Принцип работы термостата – на страже эффективного охлаждения

Какие бывают автомобильные термостаты?

Сейчас можно найти термостаты нескольких видов. Они различаются между собой по принципу работы и имеют свои особенности. Варианты российского производства стоят дешевле немецких или польских, но именно зарубежные варианты славятся высоким качеством и хорошей износостойкостью. Востребованными остаются универсальные варианты деталей. Их ценят за простоту установки, удобство пользования, невысокую стоимость и достаточную распространённость. Рассмотрим, какие виды приборов существуют.

Одноклапанный

Популярный вид устройства. Его устанавливают до настоящего времени в автомобили зарубежного и отечественного производства. Ведущие фирмы напротив считают, что модель морально устарела и не может обеспечивать качественное охлаждение мощного мотора. Суждение верное, но лишь отчасти. Возможностей одноклапанного терморегулятора не хватит лишь для гоночных автомобилей.

Классическая система успешно работает во многих случаях, но определять конкретную модель и устройство следует в зависимости от оснащения всей охлаждающей системы двигателя.

Одноклапанный автомобильный термостат отличается конструкционной простотой исполнения. Удивительно, но этот параметр является ключевым. Приспособление успешно выполняет возлагаемые на него действия и считается надёжным. Ведущие производители современных авто до сих пор выбирают такую конструкцию для оборудования собственных продуктов.

Двухступенчатый или двухклапанный

Принципиальных отличий в устройстве при сравнении с одноклапанным вариантом не выявлено. Разница лишь в расширении возможностей для обеспечения эффективного процесса охлаждения.

Термостат, как и в классическом исполнении, имеет две тарелки. Одна из них обеспечивает затвор большого круга циркуляции, а вторая малого. Функционирование систем обеспечивается синхронно. Когда один круг закрывается, второй сразу же запускается – в этом и состоит преимущество двухклапанного устройства. Работа – синхронная, запор одного клапана провоцирует открытие другого.

Устройство двухступенчатого термостата отличается. Пересмотреть принципиальное строение физики и автомеханики решили из-за определённого несовершенства предыдущего варианта. Система охлаждения создаёт высокое давление тосола и клапан автомобильный термостата не может его преодолеть.

Изменение конструкции состояло во внедрении двух тарелок (малой и большой). Сначала открывается первая, она призвана уменьшить усилие и снизить давление внутри системы. Открывается плавно, запускает взаимодействие большой по цепи. Из-за этого изначально жидкость не проходит в большой круг.

С электронным управлением

Электронное устройство представлено в форме классического одноклапанного термостата, включающего нагревательное сопротивление. Функция управления последним обеспечивается электронным блоком контроля над функциями движка. Последний способен достигать температуры 95-100 градусов при частичной нагрузке. На максимальной мощности отметки сохраняются в диапазоне 85-95°C.

Ещё одна хорошая статья: Ремень ГРМ: что это такое, расшифровка, где находится, как узнать, что нужно менять, виды, цены, фото

Термостат Behr Thermot-tronik с электронным управлением

Оснащение такого класса позволит экономить топливо и рационально его использовать за счёт дополнительного охлаждения поглощаемого цилиндрами воздуха. Электронный термостат повышает КПД двигателя.

Корпусный и бескорпусный

Во многих случаях термостат продаётся в автомагазинах без корпуса. В этом случае установить его можно просто вынув старый. Но некоторые производители выпускают автомобильные термостаты уже установленными в корпус, который надо подключить к патрубкам охлаждающей системы автомобиля.

Чаще всего термостаты продаются вместе со специальной резиновой прокладкой, которая выдерживает воздействие охлаждающей жидкости.

Есть отдельный вариант термостатов – бескорпусный. Их устанавливают непосредственно в блок двигателя.

Бескорпусный термостат ГАЗ-3302,2705 дв. ГАЗ-560 «Steir» LUZAR

При нагреве воскового шара он плавится, становится больше в размерах и выталкивает шток (примерно на 2 см). Клапан на штоке поднимается и закрывает патрубок. Чем выше температура антифриза, тем сильнее выталкивается шток. А при остывании мотора менее 70 градусов восковой шар уменьшается и становится твёрдым, а шток с клапаном встаёт на своё место благодаря пружине.

