Автомобильный термостат — устройство и принципы работы

Термостат – неотъемлемая часть системы охлаждения автомобиля. Он выполняет две функции: помогает двигателю быстрее прогреваться до оптимальной температуры, а также предотвращает его перегрев. Поговорим более подробно, какое устройство имеет термостат, для чего он нужен, как работает, каких типов бывает и какие неисправности могут возникнуть в этом узле.

Устройство и принцип работы автомобильного термостата

Поскольку конфигураций двигателей и, соответственно, систем охлаждения достаточно много, то и место установки термостата может быть разным. Как правило, он монтируется во входном трубопроводе насоса системы охлаждения или на выходной магистрали головки блока цилиндров. В системе охлаждения двигателя предусмотрено два круга, по которым циркулирует рабочая жидкость, снижая его температуру. Малый круг включает в себя головку блока цилиндров, сами цилиндры и радиатор печки, а большой — всю систему с радиатором. Главной задачей термостата является блокирование процесса охлаждения двигателя (циркуляции охлаждающей жидкости по большому кругу), если температура последнего ниже рабочего уровня.

Устройство термостата

Конструкция типового автомобильного термостата состоит из следующих элементов:

• Корпус. Он имеет три патрубка для подключения в систему охлаждения: входной (впуск рабочей жидкости от радиатора), входной от двигателя (из головки блока цилиндров или печки) и выходной (подачи на насос).
• Цилиндр, внутри которого находится термочувствительный элемент.
• Термочувствительный элемент. Он может быть жидким (смесь воды и спирта) или твердым (из технического воска, в состав которого входят порошковая медь, алюминий и графит).
• Шток (поршень) — располагается внутри цилиндра.
• Клапан малого круга — перепускной клапан, поддерживающий заданный уровень давления в системе.
• Клапан большого круга (основной). Он представляет собой металлическую тарелку, которая открывает и закрывает путь по большому контуру.
• Пружины, запирающие клапаны большого и малого кругов.

В момент пуска двигателя термостат находится в закрытом положении. Проходя по малому кругу, охлаждающая жидкость выходит из блока цилиндров и вновь возвращается в него. Отсутствие охлаждения во всей системе позволяет двигателю быстрее прогреваться до рабочей температуры. Когда температура блока цилиндров повышается и нагревает охлаждающую жидкость до уровня 80-90°С, термочувствительный элемент реагирует (воск расплавляется и увеличивается в объеме, оказывая воздействие на шток) и сдвигает тарелку, открывая доступ к большому кругу.

Если охлаждающая жидкость будет сразу циркулировать в большом контуре, прогрев двигателя станет более длительным, а в условиях пониженных температур окружающей среды может совсем не произойти.

На заметку автомобилистам. Двигатель прогреется значительно быстрее, если выключить печку. Потом ее можно будет снова включить.

Открытие клапана происходит постепенно, что позволяет с ростом температуры увеличивать количество охлаждающей жидкости, поступающей на радиатор. Максимальное открытие клапана достигается при температуре 95-105°С. Если происходит излишнее охлаждение двигателя, термочувствительный элемент начинает реагировать в обратную сторону, закрывая клапан и снижая количество рабочей жидкости, попадающей в большой контур.

Схема термостата ВАЗ 2107, 2114, 2115

Устройство термостатов

Устройство термостата просто, как всё гениальное:

1. 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;
2. В цилиндр с наполнителем вставлен металлический шток, и вся конструкция герметически закрыта;
3. По обе стороны от цилиндра со штоком находятся два плоских клапана: для большого (основной клапан) и малого контуров системы охлаждения;
4. 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.

