ТЕРМОСТАТ
THERMOSTAT

Область техники изобретения
Изобретение относится к термостату, который автоматически регулирует температуру охлаждающей жидкости для охлаждения двигателя автомобиля.
Предпосылки создания изобретения
Традиционный термостат 20, как показано на фиг.7, имеет корпус 16, включающий входное стыковочное отверстие радиатора 2, через которое низкотемпературная охлаждающая жидкость А, охлаждаемая радиатором или аналогичным устройством, поступает во внутреннюю часть корпуса 19, обводной канал 3, через который высокотемпературная охлаждающая жидкость В, нагреваемая в двигателе, поступает во внутреннюю часть корпуса 19, и стыковочное отверстие двигателя 4, через которое охлаждающая жидкость С, полученная при смешивании охлаждающих жидкостей из стыковочного отверстия радиатора 2 и обводного канала 3, подается в двигатель.
В состав термостата 20 также входит подвижный термочувствительный элемент 8 или термически расширяющийся элемент, который перемещается в зависимости от температуры жидкости во внутренней части корпуса 19, шток поршня 7, один конец которого остается в подвижном термочувствительном элементе 8 и перемещается в зависимости от расширения или сжатия элемента теплового растяжения, упорный участок штока поршня 6, выполненный на стороне стыковочного отверстия радиатора 2 для поддержки другого конца штока поршня 7, главный клапан 9, перемещающийся совместно с подвижным термочувствительным элементом 8, для регулирования количества низкотемпературной охлаждающей жидкости А, поступающей из стыковочного отверстия радиатора 2 во внутреннюю часть корпуса 19, рама 10, поддерживаемая крышкой корпуса 1, главная пружина 11, расположенная между главным клапаном 9 и рамой 10 в сжатом состоянии для подпружинивания главного клапана 9 в сторону стыковочного отверстия радиатора 2, обводной шток 12, отходящий от подвижного термочувствительного элемента 8 в сторону обводного канала 3, обводной клапан 13, расположенный на обводном штоке 12, регулирует количество высокотемпературной охлаждающей жидкости 3, поступающей во внутреннюю часть корпуса 19 из обводного канала 3, и обводная пружина 14, расположенная между обводным клапаном 13 и подвижным термочувствительным элементом 8 в сжатом состоянии для подпружинивания обводного клапана 13 в сторону обводного канала 3.
При повышении температуры жидкости вокруг подвижного термочувствительного элемента 8 элемент теплового растяжения, герметично упакованный в чаше 15, увеличивается в соответствии с температурой и толкает шток поршня 7. Это приводит к тому, что главный клапан 9 совместно с подвижным термочувствительным элементом открывается, преодолевая упругую силу главной пружины 11, увеличивая приток низкотемпературной охлаждающей жидкости А, и к тому, что обводной клапан 13 закрывается, уменьшая приток высокотемпературной охлаждающей жидкости В.
Когда температура жидкости вокруг подвижного термочувствительного элемента 8 понижается, элемент теплового растяжения сжимается так, что упругая сила главной пружины 11 толкает шток поршня 7 назад, что приводит к закрытию главного клапана 9, чтобы уменьшить приток низкотемпературной охлаждающей жидкости А из радиатора и увеличить приток высокотемпературной охлаждающей жидкости В.
Посредством такой операции традиционный термостат 20 выявляет в основном температуру жидкости охлаждающей жидкости С, то есть смеси высокотемпературной охлаждающей жидкости В и низкотемпературной охлаждающей жидкости А из радиатора, регулирует ее и подает охлаждающую жидкость С в двигатель.
Термостаты, имеющие схожие конструкции и осуществляющие схожие операции, технические приемы, описаны в Патентных документах 1-5, приведенных ниже.
(Патентный документ 1) Японская нерассмотренная публикация о полезной модели №Hei2-5672.
(Патентный документ 2) Японская нерассмотренная публикация о полезной модели №Hei6-37524.
(Патентный документ 3) Японская нерассмотренная публикация о патенте №Hei10-19160.
(Патентный документ 4) Японская патентная публикация №Sho 47-16584.
(Патентный документ 5) Японская нерассмотренная публикация о полезной модели №Sho 61-175534.
Патентный документ 5 раскрывает структуру, такую, что цилиндр, направляющий охлаждающую жидкость, присоединен к предшествующему так называемому термостату обводного типа таким образом, что охлаждающая жидкость из обвода направляется на периферию подвижного термочувствительного элемента.
(Раскрытие сущности изобретения)
(Проблема, решаемая с помощью изобретения)
Вышеуказанные традиционные термостаты имеют следующие недостатки.
(1) Во внутренней части корпуса 19 обводной канал 3 и дефлектор 18 удалены от подвижного термочувствительного элемента 8, а обводной клапан 13 блокирует поток высокотемпературной охлаждающей жидкости до подвижного термочувствительного элемента 8, затрудняя достижение высокотемпературной жидкостью В подвижного термочувствительного элемента 8. Таким образом, низкотемпературная охлаждающая жидкость А и высокотемпературная охлаждающая жидкость В не могут эффективно смешиваться в подвижном термочувствительном элементе 8, что затрудняет выявление температуры охлаждающей жидкости С со стороны подвижного термочувствительного элемента 8. Это приводит к недостатку, такому, что температура охлаждающей жидкости С, охлаждающей двигатель, становится нестабильной, и диапазон регулирования температуры согласно изменению нагрузки на двигатель увеличивается.
Кроме того, когда охлаждающая жидкость, возвращаемая из системы для нагревателя кабины поступает во внутреннюю часть корпуса 19, смешивание с более высокой эффективностью не может производиться, и, таким образом, вышеупомянутый недостаток постепенно усиливается.
Кроме того, способность выявлять температуру высокотемпературной охлаждающей жидкости В низка, так что возрастает вероятность превышения заданного уровня при повышении температуры всей системы охлаждения.
Так как температура охлаждающей жидкости имеет верхний предел, нормальная контролируемая температура охлаждающей жидкости должна регулироваться до сравнительно низкого значения заранее, приводя к снижению полноты сгорания в двигателе и снижению потребления топлива из-за увеличения потерь на трение в двигателе и тепловых потерь.
Увеличение диапазона регулирования температуры охлаждающей жидкости С согласно изменению нагрузки на двигатель приводит к характеристикам традиционного термостата, показанного на фиг.8, увеличивая тепловое расширение и сжатие двигателя. Если это происходит часто, ресурс работы двигателя сокращается из-за увеличения напряжений в двигателе, и рабочие параметры двигателя ухудшаются при понижении температуры и из-за разности температур.
(2) Обычно, когда высокотемпературная охлаждающая жидкость В блокирована так, что вся высокотемпературная жидкость В циркулирует в сторону радиатора, обводной клапан 13 прижимается обводной пружиной 14 к обводному каналу 3, Однако нагрузка обводной пружины 14 становится нагрузкой на подвижный термочувствительный элемент 8. По мере увеличения нагрузки на подвижный термочувствительный элемент 8 ресурс работы подвижного термочувствительного элемента 8 неизбежно сокращается. По мере увеличения давления на элемент теплового растяжения температура плавления элемента теплового растяжения увеличивается так, что необходима охлаждающая жидкость более высокой температуры для более широкого открытия главного клапана 9. То есть при повышении температуры охлаждающей жидкости С и необходимости шире открывать главный клапан 9, степень открытия главного клапана 9 не обеспечивается, как следует из характеристики традиционного термостата, как показано на фиг.9.
(3) Во время закрытия обводного канала 3 обводной канал 3 быстро блокируется, что приводит к качанию температуры сразу после закрытия обводного канала 3 и нестабильности температуры охлаждающей жидкости С.
(4) В традиционном термостате обводной клапан 13 выполнен таким образом, что он закрывается, когда поверхность плоского диска примыкает ко всей поверхности обводного канала 3. Расстояние между обводным клапаном 13 и обводным каналом 3 в момент, когда главный клапан 9 закрыт, определяется следующими факторами:
a) область проходного сечения обводного канала 3 для высокотемпературной охлаждающей жидкости В в момент закрытия главного клапана 9 закреплена,
(b) витки обводной пружины 14 не касаются друг друга, когда подвижный термочувствительный элемент 8 перемещается дальше из-за повышения температуры охлаждающей жидкости С после закрытия обводного клапана 13,
(c) обводной клапан 13 и подвижный термочувствительный элемент 8 не соприкасаются друг с другом.
То есть необходимо предусмотреть большое расстояние между обводным клапаном 13 и обводным каналом 3, когда главный клапан 9 закрыт.
Таким образом, чтобы направить высокотемпературную охлаждающую жидкость В в сторону подвижного термочувствительного элемента 8, требуется сложная конструкция типа дефлектора 18.
Даже «цилиндр, направляющий охлаждающую жидкость», раскрытый в патентном документе 5, приводит к тому, что высокотемпературная охлаждающая жидкость В выбрасывается в «цилиндр, направляющий охлаждающую жидкость», который в своем диаметре больше, чем канал притока для высокотемпературной охлаждающей жидкости В и который расположен у обводного канала, имеющего относительно маленький диаметр, из канала притока, таким образом, что притекающая высокотемпературная охлаждающая жидкость В распыляется до того, как произойдет контакт с подвижным термочувствительным элементом 8, таким образом снижая температуру и скорость потока высокотемпературной охлаждающей жидкости В.
Кроме того, высокотемпературная охлаждающая жидкость В, притекающая в «цилиндр, направляющий охлаждающую жидкость», блокируется обводным клапаном до подвижного термочувствительного элемента и далее распыляется для существенного смешивания с низкотемпературной охлаждающей жидкостью А и охлаждающей жидкостью С (смесь), бурно текущую вокруг, так, что первоначальная температура более не поддерживается.
Когда не удается поддержать первоначальную температуру до того, как высокотемпературная охлаждающая жидкость В достигнет периферии подвижного термочувствительного элемента, что приводит к вышеупомянутой проблеме, способность подвижного термочувствительного элемента выявлять температуру высокотемпературной охлаждающей жидкости В ухудшается, что приводит к проблеме высокой вероятности превышения заданного уровня при повышении температуры всей системы охлаждения. Более того, то, как возникает «неспособность поддержать первоначальную температуру», является нестабильным и зависит от числа оборотов насоса системы охлаждения, который работает в соответствии с рабочим состоянием двигателя, таким образом, регулированию температуры жидкости не достает стабильности.
Когда скорость потока охлаждающей жидкости на верхней поверхности подвижного термочувствительного элемента высока, температура охлаждающей жидкости быстро передается подвижному термочувствительному элементу. Высокотемпературная охлаждающая жидкость В, которая притекла в «цилиндр, направляющий охлаждающую жидкость» теряет первоначальную скорость потока до того, как достигает периферии подвижного термочувствительного элемента, так, что способность подвижного термочувствительного элемента выявлять температуру высокотемпературной охлаждающей жидкости В в хорошем соответствии ухудшается соответствующим образом, что приводит к проблеме высокой вероятности превышения заданного уровня при повышении температуры всей системы охлаждения. Кроме того, ответная реакция на изменение температуры охлаждающей жидкости, вызванная изменением рабочего состояния двигателя, ухудшается, таким образом, регулированию температуры жидкости не достает стабильности.
Как описано выше, даже «цилиндр, направляющий охлаждающую жидкость» не позволяет поддерживать температуру и скорость потока высокотемпературной охлаждающей жидкости В до того, как высокотемпературная охлаждающая жидкость достигнет периферии подвижного термочувствительного элемента, что лишает (делает неспособным) подвижной термочувствительный элемент достаточного улучшения выявления температуры в ответ на резкое изменение температуры охлаждающей жидкости, таким образом, температура охлаждающей жидкости не может контролироваться с высокой степенью точности.
В настоящем изобретении предлагается решение вышеизложенных проблем традиционного термостата, и, в частности, предлагается термостат, способный точно регулировать температуру охлаждающей жидкости. Соответственно, цель изобретения - предоставить термостат, который улучшает полноту сгорания топлива в двигателе, снижает потери на трение в двигателе, и снижает потери тепла, и таким образом, приводит к снижению расхода топлива.
(Средства решения проблем)
Для решения проблем в настоящем изобретении предлагается термостат, характеризуемый тем, что канал для обвода высокотемпературной охлаждающей жидкости, нагреваемой двигателем, к термостату, сконструирован таким образом, чтобы тянуться до тех пор, пока канал не покроет весь или часть подвижного термочувствительного элемента, и чтобы формировать канал высокотемпературной охлаждающей жидкости, имеющий внутренний диаметр, соответствующий внешнему диаметру подвижного термочувствительного элемента, таким образом, чтобы высокотемпературная охлаждающая жидкость, текущая по каналу, напрямую контактировала с периферией (нижней поверхностью/боковой поверхностью) подвижного термочувствительного элемента, не снижая температуру и скорость потока высокотемпературной охлаждающей жидкости, и затем дать возможность потоку высокотемпературной охлаждающей жидкости вылиться из выходного отверстия.
(Действие (результат) изобретения)
Данное изобретение с вышеуказанной конструкцией имеет следующие преимущества.
Конструкция канала высокотемпературной охлаждающей жидкости формирует такое состояние, где высокотемпературная охлаждающая жидкость В доминирует в пространстве, где расположен подвижный термочувствительный элемент, что приводит к следующим преимуществам.
В соответствии с данным изобретением движение подвижного термочувствительного элемента может контролироваться в основном только за счет температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости. Существует возможность существенно увеличить степень влияния температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости на подвижный термочувствительный элемент и реализовать состояние, где подвижное состояние подвижного термочувствительного элемента может контролироваться за счет влияния температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости.
Даже когда охлаждающая жидкость на выходе контура нагревателя кабины поступает во внутреннюю часть корпуса (пространство, в которое выходит высокотемпературная охлаждающая жидкость из выходного отверстия канала высокотемпературной охлаждающей жидкости; это же применяется здесь и далее), канал высокотемпературной охлаждающей жидкости и высокотемпературная охлаждающая жидкость В, прошедшая через канал высокотемпературной охлаждающей жидкости, блокируют поступление охлаждающей жидкости в контур нагревателя кабины, таким образом, становится возможным поддерживать степень влияния температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости на подвижный термочувствительный элемент.
«Степень влияния температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости на подвижный термочувствительный элемент» определяется как коэффициент (а), выраженный в приведенном ниже уравнении:
температура, воспринимаемая подвижным термочувствительным элементом, = а* (температура высокотемпературной охлаждающей жидкости) + b* (температура низкотемпературной охлаждающей жидкости)
Даже если охлаждающая жидкость, возвращающаяся из контура нагревателя кабины посредством тепла охлаждающей жидкости, поступает во внутреннюю часть корпуса, приведенное выше уравнение является, в основном, удовлетворительным.
Таким образом, в то время как традиционный термостат является прибором, предназначенным в основном для выявления температуры охлаждающей жидкости С, которая является смесью жидкостей, термостат по настоящему изобретению превращен в прибор, который в основном и существенно выявляет температуру охлаждающей жидкости на выходе двигателя (высокотемпературной охлаждающей жидкости В) и подает охлаждающую жидкость С в двигатель таким образом, чтобы поддерживать температуру высокотемпературной охлаждающей жидкости В постоянной.
Поскольку трансформация достигается без изменения расположения термостата в системе охлаждения, термостат может быть получен без значительного изменения конструкции системы охлаждения, сконструированной путем использования широко известного традиционного термостата.
В общем, температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения имеет верхний предел и температура охлаждающей жидкости задана и регулируется таким образом, чтобы этот верхний предел не был превышен. В системе охлаждения, устанавливаемой в автомобиле или тому подобном, часть, где охлаждающая жидкость становится самой высокотемпературной, является выходом двигателя. В традиционном термостате охлаждающей жидкости, подаваемой в двигатель, понижается до низкой температуры и подается туда заранее, чтобы температура на выходе двигателя (температура высокотемпературной охлаждающей жидкости) не превышала допустимого предела в различных условиях эксплуатации. Однако, согласно данному изобретению, температура на выходе двигателя выявляется напрямую и регулируется с вышеприведенными преимуществами, что дает возможность задавать температуру охлаждающей жидкости на таком же высоком уровне, как допустимый предел. Так как температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя стабильно удерживается около верхнего предела допустимого диапазона при повышении или понижении температуры охлаждающей жидкости, подаваемой в двигатель, как это необходимо, средняя температура воды в двигателе может быть установлена на более высокое значение, чем это допускает известный уровень техники.
