Термостат двигателя. Устройство, принцип работы и возможные поломки

Про термостат слышали все автомобилисты, но не все видели его вживую — немудрено, ведь он скрыт в недрах системы охлаждения. Что же такое автомобильный термостат? Как он работает и из-за чего выходит из строя? Отвечаем на частые вопросы об этой маленькой, но важной детали двигателя.

Что такое термостат

В общем смысле термостат — устройство для поддержания статичной (постоянной) температуры, что следует из его названия. Термостаты разной конструкции есть во многих приборах и механизмах, от водонагревателей до холодильников. Есть термостат и в автомобильном двигателе внутреннего сгорания (с жидкостным охлаждением, конечно).

В автомобиле термостат регулирует температуру охлаждающей жидкости (антифриза): ускоряет прогрев холодного мотора и обеспечивает отвод тепла от горячего. Так двигатель работает эффективнее и комфортнее для водителя, особенно зимой — без термостата печка почти всё время дула бы холодным воздухом.

Конструкция термостата

Классический термостат представляет собой подвижный клапан, который приходит в движение из-за изменения внешней среды — нагрева или охлаждения антифриза. Для этого в нём есть термоэлемент, заполненный веществом, напоминающим по структуре воск — церезином, с добавлением медного порошка, графита или алюминия для лучшей теплопроводности. При определённой температуре антифриза церезин расширяется, открывая клапан термостата. При остывании мотора церезин сжимается, и термостат вновь закрывается.

Момент начала движения клапана термостата и температура его полного открытия у каждой модели двигателя свои: обычно это 70–95 °С и 90–100 °С соответственно. Температура начала срабатывания указана на корпусе термостата.

Термостат может быть одноклапанным и двухклапанным — последний не только открывает большой круг системы охлаждения, но и одновременно закрывает малый, что важно для правильной циркуляции антифриза. На большинстве современных двигателей используются двухклапанные термостаты. Помимо основных клапанов для антифриза в термостате обычно есть ещё один маленький воздушный клапан — он нужен для удаления воздушных пробок из системы охлаждения.

Как работает термостат

Корпус термостата — это своеобразный тройник системы охлаждения, в центре которого термостат распределяет потоки антифриза. Один из патрубков подводит к нему охлаждающую (и уже охлаждённую) жидкость от основного радиатора, другой служит для перепуска антифриза из двигателя, а третий направляет поток жидкости к водяному насосу (помпе).

При холодном запуске двигателя температура антифриза равна температуре окружающего воздуха, что далеко от нормальной рабочей температуры двигателя (80–90 °С). Чтобы ускорить прогрев, термостат блокирует поток охлаждающей жидкости к радиатору, пуская антифриз по так называемому малому кругу — через рубашку охлаждения двигателя. При повышении температуры жидкости клапан термостата приоткрывается, включая в работу большой круг системы охлаждения с основным радиатором. Пока клапан находится в промежуточном положении, в радиатор направляется лишь часть жидкости, которая затем подмешивается к горячему потоку из малого круга — так термостат поддерживает оптимальную рабочую температуру двигателя.

Когда режима смешивания не хватает для эффективного охлаждения мотора, термостат полностью открывается, исключая из работы малый круг — антифриз начинает циркулировать только через радиатор. И наоборот: при снижении температуры клапан термостата закрывается, вновь пуская охлаждающую жидкость по малому кругу.

Устройство системы охлаждения двигателя

Поддержание оптимальной температуры двигателя важно не столько для эффективной работы печки (хотя её водитель ощущает в первую очередь), сколько для полного сгорания рабочей смеси, снижения токсичности отработанных газов и увеличения ресурса двигателя. На некоторых моторах даже устанавливают несколько термостатов и/или термостаты с электронным управлением, чтобы более точно регулировать температуру в каждом контуре системы охлаждения.

Причины и признаки неисправности термостата

Иногда термостат выходит из строя, попросту заклинивая. Чаще всего это происходит из-за коррозии внутри радиатора, некачественного или старого антифриза: частицы накипи или ржавчины оседают на термоэлементе термостата, из-за чего тот становится нечувствительным к изменению температуры жидкости в системе и перестаёт двигать клапан. Но иногда термостат заклинивает и механически.

Термостат может заклинить в разных положениях: в полностью открытом, закрытом или промежуточном. Если термостат полностью закрыт, антифриз циркулирует только по малому кругу, что вызовет перегрев двигателя практически в любом режиме работы, при этом радиатор останется холодным. Полностью открытый заклинивший термостат тоже нетрудно вычислить: с ним двигатель будет прогреваться очень долго, а зимой даже не достигнет рабочей температуры.

А вот заклинивший в промежуточном положении термостат вычислить непросто. Поэтому, в случае проблем с системой охлаждения, термостат часто меняют превентивно, на всякий случай — просто чтобы исключить его из списка возможных причин. Благо, стоит он недорого.

Другая распространённая проблема — утечка охлаждающей жидкости — связана не с самим термостатом, а с его прокладкой, которая со временем перестаёт обеспечивать герметичность. Если вы меняете термостат, обязательно смените и прокладку, чтобы не пришлось сливать антифриз и разбирать систему охлаждения заново, обнаружив утечку.

Как проверить термостат

Снятый с машины термостат можно проверить в домашних условиях. Для этого его помещают в закипающую воду и смотрят, открывается ли клапан. Выглядит эффектно, но такая проверка, к сожалению, мало что даёт — лишь подтверждение, что термостат сохранил подвижность. Но при какой температуре он открывается? Чтобы тест был действительно полезным, нужно использовать термометр и контролировать температуру воды, сравнивая её с номинальной температурой начала открытия термостата.

Горячий и холодный термостат. Температура открытия

В магазинах можно купить термостат с разной температурой начала открытия: от 76–78 °С (холодный термостат) до 92–95 °С (горячий термостат). Если система охлаждения работает исправно и не создаёт проблем, стоит использовать термостат, идентичный заводскому — как правило, это 82 или 88 °С. Но при необходимости можно регулировать температурный режим двигателя установкой нештатного термостата.

Если двигатель автомобиля изначально очень горячий и склонен к перегреву при нагрузках (например, из-за слишком тесного подкапотного пространства или маленького радиатора), можно немного улучшить его охлаждение, установив термостат с ранним открытием. А если на дворе зима и у вас проблемы с прогревом машины, горячий термостат поможет мотору не терять тепло — в Сибири это популярный зимний тюнинг.

Узнать температуру открытия штатного термостата можно с помощью онлайн-каталога запчастей. Выберите свой автомобиль, найдите на схеме системы охлаждения термостат и посмотрите, какие аналоги предлагает интернет-магазин — у большинства производителей характеристики термостата отражены в артикуле. Другой способ — подбор по снятому образцу: температура открытия клапана указана прямо на корпусе термостата.

Езда без термостата

А можно ли ездить вообще без термостата? Иногда так борются с летними перегревами: полностью демонтируют термостат, принудительно включая большой контур охлаждения в работу. Но делать так не нужно. Вспомните основное назначение термостата: не способствовать охлаждению или нагреву мотора, а обеспечивать его термическую стабильность. Без термостата не будет режима подмешивания охлаждающей жидкости и перекрытия малого круга (что грозит локальными перегревами), нарушится расчётная циркуляция антифриза в системе. А во многих режимах работы двигатель окажется недогретым, что порой не менее вредно, чем перегрев. Пониженная температура двигателя (без термостата он может не нагреться и до 70 °С) негативно влияет на сгорание топливно-воздушной смеси в цилиндрах: мотор зарастает нагаром, выходят из строя свечи, лямбда-зонды, нейтрализаторы выхлопа. Поэтому, если ваш двигатель хронически перегревается, поставьте холодный термостат с ранним открытием, но не удаляйте его из системы полностью. И поищите другие причины перегрева: отказавший электромотор или вискомуфту вентилятора, забитый радиатор или изношенную помпу.

Уделяйте термостату должное внимание: вовремя меняйте его, правильно подбирайте температуру открытия и не забывайте о замене прокладке — это избавит от многих проблем с двигателем.

