל. בלחץ אטמוספרי רגיל, מים טהורים רותחים ב־100°C. לעומת זאת, כאשר הלחץ עולה, נקודת הרתיחה עולה בהתאם, ולכן לדוגמא, בסיר לחץ שבו יש הרבה יותר לחץ המים לא ירתחו עד לטמפרטורה יותר גבוהה, וכן להיפך במקום שבו אין לחץ אטמוספרי גבוה המים ירתחו יותר מהר (בטמפרטורה יותר נמוכה)

השפעת לחץ על נוזל קירור

בחזרה לרכב, כאשר המנוע פועל- נוזל הקירור סופג חום רב מדפנות המנוע ומעביר אותו לרדיאטור, כדי למנוע מהנוזל לרתוח בטמפרטורות העבודה הגבוהות- מערכת הקירור אטומה ופועלת בלחץ מבוקר.
פקק הלחץ מאפשר למערכת לשמור על לחץ גבוה מהלחץ האטמוספרי, וכך להעלות את נקודת הרתיחה של נוזל הקירור. לדוגמה, מים טהורים בלחץ מוחלט של כ־2 בר רותחים בטמפרטורה של כ־120°C, במקום 100°C.
חשוב לזכור שנוזל הקירור מכיל בדרך כלל גם גליקול, שמעלה את נקודת הרתיחה ומשפר את ההגנה מפני קיפאון וקורוזיה. לכן נקודת הרתיחה בפועל תלויה הן בלחץ המערכת והן בהרכב הנוזל.
מה קורה כשהלחץ אינו תקין?
אם פקק הרדיאטור משחרר לחץ מוקדם מדי, נקודת הרתיחה יורדת והנוזל עלול לרתוח בתנאי עבודה רגילים. מנגד, אם הלחץ אינו משתחרר כנדרש, הוא עלול לחרוג מהערך המתוכנן ולגרום לנזק לצינורות ולרכיבים אחרים.

זרימה למינרית מול טורבולנטית

כאשר נוזל הקירור זורם בתוך תעלות המנוע והרדיאטור, הוא יכול לזרום בשני אופנים עיקריים: זרימה למינרית וזרימה טורבולנטית.
זרימה למינרית (Laminar Flow): היא זרימה מסודרת, שבה שכבות הנוזל נעות זו לצד זו עם מעט ערבוב ביניהן. במצב כזה, מעבר החום מדפנות התעלות אל הנוזל עלול להיות פחות יעיל, משום שהערבוב מוגבל.
זרימה טורבולנטית (Turbulent Flow): היא זרימה שבה נוצרים מערבולות וערבוב משמעותי בין שכבות הנוזל. הערבוב מסייע להעביר חום מדפנות המנוע אל נוזל הקירור, ולכן בדרך כלל משפר את יעילות הקירור.
לזרימה טורבולנטית למרות שהיא נשמעת יותר טובה יש לה גם מחיר. היא יוצרת התנגדות גדולה יותר לזרימה, ולכן המשאבה צריכה להשקיע יותר אנרגיה כדי להזרים את הנוזל. במערכת קירור טובה המטרה היא לאפשר העברת חום יעילה תוך שמירה על זרימה וקצב ספיקה מתאימים.
לדוגמא: נר, עולה ממנו עשן- בהתחלה העשן עולה בצורה איטית וישרה (למינרית) ולאחר מכן הוא מתחיל להיכנס למערבולת (טורבולנטית)

מבנה כללי של מערכת הקירור

סקירה כללית של מערכת הקירור

בחלק זה נבין בצורה הכי פשוטה יש את חלקי מערכת הקירור (מה שמסתבר שאנחנו כבר יודעים), ולאח"כ את עקרונות פעולת הקירור ורק בחלק הבא נפרק כל דבר לגורמים.
משאבת מים: משאבת המים אחראית להנעת נוזל הקירור. היא יוצרת הפרש לחצים שמניע את הנוזל דרך תעלות המנוע, הצינורות והרכיבים השונים. ללא זרימה מספקת, העברת החום עלולה להיפגע באופן משמעותי.
טרמוסטט: התרמוסטט מווסת את מעבר הנוזל דרך הרדיאטור בהתאם לטמפרטורת המנוע ולתכנון המערכת. כשהמנוע קר, הוא מגביל בדרך כלל את הזרימה דרך הרדיאטור ומאפשר למנוע להתחמם במהירות. כשהטמפרטורה עולה, הוא נפתח בהדרגה ומאפשר ליותר נוזל לעבור דרך הרדיאטור.
רדיאטור: הרדיאטור הוא הרכיב שבו מתבצע חלק מרכזי מפינוי החום. נוזל הקירור החם עובר בתוך צינורות הרדיאטור, והחום מועבר דרך המתכת אל האוויר הזורם בין סנפירי הקירור.
וונטה: מאוורר הקירור מסייע להזרים אוויר דרך הרדיאטור כאשר זרימת האוויר הטבעית אינה מספקת, למשל בזמן עמידה או נסיעה איטית. בנסיעה מהירה, זרימת האוויר הנוצרת מתנועת הרכב עשויה לספק חלק ניכר מהקירור הדרוש.
מיכל עיבוי: מיכל העיבוי (ברכבים שיש) מאפשר להתמודד עם השינויים בנפח נוזל הקירור בעקבות התחממות והתקררות. במערכות המתאימות, עודפי נוזל עוברים אליו בעת התחממות וחוזרים למערכת בעת התקררות. אופן פעולתו המדויק תלוי בתכנון המערכת.
חוץ מאלה, יש גם חלקים נוספים כצינורות, מחברים, פקק לחץ ונוזל קירור. הצינורות מחברים בין חלקי המערכת, פקק הלחץ מסייע לשמור על הלחץ המתוכנן, ונוזל הקירור מעביר חום ומכיל תוספים שנועדו להגן על המערכת מפני קורוזיה וקיפאון.

מעגל פתוח מול סגור

כאן למעשה אני בורח מכלי רכב, אבל זה סתם ידיעה מעניינת שמצאתי במהלך שלמדתי את הנושא.
יש הבדל בין מערכת שעובדת במעגל סגור (כרכב- שבו הנוזל אינו מוחלף אלא מתקרר וממוחזר) לבין מערכת פתוחה- כמו כלי שיט וכד’ שמשתמשים במי הים וכד’ לצנן.
כמובן שבכה"ג יש סכנה יותר של קורזיה וכד’ מה שאין במערכת סגורה.

זרימה מחזורית

מערכת הקירור פועלת במעגל מחזורי- נוזל הקירור קולט חום מהמנוע, מעביר אותו אל הרדיאטור, פולט אותו לאוויר החיצוני וחוזר אל המנוע כדי לקלוט חום נוסף. התהליך חוזר על עצמו ברציפות בזמן פעולת המנוע, וכך מתאפשר פינוי מתמשך של עודפי החום.
זרימת הנוזל מתאפשרת באמצעות משאבת המים, ואילו התרמוסטט מווסת את מעבר הנוזל דרך הרדיאטור בהתאם לטמפרטורת המנוע. כשהמנוע קר, הנוזל זורם בדרך כלל במסלול מעקף שמאפשר לו להתחמם במהירות. כשהמנוע מגיע לטמפרטורת העבודה, מתאפשרת זרימה משמעותית יותר דרך הרדיאטור.
חשוב להבין שהנוזל אינו מתקרר לחלוטין בכל מעבר דרך הרדיאטור, אלא פולט חלק מהחום שצבר. כך נשמר איזון תרמי בין החום שהמנוע מייצר לבין החום שמערכת הקירור מפנה.

תכנון תרמי של מנוע (התעלות במנוע שבהם נמצא הנוזל קירור)

בזמן פעולת המנוע נוצר חום רב בתהליך הבעירה. החום מתפזר בין חלקי המנוע, ובמיוחד באזור תא הבעירה, ראש המנוע ודפנות הצילינדרים. כדי למנוע הצטברות חום שעלולה לפגוע במנוע, יש צורך להעביר את עודפי החום אל מערכת הקירור. לשם כך, המנוע מתוכנן עם תעלות קירור פנימיות שדרכן זורם נוזל הקירור. הנוזל קולט חום מחלקי המתכת ומוביל אותו אל הרדיאטור, שבו החום נפלט לאוויר החיצוני.
מטרת התכנון התרמי אינה לקרר את המנוע ככל האפשר, אלא לשמור על טמפרטורת עבודה מתאימה ויציבה. מנוע קר מדי עלול לפעול ביעילות נמוכה יותר, ואילו מנוע חם מדי עלול לסבול מהתחממות יתר ומנזק לרכיביו.
עד כאן התרשים הכללי. מכאן והילך נפרט בעז’'ה את מכלול הרכיבים בהרחבה.

רדיאטור

תפקיד הרדיאטור

רדיאטור הוא אחד הרכיבים המרכזיים במערכת הקירור של מנוע הרכב. תפקידו העיקרי הוא להעביר את החום שנאסף מנוזל הקירור אל האוויר החיצוני, ובכך לאפשר לנוזל להתקרר לפני שהוא חוזר אל המנוע וקולט חום נוסף.
במהלך פעולת המנוע, נוזל הקירור סופג חום מתעלות הקירור שבמנוע. כתוצאה מכך, הטמפרטורה שלו עולה, והוא מעביר את החום שנאסף אל הרדיאטור. שם מתבצע תהליך של חילוף חום: החום עובר מנוזל הקירור אל האוויר החיצוני, בעוד הנוזל עצמו מאבד חלק מהאנרגיה התרמית שלו.
חשוב להבין שהרדיאטור אינו מייצר קור ואינו מקרר את הנוזל באמצעות חומר קירור נפרד. הוא פשוט מאפשר לחום לעבור מנוזל חם יחסית אל אוויר קריר יותר. ככל שהפרש הטמפרטורות בין הנוזל לאוויר גדול יותר כך בדרך כלל ניתן להעביר חום בקצב גבוה יותר.
יעילות פינוי החום תלויה בכמה גורמים מרכזיים: טמפרטורת נוזל הקירור, טמפרטורת האוויר החיצוני, כמות האוויר העוברת דרך הרדיאטור וקצב זרימת הנוזך בתוכו. לכן, הרדיאטור עשוי לפנות חום בקצב שונה בהתאם לתנאי הנהיגה ולמצב המנוע.
לדוגמה, בזמן נסיעה בכביש מהיר, תנועת הרכב גורמת לאוויר לזרום דרך הרדיאטור. בעמידה ברמזור, לעומת זאת, זרימת האוויר הטבעית קטנה מאוד, ולכן מאוורר הקירור מסייע להעביר אוויר דרך הרדיאטור ולשמור על פינוי חום יעיל.

מבנה פנימי של הרדיאטור

הרדיאטור הוא מחליף חום, כלומר רכיב שמאפשר להעביר אנרגיית חום מנוזל הקירור אל האוויר החיצוני. כדי לבצע את הפעולה הזאת ביעילות, הוא בנוי משני מרכיבים מרכזיים הפועלים יחד- צינורות שבהם זורם נוזל הקירור, וסנפירי קירור שמגדילים את שטח הפנים שדרכו החום יכול לעבור לאוויר. שני המרכיבים ממלאים תפקידים שונים אך הם משלימים זא"ז: הצינורות מובילים את הנוזל החם ומעבירים את החום לדפנות שלהם, ואילו הסנפירים מסייעים להעביר את החום מהצינורות אל זרם האוויר שעובר דרך הרדיאטור.

צינורות - זרימת נוזל הקירור והעברת החום

הצינורות הם המעברים הפנימיים שבהם זורם נוזל הקירור בתוך ליבת הרדיאטור. הם יוצרים מסלול שמאפשר לנוזל החם להגיע מאזור הכניסה לרדיאטור אל אזור היציאה ממנו, תוך כדי איבוד חום לסביבה.
מבנה הצינורות
ברדיאטורים רבים, הצינורות אינם עגולים כמו צינורות מים רגילים. לרוב מדובר בצינורות מתכת שטוחים ודקים, המסודרים במקביל זה לזה. הצורה השטוחה מאפשרת להצמיד אליהם סנפירי קירור וליצור ליבה קומפקטית בעלת שטח חילוף חום גדול.
איך נוזל הקירור זורם בצינורות?
נוזל הקירור החם מגיע אל הרדיאטור דרך פתח הכניסה. משם הוא מתפזר בין הצינורות, זורם לאורכם ובהמשך נאסף באזור היציאה. מבנה המעברים המדויק תלוי בתכנון הרדיאטור: בחלק מהדגמים הזרימה היא מצד אחד לצד השני, ובאחרים היא מתבצעת מלמעלה למטה. הזרימה אינה מתרחשת מעצמה. משאבת המים של מערכת הקירור יוצרת את הפרש הלחצים הדרוש להנעת הנוזל במערכת. כך נוזל חם ממשיך להיכנס לרדיאטור, ונוזל שאיבד חלק מהחום ממשיך בדרכו בחזרה במערכת הקירור.
איך החום עובר דרך דופן הצינור?
כאשר נוזל הקירור החם זורם בתוך הצינור, הוא מעביר אליו חום. החום עובר מהנוזל אל הדופן הפנימית, מולך דרך המתכת אל הדופן החיצונית, ומשם מועבר אל הסנפירים ואל האוויר.
אפשר לתאר את התהליך כך:

1. נוזל הקירור החם מעביר חום לדופן הפנימית של הצינור.
2. החום עובר דרך המתכת של הצינור.
3. החום עובר מהדופן החיצונית אל הסנפירים המחוברים אליה.
4. הסנפירים מעבירים את החום לאוויר הזורם סביבם.

השלבים האלה מתרחשים ברציפות לאורך הצינורות. לכן, ככל שהנוזל מתקדם ברדיאטור, הוא עשוי להתקרר בהדרגה - בתנאי שהאוויר והמבנה מאפשרים פינוי חום בקצב מספק.
עובי הצינורות
הצינורות חייבים להיות דקים משום שדופן מתכת דקה מאפשרת לחום לעבור דרכה בקלות יחסית, משום שהחום צריך לעבור מרחק קצר יותר בתוך החומר. עם זאת, הצינור חייב להיות עמיד מספיק ללחץ נוזל הקירור, לשינויי טמפרטורה, לרעידות ולתנאי העבודה לאורך זמן.
בנוסף, המעברים הפנימיים צריכים לאפשר זרימה מספקת בלי ליצור התנגדות גבוהה מדי. צינורות צרים מאוד עלולים להגדיל את התנגדות הזרימה ולהקשות על מעבר הנוזל, ואילו תכנון לא יעיל עלול להקטין את שטח המגע הזמין להעברת חום.

סנפירי קירור - הגדלת שטח הפנים בשביל קירור יותר טוב

הסנפירים הם יריעות מתכת דקות, בדרך כלל מאלומיניום, הממוקמות בין הצינורות ומחוברות אליהם. תפקידם המרכזי הוא להגדיל מאוד את שטח המתכת שבא במגע עם האוויר, בלי להגדיל בצורה משמעותית את גודל הרדיאטור או את משקלו.

למה בכלל צריך סנפירים?
נניח שהרדיאטור היה בנוי מצינורות בלבד, ללא סנפירים. האוויר היה יכול לקלוט חום מהמשטח החיצוני של הצינורות, אבל שטח המתכת החשוף לאוויר היה קטן יחסית. וכאן נכנסים הסנפירים לתמונה, הם מתפרסים סביב הצינורות ומוסיפים שטח פנים גדול שיכול להעביר חום לאוויר.
איך הסנפירים מעבירים חום?
הסנפירים אינם מכילים בדרך כלל נוזל קירור בפני עצמם. במקום זאת, הם מקבלים את החום מהצינורות שאליהם הם מחוברים.
התהליך מתרחש כך:

1. נוזל הקירור החם מעביר חום לצינורות.
2. החום מולך מהצינורות אל הסנפירים.
3. החום מתפשט לאורך המתכת הדקה של הסנפירים.
4. האוויר שעובר בין הסנפירים קולט מהם את החום.
5. האוויר שהתחמם יוצא מהצד השני של הרדיאטור, ובמקומו מגיע אוויר קריר יותר.

בפועל, החום עובר מהמתכת לאוויר בעיקר באמצעות הסעה (Convection).והיינו האוויר שנע סביב הסנפירים כפי העקרונות שלמדנו בחלק הקודם.
למה הסנפירים מקופלים וצפופים?
הקיפולים מאפשרים להכניס שטח מתכת גדול לתוך נפח קטן יחסית. כך אפשר להגדיל את שטח חילוף החום בלי לייצר רדיאטור גדול וכבד במיוחד.
עם זאת, צפיפות הסנפירים צריכה להיות מתוכננת בקפידה. אם המרווחים ביניהם קטנים מדי, זרימת האוויר עלולה להיתקל בהתנגדות גבוהה. אם המרווחים גדולים מדי, שטח הפנים הזמין להעברת חום עלול להיות קטן יותר.
לכן, תכנון הרדיאטור הוא איזון בין כמה גורמים:

• שטח הפנים הכולל של הסנפירים.
• המרווחים המאפשרים לאוויר לעבור ביניהם.
• עובי המתכת ויכולתה להוליך חום.
• ההתנגדות שזרימת האוויר נתקלת בה.
• קצב זרימת נוזל הקירור בתוך הצינורות.
  המטרה אינה לייצר את מספר הסנפירים הגדול ביותר האפשרי, אלא להשיג העברת חום יעילה תוך שמירה על זרימת אוויר ונוזל מספקת.

זרימת אוויר דרך הרדיאטור

למדנו עד עכשיו שבכדי שהרדיאטור יוכל לפנות חום מנוזל הקירור, צריך להזרים אוויר דרך ליבת הרדיאטור. האוויר קולט חום מסנפירי הקירור ומהצינורות ומוביל אותו אל הסביבה.
קיימים שני מצבים עיקריים ליצירת זרימת אוויר:
זרימת אוויר כתוצאה מתנועת הרכב: כאשר הרכב נוסע, האוויר נכנס דרך פתחי האוויר בחזית הרכב ועובר דרך הרדיאטור. ככלל, ככל שמהירות הנסיעה עולה, גדלה זרימת האוויר דרך הליבה, וכך מתאפשר פינוי חום יעיל יותר. מידת ההשפעה תלויה גם בתכנון חזית הרכב ובמבנה מערכת הקירור.
זרימת אוויר באמצעות מאוורר: כאשר הרכב עומד או נוסע במהירות נמוכה, זרימת האוויר הנוצרת מתנועת הרכב חלשה יותר. במצב זה נדרשת זרימת אוויר שתאפשר לרדיאטור להמשיך לפנות את החום גם ללא תנועה משמעותית של הרכב.

פקק רדיאטור

תפקיד המכסה - שמירת לחץ

מכסה הלחץ אינו רק פקק שסוגר את הרדיאטור או את מיכל העיבוי, אלא מנגנון שנועד לשמור על הלחץ במערכת הקירור בטווח שנקבע על ידי היצרן. הלחץ מאפשר לנוזל הקירור להגיע לטמפרטורה גבוהה יותר לפני שהוא רותח, וכך מסייע למנוע רתיחה מוקדמת של הנוזל כמו שכבר למדנו למעלה כמה פעמים…

ויסות הלחץ - הקפיץ הפנימי

בתוך המכסה נמצא קפיץ הלוחץ על שסתום אטימה. כל עוד הלחץ במערכת נמוך מסף הפתיחה, הקפיץ מחזיק את השסתום סגור, כאשר הלחץ עולה מספיק כדי להתגבר על כוח הקפיץ, השסתום נפתח ומאפשר לשחרר לחץ.
במערכת עם מיכל עודפים, נוזל הקירור שנפלט עובר בדרך כלל דרך צינור אל המיכל.
לאחר שהלחץ יורד, השסתום נסגר מחדש.

השפעה על נקודת הרתיחה

נקודת הרתיחה של נוזל עולה כאשר הלחץ עולה. לכן, מערכת קירור לחוצה מאפשרת לנוזל הקירור להישאר במצב נוזלי גם בטמפרטורות גבוהות מ־100°C.
בנוסף, תערובת נוזל הקירור מכילה בדרך כלל גליקול, שמעלה גם הוא את נקודת הרתיחה ביחס למים טהורים- כמו שיתבאר בהרחבה בעז"ה בחלק של נוזלי הקירור.

משאבת מים

תפקיד משאבת המים

משאבת המים היא אחד הרכיבים המרכזיים במערכת הקירור של המנוע. תפקידה הוא להניע את נוזל הקירור וליצור זרימה רציפה של נוזל הקירור בין המנוע לרדיאטור
במהלך פעולת המנוע נוצרת כמות גדולה של חום בעקבות שריפת הדלק והחיכוך בין החלקים הנעים. נוזל הקירור סופג חלק מהחום הזה, אך כדי למנוע הצטברות חום במנוע, עליו להמשיך לנוע- הוא מעביר את החום אל הרדיאטור, שם הוא נפלט אל האוויר, ולאחר מכן חוזר אל המנוע כדי לקלוט חום נוסף. משאבת המים היא גורמת לתנועה הזאת, ללא פועולה זו יכולת מערכת הקירור לפנות את החום מהמנוע נפגעת משמעותית, והמנוע עלול להתחמם יתר על המידה.
ברוב מנועי הרכב משתמשים במשאבת מים צנטריפוגלית. בתוך המשאבה נמצא רכיב מסתובב שנקרא מאיץ (אימפלר- Impeller), ובו להבים מעוצבים-ישנם כמה סוגים עיקריים של כנפיים:
כנפיים פתוחות: הכנפיים חשופות ללא דופן מכסה מלאה. מבנה זה מאפשר מעבר נוזל פתוח יחסית, אך פחות נפוץ במשאבות מים טיפוסיות של מנועי רכב.

כנפיים סגורות: הכנפיים נמצאות בין דפנות המכסות אותן משני הצדדים. המבנה מסייע לצמצם דליפה פנימית ולשפר את יעילות העברת האנרגיה לנוזל.

כנפיים מעוקלות: הכנפיים מתוכננות בזווית ובעקומה מסוימות, כך שהן מנחות את הנוזל החוצה באופן יעיל.

תרשים קצר על השלבים של פעולת משאבת המים:

1. המאיץ מסתובב - המנוע מסובב את המאיץ.
2. הנוזל נכנס למרכז המאיץ - נוזל הקירור מגיע דרך פתח הכניסה אל האזור המרכזי של המאיץ.
3. הלהבים מאיצים את הנוזל - כשהמאיץ מסתובב, הלהבים מפעילים כוח על הנוזל ומעניקים לו מהירות.
4. הנוזל נע החוצה - הסיבוב גורם לנוזל לנוע מהמרכז לכיוון ההיקף של המאיץ.
5. נוצר הפרש לחצים - מבנה המשאבה ממיר חלק מאנרגיית התנועה של הנוזל ללחץ, וכך נוצר הפרש לחצים שמקדם את הזרימה במערכת, כך שהכל ‘נדחף’ קדימה עד שמגיע שוב אל המשאבת מים (הרי זה סירקולצייה סגורה, לא?) וחוזר חלילה.

סוגי משאבות

משאבה מכנית: המשאבה המכנית מונעת בדרך כלל באמצעות רצועה המחוברת למנוע. כאשר המנוע מסתובב, הרצועה מסובבת את ציר המשאבה ואת המאיץ (Impeller), שדוחף את נוזל הקירור ויוצר זרימה במערכת.
יתרון: מבנה פשוט יחסית, ללא צורך במנוע חשמלי נפרד להפעלת המשאבה.
חיסרון: המשאבה אינה יכולה לבחור באופן עצמאי את מהירותה לפי דרישת הקירור והיא מושפעת מסל״ד המנוע.
מה שכן, לא בכל רכב המשאבה מונעת מאותה רצועה: בחלק מהמנועים היא מונעת באמצעות רצועת התזמון, ובאחרים באמצעות רצועת האביזרים או מנגנון מכני אחר.
משאבה חשמלית: במשאבה חשמלית, מנוע חשמלי מסובב את המאיץ ומניע את נוזל הקירור. מחשב הרכב יכול לשלוט בהפעלת המשאבה ובמהירותה בהתאם לצורך הקירור.
משאבת מים חשמלית-
יתרונות:

• עצמאות מסל״ד המנוע: המשאבה יכולה לפעול במהירות שאינה תלויה במהירות סיבוב המנוע.
• שליטה לפי הצורך: אפשר להגביר או להפחית את זרימת הנוזל בהתאם לטמפרטורה ולעומס ובכך מאפשרת ניהול מדויק יותר של טמפרטורת המנוע, וכן חיסכון באנרגיה.
• עבודה גם כשהמנוע כבוי: היא יכולה להמשיך לפעול גם לאחר כיבוי המנוע, אם מערכת הבקרה דורשת זאת.

חסרונות:

• המבנה מורכב יותר, ותקלות עשויות להתרחש במנוע החשמלי או במערכת הבקרה, כמו כן עלות יקרה יותר.

תרמוסטט

תפקיד התרמוסטט (וויסות טמפרטורה)

התרמוסטט (Thermostat) הוא אחד הרכיבים החשובים במערכת הקירור של מנוע הרכב (למרות שאני מכיר אנשים שהורידו לגמרי את הטרמוסטט ברכב שלהם). תפקידו לווסת את זרימת נוזל הקירור דרך הרדיאטור בהתאם לטמפרטורת המנוע, ובכך לסייע למנוע להגיע לטמפרטורת העבודה המתוכננת ולשמור עליה.
כדי להבין מדוע התרמוסטט נחוץ, צריך לזכור שמנוע בעירה פנימית מייצר כמות גדולה של חום במהלך פעולתו. מערכת הקירור צריכה לפנות את החום העודף, אבל אין זה אומר שכדאי לקרר את המנוע ככל האפשר בכל רגע נתון ויתבאר בהמשך.
זאת אומרת שכאשר המנוע קר, רצוי שיגיע לטמפרטורת העבודה במהירות סבירה. כאשר הוא מתחמם, יש צורך לפנות ממנו חום כדי למנוע התחממות יתר. התרמוסטט מסייע לאזן בין שני המצבים האלה.
עיקרון הפעולה: כשהמנוע קר, התרמוסטט מגביל את זרימת נוזל הקירור דרך הרדיאטור. ככל שהמנוע מתחמם, התרמוסטט נפתח בהדרגה ומאפשר ליותר נוזל קירור לעבור דרך הרדיאטור, שם החום מועבר אל האוויר.

מנגנון פעולה

ייתכן שישנם כמה סוגי טרמוסטט, מה שאני למדתי הוא הטרמוסטט המצוי-שהוא טרמוסטט מכני המבוסס על אלמנט שעווה תרמי (Wax Pellet). זהו מנגנון המשתמש בשינוי הנפח של חומר כתוצאה משינוי הטמפרטורה כדי להפעיל שסתום.

• אלמנט שעווה: חומר המגיב לשינוי בטמפרטורה ומתרחב בתחום הטמפרטורות המתוכנן.
• בוכנה (Piston): מעבירה את התנועה שנוצרת באלמנט השעווה אל מנגנון השסתום.
• קפיץ: מפעיל כוח נגדי ומסייע להחזיר את השסתום לכיוון סגירה כאשר הטמפרטורה יורדת.
• שסתום (Valve): משנה את גודל פתח המעבר של נוזל הקירור.

כך מתרחש התהליך:

1. כאשר המנוע קר, השעווה נמצאת במצב מכווץ יחסית, והשסתום הראשי סגור או כמעט סגור.
2. עם התחממות המנוע, גם התרמוסטט מתחמם בעקבות המגע עם נוזל הקירור.
3. כאשר הטמפרטורה מגיעה לתחום ההפעלה, השעווה מתחילה לעבור שינוי מצב ולהתרחב.
4. ההתפשטות מפעילה את הבוכנה, וזו מניעה את השסתום כנגד כוח הקפיץ.
5. פתח השסתום גדל בהדרגה, וכמות גדולה יותר של נוזל קירור יכולה לזרום דרך הרדיאטור.
6. כאשר הטמפרטורה יורדת, השעווה מתכווצת והקפיץ מחזיר את השסתום לכיוון סגירה.

היתרון של מנגנון זה הוא שהוא פועל באופן מכני ואוטומטי, ללא צורך בפיקוד חשמלי ישיר כדי לפתוח ולסגור את השסתום.

טמפרטורת פתיחה

לכל תרמוסטט יש טמפרטורת פתיחה שנקבעת בהתאם לתכנון המנוע ולדרישות היצרן. אין טמפרטורה אחת שמתאימה לכל כלי הרכב.
במנועי בנזין רבים, טמפרטורת תחילת הפתיחה נמצאת בקירוב בתחום של 80–95°C, אם כי קיימים גם תכנונים מחוץ לטווח הזה.

מצבים

ישנם שלושה מצבים כמו שנתבאר לעיל בפעולת הטרמוסטט.

סגור (מנוע מתחמם)

כאשר המנוע קר, התרמוסטט מגביל את זרימת נוזל הקירור דרך הרדיאטור. במערכות רבות השסתום הראשי סגור, או כמעט סגור, ולכן רק כמות קטנה של נוזל קירור עוברת דרך הרדיאטור.
במצב זה נוזל הקירור ממשיך להסתובב במסלול פנימי או במסלול עוקף (Bypass), בהתאם לתכנון מערכת הקירור של המנוע, המשמעות היא שהחום שנוצר במהלך פעולת המנוע נשאר במידה רבה בתוך המנוע, במקום להתפזר במהירות דרך הרדיאטור וכך המנוע יכול להגיע לטמפרטורת העבודה בזמן קצר יותר.

פתוח חלקית

כאשר המנוע מתחמם והטמפרטורה מגיעה לתחום ההפעלה של התרמוסטט, השסתום מתחיל להיפתח.
בשלב זה נוצר מעבר גדול יותר לנוזל הקירור דרך הרדיאטור, אך השסתום עדיין אינו פתוח במלואו, ככל שהטמפרטורה עולה, השעווה מתרחבת יותר, הבוכנה נעה והשסתום נפתח במידה רבה יותר.
כאשר הרדיאטור מצליח לפנות מספיק חום, טמפרטורת נוזל הקירור עשויה להתייצב, ןממילא הטרמוסטט יסגר. בכל מצב התרמוסטט ממשיך להגיב לשינוי בטמפרטורה.
לדוגמה, כאשר הרכב נוסע בעומס נמוך ביום קר, נדרשת לעיתים פחות יכולת פינוי חום מאשר בנסיעה בעלייה ביום חם. התרמוסטט יכול לשנות את מידת הפתיחה שלו בהתאם לטמפרטורה, וכך לסייע לווסת את זרימת נוזל הקירור דרך הרדיאטור, לכן התרמוסטט מתפקד למעשה כשסתום ויסות תרמי ולא רק כמתג פשוט של פתוח או סגור.

פתוח מלא (קירור מקסימלי)

כאשר התרמוסטט מגיע לטמפרטורת הפתיחה המלאה שנקבעה עבורו, השסתום מגיע למהלך הפתיחה המתוכנן ומאפשר מעבר משמעותי של נוזל קירור דרך הרדיאטור.
במצב זה המערכת מאפשרת לנצל את יכולת פיזור החום של הרדיאטור במידה רבה, בהתאם לזרימת הנוזל ולתנאי העבודה.
שאלה שלא היה לי תשובה עד שלמדתי את הנושא:
אם הטרמוסטט סגור, אז מה משאבת המים עוזרת? הרי הטרמוסטט חוסם לגמרי את הצינור לרדיאטור?
התשובה היא, שאכן, הטרמוסטט חוסם חלק מהמעבר אבל בתוך המנוע עצמו ישנה סירקולצייה פנימית ומעקף לזה- ככה שיש תנועה בתוך המנוע עצמו גם בלי היציאה הזאת לרדיאטור.

מאוורר קירור (וונטה)

תפקיד המאוורר

המאוורר הוא רכיב שתפקידו להזרים אוויר דרך הרדיאטור כדי לסייע בפינוי החום מנוזל הקירור. הוא חשוב במיוחד כאשר הרכב עומד במקום או נוסע במהירות נמוכה, משום שבמצבים האלה זרימת האוויר הטבעית דרך הרדיאטור חלשה יחסית.
כדי להבין את תפקידו, צריך לזכור את מה שלמדנו כבר בפעולת הרדיאטור: נוזל הקירור החם זורם בצינורות הרדיאטור, והחום עובר מהנוזל אל המתכת ומשם אל האוויר הזורם דרך הצלעות. ככל שעובר יותר אוויר דרך הרדיאטור, כך בדרך כלל ניתן לפנות יותר חום.
כאשר הרכב נוסע במהירות גבוהה יחסית, תנועת הרכב דוחפת אוויר דרך החלק הקדמי שלו, ובכלל זה דרך הרדיאטור. זרימת האוויר הזאת יכולה לספק קירור משמעותי גם בלי שהמאוורר יפעל בעוצמה גבוהה. לעומת זאת, כאשר הרכב עומד בפקק, ממתין ברמזור או נוסע לאט, כמות האוויר שנכנסת לרדיאטור בגלל תנועת הרכב קטנה וכאן נכנס המאוורר לפעולה, הוא יוצר זרימת אוויר מאולצת דרך הרדיאטור ומסייע להמשיך לפנות חום גם כאשר הרכב כמעט אינו מתקדם.
וכן המאוור מסייע בהפחתת הסיכון להתחממות יתר כאשר המנוע מייצר חום רב ואין מספיק זרימת אוויר טבעית- שאז המאוורר מספק זרימת אוויר נוספת.

עבודה במהירויות שונות

מהירות נמוכה: כאשר נדרשת תוספת מתונה של זרימת אוויר, המאוורר פועל במהירות נמוכה. מצב זה עשוי להתרחש כאשר המנוע מתחמם מעט מעבר לטמפרטורת העבודה הרצויה, כאשר הרכב עומד בפקק או כאשר מערכת מיזוג האוויר דורשת זרימת אוויר.
היתרון הוא שהמערכת מקבלת תוספת קירור בלי להפעיל את המאוורר בעוצמה המרבית בכל פעם.
מהירות גבוהה: כאשר נדרשת יכולת פינוי חום גדולה יותר, המאוורר עובר למהירות גבוהה. הדבר יכול לקרות כאשר טמפרטורת נוזל הקירור עולה, כאשר עומס המנוע גדול או כאשר תנאי מערכת המיזוג דורשים זרימת אוויר חזקה יותר.
במהירות גבוהה המאוורר מזרים יותר אוויר דרך הרדיאטור, ובדרך כלל מאפשר פינוי חום רב יותר, אך גם צורך יותר חשמל במאוורר חשמלי ומייצר יותר רעש.

מיכל עיבוי ומיכל העודפים

תפקיד המיכל - קליטת התפשטות

כאשר נוזל הקירור מתחמם, הנפח שלו גדל. מכיוון שמערכת הקירור היא מערכת סגורה ברובה, שבה הנוזל נע בתוך צינורות, מעברים פנימיים, משאבת מים ורדיאטור, צריך להיות פתרון לשינוי הזה בנפח. וכאן נכנס לתמונה מיכל העיבוי, שנקרא גם מיכל התפשטות (Expansion Tank). תפקידו לאפשר למערכת להתמודד עם השינויים בנפח נוזל הקירור, בלי ליצור עלייה בלתי מבוקרת בלחץ ובלי לאבד נוזל בכל פעם שהמנוע מתחמם.
וכאן נדגיש שחשוב להבחין בין שני סוגי מערכות:
מערכת עם מיכל עיבוי לחוץ: המיכל הוא חלק ממעגל הקירור הלחוץ, ומכסה הלחץ מותקן בדרך כלל עליו.
מערכת עם מיכל עודפים: המיכל משמש מאגר לקליטת נוזל שנפלט מהרדיאטור כאשר הוא מתחמם, ולהחזרתו כאשר המערכת מתקררת. בדרך כלל המיכל עצמו אינו נתון ללחץ העבודה של מערכת הקירור.
בשני המקרים המטרה היא לצמצם אובדן של נוזל קירור ולאפשר למערכת להתמודד עם שינויי נפח, אך דרך הפעולה שונה.

שינויים בנפח הנוזל - חימום וקירור

נוזל הקירור אינו נשאר באותו נפח בכל טמפרטורה. כמו רוב הנוזלים, גם הוא מתפשט כשהטמפרטורה שלו עולה ומתכווץ כשהיא יורדת.
אפשר לחלק את התהליך לשני מצבים:
א. כשהמנוע מתחמם- נוזל הקירור מתחמם ומתפשט, ולכן נפחו גדל. במערכת עם מיכל עיבוי, הנוזל יכול לתפוס נפח נוסף בתוך המיכל. במערכת עם מיכל עודפים, הלחץ גורם למכסה הרדיאטור להעביר חלק מהנוזל אל המאגר.
ב. כשהמנוע מתקרר- נוזל הקירור מתכווץ ונפחו קטן. במערכת עם מיכל עיבוי, מפלס הנוזל במיכל עשוי לרדת. במערכת עם מיכל עודפים, הפרש הלחצים מאפשר לשסתום החזרה שבמכסה הרדיאטור להחזיר נוזל מהמאגר אל הרדיאטור.
התהליך הזה חוזר בכל מחזור נסיעה- התחממות, התפשטות, התקררות והתכווצות.

צנרת וחיבורים

צינורות מערכת הקירור הם למעשה נתיבי התנועה של נוזל הקירור בין הרכיבים השונים: המנוע, הרדיאטור, משאבת המים, התרמוסטט ומיכל העיבוי, בהתאם למבנה המערכת. ולמרות שמדובר לכאורה ברכיבים פשוטים, הם צריכים לעמוד בתנאים לא פשוטים: טמפרטורות גבוהות, לחץ משתנה, רעידות מנוע, כיפופים ותנועה מתמדת של הרכב. תקלה בצינור או בחיבור שלו עלולה לגרום לדליפת נוזל קירור ואף להתחממות יתר של המנוע, ולכן סיקרן אותי לדעת ממה הם עשויים (וכמו המדריך הנפלא של הרב @גיל על הצמיגים שהראה שהצמיג הוא לא סתם גומי… כך כאן זה לא סתם גומי וכמו שיתבאר מיד…)

סוגי צינורות

בשיטת הקירור הנפוצה שבה הרדיאטור נמצא בחזית הרכב, קיימים בדרך כלל שני צינורות ראשיים המחברים בין המנוע לרדיאטור: צינור עליון וצינור תחתון.
הצינור העליון (Upper Radiator Hose): הצינור העליון מוביל את נוזל הקירור החם מהמנוע אל חלקו העליון של הרדיאטור.
מכיוון שהצינור נושא נוזל חם מהמנוע, הוא חשוף לטמפרטורות גבוהות. לאחר שהמנוע מגיע לטמפרטורת העבודה, הצינור העליון יהיה לרוב חם מאוד.
הצינור התחתון (Lower Radiator Hose): הצינור התחתון מחזיר בדרך כלל את נוזל הקירור מהחלק התחתון של הרדיאטור אל כניסת משאבת המים או אל מסלול החזרה למנוע.
ולכן כל עוד הטרמוסטט סגור הצינור הזה יהיה יותר קר מהצינור העליון (ולכן אם המנוע בוודאות הגיע לטמפרטורה חמה שהטרמוסטט אמור להיפתח והצינור התחתון קר- זה מראה על כשל בטרמוסטט לרוב)
לצינור הזה יש אתגר מכני נוסף: לחץ היניקה של משאבת המים עלול לגרום לו לקרוס פנימה (אל תוך עצמו) אם הוא אינו בנוי לעמוד בכך. לכן בחלק מהצינורות התחתונים יש חיזוק פנימי, כגון קפיץ מתכת, שמסייע לשמור על צורת הצינור.

חומר הצינורות

צינורות הקירור אינם מיוצרים מגומי רגיל בלבד. הם צריכים לשמור על גמישותם לאורך זמן, גם כאשר הם חשופים לחום, לנוזל קירור וללחץ פנימי.
גומי EPDM: אחד החומרים הנפוצים בצינורות קירור הוא EPDM - גומי סינתטי בעל עמידות טובה לחום, למים ולתערובות גליקול המשמשות כנוזל קירור.

שכבות חיזוק פנימיות: צינורות רבים בנויים ממספר שכבות, ולא משכבת גומי יחידה כמו סיבי טקסטיל או חומרים מחזקים אחרים משולבים בדופן הצינור כדי לסייע לו לעמוד בלחץ ולמנוע התרחבות מוגזמת.

מחברים ומהדקים

גם צינור איכותי לא יוכל למנוע נזילה אם החיבור שלו אינו אטום. לכן קצות הצינורות מחוברים לפיות ולמחברים בעזרת מהדקים, מחברי נעילה או אטמים, בהתאם לתכנון הרכב.

מהדק קפיצי (Spring Clamp)

מהדק זה עשוי מתכת קפיצית, שמפעילה כוח על הצינור גם כאשר הטמפרטורה והקוטר שלו משתנים. היתרון שלו הוא שהלחץ שהוא מפעיל משתנה בהתאם למבנה הקפיץ, והוא מתאים להתפשטות ולהתכווצות של הצינור במהלך מחזורי החימום והקירור. בחלק מהרכבים (כמו הקורולה שלי ) מהדקים כאלה הם המקוריים

מהדק בורג (Worm-Drive Clamp)

זהו מהדק מתכתי בעל בורג, שכאשר מהדקים אותו הוא מצמצם את קוטרו ולוחץ את הצינור סביב פיית החיבור.
יתרונותיו הם שאפשר להתקין ולהסיר אותו בעזרת כלי עבודה פשוטים (לקח לי הרבה זמן להכניס את מהדק הקפיצי כשהחלפתי את הרדיאטור, וכן ניתן לכוונן את מידת ההידוק.
עם זאת, הידוק יתר עלול לפגוע בצינור, לחתוך את שכבת הגומי או לעוות את החיבור. יש להדק בהתאם להוראות היצרן ולא להניח שככל שההידוק חזק יותר, כך האטימה טובה יותר
החיסרון שלו (כך מוסכניק אמר לי) שזה יכול לגרום לנזילה אם שמו אותו שהצינור חם ורחב-כך שכשהוא יתקרר קצת הוא יהיה רפוי.

מחברים מהירים (Quick Connectors)

בחלק ממערכות הקירור קיימים מחברי פלסטיק או מתכת שמאפשרים חיבור מהיר של הצינור. המחבר עשוי לכלול טבעת נעילה ואטם גומי מסוג O-ring.
האטימה נוצרת באמצעות מגע הדוק בין האטם לבין המשטח המתאים. אם האטם מתייבש, נחתך או יוצא ממקומו, עלולה להיווצר נזילה גם כאשר המחבר עצמו נראה שלם.

נוזל קירור

מהו נוזל קירור?

נוזל הקירור הוא נוזל ייעודי שמסתובב במערכת הקירור של המנוע ותפקידו להעביר חום מהמנוע אל הרדיאטור, שם החום נפלט אל האוויר. בניגוד למים רגילים, נוזל קירור מתאים מתוכנן להתמודד עם טמפרטורות גבוהות, להגן מפני קפיאה, לצמצם קורוזיה ולשמור על רכיבי מערכת הקירור לאורך זמן.

הרכב כימי

נוזל קירור מורכב בדרך כלל משלושה מרכיבים עיקריים:

• מים מטופלים או מזוקקים אשר מעבירים חום ביעילות.
• גליקול - לרוב אתילן גליקול, ולעיתים פרופילן גליקול. הוא מסייע להוריד את נקודת הקפיאה ולהעלות את נקודת הרתיחה של התערובת.
• תוספים כימיים - מעכבי קורוזיה, מייצבי חומציות ותוספים שנועדו להגן על מתכות, אטמים ורכיבים נוספים.
  אתילן גליקול רעיל בבליעה, ולכן יש להרחיק נוזל קירור מילדים ומבעלי חיים ולמנוע שפיכה שלו לסביבה.

סוגים שונים - צבעים ותקנים

נוזלי קירור שונים עשויים להיות בצבעים שונים, כגון ירוק, אדום, ורוד, כחול או כתום.
עם זאת, הצבע אינו תקן כימי אחיד. יצרנים שונים יכולים להשתמש באותו צבע לנוזלים בעלי הרכב שונה, ולכן אי אפשר לקבוע התאמה לפי צבע בלבד. ההבדלים בין הנוזלים קשורים בין היתר לסוג מעכבי הקורוזיה, לחומרים שמהם עשויה מערכת הקירור ולדרישות יצרן הרכב (בלי נדר אני ילמד את סוגי התקנים IAT / OAT / HOAT ויפרט אותם כאן בהמשך)

תכונות:

מניעת קיפאון (טמפרטורות נמוכות):
נוזל הקירור מכיל בדרך כלל גליקול, חומר שמוריד את טמפרטורת הקיפאון של התערובת. כך, גם כאשר הרכב עומד בסביבה קרה מאוד, הנוזל יכול להישאר במצב נוזלי ולא להפוך לקרח.
למה זה חשוב? כאשר מים קופאים (לדוגמא במקומות קפואים, פחות אצלנו בישראל ) , הם מתפשטים. התפשטות כזאת בתוך מערכת הקירור עלולה לגרום לסדקים ברדיאטור, בצינורות ואפילו בבלוק המנוע.
מניעת רתיחה (טמפרטורות גבוהות):
נוזל הקירור מתוכנן להישאר נוזלי גם בטמפרטורות שבהן מים רגילים כבר היו רותחים. הדבר מושג באמצעות שני גורמים עיקריים:

• גליקול: מעלה את טמפרטורת הרתיחה של התערובת ביחס למים טהורים.
• לחץ במערכת הקירור: מכסה הלחץ שומר על לחץ גבוה מהלחץ האטמוספרי, וכך מעלה עוד יותר את טמפרטורת הרתיחה.
  השילוב בין שני הגורמים מאפשר למערכת הקירור לפעול בטמפרטורות גבוהות בלי שהנוזל ירתח בקלות. רתיחה עלולה ליצור אדי קיטור וכיסי גז, לפגוע במעבר החום ולגרום להתחממות יתר של המנוע.

הגנה מקורוזיה (תוספים):
מערכת הקירור בנויה מחומרים שונים, כגון אלומיניום, ברזל, פלדה ולעיתים נחושת או פליז. במגע עם מים, חמצן וחומרים נוספים, מתכות עלולות לעבור קורוזיה - תהליך של שחיקה כימית הדרגתית. כדי למנוע זאת, נוזל הקירור מכיל תוספים מעכבי קורוזיה, שיוצרים שכבת הגנה על המשטחים המתכתיים או מפחיתים את התגובות הכימיות שגורמות לחלודה ולנזק. התוספים מסייעים גם בהגנה על רכיבים נוספים, כגון משאבת המים, הרדיאטור ותעלות הקירור שבתוך המנוע. עם הזמן התוספים מתכלים או מאבדים מיעילותם, ולכן חשוב להחליף את נוזל הקירור במועד שקבע יצרן הרכב.

סיכום

לסיכום… זה היה מדריך ארוךךך הרבה יותר ממה שדימנייתי, אני מקווה שנהנתם והחכמתם עד לכאן… (ולא דילגתם ישר לסוף…) בסופו של דבר הושקע כאן הרבה עמל ועבודה, וזה המינימום להחזיר לחברי הפורום הנפלא הזה כגמולם!

בבקשה תגובות להגיב רק כאן

לשאר המדריכים שלי