Θερµοστάτης & βαλβίδες ανακούφισης πίεσης
Στο παρόν άρθρο θα δούµε τους θερµοστάτες και τις βαλβίδες ανακούφισης πίεσης νερού (βαλβίδες µπάϊπας – bypass), το ρόλο τους και τη σηµαντικότητα τους στο κύκλωµα ψύξης του κινητήρα, πως θα διαγνώσουµε εάν παρουσιαστεί κάποιο πρόβληµα και πως θα αποσοβήσουµε καταστάσεις που θα µπορούσαν να µας κοστίσουν µία γενική επισκευή ή ακόµη χειρότερα την καταστροφή του κινητήρα.
Το κύκλωµα ψύξης εν συντοµία
Στο προηγούµενο άρθρο αναφερθήκαµε στο ανοικτό κύκλωµα ψύξης του εξωλέµβιου µε θαλάσσιο νερό ως µέσο ψύξης. Επίσης αναφερθήκαµε στους έσω και έσω έξω κινητήρες οι οποίοι ως επί το πλείστον διαθέτουν κλειστό κύκλωµα ψύξης όπως οι κινητήρες των αυτοκινήτων µας µε τη διαφορά ότι το ψυγείο που ψύχει το µίγµα παραφλού-νερού του κλειστού κυκλώµατος δεν ψύχεται απο έναν ανεµιστήρα (βεντιλατέρ) αλλά απο ένα ανεξάρτητο ψυγείο θαλάσσιου νερού που ψύχει το µίγµα παραφλού νερού χωρίς να έρχεται σε επαφή (εναλλάκτης).
Στους εξωλέµβιους το κύκλωµα ψύξης είναι απλό (Σχ.1 – 4χρονος Yamaha µικρής ιπποδύναµης). Το νερό ωθείται µε πίεση στις θυρίδες εισαγωγής νερού καθώς το πόδι βυθίζεται µέσα του ενώ κινείται το σκάφος. Στη συνέχεια περνάει απο µία αντλία (ιµπέλερ) νερού η οποία µε τα πτερύγια της το ωθεί πρός το µπλόκ των κυλίνδρων και την εξαγωγή για να ψύξει τα θερµαινόµενα µέρη.
Η ροή του νερού (Σχ.2) ελέγχεται από ένα θερµοστάτη όπως θα δούµε παρακάτω ο οποίος επιτρέπει στο θερµό νερό να ξαναγυρίσει πρός κάποιες θυρίδες εξόδου νερού και µέσω του κέντρου της προπέλας αναµεµιγµένο µε τα καυσαέρια ενώ µία µικρή ποσότητα βγαίνει απο το πίσω µέρος του κινητήρα (δείκτης ροής νερού – πιτσιλιστήρι). Ο κύκλος αυτός γίνεται συνεχώς δηλαδή φρέσκο και κρύο νερό εισάγεται και απορρίπτεται στη συνέχεια θερµό απο τον κινητήρα πίσω στην θάλασσα.
Οσον αφορά το ρελαντί το νερό απλά αναρροφάται απο τον κινητήρα µέσω της αντλίας νερού και δεν απαιτείται ιδιαίτερη πίεση καθώς στις στροφές ρελαντί ο κινητήρας δεν έχει έντονες τριβές και η ανάγκη για ψύξη είναι µικρή.
Ο σηµαντικός ρόλος του θερµοστάτη στο κύκλωµα ψύξης
Ο θερµοστάτης (Φωτ.1) είναι πολύ σηµαντικός σε ένα κύκλωµα ψύξης. Ουσιαστικά είναι µία βαλβίδα που ελέγχει τη ροή του νερού µε βάση την θερµοκρασία του. Οι σχεδιαστές µηχανικοί γνωρίζουν πολύ καλά ότι όσο ένας κινητήρας θερµαίνεται τα εξαρτήµατα του διαστέλλονται και θα πρέπει να διαστέλλονται οµοιόµορφα. Ο κινητήρας θα πρέπει λοιπόν να λειτουργεί σε όσο το δυνατόν σταθερότερη θερµοκρασία την οποία µελετούν µε µεγάλη προσοχή και ύστερα απο αρκετές δοκιµές οι µηχανικοί των εταιρειών.
Αν αυτό δεν γίνει τότε αρχίζουν διάφορα προβλήµατα. Αν ο κινητήρας είναι πολύ κρύος τότε τα εξαρτήµατα του και κυρίως τα έµβολα (πιστόνια) µε τους κυλίνδρους φθείρονται καθώς λειτουργούν µε σφιχτές ανοχές (µικρό τζόγο), η κατανάλωση του καυσίµου αυξάνεται όπως και οι φθορές. Αντιθέτως εάν ο κινητήρας υπερθερµαίνεται τότε τα εξαρτήµατα διαστέλλονται ανοµοιόµορφα και προκαλούν διάφορες και σηµαντικές βλάβες ενώ ο κινητήρας δεν λειτουργεί σωστά και ο θόρυβος του αυξάνεται λόγω κακής συνεργασίας των εξαρτηµάτων του.
Τι ακριβώς κάνει ο θερµοστάτης στον κινητήρα µου;
Ο θερµοστάτης ρυθµίζει συνεχώς την θερµοκρασία του κινητήρα µας ως εξής. Ας υποθέσουµε ότι εκκινούµε τον κινητήρα µας κρύο µία φθινοπωρινή ηµέρα. Το ιµπέλερ θα αναρροφήσει νερό προωθώντας το πρός το µπλόκ των κυλίνδρων αλλά και σε άλλα σηµεία του κινητήρα. Οσο ανεβοκατεβαίνουν τα έµβολα λόγω τριβής παράγεται θερµότητα και ο θερµοστάτης παραµένει κλειστός και δεν επιτρέπει στον µεγαλύτερο όγκο νερού να γυρίσει πίσω και να επιστρέψει στη θάλασσα. Μόλις το νερό γύρω απο τις διόδους νερού ψύξης ζεσταθεί απο τα χιτώνια των κυλίνδρων και αγγίξει µία ορισµένη θερµοκρασία (γύρω στους 55 µε 60°C στους 2χρονους και σε αρκετούς 4χρονους εξωλέµβιους γύρω στους 70) τότε ο θερµοστάτης ανοίγει σταδιακά (Φωτ.2) και επιτρέπει στο ζεστό νερό να φύγει πρός τις διόδους εξόδου στο πόδι και πρός την εξαγωγή καυσαερίων στο κέντρο της προπέλας. Οταν φρέσκο κρύο νερό αντικαταστήσει το ζεστό που έφυγε τότε ο θερµοστάτης ξανακλείνει στην αρχική κλειστή θέση µην επιτρέποντας στο νερό που µπήκε να ξαναβγεί έως ότου αυτό ζεσταθεί στην παραπάνω θερµοκρασία. Ο κύκλος αυτός συνεχίζεται εις αεί όσο ο κινητήρας λειτουργεί αρκεί τα εξαρτήµατα του κυκλώµατος ψύξης να λειτουργούν σωστά (θερµοστάτες, ιµπέλερ, στεγανό κύκλωµα ψύξης, µη βουλωµένες δίοδοι νερού κτλ).
Τι είναι οι βαλβίδες ανακούφισης πίεσης και πως συνεργάζονται µε τον θερµοστάτη;
Οι βαλβίδες ανακούφισης της πίεσης (Φωτ.3) λειτουργούν όταν η πίεση του νερού ανέβει πέρα από ένα προδιαγεγραµµένο όριο. Σε µερικούς κινητήρες συστεγάζονται µε τον ή τους θερµοστάτες (Φωτ.4).
Οσο ο θερµοστάτης είναι κλειστός είτε απο το βίαια εισαγόµενο νερό µέσω των θυρίδων στο πόδι ενώ το σκάφος κινείται είτε απο την κίνηση του ιµπέλερ, το νερό αποκτά πίεση. Για να ανακουφιστεί αφ’ ενός µεν αυτή η πίεση και αφ’ ετέρου δε να κυκλοφορήσει το νερό στις διόδους ψύξης νερού γύρω απο τους κυλίνδρους και να επιτευχθεί οµοιόµορφη θερµοκρασία, οι βαλβίδες ανακούφισης της πίεσης ανοίγουν µέσω ενός ελατηρίου και επιτρέπουν την ανακυκλοφορία του νερού µέσα στο µπλόκ. Το νερό ψύξης δηλαδή γυρνάει εσωτερικά στο µπλόκ (ανακυκλοφορεί) και σε άλλα σηµεία του κινητήρα χωρίς να εξάγεται απο αυτόν όπως σε ένα κλειστό κύκλωµα ψύξης. Μόλις το νερό ψύξης αγγίξει την πρέπουσα θερµοκρασία τότε ο θερµοστάτης θα ανοίξει και θα επιτρέψει στο ζεστό νερό να βγει από τον κινητήρα και να απορριφθεί πάλι πίσω στην θάλασσα.
Κατασκευή του θερµοστάτη
Αν και υπάρχουν διάφοροι τύποι θερµοστάτη ο συνηθέστερος είναι αυτός µε ειδικό εξευγενισµένο κερί. Βιοµηχανικά κατασκευάζεται ως εξής. Ενα µίγµα απο κερί, σκόνη χαλκού, γραφίτη και άλλα υλικά λειώνει και στη συνέχεια µορφοποιείται σε κυλινδρικό καλούπι. Το µικρό αυτο κυλινδράκι εγκιβωτίζεται και συµπιέζεται µέσα σε ένα κούφιο µεταλλικό στέλεχος και στη συνέχεια ένα µικρός ατσάλινος πείρος (Φωτ.5) µπαίνει στο κέντρο του ο οποίος θα δεχθεί την βαλβίδα και το όλο σύνολο στεγανοποιείται. Στο πάνω µέρος του µπαίνει ένα ελατήριο και ένα κέλυφος σαν καπέλο (Φωτ.1). Οταν τώρα θερµανθεί το στέλεχος το κερί λιώνει, διαστέλλεται και σπρώχνει το πειράκι ανοίγοντας την βαλβίδα και έτσι µπορεί να περάσει το νερό πρίν το θερµοστάτη, µπροστά απο αυτόν. Στην περιφέρεια του κελύφους υπάρχει επίσης µία τρύπα (διαπνοή – Φωτ.1) η οποία χρησιµεύει για να αποµακρύνονται φυσαλίδες αλλά και να ζεσταίνεται γρηγορότερα ο θερµοστάτης απο µία µικρή ροή νερού εντός της τρύπας. Εάν αυτή βουλώσει ο κινητήρας υπερθερµαίνεται.
Γιατί πρέπει να ελέγχω την καλή λειτουργία του θερµοστάτη µου; Πως µπορεί να µου δηµιουργήσει προβλήµατα;
Αν ο θερµοστάτης δεν λειτουργεί σωστά τότε υπάρχουν δύο περιπτώσεις. Η πρώτη και σπανιότερη περίπτωση είναι να παραµείνει σε κλειστή θέση (συνήθως λόγω αλάτων – Φωτ.6) δηλαδή να µην αφήνει το ζεστό νερό να φύγει απο το µπλοκ των κυλίνδρων, κατά συνέπεια θα έχουµε υπερθέρµανση του κινητήρα µε ότι αυτό συνεπάγεται (µακρόσυρτο αλάρµ εάν υπάρχει σύστηµα ειδοποίησης, σύστηµα περιορισµού στροφών λόγω ανάγκης εάν υπάρχει κτλ) και εάν δεν σταµατήσουµε τον κινητήρα ακόµη και την καταστροφή του. Η δεύτερη που είναι και συνηθέστερη είναι να παραµείνει ο θερµοστάτης σε ανοιχτή θέση κολληµένος. Εκεί πια δεν λειτουργεί και είναι σαν να µην υπάρχει επιτρέποντας στο κρύο νερό να τον διαπερνά συνεχώς. Μπορεί επίσης να παραµείνει ανοιχτός απο συσσώρευση αλάτων η απο σφηνωµένα µικροσκουπιδάκια (αν π.χ. µας έχουν σπάσει οι σήτες εισαγωγής νερού στο πόδι-Φωτ.7). Το αποτέλεσµα είναι ότι το νερό δεν ζεσταίνεται επαρκώς και ο κινητήρας λειτουργεί κρύος.
Τι συµπτώµατα και τι βλάβες µπορεί να παρουσιάσει ένας χαλασµένος θερµοστάτης;
Στους 2χρονους θα συσσωρευθεί λόγω των χαµηλών θερµοκρασιών καπνιά και άνθρακας στα ελατήρια των εµβόλων τα οποία σύντοµα θα κολλήσουν και στη συνέχεια θα ακουµπήσει όλο το έµβολο στον κύλινδρο και θα λιώσουν όλα απο την τριβή (Φωτ.8) οδηγώντας συχνά σε θεαµατική καταστροφή του κινητήρα εκτός εάν κάποιος τον προλάβει µε γενική επισκευή. Στους 4χρονους επίσης αυξάνεται η κατανάλωση καυσίµου καθώς ο εγκέφαλος διαβάζει χαµηλότερες θερµοκρασίες του κινητήρα (σαν να είναι σε πρόγραµµα προθέρµανσης) και ψεκάζει περισσότερο καύσιµο το οποίο όµως δεν καίγεται, ξεπλένει και το λάδι στους κυλίνδρους αυξάνοντας την φθορά, διαπερνά τα ελατήρια των εµβόλων και καταλήγει υγροποιηµένο να αυξάνει τον όγκο του λαδιού του κινητήρα.
Αν δείτε λοιπόν το λάδι να αυξάνεται στον δείκτη σας τότε µάλλον ο θερµοστάτης σας έχει χαλάσει. Οταν έχουµε όργανο θερµοκρασίας νερού όπως και στο αυτοκίνητο µας τότε ο δείκτης πρέπει να είναι σε κάποιο σηµείο σταθερά, συνήθως στο µέσον της διαδροµής της βελόνας του οργάνου εάν είναι αναλογικό. Εάν π.χ. είµαστε σταµατηµένοι µε το αυτοκίνητο µας και ο δείκτης είναι στη µέση και µόλις επιταχύνουµε ο δείκτης πέφτει στο C (Cold=χαµηλή θερµοκρασία) τότε µάλλον έχει χαλάσει ο θερµοστάτης και γρήγορα (ειδικά σε κινητήρα µε αλουµινένια κυλινδροκεφαλή) θα βάλετε το χέρι στην τσέπη (300 έως 400 Ευρώ) για καµµένη φλάντζα κυλινδροκεφαλής και σχετικές εργασίες.
Στον 4χρονο εξωλέµβιο όµως τα πράγµατα θα είναι δυσκολότερα λόγω ανοικτού κυκλώµατος ψύξης καθώς ο ανοιχτός θερµοστάτης θα βλάψει την ποιότητα λειτουργίας του κινητήρα, θα αυξήσει αρκετά την κατανάλωση και πιθανά να επιφέρει υπερθέρµανση. Η ζηµιά θα είναι πολύ χειρότερη καθώς η απώλεια ρύθµισης της ροής νερού θα επιφέρει και την συσσώρευση των αλάτων τα οποία θα κρυσταλλοποιηθούν στους 73 °C και σύντοµα το εσωτερικό του κινητήρα θα θυµίζει αλυκή (Φωτ.9). Ο κινητήρας µου υπερθερµαίνεται λίγο. Κάποιοι φίλοι και µερικοί µηχανικοί µου συνέστησαν να αφαιρέσω τον θερµοστάτη.
Είναι σωστό αυτό; Κατηγορηµατικά όχι. Μία κατάσταση υπερθέρµανσης µπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους π.χ. λάθος τύπος µπουζί, κακορυθµισµένο αβάνς, µεγάλο βήµα προπέλας, υψηλό φορτίο καθώς και πρόβληµα στο κύκλωµα ψύξης. Ο θερµοστάτης είναι απαραίτητος και εάν δεν ήταν δεν θα τον τοποθετούσε ο κατασκευαστής που σκέφτεται ακόµη και το κόστος ή βάρος µίας βίδας.
Ο θερµοστάτης περιορίζει τη ροή του νερού ψύξης και τη ρυθµίζει αναλόγως την θερµοκρασία του. Αυτο είναι πολύ σηµαντικό καθώς η µείωση της ροής νερού ουσιαστικά επιτρέπει χρονικό περιθώριο στο νερό να θερµανθεί και να απορροφήσει τη θερµότητα απο τα µεταλλικά τµήµατα του κινητήρα. Το ιδανικό θα ήταν να λειτουργεί ο κινητήρας οµαλά σε σχετικά υψηλή θερµοκρασία γιατί έτσι αυξάνεται η θερµοδυναµική απόδοση του και µειώνεται η κατανάλωση καυσίµου αλλά δυστυχώς τα µέταλλα του υποφέρουν και για αυτό χρειαζόµαστε την ψύξη του.
Χωρίς τον περιορισµό ροής νερού που επιβάλλει ο θερµοστάτης το κρύο νερό θα αποµακρυνθεί πολύ γρήγορα και δεν θα επιτρέψει οµαλή µετάδοση θερµότητας απο τα µέταλλα του κινητήρα πρός το νερό ψύξης ώστε να ωθηθεί αποτελεσµατικά ζεστό πρός το κέντρο της προπέλας. Η συσσώρευση άνθρακα στα έµβολα απο την υπερβολική ψύξη µπορεί επίσης να καταστρέψει σταδιακά τον κινητήρα. Κάθε πότε αλλάζεται ο θερµοστάτης; Μπορώ να τον αντικαταστήσω µόνος µου;
Ο θερµοστάτης σε µερικούς κινητήρες είναι δυσπρόσιτος (Φωτ.4) κυρίως στους παλαιότερους αλλά στους σηµερινούς κινητήρες είναι συνήθως στο ψηλότερο σηµείο του κινητήρα (Φωτ.10, Φωτ.11) λίγο χαµηλότερα απο το βολάν και καλύπτεται µε ένα µικρό καπάκι ενώ σε άλλες περιπτώσεις είναι κάτω απο το καπάκι εξαγωγής (Φωτ.12). Ενδέχεται να υπάρχουν και περισσότεροι απο έναν όταν ο κινητήρας είναι τύπου V ή έχει ειδικό κύκλωµα ψύξης (π.χ. Nέος Honda ΒF100). Με τη βοήθεια του εγχειρίδιου επισκευών και µερικά απλά εργαλεία συν µία κόλλα στεγανοποίησης και ένα κίτ αντικατάστασης θερµοστάτη η δουλειά αυτή µπορεί να γίνει ακόµη και απο έναν αρχάριο µε µικρή εξοικοίωση στα εργαλεία.
Το κίτ επισκευής θερµοστάτη περιλαµβάνει συνήθως τον θερµοστάτη και το στεγανοποιητικό του παρέµβυσµα (φλαντζάκι-Φωτ.13) το οποίο µπορεί να είναι απο λάστιχο ή Viton, περµανίτη (θυµίζει σκληρό χαρτόνι) ή συνδυασµό και των δύο παραπάνω υλικών. Τα βήµατα είναι συνήθως τα εξής και στην προκειµένη περίπτωση έχουµε µία παλιά 2χρονη Evinrude για το παράδειγµα.
1. Αναγνωρίστε την θέση του θερµοστάτη και τις βίδες που συγκρατούν το καπάκι του µέσω της βοήθειας του εγχειριδίου επισκευών του κατασκευαστή (Φωτ.14α).
2. Ξεβιδώστε τις βίδες µαλακά και σταδιακά για να αποφύγετε το να κοπεί κάποια.
3. Χτυπήστε το καπάκι µε µία µατσόλα (ξύλινο ή πλαστικό σφυρί) ή µε το χερούλι του σφυριού σας µέχρι να χαλαρώσει και αφαιρέστε το (Φωτ.14β-14γ). Μην το αποκολλάτε µε κατσαβίδι και γδάρετε το ευαίσθητο αλουµίνιο της κεφαλής.
4. Αφαιρέστε τον θερµοστάτη και την παλιά του φλάντζα. Αν η φλάντζα είναι απο περµανίτη ξύστε µε ξυράφι ή ξύστρα τζαµιού τα υπολλείµατα κολληµένης φλάντζας (Φωτ.11) και καθαρίστε την επιφάνεια επιµελώς για να υποδεχτεί την νέα φλάντζα. Καθαρίστε µε προσοχή µε λεπτό κατσαβίδι τη φωλιά του θερµοστάτη απο άλατα καθώς και το καπάκι. Τοποθετήστε τον νέο θερµοστάτη (Φωτ.14δ). Στην Evinrude του παραδείγµατος ο θερµοστάτης βιδώνει στην φλάντζα (Φωτ.14ε -14στ) αλλά αυτό είναι µία ειδική περίπτωση.
5. Αν η φλάντζα είναι λαστιχένια δεν θα χρειαστεί λογικά κόλλα αλλά εάν το απαιτεί ο κατασκευαστής απλώστε λίγη στην περιφέρεια της µε το δάχτυλο σας και απο τις δύο πλευρές (αυτή που δείχνει πρός το καπάκι και την άλλη µεριά που δείχνει πρός τον κινητήρα). Στην περίπτωση φλάντζας απο περµανίτη τοποθετήστε επίσης κόλλα στεγανοποίησης (θυµίζει βενζινόκολλα) κατά τον ίδιο τρόπο αλλά σε περισσότερη ποσότητα.
Αν δεν έχετε καθόλου φλάντζα π.χ αφαιρέσατε τον θερµοστάτη για έλεγχο µόνος σας κάπου µακριά και δεν έχετε φλάντζα, τότε βάλτε ανάµεσα στο καπάκι και την φωλιά του θερµοστάτη κόκκινη κόλλα αυτοκινήτου ανθεκτική σε θερµοκρασία (καρτερόκολλα τύπου Wyrth, Loctite, Henkel ή αντίστοιχη). Προσοχή µην βάλετε πολύ κόλλα και µπλοκάρετε το θερµοστάτη ή κλείσετε την διαπνοή του (µικρή τρύπα) εάν αυτή είναι εµφανής.
6. Σφίξτε σταυρωτά τις βίδες και σταδιακά. Περιµένετε να ωριµάσει η κόλλα στεγανοποίησης αναλόγως των οδηγιών του κατασκευαστή και είστε έτοιµοι. Οσον αφορά τις βαλβίδες ανακούφισης της πίεσης (Φωτ.3-15) και αυτές θέλουν καθαρισµό ή αντικατάσταση µετά απο αρκετές ώρες λειτουργίας αλλά η θέση τους συχνά µπορεί να απαιτεί µέχρι και λύσιµο των λεκανών του κινητήρα όποτε εάν δεν έχετε το εγχειρίδιο επισκευών και υποµονή αφήστε το για το µηχανικό σας. Συνήθως είναι συνοδευόµενες απο ελαστικό διάφραγµα που µπορεί να έχει τρυπήσει και να θέλει αλλαγή. Με καθαρές βαλβίδες ανακούφισης το νερό πετιέται ζωηρά απο όλες τις διόδους εξόδου όταν ξεπλένουµε τον κινητήρα µε «ακουστικά».
Πως ελέγχεται ο θερµοστάτης για το άν λειτουργεί σωστά;
Η συνηθέστερη µέθοδος είναι η εξής. Αφαιρούµε τον ύποπτο θερµοστάτη και τον τοποθετούµε σε ένα µπρίκι ή δοχείο µε νερό (Σχ.3) στο οποίο έχουµε βυθίσει ένα θερµόµετρο υψηλής θερµοκρασίας. Τον βυθίζουµε µέσα µε ένα σύρµα-γάντζο και όσο είναι κρύος θα πρέπει να είναι κλειστός. Μόλις το νερό αρχίζει και ζεσταίνεται τότε ο θερµοστάτης θα αρχίσει να ανοίγει στην προβλεπόµενη θερµοκρασία του κατασκευαστή π.χ. 65 ºC. Τραβήχτε τον έξω και παρατηρήστε εάν κλείνει σταδιακά όσο κρυώνει σε θερµοκρασία δωµατίου. Εάν αυτό συµβαίνει τότε είναι ΟΚ, ειδάλλως χρήζει αντικατάστασης. Αντί για νερό µπορείτε επίσης να τον στερεώσετε κάπου και πρόχειρα µε τη βοήθεια ενός σεσουάρ να τον θερµάνετε και να δείτε εάν ανοίγει. Καλή επιτυχία.
