Для чего предназначен холодный термостат

О холодных термостатах. Что такое хорошо, и что такое плохо.

Ребята, умоляю, перед прочтением этой статьи, возьмите себя в руки, и хотя бы частично переварите прочитанное, перед тем как на правах диванных экспертов бросаться в комментарии, пытаясь защитить концерн BMW AG и инженерную мысль. Есть, что высказать по делу и с техническими аргументами — добро пожаловать.
Если вкратце о том, что же меня сподвигло — общая туманность этой темы. Народ разбился на два лагеря, условные названия которых "инженерам виднее" и "включаю собственную голову". И самое печальное, что наше комьюнити ведь далеко не самое плохое, среди владельцев е38 не так много быдла, у кого настолько мало ума, кто купил е38 в честь лихих 90х и считает себя крутым бандосом после просмотра к/ф "Бумер". У нас на драйве прилично ребят, кто не откажет тому, кому нужна помощь советом, или делом. И обидно, когда люди путаются в том, что такое хорошо, и что такое плохо. Давайте начинать. Здесь я не буду философствовать о вечном, с моей стороны будут только технические аргументы, которые имеют самое непосредственное отношение к этой теме. Я буду подробно останавливаться на многих вопросах, которые могут, на первый взгляд, иметь косвенное отношение к теме заголовка. Но они необходимы для того, чтобы понять причины. Ведь холодный термостат — это следствие.
Чтиво будет не самое легкое и увлекательное, но я и не претендую писать всякий бред с целью засветиться на главной странице драйва с хрен пойми чем, лишь бы ставили лойсы и подписывались на мой канал.
Приятного прочтения.

Всем привет.
Признаться, я не очень хочу разжевывать понятные, вроде, вещи, но уж больно насущной стала проблема. У нас начинается лето, температура растет, нам становится комфортнее, чего не скажешь о наших автомобилях. Вот несколько на то причин.
-Учащение процессов конденсации и испарения влаги внутри полостей (внутренняя часть дверей, полость фар, фонарей, пороги и тд).
-Ускорение процессов окисления (температура как катализатор).
-Частичное снижение мощности (включенный кондиционер а также снижение плотности всасываемого воздуха).
-Повышенная нагрузка на двигатель ввиду меньшего интервала температур (речь о системе температура двигателя-температура окружающей среды).

Как следует из названия темы, более подробно я остановлюсь на последнем.
Почему же двигателю тяжело именно летом? А потому, что по законам термодинамики (раздел называется "теплообмен"), чем меньше интервал температур, тем медленнее идет теплообмен. А у двигателя есть свои режимы, в которых достигается оптимальная работа. Остановимся чуть подробнее на этих пунктах.
Во-первых, давайте расставим точки над "и" в понятии "температура двигателя".

Глава I. Температура двигателя.

Абсолютное большинство считает, что речь идет о стрелке на приборке. Это не так. Ребята, это температура "охлаждающей жидкости в контуре". Температура двигателя — это температура его рабочих частей. В первую очередь, нас интересует температура поршня и рабочей поверхности цилиндра. Так вот эта температура уже через две минуты работы двигателя достигает 250 градусов на боковой части, и 300 градусов на поверхности поршня. Дабы не голословить, прикладываю термограмму вышедшего на режим поршня.

Рабочая температура стенок цилиндра колеблется от 100 градусов ближе к коленвалу, до 150 градусов ближе к верхней части.
Также, под рабочей температурой понимается температура коленвала, шатуна и остальных деталей, работа которых рассчитана на усадку в зазорах, которая обеспечивается температурным расширением.
Поршни наши делаются методом отливки, либо ковки, если это афтермаркет с замашками на форсирование, и состоят из силумина. 250-300 градусов их рабочая температура, при которой они себя нормально чувствуют. В точках перегрева она доходит до 350, что нормально, но не то, чтобы желательно. После 450 градусов они начинают размягчаться, что неизбежно приведет к выходу двигателя из строя. Точка плавления силумина находится в районе 580 градусах, и при достижении значения температуры в районе 470 градусов — в точке локального перегрева поршень повреждается ввиду высокого рабочего давления в цилиндре, которое является достаточным для деформации поршня. Такое явление наблюдалось в моем м52, который мне достался с первым поршнем, стекшим в поддон от перегрева.
Те, кто более-менее понимает процессы внутри двигателя, знает, что температура газов, остающихся после сгорания бензина переваливает далеко за тысячу, и даже за две в зависимости от октанового числа и пакета присадок бензина, которым мы пользуется. И если стенки цилиндра у нас почти полностью омываются охлаждающей жидкостью, которая помогает им справляться с такими условиями эксплуатации, то вот у поршней доля куда более тяжкая. 30% от их охлаждения берут на себя маслофорсунки (если они исправны и их струя настроена правильно), которые поливают днище поршня в тот момент, когда он уходит в НМТ, тем самым смазывая палец и его рабочую втулку, и охлаждая поршень. И то, происходит это только при достижении определенных оборотов, когда маслонасос качает давление, достаточное для открытия шарикового клапана в маслофорсунке. Почему так мало? А потому, что у поршня есть жаровой пояс, который достаточно толстый. Сделан он таким для обеспечения надежности работы при такой высокой температуре и давлении в камере сгорания. Посему теплопроводностью он не блещет, тем более, что масла на него подается всего ничего. Плюс ко всему, свою порцию масла от получает только приблизительно 120 градусов из 360 грудсов от поворота.
Остальные же 70% охлаждения приходятся на кольца. Я уже чувствую, как бомбит у наших экспертов и ведущих инженеров, которые уже выкрикивают "ты чо дурак штоле?" и рвутся к клавиатурам вершить правосудие. Так вот реально положение дел таково, что через полный контакт группы поршень-кольца-стенка цилиндра действительно происходит бОльшая часть его охлаждения ввиду непрерывного омывания стенки цилиндра прохладной (относительно рабочей температуры поршня) охлаждающей жидкостью, а также при том, что связка поршень-кольца-стенка находятся в непрерывном контакте в любом положении поршня, как в ВМТ, так и в НМТ, ровно так, как и стенка омывается по всей вертикали ее расположения в блоке (за исключением промежутков между цилиндрами, там она не протекает, ввиду чего у нас неполное омывание цилиндров, к сожалению). Плюс ко всему, охлаждающая жидкость у нас циркулирует, забирая тепло и отправляясь к радиатору, чтобы отдать его атмосфере, в то время как масло у нас особо деть его никуда не может, и еле-еле распределяет его в картере, когда стекает с поршня, не говоря уже про то, что коэффициент теплообмена у масла достаточно посредственный, плюс высокая удельная теплоемкость.
Внимательный читатель уже чувствует, как плавно я подбираюсь к важности температуры охлаждающей жидкости для, казалось бы, абсолютно другого процесса, именуемого "сгорание бензина".
Напомню закономерность. Чем выше интервал температур — тем быстрее протекает теплообмен. Рабочая температура масла в двигателе у нас в районе 120 градусов. Желательно сделать ее поменьше, градусов 80 для более эффективного теплообмена, снижения деградации и разваливания масляной структуры. Кто скажет, что типа холодное и будут задиры — вперед в любую лабораторию, где исследуют рабочие характеристики масла (качество задержания, проникающая способность, прочность масляной пленки и тд). Но сейчас не об этом.
Средняя поддерживаемая штатно температура охлаждающей жидкости лежит от 95 до 107 градусов в зависимости от модификации нашей е38. Термостаты открываются при 92 и 105 градусах соответственно. Это, бесспорно много. Вспоминаем то правило термодинамики, которое я пытаюсь до вас донести. Чем прохладнее будет охлаждайка, тем менее нагруженным будет двигатель, тем дольше он проработает без снижения характеристик.
Теперь подбираемся к очень похожей на кудахтанье фразе "инженерам виднее, они не глупые люди". Бесспорно, не глупые. Проблема вся в том, что у них были, во-первых, связаны руки потому, что они исполняли ТЗ (техническое задание), во-вторых, никто перед ними не ставил цели создать "вечный двигатель", на корню похоронив маркетинг. В-третьих, уже в 90ом году были проведены испытания, по результатам которых была выявлена бОльшая экологичность (меньше выбросов) при бОльших температурах. У меня затерялись результаты этих исследований, но разница в объеме выбросов была что-то в районе 10%, когда подняли температуру охлаждайки с 82 до 95 градусов. Целых 10%. Вау-вау. Зато вот ресурс упал на куда более значительную величину, как и мощность двигателя. В конечном счете, ТЗ было исполнено, подтверждено соответствие экологическим стандартам, проведены предварительные испытания, которые закончились добром на начало производства, после чего, собственно, оно и началось.
К примеру, некоторые м30 запросто проезжали миллион (!) километров без ребилда. Сразу же к народным аргументам.
-Там же чугуниевый блок!
Дальше что? У вас часто блоки прогорают, или что? 🙂
-У чугуна с кольцами коэффициент трения меньше, что ведет к пониженному износу!
Тот, кто говорит такое, просто бредит наяву. Рабочая стенка цилиндра силуминового блока с покрытием алюсил, например, даже в сухом виде настолько скользкая, что ее отверткой-то поцарапать ой как непросто. И кольцо по такой поверхности скользит куда лучше, что логично. Особо отмороженных прошу мне показать исследования, либо тесты, которые показали иные результаты. Если бы блоки у нас силуминовые проходили расточку ввиду эллиптической выработки в три раза чаще, чем менялись кольца, я бы еще в это поверил, а так как у нас проточка блока проходит зачастую реже, чем замена колец — это просто смешно и нелепо.
-Раньше двигатели делали лучше.
Нууу, объективно тут есть правда, но лишь часть. Сравним м30 и м52, например. У обоих кованные коленвалы, у обоих кованные шатуны, у обоих поршни без усиливающих вставок, у обоих неполное омывание цилиндров. Разница между ними состоит в материале блока (что, ровным счетом, вообще ничего не значит), системе ГРМ, архитектуры камеры сгорания, и температуре открытия термостата. Совпадение?
Кстати, более низкая удельная теплопроводность чугуна у нас вообще никак не роляла, это при всем при том, у м30 заметно меньше основной радиатор. Был там косяк с тем, что датчик температуры находился в самом конце цикла, и когда стрелка начинала падать — это уже значило, что настала полная жопа. Но это лирическое отступление.
К еще одному аргументу касательно разности ресурсов м52 и м30 можно отнести бОльшую степень сжатия у м52. От этого у нас не гнет клапана, не выпиливает направляйки и тд, но это, бесспорно ведет к повышенному тепловыделению при сгорании бензина. А у нас, при всем при этом, еще выше задрали предел открытия большого контура. Такой вот подход в современных реалиях.
Вот мы и подобрались к концу первой, самой тяжкой главы. Резюмируя вышесказанное: чем больше интервал температур — тем быстрее теплообмен. Чем быстрее теплообмен — тем более низкая рабочая температура деталей двигателя. Чем ниже рабочая температура деталей двигателя — тем ниже их нагруженность. Чем ниже нагрузка на детали — тем выше ресурс. Все просто. И не надо язвить типа ну налей азота, пусть остынет. Кстати, в автоспорте применяется такое явление, как создание двойного контура вокруг радиатора и интеркулера. Суть такая, что вокруг них формируется емкость, куда накидывается лед, позволяя снизить температуру охлаждайки/воздуха, тем самым упростив себе жизнь.