Всё про термостат системы охлаждения автомобиля

Термостат системы охлаждения – маленькая, но важная деталь, отвечающая за поддержание температуры двигателя. Нормально функционирующий термостат не требует к себе внимания, какого-либо техобслуживания и вообще вмешательства в работу. Зато при его поломке автомобиль придется доставлять на СТО эвакуатором. Это полностью автономное устройство, о котором обычно вспоминают только в случае его выхода из строя.

Назначение термостата

Для двигателя есть строго определенная рабочая температура, обеспечивающая оптимальные условия работы. Как правило, это диапазон от 80 до 97°С, в зависимости от типа двигателя. При более низких температурах не обеспечивается достаточная текучесть моторного масла, а значит, увеличивается его сопротивление при движении поршней. Выше – перегрев двигателя, при котором происходит нештатное расширение тонко подогнанных металлических деталей, усиливается трение, повреждаются поверхности поршней, цилиндров и клапанов.

Система охлаждения и предназначена для поддержания оптимальной температуры: при старте автомобиля требуется быстрый разогрев, а затем, в процессе движения, нужно качественное охлаждение. Регулировку этого процесса и берет на себя термостат, который устанавливается на «развилке» между большим и малым кругом системы охлаждения и управляет направлением потока охлаждающей жидкости.

Пока двигатель не разогрет, термостат перекрывает патрубок к радиатору, направляя охлаждающую жидкость по малому кругу: от рубашки мотора, через термостат, байпасный канал и снова к двигателю. Антифриз не проходит через радиатор и не охлаждается, давая мотору возможность быстрей прогреться.

Движение охлаждающей жидкости по малому контуру во время разогрева двигателя

Когда двигатель прогревается до рабочей температуры, термостат открывает клапан, ведущий к радиатору, и антифриз начинает охлаждаться сам и охлаждать двигатель. В зависимости от температуры антифриза, термостат может закрыть клапан в байпасный канал полностью (когда двигатель нуждается в интенсивном охлаждении) или частично.

Умеренная нагрузка на двигатель: частично открыты оба контура (большой и малый)

Таким образом, термостат в полностью автономном режиме регулирует количество антифриза, поступающего в радиатор охлаждения, чтобы поддерживать температуру двигателя на постоянном рабочем уровне.

Интенсивное охлаждение: байпасный канал полностью закрыт,

вся охлаждающая жидкость проходит через радиатор

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.

Технические характеристики

Принцип действия всех термостатов примерно одинаковый: что для европейских, что для американских, азиатских или отечественных автомобилей. Но некоторые особенности конструкции и технические параметры отличаются, чтобы полностью соответствовать параметрам двигателя и системы охлаждения.

• Температурный режим

В зависимости от того, какая температура нужна для работы двигателя, будет использоваться соответствующий термостат с точно выверенным температурным диапазоном. Как правило, этот показатель пишется на корпусе, а в описании указывается как «температура плавления».

Примеры обозначения рабочей температуры

на корпусе термостата

Чем жарче климат, тем «холодней» должен быть термостат: в условиях сильной жары двигатель прогревается быстро, а радиатор может не обеспечить нормальное охлаждение антифриза. Следовательно, для «Африки» используются термостаты с низкой температурой плавления, а для «Сибири» — с высокой.

• Количество клапанов

В старых автомобилях использовались (и до сих пор используются) одноклапанные термостаты: наиболее простые по конструкции. Более новые модели – двухклапанные, которые используются практически во всех новых машинах.

Одноклапанный (слева) и двухклапанный (справа) термостаты

В двухклапанных моделях верхний и нижний клапан работают синхронно: если один патрубок открыт, другой закрыт.

• Двухступенчатые термостаты

Используются в охлаждающих системах с высоким давлением, в которых требуется преодолевать сильное сопротивление жидкости. В таких термостатах клапан состоит из двух «тарелок»: сначала открывается меньшая, для которой необходимо меньшее усилие, а затем, когда давление падает, открывается основная.

• Корпусные и бескорпусные

В большинстве случаев термостат продается без корпуса: при установке необходимо разобрать место его размещения, вынуть старый и установить новый. Но некоторые производители предлагают уже установленные в распределительный корпус термостаты, которые при установке нужно подключить к соответствующим патрубкам системы охлаждения.

• Дополнительные устройства

На современных автомобилях термостаты могут оснащаться дополнительным термодатчиком и подогревателем, работающим в паре с электронным блоком управления. На средних оборотах двигателя температура охлаждающей жидкости поддерживается на более высоком уровне, а при максимальной нагрузке включается дополнительный подогрев, и термостат срабатывает раньше, что позволяет уменьшить температуру антифриза примерно на 10°С. Такое решение дает заметную экономию топлива.

• Габаритные размеры

Для термостатов имеют значение диаметры малого клапана, «тарелки» и высоты. Для корпусных моделей указываются размеры патрубков, их длина и углы наклона.

• Комплектация

В большинстве случаев термостаты продаются вместе с уплотнительной прокладкой из специальной резины, стойкой к воздействию антифриза.

Неисправности термостата: признаки, причины, последствия

Поскольку устройство термостата достаточно простое и не подвергается интенсивным механическим нагрузкам, проработать он может достаточно долго. Причин поломки может быть несколько:

• Накипь на штоке, коррозия на металлических частях. Как правило, отложения в системе охлаждения появляются из-за некачественного антифриза и несвоевременной его замены. Накипь на деталях термостата затрудняет движение штока и клапанов, после чего термостат перестает правильно реагировать на изменение температуры ОЖ;

• Разрушение от вибрации. Чаще такая неприятность случается с бракованными или некачественными изделиями, в которых недостаточно завальцованы стыки и соединения. Если медный цилиндр недостаточно загерметизирован, внутрь попадает охлаждающая жидкость и препятствует работе термостата;
• Разрушение резинового уплотнителя из-за высокой температуры. Перегрев может вывести из строя уже «подуставшую» резину, после чего в ней образуются трещины и протечки. Мембрана внутри рабочей части (между восковым наполнителем и штоком) также страдает от перегрева.

При поломке термостат начинает хуже откликаться на изменения температуры, а затем и заклинивает. Клапаны термостата могут перекрыть патрубок, ведущий к радиатору или к байпасному каналу, либо могут остановиться в среднем положении.

Признаки неисправности:

• Двигатель долго греется – открыт патрубок к радиатору, антифриз охлаждается, не давая мотору прогреться;
• Двигатель перегревается (стрелка в красной зоне) – антифриз не попадает к радиатору;
• Двигатель греется дольше обычного, а при нагрузке резко повышается температура – клапаны заклинило в среднем положении, часть охлаждающей жидкости постоянно проходит через радиатор, но при интенсивном движении этого охлаждения недостаточно;
• Также косвенными признаками поломки термостата может быть неработающее отопление салона («печка» дует холодным воздухом), повышенный расход топлива, ухудшение динамики двигателя.

Самым тяжелым последствием отказа термостата будет перегрев двигателя: в жару достаточно нескольких минут, чтобы привести мотор в аварийное состояние. Но и езда с недостаточно прогретым мотором сказывается на его ресурсе: увеличивается износ деталей, неэффективно работает моторное масло.

Как проверить термостат?

Проверить работу термостата можно самостоятельно. Для этого отслеживается работа системы охлаждения, то есть переход антифриза по большому и малому контуру в зависимости от температуры двигателя.

1. Завести мотор. До того как он прогреется до рабочей температуры, антифриз не должен поступать в радиатор. Следовательно, патрубок, ведущий к радиатору должен быть холодным. Если он теплый – антифриз поступает в радиатор раньше времени;

2. Когда мотор прогреется, охлаждающая жидкость должна идти в радиатор, патрубок должен быть теплым. Мотор прогрет, а антифриз в радиатор не идет – перекрыт клапан;

3. Если двигатель хорошо прогрет (почти до красной зоны), антифриз не должен поступать в байпасный патрубок, а весь проходить через радиатор охлаждения. Соответственно патрубок к радиатору будет горячим, а байпасный – холодным.

Еще один способ проверки, который рекомендуют автолюбители старой школы – демонтаж термостата и проверка его в горячей воде. Конечно, при желании можно и так оценить работу устройства, только понадобится отслеживать температуру открытия клапанов. Но если возникают нарекания на работу термостата, лучше его просто заменить.

О том, как выбрать новый термостат на замену старому, читайте наш «Гид покупателя».

Описание термостата двигателя

— saVRee

Введение

Термостаты регулируют температуру охлаждающей воды двигателя ( воды рубашки охлаждения ) при работающем двигателе. Термостат позволяет двигателю быстро прогреваться в холодном состоянии и поддерживать заданную температуру после ее достижения. Термостаты устанавливаются на многие двигатели внутреннего сгорания с водяным охлаждением , оба четырехтактные и два удара .

Термостат двигателя

Компоненты термостата

Главный клапан / первичный клапан

главный клапан водяного охлаждения двигателя 90-30 0 управляет потоком 90.0040 радиатора 0. По мере повышения температуры охлаждающей воды клапан постепенно открывается и подает больше охлаждающей воды в радиатор, где она охлаждается.

Компоненты термостата двигателя

Перепускной клапан/вторичный клапан

Когда перепускной клапан открыт, охлаждающая вода обходит радиатор двигателя и циркулирует по замкнутому контуру. По мере повышения температуры охлаждающей жидкости двигателя перепускной клапан начинает закрываться, и охлаждающая вода направляется в сторону радиатора. Двигатель быстро перегревался бы, если бы охлаждающая вода не отводилась на радиатор для охлаждения.

Зарядный цилиндр

зарядный цилиндр заполнен воском , который начинает плавиться (переход из твердого состояния в жидкое состояние ) по мере повышения температуры охлаждающей воды двигателя. Расплавление парафина приводит к закрытию перепускного клапана и открытию основного клапана; это приводит к тому, что охлаждающая вода направляется к радиатору. Когда температура охлаждающей жидкости ниже, т. е. когда двигатель холодный, парафин находится в твердом состоянии и перепускной клапан радиатора открыт.

Уплотнение/прокладка

Уплотнение используется для предотвращения любого нежелательного потока через главный клапан термостата. Седло, на котором сидит уплотнение, должно быть чистым, чтобы уплотнение функционировало правильно.

Пружина

Пружина возвращает главный клапан в закрытое положение, когда температура охлаждающей воды падает ниже определенного значения.

Вспомогательная пружина

По мере снижения температуры системы охлаждающей воды состояние воска зарядного цилиндра изменяется и шток сжимается в зарядном цилиндре. Вспомогательная пружина позволяет стержню втягиваться в определенную точку, после чего остаточное напряжение пружины предотвращает дальнейшее втягивание стержня.

Воздухоотводчик

Воздухоотводчик используется для удаления воздуха ( воздухоотводчик ) из системы водяного охлаждения. При установке термостата необходимо убедиться, что воздуховыпускное отверстие повернуто в максимально возможное положение, так как именно здесь будет собираться воздух. Не все термостаты имеют выпуск воздуха.

Приведенное ниже видео представляет собой отрывок из нашего онлайн-видеокурса «Основы двигателя внутреннего сгорания» .

Термостат состоит из первичного клапана , вторичного клапана (перепускного клапана) , уплотнения , пружины и цилиндра заряда . Загрузочный цилиндр заполнен воском с заданной температурой плавления (точка, при которой парафин переходит из твердого состояния в жидкое). Воск меняет состояние с твердого на жидкое приблизительно при 80°C в большинстве водяных систем охлаждения двигателя.

После изменения состояния внутри зарядного цилиндра жидкий парафин занимает больше места, чем когда он был в твердом состоянии. Стержень , вставленный в зарядный цилиндр, выталкивается наружу линейно, так как больше нет места для стержня внутри зарядного цилиндра. Шток закрывает перепускной клапан и в то же время открывает главный клапан. Таким образом, температура двигателя регулирует движение штока и, следовательно, количество охлаждающей воды, подаваемой на радиатор или в обход радиатора.

Автомобильный радиатор

Термостат имеет конструкцию с пропорциональным откликом . Температура охлаждающей воды определяет, насколько термостат открывается или закрывается, и направляется ли охлаждающая вода в радиатор или в обход радиатора; это фактически петля обратной связи .

Температура горячей охлаждающей воды (>80°C) = Охлаждающая вода направляется в радиатор.

Температура холодной охлаждающей воды (