Thermostate sind gewissermaßen die Wächter des Motorkühlsystems, da sie (i) ständig die Temperatur des Kühlmittels überwachen und (ii) den Kühlmittelfluss durch den Kühler regeln, um die optimale Motorbetriebstemperatur zu erzielen und aufrechtzuerhalten.
Dies gewährleistet einen effizienten Verbrennungsprozess, der zu geringeren Treibhausgasemissionen führt. Im Folgenden konzentrieren wir uns auf einen bestimmten Typ von Thermostaten: die elektrisch gesteuerten oder kennfeldgesteuerten Thermostate. Wir listen die Thermostatteile auf, erklären, wie sie funktionieren und wie bei elektrischen oder mechanischen Fehlern vorzugehen ist.
Thermostatelemente
Bevor wir uns mit der Funktionsweise von kennfeldgesteuerten Thermostaten befassen, sollten Sie die Position ihrer vier Hauptteile kennen:
- Elektrischer Pol
- Widerstandsheizung im Wachselement
- Wachselement
- Expansionselement
Kennfeldgesteuerte Thermostate: zwei Temperaturbereiche
Elektrisch gesteuerte Thermostate arbeiten in der Regel innerhalb von zwei Betriebstemperaturbereichen, je nach Lastanforderungen des Motors: niedrige bis mittlere Last gegenüber hoher Last oder hoher Drehzahl. Der Thermostat wird erst aktiviert, wenn eine Temperaturschwelle überschritten wird und die Kühlmitteltemperatur knapp unter dem Sollwert liegt.
- Bei geringer oder mittlerer Motorlast arbeiten kennfeldgesteuerte Thermostate genauso wie herkömmliche Thermostate, die in das Kühlmittel im Thermostatgehäuse eingetaucht sind. Allerdings beginnen sie sich in einem höheren Temperaturbereich (zwischen 100 °C und 110 °C, abhängig vom genauen Betriebsbereich des Thermostats) zu öffnen. Dies ermöglicht einen effizienteren Verbrennungsprozess und sorgt dafür, dass weniger Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre abgegeben werden.
- Wenn die Motorsteuerungseinheit eine Erhöhung der Motorlast feststellt oder wenn – bei manchen Fahrzeugen – der Sportmodus aktiviert ist, wird dem Heizelement Energie zugeführt. Letzteres hat Kontakt mit dem Wachselement und bewirkt ein früheres Öffnen des Thermostats, um eine niedrigere Temperatur im Kühlmittelkreislauf aufrechtzuerhalten (zwischen 85 °C und 95 C, wiederum abhängig vom Betriebsbereich des betreffenden Thermostats). Dieser Temperaturabfall verbessert die Dichte der Luft, die in die Verbrennungsräume des Motors gelangt, wodurch die Motorleistung erhöht und eine Überhitzung des Motors während Hochleistungsbetriebszyklen verhindert wird.
Beachten Sie, dass dem Fahrer die Temperaturänderungen nicht bewusst sind: Moderne Fahrzeuge halten die Temperaturanzeigenadel an der Instrumententafel stabil, solange die Temperatur innerhalb des Betriebsbereichs liegt. Die optimale Betriebstemperatur für ein Fahrzeug wird auf Kennfeldern in der Motorsteuerungseinheit gespeichert und basiert auf der Last der Ansauganlage, der Drehzahl und der Temperatur des Fahrzeugs.
Das elektronische Steuergerät vergleicht ständig die auf dem Kennfeld gespeicherte Temperatur mit der tatsächlichen Temperatur des Motors. Basierend auf diesen Informationen sendet es ein bestimmtes Pulsweitenmodulationssignal (oder PWM-Signal) an das Heizelement des Thermostats, steuert es und sorgt dafür, dass es offen bleibt, bis die erforderliche Temperatur erreicht ist. Eine niedrige PWM (ohne Spannung) entspricht einer hohen Kühlmitteltemperatur, eine hohe PWM (mit Spannung) einer niedrigen Kühlmitteltemperatur. Das PWM-Signal – auch Rechtecksignal genannt – liefert aufgrund seiner Betriebszyklen, also kontrollierten Ein- und Ausschaltintervallen, sehr präzise die exakte Energiemenge an das Heizelement.
Bei hoher Motortemperatur können zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein, um die Kühlmitteltemperatur schnell zu senken. Die Steuereinheit kann beispielsweise die elektrischen Lüfter starten. Bei Fahrzeugen mit einer elektrischen Wasserpumpe wie der Gates 41504E (wie bei BMW-Fahrzeugen, die eine elektrische Wasserpumpe als Hauptwasserpumpe verwenden) kann der Kühlmitteldurchfluss auch automatisch erhöht werden.
Thermostatfehler: elektrisch und mechanisch
Elektrische Thermostatfehler werden von der Steuereinheit erkannt und erzeugen einen Fehlercode im Speicher dieser Einheit. Vor dem Austausch eines Thermostats wegen eines Fehlercodes ist es am besten, die elektrische Verkabelung zwischen der Motorsteuerungseinheit, dem Thermostat und dem Stromversorgungskabel zu überprüfen, um zu vermeiden, dass ein Teil, das richtig funktioniert, ausgetauscht wird. Messen Sie den Widerstand mit einem Multimeter und überprüfen Sie die Verkabelung mit Hilfe des Schaltplans oder des Stromlaufplans des Fahrzeugs. So wissen Sie, woher der Strom für das Thermostat-Heizelement kommt und auf welche Kabel Sie sich konzentrieren sollten.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit bei Ausfall einer Komponente, die mit dem Wärmemanagementsystem in Verbindung steht, sicherheitshalber einen Ersatzwert ermitteln, z. B. die Aktivierung des Lüfters oder des Thermostatwiderstands. Prüfen Sie daher vor jeder Reparatur, ob die übrigen beteiligten Komponenten – wie beispielsweise die Temperatursensoren – ordnungsgemäß funktionieren.
Schließlich treten bei diesen Thermostaten dieselben mechanischen Fehler auf wie bei herkömmlichen Thermostaten. Sie finden diese im Leitfaden zu Thermostatfehlererscheinungen.