ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
THERMOSTATIC DEVICE AND COOLING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ И ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к термостатирующему устройству в соответствии с преамбулой п.1 формулы и к системе охлаждения в соответствии с преамбулой п.9 формулы.
Термостатирующее устройство, содержащее температурно-зависимый активирующий элемент с восковой массой, часто используется для регулировки температуры охлаждающей текучей среды в системе охлаждения, которая охлаждает двигатель внутреннего сгорания в автомобиле. Термостатирующее устройство направляет вытекающую из двигателя внутреннего сгорания охлаждающую текучую среду, в зависимости от его температуры, или на радиатор для его охлаждения, прежде чем охлаждающая текучая среда возвратится к двигателю внутреннего сгорания, или непосредственно назад, к двигателю внутреннего сгорания, без прохождения через радиатор. Во многих автомобилях термостатирующее устройство вводится в контур охлаждения в системе охлаждения между выпуском охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания и впуском охлаждающей текучей среды в радиатор. Было показано, что предпочтительно управлять термостатирующим устройством в зависимости от температуры охлаждающей текучей среды, которая направляется в двигатель внутреннего сгорания, вместо того, чтобы управлять термостатирующим устройством в зависимости от температуры охлаждающей текучей среды, которая выходит из двигателя внутреннего сгорания. Чтобы допустить такое управление, без необходимости в изменении размещения термостатирующего устройства в контуре охлаждения, были разработаны термостатирующие устройства, которые сконфигурированы для приема управляемого потока охлаждающей текучей среды от трубопровода управления, который отклоняет часть охлаждающей текучей среды, которая течет к впуску охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания. Термостатирующие устройства последнего типа предварительно известны из Патента EP 2037097 A2 и Патента EP 2366878 A2.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении термостатирующего устройства такого типа, как определено выше, с новой и преимущественной конструкцией.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Упомянутая цель достигается в соответствии с настоящим изобретением посредством термостатирующего устройства, демонстрирующего признаки, определенные в п.1 формулы.
Термостатирующее устройство в соответствии с изобретением содержит:
- впускной канал, предназначенный для приема охлаждающей текучей среды, которая циркулирует через двигатель внутреннего сгорания в автомобиле,
- впускное отверстие, предназначенное для приема охлаждающей текучей среды от трубопровода управления,
- первый выпускной канал, который соединяется с упомянутым впускным каналом и из которого охлаждающая текучая среда направляется к радиатору,
- второй выпускной канал, который соединяется с упомянутым впускным каналом и из которого охлаждающая текучая среда направляется назад к двигателю внутреннего сгорания без прохождения через упомянутый радиатор,
- корпус клапана, который имеет возможность перемещаться между различными положениями для регулировки потока охлаждающей текучей среды от упомянутой впускного канала до упомянутых выпускных каналов,
- температурно-зависимый активирующий элемент, и
- аксиально перемещаемый шток клапана, на котором закреплен корпус клапана, причем активирующий элемент размещается так, чтобы влиять на положение перемещения штока клапана и корпуса клапана в зависимости от температуры охлаждающей текучей среды, которая принимается через упомянутое впускное отверстие, и причем упомянутое впускное отверстие соединяется со вторым выпускным каналом через соединяющий канал, который проходит в осевом направлении через шток клапана.
Шток клапана, таким образом, используется в термостатирующем устройстве в соответствии с изобретением для направления охлаждающей текучей среды, которая принимается от трубопровода управления, на второй выпускной канал. В результате термостатирующему устройству можно придать особенно компактную и пространственно-эффективную конструкцию.
В соответствии с изобретением шток клапана проходит через восковую массу, введенную в активирующий элемент, чтобы допустить перенос тепла к восковой массе от охлаждающей текучей среды, которая течет через упомянутый соединительный канал внутри штока клапана. Нагревание восковой массы изнутри при этом допускает более эффективный сквозной нагрев восковой массы при действии тепла от охлаждающей текучей среды, которая течет через соединяющий канал внутри штока клапана, по сравнению с термостатирующим устройством обычного типа, в котором восковая масса нагревается извне.
Вариант реализации изобретения отличается тем, что:
- термостатирующее устройство содержит поршневую камеру и перемещаемый поршень, который принимается в поршневой камере, вследствие чего шток клапана проходит через упомянутую поршневую камеру,
- упомянутый поршень жестко соединяется с и располагается на внешней стороне штока клапана, и
- восковая масса помещается в поршневую камеру и располагается так, чтобы действовать на упомянутый поршень.
Тем самым становится возможным преобразовать расширение восковой массы в осевое смещение штока клапана и корпуса клапана эффективным и пространственно-экономичным образом.
Другие преимущественные признаки термостатирующего устройства в соответствии с изобретением описаны в независимых пунктах формулы и нижеследующем описании.
Изобретение также относится к системе охлаждения, демонстрирующей признаки, определенные в п.9 формулы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описывается ниже с использованием примерных вариантов реализации и в связи с приложенными чертежами, на которых:
Фиг. 1 изображает вид сбоку термостатирующего устройства в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения,
Фиг. 2 - вид спереди термостатирующего устройства в соответствии с Фиг. 1,
Фиг. 3 - вид сечения вдоль трубопровода III-III на Фиг. 2,
Фиг. 4 - вид в сечении через термостатирующее устройство в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения, и
Фиг. 5 - схематическая диаграмма системы охлаждения, содержащая термостатирующее устройство в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1-3 показано термостатирующее устройство 1 в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Это термостатирующее устройство 1 предназначено для введения в систему охлаждения в автомобиле, например систему охлаждения 40 такого типа, как показано на Фиг. 5. Термостатирующее устройство 1 содержит корпус 2 термостата. Впускной канал 3 для приема охлаждающей текучей среды, которая циркулирует через двигатель внутреннего сгорания в автомобиле, размещается в корпусе 2 термостата. Этот впускной канал 3 предназначен для соединения с трубопроводом в упомянутой системе охлаждения, так чтобы была возможность через впускное отверстие 4, размещаемое в корпусе 2 термостата, принимать охлаждающую текучую среду из упомянутого трубопровода. Первый выпускной канал 5a и второй выпускной канал 5b дополнительно размещаются в корпусе 2 термостата. Оба этих выпускных канала 5a, 5b соединяются с впускным каналом 3. Охлаждающая текучая среда из первого выпускного канала 5a направляется от термостатирующего устройства 1 на радиатор в упомянутой системе охлаждения, тогда как охлаждающая текучая среда из второго выпускного канала 5b возвращается к двигателю внутреннего сгорания, без прохождения через упомянутый радиатор. Первый выпускной канал 5a предназначен для соединения с трубопроводом в упомянутой системе охлаждения, чтобы позволить через первое выпускное отверстие 6a, размещаемое в корпусе 2 термостата, пропустить охлаждающую текучую среду к упомянутому трубопроводу, тогда как второй выпускной канал 5b предназначен для соединения со вторым трубопроводом в упомянутой системе охлаждения, чтобы позволить через второе выпускное отверстие 6b, размещаемое в корпусе 2 термостата, пропустить охлаждающую текучую среду к упомянутому последнему трубопроводу.
Корпус 10 клапана подвижным образом размещается в корпусе 2 термостата. Этот корпус 10 клапана имеет возможность аксиально перемещаться между различными положениями для регулировки потока охлаждающей текучей среды из упомянутого впускного канала 3 к упомянутым выпускным каналам 5a, 5b. Корпус 10 клапана закреплен на и имеет возможность перемещаться вместе с аксиально перемещаемым штоком 11 клапана, который подвижным образом расположен в корпусе 2 термостата. Первое седло 12a клапана размещается в корпусе 2 термостата между впускным каналом 3 и первым выпускным каналом 5a, и второе седло 12b клапана размещается в корпусе 2 термостата между впускным каналом 3 и вторым выпускным каналом 5b. В показанном примере первое седло 12 клапана сформировано краем, который выступает вокруг первого отверстия 13a, которое образует прохождение потока между впускным каналом 3 и первым выпускным каналом 5a, тогда как второе седло 12b клапана сформировано краем, который выступает вокруг второго отверстия 13b, которое образует прохождение потока между впускным каналом 3 и вторым выпускным каналом 5b. Корпус 10 клапана содержит первый элемент 10а клапана, который, в первом крайнем положении корпуса клапана, принимается в первом седле 12a клапана, чтобы закрыть упомянутое первое отверстие 13a и тем самым воспрепятствовать течению охлаждающей текучей среды от впускного канала 3 к первому выпускному каналу 5a. Корпус 10 клапана дополнительно содержит второй элемент 10b клапана, который, во втором крайнем положении корпуса клапана, принимается во втором седле 12b клапана, чтобы закрыть упомянутое второе отверстие 13b и тем самым воспрепятствовать течению охлаждающей текучей среды от впускного канала 3 на второй выпускной канал 5b. Два элемента 10a, 10b клапана размещаются на некотором расстоянии друг от друга, если рассматривать в осевом направлении штока клапана. Когда первый элемент 10a клапана располагается в своем закрытом положении в контакте с первым седлом 12a клапана, второй элемент 10b клапана располагается в открытом положении на расстоянии от второго седла 12b клапана, как показано на Фиг. 3, при этом охлаждающая текучая