Автомобільний термостат в системі рідинного охолодження ДВС: пристрій і принцип роботи

Термостат є одним з найважливіших елементів, який встановлюється в рідинної системі охолодження бензинового або дизельного силового агрегату. У стандартному виконанні це маленький пристрій має діаметр близько п'яти сантиметрів і розташоване між двигуном і радіатором. Основним завданням термостата є управління потоком охолоджуючої рідини, яка циркулює по сорочці двигуна і радіатора охолодження. Результатом роботи пристрою стає можливість швидкого і ефективного прогріву ДВС при холодному пуску і подальше підтримання оптимального температурного балансу у всіх режимах роботи і при будь-яких навантаженнях на мотор.

Поява і модернізація пристрою

Одним з перших термостатів вважається поява ртутного пристрої для підтримки оптимального температурного балансу в інкубаторі для курей, який винайшов в 1620 році містер Корнелій Дреббель з Великобританії.

Термостат активно використовується в системі рідинного охолодження ДВС з 1922 року, коли з'явилися перші і щодо потужні установки з великим виділенням тепла в процесі роботи.На ранньому етапі було кілька безуспішних спроб застосувати пристрій в системі охолодження. Далі конструкцію удосконалили, інженери підібрали оптимальні матеріали виготовлення і добилися таких характеристик і надійності, що термостат став повсюдно використовуваним елементом в рідинної системі охолодження двигуна внутрішнього згоряння.

Рекомендуємо також прочитати статтю про пристрій відцентрового насоса рідинної системи охолодження ДВС. З цієї статті Ви зможете дізнатися про особливості конструкції насоса, його функції в системі охолодження, особливості експлуатації та ремонту помпи.

В системах охолодження автомобілів використовують два види термостатів. Існують рішення з твердим або рідинним наповнювачем. Гелевий термостат для автомобільної рідинної системи охолодження двигуна був винайдений французом на ім'я Серж Вернье в 1963 році. Компанія Vernet спеціалізується на виробництві термостатів і сьогодні, а продукція цього бренду користується заслуженим авторитетом на ринку автозапчастин для різних марок автомобілів по всьому світу.

наповнювач термостата

Термостат може мати різні види наповнювача в основі своїй конструкції. Ми вже згадували, що виділяють рідинної наповнювач і твердотільний. Принцип роботи і пристрій цих рішень практично однаково. Відмінності полягають тільки в підвищеній герметизації рідинної конструкції, а також в індивідуальних фізичних властивостях самого наповнювача і його чутливості до температурних коливань залежно від складу.

Сучасні двигуни отримали такий тип пристрою, який має в основі твердий наповнювач. Під таким наповнювачем варто розуміти основний термоелемент, який всередині термостата знаходиться спочатку в твердому фізичному стані.

Функції і місце розташування

Після того як мотор виходить на оптимальну робочу температуру, стає необхідним підтримувати цей показник в строгих рамках до самого моменту зупинки двигуна, а в ряді випадків і деякий час після припинення роботи ДВС. Головним завданням пристрою є контроль і розподіл потоку нагрітої рідини охолодження всередині системи щодо відведення тепла від двигуна.

Термостат може бути розташований в різних місцях, залежно компонування двигуна в підкапотному просторі, а також місце його установки безпосередньо залежить від моделі силового агрегату. Також на місце установки пристрою впливають і конструктивні особливості реалізації самої охолоджуючої рідинної системи. У більшості випадків термостат знаходиться в місці виходу охолоджуючої рідини з головки блоку циліндрів. Другим найбільш поширеним місцем його установки вважається вхід відцентрового насоса охолоджуючої рідини (помпи).

Види терморегулювальних пристроїв в автомобілі

Давайте докладніше поговоримо про різні види автотермостатов з урахуванням особливостей їх конструкції. Двигун може бути обладнаний різними варіантами виконання терморегулятора, серед яких відзначають:

  • термостат з одним клапаном (одноклапанний);
  • двоступеневий термостат;
  • пристрій з двома клапанами (двохклапанний термостат);
  • термостат з електронним управлінням;

Одноклапанний, двохклапанний і двоступеневий термостат

Рішення з одним клапаном відрізняється простотою конструкції і пов'язаної з цим надійністю.Автовиробники по всьому світу віддають перевагу такому виду конструкції і обладнають більшість своїх автомобілів саме таким пристроєм.

Окремим видом термостата з одним клапаном є двоступенева конструкція. Установка такого рішення обумовлена ​​тим, що деякі системи охолодження в процесі роботи створюють дуже високий тиск охолоджувальної рідини. Клапану термостата складно подолати такий тиск. З цієї причини конструкція двоступеневого терморегулятора отримала рішення, яке має на увазі наявність двох тарілок клапана, які називають малої і великої. Першою в термостаті відкривається мала тарілка, якій необхідно помітно менше зусилля для подолання створеного в системі тиску. Мала тарілка відкривається легше, а вже при відкритті взаємодіє з великою тарілкою і просто тягне її за собою. Відкриття великий (основний) тарілки термостата до кінця відкриває канал проходу охолоджуючої рідини.

Якщо в першому випадку термостат має один клапан з двома тарілками, то двохклапанний регулятор отримав два окремих клапана, які знаходяться в єдиному корпусі.Перший клапан є основним і служить для перекриття великого кола при русі охолоджуючої рідини в системі. Другий клапан є перепускним і відповідає за циркуляцію рідини по малому колу. Робота клапанів синхронізована. Коли один з них перекриває канал ОЖ, інший здійснює відкриття потрібного контуру. Зазначена конструкція термостата знайшла широке застосування в конструкції легкових авто і вантажівок, які є продуктами автоіндустрії з країн СНД.

Пристрій з електронним управлінням

Найбільш досконалим і відносно складним конструктивно, але при цьому максимально точним і ефективним є терморегулятор, обладнаний управлінням за допомогою електроніки. Головною перевагою такого пристрою є забезпечення різних температурних показників для досягнення оптимальної температури стосовно динамічно мінливих режимам роботи двигуна в процесі його роботи.

Конструкція пристрою нагадує звичайний термостат з одним клапаном, але в його термоелемент додано додаткове нагрівальне опір. Управляє нагріванням зазначеного опору електронний блок управліннядвигуном (ЕБУ). Завдяки такій конструкції стає можливим реалізувати гнучкий температурний режим. Підтримується показник 95-110 ° С при невеликих навантаженнях на мотор і 85-95 ° С при максимальному навантаженні. Основним досягненням від застосування електронного пристрою є відчутне зниження витрати пального, а також невеликий приріст потужності на "низах" за рахунок кращого охолодження повітря на впуску.

Зустрічаються також двигуни, які мають відразу два термостата в системі рідинного охолодження. Такі системи називають двоконтурними. Один термостат в такій системі контролює температуру в контурі головки блоку циліндрів і відповідає за підтримання в ньому показника на позначці 87 ° С. Другий терморегулятор знаходиться в контурі блоку циліндрів.

Температурний поріг в області БЦ вище і знаходиться на позначці 105 ° С. Така реалізація управління температурою в системі охолодження знайшла застосування в конструкції високопродуктивних турбомоторов і забезпечує підсумковий приріст потужності силового агрегату за рахунок поліпшеного охолодження повітря.

Конструкція термостата з твердотілим наповнювачем

Сучасні системи рідинного охолодження ДВС отримали найбільш поширену версію з одним клапаном, а також двохклапанний термостат з твердим наповнювачем в переважній більшості випадків. Даний елемент системи охолодження ДВС є термочутливим клапаном, який укладено в рамку з латуні. Клапан має також тарілку, яка кріпиться на корпусі. Сам корпус являє собою своєрідний циліндр. В цей циліндр вставляється спеціальний шток. Зазначений шток отримав упор одним своїм кінцем в верхню частину рамки термостата, а інший кінець спирається на порожнину з гуми в корпусі пристрою. Корпус і гумова порожнину розділені термочутливим елементом.

Якщо сказати простіше, то поширений двохклапанний термостат має корпус, два вхідних патрубка, вихідний патрубок, основний і додатковий клапан, а також чутливий до температури ОЖ елемент. Пристрій найчастіше встановлюється перед місцем входу робочої рідини в корпус відцентрового насоса і пов'язане з ним спеціальним вихідним патрубком. Один вхідний патрубок з'єднує термостат з головкою блоку циліндрів, а інший реалізує з'єднання з нижнім бачком радіатора.

Чутливий до нагрівання ОЖ елемент являє собою мідний балон, гумову діафрагму і шток. Твердий наповнювач знаходиться між діафрагмою і стінкою балона. Елемент являє собою суміш міді і гранульованого воску.

Головною вимогою до матеріалу стає високий коефіцієнт його об'ємного розширення. Для виконання необхідних функцій відмінно підходить мелкокристаллический віск або суміш мідного порошку і церезину.

Віск застосували в конструкції завдяки його властивості значно розширюватися під дією тепла і переходити з твердого в рідкий стан і назад. Зазначений віск або парафін, який застосовують в конструкції автомобільних термостатів, є штучним і відрізняється від звичного нам матеріалу. Такий віск отримав ряд специфічних властивостей, які він набуває після проходження процесу дистиляції.

Принцип роботи

Коли здійснюється запуск двигуна, термостат в цей момент знаходиться в закритому стані і перекриває доступ ОЖ до великого кола. Охолоджуюча рідина циркулює по такому маршруту, який змушує її виходити з блоку циліндрів і негайно повертатися назад.Така особливість роботи системи охолодження забезпечує максимально ефективний прогрів силового агрегату і подальший його вихід на оптимальний для його роботи під навантаженням температурний режим в найкоротші терміни.