Как работает термостат в автомобиле

Главная задача термостата – управление клапаном и, соответственно, потоком охлаждающей жидкости, в системе охлаждения двигателя.  Для этого в конструкции термостата предусмотрен особый термочувствительный элемент.

Основными элементами в конструкции автомобильных термостатов независимо от их модели являются:

• корпус;
• входные патрубки – по одному для большого и малого кругов циркуляции антифриза;
• выходной патрубок;
• перепускной клапан, обеспечивающий движение охлаждающей жидкости по малому кругу;
• основной клапан, открывающий большой круг;
• термочувствительный элемент.

Корпус устройства может быть металлическим (латунным, медным) либо пластиковым. Для заполнения термочувствительного элемента, как правило, используется вещество на основе технического воска. При достижении температуры в +82 градуса воск начинает таять, увеличивается в объеме и давит на крышку клапана, в результате чего он открывается. Для более эффективного таяния в технический воск добавляют различные присадки – медные, алюминиевые либо графитовые порошки.

Пока двигатель не набрал требуемую температуру, охлаждающая жидкость также остается холодной, поэтому пропускной клапан закрыт, а антифриз движется по малому кругу – непосредственно вокруг ГБЦ и самого блока цилиндров. А когда температура в двигателе поднимается до рабочих значений (примерно 75-95 градусов) термочувствительный элемент реагирует на это и открывает клапан, после чего антифриз выходит на большой круг, обеспечивая полноценное охлаждение силовой установки. 

Появление и модернизация устройства

Одним из первых термостатов считается появление ртутного устройства для поддержания оптимального температурного баланса в инкубаторе для кур, который изобрел в 1620 году мистер Корнелий Дреббел из Великобритании.

Термостат активно используется в системе жидкостного охлаждения ДВС с 1922 года, когда появились первые и относительно мощные установки с большим выделением тепла в процессе работы. На раннем этапе было несколько безуспешных попыток применить устройство в системе охлаждения. Далее конструкцию усовершенствовали, инженеры подобрали оптимальные материалы изготовления и добились таких характеристик и надежности, что термостат стал повсеместно используемым элементом в жидкостной системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

В системах охлаждения автомобилей используют два вида термостатов. Существуют решения с твердым или жидкостным наполнителем. Гелевый термостат для автомобильной жидкостной системы охлаждения двигателя был изобретен французом по имени Серж Вернье в 1963 году. Компания Vernet специализируется на производстве термостатов и сегодня, а продукция этого бренда пользуется заслуженным авторитетом на рынке автозапчастей для различных марок автомобилей по всему миру.

Наполнитель термостата

Термостат может иметь различные виды наполнителя в основе своей конструкции. Мы уже упоминали, что выделяют жидкостной наполнитель и твердотельный. Принцип работы и устройство этих решений практически одинаково. Отличия заключаются только в повышенной герметизации жидкостной конструкции, а также в индивидуальных физических свойствах самого наполнителя и его чувствительности к температурным колебаниям зависимо от состава.

Современные двигатели получили такой тип устройства, который имеет в основе твердый наполнитель. Под таким наполнителем стоит понимать основной термоэлемент, который внутри термостата находится изначально в твердом физическом состоянии.

Функции и место расположения

После того как мотор выходит на оптимальную рабочую температуру, становится необходимым поддерживать этот показатель в строгих рамках до самого момента остановки двигателя, а в ряде случаев и некоторое время после прекращения работы ДВС. Главной задачей устройства является контроль и распределение потока нагретой жидкости охлаждения внутри системы по отводу тепла от двигателя.

Термостат может быть расположен в различных местах, зависимо компоновки двигателя в подкапотном пространстве, а также место его установки напрямую зависит от модели силового агрегата. Также на место установки устройства влияют и конструктивные особенности реализации самой охлаждающей жидкостной системы. В большинстве случаев термостат находится в месте выхода охлаждающей жидкости из головки блока цилиндров. Вторым наиболее распространенным местом его установки считается вход центробежного насоса охлаждающей жидкости (помпы).

Как циркулирует охлаждающая жидкость?

Сами системы в бензиновых и дизельных авто похожи, принципиальных различий в их конструкции и работе нет. Они включают в себя множество компонентов, а для их регулирования применяются элементы управления. Чтобы понять, как антифриз циркулирует, рассмотрим основные компоненты СО:

Основные компоненты СО
Радиатор	Нужен для охлаждения горячей ОЖ воздушным потоком.
Масляный радиатор	Охлаждает моторное масло.
Теплообменник отопителя	Служит для нагревания воздушного потока, который проходит через этот элемент. Чтобы компонент функционировал эффективней, его устанавливают у места выхода горячего антифриза из мотора.
Расширительный бачок для жидкости	Через него осуществляется заполнение системы расходником, а его предназначение заключается в компенсации изменения объема ОЖ от температуры в СО.
Центробежный насос или помпа	С его помощью осуществляется непосредственный процесс циркуляции жидкости по СО. В зависимости от конструкции двигателя, на нем может быть установлен дополнительный насос.
Термостат	Обеспечивает оптимальную температуру в СО, регулируя поток ОЖ, который проходит через радиатор.
Датчик температуры ОЖ	В случае ее увеличения выше нормы, сигнализирует водителю об этом при помощи электронного блока управления.

Непосредственное функционирование СО обеспечивает система управления мотором. В современных моторах принцип работы основывается на математической модели, учитывающей множество параметров и определяющей нормальные условия активации и работы всех компонентов.

Понятное дело, что «Тосол» не может проходить по СО сам, поэтому его поток обеспечивается центробежным насосом. Циркуляция охлаждающей жидкости происходит через «рубашку охлаждения». В результате этого мотор транспортного средства охлаждается, а «Тосол» нагревается. Сам ход движения ОЖ в агрегате может происходить либо от первого цилиндра к последнему, или от выпускного коллектора к впускному.

Рассмотрим процесс кругооборот ОЖ подробнее:

Во время работы мотора всегда должна поддерживаться примерно одна температура, которая и определяет его функционирование. Условно она составляет 90 градусов. Такая температура позволяет двигателю развивать хорошую скорость и обеспечивает приемлемый расход бензина. Именно поэтому хладагента по СО такая сложная и разделена на несколько кругов, чтобы мотор мог скорее выйти на такой режим работы.

Схема циркуляции

Предлагаем вам своими глазами увидеть схему протекания хладагента. Представлены большой и малый круги.

• а) малый круг круг;
• б) большой круг.

1. радиатор охлаждения;
2. трубка для потока хладагента;
3. расширительный бачок;
4. термостат;
5. центробежный насос;
6. устройство охлаждения блока цилиндров двигателя;
7. устройство охлаждения головки блока;
8. радиаторный отопитель с вентилятором;
9. краник радиатора;
10. отверстие для слива антифриза из блока;
11. отверстие для слива хладагента непосредственно из радиатора;
12. вентилятор.

Как работает термостат?

Термостат — это устройство, поддерживающее определенный температурный режим двигателя и использующее для этого терморегуляторы или фазовые переходы. Он способствует более быстрому прогреванию движка и держит нужную температуру.

Находится между радиатором и двигателем. Главной функцией устройства является блокировка потока антифриза в радиатор до момента полного прогрева движка. Через холодный движок охладитель не циркулирует. После достижения мотором 95 градусов происходит открытие устройства. Позволяя быстрее прогреваться, термостат защищает «сердце» авто от износа и уменьшает объем вредных выхлопов.

Общее строение данной детали включает в себя основной клапан, корпус, цилиндр с воском, пружину и клапан малого круга. При его изготовлении используют медь и латунь. Идея работы лежит в цилиндре, находящемся со стороны, обращенной к движку.

На различных моделях авто узлы настроены на разные температурные границы. Информацию по заданным показателям можно найти на самом приборе. На некоторых автомобилях он вставляется прямо в двигатель.

