Silnik spalinowy może osiągać parametry pracy deklarowane przez producenta tylko wtedy, gdy pracuje w odpowiednich warunkach: w dopuszczalnym zakresie obrotów i temperatur i na paliwie spełniającym wymagania normy.

Większość kierowców zdaje sobie sprawę, że silnik w ich samochodzie może się przegrzać. Takie obrazki widujemy co roku podczas wakacyjnych podróży: samochód na poboczu, podniesiona klapa silnika, kierowca uzupełniający płyn chłodniczy. Mniej widowiskowe są skutki pracy silnika w zbyt niskiej temperaturze, to znaczy w pierwszych minutach po rozruchu: większe spalanie, większa emisja zanieczyszczeń. Sposób na uniknięcie obu rodzajów problemów jest jeden: regulacja tempa odprowadzania ciepła z silnika.

W praktyce najczęściej stosuje się rozwiązanie polegające na podzieleniu układu chłodzenia na dwie części: pierwsza, znajdująca się bliżej silnika, po rozruchu jest oddzielona od dalszej, obejmującej chłodnicę. Dzięki temu, dopóki silnik nie rozgrzeje się do wymaganej temperatury, ciecz chłodząca odbiera i rozprasza niewiele ciepła. Dopiero w chwili, w której temperatura cieczy osiągnie odpowiednią wartość, zawór rozdzielający obie części układu chłodzenia otwiera się i włącza chłodnicę do obiegu. Jeśli temperatura cieczy spadnie, zawór zamyka się, zmniejszając wymianę ciepła z otoczeniem.

Za otwieranie i zamykanie przepływu cieczy chłodzącej odpowiada automatyczny zawór: termostat. Od dziesięcioleci nie zmieniła się zasada działania tego urządzenia. Udoskonalano szczegóły konstrukcyjne, zmieniano materiał, z którego wykonywane są poszczególne części, zwłaszcza uszczelnienia, ale podstawy konstrukcji okazały się tak skuteczne i niezawodne, że rewolucja nie była potrzebna. Trzeba było na nią poczekać do czasu wprowadzenia cyfrowego sterowania pracą silnika i innych podzespołów.

Zasada działania termostatów parafinowych

Tradycyjne termostaty wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieplnej, towarzyszące zmianie stanu skupienia medium, najczęściej parafiny, wzbogaconej odpowiednio dobranymi dodatkami. Parafina w stałym stanie skupienia szczelnie wypełnia pojemnik, którego jedna ścianka może się poruszać względem pozostałych. Wzrost temperatury cieczy opływającej termostat powoduje zwiększanie objętości bloku parafinowego aż do osiągnięcia temperatury topnienia. Wtedy zmiana objętości przyspiesza, a parafina wywiera coraz większą siłę na ścianki. W końcu siła osiąga wartość, która wystarcza do zrównoważenia siły wywieranej na zawór przez sprężynę, która utrzymuje go w położeniu zamkniętym. Zawór otwiera się, a ciecz chłodząca zaczyna płynąć w kierunku chłodnicy.

To rozwiązanie ma wiele zalet, przede wszystkim prostotę i niezawodność. Ma też kilka istotnych ograniczeń, które zaczęły odgrywać rolę dopiero po wprowadzeniu do użytku silników ze skomplikowanymi mechanizmami sterowania, wymagającymi m.in. zmiany charakterystyki sterowania układem chłodzenia.

W tradycyjnym termostacie zawór otwiera się zawsze w tej samej temperaturze przewidzianej przez producenta. Charakterystyka otwarcia jest powtarzalna i nie można jej zmienić inaczej niż przez wymianę termostatu. W miarę upływu czasu termostat może zmienić swoje właściwości, np. na skutek starzenia się elementów sprężystych, ale jest to objaw utraty sprawności. Jeśli tak się stanie, termostat należy wymienić.

Uszkodzenia

Prostota konstrukcji ogranicza liczbę możliwych usterek. Najczęściej spotykanymi są:

  • zanieczyszczenie uniemożliwiające otwarcie albo zamknięcie zaworu – może do niego dojść w wyniku osadzania się na elementach zaworu związków chemicznych wytrąconych z cieczy chłodzącej,
  • zniszczenie albo rozszczelnienie zawierającego parafinę elementu sterującego zaworem,
  • utrata szczelności zaworu albo mocowania.

Termostat jest stosunkowo tanim i łatwo dostępnym elementem. Jeśli więc uległ uszkodzeniu, najlepiej wymienić go na nowy, o charakterystyce zalecanej przez producenta pojazdu, zwłaszcza jeśli nie był wcześniej wymieniany i zachodzi podejrzenie, że oprócz łatwej do usunięcia przyczyny awarii (np. zabrudzenia) wkrótce mogą dojść do głosu inne, spowodowane starzeniem i zużyciem. W ten sposób można zapobiec problemom w trasie, kiedy prosta czynność serwisowa może urosnąć do rozmiaru poważnego problemu logistycznego.

Zasada działania termostatów elektronicznych

Termostat elektroniczny składa się z trzech elementów: pomiarowego (czujnika temperatury, często z wyjściem cyfrowym), sterownika (może nim być kontroler silnika ECU albo osobny, dedykowany kontroler układu chłodzenia) oraz elementu wykonawczego, najczęściej elektrozaworu. Temperatura otwarcia i zamknięcia zaworu oraz tempo jego działania nie zależą od parametrów czujnika i zaworu, ale od oprogramowania sterownika. Dzięki temu można zaprogramować kilka wariantów działania zaworu cieczy chłodzącej, które będą wybierane w zależności od dodatkowych parametrów, np. rzeczywistego obciążenia silnika, temperatury powietrza itp.

Rozbudowane sterowanie oznacza większą elastyczność, lepsze dostosowanie temperatury silnika do warunków eksploatacji, a więc także optymalizację spalania mieszanki i ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Z drugiej strony skomplikowany układ elektroniczny to wyższa cena, możliwość wystąpienia większej liczby usterek (trzy elementy zamiast jednego, a należy uwzględnić także wtyki, przewody itp.). Rośnie także stopień trudności naprawy, ponieważ każdy element musi być sprawdzony osobno. Jeśli termometr elektroniczny ma wyjście analogowe, można go sprawdzić, mierząc ciągłość obwodu oraz natężenie prądu odpowiadające różnym temperaturom. Wyjście cyfrowe wymaga użycia oscyloskopu cyfrowego, najlepiej z analizatorem protokołu transmisji danych, który w czasie rzeczywistym odczyta dane przekazywane przez termometr.

Jest jeszcze jedno potencjalne źródło problemów z elektronicznym sterowaniem zaworem cieczy chłodzącej – tzw. chip tuning. Nieudana albo nieprofesjonalna modyfikacja programu sterownika może spowodować permanentne przegrzewanie albo zbyt wolne rozgrzewanie silnika. Jeśli badania czujnika temperatury i elektrozaworu nie przynoszą rozstrzygnięcia, warto sprawdzić, czy modyfikowano oprogramowanie ECU.

Jak wybierać zamiennik?

Jak zwykle w przypadku stosunkowo tanich i prostych części, których awaria może spowodować poważne kłopoty, warto postawić na jakość. Trzeba wziąć pod uwagę jakość materiałów, przede wszystkim elastycznych i sprężystych (uszczelek, sprężyn). Przez długi czas będą one narażone na wysoką temperaturę, zatem nie mogą pęknąć ani odkształcić się w stopniu uniemożliwiającym pracę termostatu. Precyzyjne wykonanie powinno gwarantować, że w termostacie nie pojawią się dodatkowe, nieprzewidziane przez producenta siły, które mogłyby opóźnić otwarcie zaworu albo spowodować „zawieszenie” go w pozycji otwartej.

W przypadku termostatów elektronicznych należy wybierać dostawców, którzy gwarantują, że ich podzespoły będą spełniały wymagania transmisji danych (albo sygnałów analogowych) bez wprowadzania zakłóceń do sieci transmisji danych samochodu. Należy unikać ekstremalnie tanich zamienników wątpliwej jakości i niepewnego pochodzenia.

Bezpieczeństwo

Należy pamiętać, że w czasie pracy silnika i wkrótce po jego zatrzymaniu w układzie chłodzenia panuje podwyższone ciśnienie. Dlatego do chwili schłodzenia silnika nie należy wykonywać czynności, które mogłyby spowodować rozszczelnienie układu i gwałtowny wypływ gorącej cieczy. Dotyczy to odkręcania pokrywy zbiorniczka wyrównawczego, ale także manipulacji przy termostacie. Do testów szczelności najbezpieczniej będzie wykorzystać zestaw do badania szczelności składający się z pompki i adaptera. Dzięki niemu można osiągnąć ciśnienie robocze w temperaturze otoczenia.

Piotr Kołaczek