Zarządzanie temperaturą

Zarządzanie temperaturą MAHLE
Bogdan Kruk
22.5.2024

Uszkodzenie termostatu może spowodować awarię, która może znacząco wpłynąć na działanie układu chłodzenia i silnika. Termostat odpowiada za kontrolę przepływu płynu chłodzącego i utrzymanie optymalnej temperatury silnika. Jeśli ulegnie uszkodzeniu, może pojawić się wiele problemów i zakłóceń w funkcjonowaniu pojazdu.

  • Praca termostatów a regulacja temperatury silnika samochodowego. Uwaga na niestabilność, na wahania temperatury, które zmniejszają wydajność silnika! 
  • Jak chłodzenie silnika wodą stało się passé. 
  • Termostaty woskowe skutecznym rozwiązaniem dla układów chłodzenia z wymuszonym obiegiem.

Kierowcy zdają sobie sprawę, że termostat jest istotnym elementem układu chłodzenia samochodu. Nie wszyscy jednak rozumieją, na czym polega jego działanie i dlaczego jest niezbędny do utrzymania prawidłowego funkcjonowania pojazdu. Termostat kontroluje przepływ płynu chłodzącego w zależności od temperatury silnika. Kiedy temperatura jest zbyt niska, termostat zamyka się, ograniczając przepływ płynu chłodzącego i umożliwiając szybsze nagrzewanie się silnika.

Natomiast w przypadku zbyt wysokiej temperatury, termostat otwiera się, umożliwiając płynowi chłodzącemu przepływ przez układ i chłodzenie silnika. Jednym z najczęstszych objawów uszkodzenia lub nieprawidłowej pracy układu chłodzenia jest niestabilna temperatura silnika, która może być zbyt wysoka lub za niska. Wysoka temperatura silnika może wpływać na degradację oleju silnikowego, co może prowadzić do jego nadmiernego zużycia i pogorszenia smarowania elementów silnika.

Jeśli olej traci właściwości smarne, obniża się wydajność silnika, zwiększa się zużycie części i ryzyko ich uszkodzenia. Przegrzanie silnika może spowodować uszkodzenie uszczelki głowicy, a w skrajnych przypadkach może zakończyć się zatarciem jednostki napędowej. Również zbyt niska temperatura płynu chłodzącego negatywnie wpływa na wydajność silnika i zwiększa zużycie paliwa.

Niedogrzany silnik jest źródłem problemów podczas procesu spalania mieszanki paliwowo- powietrznej. W takiej sytuacji silnik może być mniej wydajny i zużywać większą ilość paliwa. Niska temperatura płynu chłodzącego może także wpływać na efektywność systemu ogrzewania w samochodzie. Ten problem jest bardziej widoczny w okresie jesienno-zimowym.

Chłodzenie silnika wodą 

Jedną z pierwszych metod chłodzenia silników samochodowych było zastosowanie chłodzenia za pomocą wody. Samochody z początku ery motoryzacji wykorzystywały układ chłodzenia pośredniego, który opierał się na chłodzeniu termosyfonowym. W układzie chłodzenia termosyfonowego podgrzana w silniku woda unosiła się naturalnie przez kolektor do górnej części chłodnicy. Podczas jazdy strumień powietrza chłodził ją wraz z zawartą w niej cieczą.

Ostudzona, gęstniejąca ciecz spływała w dół chłodnicy i wracała ponownie do silnika. Chłodzenie odbywało się w zamkniętym obiegu i dzięki wykorzystaniu praw fizyki oraz nie wymagało użycia pompy wody do przyspieszenia obiegu cieczy. Zaletą tej metody chłodzenia były prosta konstrukcja układu i bardzo niskie koszty wykonania.

  • Brak precyzyjnej kontroli temperatury,
  • długi czas nagrzewania,
  • zależność od różnicy gęstości cieczy
  • oraz brak regulacji obiegu były bardzo dużymi wadami tego rozwiązania.

W miarę rozwoju technologii chłodzenia i wzrostu wymagań nowych jednostek napędowych rozpoczęto stosowanie bardziej zaawansowanych systemów chłodzenia opartych na termostacie mieszkowym.

Pierwszy termostat 

Pierwsze mechaniczne termostaty korzystały z zaworu mieszkowego. Wewnątrz mieszka zaworu znajdowała się ciecz, która pod wpływem podgrzewania zmieniała się w gaz. Zmiana stanu skupienia powodowała zmianę objętości. Wraz z jej wzrostem mieszek rozszerzał się i otwierał zawór, umożliwiając w ten sposób przepływ płynu chłodzącego. Niestety termostaty mieszkowe były skuteczne tylko w bezciśnieniowych układach chłodzenia. Wraz z zastosowaniem wymuszonego obiegu cieczy chłodzącej pojawiły się problemy. Czasami wysokie ciśnienie płynu chłodzącego uniemożliwiało otwarcie termostatu mieszkowego, co powodowało przegrzewanie się silnika.

