پایان نامه ترموستات

رشته ساخت و تولید 

فصل اول

تعریف و کاربرد

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 می­شوند ، 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.[1]

موارد کاربرد ترموستارت

موارد کاربرد ترموستات: به طور کلی ترموستات برای تنظیم درجه حرارت مایعات، گازها و جامدات در دستگاه های گرم یا سردساز در بخش های مختلف زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

صنعتی: اعم از گلخانه ها، گرم خانه، کوره، دیگ های بخار و اتوکلاوها و …

ساختمان: در بخش تاسیسات اعم از شوفا‍‍‍ژ خانه های مرکزی و کنترل دما در سیستم های هواساز، چیلر و فن کوئل و …

لوازم خانگی: در لباسشویی، ظرفشویی، سرخ کننده ها، سماور برقی، فرهای برقی، آبگرمکن برقی و گازی و …

کار ترموستات در موتور چیست؟

ترموستات وسیله ای است برای تنظیم درجه حرارت موتور اتومبیل که بطور خودکار گرمای موتور را در حد ایده آل که حدود 85 درجه است نگه می دارد. برای عملکرد درست موتور، دمای آن باید در محدوده معینی نگه داشته شود سرد بودن موتور باعث می شود که غلظت روغن بالا رود و روانکاری قطعات به خوبی صورت نگیرد و گرم بودن بیش از حد آن هم باعث می شود روغن خیلی رقیق شود و خاصیت روان کنندگی خود را از دست بدهد بنابراین ضرورت کامل دارد که دمای موتور در حد 85 در جه سانتیگراد نگه داشته شود.

نصب ترموستات

ترموستات دستگاهی یک بار مصرف و غیرقابل تعمیر می باشد در موقع نصب باید علامت فلش روی آن دقت شود و اگر ترموستات در محدوده درجه حرارت مجاز تعیین شده باز و بسته نشود و موتور خیلی داغ و یا سرد باشد باید فورا آن را تعویض کرد.

انواع ترموستات

ترموستات الکترومکانیکی: این نوع ترموستات با استفاده از فرمان حسگر حرارتی توسط یکسری رابط مکانیکی به میکروسوئیچ، سبب قطع و وصل مدار الکتریکی می شود محصول این نوع تکنولوژی دارای عمری طولانی است. ترموستات الکترومکانیکی دارای دو نوع حسگر دما می باشد. یک نوع آن بر اساس اصل انبساط مایع عمل می کند. این سیستم حرارتی که diastat نامیده می شود و با نام ترموستات مویین نیز شناخته شده است، شامل: سنسور یا حسگر، لوله مویین و دیافراگم می باشد. هنگامی که دمای سنسور بالا می رود مایع از طریق لوله مویین به داخل دیافراگم رفته و ایجاد انبساط کاری (Working distention) می نماید. به وسیله این انبساط کاری کلید فنری (Snap action) به کار می افتد که می تواند مدار را باز کنند یا ببندد. نوع دیگر توسط انبساط فلز؛ که ترموستات بایمتال نامیده می شود، مستقیماً با انبساط فلز، کلید فنری عمل می کند.

ترموستات الکترونیکی: این نوع ترموستات فرمان دریافت شده از سنسور دمایی را توسط جریان الکترونیکی به یک رله مینیاتوری منتقل و سبب قطع و وصل جریان الکتریکی می گردد.

ترموستات فانوسی: ترموستات فانوسی در قدیم مورد استفاده قرار  می گرفت و در داخل آن الکل بود زمانی که الکل گرم می شد انبساط پیدا می کرد.

ترموستات مومی: در ترموستات مومی کپسولی وجود دارد که درون آن موم یا پودری از کریستال های مخصوص قرار داده اند که در اثر افزایش درجه حرارت منبسط شده و پیستون متصل به آن را حرکت داده و دریچه ترموستات را باز می کند و زمانی که درجه حرارت موتور پایین است آب سرد ناشی از آن، موم یا کرستال ها را منقبض کرده  و فنر ترموستات دریچه را می بندد.

انواع ترموستات ها از نظر محل نصب

ترموستات ها از نظر محل نصب، نوع عملکرد، فصل سالی، نوع سنسور، رنج کاری، تعداد مراحل کار و از نظر حرارت به انواع مختلفی تقسیم می شوند.

از نظر محل نصب: به انواع اتاقی، کانالی، مستغرق و جداری تقسیم می شوند.

از نظر نوع عملکرد: به انواع قطع و وصلی و تدریجی تقسیم می شوند.

از نظر حرارت: به انواع حرارتی و برودتی تقسیم می گردند.

از نظر رنج: به زیر صفر و بالای صفر تقسیم می شوند.

از نظر تعداد مراحل کار: به یک مرحله ای، دو مرحله ای و پله ای(استپ کنترل) تقسیسم می گردند.

از نظر نوع سنسور: به بیمتالی، فانوسه ای، رئوستا و دیافراگمی تقسیم می شوند.
از نظر فصلی: به سه نوع تابستانی، زمستانی و دو فصلی تقسیم می شوند.

فصل دوم :

انواع ترموستارت

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. [2]

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.

یک نمونه ترموستات از یک بدنه ی خارجی که 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.