среда тем самым имеет возможность течь от впускного канала 3 ко второму выпускному каналу 5b через упомянутое второе отверстие 13b. Когда второй элемент 10b клапана располагается в своем закрытом положении в контакте со вторым седлом 12b клапана, первый элемент 10а клапана располагается в открытом положении на расстоянии от первого седла 12a клапана, при этом охлаждающая текучая среда тем самым имеет возможность течь от впускного канала 3 к первому выпускному каналу 5a через упомянутое первое отверстие 13a. Когда корпус 10 клапана располагается в положении между упомянутыми крайними положениями, охлаждающая текучая среда имеет возможность течь от впускного канала 3 в различной степени и к первому выпускному каналу 5a через упомянутое первое отверстие 13a и ко второму выпускному каналу 5b через упомянутое второе отверстие 13b. Шток 11 клапана проходит через центры соответствующих элементов 10а, 10b клапана. В показанном примере, соответствующие элементы 10a, 10b клапана состоят из конических головок клапана.
Корпус 10 клапана имеет возможность перемещаться от упомянутого первого крайнего положения в направлении упомянутого второго крайнего положения под действием активирующего элемента 14, размещенного в корпусе 2 термостата, и против действия пружинной силы от пружинного устройства 15, действующего на корпус 10 клапана или шток 11 клапана. В показанном примере пружинное устройство 15 состоит из сжимаемой пружины, один конец которой противостоит поддерживающей поверхности 16a внутри второго выпускного канала 5b и другой конец которой противостоит поддерживающей поверхности на втором элементе 10b клапана. Эта сжимаемая пружина окружает конец 11b штока клапана, причем этот конец принимается во втором выпускном канале 5b.
Термостатирующее устройство 1 дополнительно содержит впускное отверстие 17, которое предназначено для приема охлаждающей текучей среды от трубопровода управления в упомянутой системе охлаждения. Активирующий элемент 14 размещается так, чтобы влиять на положение перемещения штока 11 клапана и корпуса 10 клапана в зависимости от температуры охлаждающей текучей среды, которая принимается от трубопровода управления через упомянутое впускное отверстие 17. Впускное отверстие 17 соединяется со вторым выпускным каналом 5b через соединяющий канал 18, который проходит в осевом направлении через шток 11 клапана. Охлаждающая текучая среда, принимаемая от трубопровода управления, всегда имеет возможность течь далее на второй выпускной канал 5b через соединяющий канал 18 независимо от положения штока 11 клапана и корпуса 10 клапана.
В показанном примере шток 11 клапана является трубчатым и открытым с обоих концов, при этом соединяющий канал 18 сформирован внутренним пространством, которое проходит аксиально через шток клапана между концами штока клапана. Шток 11 клапана предпочтительно выполнен из металлического материала с высокой теплопроводностью.
В показанном примере активирующий элемент 14 содержит восковую массу 20. Шток 11 клапана проходит через упомянутую восковую массу 20, чтобы позволить перенос тепла к восковой массе 20 от охлаждающей текучей среды, которая течет через соединяющий канал 18 внутри штока 11 клапана. Поршневая камера 21 размещается в корпусе 2 термостата, и поршень 22 подвижным образом принимается в упомянутой поршневой камере. Шток 11 клапана проходит через поршневую камеру 21, и поршень 22 жестко соединяется со штоком 11 клапана и располагается на внешней стороне штока 11 клапана. Восковая масса 20 помещается в поршневой камере 21 и размещается так, чтобы действовать на поршень 22. Когда охлаждающая текучая среда, которая течет через соединяющий канал 18, имеет температуру ниже температуры плавления восковой массы 20, восковая масса находится в твердом состоянии и корпус 10 клапана тогда располагается в первом крайнем положении, показанном на Фиг. 3. Когда восковая масса 20 под действием тепла от охлаждающей текучей среды, которая течет через соединяющий канал 18, нагревается до упомянутой температуры плавления, восковая масса начнет плавиться. Когда восковая масса 20 плавится, она увеличивается в объеме и, таким образом, оказывает сжимающую силу на поршень 22, так чтобы упомянутый поршень был перемещен вместе со штоком 11 клапана и корпусом 10 клапана против действия пружинного устройства 15. Корпус 10 клапана, таким образом, перемещается от вышеупомянутого первого крайнего положения в направлении вышеупомянутого второго крайнего положения. Когда по существу вся восковая масса 20 плавится, корпус 10 клапана достигает второго крайнего положения. Когда затем восковая масса 20 вследствие сниженной температуры охлаждающей текучей среды, которая течет через соединяющий канал 18, охлаждается до температуры ниже упомянутой температуры плавления, восковая масса начинает затвердевать. Когда восковая масса 20 затвердевает, она уменьшается в объеме, и при этом поршень 22 вместе со штоком 11 клапана и корпусом 10 клапана перемещается в противоположном направлении под действием пружинного устройства 15.
В показанном примере уплотняющие элементы 23a, 23b О-образной кольцевой формы размещаются между штоком 11 клапана и корпусом 2 термостата с обеих сторон поршневой камеры 21.
В показанном на Фиг. 1-3 варианте реализации впускное отверстие 17 в термостатирующем устройстве 1, которое служит для присоединения к трубопроводу управления, размещается в одном конце 11а штока клапана, который выступает из корпуса 2 термостата через отверстие 24 в нем. Трубопровод управления в этом случае предназначен для присоединения непосредственно к упомянутому выступающему концу 11а штока клапана, и соответствующее впускное отверстие 17 в этом случае также составляет впускное отверстие в соединяющем канале 18. На Фиг. 4 показан альтернативный вариант реализации, в котором впускное отверстие 17 в термостатирующем устройстве 1, которое предназначено для присоединения к трубопроводу управления, вместо этого размещается в корпусе 2 термостата, и при этом шток 11 клапана проходит своим одним концом 11a во впускной канал 25, который размещается в корпусе 2 термостата и присоединяется к упомянутому впускному отверстию 17. Трубопровод управления в последнем случае предназначен для соединения с корпусом 2 термостата, и соединяющий канал в этом случае снабжен впускным отверстием 26, которое служит как отдельное от трубопровода управления. За исключением этих различий в деталях, термостатирующее устройство, показанное на Фиг. 4, совпадает с термостатирующим устройством, показанным на Фиг. 1-3, и термостатирующим устройством, описанным выше.
На Фиг. 5 схематично показана система 40 охлаждения в соответствии с настоящим изобретением, причем эта система охлаждения предназначена для автомобиля. Эта система охлаждения 40 содержит охлаждающий контур 41 для охлаждения двигателя 42 внутреннего сгорания в автомобиле посредством охлаждающей текучей среды, текущей в контуре охлаждения, предпочтительно в виде воды, возможно с понижающими температуру замерзания добавками, например с гликолем. Насос 43 охлаждающей текучей среды вводится в охлаждающий контур 41 для циркуляции охлаждающей текучей среды в контуре охлаждения. Радиатор 44, например, в виде обычного радиатора с охлаждающей текучей средой, также вводится в охлаждающий контур 41 для охлаждения упомянутой охлаждающей текучей среды. Упомянутый радиатор 44 содержит впуск 45a охлаждающей текучей среды, которая соединяется с выпуском 46b охлаждающей текучей среды в двигателе 42 внутреннего сгорания через первый трубопровод 47 контура охлаждения и выпуск 45b охлаждающей текучей среды, которая соединяется с впуском 46a охлаждающей текучей среды в двигателе 42 внутреннего сгорания через второй трубопровод 48 контура охлаждения. Упомянутый первый трубопровод 47 соединяется с упомянутым вторым трубопроводом 48 через третий трубопровод 49 контура охлаждения. Упомянутый третий трубопровод 49 соединяется со вторым трубопроводом 48 в первой точке P1 и размещается так, чтобы позволить охлаждающей текучей среды возвратиться из выпуска 46b охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания на впуск 46a охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания, без прохождения охлаждающей текучей среды через упомянутый радиатор 44. Третий трубопровод 49, таким образом, образует обходной трубопровод, через который охлаждающая текучая среда, циркулирующая в контуре 41 охлаждения, может обойти радиатор 44 при его прохождении между выпуском 46b охлаждающей текучей среды и впуском 46a охлаждающей текучей среды двигателя 42 внутреннего сгорания. Охлаждающая текучая среда между впуском 46a охлаждающей текучей среды и выпуском 46b охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания циркулирует через каналы охлаждающей текучей среды в двигателе внутреннего сгорания, поглощая тепло от двигателя внутреннего сгорания.
Охлаждающая текучая среда, которая течет через радиатор 44, охлаждается посредством воздуха, который обдувает радиатор, когда автомобиль находится в движении. Система 40 охлаждения может также содержать вентилятор 51, который размещается так, чтобы создать поток воздуха через радиатор 44. Этот вентилятор 51 может быть связан с двигателем 42 внутреннего сгорания для его управления.
Термостатирующее устройство 1 описанного выше типа вводится в охлаждающий контур 41 таким образом, что:
- впускной канал 3 термостатирующего устройства соединяется с выпуском 46b охлаждающей текучей среды двигателя 42 внутреннего сгорания через первое сечение 47a трубопровода первого трубопровода 47,
- первый выпускной канал 5a термостатирующего устройства соединяется с впуском 45a охлаждающей текучей среды радиатора 44 через второе сечение 47b трубопровода первого трубопровода 47,
- второй выпускной канал 5b термостатирующего устройства соединяется с третьим трубопроводом 49, и
- впускное отверстие 17 термостатирующего устройства соединяется с трубопроводом 50 управления охлаждающего контура 40.
Трубопровод управления 50 соединяется со вторым трубопроводом 48 во второй точке P2, расположенной между упомянутой первой точкой P1 и впуском 46a охлаждающей текучей среды двигателя 42 внутреннего сгорания. Малая часть охлаждающей текучей среды, которая подается на впуск 46a охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания, отклоняется на трубопровод 50 управления от второго трубопровода 48 и направляется трубопроводом управления на термостатирующее устройство 1. В термостатирующем устройстве 1 охлаждающая текучая среда, принимаемая от трубопровода 50 управления, приводится в передающий теплоту контакт с активирующим элементом 14 и затем направляется назад, на второй трубопровод 48, через соединяющий канал 18 и второй выпускной канал 5b в термостатирующее устройство 1 и третий трубопровод 49. Охлаждающая текучая среда, которая направляется на термостатирующее устройство 1 через трубопровод 50 управления, имеет ту же самую температуру, что и охлаждающая текучая среда, которая направляется в двигатель 42 внутреннего сгорания. Активирующий элемент 14 термостатирующего устройства, таким образом, становится управляемым температурой охлаждающей текучей среды, которая направляется в двигатель 42 внутреннего сгорания.
Когда температура охлаждающей текучей среды в контуре 41 охлаждения низка, восковая масса 20 остается в твердом состоянии и корпус 10 клапана остается в вышеупомянутом первом крайнем положении, и при этом вся охлаждающая текучая среда, которая течет от двигателя 42 внутреннего сгорания через первый трубопровод 37 на термостатирующее устройство 1, возвращается к двигателю 42 внутреннего сгорания через третий трубопровод 49 и второй трубопровод 48, без прохождения через радиатор 44. Когда охлаждающая текучая среда в контуре 41 охлаждения становится достаточно горячей, чтобы восковая масса 20 начала плавиться, корпус 10 клапана примет положение между вышеупомянутыми первым и вторым крайними положениями, и при этом некоторое количество охлаждающей текучей среды, которая течет через первый трубопровод 47 от двигателя 42 внутреннего сгорания на термостатирующее устройство 1, направляется дополнительно на радиатор 44 и охлаждается в нем прежде, чем охлаждающая текучая среда вернется через второй трубопровод 48 к двигателю внутреннего сгорания, тогда как другое количество охлаждающей текучей среды возвращается к двигателю 42 внутреннего сгорания через третий трубопровод 49 и второй трубопровод 48, без прохождения через радиатор 44. Когда по существу вся восковая масса 20 плавится, корпус 10 клапана принимает вышеупомянутое второе крайнее положение, и при этом вся охлаждающая текучая среда, которая течет через первый трубопровод 47 от двигателя 42 внутреннего сгорания на термостатирующее устройство 1, направляется дополнительно к радиатору 44 и охлаждается в нем прежде, чем охлаждающая текучая среда возвратится через второй трубопровод 48 к двигателю 42 внутреннего сгорания.
Термостатирующее устройство в соответствии с изобретением и система охлаждения в соответствии с изобретением предназначены, в частности, для использования в тяжелом автомобиле, например в автобусе, тракторе или грузовом автомобиле.
Изобретение, очевидно, никоим образом не ограничивается описанными выше вариантами реализации, и в действительности специалисту в данной области техники должно быть очевидным множество возможных их модификаций, не отклоняясь от основной идеи относительно изобретения, как она определена в сопровождающей формуле.