Termostat woskowy

Problemy z działaniem układów chłodzenia wymusiły opracowanie regulatorów przepływu, które byłyby bardziej odporne na ciśnienie i zapewniały skuteczną regulację temperatury w układach z wymuszonym obiegiem. W odpowiedzi na te wyzwania przeprowadzono badania, które doprowadziły do stworzenia termostatów woskowych.

Termostaty woskowe wykorzystują właściwości wosku, który po podgrzaniu do temperatury powyżej 80°C przechodzi ze stanu stałego w stan ciekły. Wzrost objętości roztopionego wosku powoduje przesunięcie trzpienia przesuwnego, który w celu otwarcia zaworu uruchamia mechanizm sterujący. Całkowite otwarcie przepływu cieczy chłodzącej następuje przy temperaturze ok. 100°C.

Kiedy temperatura płynu spadnie, sprężyna powrotna przesuwa metalową obudowę z powrotem do pozycji wyjściowej, powodując zamknięcie zaworu. Termostaty woskowe okazały się skutecznym rozwiązaniem dla układów chłodzenia z wymuszonym obiegiem, ponieważ wykorzystują właściwości wosku, które zapewniają odporność na wysokie ciśnienie chłodziwa. Ten rodzaj termostatu zastąpił termostaty mieszkowe i do lat 60. XX w. był głównym typem termostatu stosowanym w pojazdach.

termostat_z_elementem_woskowym Źródło: Adobe Stock – Maksim

 Termostat z elementem woskowym.

Termostat z podwójnym zaworem 

Termostaty z podwójnym zaworem przyniosły dalszy postęp w rozwoju układów chłodzenia. Dzięki temu innowacyjnemu rozwiązaniu możliwa stała się bardziej precyzyjna kontrola temperatury silnika. Termostat dwuzaworowy działa na zasadzie stopniowego otwierania i zamykania, co pozwala na optymalną cyrkulację płynu chłodzącego. Istotnym elementem termostatu z podwójnym zaworem jest też funkcja obejścia.

W początkowej fazie pracy silnika, kiedy temperatura jest jeszcze niska, termostat jest zamknięty, a chłodziwo krąży w krótkim obiegu, omijając chłodnicę. To zapobiega występowaniu gorących punktów, umożliwia równomierne rozgrzanie silnika oraz poprawę odparowania paliwa. W miarę wzrostu temperatury silnika termostat stopniowo się otwiera, umożliwiając przepływ części płynu chłodzącego do chłodnicy, a części z powrotem do silnika.

Kiedy temperatura cieczy chłodzącej przekracza ustalony poziom, termostat otwiera się całkowicie, blokując obejście. Taka regulacja przepływu płynu chłodzącego pozwala na szybkie rozgrzanie silnika, co jest istotne dla jego prawidłowej pracy. Termostaty z podwójnym zaworem stanowią ważny element nowoczesnych układów chłodzenia, umożliwiając precyzyjną kontrolę temperatury w silnikach samochodowych.

Termostat sterowany elektronicznie 

Dzięki wprowadzeniu termostatu sterowanego elektronicznie komputer pojazdu ma kontrolę nad temperaturą silnika w czasie rzeczywistym. Sterowanie termostatem odbywa się na podstawie:

  • sygnałów i danych dostarczanych przez czujniki temperatury,
  • obroty silnika,
  • prędkość pojazdu
  • i inne parametry.

Termostaty sterowane elektronicznie działają na podobnej zasadzie jak tradycyjne termostaty woskowe.

Wzrost temperatury chłodziwa powoduje, że wosk się topi i rozszerza. Dodatkowo do jego podgrzania wykorzystuje się rezystor grzewczy, za którego pomocą możliwe jest uzyskanie precyzyjnego przesunięcia trzpienia. Elektryczny element grzejny pozwala na wykorzystanie dodatkowych informacji otrzymanych przez czujniki i systemy elektroniczne pojazdu.

Nawet w przypadku awarii układu elektronicznego termostat wciąż będzie się otwierał w odpowiednim czasie, aby zapobiec przegrzaniu silnika. Nowoczesne układy chłodzenia w połączeniu z elektrycznie sterowanym wentylatorem i pompą płynu chłodzącego o zmiennym przepływie odgrywają bardzo ważną rolę w zapewnianiu efektywnego chłodzenia silnika. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych technologii i systemów sterowania możliwa jest precyzyjna kontrola temperatury, co przekłada się na optymalne działanie silnika.

sterowany_elektronicznie_termostat_z_elementem_woskowym Źródło: MAHLE

Sterowany elektronicznie termostat z elementem woskowym.

Źródło: Materiały redakcyjne

O Autorze

Bogdan Kruk

Redaktor miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

autoExpert 06 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę