Термостат автомобиля принцип действия и устройство: принцип работы и способы проверки

Содержание

устройство, принцип действия и виды изделия

10 марта 2019 | Просмотров: 385

Термостат — устройство, предназначенное для поддержания постоянной температуры. Процесс обеспечивается терморегуляторами или других физических явлений. Установлены и работают термостаты во многих механизмах и агрегатах. Наиболее известно их применение в системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания на автомобилях.

Постоянная поддержки температуры – основная задаче термостата

Устройство прибора

Большинство этих автомобильных агрегатов изготавливают из латуни, меди или пластика. Роль терморегуляторов во многих конструкциях играет воск. Устройство термостата довольно простое, в него входят:

корпус;
патрубки большого и малого круга;
термочувствительный элемент;
главный клапан;
перепускной клапан малого круга.

Основная составляющая этого прибора — технический воск, играющий роль терморегулятора. В его состав входит порошковая смесь из меди, графита и алюминия. Эти вещества помогают воску быстрее нагреваться и таять. Во время этого процесса он расширяется и открывает клапан на водяной контур радиатора, где происходит охлаждение рабочей жидкости.

Работоспособность снятого или нового прибора можно проверить, поместив его в емкость с водой и поставив на огонь. По мере нагревания шток рабочего термостата поднимется на 2-3 см, что будет хорошо заметно невооруженным глазом.

Описание работы механизма

Устройство и принцип работы термостата основаны на распределении охлаждающей жидкости, что помогает двигателю за короткий срок достичь значения рабочей температуры. Простейшую схему системы охлаждения составляют малый и большой круг циркуляции жидкости.

Данный механизм охлаждает двигатель. когда тот достигнет определенной температуры

Малым кругом непосредственно является рубашка охлаждения двигателя. Принцип действия термостата состоит в следующем:

При запуске холодного двигателя прибор находится в закрытом состоянии. Циркуляция воды идет по малому кругу, то есть только по водяным полостям двигателя.
Когда мотор прогреется до +75…+95°C, термостат откроется. Охлаждающая жидкость начнет циркулировать по большому кругу, то есть через радиатор.
Прибор остается в открытом состоянии, тем самым он поддерживает рабочую температуру двигателя.
Когда вода в остановленном моторе остынет, термостат закроется и будет готов к новому запуску двигателя.

По такой схеме работают все системы охлаждения независимо от того, как устроен термостат. В недалеком прошлом их основу составляла жидкая смесь дистиллированной воды и эфирного спирта, которая обладает низкой температурой кипения. С 1983 года в конструкции термостатов включены только твердые терморегуляторы.

Разновидности термостатов

В настоящее время существует несколько видов этих агрегатов. Они отличаются друг от друга как конструктивными особенностями, так и способом действия. Существуют и универсальные приборы, которые подходят ко многим маркам автомобилей. Они подразделяются на следующие виды:

Одноклапанные — самый распространенный вид агрегатов, установленных в большинстве автомобилей. Конструктивно считается самым простым, у него отсутствует перепускной клапан.
Двухступенчатые — отличаются от одноклапанного прибора наличием второй тарелки меньшего диаметра, которая облегчает работу основного клапана.
Электронные — более поздние конструкции, в основе которых лежит электронное управление термостатом, позволяющее системе охлаждения работать эффективнее. Такой вид используется на новых моделях автомобилей с бортовыми компьютерами.

Есть марки автомобилей, где в системе охлаждения стоит несколько приборов. В основном такие конструкции применяются на грузовых машинах с мощными двигателями.

Неисправности агрегата на автомобиле

Проверить работоспособность прибора на автомобиле, не снимая его, очень просто. Необходимо завести двигатель, нагреть его до рабочей температуры и заглушить. Затем следует открыть капот, найти верхний и нижний патрубок на радиаторе. Они похожи и в диаметре составляют от 5 до 7 см. Далее необходимо аккуратно пощупать оба патрубка. Если один из них будет холодным, а второй — горячим, значит, прибор не работает и требует замены.

Во время эксплуатации могут возникнуть некоторые нарушения функций системы охлаждения из-за термостата. Например, двигатель нагревается дольше обычного или не может поднять температуру до рабочего значения. Такая ситуация возможна, когда прибор заклинило и он остается постоянно открытым. В летнее время такая неисправность может быть незаметна, а вот зимой в салоне автомобиля будет очень холодно.

Возможна ситуация, когда прибор, наоборот, не будет открываться. В этом случае может произойти перегрев двигателя с последующим выходом его из строя. Обычно это приводит к нарушению герметичности прокладки головки блока цилиндров, что потребует ремонта всего двигателя.

К неправильному функционированию агрегата можно отнести его несвоевременное открытие или закрытие, которое также будет отрицательно влиять на работу двигателя. В таком случае термостат лучше заменить на новый.

Устройство и принцип работы термостата

Домой устройство автомобиля Устройство и принцип работы термостата

Каждый автомобиль в мире, в котором есть система водяного охлаждения двигателя, имеет компактный агрегат, под названием термостат. Располагается термостат обычно между радиатором и мотором, его диаметр, как правило, не превышает 5 сантиметров.

Главной задачей термостата является — блокировка охлаждающей жидкости в радиатор, пока двигатель не прогреется до определенной температуры. В момент, когда мотор охлажден, жидкость свободно циркулирует по его каналам, однако в момент разогрева мотора, до того как он достигнет оптимальной температуры 95-100 градусов, термостат находится в закрытом состоянии.

Для того чтобы понять, как устроен термостат и понять как он работает, можно провести нехитрый эксперимент. Для этого вам необходимо запастись емкостью, водой и газовой/электрической плиткой. Ёмкость с водой необходимо поставить на огонь, предварительно положив в него термостат. Не рекомендую класть его после того, как вода закипит, поскольку в таком случае устройство может выйти из строя, более того ртуть, которая в нем содержится, может причинить вам вред.

Термостат содержит два металла: латунь и медь, которые являются хорошими проводниками. Принцип работы термостата заключается в маленьком цилиндре, который находится со стороны двигателя. В этом же цилиндре находится шарик искусственного воска, который собственно и играет ключевую роль в данном устройстве. От нагревания шарик воска начинает плавиться, это примерно 82 градуса, после расплавления воск расширяется, переходя из твердого состояния в жидкое. После этого штырь, который вдавлен в цилиндр с воском и соединен с клапаном, от плавление воска выдавливается из цилиндра, открывая при этом клапан. После того как клапан термостата открыт, охлаждающая жидкость начинает движение.

Когда двигатель остывает, остывает и воск в термостате, переходя обратно в твердое состояние.

Термостат, как это ни странно, не смотря на свои небольшие габариты — очень важная деталь. Неисправный или плохо работающий термостат, будет постоянно отнимать ваше время, задерживая вас у обочины, возможен также вариант перегрева двигателя, в случае если термостат будет работать некорректно.

Термостат может выйти из строя по нескольким причинам, хотя коррозия, равно как и для всех деталей автомобиля, является самой главной причиной их неисправности. Если клапан термостата будет постоянно открыт, по тем или иным причинам — охлаждающая жидкость будет постоянно циркулировать через радиатор, следовательно, двигателю понадобится намного больше времени для того, чтобы создать оптимальную для работы температуру. Также недопустимо закрытие термостата, если охлаждающая жидкость не будет циркулировать необходимым образом — двигатель быстро перегреется, и движение на автомобиле будет невозможным до тех пор, пока не будет произведена замена термостата. Рекомендуется производить замену термостата каждые 2 года, в независимости от его состояния.

Как определить работает ли термостат? Для того чтобы это узнать, следует запустить двигатель и прогреть его до такой кондиции, чтобы температурная стрелка не доходила до красной линии. Затем необходимо «заглушить» мотор, открыть крышку капота и отыскать верхний шланг радиатора. Аккуратно дотроньтесь к шлангам, будьте внимательны, поскольку они могут быть достаточно горячими. Если датчик показывает нагрев, при этом один из шлангов холодный, а другой слишком горячий то, вероятнее всего, что проблема в закрытом клапане термостата, из-за него охлаждающая жидкость не поступает в радиатор. Выход один — замена термостата.

Предыдущая статьяРуководство по ремонту Honda Accord Prelude 1984-1995

Следующая статьяКогда же нужно менять дворники? Совет от специалиста

ВЫБОР РЕДАКТОРА

Новый взгляд на воск и латунь — UnderhoodService

Обычный термостат похож на карбюратор в том смысле, что он реагирует только на сигналы дроссельной заслонки и вакуума двигателя. Обычный термостат может реагировать только на изменения температуры, вызванные теплом от двигателя и охлаждением от радиатора.

Электронный термостат может упреждающе контролировать температуру так же, как система впрыска топлива может контролировать стехиометрическое соотношение в камере сгорания, изменяя ширину импульса топливной форсунки.

Имея возможность контролировать температуру охлаждающей жидкости, система управления двигателем может оптимизировать работу двигателя, чтобы происходило более обедненное сгорание и сводились к минимуму периоды холодного пуска. Это достигается за счет минимизации внезапных выбросов холодной охлаждающей жидкости со стороны радиатора системы охлаждения. Это помогает поддерживать более постоянную температуру двигателя. Прежде всего, это сводит к минимуму внезапную потребность в обогащении топливной смеси из-за внезапного падения температуры блока.

Предоставлено Mahle

Эти новые электронные термостаты также могут помочь предотвратить экстремальные условия нагрева, поскольку их можно открыть при обнаружении определенных условий. На положение термостата могут влиять такие факторы, как нагрузка двигателя, температура окружающей среды, обороты двигателя и время зажигания. Эти входы можно настроить в виде «карты», которая может оптимизировать работу двигателя. Это означает, что термостат может иметь совершенно другое положение настройки, если автомобиль просто едет, а не запускает двигатель с полностью открытой дроссельной заслонкой.

Этот тип термостата можно найти на следующих моделях:

Audi
БМВ
Форд
ГМ
Форд
Вольво
Фольксваген

Обычный режим отказа

Предоставлено Mahle

В большинстве термостатов внутри латунной камеры используется парафин, который расширяется при нагревании. Когда он расширяется, он давит на штифт или поршень, соединенный с пластиной и пружиной. Движение пластины позволяет охлаждающей жидкости течь из перепускного контура охлаждающей жидкости в контур с радиатором. Эта система работает с 19 века.50-е годы.

Чтобы воск подействовал и термостат открылся, должно произойти несколько вещей. Во-первых, латунная камера, содержащая парафин, должна быть погружена в охлаждающую жидкость. Воздух не передает тепло, как охлаждающая жидкость. Это означает, что весь воздух удален из системы. По этой же причине большинство термостатов имеют «качающийся штифт», который позволяет проходить небольшому количеству охлаждающей жидкости и пузырьков воздуха, чтобы парафин был погружен в воду. Во-вторых, чтобы двигатель прогревался равномерно, охлаждающая жидкость должна свободно циркулировать мимо парафиновой таблетки. Для этого в большинстве двигателей имеется «байпас» охлаждающей жидкости между водяным насосом и впускным коллектором, позволяющий охлаждающей жидкости циркулировать при закрытом термостате.

В некоторых случаях производители могут использовать шланги и сердцевину отопителя автомобиля для циркуляции воды через блок двигателя при закрытом термостате.

предоставлено Mahle

В термостате с электрическим управлением по-прежнему используется расширяющийся воск, но он контролирует температуру воска. Для этого он использует спираль нагревателя, окружающую восковую капсулу — никаких причудливых шаговых двигателей или плунжеров.

Перегрев может повредить парафин в термостате. Вот почему всегда рекомендуется заменять термостат на автомобиле после его перегрева. Это также относится к электрическим термостатам, поскольку перегрев может повредить нагревательные змеевики.

Большинство термостатов рассчитаны на отказ в открытом положении. Это предотвращает катастрофический перегрев. Но это также означает, что у двигателя будет более длительный период прогрева, что может повредить двигатель. В случае термостата с электронным управлением система управления двигателем распознает эту неисправность и установит код из-за невозможности изменить температуру охлаждающей жидкости.

Термостаты обоих типов могут подвергаться механическим повреждениям, препятствующим их закрытию и открытию. Это может включать повреждение пружин и ремешков на корпусе термостата. Кроме того, мусор и коррозия могут помешать работе термостата.

При выходе из строя нагревателя или управляющей цепи термостата с электронным управлением термостат становится обычным термостатом и не вызывает перегрева двигателя. Однако система узнает об ошибке и сгенерирует код.

Обозначение

Большинство автомобилей с термостатом с электронным управлением имеют модуль, корпус или узел термостата. На боковой стороне корпуса термостата будет разъем, который, как вы можете предположить, является датчиком температуры. Как и датчик температуры охлаждающей жидкости, он будет иметь двухпроводной разъем.

Один провод будет заземлением, а другой подаст напряжение на нагревательную спираль. Напряжение на катушке будет регулироваться системой управления двигателем. Некоторые системы включают или выключают напряжение по мере необходимости. Некоторые системы будут использовать сигнал с широтно-импульсной модуляцией для управления температурой, как нагреватель на кислородном датчике.

Коды

В этих системах модуль управления двигателем узнает о наличии проблемы двумя способами. Модуль двигателя может определить, есть ли короткое замыкание или обрыв, как в цепи нагревателя кислородного датчика. Он делает это путем измерения падения напряжения, чтобы определить, нормально ли функционируют цепь и компонент.

Если контур отопителя больше не в состоянии контролировать парафин, его отсутствие можно определить по датчикам температуры охлаждающей жидкости на блоке, головке и радиаторе. Когда модуль управления двигателем обнаруживает это состояние, он устанавливает код.

Когда цепь нагревателя выходит из строя, в большинстве случаев это приводит к размыканию цепи. В некоторых случаях открытие может не произойти, пока двигатель не прогреется. Имейте это в виду, если вы очищаете термостат или код, связанный с температурой охлаждающей жидкости.

Тестирование

При средней стоимости модуля термостата с электронным управлением более 130 долларов США крайне важно проверить компонент и цепь перед установкой новой детали.

Первым компонентом, который необходимо проверить, является цепь. Если в системе есть код обрыва или короткого замыкания в цепи, удалите код. Если код возвращается сразу же, вы подтвердили проблему, если только проблема не в змеевике отопителя или цепи автомобиля. Вы можете определить, неисправна ли катушка, измерив сопротивление в компоненте. Если он открыт, нагревательный змеевик поврежден. Если он не открыт, измерьте сопротивление и проверьте спецификацию в сервисной информации.

Вы также можете использовать клещи усилителя, чтобы определить, посылает ли система управления двигателем напряжение на компонент. Эти системы могут быть заземлены или подключены к положительному напряжению. Вы также можете увидеть переключение, если у вас есть сканер, который может смотреть эти данные. Некоторые сканирующие устройства могут даже двунаправленно управлять цепью нагревателя.

У VW есть метод проверки для некоторых автомобилей, который очень похож на тест с кипящей водой, чтобы увидеть, открывается ли термостат. Он включает в себя подачу напряжения батареи на термостат, пока он погружен в горячую воду. Они предупреждают, что если нагреватель не будет погружен в воду во время теста, он может быть поврежден. Этот метод не будет работать на всех агрегатах, когда термостат заглублен в корпус.

Если датчик температуры вентилятора охлаждения расположен в радиаторе, частично открытый термостат может привести к тому, что датчик не активирует реле вентилятора из-за уменьшения потока охлаждающей жидкости, проходящего мимо датчика. Более того, если автомобиль перегревается в жаркие дни или при длительных подъемах по горной местности, виной тому может быть частично открытый термостат.

Будущее

Термостат с электронным управлением все чаще используется на автомобилях отечественного и импортного производства. Эта технология также используется в охладителях масла и в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. В будущих двигателях будет несколько термостатов с подогревом для контроля температуры в головке и блоке.

Преимущество этого термостата в том, что при выходе из строя клиент не остается в затруднительном положении. Это просто оставляет их с индикатором проверки двигателя и менее эффективным транспортным средством.

Тепловые свойства вещества

При повышении температуры вещества молекулы, составляющие
вещество движется с большей кинетической энергией. Это вынуждает личность
молекулы занимают больше места, и вещество расширяется. Если
вещество находится в ограниченном объеме, давление может возрасти до опасного уровня.

Ключевые термины

биметаллические полосы
проводимость
конвекция
радиация
термостат

Охлаждение автомобиля

Ваш автомобиль предлагает прекрасную возможность изучить некоторые основные принципы
Теплоперенос и тепловые свойства вещества. По мере того, как ваш автомобиль нагревается, двигатель необходимо охлаждать. Тепло
передается по проводу от блока цилиндров к антифризу, который работает
через каналы вокруг стенок цилиндров. Кондукция – это процесс
теплопередача осуществляется на молекулярном уровне. На изображении ниже показано, что тепло
проводится от горячего к холодному, так как молекулы с избыточной кинетической энергией делятся
часть этой энергии с соседними молекулами. В моде домино, термо
энергия переносится молекула за молекулой, пока не будет достигнуто равновесие.

Теплопередача посредством теплопроводности.

Водяной насос подает горячий антифриз к радиатору. Этот
транспортировка тепловой энергии известна как конвекция . Конвекция
может происходить естественным образом (насос не нужен … как при подъеме теплого воздуха в дымоходе)
или может быть принудительным (как мы видим здесь). Конвекция возникает, когда тепло
транспортируется посредством движения твердого тела, жидкости или газа.

Как только горячий антифриз достигает радиатора, он рассеивается
на гораздо большей площади, что значительно увеличивает скорость теплопередачи через
проводимость в воздухе, а также посредством процесса, называемого излучением .
Пока радиатор имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, тепло
будет рассеиваться в виде электромагнитных волн. В этом случае
излучение находится в дальнем инфракрасном диапазоне (невидимом глазу). Радиатор окрашенный
черный становится более эффективным излучателем, чем блестящий белый радиатор (он также
становится лучшим поглотителем радиации… это означает, что он будет лучше нагреваться, если
прохладнее, чем вокруг).

Обсудим эти способы теплопередачи в других областях
включая способы охлаждения процессора вашего компьютера или как лампа накаливания
лампочка работает.

Термостат

Система охлаждения вашего автомобиля включает в себя небольшое устройство, называемое термостатом. Термостат в вашем автомобиле поддерживает двигатель в рабочем состоянии.
определенная рабочая температура (около 180-190 градусов по Фаренгейту).
Когда вы впервые заводите машину, а двигатель холодный, пружина заставляет
термостат закрывается, а антифриз не течет через двигатель. В итоге
все нагревается и когда антифриз достигает определенной температуры (скажем 185 градусов),
в
термостат открывается и пропускает жидкость через систему охлаждения.
Двигатель остывает. Если двигатель работает слишком холодно,
термостат немного закрывается, ограничивая поток антифриза, что вызывает
температура двигателя повышается. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как этот маленький
устройство работает? Небольшая емкость заполнена воском, который плавится при наборе
температура. При плавлении он расширяется и действует с большой силой (против
весна) на
небольшой клапан, открывающий систему.

(анимация)

Почему
не просто использовать воду в системе охлаждения?

Вода не похожа на большинство веществ, потому что она
расширяется (9% по объему), когда становится твердым (льдом). Большинство веществ
занимают меньше места, когда становятся твердыми. Почему здесь разница?

Когда вещество затвердевает, молекулы располагаются в
упорядоченный узор, известный как кристаллическая решетка. Так же, как яйца приходят
коробки с отдельными яйцами плотно упакованы, молекулы обычно образуют
компактная компоновка. Следовательно, вещество сжимается при затвердевании.
Однако молекулы воды при замерзании образуют трехмерное шестиугольное кольцо.
(вы когда-нибудь задумывались, почему у снежинок обычно 6 ветвей?). Эта «дыра» в
структура на самом деле заставляет воду расширяться при замерзании. Расширение
вода это и хорошо и плохо одновременно. Во-первых, это может нанести огромный ущерб
к дорогам и бетону, когда небольшое количество воды замерзает в крошечных трещинах.
Расширения достаточно, чтобы расширить трещины, образовать выбоины и разорвать огромные
скальные структуры в процессе, который геологи называют «морозным расклиниванием». С другой
С другой стороны, лед, образующийся на озере, будет плавать и образует слой изоляции, который
защищает морских обитателей. Представьте, что произойдет, если вода сожмется, когда
замораживание. Поверхностный лед станет более плотным и утонет. Реки и
озера в конечном итоге замерзнут снизу вверх, что приведет к гибели всех растений и животных.
в процессе.

Насколько жарко?

Температуру можно измерять разными способами, используя:

Вспенивающие жидкости
Вспенивающиеся твердые тела (биметаллические
полосы)
Терморезисторы (также называемые термисторами… вещества, изменяющие свои электрические
сопротивление при изменении температуры)
Термопары
Жидкие кристаллы
Законы о радиации

Измерение температуры по расширению вещества является наиболее распространенным
и проще всего понять. Другие техники будут рассмотрены
позже, когда вы получите больше базовых знаний.

Расширение жидкостей — жидкостные термометры

Расширение нагретой жидкости можно использовать для изготовления простого термометра.
По мере нагревания жидкости в резервуаре колбы она расширяется до узкого калиброванного
капилляр. Когда-то использовали ртуть, потому что она линейно расширялась на широком
диапазоне температур, но ртуть токсична и ее трудно безопасно утилизировать.
Теперь нетоксичный жидкий спирт работает так же хорошо в нормальных условиях.
Это самый простой способ измерения температуры и самый простой для понимания.
Первые термометры назывались термоскопами. Мы можем поблагодарить изобретателей
такие как Santorio, Galileo и Fahrenheit для этого устройства.

Расширение твердых тел — биметаллические полосы

Разные вещества расширяются до разной степени при нагревании на одинаковую величину.
Тот, кто устанавливал виниловый сайдинг, прекрасно понимает, что он значительно расширится.
больше, чем материал подложки в жаркий день, поэтому он должен быть свободно подвешен, чтобы
для расширения и предотвращения коробления.

Когда вы соединяете два разных металла и нагреваете их, один металл
расширится больше, чем другая, и полоска согнется (см. анимацию
ниже). Это делает биметаллические полоски полезным инструментом. Простейший
приложение представляет собой термометр (где биметаллическая полоса имеет форму
катушка). Многие дешевые термометры для духовки относятся к этому типу.

Кривые биметаллических полос при нагреве (анимация)
Учтивость

Викисклад

Джон Харрисон был английским часовщиком (хорологом) в 1700-х годах, который
работал с маятниковыми часами (дедовскими часами). Он понял, что
скорость хода часов определялась длиной маятника…
длиннее маятник, тем медленнее будут идти часы. Это представило
проблема, потому что с изменением температуры изменится и длина маятника.
… и, следовательно, часовой механизм. Часы в теплых комнатах будут работать
медленнее, чем часы в холодных помещениях. Используя разные металлы, он сделал составной маятник, длина которого не изменится ни при какой температуре.

Ниже приведены некоторые способы использования тепловых свойств материалов.

Ртутный переключатель

Термостаты измеряют и контролируют температуру в вашем доме.
Термостаты могут быть механическими или электронными. В старых домах установлены механические термостаты.
которые используют
биметаллические полоски (обычно в форме катушки) для размыкания или замыкания переключателя.
К концу биметаллической катушки прикреплена стеклянная колба, частично заполненная жидкой ртутью.
электрические контакты внутри для активации переключателя.

В обычном старом домашнем термостате используется ртутный выключатель (анимация)

Здесь катушка действительно представляет собой биметаллическую полосу, которая расширяется при нагревании.
Эта анимация показывает, что когда слишком холодно, катушка сжимается и позволяет
электрическое подключение к печи (см. контакты в колбе). Если он получит
слишком жарко, змеевик наклоняет трубку так, что включается кондиционер (контакты
наоборот).

Большинство электронных термостатов являются программируемыми. В них используется терморезистор (термистор)
для определения комнатной температуры и микроконтроллеров для переключения отопления или
охлаждение включается и выключается. Это рассматривается в следующем блоке.

А
грубый автоматический выключатель

В тепловых автоматических выключателях используются биметаллические полоски для размыкания цепи, когда полоска
проводит слишком большой ток и перегревается (из-за электрического сопротивления) и
разрывает контакт… размыкая цепь. Эта простая система безопасности
характерно для большинства ручных фенов.