Влияние термостат на работу двигателя

Устройство и принцип работы термостата

Термостат системы охлаждения двигателя представляет собой устройство в виде клапана, реагирующее на температуру охлаждающей жидкости. Он позволяет автоматически поддерживать заданный тепловой режим работы мотора за счет направления потока жидкости по большому или малому кругу циркуляции. Это необходимо, чтобы двигатель при запуске разогревался быстрее, а при выходе на заданную температуру работы сохранял ее постоянной.

1. Устройство и принцип работы автомобильного термостата
2. Основные виды термостатов
3. Проверка термостата и распространенные неисправности

Назначение и принцип работы термостата

Термостат в системе охлаждения двигателя выполняет роль регулятора температуры, ускоряя его прогрев, и поддерживая оптимальный режим работы. При прогреве силового агрегата поток антифриза циркулирует по малому кругу, минуя радиатор. Благодаря этому, разогрев происходит быстрее, а износ и вредные выхлопы становятся меньше. При достижении температуры около 95 о С, термостат открывается, пропуская охлаждающую жидкость через радиатор.

Главной деталью термостата выступает механический клапан, который работает благодаря простому и точному механизму. Он находится в небольшом цилиндре, расположенном со стороны двигателя, вовнутрь которого помещен искусственный воск, имеющий t о плавления 82 о С. Применение данного материала обусловлено его способностью сильно расширяться, и при определенной температуре переходить из твердого в жидкое состояние.

Устройство является частью системы охлаждения двигателя и может располагаться в разных местах подкапотного пространства в зависимости от модели силового агрегата. На его место установки также оказывают влияние особенности конструкции и способ реализации охлаждающей системы. Чаще всего термостат размещают около выхода охлаждающей жидкости из двигателя или же входа центробежного насоса (помпы).

Конструкция и принцип действия

Термостат состоит из цилиндра, наполненного материалом с большим коэффициентом термического расширения. Наполнитель может быть жидким (у сильфонных термостатов смесь воды и спирта) или твердым. Твердый наполнитель, как правило, состоит из дистиллированного гранулированного воска, смешанного с медным, алюминиевым и графитовым порошком.

Корпус цилиндра делается из гофрированной меди, имеющей хороший коэффициент теплопроводности. Герметично закрытый медный цилиндр наполнен теплочувствительным материалом (твердым в холодном состоянии), в котором установлен металлический шток. Вся конструкция загерметизирована резиновым уплотнителем.

С обеих сторон цилиндра расположены два клапана: клапаны большого и малого контуров системы охлаждения. Вся конструкция закреплена в корпусе-тарелке с верхней и нижней рамками, и снабжена пружинами, обеспечивающими нужное сопротивление штоку.

Когда термочувствительный наполнитель плавится от высокой температуры, он увеличивается в объеме и выталкивает шток наружу (приблизительно на 2 см). Клапан, закрепленный на штоке, поднимается и перекрывает патрубок. Чем выше температура охлаждающей жидкости, тем больше сила выталкивания штока. При остывании восковой наполнитель уменьшается в объеме, и шток вместе с клапаном возвращается на место с помощью пружины.

Точность работы термостата достигается за счет состава наполнителя: в зависимости от ингредиентов и их пропорции можно точно подобрать температуру плавления и коэффициент расширения наполнителя. В конечном итоге именно наполнитель влияет на температурный диапазон работы термостата.

Устройство и принцип работы

После пуска силового агрегата часть тепла, образующегося при сгорании топлива, идет на нагрев картера и головки блока. Для обеспечения нормальной смазки и улучшения смесеобразования мотор должен прогреться до 85-105°С (зависит от модели ДВС). Установленный в контуре охлаждения терморегулятор не позволяет хладагенту циркулировать через радиатор. Антифриз ходит по внутреннему кругу, позволяя мотору прогреваться до рабочей температуры за 5-10 минут. По мере прогрева термостат пропускает хладагент в теплообменник машины, охлаждаемый вентилятором.

Принцип работы регулятора основан на температурном расширении жидкого или твердого наполнителя.

Увеличивающийся в объеме материал смещает штангу с клапаном, который распределяет потоки антифриза. В схеме предусмотрены пружины, возвращающие заслонки в исходное положение при снижении температуры жидкости. Элементы конструкции закреплены в корпусе, изготовленном из силумина или термостойкого пластика. На некоторых автомобилях монтируются термостаты без внешней оболочки, установленные в блок цилиндров силовой установки.

Термостаты с твердым наполнителем

Регуляторы с твердым рабочим веществом оснащаются герметичной камерой, заполненной синтетическим воском (церезином). Принцип действия основан на переходе воска при прогреве из твердой фазы в жидкую. Раствор воздействует на эластичную манжету и связанный с ней толкатель. Подвижная штанга связана с тарельчатым клапаном, позволяющим антифризу циркулировать по малому (или внутреннему) кругу или пропускать жидкость в теплообменник для охлаждения.

Для повышения чувствительности к изменению степени нагрева в воск вводят присадки на основе металлической пудры.

Полученный материал отличается стабильным коэффициентом расширения при переходе из твердой фазы в жидкую и обратно. За счет стабилизации параметра температура хладагента поддерживается в допустимом диапазоне.

Термостат с жидкостью

Регулятор с жидким рабочим веществом устроен аналогично конструкции с твердым заполнителем, но раствор находится в герметичном сильфоне. Жидкость состоит из смеси дистиллированной воды и этилового спирта. При температурном расширении в сильфоне возникает избыточное давление. Элемент распрямляется и через связанный с ним шток открывает канал отвода антифриза в бачок теплообменника. Количество жидкости, перекачиваемой в радиатор, зависит от температуры антифриза в блоке цилиндров.

Устройство и принцип работы термостата

Принцип работы автомобильного термостата основан на способности специального термочувствительного элемента переключать поток охлаждающей жидкости в зависимости от её температуры:

1. Пока мотор холодный, термостат находится в закрытом состоянии и жидкость в системе охлаждения движется по малому кругу (только вокруг цилиндров и головки блока).
2. После того, как двигатель нагревается до определенной температуры (обычно в пределах 75 – 95 °C), термостат открывается и охлаждающая жидкость выходит на большой круг (радиатор, помпу и рубашку охлаждения двигателя), тем самым предотвращая перегрев мотора.

Устройство автомобильного термостата не очень сложное, его основными частями являются:

• корпус;
• два входных патрубка (малого и большого круга);
• выходной патрубок;
• термочувствительный элемент;
• основной клапан;
• байпасный (перепускной) клапан малого круга.

Большинство автомобильных термостатов производят из латуни, меди или пластика. Рабочий материал термочувствительного элемента в термостате – технический воск. При нужной температуре он расширяется, давит на основной клапан и открывает его. Так быстро таять воску помогают входящие в его состав порошки меди, графита и алюминия.

Переходя из твердого состояния в жидкое, воск расширяется и своим давлением выталкивает головку, которая открывает клапан, пропуская поток охладителя от термостата к радиатору системы охлаждения двигателя.

Кстати, вы можете самостоятельно провести небольшой эксперимент, который наглядно продемонстрирует работу термостата. Для этого достаточно погрузить термостат в кастрюлю с водой и поставить ее на огонь. По мере нагревания воды клапан термостата откроется приблизительно на 2-3 см.

2. Термоизоляция моторного отсека в т.ч. термоодеялом не ускоряет прогрев двигателя.

Мои друзья спорили о термоизоляции. Один говорил, что термоизоляция моторного отсека (МО) влияет на скорость прогрева двигателя. Другой говорил, что не влияет. Я решил провести эксперимент. Утеплил моторный отсек и поставил жалюзи. В мороз в –25 °С поехал на работу и фиксировал температуру двигателя и МО. Жалюзи были плотно закрыты. На следующий день при той же температуре открыл капот и жалюзи и снова поехал на работу. Также записывал температуру двигателя и моторного отсека. Потом нарисовал графики.

Единственное, в данном вопросе нужно сначала определиться с термином прогрев. Если мы считаем, что прогрев это нагревание до температуры +50 °С ОЖ, то теплоизоляция однозначно не влияет на скорость прогрева. Если всё-таки мы считаем, что прогрев идет до максимальной температуры ОЖ, то выводы следующие:

1. От –25 °С до +50 °С скорость прогрева одинакова и утепление на нее не влияет.

2. От +50 °С до +70 °С скорость прогрева чуть больше с утеплением.

3. От +70 °С до +100 °С скорость прогрева больше с утеплением.

Строго говоря, любая теплоизоляция моторного отсека (в т.ч. теплоодеяло) хорошо работает не в фазе нагрева ДВС, а в фазе остывания, когда она удлиняет остывание МО и двигателя в т.ч. И происходит это благодаря «перекрытию» канала рассеивания тепла конвекцией и излучением.

Закрытый термостат (слева) гоняет жидкость через рубашку охлаждения по малому кругу. Открытый направляет ее к радиатору (справа).

В некоторых современных иномарках термостат управляется электроприводом, получающим команду от блока управления мотором. Это позволяет за несколько секунд значительно поднимать температуру двигателя вплоть до 117 градусов, что необходимо для снижения токсичности выхлопа в режиме холостого хода.

Признаки неисправности

Неполадки термостата проявляются в первую очередь после запуска холодного двигателя (если клапан заклинило в открытом/полуоткрытом состоянии или не полностью закрывается). С исправной системой охлаждения и при нуле градусов «за бортом» он должен прогреваться до рабочей температуры при движении за 5–10 мин. Кстати, если клапан «завис» в полуоткрытом состоянии, мотор может «закипеть» в тяжелых дорожных условиях.

Бескорпусный термостат встраивают в головку блока, корпусный обычно «висит» на патрубках системы охлаждения.

Заклинивший в полностью закрытом положении термостат приведет к перегреву двигателя практически в любом режиме движения, при любой положительной температуре и даже в небольшой мороз.Термостат со стареющим, доживающим последнюю тысячу километров термочувствительным элементом выдает себя все более поздним открытием, поддерживая температуру силового агрегата на все более высоком уровне.

Из-за нарушения температурного режима интенсивно изнашивается двигатель (при перегреве), возможно его заклинивание (при выкипании жидкости) и перерасход топлива (при недостаточном разогреве).

Термостат: виды поломок

Неисправность термостата проявляется в ограничении подвижности клапана. Происходит это из-за «старения» вещества-наполнителя, реже – по причине засорения узла отслоившимися частицами накипи. Клапан может заклинить как в одном из крайних положений, так и в промежуточном.

Случается, что термостат не срабатывает периодически: без видимых причин силовой агрегат вдруг перегревается (или, наоборот, не прогревается), а после полного остывания начинает вести себя как совершенно исправный.Отказ термостата не приводит к немедленному полному отказу двигателя, но это может случиться, если повышение температуры охлаждающей жидкости не будет вовремя замечено и мотор перегреется. С другой стороны, работа непрогретого силового агрегата также сокращает его ресурс и приводит к перерасходу топлива.

Термостат: диагностика

Простейшая проверка термостата проводится на холодном, только что запущенном двигателе. По мере его прогрева верхний (подводящий) патрубок радиатора нагреваться не должен. И только при достижении стрелкой термометра на приборном щитке отметки 60–70 градусов патрубок теплеет.

Один из вариантов более точной диагностики регулятора температуры охлаждающей жидкости (это касается и новых узлов) – на кухне. Вместе с термометром термостат погружают в сосуд – лучше стеклянный, после чего воду в нем начинают нагревать. Момент срабатывания клапана и конец его движения зависят от модели двигателя, и эти данные можно узнать из руководства по ремонту автомобиля или справочной литературы. Полный ход штока клапана обычно составляет 5–8 мм.

Термостат и его работоспособность проверяют с помощью диагностического сканера, подключаемого к ЭБУ двигателя.

Игорь Широкун
Иллюстрации из архива редакции