Глава II. Рабочее давление в системе охлаждения.

Законы физики у нас таковы, что трактуют зависимость объема от температуры. Чем выше температура — тем ниже плотность. Как следствие, больше занимаемый объем. Хоть жидкости у нас не особо работают на расширение и сжатие, но все же работают. И это становится заметно при значительных объемах оных в наших двигателях, радиаторе, и прочих элементах контура. Инженеры не глупые люди, и, зная это явление, оставили в расширительном бачке место для работы на расширение, и рекомендуют заливать антифриз до отметки KALT.
Здесь вот еще какой нюанс есть. Далеко не везде используется безводный антифриз, и далеко не в каждом антифризе весь состав содержится в виде устойчивого комплекса, который не разваливается при высокой температуре. Частицы воды, а также частицы составляющих пакета присадок, зачастую оказываются на границе раздела фаз "жидкость-газ", вследствие чего начинают "парить" (не вскипать!). От этого растет объем, следственно, растет давление. В качестве предохранителя у нас пробка с клапаном на 2 бар для бензиновых двигателей, на 1.4 бар на дизельных. К счастью, вода у нас при рабочем давлении не закипает при 100 градусах, как в чайнике, и жести с диким расширением и полным коллапсом системы у нас не происходит при штатных параметрах системы охлаждения.
Так вот, нашему пластику (фланцы радиатора, корпуса термостатов у м52, например), резиновым патрубкам, а также тонкостенным радиаторам в целом, это давление с температурой — не пришей кобыле хвост. Полимеру, из которого состоит пластик, и каучуку, из которого сделаны патрубки, хорошо при 20-30 градусах, вообще прекрасно. Конечно, они рассчитаны на работу при 100 градусах и 2 бар давления, но это означает лишь то, что они могут. Насколько долго — другой вопрос. И чем ниже эта температура и давление (в пределах разумного) — тем дольше они прослужат, и тем ниже вероятность аварийного выхода их строя. Конечно, все мы не настолько бичи, что не можем позволить себе новый патрубок за 700р. Я вот купил себе комплект силикона, цена которого превосходит эту сумму в более, чем 10 раз. Речь о том, что это запланированная замена. Многие из нашего комьюнити сталкивались с тем, что в дальней поездке (с семьей на отдых, на работу, по делам, путешествия, в конце концов), когда ты в долбенях от дома, и у тебя есть планы, у тебя обламывает пластиковый фланец, лопается патрубок, либо же сам радиатор. Да, это не дорого, купить новый. Но насколько сильно это гадит тебе жизнь. Ибо вообще не кстати. Посему, снижение рабочей температуры (а заодно и давления) — это, своего рода, гарант, что ты не попадешь в передрягу там, где это ну вот совсем не кстати.

Глава III. Мощность двигателя.

Это, конечно, совершенно невесомый аргумент, по сравнению с предыдущими, но не осветить его было бы неправильно.
Сейчас речь пойдет о наполняемости. Кто в теме — молодец, кто нет — поясню. Понятие "наполняемости" складывается из многих факторов. Там и продувка, и архитектура выпуска, архитектура камеры сгорания, архитектура впуска. Про ламинарность потока, про необходимое разряжение и газодинамику выхлопа я рассказывать в этой статье не буду. Ограничимся на температуре. Суть вот в чем. Чем выше температура воздуха — тем ниже его плотность. То есть, в одной единице объема, при разных температурах будет разное количество молекул воздуха. Условно, чем ниже температура воздуха, тем больше молекул влезет в литровую бутылку. У нас то же самое. Чем прохладнее воздух, тем больше его влезет в объем нашей камеры сгорания. И на больше количество воздуха, которое любезно зафиксировал наш МАФ и подкорректировал датчик температуры, наши форсы с удовольствием наливают больше бензина, дабы достичь заветной стехиометрии топливно-воздушной смеси. Летом температура воздуха выше, наши тачки тупеют, и где-то грустит один спиди-гонщик. Причиной этому не только температура воздуха в атмосфере, но и парник, который создают коллекторы под капотом (но сейчас не об этом), еще и горячая охлаждайка, которая заметно горячее и без того теплого воздуха. Конечно, в плане форсирования двигателя, этот прирост не шибко будет заметен (зато с лихвой будет заметна разница между ресурсами "холодного" и "горячего" высокофорсированного двигателя, ага), ибо впускной коллектор отделен от ГБЦ тоненькой прокладкой, и внутри камеры сгорания все равно тепло, ибо сама поверхность достаточно горячая, клапана, плюс остатки выхлопных газов ввиду того, что идеальной продувки на наши штатные дефорсированные двигателя не завезли. Однако же, понижение температуры ОЖ снизит разогрев всасываемого воздуха в момент контакта со стенками канала ГБЦ и самой камерой сгорания. Это факт. 100л/c, конечно, не будет. От силы, одна, зато эластичность станет немного выше. Стрелка тахометра не так лениво будет ползти к красной зоне.

Глава IV. Разбор полетов и противоречий.

Тут я прокомментирую самые частые заблуждения.

-Двигатель не прогрет и будет подвержен повышенному износу.
См. главу 1. Не надо приплетать температуру ОЖ к температуре двигателя.
-При холодном термостате двигатель будет думать, что он еще на прогреве и корректировать топливную карту под режим прогрева.
Нет, не будет. В среднем, прогревочная карта, которая есть не во всех блоках, кстати, заканчивается на 60 градусах, после которой заканчивается богатая и начинается рабочая, с ровной стехиометрией. Чтобы температура ОЖ была ниже 60 градусов — это надо вообще выкинуть термостат, да и то, не факт, что столько будет. Разве что, когда дубак лютейший.
-При холодном термостате печка будет дуть холодным.
Ну вот у меня термостат 71 градус. что-то зимой я совершенно не мерз при том, что у меня текущие клапана печки. Ну ок. Будет у вас салон греться до ваших 24, или сколько вы там ставите, на минуту-две дольше. За это время сопли в носу превратятся в лёд и успеет развиться пневмония?
-Большой перепад температур не желателен, двигатель может разрушиться.
Если бы в рубашку стабильно подавался азот, который -195 градусов, и рубашку бы чудесным образом не разорвало в клочья от дичайшего расширения при испарении, возможно, да. Раскололо бы поршень.
Вот только товарищи, кто живет в Якутии, где у них там -47 это нормальная тема, и бывает холоднее, до сих пор не раскололи ни одного поршня от мороза, при том, что прогрев у них длится раза эдак в 4 дольше, чем у нас. Это я к тому, что такого интервала температур крайне мало для того, чтобы он вызвал повреждения ввиду перепада температур.

Вроде как, я все осветил, что хотел.
Могу добавить то, что на момент написания этой статьи, 30.06.2017, у меня самого стоит термостат 71с уже полгода. В случае, если снизойдет манна небесная, изменится стандартная модель, или будет третье пришествие, я дополню эту статью о причинах и следствиях.
Спасибо тем, кто дочитал до конца это уныние, и особая благодарность тем, кто въехал в суть.
Надеюсь, что хоть чем-то помог в этом споре, хотя все мы знаем, что переубеждать "опытных профессионалов", которые согласны с решениями инженеров, затея крайне сомнительная.
Напоследок снова крик души. Ребята, убедительно прошу, если есть что сказать по делу, с аргументами — добро пожаловать в комментарии. Хотя, я уже уверен, что пожалею, что не закрыл их. Тех же, для кого бнв — жемчужина инженерной мысли, и всякое дурачье с драйва и рядом не стояло с ними по интеллекту, и вообще сброд какой-то — пожалуйста, не надо тут жечь, если амбиций так много, а ума так мало.
Я сам по профессии инженер-химик, и уже не первый год. И я сам делаю свою машину, в том числе и двигатель, а не по советам "знакомых из автосервисов" оставляю им тачку, а так же живу по канонам их офигенных наставлений.
В этой статье я постарался быть максимально объективным, обосновывать все доводы с технической точки зрения. Я готов к дебатам, но, пожалуйста, давайте по делу и с доводами, иначе это все обо всем и ни о чем.

Термостаты. Что такое термостат и как он работает?

Вам слишком жарко? Тогда вам захочется охладиться. Вам слишком холодно? Значит нужно согреться. Наши тела — это удивительные саморегулирующиеся механизмы, которые могут постоянно приспосабливаться, чтобы поддерживать температуру в пределах 37 ° C. Но остальной мир не так устроен. Если мы хотим, чтобы в наших домах поддерживалась более или менее постоянная температура, мы должны постоянно включать и выключать обогреватели — или, в качестве альтернативы, полагаться на умные устройства, называемые термостатами, которые сделают эту работу за нас. Что они собой представляют и как работают? Заглянем внутрь!

На фото: простой механический термостат, устанавливаемый в шкафах управления и автоматики для контроля температуры нагрева воздуха от обогревателей ОША. На нем демонстрируется текущая температура в градусах Цельсия. После того, как вы установили температуру, термостат должен включать и выключать обогрев по мере необходимости, чтобы поддерживать в шкафу нужную температуру. На практике такой термостат не включается и не выключается при одной температуре, а переключается между небольшим диапазоном температур по обе стороны от установленного вами значения.

Что такое термостат?

Наверняка вы где-либо уже видели терморегулятор, размещенный на стене или бытовой технике для управления системой отопления . И хотя на самом устройстве указывается температура, это не термометр . Это называется термостатом , современным словом на основе два древних греческих: термо- (значение тепла ) и Статос (что означает стоячие и связанный с такими словами , как стаз, статус — кво, и статическим электричеством, означающим оставаться таким же). Уже по названию мы можем сказать, что термостат — это то, что «сохраняет тепло одинаково»: когда температура контролируемого отопления или технологического процесса слишком низкая, термостат включает отопление, поэтому температура быстро повышается; как только температура достигает установленного нами уровня, термостат отключает нагрев. Для контроля охлаждения термостат работает аналогично: пока температура больше установленной, охладители работают, как только достигается граничное значение, они отключаются.

Давайте просто проясним разницу: термометр — это то, что измеряет температуру; термостат — это то, что пытается поддерживать температуру (поддерживать ее примерно такой же).

На фото: электронный термостат STC-1000 с цифровым показанием температуры. Этот работает немного иначе, чем механический на верхнем фото. Дисплей является частью программатора. Данные о температуре поступают с термопары, которая постоянно измеряет температуру в контролируемой среде, а затем терморегулятор включает и выключает нагрев или охлаждение, чтобы поддерживать его в пределах 1 ° C от установленной вами температуры.

Как работают термостаты

Так как же работает термостат? Большинство вещей становятся больше при нагревании и меньше при остывании (заметным исключением является вода : она расширяется при нагревании и при замерзании). Механические термостаты используют эту идею (которая называется тепловым расширением) для включения и выключения электрической цепи. В двух наиболее распространенных типах используются биметаллические ленты и газонаполненные сильфоны.

Биметаллические термостаты

Традиционный термостат состоит из двух частей, состоящих из разных металлов, скрепленных вместе, образуя так называемую биметаллическую полосу (или биметаллическую пластину). Пластина работает как мост в электрической цепи, подключенной к вашей системе нагрева. Обычно «мост не работает», пластина пропускает электричество по цепи, и нагрев включен. Когда пластина нагревается, один из металлов расширяется больше, чем другой, поэтому вся полоса очень немного изгибается. В конце концов, он так сильно изгибается, что разрывает цепь. «Мост установлен», мгновенно отключается электричество, отключается нагрев, и температура начинает снижаться.

Но что происходит потом? По мере охлаждения пластина тоже остывает и возвращается к своей первоначальной форме. Рано или поздно он снова включается в цепь и снова заставляет электричество течь, и нагрев снова включается. Регулируя шкалу температуры, вы изменяете температуру, при которой контур включается и выключается. Поскольку металлической полосе требуется некоторое время для расширения и сжатия, нагрев не включается и выключается постоянно каждые несколько секунд, что было бы бессмысленно (и весьма раздражающе). К примеру, при отоплении дома, в зависимости от того, насколько хорошо изолирован ваш дом и насколько холодно на улице, может потребоваться час или больше, чтобы термостат снова включился после того, как он выключился. А встроенные терморегуляторы в обогревателях шкафов управления ОША, которые служат для поддержания температуры нагревателя в безопасном диапазоне, могут включаться чаще.

Как биметаллический термостат включается и выключается

1. Внешний диск позволяет установить температуру, при которой термостат включается и выключается.
2. Циферблат соединен цепью с датчиком температуры (биметаллическая полоса, показанная здесь красным и синим), который включает и выключает электрическую цепь путем изгиба.
3. Биметаллическая («двухметаллическая») пластина состоит из двух отдельных металлических полос, скрепленных между собой: кусок латуни (синий) прикручен к железному элементу (красный).
4. При нагревании железо расширяется меньше, чем латунь, поэтому биметаллическая полоса изгибается внутрь при повышении температуры.
5. Биметаллическая пластина образует часть электрической цепи (серый путь). Когда полоска остыла, она прямая, поэтому она действует как мост, по которому может течь электричество. Включен контур и нагрев. Когда полоса более горячая, она изгибается и разрывает цепь, поэтому электричество не может течь. Теперь цепь отключена.

Газонаполненный сильфон

Проблема с биметаллическими пластинами заключается в том, что они долго нагреваются или охлаждаются, поэтому они не быстро реагируют на изменения температуры. Альтернативная конструкция термостата определяет изменения температуры быстрее с помощью пары металлических дисков с газонаполненным сильфоном между ними. Диски имеют большую площадь поверхности, поэтому они быстро реагируют на тепло, и они гофрированы (на них есть выступы), что делает их упругими и гибкими. Когда контролируемая среда нагревается, газ в сильфоне расширяется и раздвигает диски. Внутренний диск нажимает на микровыключатель в центре термостата, выключающий электрическую цепь (и нагрев). По мере охлаждения помещения газ в сильфоне сжимается, и металлические диски снова сжимаются. Внутренний диск отходит от микровыключателя, включение электрической цепи и повторное включение нагрева. Вы также можете найти термостаты с гофрированными сильфонами в других областях применения (например, в старых автомобилях), и вместо газа они иногда заполняются летучей (низкокипящей) жидкостью, такой как разбавленный спирт; точное химическое вещество внутри зависит от диапазона температур, в котором они должны работать.

Фото: термостат регулирует температуру с помощью пары металлических дисков, разделенных газонаполненными сильфонами, которые нажимают на микровыключатель. При повороте шкалы температуры диски перемещаются ближе или дальше от микровыключателя в центре. Это означает, что газовый сильфон должен более или менее расшириться, чтобы включить или выключить электричество, эффективно повышая температуру, при которой срабатывает переключатель (и комнатную температуру).

Восковые термостаты

Подводя итог тому, что мы уже определили, вы можете увидеть, что все механические термостаты (все неэлектронные) используют вещества, которые изменяют размер или форму с повышением температуры. Таким образом, битметаллические термостаты полагаются на расширение металлов по мере их нагрева, в то время как газовые сильфоны работают за счет расширения газов. Некоторые термостаты идут дальше и используют изменение состояния вещества с жидкости на газ. Восковые термостаты, вероятно, являются наиболее распространенным примером, и вы найдете их в домашних радиаторных клапанах, автомобильных двигателях и душевых смесителях.. Они используют маленькую пробку воска внутри запечатанной камеры. При изменении температуры воск плавится (меняет состояние с твердого на жидкое), сильно расширяется и выталкивает стержень из камеры, который включает или выключает что-то (управление системой охлаждения двигателя в автомобиле или регулирование смеси горячего и холодной воды в душе, чтобы тело не закипело, как омар). Восковые термостаты имеют тенденцию быть более надежными и долговечными в экстремальных условиях внутри двигателя автомобиля.

Фото1: Как работает восковой термостат. Воск (синий) находится внутри запечатанной камеры (серый), в которой находится металлическая игла (серебряная). При повышении температуры воск плавится, расширяется и выталкивает иглу из камеры (желтые стрелки). Поднимающаяся стрелка включает или выключает любое устройство, которым управляет термостат. Пружина (не показано) тянет весь механизм снова, когда температура падает. Фото2: вот внутренняя часть регулятора душа со смесителем, показывающая, как на самом деле выглядит восковой термостат. Маленький черный цилиндр посередине — это восковой термостат, который перемещается внутрь и наружу, регулируя подачу горячей и холодной воды, поддерживая более или менее постоянную температуру смешанной воды (выходящей из душевой лейки). На этой фотографии показана пружина, которая отводит термостат назад, когда температура падает, а восковой термостат снова сжимается.

Термостатические радиаторные клапаны

На фото: этот термостатический клапан регулирует поток горячей воды через радиатор, предотвращая перегрев помещения. Если в комнате становится слишком жарко, срабатывает восковой термостат, который приводит в действие клапан, перекрывая поток воды через радиатор до тех пор, пока температура снова не упадет.

Температурные клапаны, установленные на радиаторах центрального отопления, обычно используют восковые термостаты. Когда радиаторы нагреваются до установленного вами уровня, восковые клапаны расширяются и уменьшают поток воды через радиатор, пока температура снова не упадет. В сочетании с комнатными термостатами такие клапаны могут защитить ваш дом от перегрева — и это хороший способ как сэкономить энергию и деньги, так и внести свой вклад в борьбу с глобальным потеплением .

Цифровые электронные термостаты

Более современные цифровые терморегуляторы не имеют подвижных частей, измеряющих температуру, и вместо этого они опираются на данные электронных температурных датчиков сопротивления – термопар.

Электронные терморегуляторы имеют жидкокристаллический дисплей, на который выводится температура текущая и запрограммированные параметры. Некоторые из них имеют кнопки для настройки или же сенсорный экран.

Для управления нагревом и охлаждением в цифровых электронных терморегуляторах используется реле или полупроводник, к примеру, симистор. Датчики температуры (термопары) обычно идут в комплекте с цифровыми терморегуляторами.

Недорогим и в то же время достаточно качественным примером цифрового терморегулятора является популярный современный терморегулятор STC-1000. Он очень прост в настройке, имеет жк дисплей и 4 кнопки для программирования параметров. Данные температуры поступают от термопары, которая также входит в комплект.

Есть терморегуляторы, которые функционируют на основе не одного, а нескольких термодатчиков, анализируя показатели температуры с них. К примеру, если вам нужно контролировать температуру радиатора для отопления в комнате, один из термодатчиков может быть настроен на поддержание батареи на определенном уровне температуры, а второй на определенную температуру воздуха в самой комнате. Таким образом можно не допустить как перегрева батареи, так и оптимальной температуры воздуха.

На сайте компании Элемаг вы найдете большой выбор терморегуляторов как механического, так и цифрового типов. Для подбора наиболее подходящего термостата для вашей системы нагрева или охлаждения обращайтесь к нашим специалистам по телефону и получите бесплатную квалифицированную консультацию по данной теме.

Термостат: принцип работы,виды,устройство,фото,видео.

Автомобильные двигатели охлаждаются во время работы тосолом или антифризом. Важным элементом такой системы охлаждения служит термостат. Он расположен между мотором и радиатором, и благодаря ему температура двигателя остается в заданных пределах.

Принцип работы термостата

После того как двигатель завели, ему нужно прогреться до рабочей температуры. Чтобы ускорить, этот процесс, охлаждающая жидкость не поступает в радиатор, а циркулирует по малому кругу через рубашку охлаждения и радиатор печки. Блокирует ее поток именно термостат.

Когда же двигатель нагреется до 95 градусов, клапан термостата сработает, и тосол начнет циркулировать уже по большому кругу через радиатор, охлаждая таким образом мотор. Когда открывается клапан основной циркуляции, малый круг перекрывается. Принцип работы термостата основан на физических свойствах воска, который находится у него внутри. При температуре в 82˚С воск плавится.

В жидком состоянии он увеличивается в объеме и выталкивает штырь, который и открывает клапан. При охлаждении двигателя воск в термостате застывает, штырь возвращается на место, клапан закрывается. Воск плавится быстро, благодаря примесям из порошка графита, меди и алюминия.

Из чего состоит термостат

Делают автомобильные термостаты из меди или латуни. Устроены они достаточно просто. Стандартный термостат состоит из таких деталей:

• корпуса;
• клапана малого круга охлаждения;
• выходного патрубка, соединенного с насосом;
• воскового шарика;
• входного патрубка, подключенного к радиатору;
• клапана основного круга охлаждения;
• двух пружин;
• поршня.

Другими словами, все устройство автомобильного термостата – это цилиндр, возвратный штырь, два клапана и шарик воска. Именно проста и надежность конструкции объясняет тот факт, что она не изменяется на протяжении многих лет, и такие термостаты ставят даже на самые современные модели автомобилей.

В различных марках машин термостаты настраивают на разный температурный режим открывания. Ее обычно указывают на самом устройстве. Бывают бескорпусные термостаты. Их ставят прямо в блок двигателя.

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.

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).

• 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.

Термостат с электронным управлением

Электронные термостаты устанавливаются на современные двигатели для более точного регулирования температурного режима в тех либо иных условиях работы двигателя.

Для получения наибольшего КПД температура двигателя должна поддерживаться примерно на отметке в 110 ºС. Поскольку обычный механический термостат пропускает жидкость к большому контуру уже при температуре около 95ºС, то двигатель так и не выходит в режим оптимальной температуры и максимальной эффективности. Механизм с электронным управлением позволяет уменьшить инерционность срабатывания, что позволяет двигателю больше времени работать в высокотемпературном диапазоне. Электронное управление помогает повысить эффективность мотора, уменьшить вредные выбросы в атмосферу.

В целом конструкция напоминает обычный механический термостат, в который дополнительно вмонтирован нагревательный элемент. Электронный термостат рассчитан на большую температуру двигателя. В момент пиковых нагрузок для предотвращения перегрева в работу включается нагревательный элемент. Ускоренный нагрев твердого наполнителя позволяется уменьшить время открытия клапана. Нагревательным элементом управляет ЭБУ двигателя, который с датчиковой аппаратуры считывает количество оборотов коленчатого вала, температуру поступающего воздуха, степень нажатия педали акселератора и другие необходимые данные.

КАК ПРОВЕРИТЬ ТЕРМОСТАТ

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 термостата подразумевает участие опытного специалиста и специального оборудования.

КАКИЕ БЫВАЮТ НЕИСПРАВНОСТИ ТЕРМОСТАТА?

Если термостат заклинил в полностью закрытом положении — возможен перегрев двигателя в любом режиме движения при любой температуре воздуха и даже в небольшой мороз. Если термостат открывается, но не до конца, двигатель перегревается, но может и не «закипеть» — все зависит от режима эксплуатации машины.

Если клапан термостата «завис» в полностью или частично открытом состоянии — до рабочей температуры двигатель будет прогреваться долго, а в зимнее время рабочая температура может быть и не достигнута. С исправной системой охлаждения при температуре воздуха ноль градусов двигатель должен прогреваться до рабочей температуры при движении за 5–10 минут. В случае неполного открытия — температура двигателя не будет подниматься выше 70 градусов.

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ, РАБОТАЕТ ТЕРМОСТАТ ИЛИ НЕТ?

Нужно прогреть двигатель, чтобы температурная стрелка немного не доходила до красной зоны. Затем выключить двигатель, открыть капот, найти верхний шланг радиатора. Он крепится сверху и представляет черный резиновый шланг примерно 5 см в диаметре. Найти нижний шланг, он выглядит как и верхний.
Дотроньтесь до шлангов, но осторожно, так как они могут быть горячими. Если датчик температуры двигателя показывает, что он нагрелся, а один шланг горячий, а другой холодный, вероятнее клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость не проходит через радиатор. Термостат нужно заменить на новый.
Есть «народный способ» проверки на работоспособность. Нужно положить термостат в сосуд с горящей (температура около 100 градусов) водой. Далее смотрим визуально, если клапан открывается — рабочий. Если нет — нерабочий термостат, меняем на новый. Данный способ предусматривает снятие термостата с машины.

5 признаков неисправного термостата

1. Мотор автомобиля долго набирает рабочую температуру.
2. Двигатель быстро перегревается.
3. Стрелка температуры двигателя падает на скорости меньше чем обычно, а поднимается после остановки.
4. Когда нижний патрубок теплый уже после нескольких минут работы, что свидетельствует о постоянно открытом термостате.
5. Если нижний патрубок холодный, в то время как температура на панели приборов говорит о закипании (при этом мотор работает длительное время), кроме случаев выхода из строя датчика вентилятора радиатора, то это говорит о заклинившем термостате в закрытом положении.

Такие признаки неисправности термостата могут возникнуть как через механическое повреждение вроде заклинивания штока, так и при использовании некачественной ОЖ.

Чтобы проверить работу термостата и принимать решение о его замене, стоит произвести простейшую проверку методом кипячения. Так как на корпусе детали пишется температура срабатывания, вы наглядно можете убедится как работает термостат поместив его в горячую воду с термометром.

ТЕРМОСТАТ С ЖИДКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.

Таких устройств давно нет в природе (отечественных с 1983 г), но все же для ознакомления мы затроним эту тему.

Изделие, в основе которого лежит латунный цилиндр. Внутри последнего находится жидкость, которая состоит из дистиллированной воды и эфирного спирта

Крепление цилиндра осуществляется на специальном штоке, а к второму краю, которого приварен специальный клапан.

Последний опирается на седло и фиксируется в кожухе устройства. В корпусной части есть четыре окна, которые позволяют жидкости поступать из охладительной рубашки к насосу даже при запертом клапане.

Принципа работы термостата, имеющего жидкостный наполнитель, выглядит следующим образом.

В момент пуска силового узла происходит прижатие клапана к седлу, благодаря упругой структуре гофрированного цилиндра.

Как следствие, доступ к основному радиатору блокирован, и охлаждающая жидкость не идет по большому кругу.

Через специальные окна жидкость попадает в насос, а после снова возвращается в рубашку системы.

Подобный принцип позволяет ОЖ быстрей набирать рабочую температуру.

Как только уровень последней достигает 67-70 градусов, происходит закипание жидкости в системе термостата и увеличение давления.

Гофрированный цилиндр расширяется и оказывает давление на шток. Одновременно с этим открывается клапан, и перекрываются окна, через которые жидкость поступает к насосу.

Далее охлаждающая жидкость направляется через клапан к основному баку радиатора, распределяясь по его трубкам и одновременно охлаждаясь до безопасной температуры.

После охлажденная жидкость возвращается к насосу и в общую систему. Цикл повторяется.

ТЕРМОСТАТ С ТВЕРДЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.

Всегда устанавливается на отечественных и импортных легковых и грузовых авто.

В основе устройства — церезин (специальный воск), который смешивается с медным порошком и устанавливается в специальном баллоне (выполняется из латуни или меди).

Между крышкой и баллоном установлена мембрана, выполненная из резины. В последнюю упирается шток (также резиновый).

В верхней части баллон объединяется с клапаном, который упирается в седло. Под клапаном монтируется пружина, которая упирается в подковообразную направляющую, соединенную с корпусом (фланцем) и удерживающая клапан в закрытом положении.

В процессе работы силового узла и нагрева ОЖ происходит прогрев баллона и повышение температуры находящегося внутри воска.

Когда воск прогревается до 65-70 градусам Цельсия, начинается процесс плавления и его увеличения в объеме.

Как следствие, состав действует на мембрану, а последняя через специальный шток воздействует на клапан, открывая его. Благодаря этому, нагретая жидкость поступает в радиатор.

Открытие клапана происходит при температуре 78-82 °С. А вообще температуры начала открытия клапана для разных двигателей и условий эксплуатации лежат в диапазоне от 70 до 92 °С с допуском ±2°С.

В случае снижения температуры до уровня 65-67 градусов Цельсия происходит обратный процесс преобразования воска — он становится твердым и уменьшается в объеме.

Как следствие, пружина разжимается и перекрывает проход в термостате (жидкость направляется по меньшему кругу). Далее ОЖ идет к насосу и снова в систему охлаждения.

Одноклапанный, двухклапанный и двухступенчатый термостат

Решение с одним клапаном отличается простотой конструкции и связанной с этим надежностью. Автопроизводители по всему миру отдают предпочтение такому виду конструкции и оборудуют большинство своих автомобилей именно таким устройством.

Отдельным видом термостата с одним клапаном является двухступенчатая конструкция. Установка такого решения обусловлена тем, что некоторые системы охлаждения в процессе работы создают очень высокое давление охлаждающей жидкости. Клапану термостата сложно преодолеть такое давление. По этой причине конструкция двухступенчатого терморегулятора получила решение, которое подразумевает наличие двух тарелок клапана, которые называют малой и большой. Первой в термостате открывается малая тарелка, которой необходимо заметно меньшее усилие для преодоления созданного в системе давления. Малая тарелка открывается легче, а уже при открытии взаимодействует с большой тарелкой и попросту тянет её за собой. Открытие большой (основной) тарелки термостата до конца открывает канал прохода охлаждающей жидкости.

Если в первом случае термостат имеет один клапан с двумя тарелками, то двухклапанный регулятор получил два отдельных клапана, которые находятся в едином корпусе. Первый клапан является основным и служит для перекрытия большого круга при движении охлаждающей жидкости в системе. Второй клапан является перепускным и отвечает за циркуляцию жидкости по малому кругу. Работа клапанов синхронизирована. Когда один из них перекрывает канал ОЖ, другой осуществляет открытие нужного контура. Указанная конструкция термостата нашла широкое применение в конструкции легковых авто и грузовиков, которые являются продуктами автоиндустрии из стран СНГ.

Диагностика поломки

На серьезные неполадки в системе охлаждения Вам укажет явное отклонение от нормальных показаний указателя температуры ОЖ на панели приборов в салоне. При нормальной работе системы охлаждения ДВС и температуре воздуха за бортом около ноля градусов Цельсия, силовой агрегат должен выходить на рабочую температуру под нагрузкой в движении за 5–10 минут.

Единственное условие-исправность самого температурного датчика, указателя на панели прибоов и системы охлаждения. Если герметичность системы и функциональность других элементов не нарушена, уровень ОЖ в расширительном бачке находится на нужной отметке, тогда явными признаками неисправности термостата являются:

• долгий прогрев двигателя;
• неспособность ДВС выйти на рабочую температуру под нагрузкой;
• отсутствие теплого воздуха из отопителя;
• постоянный перегрев двигателя независимо от окружающей температуры наружного воздуха;
• периодическое возникновение указанных симптомов и последующее их исчезновение;

Выявить неисправность термостата достаточно просто. После запуска холодного мотора верхний патрубок радиатора должен быть холодным и оставаться таковым определенный период времени. Если все в норме, значит ОЖ циркулирует только по «рубашке охлаждения» мотора (малый круг) и доступ в режиме прогрева в радиатор для нее перекрыт клапаном термостата.

Когда верхний патрубок теплеет практически сразу, тогда налицо нарушенная циркуляция. Это означает, что главный клапан устройства открыт и охлаждающая жидкость сразу идет по большому кругу. В результате ДВС не способен прогреться до оптимальной рабочей температуры. Такое явление означает, что присутствует ускоренный износ деталей силовой установки. Трущиеся пары агрегата не получают смазки в должной мере, так как непрогретый мотор имеет отличные от нормы тепловые зазоры. Масло также остается слишком загущенным и теряет свойства, что приводит к повышенному расходу горючего и преждевременному износу ДВС.

Если клапан термостата постоянно находится в закрытом положении, тогда закономерно возникает перегрев и последующее закипание охлаждающей жидкости. Водители условно говорят, что двигатель «закипел». Это грозит не только сильным ростом давления в системе охлаждения и поломкой её отдельных функциональных элементов, но и выходом из строя самого двигателя.

Случается и так, когда клапаны термостата подклинивают только периодически. Неисправность исчезает сама по себе, потом проявляется вновь. В таких случаях говорят, что термостат «залипает». Эта поломка более коварна, так как неисправность при таких симптомах сложнее выявить. Следует проверить состояние системы охлаждения и произвести профилактическую замену термостата. Не следует дожидаться ухудшения ситуации.

Существует еще один способ проверки работоспособности термостата, но данное решение востребовано крайне редко. Речь идет о демонтаже и последующей проверке термостата в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Для этого термостат кладут в емкость с водой и начинают её нагревать. Когда температура воды достигнет порога открытия клапана термостата, тогда исправное устройство отреагирует должным бразом. Наполнитель расширится и откроет клапан приблизительно на 20 мм. Если этого не произошло совсем, клапан открылся только частично или не вернулся после охлаждения в исходное состояние, тогда можно говорить о неисправности устройства.