Внутри этого цилиндра находится искусственный воск в виде небольшого шарика, который при нагревании ДВС до 82⁰С подвергается плавлению. Из всех веществ использование воска является самым оптимальным, поскольку он легко меняет свое состояние из твердого в жидкое и наоборот при повышении и понижении температурного режима.

Варианты наполнителя

Итогом промышленных экспериментов и трудов стали две вариации наполнителя: с твердым веществом и гелиевым заполняющим. Последняя была разработкой французского инженера Сержа Вернье во второй половине XX века. Его компания и по сей день занимается производством, снискав заслуженные доверие и благосклонность потребителей.

Принцип работы обоих типов практически идентичен. Разница в том, что у гелиевого экземпляра повышена герметизация и есть особенности физических свойств самого наполняющего, как, например, уровень чувствительности к изменениям градусов в зависимости от состава. Однако, в современном производстве чаще встречаются приборы с твердым наполнителем.

Принцип работы термостата

Основным узлом термостата является механический клапан: он приводится в действие довольно простым и точным механизмом. В герметичном корпусе находится термочувствительный искусственный воск, который при расплавлении увеличивается в объеме и сжимает резиновую камеру, выталкивающую металлический хромированный шток, который и приводит в действие клапаны. В этом и заключается принцип работы термостата.

Так работает термостат

При нарушении целостности данного механизма воск вытекает вследствие использования некачественного антифриза (тосола) или коррозии и увеличивается сила трения подвижного штока. Термостат начинает функционировать неправильно, постепенно и неумолимо превращая жизнь водителя в ад.

О видах термостатов

Различаются модели по стоимости и принципу действия.

На рынке большую популярность получили изделия немецкого автопрома, но для них характерна высокая цена. Отечественные агрегаты неплохо вжились в конструкции современных авто любой марки, однако иногда раньше времени дают сбои. Вообще, с 2006 г. выпуск в России термостатов прекращен. Встречается прежняя продукция «СтАто», но сегодня завод реконструирован в «Прамо». Он занимается переупаковкой китайских термостатов и отправляет их на авторынок под собственным брендовым именем. Аналогичный алгоритм работы выбрали и другие «родные» предприятия. С повышенным контролем качества можно считать , работающую во Владимирской области.

Водителей больше интересуют универсальные вариации. Какие типы предлагаются на рынке?

1. Одноклапанный вариант, имеющий клапанную «тарелку» и терморегулирующий элемент. Его относят к разряду востребованных, благодаря возможности монтировать на разные авто. Все потребности двигателя он иногда не в силах удовлетворить, однако прекрасно справляется с работой на двигательных системах от предприятия «УМЗ».
2. Плюсом двухступенчатого устройства становится наличие двух клапанов. Сегодня изготовители предлагают усовершенствованные его функции.
3. Прогрессивной идеей инженеров, успешно реализуемой в жизни, служит электронный термостат. Благодаря расширенным способностям регуляции открытия и закрытия клапана, двигатель может функционировать в разных режимах. Это приводит к снижению потребления горючего, меньшему моторному износу, способствует легкому управлению в тяжелых условиях дороги. Модель подходит для иномарок, машин последнего десятка лет, с хорошим бортовым компьютером и с опцией контроля термостата. Высокая точность работы, возможность ручного и автоматического регулирования добавляют плюсы в «копилку» достойных моментов разработки.

На отдельных моделях машин устанавливаются оба варианта при условии эксплуатации мощного мотора, как на «КамАЗах». Подчас в ход идут сразу три изделия.

Схема, элементы системы охлаждения и их работа

Основные элементы, из которых состоит схема системы охлаждения двигателя, встречаются и схожи у разных типов моторов: инжекторных, дизельных и карбюраторных.

Общая схема жидкостной системы охлаждения двигателя

Жидкостное охлаждение мотора дает возможность в равной мере забирать тепло со всех узлов и деталей двигателя не зависимо от степени тепловой нагрузки. Двигатель с использованием водяного охлаждения создает меньше шума, чем двигатель с воздушным охлаждением, обладает большей скоростью прогрева при пуске.

Система охлаждения двигателя содержит следующие детали и элементы:

• рубашка охлаждения (водяная рубашка);
• радиатор;
• вентилятор;
• термостат;
• жидкостный насос (помпа);
• расширительный бачок;
• соединительные патрубки и сливные краны; 
• отопитель салона.

• Рубашкой охлаждения («водяной рубашкой») принято считать сообщающиеся между двойными стенками полости в тех местах, где наиболее нужен вывод избыточного тепла.
• Радиатор. Предназначен для рассеивания тепла в окружающую атмосферу. Он конструктивно состоит из множества изогнутых трубочек с дополнительными ребрами для увеличения теплоотдачи.
• Вентилятор, включающийся электромагнитной, реже гидравлической муфтой, при срабатывании температурного датчика охлаждающей жидкости усиливает набегающий на авто воздушный поток. Вентиляторы с “классическим” (постоянно включенным) ременным приводом встречаются в наши дни редко, в основном, на старых автомобилях.
• Центробежный жидкостный насос (помпа) в системе охлаждения обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости. Привод помпы чаще всего реализован с помощью ремня или шестерней. Двигатели с турбонаддувом и с непосредственным впрыском топлива, как правило, снабжены дополнительной помпой.
• Термостат – главный узел, регулирующий потоки охлаждающей жидкости, устанавливается обычно между входным патрубком радиатора и «водяной рубашкой» двигателя, конструктивно выполнен в виде биметаллического или электронного клапана. Назначение термостата – поддержание заданного рабочего температурного диапазона охлаждающей жидкости при всех режимах работы двигателя.
• Радиатор отопителя очень похож на радиатор системы охлаждения меньших размеров и расположен в салоне авто. Принципиальное отличие состоит в том, что радиатор отопителя передает тепло в салон, а радиатор системы охлаждения – в окружающую среду.

Принцип работы

Принцип работы жидкостного охлаждения двигателя состоит в следующем: цилиндры окружены «водяной рубашкой» из охлаждающей жидкости, отбирающей лишнее тепло и переносящей его к радиатору, откуда оно передается в атмосферу. Жидкость, непрерывно циркулируя, обеспечивает оптимальную температуру двигателя.

Принцип работы системы охлаждения двигателя

Охлаждающие жидкости – антифризы, тосол и вода – в процессе эксплуатации образуют осадок и накипи, нарушающие нормальную работу всей системы.

Вода не бывает химически чистой в принципе (за исключением дистиллированной) – в ней содержатся примеси, соли и всевозможные агрессивные соединения. При повышенной температуре они выпадают в осадок и образуют накипь.

В отличие от воды антифризы не создают накипи, но в процессе эксплуатации разлагаются, а продукты распада отрицательным образом сказываются на работе механизмов: на внутренних поверхностях металлических элементов появляется коррозионный налет и наслоения органических веществ.

Кроме этого, в систему охлаждения могут попадать различные посторонние загрязняющие субстанции: масло, моющие средства или пыль. Также могут попасть и специальные герметики, используемые для аварийной заделки повреждений в радиаторах.

Все эти загрязнения оседают на внутренних поверхностях узлов и агрегатов. Они характеризуются плохой теплопроводностью и забивают тонкие трубки и соты радиатора, нарушая эффективную работу системы охлаждения, что приводит к перегреву двигателя.

Видео о том, как устроено охлаждение мотора, принцип работы и неисправности

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Плохо греет печка в салоне, причины, что делать и профилактика
• Почему двигатель автомобиля не заводится: как найти причину
• Радиатор охлаждения двигателя: устройство и принцип работы

Как проверить

Не снимая термостат с автомобиля, проверить его работу можно приблизительно условно. Исключения составляют случаи, когда он заклинил в полностью открытом или закрытом положении. В таком случае по температуре патрубков, времени прогрева и датчику температуры можно сделать вывод о возможной неисправности термостата.

В горячей воде термостат должен открыться

Можно проверить термостат и своими силами, сняв его с автомобиля. Для этого его или поливают кипятком, визуально наблюдая открытие, или греют в емкости с водой на электроплитке, контролируют температуру градусником и замеряют длину выдвижения штока. Оба эти метода дают весьма неточный результат, не позволяя отобразить петлю гистерезиса работы термостата и сравнить ее с образцовой, полученной в лаборатории завода-изготовителя.

Профессионально проверить термостат можно только в специализированных точках диагностирования, так как неправильная его работа бывает связана с другими неполадками двигателя, которые нужно уметь различать. Если у вас нет нареканий на работу двигателя, который зимой «удерживает» стрелку термометра в нормальной зоне, а летом не перегревается, то с вашим термостатом все в порядке. Точная диагностика работы прибора подразумевает участие опытного специалиста и специального оборудования.

Устройство термостатов

Устройство термостата просто, как всё гениальное:

В медный корпус (медь хорошо проводит тепло) помещен цилиндрик, наполненный смесью воска с металлическим или графитовым порошком либо жидким наполнителем – водой со спиртом

Вид наполнителя особого значения не имеет, важно лишь то, что все они достаточно сильно расширяются при нагревании;
В цилиндр с наполнителем вставлен металлический шток, и вся конструкция герметически закрыта;
По обе стороны от цилиндра со штоком находятся два плоских клапана: для большого (основной клапан) и малого контуров системы охлаждения;
Вся нехитрая конструкция заключена в корпус-рамку с пружинами, назначение которых – обеспечивать сопротивление штоку и возвращать его в исходное положение

Найти место, где находится термостат, несложно. Он устанавливается на пересечении большого и малого контуров системы охлаждения, в «развилке» патрубков. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости он перенаправляет ее поток и, соответственно, регулирует и поддерживает нужную температуру.

Как проверить работу термостата

Для проверки термостата можно использовать следующий метод: при изменении температурной уставки должны быть слышны характерные щелчки при прохождении значения температуры, равной температуре окружающей среды – замыкание и размыкание контактов.

Если термостат съёмный, то можно попробовать нагреть его чувствительный элемент и проверить срабатывание.

Если, например, рассмотреть термостат в духовке, то задав определенную температуру, после прогрева можно понаблюдать за пламенем горелки: если оно уменьшилось и остается на одном уровне, то все в порядке. Точности полученного результата можно достигнуть, используя термометр.

Правильность срабатывания уставочного значения термостата можно при помощи термометра или мультиметра с термопарой. Такой способ подойдет, например, для стиральной машины. Также поможет тестер, который подсоединив к контактам термостата покажет их замыкание и размыкание.

Виды и типы

Термостаты можно разделить в зависимости от диапазона рабочих температур:

• Устройства, работающие при высоких температурных показателях от +300 до 1200 °С.
• Термостаты среднего уровня: от -60 до 500 °С.
• С самым низким диапазоном температур (криостаты): менее -60 °С. Они работают вместе с дополнительными источниками холода.

Также термостаты классифицируются в зависимости от стабильности и точности срабатывания. Их характеризирует отклонение от заданной температуры:

• 5 – 10 °С – наихудший показатель термостата.
• 1 — 2 °С – для воздушного термостата это хороший показатель, но для жидкостного – посредственный.
• 0,1 °С – отлично для воздушного, средне – для жидкостного.
• 0,01 °С – не достижимо для воздушного, хорошо для жидкостного термостата специальной конструкции.
• 0,001 °С – такой показатель может быть достигнут только в метрологических жидкостных термостатах.

Виды и типы

Термостаты можно разделить в зависимости от диапазона рабочих температур:

• Устройства, работающие при высоких температурных показателях от +300 до 1200 °С.
• Термостаты среднего уровня: от -60 до 500 °С.
• С самым низким диапазоном температур (криостаты): менее -60 °С. Они работают вместе с дополнительными источниками холода.

Также термостаты классифицируются в зависимости от стабильности и точности срабатывания. Их характеризирует отклонение от заданной температуры:

• 5 – 10 °С – наихудший показатель термостата.
• 1 — 2 °С – для воздушного термостата это хороший показатель, но для жидкостного – посредственный.
• 0,1 °С – отлично для воздушного, средне – для жидкостного.
• 0,01 °С – не достижимо для воздушного, хорошо для жидкостного термостата специальной конструкции.
• 0,001 °С – такой показатель может быть достигнут только в метрологических жидкостных термостатах.