سایت مکانیک خودرو خود باشیم

ترموستات چيست؟چگونه کار مي کند؟

• یكی از قطعات خودرو است كه علاوه بر این که به موتور اجازه میده به سرعت گرم بشه، كنترل‌ دمای موتور خودرو رو به عهده داره .
براي عملکرد صحيح موتور ، دماي آن در حد معيني بايد باشد. ترموستات وسيله اي مکانيکي براي تنظيم درجه حرارت موتور اتومبيل است .اين وسيله بطور خودکار گرماي موتور را حدود 85 درجه نگه مي دارد .
ترموستات مسير ورود آب به رادياتور را بسته است و آب ايتدا همان مسيراطراف موتور را طي مي کند و وارد رادياتور نمي شود تا گرماي آن به 85 در جه برسد در اين حالت گرماي باعث فعال شدن ترموستات شده و جيوه اي که درون ترموستات است منبسط مي شود و مسير ورود آب به رادياتور را باز مي کند تا در جه حرارت بيشتر بالا نرود و با کم شدن دما ,دوباره ترموستات بسته مي شود.اين عمل پي در پي براي نگه داشتن حرارت موتور در دماي ايده آل تکرار مي شود.
در زمستان آبي که به رادياتور براي خنک شدن وارد مي شد به يک مبدل حرارتي وارد ميشود و از گرماي آن براي گرم کردن داخل اتومبيل استفاده مي شود.

 توضيحاتي درباره كار ترموستات در ماشين:

 چرا ترموستات در موتور اتومبیل استفاده میشود؟
• موتور اتومبیل مقدار زیادی از انرژی شیمیایی رو به جای تبدیل به انرژی مکانیکی، به گرما تبدیل میکنه (شاید حدود 70 درصد). هرچند مقداری از این گرما از سریق لوله اگزوز خارج میشه، ولی هنوز هم مقدار گرمای داخل موتور برای داغ کردن اون کافیه. گرم بودن بیش از حد موتور باعث میشه روغن خیلی رقیق بشه و خاصیت روان كنندگی خودش رو از دست بده. برای همین هر اتومبیلی نیاز به یه سیستم خنک کننده موتور داره تا دمای سیستم رو در حد متعادلی نگه داره. 
اگه موتور سرد باشه، بازده موتور کم میشه و آلودگی بیشتری هم تولید میشه. سرد بودن موتور باعث میشه كه غلظت روغن بالا بره و روانكاری قطعات به خوبی صورت نگیره. پس یک وظیفه مهم سیتم خنک کننده اینه که به موتور اجازه بده با حداکثر سرعت ممکن به دمای مناسب برسه و سپس در دمای مناسبی ثابت بشه و موتور گرم بشه. 
پس هر موتور خودرو یه سیتم خنک کننده می خواد و خب هر سیستم خنک کننده هم یه قطعه مهم و ضروری داره به اسم جناب ترموستات!
• ترموستات باعث می شه بخشی از آب كه قراره برای خنك شدن به رادیاتور بروه به درون مبدل حرارتی بخاری ماشین بره. پس میشه از گرمای اون برای گرم كردن فضای داخل ماشین استفاده کرد. این هم یعنی داشتن یه بخاری در فصل زمستان.

ترموستات اتومبیل چگونه کار میکند؟
• در ابتدا كه موتور سرده، ترموستات مسیر ورود آب به رادیاتور رو می بنده. بنابراین آبی كه برای گردش در دور سیلندر مورد استفاده است قرار می گیره فقط همون مسیر بسته دور موتور را طی می كنه و وارد رادیاتور نمی شه تا گرمای اون به 85 درجه سانتیگراد برسه. این دما باعث فعال شدن ترموستات می شه و جیوه ای كه داخلشه منبسط شده و مسیر ورود آب به رادیاتور رو باز می كنه تا درجه حرارت بیشتر از این زیاد نشه. با پائین آمدن حرارت مجدداً ترموستات بسته میشه و همین چرخه مرتب تكرار میشه تا درجه حرارت موتور در حد مناسبی باقی بمونه. در واقع این ترموستات یك وسیله مكانیكی هوشمنده كه كار یه شیر قطع و وصل اتوماتیك رو انجام می ده. 
نداشتن ترموستات در زمستان باعث بالاتر رفتن اصطكاك در موتور، تركیدن سرسیلندر و گرم نشدن خودرو شده و ضررهای زیادی رو به خودرو میزنه. پس داشتن ترموستات رو فراموش نکنین.

ویژگی های ترموستات سالم چیست؟
ترموستات دستگاهی یک بار مصرف و غیر قابل تعمیره. پس باید در موقع نصب به علامت فلش روی ان دقت کنیم و همیشه توجه کنیم که آیا : 
1. در محدوده درجه حرارت تنظیم شده شروع به باز شدن میکنه؟
2. در درجه حرارت تنظیم شده کاملا باز میشه؟
3. حداکثر مقدار اب سیستم خنک کننده رو به رادیاتور میفرسته؟
4. بعد از اینه که بسته میشه، حریان اب رادیاتور در حد مجاز هست؟

کارکرد بهینه ترموستات ؟
• اگه سیستم خنک کننده موتور همیشه تمیز و درجه حرارت موتور در حد معمول باشه، میتونی حالا حالاها از ترموستات ماشینیت استفاده کنی. 
• معمولا روی ترموستات، دمای عملكرد و باز شدن آن حك می‌‌شود. دمای استاندارد باز شدن ترموستات معمولا بین 80 تا 90 درجه سانتی‌گراد است. ترموستات باید در 93 درجه سانتی‌گراد به طور كامل باز شود. اگه ترموستات در وضعیت باز گیر کنه موتور در فصل زمستان به درجه حرارت مناسب خودش نمیرسه و از طرف دیگه اگه ترموستات در وضعیت بسته گیر کرده باشه یا در درجه حرارت بیش از حد مجاز باشه گرمای موتور زیاد میشه و اب سیستم خنک کننده شروع به جوشیدن می کنه. به طور کلی هر ترموستات باید در درجه مناسبی باز و بسته بشه، که این رو کارخونه تعیین میکنه. اگه در درجه حرارت پایین باز بشه موتور مجبوره در وضعیت خیلی سرد کار کنه که این باعث زیاد شدن مصرف سوخت، کم شدن غلظت روغن، ساییدگی سیلندر و رینگ و سایش قطعات فلزی میشه. اگه ترموستات در دمای بالا باز بشه (یا اصلا باز نشه) درجه حرارت موتور یه دفعه زیاد میشه. و اگه به کارکردن توی این حالت ادامه بده احتمال جوش امدن اب از دستگاه خنک کننده زیاده. حوش اومدن آب یعنی مسدود شده مجرای آب در اثر بخار و شل شده قطعات فلزی، و کم کم خارج شدن سوپاپها و کاسه نمدها از وضعیت اصلی و در نتیجه انفجار زودرس و روغن سوزی و گیزپاژ و خرابی کامل موتور و همه اینها یعنی مصیبت کامل!!
خب! چه طور بفهمیم ترموستات ما سالمه؟ روی بدنه ترموستات یه عدد حك شده كه درجه حرارت مجاز برای عبور آب از ترموستات و گردش در رادیاتور رو نشون میده، یعنی ترموستات به آبی كه دمای آن زیر دمای نوشته شده روی بدنه آن باشه، اجازه گردش در رادیاتور رو نمیده. کافیه ترموستات رو داخل آب و روی اجاق بگذارین و دماسنجی رو در داخل آب قرار بدین. اگر دمای آب به حد درجه حرارت نوشته شده برسه دهانه ترموستات باید باز شده و در زمان كمتر شدن دما دریچه بسته بشه. در غیر این صورت حتما ترموستات یه عیبی داره. (وقتی میخواین ترموستات رو سرجاش بذارین، حواستون باشه که بعضی از ترموستات ها یه سوپاپ خروجی بخار دارن، در این حالت موقع نصب اون رو طوری قرار بدین كه سوپاپ ارتفاع بیشتری نسبت به نقاط دیگه داشته باشه) .

سيستم خنك‌كاري موتور خودرو

 موتورهاي بنزيني گرچه تا حدزيادي بهبود يافته‌ و اصلاح شده‌اند، اما هنوز بازده بالايي براي تبديل انرژي شيميايي به توان مكانيكي ندارند. بيشترين ميزان انرژي موجود در بنزين (شايد 70درصد) به گرما تبديل مي‌شود و مهم‌ترين وظيفه سيستم خنك‌كاري خودرو، مراقبت و استفاده صحيح از گرماي ايجاد شده است. 
در واقع، نخستين وظيفه سيستم خنك‌كاري خودرو، جلوگيري از گرم‌شدن بيش از حد مجاز خودرو ازطريق انتقال گرما به هواي بيرون خودرو است. موتور خودرو، بهترين عملكرد را در دماي مناسب و بهينه بالاي خود دارد. وقتي موتور سرد است، عملكرد اجزاي آن با نقصان مواجه مي‌شود و بازده موتور كمتر و در نتيجه آلودگي ايجاد شده بيشتر مي‌شود. بنابراين، ديگر وظيفه مهم سيستم خنك‌كاري خودرو اين است كه به موتور اجازه دهد با سرعت ممكن به دماي بالاي بهينه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمايي ثابت نگه دارد. درون موتور خودرو، سوخت به طور دائم مي‌سوزد و عمل احتراق انجام مي‌شود. گرماي حاصل از احتراق، به ميزان زيادي از طريق اگزوز خارج مي‌شود، اما مقداري از گرماي ايجاد شده به داخل موتور رسوخ كرده و باعث افزايش دما و در نهايت گرم شدن موتور مي‌شود.
موتور، زماني خوب كار مي‌كند كه دماي مايع سردكننده، حدود 93درجه سانتي‌گراد يا حدود 200 درجه فارنهايت باشد. در اين دما:
- محفظه احتراق به اندازه كافي گرم مي‌شود تا احتراقي بهتر و آلودگي كمترحاصل شود.
- لزجت روغن موتور كمتر و در نتيجه عملكرد اجزاي آن روانتر و درنهايت ميزان اتلاف توان موتور كمتر مي‌شود.
- فرسايش قطعات و اجزاي فلزي كمتر مي‌شود.

خنک کاری در موتور دو علت دارد:

۱) نگه داشتن دمای اجزای موتور در دمایی که روغنکاری مؤثر در آن ممکن باشد.
۲) نگه داشتن دمای اجزای مختلف موتور در یک محدوده خاص به طوری که به سلامت قطعات موتور صدمه نزند.
نحوه عملکـرد موتور در انتخاب و طراحی سیستم خنک کاری تأثیر می‌گذارد و این کاملا به نوع گازهای احتراق و اجزای موتور وابسته است. وقتی موتور سرد است، کارایی پایینی دارد بنابراین سیستم خنک کاری معمولا شامل وسایلی است که زمینه فعالیت خنک کـاری نرمـال را بـرای حفظ گرمـای مناسب موتور مهیـا می‌کننـد.
هنگام راه اندازی موتور دمای قطعات داخلی آن، به سرعت افزایش می‌یابد؛ پس وقتی موتور به دمای بهره برداری می‌رسد باید سیستم خنک کاری فعالیتش را آغاز کند.
نمایه سیستم خنک کاری موتور برای حداقل کردن حجم و وزن رادیاتور است که در وسایل نقلیه از اهداف مهم تلقی می‌شود. باید درجه حرارت متوسط آبی که از رادیاتور عبور می‌کند حتی الامکان بالا نگه داشته شود تا اختلاف آن با درجه حرارت متوسط زیاد باشد.
البته این درجه حرارت نباید از نقطه جوش آب در فشار اتمسفر تجاوز کند زیرا در آن صورت قسمتی از آب تبخیر می شود و فشار داخل رادیاتور به شدت افزایش می‌یابد. گرچه با طراحی درپوش مناسب برای رادیاتور آب داخل تحت فشار است تا دیرتر به نقطه جوش برسد، هوا نیز باید پس از عبور از رادیاتور به اطراف بدنه موتور جریان یابد.
جهت عکس جریان به دو دلیل مناسب نیست: اولا هوا به روغن و ذرات آغشته به روغن که به هر حال روی بدنه موتور وجود دارد آلوده می‌شود و این ناخالصی‌ها روی منافذ رادیاتور رسوب می کند و از راندمان آن می‌کاهد و ثانیا بر اثر تماس با بدنه گرم موتور درجه حرارت آن بالا می رود و موجب کاهش قدرت  خنک کنندگی رادیاتور می‌شود.

دو نوع سيستم خنك‌كاري در خودرو وجود دارد كه عبارتند از:

1. سيستم خنك‌كاري با مايع (Liquid-Cooled System)
2. سيستم خنك‌كاري با هوا (Air-Cooled System)

سيستم خنك‌كاري با مايع

در اين سيستم، براي خنك كردن موتور از لوله‌ها و مسيرهاي تعبيه شده در موتور استفاده شده و مايع موردنظر دراين مسيرها گردش و جريان دارد. براثر جريان مايع در طول مسير، گرماي موتور جذب ‌شده و موتور خنك مي‌شود. بعد از اينكه مايع، گرماي موتور را جذب كرد و از موتور خارج شد، به رادياتور يا مبدل انتقال حرارت وارد شده و بر اثر دميدن هوا توسط فن و انتقال گرما به هواي اطراف خنك مي‌شود.

سيستم خنك‌كاري با هوا

برخي خودروهاي قديمي و تعداد زيادي از خودروهاي مدرن امروزي، مجهز به سيستم خنك‌كاري با هوا هستند. بدنه وبلوك موتور با پره‌هاي آلومينيمي پوشيده شده است تا گرماي سيلندر را به هواي اطراف منتقل كند. فني بسيار قوي نيز تعبيه شده كه هوا را با سرعت و فشار زياد به سطح اين پره‌ها مي‌دمد ودرنهايت گرما را به هواي اطراف منتقل مي‌كند.
سيستم لوله‌كشي يا مسيرها و مجراهاي تعبيه شده در سيستم خنك‌كاري 
در سيستم خنك‌كاري خودرو، مجراها (مسيرهاي عبور مايع) و به اصطلاح سيستم لوله‌كشي متعددي وجود دارد. با استارت خودرو، پمپ فعال شده و مايع را به بلوك موتور ارسال مي‌كند و از تمامي مسيرهاي تعبيه شده مي‌گذرد و وارد سيلندر مي‌شود.
ترموستات نيز در محل خروجي مايع از موتور واقع شده است. اگر ترموستات بسته باشد، مايع از طريق مجراهاي تعبيه شده مستقيماً به مسير اوليه پمپ باز مي‌شود. البته مداري جداگانه‌ نيز براي سيستم گرمايش خودرو وجود دارد، به‌طوري كه در اين چرخه، مايع از سرسيلندر عبور كرده و پس از گرم شدن، دوباره به مسير اوليه پمپ باز مي‌‏گردد.

در خودروهاي داراي گيربكس (سيستم انتقال قدرت) اتوماتيك، مسيري جداگانه‌ نيز براي خنك‌كاري گيربكس وجود دارد. در اين مكانيزم، روغن گيربكس عمل خنك‌كاري را انجام مي‌دهد.

مايع خنك‌كاري

خودروها در گستره‌اي وسيع از دما‌هاي مختلف كار مي‌كنند و به همين دليل، مايع خنك‌كاري موجود در موتور آنها، دماهاي مختلفي را شامل مي‌شود.

مايع خنك‌كاري مناسب بايد دماي نقطه جوش بالا، دماي نقطه انجماد پايين و ظرفيت گرمايي بالايي داشته باشد. 
آب، يكي از مايع‌هاي متداول است كه ظرفيت حرارتي بالايي دارد، اما فاقد نقطه انجماد پايين بوده و به همين دليل، آب خالص براي خنك‌كاري موتور و استفاده در خودرو، مايعي مناسب نيست.
مايع خنك‌كاري مناسب و مورداستفاده در خودرو كه بيشترين كاربرد را دارد، مخلوطي از آب و اتيلن گليكول (C2H6O2) يا همان ضديخ است. افزودن اتيلن گليكول به آب، باعث بهبود وضعيت نقاط جوش و انجماد مي‌شود. دماي مايع خنك‌كننده گاهي به 121-135 سانتي‌گراد نيز مي‌رسد. بيان اين نكته ضروري است كه ضديخ، شامل تركيباتي است كه مقاومت در برابر خوردگي را افزايش مي‌دهد و اين امر يكي از مزاياي استفاده از ضديخ در خودرو تلقي مي‌شود.

واترپمپ

اين قطعه، پمپ دوراني گريز از مركز ساده‌اي است كه به وسيله تسمه متصل به ميل‌لنگ موتور، دوران مي‌كند. هنگامي كه خودرو روشن است و موتور كار مي‌كند، واترپمپ مايع خنك‌كننده را در مدار خنك‌كاري به حركت در مي‌آورد.

حركت دوراني پمپ و در نتيجه نيروي گريز از مركز ايجاد شده، باعث حركت مايع خنك‌كننده و جريان آن درمدار سيستم خنك‌كاري مي‌شود. مجراي ورودي واترپمپ در نزديك مركز آن قرار دارد. پره‌هاي پمپ، مايع خنك‌كننده را به بيرون هدايت مي‌كنند. به طور كلي واترپمپ، مايع را ابتدا از موتور و سرسيلندر عبور داده و سپس به رادياتور هدايت مي‌كند.

موتور

در شكل زير مشاهده مي‌كنيد كه بلوك موتور و سرسيلندر، شامل تعداد زيادي سوراخ و مجراي عبور مايع است (سطوح ماشينكاري شده با دقت بالا) كه مايع خنك‌كننده از آنها عبور مي‌كند. اين مجراها، مايع خنك‌كننده را به نقاط بحراني بلوك موتور و سرسيلندر كه نواحي بسيار گرمي هستند، هدايت مي‌كنند.

دماي محفظه احتراق موتور ممكن است به حدود 2500 درجه سانتي‌گراد برسد. به همين دليل، خنك‌كردن نواحي اطراف محفظه احتراق، امري بسيار مهم است. موتور خودرو نبايد مدت زيادي بدون آب يا مايع خنك‌كننده كار كند زيرا دما تا اندازه‌اي بالا مي‌رود كه باعث ذوب و جوش خوردن و چسبيدن پيستون به سيلندر مي‌شود و اين به معني تخريب موتور است.

امروزه تحقيقات و پژوهش‌هاي مهندسين خودرو، معطوف به كاهش نياز به سيستم خنك‌كاري موتور در حركت است. به‌نحوي كه مي‌توان از سرايت گرماي بسيار بالاي ايجاد شده در محفظه احتراق به بلوك سيلندر و قطعات فلزي موتور، جلوگيري كرد. اين كار به وسيله ايجاد نوعي پوشش در سطوح داخلي بالاي سرسيلندر انجام مي‌شود كه عموماً لايه‌اي نازك از سراميك است. سراميك، هدايت‌كننده بسيار ضعيف گرماست و در نتيجه، گرماي كمتري را به قطعات فلزي انتقال مي‌دهد.

رادياتور

اين قطعه، نوعي مبدل حرارتي است كه براي انتقال گرماي مايع خنك‌كننده به هوا (با دميدن فن به آن) طراحي شده است. در بيشتر خودروهاي مدرن، از رادياتورهاي آلومينيمي استفاده مي‌شود كه از سطوح و رديف‌هاي به هم لحيم شده و جوش خورده لوله‌ها و پره‌هاي آلومينيمي ساخته شده است. مايع ضمن عبور از لوله‌ها و در تقابل با هواي اطراف گرماي خود را از دست داده و خنك مي‌شود.

مقدار انتقال حرارت از مايع خنك‌كننده به لوله‌ها و پره‌ها، به ميزان اختلاف دماي بين سطوح تماس آنها بستگي دارد. در برخي مواقع، با به‌كارگيري و نصب نوعي Fin درون لوله‌هاي رادياتور كه آن را Turbolator مي‌نامند، آشفتگي و تلاطم جريان مايع را درون لوله‌ها افزايش مي‌دهند. اين كار باعث افزايش سرعت جريان و انتقال حرارت بهتر و سريع‌تر مي‌شود. درواقع، با ايجاد اغتشاش و تلاطم در جريان درون لوله‌هاي رادياتور، ظرفيت انتقال گرما را بهبود مي‌بخشيم.

در يا سرپوش رادياتور

درب رادياتور، در عمل باعث افزايش دماي نقطه جوش مايع خنك‌كننده به ميزان تقريبي 25 درجه سانتي‌گراد مي‌شود. وقتي‌كه مايع در طول مسير سيستم خنك‌كاري، گرم مي‌شود عملا منبسط شده و فشار آن بالا مي‌رود. درب رادياتور تنها محلي است كه افزايش فشار ايجاد شده، مي‌تواند از آن خارج شود. بنابراين، فنر درب رادياتور را به نحوي طراحي مي‌كنند كه كاركردي متناسب با حداكثر فشار ايجاد شده داشته باشد.

ترموستات

وظيفه اصلي ترموستات اين است كه به موتور اجازه دهد به سرعت گرم شده و سپس، موتور را در دمايي ثابت نگه مي‌دارد. اين كار با تنظيم مقدار آب عبوري به رادياتور انجام مي‌شود. در دماهاي پايين،‌ ترموستات مسير خروجي به سمت رادياتور را مي‌بندد. هنگامي‌كه دماي مايع خنك‌كننده افزايش مي‌يابد و به حدود 82-91 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد، ترموستات يك‌بار باز و بسته مي‌شود و اجازه مي‌دهد كه مايع وارد رادياتور شود. هنگامي كه دماي مايع خنك‌كننده به حدود 92-103 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد، ترموستات همواره باز مي‌ماند.

فن

اين قطعه نيز همانند ترموستات، وظيفه ثابت نگه داشتن و كنترل دماي موتور را برعهده دارد. فن‌ها عموماً توسط حسگرهاي دمايي يا كامپيوتر موتور كنترل مي‌شوند. آنها هنگامي فعال مي‌شوند كه دماي مايع خنك‌كننده از دماي مناسب از قبل تعيين‌شده (Set Point) بيشتر شود و زماني كه دماي مايع خنك‌كننده كاهش يابد و به زير دماي Set Point برسد، خاموش مي‌شوند.

خودروهاي ديفرانسيل جلو يا داراي چرخ محرك جلو، ‌ فن الكتريكي دارند و فن خودروهاي داراي چرخ محرك عقب، به‌وسيله مكانيزمي متصل به خروجي موتور مي‌چرخد. 
فن‌ها را مي‌توان به دو نوع جريان محوري و گريزاز مركز تقسيم كرد كه طبقه‌بندي كلي آن به جهت جريان هوا بستگي دارد. در مدل جريان محوري، ‌هوا به موازات محور دوراني و در همان امتداد محورهاي دوراني به خارج دميده مي‌شود، اما در مدل گريز از مركز، هوا به موازات محور وارد و در جهت عمود بر محور دوراني فن وزيده مي‌شود.

بخاري يا سيستم گرمايش خودرو

سيستم گرمايش خودرو يا بخاري،‌ درعمل مشابه سيستم خنك‌كاري بوده و چرخه خاص خود را دارد. در اين سيستم، به جاي رادياتور موتور، رادياتوري كوچك و فن بخاري در داخل داشبورد قرار دارد.
اين سيستم، داراي مسير لوله‌كشي خاص خود بوده كه در شكل زير قابل مشاهده است.

^منابع  :

1-www.helium.com
2-www.radiator.info
3-www.radiator.com
4-www.auto.howstuffwoks.com
5-http://www.ajcar.blogfa.com
6-http://www.cloob.com
 انجمن مهندسان مكانیك مینیاتور-7
پرویز کلهرکارشناس مهندسی و کنترل کیفیت شرکت رادیاتور ایران-8 
ماهنامه اندیشه گستر سایپا-9
10- http://www.articles.ir