Termostaty fazowe – po co komplikować proste urządzenie?

Konwencjonalny termostat otwiera się przy temperaturze silnika wynoszącej niewiele powyżej 90 stopni Celsjusza. Jest to niższa temperatura od optymalnej dla silnika, ale dzieje się tak ze względu na bezpieczeństwo. W razie nagłego wzrostu obciążenia i temperatury, otwierający się z opóźnieniem termostat mógłby doprowadzić do przegrzania jednostki napędowej, gdyby pracował w pozycji zamkniętej przy temperaturze ok. 100-110 stopni Celsjusza, czyli najlepszej dla silnika. Dzieje się tak dlatego, że termostat nie reaguje na to, co robi kierowca, a jedynie na temperaturę płynu chłodzącego – to dla niego jedyna informacja. Uściślając, termostat nie chroni przed wzrostem temperatury, ale zwalcza jej dalszy wzrost gdy ta przekracza określoną granicę. Dlatego też granicę wyznaczono poniżej poziomu optymalnego dla silnika. Takie działanie jest problemem przy wyśrubowanych normach emisji spalin, zmuszających do wyżyłowania wydajności silników, które powinny pracować przy wyższej temperaturze.

W takiej sytuacji lepszy byłby termostat powiązany z komputerem sterującym pracą silnika, który miałby wpływ na otwieranie się i zamykanie termostatu, niezależnie od samej temperatury cieczy, a zależnie od obciążenia termicznego silnika. Można by w ten sposób podnieść temperaturę płynu chłodzącego do bezpiecznego maksimum. I tak powstał termostat fazowy, którego zadaniem nie jest już zwalczanie zbyt wysokiej temperatury, ale utrzymanie jej zawsze możliwie blisko maksymalnej granicy oraz reagowanie na potencjalny wzrost temperatury.

Termostat fazowy w rzeczywistości pracuje stale na granicy bezpieczeństwa, ale dzięki powiązaniu jego pracy z informacjami komputera samochodu, jest to bezpieczne. Aby osiągnąć to bezpieczeństwo zastosowano element woskowy, zwiększający swoją objętość przy wyższej temperaturze i tym samym otwierający termostat oraz dodatkowe, elektryczne podgrzewanie tegoż elementu.

W normalnych warunkach termostat działa klasycznie, tyle tylko, że utrzymuje temperaturę chłodziwa na poziomie ok. 110 stopni Celsjusza. Jednak w momencie chwilowego wzrostu obciążenia (np. wciśnięcia pedału gazu), komputer zarządzający silnikiem wysyła sygnał do elektrycznego podgrzewacza, który zwiększając natężenie prądu symuluje wzrost temperatury czynnika chłodzącego. Wówczas „okłamany” termostat zaczyna się otwierać, choć w rzeczywistości jeszcze nie musi, przewidując niejako przyszły wzrost temperatury. W ten sposób, przy dużym obciążeniu temperatura cieczy zamiast rosnąć – jak przy klasycznym termostacie - spada do bezpiecznego dla silnika poziomu ok. 90 stopni Celsjusza. Gdy obciążenie silnika zniknie, grzałka zmniejsza temperaturę i termostat znów pracuje w tradycyjny sposób, podnosząc temperaturę do granicznych 110 stopni Celsjusza. Natomiast w sytuacji nagłego spadku temperatury silnika, na przykład podczas jazdy z górki z zamkniętą przepustnicą, komputer obniża temperaturę grzałki, tym samym znów symulując inną temperaturę niż jest w rzeczywistości. „Okłamany” termostat zamyka się i jeszcze przed spadkiem temperatury cieczy chłodzącej przechodzi na tryb małego obiegu cieczy by zapowiedz ewentualnemu spadkowi temperatury cieczy.

Różnicę pomiędzy termostatem konwencjonalnym i fazowym najlepiej obrazują powyższe wykresy. Na pierwszym widać na jakiej zasadzie działa termostat konwencjonalny, który reaguje dopiero wtedy, gdy temperatura cieczy się podniesie. Tymczasem na drugim wykresie widać, że w tej samej sytuacji termostat fazowy obniżył temperaturę cieczy zanim ta się podniosła, przygotowując tym samym silnik na pracę pod pełnym obciążeniem.

Dzięki takiemu działaniu, termostat fazowy działa prewencyjnie, czyli zanim temperatura cieczy się rzeczywiście zmieni, a zatem nie wystąpi żadne opóźnienie gdy nagle wzrośnie temperatura silnika, co pozwala utrzymać chłodziwo w wyższej temperaturze.

Jeśli zrozumieliście zasadę działania termostatu fazowego i zauważyliście różnice w stosunku do konwencjonalnego rozwiązania, nie możecie nie przyznać, że termostat fazowy jest zdecydowanie lepszy rozwiązaniem. Oto kilka zalet stosowania takiego rozwiązania:

• Optymalne spalanie mieszanki dzięki wyższej temperaturze ścianek i elementów cylindra

• Niższa lepkość oleju dzięki wyższej temperaturze pracy, zmniejszenie tarcia

• Zmniejszona emisja substancji szkodliwych dzięki polepszonemu spalaniu, wyższa moc przy pełnym obciążeniu dzięki wcześniej zredukowanej temperaturze cieczy

• Wyższy komfort dzięki szybszemu nagrzewaniu wnętrza

O opinię na temat termostatów fazowych zapytaliśmy również eksperta z iParts.pl:

*Duża część produkowanych współcześnie samochodów posiada obiegi chłodzenia oparte na tzw. termostatach fazowych. W tych urządzeniach konwencjonalny element termorozszerzalny zintegrowano z grzałką sterowaną przez elektronikę pokładową. Oprócz temperatury płynu chłodzącego wielkościami wpływającymi na regulację są m.in. prędkość pojazdu oraz obciążenie silnika.

Wyobraźmy sobie sytuację, w której pojazd jedzie ze stałą prędkością, a temperatura płynu chłodniczego wynosi 85°C. Kierowca nagle wciska pedał przyspieszenia, korzystając z pełnej silnika, który zaczyna generować znaczne ilości ciepła. Konwencjonalny termostat zareaguje na tę sytuację dopiero w momencie, gdy temperatura płynu chłodzącego wzrośnie do ok 90°C.

W przypadku samochodów z termostatem fazowym elektronika pokładowa przewidzi taką sytuację znacznie wcześniej. Już w momencie wciśnięcia pedału przyspieszenia sygnał sterujący uruchomi grzałkę zintegrowaną z elementem woskowym w termostacie, który otworzy się, zanim temperatura cieczy chłodzącej zacznie rosnąć.

Takie rozwiązanie zapewnia wysoką stabilność temperatury pracy silnika, ze względu na wąski zakres regulacji. To z kolei przykłada się na:*

• optymalny proces spalania – niskie zużycie paliwa i mniejsza emisja szkodliwych substancji;

• lepszą dostępność pełnej mocy silnika;

• szybsze nagrzewania wnętrza pojazdu w okresie zimowym;

• zwiększona trwałość jednostki napędowej, ze względu na skrócony czas nagrzewania;

• stabilność pracy elektroniki pokładowej, gdzie jednym z czynników sterujących jest temperatura cieczy chłodzącej.