1. В «холодном» состоянии, то есть когда двигатель только стартовал и еще не прогрелся до рабочей температуры, основной клапан перекрывает поток антифриза к радиатору охлаждения, при этом малый клапан открыт и направляет охлаждающую жидкость по малому кругу (от двигателя через помпу снова к двигателю). Таким образом, он не дает антифризу остывать и двигатель прогревается быстрее.
2. Когда температура повышается, нагревается восковое вещество в цилиндре. При этом оно расширяется и выталкивает шток (на высоту примерно 2 см). Поднимается шток, и основной клапан открывает поток антифриза к радиатору. Чем сильней нагрета охлаждающая жидкость, тем выше поднимается клапан, тем больший поток идет на радиатор охлаждения.
3. Когда антифриз достаточно гарячий, закрывается канал к малому кругу охлаждения (он же байпасный канал), и весь поток антифриза проходит через радиатор.
4. Как только жидкость охлаждается, падает ниже рабочей отметки, термочувствительное вещество тоже охлаждается, сжимается, шток немного опускается под действием пружины, и клапан уменьшает проток на радиатор охлаждения.

   Малый и большой круг циркуляции

1 — радиатор; 2 — патрубок охлаждающей жидкости, который идет в термостат; 3 — расширительный бачок; 4 — термостат; 5 — помпа (насос); 6 — двигатель; 7 — головки блока цилиндров двигателя; 8 — радиатор печки с вентилятором; 9 — кран печки; 10 — сливная пробка с двигателя; 11 — сливная пробка с радиатора.

Таким образом, принцип работы заключается в совершенно автономном регулировании и поддерживании температуры двигателя. Чувствительность к перепадам t обеспечивается составом наполнителя, который производители разрабатывают в своих супер-лабораториях и держат в секрете от конкурентов. Так же точно регулируется и температура открывания клапана… Но об этом позже.

Наглядное видео принципа работы системы охлаждения и термостата

Как правильно определить, что устройство находится в рабочем состоянии?

Разогреваем двигатель до такой температуры, чтобы стрелка не достигала критического показателя, и выключаем его. Открываем капот, находим шланг сверху радиатора (резиновый шланг чёрного цвета, имеющий на конце металлический хомут) и такой же снизу. Затем очень аккуратно, они могут быть достаточно горячими, дотрагиваемся до них. Если один из них стал горячим, а другой по-прежнему холодный, и при этом датчик показывает высокую температуру двигателя, то это значит, что, скорее всего жидкость не попадает в двигатель, а задерживается в радиаторе, и нужно менять термостат на новый.

Существует и ещё один способ проверки, больше известный как «народный». Он перекликается с тем «экспериментом», который был описан выше, для наблюдения процесса работы термостата, только в этот раз Вам придётся положить в ёмкость с водой термостат, в работоспособности которого Вы сомневаетесь, снятый с вашего автомобиля, а дальше процедура повторяется, по мере того как вода будет доходить до температуры 87–90 градусов клапан должен открыться, однако, если этого не произошло, то термостат уже непригодный для работы. Ещё стоит помнить, что у разных термостатов показатель критической температуры открывания клапана может быть разный, поэтому при покупке нового уточните это у продавца. Поскольку для водителя не секрет, что ставить в авто термостат, имеющий высокую температуру открывания клапана нельзя — двигатель не будет охлаждаться.

Видео, проверка термостата ВАЗ 2101-2107 и Tama (Toyota):

Виды термостатов для автомобиля

Термостаты бывают нескольких видов.

В зависимости от количества клапанов устройства делят на две разновидности.

• Одноклапанный. Классическая конструкция, которая включает в себя всего один клапан.
• Двухклапанный. Более современный тип устройства, который имеет 2 клапана. Один закрывает большой круг, а второй – малый. Обеспечивает более эффективное распределение охлаждающей жидкости.

В зависимости от принципа работы термостаты делят на следующие виды.

• Механический. Имеет механический термочувствительный элемент.
• Электронный. В качестве термочувствительного элемента использует терморезистор, который изменяет сопротивление при повышении или понижении температуры. Элемент подключен к автомобильному блоку управления (или к отдельному термореле). Он считывает сопротивление и в зависимости от его величины увеличивает или уменьшает ток охлаждающей жидкости между мотором и радиатором.

В зависимости от возможности вмешательства водителя в работу устройства термостат может быть:

• неуправляемый – контролировать функционирование прибора невозможно;
• управляемый – электронное устройство, работу которого можно настраивать с помощью электронного блока управления машины.

