ترموستات

وظیفه – انواع – اجزا

وظیفه سیستم خنک‌کننده موتور ثابت نگه‌داشتن دمای موتور در محدوده مناسب است. در مورد اجزا عمومی سیستم خنک‌کننده موتور در مقاله سیستم خنک کاری توضیح جامع و کامل داده شده است . در این مقاله در مورد انواع ترموستات خودرو و نحوه عملکرد آن و علائم خرابی آن روی عملکرد سیستم خنک‌کننده و موتور مطالبی را ارائه می‌دهیم

وظیفه ترموستات خودرو

همانطور که در مقاله دلایل جوش اوردن موتور اشاره شد ترموستات یک کلید حرارتی مکانیکی می باشد که در حالت عادی بسته است و اجازه دوران مایع خنک‌کننده در مدار خنک‌کننده را نمی دهد و با گرم شدن تدریجی مایع خنک‌کننده، ترموستات به مرور باز می شود و اجازه گردش مایع خنک‌کننده را می دهد.

انواع ترموستات خودرو

ترموستات‌های مورداستفاده در خودروها را می‌توان به روش‌های مختلف دسته‌بندی کرد شکل برخی از این روش‌های دسته‌بندی را نشان می‌دهد.

شکل 1- انواع روش دسته‌بندی ترموستات خودرو

ترموستات فانوسی (Bellow type thermostat)

شاید بتوان گفت قدیمی‌ترین نوع مورد استفاده در خودروها از این نوع بودند. شکل 2 این نوع  را نشان می‌دهد.

شکل 2- ترموستات فانوسی

اولین شرکتی که از این نوع ترموستات برای کنترل دمای موتور استفاده کرد شرکت کادیلاک برای یک موتور 8 سیلندر (1914-1915) بود. شکل 3 این خودرو محل نصب ترموستات روی موتور را نشان می‌دهد.

شکل 3- اولین ترموستات مورداستفاده رو خودرو کادیلاک 8 سیلندر -1915

داخل بخش فانوسی شکل ترموستات خودرو از الکل یا نوعی روغن پر شده بود. انبساط روغن یا الکل سبب افزایش حجم قسمت فانوسی شکل شده و مسیر خروج به سمت رادیاتور را باز می‌کند. شکل 4 این مورد را نشان می‌دهد.

1-سوپاپ 2- میله رابط 3- جهت جریان از موتور 4- فانوسی (+الکل) 5- پایه 6- جهت جریان به رادیاتور
شکل 4- عملکرد ترمو ستات فانوسی

همانطور که در شکل 4 ملاحظه می‌شود فانوسی در معرض دمای مایع خنک‌کننده موتور قرار دارد. با گرم‌شدن فانوسی (شماره 4) الکل (یا روغن) داخل آن نیز گرم و منبسط می‌شود. چون از قسمت پایین واحد فانوسی توسط پایه (شماره 5) مهار شده است بنابراین انبساط مایع داخل آن میله رابط (شماره 2) را به بالا فشار داده و سوپاپ (شماره 1) راه عبور مایع خنک‌کننده موتور به سمت رادیاتور را بازمی کند. این نوع ترموستات‌ها با معرفی نسل بعدی ترموستات‌ها، دیگر روی خودرو استفاده نشدند.

ترموستات مومی (Wax type thermostat)

عنوان ترموستات مومی که ترجمه کلمه‌به‌کلمه ترموستات موردنظر است اصطلاح مناسبی به نظر نرسد؛ بنابراین به‌جای آن از عبارت ترموستات متداول یا ترموستات‌های کپسولی استفاده می‌کنیم. پس از ترموستات فانوسی، موتورها از این نوع ترموستات استفاده کردند. البته امروزه شاید این نسل از ترموستات‌ها در خودروهای متداول روز مشاهده نشود اما هنوز این مدل ترموستات‌ها در خودروهای تولید داخل متداول است. شکل 5 این نوع ترموستات خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 5- ترموستات متداول

از نظر عملکرد این نوع ترموستات‌ها تفاوت بزرگی با نوع فانوسی ندارند غیر از اینکه ماده داخل کپسول آنها از نوع موم یا کریستال پر شده است که نسبت به دما حساس بوده و انبساط می‌یابد. شکل 6 اجزا اصلی ترموستات کپسولی را نشان می‌دهد.

1-سوپاپ 2- بدنه ترمو ستات 3- کپسول 4- فنر برگردان
شکل 6- اجزا اصلی ترموستات کپسولی

همانطور که از مقایسه شکل 4 و 6 مشخص است، نوع فانوسی تفاوت زیادی با ترموستات از نوع کپسولی (مومی) ندارد. تفاوت اصلی در بخش داخلی فانوسی و کپسول است. در داخل نوع کپسولی از نوعی فوم (موم) یا فلز که نسبت به دما تغییرات حجم قابل‌توجه دارد استفاده شده است. شکل 7 اجزا داخلی کپسول ترموستات خودرو را نشان می‌دهد.

1-راهنما 2- حلقه آب‌بندی 3- محفظه داخلی لاستیکی 4- بدنه کپسول 5- ماده انبساطی
6- پیستون 7- سوپاپ
شکل 7- اجزا داخل کپسول ترموستات خودرو

با گرم‌شدن بدنه کپسول (شماره 4) گرما به داخل منتقل شده و ماده انبساطی کپسول (شماره 5) گرم می‌شود و تغییر حجم می‌دهد. این افزایش حجم سبب فشار آوردن به محفظه داخلی لاستیکی (شماره 3) شده و به سمت بالا حرکت می‌کند همراه محفظه پیستون (شماره 6) نیز حرکت کرده و در نهایت موجب حرکت سوپاپ (شماره 7) می‌شود. شکل 8 عملکرد ترموستات خودرو در مدار خنک‌کننده موتور و در حالت سردوگرم را نشان می‌دهد.

1-از سمت موتور 2- به سمت رادیاتور 3- گذرگاه فرعی به موتور یا واتر پمپ
A: موتور سرد – ترمو ستات بسته B: موتور گرم – ترموستات باز
شکل 8- عملکرد ترموستات در مدار خنک کاری موتور

همانطور که در شکل 8 مشاهده می‌شود قبل از رسیدن دمای مایع خنک‌کننده موتور به حد باز شدن ارتباط بین مجرای خروجی موتور و مجرای برگشت باز است بنابراین در این زمان مایع خنک‌کننده داخل موتور به گردش در می‌آید اما با گرم‌شدن و باز شدن ترموستات بخشی از مایع خنک‌کننده موتور به سمت رادیاتور و بخشی دیگر از طریق گذرگاه فرعی به موتور یا واتر پمپ بر می‌گردد. این نوع به ترموستات‌های یک مرحله‌ای نیز شناخته می‌شوند. در موتور خودروهای امروزی برای کنترل بهتر دما، از ترموستات‌های دومرحله‌ای استفاده می‌شود. شکل 9 نوع دومرحله‌ای را نشان می‌دهد.

شکل 9- نوعی ترموستات دومرحله‌ای

با مقایسه شکل 6 و 9 مشاهده می‌شود ترموستات دومرحله‌ای یک بخش اضافی در قسمت پایینی دارد. شکل 10 اجزا داخلی این ترموستات را نشان می‌دهد.

1-پین 2-کلاهک کپسول 3-واشر آب‌بندی 4-محفظه آب‌بندی‌شده 5- بدنه کپسول
6-ماده انبساطی 7- پیستون 8-بدنه ضدزنگ 9- سوپاپ ثانویه 10- فنر 11- سوپاپ اولیه
شکل 10- اجزا داخلی ترموستات دومرحله‌ای

در واقع سوپاپ ثانویه وظیفه بستن گذرگاه فرعی را بر عهده دارد. شکل 11 عملکرد این مجموعه را نشان می‌دهد.

دمای موتور تا حدود 75 درجه دمای موتور 75 الی 93 درجه دمای موتور 93 درجه به بالا
شکل 11- عملکرد ترموستات دومرحله‌ای

همانطور که مشاهده می‌شود، در مرحله اول که دمای موتور پایین است عملکرد مانند ترموستات یک مرحله است یعنی مایع خنک‌کننده موتور وارد ترموستات شده و از طریق گذرگاه فرعی به سمت موتور یا واتر پمپ بر می‌گردد. با افزایش دما مایع خنک‌کننده ترموستات وارد فاز دوم عملکرد می‌شود. در این مرحله سوپاپ اولیه کمی باز می‌شود و در نتیجه ‌بخشی از مایع خنک‌کننده به سمت رادیاتور و بخشی نیز از طریق گذرگاه فرعی به موتور باز می‌گردد که این بخش نیز مانند عملکرد ترموستات یک‌مرحله‌ای است. اما در فاز سوم وقتی دمای موتور باز هم بالاتر می‌رود، گذرگاه فرعی کاملاً بسته می‌شود در نتیجه تمامی مایع خنک‌کننده موتور به رادیاتور رفته و پس از کاهش دما مجدداً وارد موتور می‌شود.

ترموستات با کنترل کمکی الکتریکی (Electrically controlled thermostat)

همانطور که بارها در مقالات مختلف اشاره شد سیستم‌های الکتریکی دقت بیشتری در فرایند کنترل دارند؛ بنابراین ترموستات‌هایی با کنترل الکتریکی قطعاً عملکرد مطلوب‌تری در ثابت نگه‌داشتن دمای موتور خواند داشت. شکل 12 نمونه‌ای از این نوع ترموستات‌ها را نشان می‌دهد.

1-کانکتور2- المنت الکتریکی 3- سوپاپ 4- فنر 5- ماده انبساطی 6- نگهدارنده لاستیکی
7- پیستون 8- راهنما پیستون 9- پوسته ترموستات
شکل 12- ترموستات با کنترل الکتریکی

متناسب با نوع ترموستات (یک‌مرحله‌ای یا دومرحله‌ای و محل نصب آن) واحد ترموستات عملکرد عادی خود را نسبت به دمای مایع خنک‌کننده دارد اما علاوه‌برآن کنترل یونیت موتور (ECM) نیز آن را مدیریت می‌کند. به این صورت که زمانی که یونیت موتور تشخیص باز اضافی روی موتور را می‌دهد (که منجر به افزایش دمای موتور خواهد شد) مانند روشن‌کردن کولر در خودرو، با ارسال جریان برق به المنت الکتریکی ترموستات، سرعت گرم‌شدن ماده انبساطی را افزایش می‌دهد و در نتیجه کمی زودتر از حالت معمول ترموستات باز می‌شود. این کار باعث می‌شود دمای موتور بیش از حد بالا نرود

محل نصب ترموستات خودرو

ترموستات‌ها می‌توانند در قسمت خروجی موتور و یا در بخش ورودی موتور قرار بگیرند. در موتورهای قدیمی معمولاً در بخش خروجی موتور (ورودی رادیاتور – شیلنگ بالایی) قرار می‌گیرند. در موتورهای جدید امروزی، در بخش ورودی به موتور (خروجی رادیاتور – شیلنگ پایینی) قرار می‌گیرند. این حالت را در شکل 13 می‌توانید مشاهده کنید.

1-ترموستات 2- شیلنگ ورودی موتور (پایینی)3- جعبه فیوز 4- در مخزن تحت‌فشار 5- در مخزن ذخیره
6- لوله مخزن ذخیره 7- مخزن ذخیره 8- فن خنک‌کننده 9- رادیاتور 10- شیلنگ خروجی موتور (بالایی)
11- واتر پمپ 12- محل نصب سنسور دمای مایع خنک‌کننده 13- مجاری بخاری
شکل 13- مدار خنک کاری موتور در خودروهای امروزی

در شکل 14 می‌توانید تفاوت در محل نصب ترموستات (یک‌مرحله‌ای) در خودروهای قدیمی و امروزی و نحوه گردش مایع خنک‌کننده موتور در دو حالت مختلف را مشاهده کنید

موتور قدیمی (در مسیر خروجی موتور)

موتور امروزی (در مسیر ورودی موتور)
شکل 14 – تفاوت در محل نصب ترموستات و اثر آن روی گردش مایع خنک‌کننده موتور

در موتورهای امروزی هم قبل از باز شدن ترموستات مایع خنک‌کننده داخل موتور به گردش در می‌آید البته با گرم‌شدن ترموستات مسیر ورود آب از رادیاتور به موتور باز می‌شود.
شکل 15 استفاده ترموستات دومرحله‌ای را در مسیر ورودی موتور نشان می‌دهد.

1-از رادیاتور 2- گذرگاه فرعی 3- به سمت واتر پمپ
A: دمای معمولی B: دمای گرم B: دمای بالا
شکل 15- عملکرد ترموستات دومرحله‌ای در مسیر ورودی موتور

بیشتر موتورهای امروزی از ترموستات دو مرحله در مسیر ورودی به موتور استفاده می‌کنند و برخی از این موتورها از ترموستات‌های الکتریکی برای مدیریت بهتر دمای موتور استفاده می‌شود.

شکل 16- درج عدد باز شدن ترموستات خودرو روی آن

شکل 17- محل قرارگرفتن مجرای هواگیری

شکل 18- ترموستات خودرو  با پوسته یک‌پارچه

باتوجه‌به اینکه خرابی ترموستات خودرو بخشی از آثار و عیوب سیستم خنک‌کننده موتور است و همه اجزا در این عیب‌یابی مؤثر هستند در یک مقاله مجزا آثار خرابی اجزا مختلف سیستم خنک‌کننده موتور از جمله ترمو ستات بیان خواهد شد. البته مهم‌ترین اثر خرابی افزایش دمای بیش از حد موتور است که در مقاله جوش آوردن موتور به آن اشاره شده است.

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی