Термостат служит для автоматической регулировки температуры воды в системе охлаждения двигателя и для ускорения его прогрева после пуска.
Двигатель работает с наиболее высокими показателями в том случае, когда температура охлаждающей воды, выходящей из двигателя, поддерживается в пределах 85— 90° С.
При закипании воды мощность двигателя и его экономичность снижаются. Если же вода чрезмерно холодна, то увеличивается конденсация топлива, вызывающая смывание смазки со стенок цилиндров и разжижение ее в картере, а также возрастают тепловые потери, что ведет к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива. Особенно сильно конденсируется топливо в процессе пуска карбюраторных двигателей в холодное время года, что приводит к усиленному износу деталей двигателя.
Термостат представляет собой клапан, установленный в верхнем патрубке блока, автоматически регулирующий циркуляцию воды через радиатор и поддерживающий наивыгоднейшую ее температуру.
Наиболее распространены термостаты жидкостного типа (сильфонные) с двойным клапаном. Такой термостат состоит из закрытого, гофрированного латунного цилиндра, внутри которого находится небольшое количество легкокипящей жидкости, обычно смеси из 1/3 этилового спирта и 2/3 дистиллированной воды. К верхней части цилиндра прикреплен стержень с двойным клапаном. Нижняя часть цилиндра закреплена на скобе корпуса термостата. Термостат установлен в верхнем водяном патрубке, имеющем ответвление в виде перепускного канала к водяному насосу.
Когда двигатель холодный, цилиндр термостата сжат, при этом оба клапана опущены вниз и основной клапан закрыт, а перепускной открыт. Вода, нагнетаемая насосом в водяную рубашку блока и головки, через окна перепускного клапана проходит по перепускному каналу обратно к насосу, не попадая в радиатор, что после пуска двигателя обеспечивает быстрый прогрев последнего.
По мере нагрева воды жидкость, находящаяся в цилиндре термостата, закипает, и давление внутри цилиндра повышается, вследствие чего цилиндр раздвигается, и клапаны перемещаются. При полном прогреве двигателя основной клапан открывается, а перепускной закрывается, и вода направляется в верхний патрубок и циркулирует через радиатор, обеспечивая интенсивное охлаждение двигателя.
При работе двигателя вследствие изменения положения клапанов термостат непрерывно регулирует циркуляцию воды через радиатор и обеспечивает поддержание наивыгоднейшего температурного состояния двигателя.
Термостат, унифицирован для большинства автомобилей различных марок. На некоторых автомобилях (ЗИЛ-110 «Москвич») применяют термостат с одинарным клапаном, который в холодном двигателе закрыт и полностью прекращает циркуляцию воды в системе охлаждения.
Термостаты подобного устройства применяют также для автоматического управления жалюзи радиатора, регулирующими количество воздуха, проходящего через радиатор (автомобили ЗИЛ-110 и ЗИЛ-111).
Получают также распространение термостаты с твердым наполнителем.