Также выделяют двухступенчатые термостаты. По сути, они представляют собой разновидность одноклапанных. Однако клапан в них усилен вторым элементом (по сути – вторым клапаном). При этом запирание каждого контура по отдельности, как в двухклапанных устройствах, отсутствует. Двухступенчатые приборы предназначены для использования в авто, в системе охлаждения которых поддерживается высокое давление, так как они отличаются большей степенью прочности и надежности.

термостат для автомобиля

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).

ВИДЫ

• Двухклапанный. Именно принцип работы двухклапанного термостата был рассмотрен выше. Такой вид термочувствительных клапанов популярен у производителей отечественной грузовой и легковой техники.
• Одноклапанный. Имеет наиболее простую конструкцию, в которой не предусмотрен перепускной клапан. Именно такой вид чаще всего можно встретить на авто иностранного производства.
• Одноклапанный двухступенчатый. Из-за высокого давления в контуре охлаждения некоторых двигателей клапану достаточно сложно открыться, что увеличивает инерционность при срабатывании. Для лучшей работы конструкция одноклапанного двухступенчатого термостата предполагает наличие двух тарелок разных размеров. Первоначально открывается малая тарелка, освобождая доступ небольшой части потока охлаждающей жидкости, после чего открывается основная тарелка.

Как проверить термостат

Проверять термостат необходимо в следующих случаях:

• двигатель очень медленно прогревается;
• мотор быстро перегревается.

Это может говорить о неисправности устройства.

Проверку можно провести, не отсоединяя прибор. Для этого потребуется выполнить следующие действия – термостат будет установлен на своем месте.

• Открыть капот.
• Запустить двигатель и дать ему поработать на холостом ходу 3 – 4 минуты. Важно, чтобы перед запуском мотор был холодным.
• Потрогать рукой патрубок около радиатора. Если он холодный, это означает, что циркуляция по малому кругу проходит нормально.
• Дать двигателю хорошо прогреться, а затем потрогать второй подводящий патрубок, который отвечает за движение жидкости по основному контуру. При нормальном функционировании прибора к этому времени он должен открыться и начать охлаждение основного круга. Следовательно, при исправном термодатчике он должен быть холодным.

Если в ходе проверки выяснилось, что патрубки горячие, это говорит о неисправности.

Есть и другой вариант исследования устройства, со снятием. Вот какие действия для него потребуется выполнить:

• полностью слить антифриз из системы охлаждения транспортного средства;
• демонтировать термостат;
• поместить его в кастрюлю с водой и довести ее до кипения;
• вытащить прибор пинцетом или другим приспособлением и посмотреть на просвет.

В нормальном состоянии после кипячения узла клапан должен быть открыт – это означает, что прибор выполняет свои функции правильно. Если деталь неисправна, он будет полуоткрыт или закрыт.

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.

Неисправности термостата

Ниже представлены наиболее распространенные неисправности термостатирующего устройства авто.

• Нарушение работы клапана малого круга. Проблема актуальна для двухклапанных устройств. В результате износа или поломки клапан плохо закрывается или не закрывается совсем. В результате антифриз циркулирует только по большому кругу и двигатель очень плохо прогревается.
• Клин клапана. При такой неисправности заслонка постоянно находится в закрытом или полузакрытом состоянии и не приходит в движение под воздействием термочувствительного элемента. В результате мотор перегревается.
• Поломка термочувствительного элемента. При этой неисправности термоэлемент перестает реагировать на изменения температуры или реагирует на них в недостаточной степени. Из-за этого заслонки клапанов открываются меньше, чем необходимо. Это приводит к перегреву. При поломке термоэлемента возможно и другое нехарактерное «поведение» термостата. Например, заслонки могут открыться раньше времени, что приведет к медленному прогреву мотора.

Еще одна распространенная неисправность – протечка термостата. Как правило, она возникает из-за разрушения прокладок между элементами корпуса прибора. А оно, в свою очередь, чаще всего происходит по причине попадания масла в охлаждающую жидкость (оно попросту растворяет прокладки).

Часто неисправности возникают из-за механических повреждений клапанов. Обычно они связаны с большой нагрузкой из-за высокого давления жидкости.

Подведем итоги

Термостат – это элемент системы охлаждения авто. Его назначение – предотвращать перегрев и не допускать слишком медленного прогрева мотора. Таким образом, он служит своего рода предохранителем. У разных моделей машин – разные технические характеристики термостатов. Но схема работы везде одна – прибор реагирует на повышение или понижение температуры и изменяет интенсивность движения антифриза. Также термостат применяют в АКПП, где тоже требуется охлаждение.

Как определить наличие поломки?

Первичная диагностика термостата проводится на автомобиле. После запуска двигателя проверяется температура патрубков, идущих к радиатору (рукой или датчиком, установленным на цифровом мультиметре). После прогрева мотора необходимо проконтролировать степень нагрева рукавов, идущих к радиатору. При исправном термостате шланги должны нагреваться равномерно. Методика позволяет определить заклинивание штока и тарелки клапана. Проверяется также отсутствие трещин в корпусных деталях регулятора.

Дополнительное тестирование предусматривает снятие регулятора с машины. Из системы охлаждения сливается антифриз, резиновые патрубки удерживаются на корпусе термостата винтовыми или пружинными хомутами (зависит от производителя автомобиля). Демонтированный элемент нужен для погружения в емкость с водой, которая устанавливается на газовую или электрическую плиту. Для проверки степени нагрева жидкости применяется градусник или электронный термометр.

При прогреве воды до 90°С и выше в исправном термостате клапан должен открываться. Процесс открытия контролируется визуально: если тарелка остается неподвижной, то регулятор необходимо заменить на устройство с идентичными рабочими характеристиками. Методика визуальной проверки не отличается высокой точностью, поскольку невозможно отследить связь между положением клапана и степенью нагрева. От данного параметра зависят корректность прогрева силового агрегата и поддержание заданной температуры.

Цена детали и ремонта

Большинство автосервисов рекомендуют заменять термостат раз в 3-5 лет, не дожидаясь возникновения проблем. Удобнее всего это делать вместе с диагностикой системы охлаждения или заменой ОЖ. Стоимость данных работ невысока, все упирается в положение детали под капотом и производителя автомобиля.

Авторынок отвечает на спрос широким ассортиментом как универсальных, рассчитанных практически на любой мотор, так и на индивидуальный, экземпляров. Отечественное производство будет на порядок дешевле импортных аналогов. Например, стоимость российского узла для ВАЗ будет составлять около 300 рублей. В то время, как зарубежный прибор имеет цену от 600 рублей и выше.

Диагностика термостата в домашних условиях

Для оценки работоспособности можно воспользоваться способом народных умельцев. Следует нагреть воду до степени кипения и опустить в нее термостат, а после визуально проследить за клапаном. Работоспособность нагревателя определяется тем, откроется ли клапан. Если это происходит, то деталь рабочая, в противном случае термостат требует замены. Такой метод проверки работоспособности предусматривает полное извлечение устройства и является трудоемким. Рассматриваемая конструкция термостата не подлежит починке, а потому требуется полная его замена.

Производя работы по его замене, необходимо помнить, что производителем выпускаются термостаты с различными температурными режимами открытия пропускного клапана. Этим, собственно, обусловлена необходимость подбора термостата с таким температурным режимом открытия клапана, который обеспечивал бы своевременную пропускную способность охлаждающей жидкости, предотвращая перегревание мотора.

Причина поломок, методы решения

В 99 процентах причина неисправности заключатся в термоэлементе. В первом во втором случае воск могло вымыть из-за пробоя и разгерметизации камеры (либо он засох из-за времени). В третьем производитель просто не доложил термоэлемент в полном объеме либо установил некачественную пружину. Но в любом случае, единственный способ решения проблемы – это покупка и установка нового термостата. Элемент неразборной и меняется целиком. Да и стоимость его не слишком велика, чтобы принимать меры по ремонту.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет)