ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ ΙΙ

Καταλήγοντας στην υδρόψυξη

Τον προηγούμενο μήνα και ξεκινώντας να μιλάμε για συστήματα ψύξης κινητήρων, βάλαμε στην μία γωνία του ρινγκ τα υγρά με βασικό εκπρόσωπο το νερό και στην άλλη γωνία τον αέρα: καταλήξαμε πως καθεμία από τις δύο αυτές υλοποιήσεις έχει τα υπέρ της και τα κατά της, όμως παραδεχτήκαμε επίσης πως αθροιστικά, βάζοντας όλα τα χαρτιά στο τραπέζι, δεν είναι τυχαίο πως πρακτικά όλα τα σύγχρονα αυτοκίνητα, ανεξαρτήτως δύναμης και λοιπών χαρακτηριστικών, διαθέτουν υγρόψυκτους κινητήρες. Με έναν (αξιόπιστο) υγρόψυκτο κινητήρα έχεις όλα τα καλούδια που θα ήθελες από την λειτουργία του συστήματος ψύξης, χωρίς τα κουσούρια των απλοϊκών αερόψυκτων συστημάτων: ανεξαρτήτως θερμοκρασίας περιβάλλοντος (πράγμα πολύ σημαντικό για χώρες όπως η Ελλάδα ή η Ισλανδία…) ο κινητήρας δεν χαμπαριάζει και δουλεύει σε σταθερή θερμοκρασία λειτουργίας ελάχιστο χρονικό διάστημα  μετά την εκκίνηση του. Αν όλα τα υποσυστήματα του, που θα δούμε στη συνέχεια, δουλεύουν κατά τα προβλεπόμενα, η θερμοκρασία λειτουργίας δεν επηρεάζεται ούτε από την ταχύτητα του οχήματος και σε πολύ μεγάλες ιπποδυνάμεις είναι η μοναδική διαθέσιμη λύση.

Η σταθερή θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα καθίσταται όλο και πιο σημαντική σήμερα, καθώς έχει άμεση συσχέτιση με το –δυστυχώς- χρυσό δισκοπότηρο των νομοθετών, την μείωση των εκπομπών ρύπων: οι σύγχρονες ECU διαθέτουν διαφορετικές παραμέτρους χαρτογράφησης ψεκασμού και ανάφλεξης ανάλογα με την θερμοκρασία του ψυκτικού, ενώ και στους καταλύτες παίζεται μεγάλο παιχνίδι κατά την προσπάθεια για όσο το δυνατόν γρηγορότερη θέρμανσή τους (ώστε να επιταχυνθεί το στάδιο αποδοτικότερης χημικής μετατροπής των ρύπων). Οι οικολόγοι λοιπόν απεχθάνονται τα μοτέρ «άναρχης» θερμοκρασιακής συμπεριφοράς. Πέραν των οικολόγων όμως, και για εμάς τους αλογομούρηδες ένα μοτέρ με έντονες μεταβολές θερμοκρασιών λειτουργίας δεν είναι ότι καλύτερο,λόγω των αντίστοιχων εσωτερικών διαστολών-συστολών κινούμενων και μη μερών, καθώς και λόγω εντονότερου κινδύνου δημιουργίας τοπικών εστιών υπερθέρμανσης. Όταν μιλάμε για εκατοντάδες ίππους, επιθυμούμε οι ανοχές να είναι «ρολόι», σύμφωνα με τις δοσμένες προδιαγραφές και να μην υπάρχουν περιοχές που να χαροπαλεύουν θερμικά όταν βρισκόμαστε σε «σκίσιμο mode».

Οικολόγοι και αλογομούρηδες σπάνια συμφωνούν, οπότε εδώ έχουμε μία από τις σπάνιες αυτές στιγμές που με μία φωνή, μία γροθιά, βροντοφωνάζουμε «θέλουμε οπωσδήποτε υδρόψυξη, πες μας πως δουλεύει το θέμα εδώ και τώρα». Και αυτό ακριβώς θα γίνει σήμερα. Αφού εξαντλήσαμε όλο το καθαρά θερμοδυναμικό και ρευστομηχανικό κομμάτι, θα προχωρήσουμε τώρα και τον επόμενο μήνα στην μελέτη των επιμέρους κομματιών ενός συστήματος υδρόψυξης: που βρίσκεται το καθένα, γιατί βρίσκεται εκεί, ποια είναι η δουλειά του και πως καταφέρνει να την φέρει εις πέρας. Και ξεκινάμε από το βασικότερο, από το «κομμάτι» εκείνο το οποίο βρίσκεται παντού στο κύκλωμα και που δεν είναι άλλο από το ψυκτικό υγρό μας μέσο.

Γιατί νερό? Και γιατί να μην είναι σκέτο?!

ΟΚ, είπαμε πως θέλουμε υγρό να μεταφέρει την θερμότητα που παράγει το μοτέρ μακριά του χωρίς προβλήματα, αλλά ποιο υγρό? Το ψυκτικό υγρό πρέπει γενικώς να διαθέτει κάποιες πολύ συγκεκριμένες ιδιότητες και χαρακτηριστικά, που χωρίς αυτά δεν θα μπορούσε να τελέσει σωστά το έργο του: το ιδανικό ψυκτικό υγρό κινητήρα πρέπει να διαθέτει πολύ μεγάλη θερμοχωρητικότητα, πολύ μικρό ιξώδες, να είναι χημικά αδρανές και μη είναι τοξικό και φυσικά να μην είναι… πανάκριβο.

Ας τα πάρουμε αυτά ένα ένα: «Θερμοχωρητικότητα» ονομάζουμε το βασικό θερμοδυναμικό εκείνο μέγεθος που μας δείχνει πόση θερμική ενέργεια απαιτείται να απορροφήσει ένα υλικό για να μεταβληθεί η θερμοκρασία του κατά συγκεκριμένο ποσό. Πιο συγκεκριμένα, έχουμε την «ειδική θερμοχωρητικότητα» (ή «θερμοχωρητικότητα μάζας») που δείχνει πόση θερμότητα (Joule) μπορεί να απορροφήσει ένα γραμμάριο ουσίας ώστε να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά έναν βαθμό Κέλβιν και μετριέται σε J / (gr x K), και την «θερμοχωρητικότητα όγκου» που δείχνει πόση θερμότητα (Joule) μπορεί να απορροφήσει ένα κυβικό εκατοστό ουσίας ώστε να αυξηθεί η θερμοκρασία του πάλι κατά έναν βαθμό Κέλβιν και μετριέται σε J / (cm³ x K). Σε απλά ελληνικά, όσο μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα έχει μία ουσία τόσο περισσότερη θερμότητα μπορεί να «τραβήξει» μέσα της χωρίς να ξεφύγει η θερμοκρασία της και να αλλάξει σε ανεπιθύμητη κατάσταση (π.χ. να βράσει και να ατμοποιηθεί), και αυτό ακριβώς είναι που θέλουμε από το ψυκτικό του κινητήρα: να απορροφάει μεγάλες ποσότητες θερμικής ενέργειας, χωρίς ωστόσο να υπερθερμαίνεται σε σημείο «τσαφ τσουφ».

Ιξώδες μικρό, όπως αναφέραμε και τον προηγούμενο μήνα στο αέρας vs. νερό, θέλουμε ώστε να μην απαιτείται μεγάλη αντλία κίνησης του μέσου στο κύκλωμα: η αντλία τρώει ισχύ από το στρόφαλο (είτε άμεσα με ιμάντα, είτε έμμεσα μέσω των απωλειών από το δυναμό, αν μιλάμε για ηλεκτρική), οπότε θέλουμε όσο το δυνατόν λιγότερο ενεργοβόρα αντλία στο κύκλωμα. Αντίστροφα, αν το ψυκτικό μας πέφτει ολίγον τι πηκτό για δεδομένη αντλία, τότε δεν θα υπάρχει η επιθυμητή παροχή ροής και επομένως και μεταφορά θερμότητας. Και στους δύο αυτούς παράγοντες, το πολύ φτηνό και άμεσα προσβάσιμο υγρό που ρέει από την βρύση σας, διαπρέπει: το απλό μας νεράκι βάζει τα γυαλιά σχεδόν σε όλα τα λιγότερο ή περισσότερο «ακριβότερα» υγρά, όσον αφορά την θερμοχωρητικότητα και το ιξώδες του.

Ξεκινώντας από το πρώτο, όσο είναι υγρό, δηλαδή πρακτικά σε όλο το εύρος από τους 0^o μέχρι τους 100^οC έχει θερμοχωρητικότητα 4,2 J / (gr x K) (ίδια τιμή και σε J / (cm³ x K) για την θερμοχωρητικότητα όγκου αφού ένα ml νερού ζυγίζει ένα γραμμάριο), τιμή που ούτε λίγο, ούτε πολύ, υπερισχύει όλων των υγρών (και μετάλλων) ανεξαιρέτως. Η βενζίνη π.χ. (οκτάνιο), έχει περίπου τη μισή θερμοχωρητικότητα του νερού και κάπου εκεί βρίσκεται και αυτή του λαδιού. Την μισή θερμοχωρητικότητα του υγρού νερού ωστόσο διαθέτει και το αέριο νερό (ατμός) και αυτός είναι ένας ακόμα από τους λόγους που δεν θέλουμε επουδενί να βράσει το ψυκτικό του κινητήρα μας στο κύκλωμα: υπό αέρια μορφή, μπορεί να μεταφέρει πολύ λιγότερη θερμότητα από τον καυτό κινητήρα.

Ως προς το ιξώδες, για το νερό η τιμή είναι 0,9 mPa x sec (micro Pascal x second), τη στιγμή που ενδεικτικά το ελαιόλαδο έχει τιμή 80, ένα 40άρι λάδι μηχανής 320, το αίμα 3-4, το μέλι 10.000 και η κέτσαπ 50.000 (για τους αμερικανοτραφείς, το φυστικοβούτυρο χτυπάει 250.000…). Φιλοσοφική αναζήτηση: δεν είναι φοβερό που το πιο άφθονο υγρό στο πλανήτη, το οποίο συνάμα είναι μη τοξικό και εύφλεκτο, είναι και πρωταθλητής στα μεγέθη αυτά που μας ενδιαφέρουν για το σύστημα ψύξης? «Τυχαίο? Δεν νομίζω» ακούω τον Θεό να φωνάζει από πάνω, που μάλλον έφτιαξε τον πλανήτη μας με τέτοιο τρόπο, ώστε σε κάποια φάση να κυριαρχείται από υδρόψυκτα μοτέρ..!

Είπαμε τα καλά του νερού τόση ώρα, πάμε να πούμε όμως και που πάσχει και γιατί υπό κανονικές συνθήκες (εκτός έκτακτων περιπτώσεων δηλαδή…) δεν γεμίζουμε το κύκλωμα του κινητήρα μας με απλό νεράκι, ακόμα και απιονισμένο (καθαρό νερό,  χωρίς τα άλατα του τρεχούμενου της βρύσης ή της βροχής) να είναι: όπως ξέρετε στο παγουράκι του κυκλώματος βάζουμε το λεγόμενο «παραφλού», δηλαδή κάτι διαφορετικό του σκέτου νερού, ας δούμε γιατί και τι είναι δαύτο. Το νερό όσο είναι υγρό είδαμε ότι σκίζει, το πρόβλημα ξεκινάει από το γεγονός πως σχετικά εύκολα παύει να είναι υγρό: ως γνωστόν στους 0 βαθμούς στερεοποιείται-παγώνει και στους 100 βαθμούς ατμοποιείται. Και τα δύο σενάρια είναι καταστροφικά.

Στο μεν πρώτο αφενός σταματάει η ροή του μέσου (κάτι που θα έδινε στο μοτέρ πιο αργό και επώδυνο θάνατο) και αφετέρου το νερό όταν παγώνει διαστέλλεται (ο πάγος έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, άλλη μία μοναδική ιδιότητα του νερού και διαφορά του από άλλα υγρά, γι’ αυτό τα παγάκια επιπλέουν στο μοχίτο σας) με αποτέλεσμα αν αυτό συμβεί μέσα στο μπλοκ ή την κεφαλή, να ανοίξει κυριολεκτικά το χυτό του μετάλλου, κάτι που θα δώσει στο μοτέρ γρήγορο και θεαματικό θάνατο, για την αποφυγή του οποίου σε κάποια μοτέρ συναντάμε τα «freeze plugs» τα οποία είναι ταπωμένες οπές πάνω στο χυτό, όπου σε σενάριο πήξης του ψυκτικού δρουν ως «εκτονωτικές κερκόπορτες» του μοτέρ.

Στο δεύτερο σενάριο, αυτό της ατμοποίησης, εξηγήσαμε στο Part I ότι το ψυκτικό πλέον υπό την μορφή θυλάκων αέρα δρα ως θερμομονωτικό και επιπλέον μας ξεγελά ως προς την σωστή μέτρηση της θερμοκρασίας του κινητήρα, ενώ πιο πάνω είδαμε και ως προς την θερμοχωρητικότητα την διαφοροποίηση των δυο καταστάσεων του νερού. Θέλουμε λοιπόν «κάτι» να προσθέσουμε στο νερό που θα κατεβάζει αισθητά, τόσο το σημείο πήξης του, όσο και το σημείο βρασμού του. Αυτό το πετυχαίνουμε με την προσθήκη γλυκόλης στο νερό, εν είδει αντιψυκτικού, δημιουργώντας ένα μείγμα τους, το προαναφερθέν «παραφλού». Τα πρώτα παραφλού περιείχαν μεθανόλη, αλλά εξαιτίας της τάσης της να εξατμίζεται εύκολα, να ξεφεύγει από το κύκλωμα και επομένως να χρειάζεται συχνή αναπλήρωση και επίσης της τάσης να επιταχύνει την διάβρωση μετάλλων (ειδικά του αλουμινίου), αντικαταστάθηκε σταδιακά από αιθυλενική γλυκόλη (και σπανιότερα από διαιθυλενική ή προπυλενική γλυκόλη). Υπάρχουν παραφλού με διαφορετικές αναλογίες νερού-γλυκόλης, συνήθως από 10% κατ’ όγκο γλυκόλη μέχρι και 50% κατ’ όγκο γλυκόλη, όπου όσο ανεβαίνει το ποσοστό της γλυκόλης στο μείγμα, τόσο μειώνεται το σημείο πήξης και παράλληλα, τόσο αυξάνει το σημείο βρασμού του αντιψυκτικού μείγματος: ένα 50%-50% μείγμα νερού-γλυκόλης έχει σημείο πήξης στους -39 βαθμούς Κελσίου και βρασμού στους 108 βαθμούς, διευρύνοντας δηλαδή τρομερά το ωφέλιμο εύρος λειτουργίας του μέσου σε σχέση με το σκέτο π.χ. απιονισμένο νερό, με το οποίο αν χρειαζόμασταν να κινηθούμε δεν θα μπορούσαμε ούτε για αστείο π.χ. να πάμε στο Νευροκόπι, ούτε να ζορίσουμε ιδιαίτερα το μοτέρ!

Στο εμπόριο μπορείτε να βρείτε είτε έτοιμα προς χρήση αντιψυκτικά παραφλού, που έχουν ως μείγμα ήδη την ποσότητα νερού που χρειάζεται (τα λεγόμενα «διαλυμένα»/“diluted”), είτε προϊόντα που απαιτούν προσθήκη νερού βάσει πάντα των προδιαγραφών του κατασκευαστή για δεδομένες κλιματολογικές συνθήκες (τα λεγόμενα «αδιάλυτα»/”undiluted”). Μιλήσαμε πιο πάνω όμως και για «ανάγκη χημικής ουδετερότητας» του ψυκτικού μέσου, κάτι που επίσης μας προβληματίζει όταν μιλάμε για σκέτο νερό: το νεράκι έχει την κακή συνήθεια να επιταχύνει, δρώντας ως καταλύτης, την διάβρωση των διαφορετικών μετάλλων (αλουμίνιο, χαλκός, μαντέμι, ορείχαλκος, καλάι κτλ.) που έρχονται έμμεσα σε επαφή μεταξύ τους στο κύκλωμα μέσω του νερού («γαλβανική διάβρωση»). Επ’ αυτού λοιπόν, το παραφλού, εκτός από γλυκόλες, περιέχει και ένα κάρο αντιδιαβρωτικά πρόσθετα που σκοπό έχουν να προστατέψουν το μεταλλικό μέρος του κυκλώματος: πυριτιούχα, νιτριούχα και μεταλλικά άλατα οργανικών οξέων αποτελούν αυτά τα πρόσθετα που συμβάλλουν τα μάλα στην μακροζωία του μοτέρ. Επίσης, περιέχονται πρόσθετα που σταθεροποιούν το pH του διαλύματος, καθώς και σιλικονούχα πρόσθετα που εμποδίζουν το άφρισμα του υγρού, είτε από την τρόμπα, είτε από τα πολλά G που υποβάλλετε στο εργαλείο. Όλα αυτά τα πρόσθετα με τη πάροδο του χρόνου αδρανοποιούνται και μειώνεται η ευεργετική επίδραση τους και γι’ αυτό, ανάλογα με τα πρόσθετα, καθορίζεται και η διάρκεια ζωής του παραφλού μέχρι να χρειαστεί να αντικατασταθεί: πλέον συναντάμε στο εμπόριο τα «Long Life Coolants» («LLC») ή και τα «Super Long Life Coolants» («SLLC»), όπου θεωρητικά και σύμφωνα με τους κατασκευαστές δεν θα χρειαστούν αλλαγή πριν το δέκατο (!) σέρβις των 10 ετών / 200.000km (κάτι που φυσικά εξοργίζει αφάνταστα τον υπερασπιστή των υγιών μοτέρ, αυτό το τίμιο παλικάρι, τον Γιώργο Φονσό).

Λαχείο στο ψυγείο

Έλαβε λοιπόν το ψυκτικό μας μέσο όλη τη ζέστα στη μούρη περνώντας μέσα από το μοτόρι, καιρός δεν είναι να την αποβάλει στο περιβάλλον, ώστε να ξεκινήσει τον κύκλο από την αρχή δροσερό-δροσερό και να μπορεί να ξαναλάβει θερμότητα προς μεταφορά? Η διάταξη ψύξης του υγρού, μέσω αποβολής της θερμότητας του στον ατμοσφαιρικό αέρα, είναι το «ψυγείο». Πρόκειται για έναν τυπικό θερμικό εναλλάκτη αέρος-νερού που κυρίως μέσω συναγωγής και δευτερεύοντος μέσω ακτινοβολίας, σκοπό έχει να διατηρήσει την θερμοκρασία του ψυκτικού στην έξοδο του κινητήρα εντός κάποιου μέγιστου επιτρεπτού ορίου. Το απαιτούμενο μέγεθος του, και άρα η δυνατότητα αποβολής θερμότητας του ψυγείου, αρχικά υπολογίζεται μέσω υπολογιστικών μοντέλων σε προγράμματα εξομοίωσης και μετέπειτα μέσω πρακτικών δοκιμών σε αεροδυναμικές σήραγγες, δοκιμές οι οποίες έχουν ως παραμέτρους την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας και τις απώλειες πίεσης της ροής προς το ψυγείο. Το τελευταίο είναι υψίστης σημασίας για την απόδοση του ψυγείου: η ενεργή παροχή αέρα προς το ψυγείο εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης του οχήματος, την αντίσταση που το ρεύμα αέρα θα συναντήσει στο εμπρός μέρος του μηχανοστασίου (προφυλακτήρας, γρίλιες, μετώπη κτλ.), την αντίσταση του ίδιου του ψυγείου ως προς την ροή του αέρα που το διαπερνά και από την απόδοση του ανεμιστήρα ψύξης του (βεντιλατέρ) που θα δούμε αναλυτικότερα παρακάτω.

Φυσικά η θέση του ψυγείου είναι ανάλογα υψηλής σημασίας. Στα προσθιομήχανα αυτοκίνητα η λύση της εξίσωσης είναι μία και ακούει στο «ακριβώς μπροστά από τον κινητήρα και πίσω από την γρίλια», αλλά στα πισωμήχανα ή τα κεντρομήχανα έχουμε δύο επιλογές: 1. να τοποθετηθεί το ψυγείο (ή τα ψυγεία) μπροστά, για μέγιστη εκμετάλλευση της εισερχόμενης ροής κατά την εμπρόσθια κίνηση του οχήματος, αλλά συμβιβάζοντας το αυτό με μακριές σωληνώσεις περιφερειακά και κατά μήκος του αμαξώματος, που ισούται με μεγαλύτερες εντοπισμένες και γραμμικές απώλειες ροής, που με τη σειρά τους συνεπάγονται ανάγκη μεγαλύτερης τρόμπας και 2. τα ψυγεία να μείνουν πίσω, δίπλα στον κινητήρα, κάτι που μικραίνει το κύκλωμα, αλλά απαιτεί την ύπαρξη πλαϊνών (ή οροφής σπανιότερα) αεραγωγών με αρκετή αεροδυναμική μελέτη, ώστε ένα σοβαρό ρεύμα αέρα καθώς διασχίζει το όχημα προς τα πίσω, να περνάει και μια βόλτα από τους κόμβους αυτούς.

Σε κάθε περίπτωση, όσο ελαττώνεται η παροχή της ροής, τόσο μεγαλύτερο ψυγείο (ή ισχύ βεντιλατέρ) αναμένουμε. Ένα τυπικό ψυγείο αυτοκινήτου αποτελείται από τα δύο πλαϊνά («καπάκια») κομμάτια και την κεντρική «κυψέλη» (ή «πυρήνα»): το πλαϊνό κομμάτι εισόδου λαμβάνει την ενιαία ροή από τη σωλήνωση στην έξοδο του κινητήρα και την διαχωρίζει σε πολλές μικρότερες ροές που θα περάσουν μέσα από την κυψέλη και το πλαϊνό εξόδου, αντίστροφα, μαζεύει τις επιμέρους αυτές ροές προς μία ενιαία και πλέον δροσερότερη, προς τη σωλήνωση που οδηγεί στην είσοδο ψυκτικού του κινητήρα. Οι πολλοί και στενοί αγωγοί της κυψέλης (οι λεγόμενες «σειρές» του ψυγείου) δίνουν στην όλη κατασκευή μεγάλο λόγο επιφάνειας προς όγκο, κάτι που γενικότερα στην μεταφορά θερμότητας σημαίνει μεγάλη απόδοση. Ανάμεσα στους παράλληλους και πεπλατυσμένους υποαγωγούς της κυψέλης, συναντάμε συμπιεσμένα και συγκολλημένα μεταλλικά φύλλα («σερπαντίνα») τα οποία επικουρούν περαιτέρω στην αύξηση της συνολικής επιφανείας συναγωγής θερμότητας με το εισερχόμενο ρεύμα αέρα.

Εκτός από την εξωτερική σερπαντίνα, πολλά ψυγεία διαθέτουν και εσωτερική, μέσα στους αγωγούς, με την μορφή πτερυγίων στην είσοδο τους όπου δίνουν στην ροή τυρβώδη (δηλαδή με στροβιλισμούς) ροή: η  τυρβώδης ροή γενικώς έχει μεγαλύτερη δυναμική μεταφοράς θερμότητας σε σχέση με μία γραμμική (στρωτή) ροή αναμειγνύοντας καλύτερα το εξωτερικό και ψυχρότερο μέρος του υγρού (που ακουμπά στους αγωγούς κατευθείαν) με το εσωτερικό (που δεν ακουμπάει άμεσα σε αγωγό), μειονεκτώντας ωστόσο στο γεγονός πως με αυτήν την πιο σύνθετη εσωτερική μορφή κυψέλης, αυξάνονται οι απώλειες πίεσης.

Παλιότερα τα ψυγεία κατασκευάζονταν από χάλκινες ή ορειχάλκινες κεντρικές κυψέλες συγκολλημένες σε επίσης μεταλλικά πλαϊνά, αλλά σήμερα πλέον ο κανόνας στην αυτοκινητοβιομηχανία, τόσο για λόγους βάρους, όσο και φυσικά κόστους, επιτάσσει πλαστικά (πολυαμίδια με υαλόνημα) πλαϊνά καπάκια με κυψέλη αλουμινίου ή φουλ αλουμινένια ψυγεία. Το μειονέκτημα της «μοντέρνας» αυτής εκδοχής του παραδοσιακού ψυγείου είναι πως σε περίπτωση ανάγκης επισκευής (π.χ. σε επαφές τρίτου τύπου με επίμονες θημωνιές ή κολωνάκια) πιο εύκολο και συμφέρον είναι να αλλαχτεί ολόκληρο το ψυγείο με νέο, παρά να επισκευαστεί το υπάρχον. Σε (πολύ) παλιότερα αυτοκίνητα μπορείτε να βρείτε ψυγεία με εντελώς διαφορετική διάταξη αγωγών, όπως π.χ. εξαγωνικής διατομής χωρίς καν σερπαντίνα ή σωλήνες σε διάταξη σπιράλ, αλλά πρόκειται για σχεδιασμούς μακράν ξεπερασμένους από πλευράς απόδοσης. Σε πολλά (κυρίως αμερικάνικα…) αυτοκίνητα με αυτόματο σασμάν, κομμάτι του ψυγείου παίζει και το ρόλο ψυγείου νερού-υγρών του αυτομάτου κιβωτίου (ATF): όντας ουσιαστικά ένα «ψυγείο μέσα σε ψυγείο», το ATF περνάει γύρω από κομμάτι των αγωγών του ψυκτικού ώστε να κατέβει η θερμοκρασία του πριν την είσοδο στο σασμάν.

Όταν το θερμόμετρο ανέβει επικίνδυνα…

...στο παιχνίδι μπαίνει η τάπα και το δοχείο διαστολής του ψυγείου. Όπως αναφέραμε και στο Part I, ο βαθμός απόδοσης ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης αυξάνει με την αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας λειτουργίας του, πράγμα που σημαίνει πως αν θέλουμε να «ανεβάσουμε λίγο το θερμόμετρο», χρειαζόμαστε ψυκτικό το όποιο να μην βράζει όχι απλά στους 100 βαθμούς βρασμού του νερού, αλλά ούτε και στους 105-110 βαθμούς που ανεβάζει το όριο το αντιψυκτικό / παραφλού, όπως είδαμε πιο πάνω. Αυτό που θέλουμε είναι να εκμεταλλευτούμε τον νόμο της φυσικής που λέει ότι «όσο αυξάνεται η πίεση πάνω από ένα υγρό, αυξάνεται και η θερμοκρασία βρασμού του». Αν λοιπόν αφήσουμε το κύκλωμα μας να δουλέψει με πίεση μεγαλύτερης της ατμοσφαιρικής (1 bar), αλλά ενσωματώνοντας, σε κάθε περίπτωση για λόγους ασφαλείας, μία ασφαλιστική διάταξη που δεν θα αφήσει την πίεση να ανέβει σε επικίνδυνα για απότομη εκτόνωση επίπεδα, τύπου «Κούρκουλος» («Τι κάνετε μωρέεεεε? Κόλλησαν τα ελατήρια, μπουυυυυμ»), τότε το εργαλείο μπορεί να δουλέψει και σε θερμοκρασίες άνω των 100 βαθμών, με το ψυκτικό να παραμένει υγρό.

Αυτή τη δουλειά κάνει η, ενσωματωμένη στην τάπα του ψυγείου, βαλβίδα εκτόνωσης: επιτρέποντας να αναπτυχθεί στο κύκλωμα υπερπίεση 0,5-1,0 bar άνω της ατμοσφαιρικής, το σημείο βρασμού του ψυκτικού ανεβαίνει στους 120-125 βαθμούς Κελσίου. Η ακριβής πίεση «ανοίγματος» της τάπας κατά την εκτόνωση, καθορίζεται από την σκληρότητα του ελατηρίου του διαφράγματος της βαλβίδας: όταν το ψυκτικό υπερθερμανθεί τόσο ,ώστε με την διαστολή του να πιέσει το ελατήριο πάνω από το προκαθορισμένο όριο (συνήθως ένα bar, ένα και κάτι), η βαλβίδα ανοίγει, ώστε να επιτρέψει στο υπέρθερμο και ξεχειλίζων ψυκτικό να διαφύγει του κυκλώματος ασφαλώς. Που πάει? Μέσω του σωληνακίου υπερχείλισης διοχετεύεται στο δοχείο υπερχείλισης του ψυγείου (κατασκευασμένο συνήθως από προπυλένιο, σε κάποιες εφαρμογές αποτελεί ένα και ενιαίο σώμα με το ψυγείο, ενώ σε άλλες είναι ξεχωριστό) κρατώντας έτσι εκτός κυκλώματος τυχόν ψυκτικό σε αέρια μορφή το οποίο, μεταξύ άλλων, θα μπορούσε και να βλάψει την τρόμπα νερού μέσω φαινομένων σπηλαίωσης στην είσοδο της. Όταν η υπέρθερμη ποσότητα που συσσωρεύτηκε στο δοχείο διαστολής ξανακρυώσει, συστέλλεται, εξαιτίας αυτού δημιουργείται υποπίεση τοπικά, κάτι το οποίο αναγκάζει μία δεύτερη βαλβίδα να ανοίξει και να διοχετεύσει το υγρό από τον πάτο του δοχείου πίσω στο κύκλωμα του ψυγείου.

Βεντιλατέρρρρρρ, πάμε!

Το ψυγείο ψύχει το ψυκτικό, αλλά ποιος ψύχει το ψυγείο?! Όταν η ταχύτητα κίνησης είναι ανεκτή, η απάντηση είναι «ο αέρας και η ταχύτητα του». Όταν όμως οι ταχύτητες κίνησης είναι μικρές, τότε είτε μικρό, είτε μεγάλο είναι το ψυγείο, εμείς είμαστε αυτοί που πρέπει να «δημιουργήσουμε ρεύμα ροής αέρα». Πως? Με ανεμιστήρα («βεντιλατέρ») ψυγείου. Σε ένα τυπικό σύγχρονο αυτοκίνητο το βεντιλατέρ είναι φουλ πλαστικό και οδηγείται ηλεκτρικά από DC μοτέρ, χωρίς ψήκτρες και με ισχύ 800-850W το πολύ, συνοδευόμενα πάντα από τον χαρακτηριστικό υψήσυχνο ήχο από το εμπρός μέρος του μηχανοστασίου όταν μπαίνει σε λειτουργία. Οι προμηθευτές βεντιλατέρ έχουν κάνει κάποια βήματα μείωσης του θορύβου τα τελευταία χρόνια ως προς τον σχεδιασμό της φτερωτής, αλλά ακόμα δεν είναι αρκετά ώστε να εξαλείψουν την μουσική αυτή πανδαισία. Ωστόσο δεν θέλουμε ένα ηλεκτρικό βεντιλατέρ να είναι μόνιμα σε λειτουργία, αφού, αφενός δεν χρειάζεται όπως είδαμε ρευστομηχανικά πάντοτε και αφετέρου γιατί θα φορτωθούμε τσάμπα απώλειες ενέργειας.

Ο έλεγχος της λειτουργίας τους ως προς το on/off αλλά και την ταχύτητα περιστροφής λοιπόν, απαιτεί την ύπαρξη και της αντίστοιχης διάταξης: εδώ, είτε ακολουθούμε την φτηνή λύση που είναι ο έλεγχος μέσω ρελέ που καθώς ανοιγοκλείνουν παρέχουν τις γνωστές «σκάλες» του βεντιλατέρ (μικρή, μεσαία, μεγάλη κτλ.), είτε την ακριβή λύση που περιλαμβάνει συνεχή και απεριόριστων «σκαλοπατιών» ρύθμιση της ταχύτητας, μέσω ολοκληρωμένου ηλεκτρονικού κυκλώματος ελέγχου.

Οι εντολές εισόδου τώρα, όσον αφορά και τις υλοποιήσεις, προέρχονται είτε από απλούς θερμοστατικούς διακόπτες είτε κατ’ ευθείαν από την κύρια ECU του κινητήρα στα πιο high-end φρέσκα μοντέλα, που διαβάζει θερμοκρασία ψυκτικού, ταχύτητα οχήματος κτλ. Όταν η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα δεν φτάνει (θερμά κλίματα, μεγάλος κινητήρας) τα «μηχανικά» συστήματα αναλαμβάνουν το παιχνίδι: σε μεγάλα επαγγελματικά οχήματα ο άξονας του βεντιλατέρ μπορεί να συνδέεται κατ’ ευθείαν με το στρόφαλο, αλλά στα επιβατικά οχήματα η πολύ διαδεδομένη διάταξη είναι με συνεκτικό συμπλέκτη και ιμάντα polyV από τον κινητήρα προς την φτερωτή. Εδώ έχουμε να κάνουμε με μία διάταξη που σε αρχή λειτουργίας δεν διαφέρει από π.χ. τα συστήματα μετάδοσης / διαφορικού με συνεκτικό υγρό, όπως είναι το Haldex: έχουμε έναν δίσκο εξόδου προς την φτερωτή, έναν δίσκο εισόδου από τον ιμάντα και τους δύο δίσκους να εμπλέκονται μέσω συνεκτικού υγρού ανάμεσα τους όπου, όσο αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής του άξονα εισόδου (βλ. στροφές κινητήρα) τόσο αυξάνεται η ροπή που παίρνει ο άξονας εξόδου, προσπαθώντας να ακολουθήσει το ρυθμό.

Φυσικά υπάρχει και διάταξη ελέγχου της εμπλοκής του συμπλέκτη του βεντιλατέρ: η πιο απλή είναι η «αυτόνομη» διάταξη συμπλέκτη βεντιλατέρ, η οποία περιέχει απλά ένα μηχανικό στοιχείο σε επαφή με τον αέρα εξόδου από το ψυγείο (και άρα εμμέσως με την θερμοκρασία του ψυκτικού μέσα του) και η οποία από μόνη της εμπλέκει-απεμπλέκει τον συμπλέκτη της φτερωτής, αλλά υπάρχει και εδώ η πλήρως ηλεκτρονικά ελεγχόμενη διάταξη με διάφορες παραμέτρους ελέγχου, όπου μέσω ηλεκτρομαγνητικού ενεργοποιητή ελέγχεται το «άνοιξε-κλείσε» του συμπλέκτη.

Ολόκληρη ορχήστρα

Τα «νερά» και το ψυγείο, μαζί με το βεντιλαντέρ και τον δοχείο διαστολής του, είναι οι δύο βασικοί παίκτες της ομάδας «σύστημα ψύξης», όμως, όπως κάθε ομάδα που σέβεται τον εαυτό της, υπάρχουν και άλλοι παίκτες από πίσω που κάνουν πολλή από την βρώμικη δουλειά και χωρίς τους οποίους πολύ απλά δεν θα δούλευε καν το όλο θέμα: θερμοστάτες, υδροχιτώνια, τρόμπες νερού και καλοριφέρ, είναι οι υπόλοιποι παικταράδες που θα καταπιαστούμε με την πάρτη τους στην τρίτη και τελευταία μας συνέχεια επί του θέματος, τον μήνα Οκτώβριο. Επίσης, θα ρίξουμε και μία καλή ματιά σε δευτερεύοντα, ειδικά και πιο «έμμεσα» συστήματα ψύξης του κινητήρα, όπως είναι τα ψυγεία λαδιού, βαλβολίνης, καυσίμου κτλ.