એન્જિનની કૂલિંગ સિસ્ટમ

એન્જિનની વોટર કૂલિંગ સિસ્ટમ

એન્જિનની કૂલિંગ સિસ્ટમ: એન્જિનમાં એર-ફ્યુઅલ મિશ્રણનું દહન થતાં 2200ºC કે તેથી વધુ તાપમાને એન્જિન સિલિન્ડરો પહોંચી જાય આનો એવો અર્થ થાય છે કે એન્જિનના પાર્ટ્સ ગરમ થઈ જાય છે. તેમ છતાં સિલિન્ડરની દીવાલોનું તાપમાન 260ºC થી. વપવું જોઈએ નહિ. ઉચ્ચ તાપમાનને લીધે લુબ્રિકેટિંગ ઓઈલનું વિધટન થવાની અને તેની લુબ્રિકેટિંગ ક્ષમતા ગુમાવવાની શક્યતા છે. વળી એન્જિનના અન્ય પાર્ટ્સને પણ નુકસાન થાય છે.

એન્જિનના થતા ઓવરહીટિંગને નિવારવા માટે કૂલિગ સિસ્ટમ એન્જિનમાંથી વધારાની ઉષ્મા દૂર કરે છે. એન્જિનને તેની ઝડપ અને ઓપરેટિંગ કન્ડિશનની સાપેક્ષમાં મહત્તમ કાર્યક્રમ તાપમાને કૂલિંગ સિસ્ટમ રાખે છે. એન્જિનમાં દહન થતું ફયુઅલ ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરે છે. આ ઉત્પન્ન થતી ઉમાનો કેટલોક હિસ્સો તે એન્જિનના પાર્ટ્સને નુકસાન પહોંચાડે તેના પહેલા એન્જિનમાંથી લઈ લેવો જોઈએ.

આ કૂલિંગ સિસ્ટમ દ્વારા થતાં ત્રણ કાર્યો પૈકીનું એક કાર્ય છે. કૂલિંગ  સિસ્ટમ એન્જિનને શક્ય તેટલી ઝડપે તેના કાર્યકારી તાપમાને લાવે છે. કૂલિંગ સિસ્ટમ, પેસેન્જર કમ્પાર્ટમેન્ટ, હીટર અને એર કન્ડિશનર માટે એન્જિનમાં એર-ફ્યુઅલ  મિશ્રણનું દહન થતાં 2200ºC કે તેથી વધુ તાપમાને એન્જિન સિલિન્ડરો પહોંચી જાય આનો એવો અર્થ થાય છે કે એન્જિનના પાર્લ ગરમ થઈ જાય છે. તેમ છતાં સિલિન્ડરની દીવાલોનું તાપમાન 260ºC થી. વપવું જોઈએ નહિ.

ઉચ્ચ તાપમાનને લીધે લુબ્રિકેટિંગ ઓઈલનું વિધટન થવાની અને તેની લુબ્રિકેટિંગ ક્ષમતા ગુમાવવાની શક્યતા છે. વળી એન્જિનના અન્ય પાર્ટ્સને પણ નુકસાન થાય છે. એન્જિનના થતા ઓવરહીટિંગને નિવારવા માટે કૂલિગ સિસ્ટમ એન્જિનમાંથી વધારાની ઉષ્મા દૂર કરે છે. એન્જિનને તેની ઝડપ અને ઓપરેટિંગ કન્ડિશનની સાપેક્ષમાં મહત્તમ કાર્યક્રમ તાપમાને કૂલિંગ સિસ્ટમ રાખે છે. એન્જિનમાં દહન થતું ફયુઅલ ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરે છે.

આ ઉત્પન્ન થતી ઉમાનો કેટલોક હિસ્સો તે એન્જિનના પાર્ટ્સને નુકસાન પહોંચાડે તેના પહેલા એન્જિનમાંથી લઈ લેવો જોઈએ. આ કૂલિંગ સિસ્ટમ દ્વારા થતાં ત્રણ કાર્યો પૈકીનું એક કાર્ય છે. કૂલિંગ સિસ્ટમ એન્જિનને શક્ય તેટલી ઝડપે તેના કાર્યકારી તાપમાને લાવે છે. કૂલિંગ સિસ્ટમ, પેસેન્જર કમ્પાર્ટમેન્ટ, હીટર અને એર કન્ડિશનર માટે ઉષ્માનો સ્રોત પૂરી પાડે છે. એન્જિનમાં પાવર સ્ટ્રોક દરમિયાન ખૂબ જ ઉચ્ચ તાપમાન ઉત્પન્ન થાય છે. જો આ વધારાની અનિચ્છનીય ઉષ્માને દૂર કરવામાં આવતી નથી તો નીચે મુજબની મુશ્કેલીઓ આવી પડે છે :

  1. એન્જિનના પાર્ટ્સનું તાપમાન વધી જતાં તેમાં વિકૃતિ કે આકાર પરિવર્તન થાય છે.
  2. તાપમાન વધવાને લીધે લુબ્રિકેટિંગ ઓઈલના ગુણધર્મને અવળી અસર થાય છે.
  3. પાર્ટ્સ એટલી હદે વિસ્તરણ પામે છે કે જેથી પરસ્પર ચોંટી જાય, જામ થઈ જાય છે.
  4. દહનકિયા ઉપર અવળી અસર થાય છે.

ઓવરહીટિંગને લીધે એન્જિનના ભાગોને જામ થવા કે ચોંટી જવા સામે રક્ષણ પૂરું પાડવા માટે એન્જિનનું તાપમાન સલામત ઓપરેટિંગ કન્ડિશને રાખવાનાં ઉપાય તરીકે કોઈ એક વ્યવસ્થા કરવી જ જોઈએ. વ્યવસ્થા રૂપે જે પદ્ધતિ વાપરવામાં આવે છે તેને કૂલિંગ પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે. આકૃતિમાં એન્જિનમાં કરવામાં આવતી વોટર-કૂલિંગ  સિસ્ટમ તેના મુખ્ય ભાગનાં નામો સહિત દર્શાવવામાં આવી છે.

 

ફ્યુઅલની કુલ શક્તિ

ધારો કે ફ્યુઅલની કુલ શક્તિ 100 યુનિટ છે, આ શક્તિનું આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે વિતરણ થાય છે, જેની વિગતો નીચે મુજબ છે :

  1. બ્રેક હોર્સ પાવર તરીકે ઉપલબ્ધ થતી શક્તિ
  2. ઘર્ષણની અસર દૂર કરવા વપરાતી શક્તિ
  3. નિષ્કાસ વાયુઓ સાથે વ્યય થતી શક્તિ
  4. કૂલિંગ સિસ્ટમ દ્વારા શોષણ થતી શક્તિ
  5. ટ્રાન્સમિશનમાં ઘર્ષણ દૂર કરવા વપરાતી શક્તિ

આકૃતિમાં દર્શાવેલા ચાર્ટ પ્રમાણેએ સ્પષ્ટ થાય છે કે ફ્યુઅલના દહનથી ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા શક્તિનો કેટલોક હિસ્સો શોધી લેવો જરૂરી છે. આ જથ્થો કૂલિંગ સિસ્ટમ શોધે છે. આથી એન્જિનને તેના કાર્યકારી તાપમાને કાર્યરત રાખવા માટે કાર્યક્ષમ કૂલિંગ સિસ્ટમની જરૂરિયાત છે. વર્કિંગ તાપમાનનો એવો અર્થ થાય છે કે એન્જિનને વધુ ગરમ કે વધુ. ઠંડું અથવા બન્ને સ્થિતિઓમાં ચલાવવું જોઈએ નહિ. આ સ્થિતિઓ ઇચ્છનીય નથી કેમ કે

(a) એન્જિનની સ્થિતિ વધુ ગરમ રહેવાથી :

  • પ્રિ-ઇગ્નિશન થાય છે.
  • (ii) ડિટોનેશન થાય છે.
  • (iii) એન્જિન નોકિંગ કરે છે.
  • (iv) પિસ્ટન બળી જાય છે.
  • (v) વાલ્વ બળી જાય છે.
  • (vi) લુબ્રિકેશન નિષ્ફળ નીવડે છે.

 

(b) એન્જિનની સ્થિતિ વધુ ઠંડી રહેવાથી :

(i) પાર્ટ્સનો ઝડપી ઘસારો થાય છે.

(ii) ફયુઅલનો વપરાશ વધી જાય છે.

(iii) ઓઈલ પંપમાં પાણીનું કારણ થાય છે.

 

ઉપરની વિગતોથી એ સ્પષ્ટ થાય છે કે શા માટે એન્જિનનું વર્કિંગ આથી ઉપરની સ્થિતિઓને નિવારે તે માટે કૂલિંગ સિસ્ટમને સારી રીતે ડિઝાઈન કરવી જોઈએ.

આકૃતિમાં આપેલા ચાર્ટમાં 28% ફયુઅલ એનર્જી કૂલિંગ સિસ્ટમ શોષે છે તેમ દર્શાવ્યું છે. નીચેનાં ઉદાહરણો આ શક્તિનું કેટલું મૂલ્ય ગણાય તે સમજાવાયું છે :

  • ટ્રક એન્જિનમાં ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માથી 35 ઓરડાઓને શૂન્યથી વાતાવરણના તાપમાને ગરમ કરી શકાય છે.
  • કાર એન્જિન આ જ રીતે 6 ઓરડાઓ ગરમ કરી શકે તેટલી ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરે છે.

 

આંતરદહનું એન્જિનમાં કૂલિંગ સિસ્ટમની જરૂરિયાત (Necessity of Cooling System in I.C. Engine) :

જયારે દહન થવા માટે એન્જિનમાં ફયુઅલ સપ્લાય કરવામાં આવે છે ત્યારે દહનથી ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માને લીધે એન્જિનનું તાપમાન વધે છે. એન્જિનની રચનામાં કોઈ ને કોઈ ધાતુમાંથી બનાવેલા પાર્ટ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ધાતુઓના ગુણધર્મોમાં ઉચ્ચ તાપમાને ફેરફારો થાય છે. ગુણધર્મોમાં પરિવર્તન થવાને લીધે એન્જિનના પાર્ટ્સ તેનું નિર્ધારિત કાર્ય કરવા માટે ડિઝાઈન મુજબની તેની ક્ષમતા ગુમાવે છે. ઍન્જિનના પાર્ટ્સ નબળા પડવા લાગે છે. પરિણામે એન્જિનમાં ભાંગતૂટ અને નુકસાન થવા લાગે છે.

આંતરદહન એન્જિનમાં 25-30% ઉષ્માનું જ કાર્યમાં રૂપાંતર થાય છે. ઉષ્ણતાગમનને લીધે ફક્ત 10% ઉષ્મા જ વાતાવરણમાં ભળે છે. એન્જિનમાં દહન થાય છે ત્યારે 2200°C જેવું ઉચ્ચ તાપમાન એન્જિનનાં સિલિન્ડરોમાં ઉત્પન્ન થતું. હોય છે. ઘર્ષણ વ્યય, ટ્રાન્સમિશન વ્યય અને નિષ્કાસ વાયુઓ સાથે વાતાવરણમાં થતો ઉષ્માનો વ્યય વગેરે ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માના મહત્તમ હિસ્સાને આવરી લે છે એટલે એન્જિનને થતી નુકસાનકારક અસરો ધટાડવા તેનું યોગદાન આપે છે.

તેમ છતાં આશરે 30%, જેટલી ઉષ્મા એન્જિનના ધાત્વિક પાર્ટ્સને મળે છે. આવી ઉષ્મા મળવાથી એન્જિનના પાર્ટ્સ ઓવરહીટ થતાં નુકસાન, ભંગાણ અને વિકૃત થતાં એન્જિનને નુકસાન થાય છે. એન્જિનના ધાતુના પાર્ટ્સ ગરમ થવાને લીધે વિસ્તરણ પામે છે. તેના આ વિસ્તરણને લીધે પરસ્પર જોડાયેલા અથવા પરસ્પર ગતિ કરતા પાર્ટ્સની વચ્ચે રાખવામાં આવેલા અવકારા (clearance)માં ઘટાડો થાય છે. આથી પાર્ટ્સ એકબીજા સાથે ચોંટી જાય છે.

એન્જિન સિલિન્ડરમાં ઉષ્માનો સીધો જ સંપર્ક પિસ્ટન, પિસ્ટન રિંગો, વાલ્વ, સિલિન્ડર હેડ અને સિલિન્ડર લાયનર સાથે થાય છે. આ દરેક પાર્ટ્સ વધુ પડતી ઉષ્મા મેળવીને ક્રિટિકલ કન્ડિશનમાં કાર્ય કરે છે. પિસ્ટન અને સિલિન્ડર લાયનરનું, પિસ્ટન રિંગોનું ઉષ્માને લીધે વિસ્તરણ થવાને લીધે એન્જિન સિલિન્ડરમાં પિસ્ટન જામ થઈ જાય છે. વધુ પડતી ઉષ્માને લીધે પિસ્ટનનું ક્રાઉન બળી જાય છે.

ઇનલેટ અને એકઝોસ્ટ વાલ્વ પણ એન્જિનમાં ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માના સીધા જ સંપર્કમાં રહેતા પાર્ટ્સ છે. ઇનલેટ વાલ્વ ઉષ્માથી ગરમ થાય છે પણ તેની થોડી ઉષ્મા સકશન થતી હવા લઈ લે છે જયારે એકઝોસ્ટ વાલ્વ દહન અને એકઝોસ્ટ બન્નેમાંથી સતત ઉષ્મા મેળવ્યા કરે છે. આથી ઇનલેટ વાલ્વની સરખામણીમાં એકઝોસ્ટ વાલ્વ વધુ ગરમ રહે છે. વાલ્વ ગરમ થવાથી વાલ્વ ગાઈડમાં ચોંટી જાય છે, વાલ્વની લંબાઈ વધે છે અને વાલ્વ કલીયરન્સમાં ઘટાડો થાય છે.

વાલ્વ કલીયરન્સ શૂન્ય થયા પછી પણ વાલ્વની લંબાઈ વધતી રહે તો પુશરોડ બેન્ડ થાય છે, જેની વાલ્વ ટાઈમિંગ ઉપર અસર પડે છે. ઉખાને લીધે વાલ્વ તૂટી પણ જાય છે. આવા વાલ્વનું પપેટ જો સિલિન્ડરમાં તૂટીને પિસ્ટન ઉપર પડે તો કોગ્રેશન સ્ટ્રોકના અંતે તે પિસ્ટન અને સિલિન્ડર હેડમાં ખૂંપી જાય છે અને મોટું યાંત્રિક નુકસાન થાય છે.

ડિઝલ એન્જિન 3000 RPMની ઝડપે જો ફરતું હોય તો તેનું એક રિવોલ્યુશન 0.02 સેકન્ડમાં પૂર્ણ થશે. ફોર સ્ટ્રોક એન્જિનમાં એક સાયકલ ક્રેન્ક શાફટના બે રિવોલ્યુશનમાં પૂર્ણ થાય છે એટલે એક સ્ટ્રોક પૂરો થતાં 0.01 સેકન્ડનો સમય થશે. ફયુઅલનું દહન થઈને તેની રાસાયણિક શક્તિનું ઉષ્માશક્તિમાં રૂપાંતર થવા માટે 0,001 સેકન્ડનો સમય લાગે છે, જેનાથી એન્જિનને ડ્રાઈવ કરવા માટે પિસ્ટન ઉપર થ્રસ્ટ લાગે છે. એન્જિનમાં ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માને લીધે તેનું તાપમાન એન્જિનને જ ઓવરહીટ કરે છે અને તેના પાર્ટ્સ ચોંટી જવાની સંભાવના રહે છે.

ઉપરના વર્ણન પ્રમાણે એ બાબત સ્પષ્ટ થાય છે કે સાયકલના 0.1 સમયમાં ઉષ્મા એન્જિનના પાર્ટ્સને મળે છે અને એન્જિન કૂલિંગ માટે સાયકલનો 0.9 ભાગ સમય મળે છે. આથી જે એન્જિનની કૂલિંગ  સિસ્ટમ સારી, લાંબા સમય સુધી. ટકી રહે તેવી અને વિશ્વસનીય હોય તે એન્જિનને જ સારું એન્જિન કહી શકાય. વળી કૂલિંગ વધુ પડતું થાય તે સ્થિતિ પણ સ્વીકાર્ય નથી. કારણ કે વધુ પડતા કૂલિંગ ને લીધે એન્જિન ઇચ્છિત ટોર્ક કે પાવર ઉત્પન્ન કરી શકતું નથી.

એન્જિનમાં ઉત્પન્ન થતી કુલ ઉષ્માશક્તિનો આશરે 30% હિરસા જેટલી ઉષ્મા એન્જિનના પાર્ટ્સમાં વહન થાય છે, એન્જિનના પાર્ટ્સને મળતી આ ઉષ્માને વાતાવરણમાં નિકાસ કરવા માટે કોઈ ને કોઈ ઉપાય તો કરવો જ પડે, નહિ તો એન્જિન ઓવરહીટ થઈને તેના પાર્ટ્સ ચોંટી જાય છે એટલે કે એન્જિન જામ થઈ જાય છે. એન્જિનને ઓવરહીટ થતું અટકાવવા માટે કરવામાં આવતા ઉપાયને કૂલિંગ સિસ્ટમ કહે છે.

આ કૂલિંગ સિસ્ટમ એન્જિનને તેના યોગ્ય કાર્યકારી તાપમાને રાખે છે એટલે કે એન્જિનનું વર્કિંગ તાપમાન કૂલિંગ સિસ્ટમ નિયંત્રિત કરે છે. પરિણામે એન્જિન તેની ડિઝાઈન મુજબ એન્જિન કાર્ય કરી શકે છે એટલે એન્જિન ડિઝાઈન પ્રમાણે મહત્તમ પાવર ઉત્પન્ન કરી આપે છે. ઉપર મુજબની વિગતોથી આંતરદહન એન્જિનમાં કૂલિંગ સિસ્ટમની જરૂરિયાત સમજી શકાય છે.

Also read: ડિઝલ ફિલ્ટર ના પ્રકારો

Please follow and like us:

Comments

  1. Pingback: કૂલિંગ સિસ્ટમ ના પ્રકારો | LEARNERS HOW

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *