تحقیق در مورد پروژه ترموستات

بخشی از مقاله

" مقدمه "
اگر چه ترموستات قطعه ای کم ارزش و ارزان قیمت است و بطور کلی به عنوان مولفه ای با تکنولوژی بالا مطرح نیست ، ولی در وسایل نقلیه ی امروزی دارای کابردهایی حساس و حیاتی می باشد.

برای درک بهتر کاربردها و موارد استفاده از ترموستات باید بدانیم که کربن و آب دو فرآورده ی مهم اشتعال درونی هستند که در روغن موتور اتومبیل انباشته می شوند.متاسفانه این دو فرآورده با روغن موتور ترکیب شده و تشکیل لای و رسوب می دهند. این رسوبات در موتور باعث زنگ زدگی رینگهای پیستون ، سوپاپ های هدایتگر و میزان کننده های ضربه های هیدرولیکی و همچنین سبب بسته شدن صفحه های پمپ روغن و دیگر گذرگاههای روغنکاری در موتور می-شوند ، البته انسداد سوراخهایی که روغن را از سرسیلندر و بلوک موتور به کارتر میبرند زیاد قابل توجه نیست . بنابراین در هر مسیر کوتاهی ممکن است که موتور به دلیل انباشتگی رسوبات به دلیل استفاده از ترموستات غیر موثر خراب شود.

تولیدکنندگان خودرو به این نتیجه رسیده اند که تنها راه کنترل کردن رسوبات ایجاد شده ، خارج کردن آّب از روغن داخل محفظه ی میل لنگ است . زیرا در طول رانندگی با سرعت پایین و همچنین در طی لغزشهای کوتاه ، دمای روغن پایین باقی می ماند و بنابراین آّب به حالت مایع در روغن موتور انباشته می شود. سازندگان موتورهای پیشرفته در حال رسیدن به این نتیجه اند که خارج کردن آب از روغن داخل محفظه ی میل لنگ تنها با بالا بردن عامل عملیاتی دمای موتور تا حد نقطه ی جوش آب امکان پذیر است. مهندسین ، برای به انجام رساندن این ایده ، دریچه ای قابل کنترل برای تنظیم دما طراحی کردند(ترموستات های جدید) تا بدین وسیله گذرگاه عبور ماده ی خنک کننده به داخل رادیاتور را تا زمانی که موتور در حال گرم شدن است تا دمای لازم برای تبخیر آب را مهیا کند ، بسته نگه دارد.

در سال 1970 ، زمانیکه خروجی های اگزوز و مسئله ی اقتصاد سوخت به یک نگرانی تبدیل شد ، تولیدکنندگان دریافتند که داشتن سیستم خنک کننده ی فعالی که به سرعت بتواند دمای تعیین شده را تامین کند ، یکی از راههای اصلی و عمده ی کاهش خروجی اگزوز اتومبیل ها و بهبود مسئله ی اقتصاد سوخت می باشد. با تعیین محدوده ی دمایی 195-180 فارنهایت برای ماده ی خنک کننده ، صنعت ترموستات استاندارد شد و همچنین کارگران پالایشگاههای سوخت شروع به فرمول بندی بنزینی که بتواند به طور موثر در این محدوده ی دمایی تبخیر شود ، کردند.

مسئله حائز اهمیت این است که ، کارشناسان فنی سیستم خروجی اتومبیل ها شاهد آن بودند که بسیاری از وسایل نقلیه در آزمون سیستم خروجی شکست خوردند ، دلیل این شکست آن بود که این وسایل نقلیه دارای شرط لازم نبوده و به اندازه ی کافی گرم نشده بودند که سوخت را در مسیر مکش مانی فولد هوا تبخیر کنند. بدنه ی کربوره شده (با ذغال ترکیب شده) و دریچه ی سیستم های سوختی بسیار به این شرط حساس اند. زیرا کف دریچه ی مانی فولد هوا باید به اندازه ی کافی گرم شود تا بتواند قطرات کوچک سوخت را تبخیر کند. هنگامیکه مجرای مکشی مانی فولد هوا خیلی سرد باشد ، جریانی مرطوب در طول مجرای مکش ایجاد می شود ، که باعث توزیع نامطلوب سوخت از سیلندری به سیلندر دیگر می شود. در زمستانهای سرد که دمای مجرای مکش مانی فولد کاهش پیدا می کند ، ترموستات وظیفه دارد ، دمای فراهم آمده توسط موتور را تا نقطه ای که سوخت تبدیل به بخار شود ، افزایش دهد.

در نتیجه بیشتر سیستم های مدیریتی موتور OBD-1 به آزمایش و برنامه ریزی موتور در دمایی معین و در طول مدت زمانی ویژه برای گرم شدن و راه اندازی موتور می پردازند. به طوریکه در زمان عدم موفقیت در راه اندازی موتور ، یک کد تشخیص مشکل(TDC)در حافظه ی تشخیصی کامپیوتر باقی می ماند. در برخی موارد عدم تاثیر ترموستات باعث روشن نشدن چراغ نمایشگر می¬¬¬¬ شود.

¬¬

مکان جایگیری ترموستات :
بیشتر ترموستات ها در قسمت بالای موتور ، در خروجی موتور که به طرف رادیاتور می رود ، قرار دارند.اما در برخی موارد ، ترموستات ممکن است ، در زیر موتور و نزدیک ورودی موتور نصب شود.

اگر شلنگ بالایی رادیاتور را دنبال کنیم ، در جایی که شلنگ به سرسیلندر موتور اتصال مییابد، یک قطعه آلیاژ گنبدی شکل دیده می شود که این قطعه محل جایگیری ترموستات (هوزینگ ترموستات) بوده و داخل آن یک ترموستات وجود دارد.بطوریکه ترموستات کاملا در بخش استوانه ای شکل هوزینگش ثابت گشته است.
سوپاپ ترموستات(Thermostat Valve) و اهمیت آن :

وظیفه ی ترموستات و سوپاپ آن نسبتا ساده ، اما بسیار مهم است .ترموستات همانند دروازه ای است که دائما، دمای ماده ی خنک کننده را کنترل کرده و جریان ماده ی خنک کننده به داخل رادیاتور را تنظیم میکند.سوپاپ های حساس به دما روی آن قرار گرفته اند تشکیل شده است، که این سوپاپ ها بر اساس دمای ماده ی خنک کننده باز و بسته می شوند.بیشتر ترموستاتها به تنهایی به کنترل دمای موتور می پردازند ولی بعضی از اتومبیل ها از ترموستاتهای با کنترل کامپیوتری استفاده می کنند.در این اتومبیل ها ترموستات تحت کنترل واحد کنترل قدرت (PCM) قرار دارد و در حالتی که دمای موتور خیلی پایین باشد، کامپیوتر ،مخلوط سوخت را با اضافه کردن سوخت بیشتر، غنی میکند ، تا این کمبود گرما جبران شود و اگر دمای موتور خیلی بالا باشد ، موتور خاموش می شود.

ترموستات ها در درجه حرارتهای مختلف توان و قدرت متفاوتی دارند ، که به نوعی ، به دمای ماده ی خنک کننده بستگی دارد. هنگامیکه موتور سرد است ، ترموستات بسته باقی می ماند و جریان ماده ی خنک کننده را به داخل موتور متوقف می کند و بدین وسیله به ماده ی خنک کننده کمک می کند تا به سرعت در موتور گرم شود و موتور در یک درجه حرارت مناسب کار کند(در برخی موارد ممکن است، تولیدکنندگان، از مجاری گرم کننده ی حامل و هسته های گرم کننده ،برای رساندن ماده ی خنک کننده به دمای مطلوبش ،استفاده کنند.). این کار سبب می شود که موتور اقتصاد سوخت مطلوب تر ، خروج کمتر گازهای آلوده کننده ، بازدهی بیشترو عمر طولانی تری داشته باشد، همچنین از سائیدگی سریع

سیلندرها و رینگ های پیستون جلوگیری نموده و تشکیل مواد کربنی در اطراف اتاقک احتراق و بر روی پیستون کم می شود. گرم شدن ماده ی خنک کننده باعث می شود که دریچه ی ترموستات اندکی باز شود و به مقداری ماده ی خنک کننده اجازه ی ورود به رادیاتور را بدهد تا بعد از خنک شدن از طریق شلنگ پایینی رادیاتور، دوباره به موتور باز گردد. مادامیکه موتور به گرم شدن ادامه می دهد ، ترموستات بیشتر باز می شود (به نسبت دمای ماده ی خنک کننده) . در موقعیتهای عادی ، زمانیکه موتور کاملا گرم شده باشد، ترموستات کاملا باز خواهد شد.

از دیگر وظایف ترموستات ، متوقف کردن فشارهای برگشتی و حبابهای ایجاد شده توسط پروانه ی پمپ آب است.(اگر به پروانه ی قایق ، در حال شروع به حرکت، نگاه کنیم ، می توانیم این حبابهای تولید شده را ببینیم.) این حبابهای هوا باعث می شوند که هوا در داخل بلوک موتور به گردش درآید و از هدایت مطلوب گرما در داخل بلوک جلوگیری کند.به علاوه این حبابها می توانند، باعث بیش از حد گرم شدن واشر سرسیلندر شوند،که این اتفاق بیشتر در محلهایی که دارای کانالهای پیچیده هستند و هوا در این کانالها مسدود می شود ، به وقوع می پیوندد.
ترموستات های با ظرفیت انتقال جریان بالا (High Flow Tthermostat)
موتورهای امروزی تمایل بیشتری به تولید گرما نسبت به وسایل نقلیه ی قدیمی دارند. بیشتر موتورها به وسیله ی کامپیوتر ها و حسگرها کنترل می شوند و ترموستات را در انجام وظیفه ی مهمش یاری می کنند.

اگر در گذشته موتوری با مشکل جوش آوردن روبرو بود ، افراد تمایل داشتند که از یک ترموستات کاهنده ی دما استفاده کنند تا بر این مشکل فائق آیند.اما امروزه این راه حل نمی تواند در موتورهای با تکنولوژی بالای امروزی مورد استفاده قرار گیرد.خصوصا وسایل نقلیه ای که دارای thermo fan switch هستند.این کلیدها همراه به وسیله ی حسگر هایی برای قطع و وصل شدن در دماهای تعیین شده توسط تولیدکنندگان وسایل نقلیه برنامه ریزی شده اند. تغییر دادن این حسگرها و سوئیچ ها به ترموستات های کاهنده ی دما ، باعث می شود که حسگر ها و سوئیچ ها به طوری متفاوت از تنظیمات تخصیص داده شده به آنها توسط تولیدکنندگان وسایل نقلیه ، کار کنند و در دورهای بالا جوش آوردن و خرابی های بعدی موتور را باعث شوند.بنابراین نیاز به سیستم خنک کننده ای که بتواند در بار زیاد به خوبی وظیفه اش را انجام دهد، بسیار مهم است.

Tridon Australia هم اکنون یک ترموستات با ظرفیت انتقال جریان بالا را پیشنهاد کرده است که کارایی سیستم خنک کننده را ارتقا می دهد.این نوع ترموستات ها دارای سوپاپ بزرگتری هستند و تقریبا 30% بیشتر از ترموستات های نوع معمولی و استاندارد اجازه ی جریان ماده ی خنک کننده به رادیاتور را می دهند.
استفاده کردن از ترموستات های با ظرفیت انتقال جریان بالا هر نیازی را برای استفاده کردن از ترموستات های کاهنده ی دما ،که به عنوان یک درمان موقتی برای مشکل جوش آوردن ، در گذشته استفاده می شد؛برطرف می کند.

سوپاپ فرعی ترموستات(Bypass Thermostat) :
بیشتر ترموستات ها به جای یک سوپاپ ، دو سوپاپ دارند. سوپاپ دوم آنها یک مسیر انحرافی کوچک برای ماده ی خنک کننده است . این سوپاپ به مقداری از ماده ی خنک کننده اجازه ی گردش بین بلوک سیلندر و سرسیلندر را در زمان سرد بودن موتورکه ترموستات بسته است ، می دهد.این امر باعث ایجاد دمای یکنواخت در سیلندر ها می شود و از گرمای بیش از اندازه در یک نقطه ی موتور جلوگیری می کند. زمانیکه موتور گرم می شود ، باید مسیر انحرافی بسته و یا محدود شود .در غیر این صورت ماده ی خنک کننده به گردش کردن در میان موتور ادامه داده و حجم خیلی کمی از ماده ی خنک کننده برای سرد شدن وارد رادیاتور می شود.
ترموستات چه از نوع بدون بای پس و چه از نوع دارای بای پس باشد ، باید ترموستاتی بی نقص و سالم بوده و در موقعیتی صحیح مورد استفاده قرار گیرد.
 استفاده از ترموستات دارای بای پس بی نقص ، در موقعیت مناسب :
شکل (1) نصب صحیح ترموستات از نوع با مسیر فرعی را نشان می دهد.هنگامیکه موتور سرد است ، سوپاپ اولی بسته است و از جریان ماده ی خنک کننده به درو ن رادیاتور جلوگیری می کند.اما سوپاپ دوم باز بوده و جریان ماده ی خنک کننده را به عقب ،در میان موتور برگشت می دهد و به آن اجازه می دهد که زودتر گرم شود.زمانیکه موتور در حال گرم شدناست، سوپاپ اولی شروع به باز شدن و سوپاپ دومی شروع به بسته شدن می کند.

شکل (2) حالتی را نشان می دهد که موتور به دمای عملیاتی مناسبش رسیده و سوپاپ دومی کاملا بسته وسوپاپ اولی کاملا باز است و به طور کامل به ماده ی خنک کننده اجازه ی ورود از موتور به رادیاتور را می دهد.

 استفاده از ترموستات دارای بای پس معیوب ، در درگاه مسیر فرعی :

شکل (3) استفاده از یک ترموستات با مسیر فرعی معیوب در کاربرد مسیر فرعی را نشان می دهد.اگر سوپاپ دوم دارای نقص باشد ، امکان این وجود دارد که بطور کامل بسته نشده و ماده ی خنک کننده همچنان در میان درگاه مسیر انحرافی جریان پیدا کند ، اگر چه سوپاپ اولی کاملا باز است . این اتفاق باعث می شود که ماده ی خنک کننده ی داغ بدون خنک شدن به موتور برگردد. در این حالت دمای موتور بیشتر از حد مجاز و مطلوب خواهد شد و ممکن است سبب ایجاد خرابی زودرس در قطعات سیستم شود.

 استفاده از ترموستات بدون بای پس ، در درگاه مسیر فرعی :
در این موقعیت سوپاپ دومی وجود ندارد که در هنگام گرم شدن موتور درگاه مسیر انحرافی را مسدود کند. (شکل(4)). این باعث میشود که ماده ی خنک کننده ی داغ به گردشش در میان موتور ، بدون رفتن به سمت رادیاتور ادامه دهد.(مانند موقعیت قبلی)

 استفاده از ترموستات بدون بای پس در موقعیت مناسب :
در موتورهایی که ترموستات آنها بدون بای پس است و نیز درگاه مسیر انحرافی ندارد،باید از این روش استفاده نمود.(شکل(5)). در این حالت هیچ ماده ی خنک کننده ای تا زمان باز شدن ترموستات اجازه ی ورود به رادیاتور را پیدا نمی کند.
در صورتیکه یک ترموستات بدون بای پس و معیوب را در این موقعیت مورد استفاده قرار دهیم ، به طور معمولی (نه به صورت فیزیکی) در هوزینگ جای می گیرد اما لق می زند.

 استفاده از ترموستات دارای بای پس در هوزینگ بدون درگاه مسیر فرعی :
این ترکیب، بدترین ترکیب ممکن است. در این حالت سوپاپ دومی به قسمت ته هوزینگ صدمه وارد می کند(شکل(6)). و از باز شدن ترموستات جلوگیری می کند.در این هنگام ابدا هیچ ماده ی خنک کننده ای ، به طرف رادیاتور جریان نمی یابد و موتور جوش آورده و بسیار گرم می شود. خرابی موتورهای بزرگ ممکن است در نتیجه ی ایجاد این موقعیت به وجود آید.

کاربرد میله ی لغزنده (Jiggle Pin) در ترموستات :
از آنجاییکه هوا محتوای انرژی کافی برای گرم کردن حسگر را ندارد ، تمام هوا باید از قسمت زیر ترموستات خارج شود. برای اجرای این ایده بیشتر تولیدکنندگان ترموستات یک میله ی لغزنده (Jiggle Pin) در لبه ی نصب ترموستات داخل می کنند و یا یک منفذ کوچک در لبه ی سوپاپ مکش ایجاد می کنند که به هوا اجازه ی عبور به خارج از محفظه را بدهد.
همچنین jiggle pin قادر است فشار سیستم را کنترل کند . به طوریکه سوپاپ ترموستات بتواند به راحتی باز شود.
درجه بندی ترموستات (Thermostat Rating) :
ترموستاتها برنامه ریزی شده اند تا در دماهای خاصی باز شوند، این امر به عنوان درجه بندی ترموستات یا thermostat rating مطرح است .که ممکن است بر روی ترموستات نقش بسته باشد.معمولا ترموستات مورد استفاده در خودروهای معمولی، در دمای 180 فارنهایت شروع به باز شدن می کند و در دمای 195فارنهایت کاملا باز شده است و ترموستات استفاده شده برای وظایف سنگین در محدوده ی 203-170 فارنهایت فعالیت می کند . موتورهای مختلف از ترموستات هایی با محدوده ی دمایی متفاوت استفاده می کنند. در موتورهایی دارای ترموستات هایی با رنج دمایی بالا که دمای عملیاتی موتور را بالاتر از 200 فارنهایت نگه می دارند، موتور آلودگی های بیشتری را می سوزاند و به این طریق به کنترل خروجی موتور کمک می کنند. محدوده ی دمایی ترموستات به نوع موتور ، توان و قدرت مورد نیاز و متغیرات دیگری بستگی دارد.
انواع ترموستات :

سه نوع ترموستات وجود دارد :
1)فانوسی(bellow type) 2)دو فلزه(bimetallic type) 3)ساچمه ای(pellet type)
ترموستات فانوسی(Thermostat Bellow Type) :
در این نوع ترموستات ، فانوسک قابل انعطافی از الکل یا اتر که دارای نقطه ی جوش پایینی هستند پر می شود و در این نوع ترموستات مورد استفاده قرار می گیرد.زمانیکه فانوسک گرم می شوند ، مایع داخل آن تبخیر شده و فشار کافی ، برای انبساط فانوسک را ایجاد می کند.وقتی که این سیستم خنک می شود ، گاز حاصل از مرحله ی تبخیر ، چگالش پیدا می کند و به حالت اولش باز می گردد و فشار اولیه کاهش یافته و فانوسک به شکل اولش برمی گردد و سوپاپ ترموستات بسته می شود.

گفتیم که ، فانوسک برنجي که در قسمت پائين ترموستات قرار دارد از يك سيال فرّار پر شده است. اين قسمت يك حلقه ي متحرك عريض در پائين و حول قسمت بيروني دارد . در سر سيلندر دريچه ي انحرافی در محلي بالاتر از اين حلقه متحرك قرار دارد. وقتي آب رادياتور دمائي كمتر از درجه حرارت مؤثر موتور دارد و ترموستات در حالت بسته قرار دارد ،مقدار جزئي ازآب رادياتور مي تواند به درون دریچه ی انحرافی در سر سيلندر ، در جائي كه به واتر پمپ متصل مي شود، درون موتور گردش كند ، وارد مي شود. اين در حالي است كه آب رادياتور د

ر حالت گرم شدن مي تواند در موتور گردش كند و بدون آنكه بتواند به درون رادياتور وارد شود . نتيجه اين است كه دماي موتور به سرعت به درجه حرارت موثر موتور مي رسد. وقتي سيال فرار درون ترموستات گرم شده و به جوش بيايد ،منبسط شده و باعث مي شود تا فانوسک ترموستات باز شود. اين حجم و مخلوط سيال است كه تعيين مي كند در چه دمائي بايستي ترموستات باز شود. وقتي دريچه ي بالایی از جاي خود بلند شود نوار (باند) حول آن نيز بالا مي آيدكه در نهايت باعث مسدود شدن سوراخ منفذ دار در سر سيلندر مي شود. اين كار باعث مي شود كه آب رادياتور در حال گردش به داخل رادياتور رفته كه در اين حالت موتور به درجه حرارت مؤثر خود مي رسد .