Jaké jsou výhody a nevýhody elektronicky řízeného termostatu?

Vývojáři prvních vodou chlazených motorů se vypořádali s úkolem zabránit přehřátí, které je pro motory extrémně nebezpečné, využitím vlastnosti vody stoupat při zahřátí. Konstrukce byla jednoduchá: horní nádrž chladiče, kde stoupala horká voda, byla umístěna nad motorem, z horní nádrže stékala voda po trubkách chladiče, cestou se ochlazovala a pak se vracela zpět do motoru.

17. listopadu 2016 4:18

O něco později, aby se urychlilo chlazení a vystačilo se s relativně malým množstvím vody, začalo se chladič profukovat neustále se otáčejícím ventilátorem za chodu motoru. Chladicí systém se začal vyrovnávat se svými povinnostmi ochrany před přehřátím ještě efektivněji, když byla cirkulace vody v motoru urychlena vodní pumpou.

Nevýhodou takových chladicích systémů bylo dlouhé předehřívání motoru na provozní teplotu a jeho nízká hodnota při nízkých teplotách okolí. Špatné na tom je, že ve studeném motoru se zhoršuje tvorba směsi a motorový olej zůstává nadměrně viskózní. To má za následek ztrátu výkonu a zvýšenou spotřebu paliva. Kromě toho, protože ve studeném motoru se palivo nejen špatně odpařovalo, ale po odpaření mělo tendenci znovu kondenzovat, jeho kapky zkapalnily a odplavily olej, což způsobilo rychlejší opotřebení pohonné jednotky.

Výsledkem boje s nedostatky byl vzhled v chladicím systému dvou cirkulačních kruhů namísto jednoho – velkého a malého. V malém kruhu, který v podstatě zahrnuje pouze chladicí plášť motoru, do kterého se přenáší teplo přímo z nejžhavějších částí motoru, cirkuluje po nastartování kapalina. To umožňuje rychle dosáhnout požadované teploty a stejně rychle se zahřát motor, čímž se minimalizují problémy se studeným chodem.

Kapalina se uvede do pohybu ve velkém kruhu, nebo jednodušeji řečeno, radiátorem, pouze když hrozí přehřátí. Pak už zbývá jen regulovat intenzitu cirkulace kapaliny radiátorem až do úplného vypnutí velkého okruhu při přílišném poklesu teploty.

Tohoto typu provozu chladicího systému je dosaženo a s ním je automaticky udržován nejpříznivější teplotní režim pro provoz motoru díky termostatu.

Je to on, jako výhybkář, který volí dráhu, po které bude vodní čerpadlo pohánět chladicí kapalinu v závislosti na teplotě, a automatická činnost termostatu je zajištěna tím, že v jeho konstrukci je použit prvek obsahující plnivo, jehož objem se během ohřevu a chlazení výrazně mění.

Plniva mohou být tekutá nebo pevná, ale dříve široce používané termostaty s tekutým plnivem se ukázaly jako málo odolné. To nakonec vedlo k rozšířenému přechodu na termostaty s pevnou náplní. V nich se plnivo při zahřívání roztaví a expanduje a působí na dřík termostatického ventilu. Ventil se otevře a umožní kapalině proniknout do velkého cirkulačního okruhu.

Teplota, při které k tomu dochází, je vidět na desce termostatického ventilu. Když teplota klesne pod stanovenou úroveň, náplň z kapalného stavu opět ztuhne a její objem se zmenší, zatímco ventil působením vratné pružiny uzavře průchod kapaliny do radiátoru. To bude pokračovat, dokud se kapalina, cirkulující v malém kruhu, nezahřeje na požadovanou teplotu a mytím pracovního prvku termostatu po cestě nedonutí plnivo k roztavení a opětovné expanzi.

Nevýhodou termostatů s jedním ventilem je nepřehlednost při přesměrování toku kapaliny z velkého kruhu do malého a naopak. Problémem je hydraulický odpor vytvářený chladičem. Práce na zmenšení radiátorů při zachování jejich účinnosti vedly ke zvýšení hydraulického odporu, díky kterému měla kapalina i po otevření velkého kruhu tendenci cirkulovat po cestě nejmenšího odporu, což byl malý kruh.

Boj proti tomuto problému vedl ke vzniku dvouventilových termostatů. V nich, když hlavní ventil otevře průchod do velkého cirkulačního kruhu, je malý kruh uzavřen přídavným ventilem.

Nicméně, bez ohledu na to, kolik ventilů jste připojili k termostatu, stále existovala jedna nevýhoda, se kterou bylo nutné se dlouho vyrovnávat kvůli nedostatku způsobu, jak s ní bojovat. Termostat zajišťoval potřebný teplotní režim za jakýchkoliv atmosférických podmínek, což bylo dobré a při jakémkoli zatížení motoru, ale to bylo špatně, protože to, co bylo optimální při jedné zátěži, při změně přestalo být.

Například pro snížení spotřeby paliva a snížení toxicity výfukových plynů během provozu motoru při částečném zatížení je žádoucí, aby teplota chladicí kapaliny byla co nejvyšší. Při mírném zatížení by měl dokonce balancovat na hraně kapalného varu, což je u moderních chladicích systémů pracujících s přebytečným vnitřním tlakem přibližně 105-110°C.

Když však motor pracuje v takovém teplotním režimu, vzduch vstupující do válců se zahřívá a expanduje, což vede ke snížení plnění válců. Nedostatek vzduchu znamená, že nespálíte mnoho paliva, což znamená, že ztratíte potřebný výkon, když motor běží na nebo blízko plného zatížení. Proto by při takovém zatížení neměla být teplota chladicí kapaliny vyšší než 85-95°C.

Žádný termostat, který podléhá fázovým přeměnám plniva z pevné látky na kapalinu a zpět, není schopen optimalizovat teplotu chladicí kapaliny podle potřeb podmínek zatížení. Situace se zdála být ve slepé uličce, dokud v důsledku vývoje elektroniky něčí bystrá hlava nepřišla s nápadem přidat elektronické ovládání do standardního algoritmu ovládání termostatu.

Aby toho bylo dosaženo, kromě plniva byl v pracovním prvku termostatu umístěn topný odpor. Samotný termostat je nastaven na provoz při výrazně vyšších teplotách, než se otevírá velkookruhový ventil u běžných termostatů. To umožnilo udržovat teplotu chladicí kapaliny kolem 110 °C, zatímco motor běžel při částečném zatížení. Jakmile je však požadováno, aby motor produkoval plný výkon, je do rezistoru přiváděn proud. Dále začíná to, co se děje u běžných termostatů kvůli zahřívání chladicí kapalinou, ale nyní není zdrojem tepla chladicí kapalina, ale topný odpor. Řídicí jednotka motoru řídí činnost odporu podle programu optimalizace teploty chladicí kapaliny, který je v ní obsažen.

Dobrý nápad? O tom by nebylo pochyb, kdyby každá mince neměla kromě lícové strany i rubovou stranu. Jakákoli komplikace designu, bez ohledu na to, jak zajímavě může vypadat z technického hlediska, vede ke ztrátě spolehlivosti.

Vezměte si například dvouventilový termostat. Pokud v otevřeném stavu selže jednoventilový termostat, motor se bude dlouho zahřívat, jeho teplota za jízdy klesne, od topení bude foukat studený vzduch, zvýší se spotřeba paliva, ale s motorem se nic vážnějšího nestane. Taková porucha dvouventilového termostatu však může vést k přehřátí motoru. Zdá se to nemyslitelné, ale v praxi byly takové případy pozorovány.

Na tom není nic překvapivého. Princip činnosti jednoventilového termostatu standardně předpokládá, že po otevření ventilu bude určitá část kapaliny stále cirkulovat v malém kruhu, ale provoz dvouventilového termostatu to a priori vylučuje. To se bere v úvahu při návrhu, ale poruchy provádějí vlastní úpravy výpočtů vývojářů motorů.

Jaké úpravy provedlo elektronické ovládání? Je zřejmé, že k příčinám, které způsobily výpadek termostatů s tradiční konstrukcí, přibyly nové, související s přítomností rezistoru, jeho zapojením a jeho kontaktními spoji, které mohou oxidovat, a také s přídavnými těsněními, která dříve či později přestanou těsnit.

Asi jen vývojáři vědí, kolik paliva elektronická regulace umožňuje ušetřit a jak čistší výfuk dělá – v dostupných zdrojích se nepodařilo zjistit konkrétní čísla. Z katalogů náhradních dílů však lze snadno zjistit, jak se zvýšená složitost návrhu projevila na nákladech na odstraňování závad. Pokud dříve, abyste si koupili dobrý neoriginální termostat pro většinu automobilů běžných v Bělorusku, stačilo najít 9-15 USD, pak termostat s elektronickým ovládáním bude stát nejméně 60-80 USD.

Objevily se i vnější příčiny, např. poruchy čidel, jejichž informace slouží k elektronickému ovládání termostatu. To zase změnilo přístup k řešení problémů. Dříve zkušení motoristé hodnotili výkon termostatu dotykem, podle toho, jak se zahřívaly hadice přivádějící a odvádějící kapalinu z chladiče. Jediné, co nyní může vyvolávat obavy, je chod ventilátoru, když k tomu není důvod (motor je studený, klimatizace vypnutá), což znamená přepnutí do nouzového režimu. Ale abychom pochopili, kterým směrem se vydat, abychom našli konkrétního viníka, je problematické obejít se bez počítačové diagnostiky.

Nakonec se „zažhavily“ i samotné motory. Osudnou pro ně může být sebemenší porucha v chladicím systému, na kterou motory s klasickými termostaty nereagovaly nebo reagovaly s minimálními následky. Nárůst počtu motorů uváděných jako velmi citlivé na přehřívání je pravděpodobně hlavním důsledkem evolučních změn, kterými prošla konstrukce termostatu.

Sergej BOYARSKIKH
Fotografie od autora a z otevřených zdrojů
ABW.BY

Rádi bychom poděkovali Resource Center na Academic M.S. Vysotsky Automotive College za pomoc při organizaci focení.

Chcete-li nahlásit chybu, zvýrazněte text a stiskněte Ctrl + Enter

Přihlaste se k odběru ABW a přečtěte si novinky dříve než kdokoli jiný!