Коли нагрів охолоджуючої рідини досягає температурного порога в 80-90 ° С, тоді термостат починає відкриватися. Це відбувається з тієї причини, що твердотільний елемент в корпусі пристрою при такій температурі починає плавитися. Відбувається закономірне збільшення термоелемента в обсязі. Збільшення обсягу ініціює рух тіла термостата по штоку. Сам же шток переміщатися не здатний, так як жорстко закріплений конструктивно на верхній рамці. Тарілка клапана долаєзусилля поворотної пружини і починає відкриватися. Так охолоджуюча рідина отримує можливість пройти через повністю або частково відкритий клапан і почати циркулювати через радіатор. Ефективність охолодження ОЖ в радіаторі істотно зростає.

При максимально допустимому збільшенні температури охолоджуючої рідини термостат відкритий повністю, дозволяючи охолоджуючої рідини проходити через радіатор в повному обсязі.Термостат повністю відкривається при температурі близько 95-105 ° С. Коли двигун автомашини працює в різних режимах, які постійно змінюються, відбувається постійна зміна ступеня відкриття термостата.

Якщо розглянути принцип роботи Двохклапанні термостата з урахуванням більш звичних понять руху ОЖ по "великому" і "малому" колі, тоді отримуємо наступне. Уявімо, що температура охолоджуючої рідини в системі перевищила позначку в 80 градусів за Цельсієм. Твердий наповнювач термостата починає плавлення і збільшується в об'ємі, потім натискає на шток, який виходить з балона. Балон починає зміщуватися вгору, тим самим закриваючи додатковий клапан пристрою. Доступ охолоджуючої рідини до малому колі виходить закритим.

Коли ОЖ досягне температури близько 94 градусів, додатковий клапан повністю закриється. Основний клапан все одно залишається відкритим і охолоджуюча рідина вільно циркулює по великому колу, що має на увазі її рух через канали радіатора охолодження.

У тому випадку, коли спостерігається зниження температури ОЖ нижче позначки в 80 градусів, обсяг наповнювача скорочується, основний клапан термостата починає поступово закриватися. Потік рідини в радіаторі зменшується.Одночасно з цим починає паралельно відкриватися додатковий клапан, який відкриває доступ охолоджуючої рідини до циркуляції по малому колу.

Можливість відкриватися повністю або частково дозволяє максимально ефективно і гнучко підтримувати оптимальні температурні показники для роботи ДВС в різних режимах навантаження. Додатково термостат дозволяє знизити фізичний знос деталей і вузлів силового агрегату, а також зменшити ступінь токсичності вихлопних газів. Найбільш поширеними і якісними виробниками термостатів вважаються компанії Gates, Wahler і Vernet.

поширені несправності

Головною і найбільш поширеною причиною несправності пристрою є порушення рухливості клапанів термостата. Причини бувають різні, але в більшості випадків таке явище стає наслідком забруднення термостата накипом, а також утворення корозії.

Особливо швидко термостат виходить з ладу з тієї причини, що багато водіїв нехтують регулярної заміною охолоджуючої рідини в системі і експлуатують ОЖ набагато більше за встановлений термін.Багато хто використовує неякісну і найдешевшу продукцію невідомих виробників, розбавляють концентрат ОЖ звичайною водою замість дистильованої, пропускають найважливіший етап промивання системи охолодження перед черговою плановою заміною охолоджуючої рідини і т.п.

Автолюбителям прекрасно знайомий вираз "заклинив термостат". Результатом забруднення термостата стає те, що клапани пристрої можуть просто застигати в певному положенні. Найбільш часто це трапляється у відкритому або трохи відкритому їхньому становищі. Другий поширеною причиною поломки термостата є втрата твердотілим наповнювачем його найважливіших фізико-хімічних властивостей. Якщо відбудеться зниження коефіцієнта розширення твердого наповнювача, це буде означати, що в розширеному стані зміниться також і його кінцевий обсяг.

Отже, потрібного тиску на шток наповнювач термостата надавати не буде. Конструкція частково або повністю не зможе зрушити з місця, один або відразу обидва клапана перестануть функціонувати належним чином. Охолоджуюча рідина в системі при несправності термостата буде або перегріватися,або постійно залишатися холодної, а також можливі проміжні температури, що відхиляються від розрахункової норми.

діагностика поломки

На серйозні неполадки в системі охолодження Вам вкаже явне відхилення від нормальних показань термометра ОЖ на панелі приладів в салоні. При нормальній роботі системи охолодження ДВС і температурі повітря за бортом близько нуля градусів Цельсія, силовий агрегат повинен виходити на робочу температуру під навантаженням в русі за 5-10 хвилин.

Єдина умова-справність самого температурного датчика, покажчика на панелі прибою і системи охолодження. Якщо герметичність системи і функціональність інших елементів не порушена, рівень ОЖ в розширювальному бачку перебуває на потрібній позначці, тоді явними ознаками несправності термостата є:

  • довгий прогрів двигуна;
  • нездатність ДВС вийти на робочу температуру під навантаженням;
  • відсутність теплого повітря з пічки;
  • постійний перегрів двигуна незалежно від навколишньої температури зовнішнього повітря;
  • періодичне виникнення зазначених симптомів і подальше їх зникнення;

Виявити несправність термостата досить просто. Після запуску холодного двигуна верхній патрубок радіатора повинен бути холодним і залишатися таким певний період часу. Якщо все в нормі, значить ОЖ циркулює тільки по "сорочці охолодження" мотора (мале коло) і доступ в режимі прогріву в радіатор для неї перекритий клапаном термостата.

Коли верхній патрубок теплішає практично відразу, тоді в наявності порушена циркуляція. Це означає, що головний клапан пристрою відкритий і охолоджуюча рідина відразу йде по великому колу. В результаті ДВС не здатний прогрітися до оптимальної робочої температури. Таке явище означає, що присутня прискорений знос деталей силової установки. Труться пари агрегату не отримують мастила в належній мірі, так як непрогрітий мотор має відмінні від норми теплові зазори. Масло також залишається занадто загущених і втрачає властивості, що призводить до підвищеної витрати пального і передчасного зносу ДВС.

Якщо клапан термостата постійно знаходиться в закритому положенні, тоді закономірно виникає перегрів і подальше закипання охолоджуючої рідини.Водії умовно говорять, що двигун "закипів". Це загрожує не тільки сильним зростанням тиску в системі охолодження і поломкою її окремих функціональних елементів, але і виходом з ладу самого двигуна.

Трапляється і так, коли клапани термостата підклинюють тільки періодично. Несправність зникає сама по собі, потім проявляється знову. У таких випадках кажуть, що термостат "залипає". Ця поломка більш підступна, так як несправність при таких симптомах складніше виявити. Слід перевірити стан системи охолодження і провести профілактичну заміну термостата. Не слід чекати погіршення ситуації.

Існує ще один спосіб перевірки працездатності термостата, але дане рішення затребуване вкрай рідко. Йдеться про демонтаж і подальшій перевірці термостата в умовах, наближених до реальної експлуатації. Для цього термостат кладуть в ємність з водою і починають її нагрівати. Коли температура води досягне порога відкриття клапана термостата, тоді справний пристрій відреагує належним браза. Наповнювач розшириться і відкриє клапан приблизно на 20 мм.Якщо цього не відбулося зовсім, клапан відкрився лише частково або не повернувся після охолодження в початковий стан, тоді можна говорити про несправності пристрою.

Обслуговування, профілактика і ремонт

Важливим критерієм при виборі нового термостата є температура його спрацьовування і початку відкриття клапана. Цей момент необхідно врахувати і підбирати термостат стосовно конкретного двигуну. Справа в тому, що пристрої від різних виробників мають свій температурний "поріг". Якщо Ви поставите термостат, відмінний від рекомендованого порогу в більшу сторону, тоді може виникнути перегрів ДВС. Раннє ж спрацьовування означатиме нездатність двигуна вийти на робочу температуру.

Найбільш поширеною рекомендацією більшості фахівців і автомеханіків є періодична заміна термостата з інтервалом від 2-х до 5-и років (пробіг від 50 до 100 000 км). При цьому зовсім необов'язково чекати поломки пристрою, а саму заміну поєднують з плановою заміною помпи та / або ОЖ.

вартість деталі

Численні різновиди термостатів мають ряд індивідуальних переваг і недоліків.Сильно варіюватися може також і ціна тих чи інших пристроїв. Термостат вітчизняного виробництва часто виявляється помітно дешевше порівняно з імпортними аналогами. Найбільш якісними і дорогими вважаються німецькі пристрої. Існують як універсальні термостати, які можна встановити на більшість різних двигунів, так і моделі, які спеціально створені для конкретного ДВС або обмеженої групи силових агрегатів.

Найчастіше термостат не є дорогої деталлю, його нескладно замінити. Кінцева вартість заміни буде прямо залежати від конструктивних особливостей ДВС і місця розташування пристрою, а також від марки і моделі автомобіля. Термостат зазвичай не ремонтують. Ціна терморегулятора для автомобілів сімейства ВАЗ може починатися від 3 у.о. Для останніх моделей АвтоВАЗ і більшості машин іноземного виробництва мінімальна ціна пристрою починається з приблизною позначки в 9 доларів і вище.