İçten yanmalı motorun verimli ve düşük emisyonlarda çalışması için motor çalışma sıcaklığına mümkün olduğu kadar çabuk ulaşmalı ve tüm yük koşullarında bu sıcaklık değerinde tutulmalıdır. Bu, aynı anda yolcu mahalline ısı sağlayan motor soğutması ile sağlanır. Makalemizde, motor soğutma sisteminin görevlerini, parçalarını ve bu parçaların çalışma prensiplerini ele alacağız.
Su Soğutmalı Motorların Tarihsel Serüveni
Yanan yakıtın ürettiği sıcaklıklar (ort. 2.000 °C) motorun çalışmasına zarar verir. Bu nedenle motor çalışma sıcaklığına soğutulur.
İlk su ile soğutma türü termosifonla soğutma idi. Isıtılmış hafif su, bir manifolddan geçerek radyatörün üst kısmına yükselir ve hava akımı ile soğutulurdu. Daha sonra dibe çöker ve motora geri dönerdi. Motor çalışırken su, sürekli dolaşım halindedir. Soğutma, fan tarafından desteklenir. Ancak fan sayesinde sıcaklığı düzenlemek mümkün değildi. Daha sonra, bir su pompası su dolaşımını hızlandırdı.
İlkel Soğutma Sistemlerinin Zayıf Noktaları:
- Uzun ısınma süresi
- Soğuk mevsimde düşük motor sıcaklığı
Motorların geliştirilmesinde, soğutma suyu regülatörleri (termostat) kullanıldı. Radyatör içerisindeki su dolaşımı, soğutucu sıcaklığına bağlı olarak düzenleniyordu.
Termostat kontrollü soğutma sistemi sayesinde ısınma süreleri daha da azaltıldı ve çalışma sıcaklığı sabit tutulabildi.
Modern Motor Soğutma Sistemleri
Termostat, motor soğutmasında ve etkin kısa devre soğutma suyu sirkülasyonunda belirgin bir iyileşme sağladı. İstenen motor çalışma sıcaklığına ulaşılmamışken, su radyatörden geçmiyor ancak motora geliyordu. Termostat, istenen çalışma sıcaklığına ulaşıldığında yalnızca suyun radyatöre olan girişini açar. Bu kontrol sistemi bugüne kadar tüm sistemlerin temeli olarak kaldı. Motorun çalışma sıcaklığı sadece performans ve yakıt tüketimi açısından değil, aynı zamanda düşük kirletici emisyonları için de önemlidir.
Soğutma devresi 1,0 bar – 1,5 bar basınç altındadır. Bu kapalı bir soğutma sistemi oluşturur. Sistem sadece yarısı dolu olan bir genleşme deposuna sahiptir. Soğutma ortamı sadece sudan ibaret değil. Su ve soğutucu katkı maddesi karışımı olarak ele alınmalıdır. Günümüz modern otomobillerinde soğutucu katkı maddesi sayesinde kaynama noktası artırıldı ve donma noktası sıcaklığı yükseltildi. Bu sayede motor parçaları ve soğutma sistemi korozyona karşı korunmuş oldu.
Motor Soğutma Sistemi Parçaları ve Çalışma Prensipleri
Günümüz otomobillerinde giderek kısıtlanan motor bölmesi nedeniyle, soğutma sisteminin entegre edilmesi ve çok büyük miktarda ısının dağılması oldukça zor hale geldi.
Soğutma Sistemi Çalışma Prensibi
Yakıtın yanması sırasında oluşan ve motor bileşenlerine geçen ısı, soğutucuya iletilir. Dolaşım, ısının dış havaya yayılmasına neden olur ve böylece soğutucuyu soğutur. Radyatörün önüne veya arkasına monte edilebilen bir veya birkaç fan (mekanik veya elektrikle çalışan) soğutma işlemini destekler. Soğutucu ve/veya motorun sıcaklığını nispeten sabit tutmak için bir termostat soğutucu akışkanı görev alır.
Soğutma Sisteminden Beklenen Özellikler:
- Daha kısa ısınma süresi
- Hızlı yolcu kabini ısıtması
- Düşük yakıt tüketimi
- Bileşenlerin daha uzun servis ömrü
Motor Soğutma Sisteminde Bulunan Parçalar:
- Radyatör
- Termostat
- Su pompası (mekanik veya elektrikli)
- Genleşme tankı
- Borular
- Motor fanı (V kayış tahrikli veya Visco)
- Sıcaklık sensörü (motor kontrolü / göstergesi)
Radyatör
Motorun soğutulması 1905’te başladı. Bir motordaki yanma sıcaklığı o zamanlar yaklaşık 600-800 santigrat derece aralığındaydı. Çelik radyatörler, 1900’lü yıllardan 1938’e kadar kullanıldı. Ardından demir dışı metal radyatörler (bakır/pirinç) üretildi. Bu tip radyatörlerin dezavantajları: yüksek ağırlık değerlerine sahip olması, sınırlı sayıda üretilmesi ve yüksek malzeme fiyatlarıyla piyasaya sürülmesi.
Radyatör gereksinimleri:
- Yüksek güç yoğunluğu
- Yeterli istikrar
- Korozyona kalıcı direnç
- Düşük üretim maliyetleri
- Çevreye uyumlu üretim
Radyatörün Görevi:
Soğutma sıvısının motor devresinde soğutulması
Avantajları:
- Kolay montaj
- Optimal verimlilik
- Müşteri isteğine göre uyarlanabilmesi (OEM)
Alüminyum Radyatörlerin Özellikleri
- Izgara derinliği radyatör derinliğine eşittir.
- % 5 -% 10 daha az ağırlığa sahiptir.
- Daha yüksek operasyonel stabilite sağlar.
- Patlama basıncı 5 bar civarındadır.
- Bir bütün olarak geri dönüştürülebilir.
- Nakliye hasarları görülmez
- Çeşitli tüp tipleri kullanılabilir.
- Yüksek kapasite durumunda türbülanslı dairesel boruya ve soğutma için daha fazla yüzey anlamına gelen oval boruya sahiptir.
- Mekanik olarak takılan yassı tüp barındırır. Bu sayede daha fazla yüzey alanı sağlanmış olur.
- Akışkan madde olmadan lehimlenmiş yassı tüpe barındırır. Ancak diğer radyatör tiplerine göre daha yüksek maliyetlidir.
- Sıcaklık 600-650 °C’den, yaklaşık 130 °C’ye kadar etkin soğutma sağlar.
Arızalı Radyatör Nasıl Anlaşılır?
- Motor sıcaklığı yükselir ve hararet göstergesinden anlaşılabilir.
- Radyatör fanı arızalanabilir.
- Klima sistemi istenen performansı sunmaz.
Radyatör Neden Arızalanır?
- Radyatörün zarar görmesinden kaynaklanan soğutma sıvısı kaybı (düşme, kaza),
- Korozyon veya sızdıran bağlantılar nedeniyle soğutucu kaybı,
- Dış veya iç yabancı maddelerin neden olduğu zayıf ısı değişimi (kir, böcek, çapak),
- Kirlenmiş veya eski soğutucu.
Radyatör Hatalarını Tanımaya Yönelik Testler
- Soğutma suyu radyatörünün kirlenip kirlenmediğini kontrol edin. Radyatör lamellerine fazla yaklaşmadan azaltılmış basınçlı hava veya su jeti ile temizleyin.
- Radyatörü dış hasar ve sızıntılara (hortum bağlantıları, boncuklar, lameller, plastik gövde) karşı kontrol edin.
- Soğutma sıvısının renginin kirlenip kirlenmediğini kontrol edin (örn. Hatalı contanın neden olduğu yağ nedeniyle soğutma sıvısının rengi koyu renge dönüşebilir) ve donma önleyici akışkanı kontrol edin.
- Soğutucu akışını (yabancı maddelerin tıkanması, sızdırmazlık maddeleri, çapak alma) kontrol edin.
- Soğutucunun sıcaklığını, bir kızılötesi termometre yardımıyla radyatöre girip çıkarken ölçün.
Genleşme Tankı
Bileşenlerin aşırı ısınmasını önlemek için, soğutma devresi kabarcık içermemelidir. Soğutucu, kabın içine yüksek hızda girer ve açıklıkların farklı çap değerleri nedeniyle daha düşük bir hızda çıkar. Genleşme tankı, genişletilmiş soğutma suyunu devrede tutar. Basınç, bir valf tarafından tahliye edilir ve böylece sistem basıncı, ayarlanan bir değerde tutulur.
Genleşme Tankı Çalışma Prensibi
Soğutucu sıcaklığı, soğutucu genleştikçe soğutma sistemi basıncının yükselmesine neden olur. Soğutucu depoya bastırılır. Depodaki basınç artar. Valf kapağındaki basınç emniyet valfi açılır ve havanın kaçmasına izin verir. Soğutucu sıcaklığı normalleştiğinde, soğutma sisteminde bir vakum üretilir. Soğutucu akışkan tanktan emilir. Bu aynı zamanda tankta bir vakum oluşturur. Ardından depo kapağındaki vakum valfi açılır. Basınç eşitlenene kadar tankın içine hava akar.
Genleşme Tankı Arızası Nasıl Anlaşılır?
Çeşitli sistem bileşenlerinde veya genleşme deposunda soğutma suyu kaybı (sızıntı) oluşur.
Soğutma suyu sıcaklığı ve motor sıcaklığı artar. Dolayısıyla hararetin yükselmesine neden olur.
Genleşme Tankının Arızalanmasının Nedenleri
- Kapaktaki hatalı bir valf nedeniyle soğutma sistemindeki aşırı basınç,
- Malzeme yorgunluğu.
Genleşme Tankındaki Hataları Anlamaya Yönelik Testler
- Soğutucu seviyesini ve antifriz içeriğini kontrol edin.
- Soğutma suyunun renginin değişip kirlenmediğini kontrol edin (yağ, sızdırmazlık maddesi, çapak alma)
- Termostat, radyatör, ısı eşanjörü, hortum hatları ve bağlantılarını kontrol edin.
- Soğutma sistemi basınç testi yapın.
- Soğutma sisteminde havanın sıkışmadığından emin olun, gerekirse sistemi üreticinin talimatlarına göre havalandırın.
Termostat
Termostatlar, soğutucunun sıcaklığını ve motor sıcaklığını kontrol eder. Mekanik termostatlar günümüz otomobillerinde, ilk üretilen otomobillerde olduğu şekliyle görev alıyor. Soğutucu sıcaklığının kontrolü, valfin açılması ile birlikte soğutucunun radyatöre geri alınması şeklinde sağlanır. Termostat, sistem için ayarlanan belirli bir sıcaklıkta açılır. Elektronik olarak kontrol edilen termostatlar motor yönetimi tarafından yönetilir ve motorun çalışma koşullarına bağlı olarak açılır. Elektronik olarak kontrol edilen sıcaklık regülatörleri, motorun mekanik verimliliğini artırır. Yakıt tüketimini ve kirletici emisyonlarını azaltmaya katkıda bulunur.
Avantajları:
- Yakıt tüketiminin %4 civarında azaltılması
- Kirletici emisyonlarının azaltılması
- Daha fazla konfor (daha fazla ısıtma gücü ile)
- Daha uzun motor ömrü
- Akış koşullarının ve termodinamik koşulların korunması
- Talep odaklı sıcaklık düzenlemesi
- En yüksek sıcaklık değişim oranı
Termostat Çalışma Prensibi
Balmumu dolgusu, 80 °C’ye ısıtıldığında erir. Bal mumu hacmindeki artış, metal kutuyu çalışma pistonu boyunca hareket ettirir. Termostat soğutma devresini açar ve aynı zamanda kısa devre döngüsünü kapatır. Sıcaklık 80 °C’nin altına düştüğünde, balmumu dolgusu katılaşır. Restorasyon yayı, metal kutuyu tekrar normal pozisyonuna getirir. Böylelikle termostat, radyatöre giden akışı kapatır. Soğutucu kısa devre halkası üzerinden doğrudan motora geri döner.
Su Pompası
Su pompaları, soğutucuyu devre boyunca taşır ve basıncı yükseltir. Su pompaları da teknik gelişmelerden etkilenir. Ancak binek araçlarda ve kayışla çalışan su pompalı ticari araçlarda hala kullanılıyor. Günümüzde modern otomobillerde ise elektronik kontrollü su pompaları görev alıyor. Bu su pompaları, klima devresindeki kompresöre benzer şekilde çalıştırılır.
Su Pompası Çalışma Prensibi
Tahrik tekerleği ve çark, ortak bir mil üzerine monte edilmiştir. Mekanik bir sızdırmazlık, pompa milini dışa doğru sızdırmaz hale getirir. Çarkın dönme hareketi sayesinde soğutucu, soğutma sistemi içinde taşınır. Çarklar genellikle plastik ve metalden oluşur. Taşıyıcı gerilmesi tekerleklerde daha düşüktür. Aynı zamanda kavitasyona karşı sorumlu değildirler. Bununla birlikte, tekerlekler zamanla kırılgan hale gelir. Soğutucu, mekanik contanın her zaman yağlanmasını ve soğutulmasını sağlar. Su pompasının uzun bir çalışma ömrüne sahip olabilmesi için soğutma sisteminin bakımı düzenli olarak yapılmalı ve kaliteli soğutucu kullanılmalıdır.
Su Pompası Arıza Belirtileri:
- Motorda aşırı gürültü ve ses,
- Soğutucunun sürekli olarak azalması,
- Motorun yeteri kadar soğutulamaması ve dolayısıyla yüksek hararet değerleri.
Su Pompasının Muhtemel Arıza Nedenleri
- Mekanik hasarlar: Çark gevşemiş veya kırılmış olabilir, yatak veya conta arızalı olabilir, tahrik tekerleği hasara uğramış olabilir.
- Korozyon veya sızdırmazlık maddesi nedeniyle kesit daralması görülebilir.
- Kavitasyon: Soğutma sıvısında buhar kabarcıklarının oluşması veya çürümesi nedeniyle çark zarar görebilir.
- Elektrik hasarı: Kısa devre veya elektrik kesintileri görülebilir.
Isı Değiştiricisi
Isı eşanjörü sayesinde üfleyici yardımıyla yolcu bölmesine ısı taşınımı sağlanır. Eğer araçta bir klima sistemi mevcutsa, iklimlendirme sistemi ile sıcak ve soğuk hava üretilir.
Isı Değiştiricisi Özellikleri:
- Tamamen geri dönüştürülebilir.
- İstenilen yolcu bölmesi sıcaklığını garanti eder.
- Lehimli tam alüminyum ısı eşanjörleri.
- Yüksek ısıtma gücü
- Uç dipleri lehimlenmiştir ve kelepçelenmemiştir.
- Tasarım – mekanik olarak monte edilmiştir.
- Isı iletimini iyileştirmek için türbülans uçları mevcuttur.
- Kanatlardaki solungaç alanları verimliliği artırır.
Isı Değiştiricisi Çalışma Prensibi
Isı değiştiricisi, soğutma radyatörü gibi mekanik olarak düzenlenmiş bir tüp sisteminden oluşur. Burada tamamen alüminyum bir tasarım kullanılmıştır. Soğutucu, kabin ısı eşanjöründen akar. Fan veya rüzgar tarafından üretilen hava akımı, eşanjörden geçirilir. İç hava, ısı eşanjörünün soğutma kanatçıkları üzerinden ısıtılır. Kabin fanı ve/veya doğal hava tarafından sağlanan hava akımı, soğutma sıvısının eşangörden geçmesi ile ısıtılır. Böylelikle ısınma sağlanmış olur.
Isı Değiştiricisi Arıza Belirtileri:
- Kötü ısıtma performansı,
- Soğutucu akışkanın sürekli azalması,
- Pencerelerin sislenmesi.
Isı Değiştiricisinin Muhtemel Arıza Nedenleri
- Dış veya iç yabancı maddelerin neden olduğu zayıf ısı değişimi (korozyon, soğutma sıvısı katkı maddeleri, kir, çapak alma),
- Korozyon nedeniyle soğutma sıvısı kaybı,
- Sızdıran bağlantılar nedeniyle soğutucu kaybı,
- Kirli kabin filtresi,
- Havalandırma sisteminde kirlenme/tıkanma.
Isı Değiştiricisindeki Hataları Anlamaya Yönelik Testler
- Camların buğulanıp buğulanmadığını kontrol edin.
- Kabin filtresini kontrol edin.
- Kabin ısı eşanjörünü kaçaklara (hortum bağlantıları, flanşlama) karşı kontrol edin.
- Soğutma suyunun kirlenmesine/renginin solmasına dikkat edin.
- Soğutucu akışkan akışını (yabancı maddelerin tıkanması, yıpratma, korozyon) kontrol edin.
- Soğutucu giriş ve çıkış sıcaklığını ölçün.
- Havalandırma sisteminde tıkanma/yabancı madde olup olmadığına dikkat edin.
- Kanatçıkları (devridaim havası/temiz hava) kontrol edin.
Motor Fanı
Motor fanı, ortam havasını soğutucu radyatörden ve motorun üzerinden geçirir. Otomobilde kullanılan fan, V kayışlı veya elektrikli bir fan ise kontrol ünitesi tarafından yönetilen bir elektrik motoru ile tahrik edilir. Visco fanı ise daha çok ticari araçlarda ve bazı binek araçlar kullanılır. Visco fan kullanan otomobillerde motor fanı, soğutucuyu soğutmak için yeterli miktarda hava akışı sağlar. V kayışı tahrikli fanlarda, hava miktarı motor hızına bağlıdır. Visco fan kontrolü ise çalışma sıcaklığına bağlıdır.
Visco Fanın Çalışma Prensibi
Fan çarkı genellikle plastikten imal edilmiştir ve Visco debriyajına vidalanmıştır. Fan kanatlarının sayısı ve konumu tasarıma göre değişir. Visco debriyajının gövdesi alüminyumdan yapılmıştır ve çok sayıda soğutma yivine sahiptir. Visco fanının kontrolü tamamen sıcaklığa bağlı, kendi kendini ayarlayan bir bimetal debriyaj ile yapılabilir. Buradaki kontrol değişkeni, soğutucu radyatörün ortam sıcaklığıdır. Elektrikle tetiklenen Visco debriyajı başka bir değişkendir. Bu elektronik olarak kontrol edilir ve elektromanyetik olarak çalıştırılır. Burada, kontrol için farklı sensörlerin giriş miktarları kullanılır.
Visco Fanı Arızası Nasıl Anlaşılır?
- Motordan yüksek ve gürültülü ses gelebilir.
- Soğutucu sıcaklığı yükselir ve dolayısıyla motor hararet yapar.
Visco Fan Arızasında Olası Nedenler
- Fan çarkı hasar görmüş olabilir,
- Yağ azalması olabilir,
- Soğutma sistemi zarar görmüş olabilir,
- Rulman hasarı meydana gelmiş olabilir.
Visco Fanındaki Hataları Anlamaya Yönelik Testler
- Soğutma seviyesini kontrol edin.
- Fan tekerleğinde hasar olup olmadığını kontrol edin.
- Yağ sızdırmadığından emin olun.
- Gürültü ve ses olması halinde yatakları kontrol edin.
- Fan çarkını ve Visco debriyajını kontrol edin.
- Hava bölme plakalarının/hava kapağının sıkıca kapatıldığından emin olun.