Таким образом, увеличивается полнота сгорания двигателя, и снижаются потери на трение и тепловые потери двигателя и, таким образом, снижается расход топлива. Кроме того, возможно улучшение эффективности нагревателя кабины или подобного.
Вышеупомянутые преимущества позволяют стабильно выявлять температуру высокотемпературной охлаждающей жидкости с целью преодоления температурной нестабильности охлаждающей двигатель охлаждающей жидкости и обеспечения стабильного регулирования температуры охлаждающей жидкости около температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости. Таким образом, подавляется тепловое расширение и сжатие двигателя из-за изменения температуры охлаждающей жидкости, и, следовательно, уменьшается механическое напряжение в двигателе.
Вышеупомянутые преимущества могут обеспечиваться особым образом посредством температурных характеристик охлаждающей жидкости во время управления автомобилем, полученных в настоящем изобретении (см. фиг.8).
Данные, представленные на фиг.8, были получены для случая обычного термостата, описанного ссылаясь на фиг.7, установленного на автомобиле, и случая термостата по настоящему изобретению, установленного на том же автомобиле. Зарегистрированы изменения температуры охлаждающей жидкости (высокотемпературной охлаждающей жидкости) на выходе двигателя при испытаниях термостатов в идентичных эксплуатационных режимах и при прочих равных условиях.
Для описания с примерами, для автомобиля, ведущего себя как показано на фиг.8, температура охлаждающей жидкости Т °C (например, 97°C) на выходе двигателя в системе охлаждения - это идеальное значение температуры охлаждающей жидкости, при котором двигатель работает наиболее эффективно, и расход топлива самый низкий. То есть постоянная температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя, равная 97°C, является идеальной с точки зрения работы двигателя.
max
2
В традиционном термостате температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя значительно меняется от T °C (например, 100°C) до T °C (например, 88°C), в основном из-за нестабильности и состояния смеси низкотемпературной охлаждающей жидкости с высокотемпературной охлаждающей жидкостью, и в основном меняется синхронно с изменением нагрузки на двигатель, и затем в соответствии с изменением состояния течения охлаждающей жидкости во внутренней части корпуса так, что температура охлаждающей жидкости вокруг подвижного термочувствительного элемента, выявляемая подвижным термочувствительным элементом, нестабильна.
max
1
В термостате по настоящему изобретению температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя меняется стабильно от T °C (например, 100°C) до ~T °C (например, 95°C).
Температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя (температура высокотемпературной охлаждающей жидкости) является показателем степени необходимости охлаждать двигатель, а прямое выявление температуры на выходе двигателя является прямым признанием необходимой степени охлаждения двигателя термостатом, что улучшает чувствительность термостата, тогда как в традиционном термостате, который выявляет температуру жидкой смеси, чувствительность была низкой.
Что касается положения канала высокотемпературной охлаждающей жидкости относительно подвижного термочувствительного элемента, то когда температура высокотемпературной охлаждающей жидкости повышается, шток поршня растягивается, так, что подвижный термочувствительный элемент входит в канал высокотемпературной охлаждающей жидкости, повышая «степень влияния температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости на подвижный термочувствительный элемент», ускоряя реакцию операции (операции открытия главного клапана) в направлении демонстрации эффективности охлаждения, необходимой температуре на выходе двигателя, тогда как когда температура высокотемпературной охлаждающей жидкости понижается, шток поршня сжимается так, что подвижный термочувствительный элемент выходит из внутренней части канала высокотемпературной охлаждающей жидкости, понижая «степень влияния температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости на подвижный термочувствительный элемент», ускоряя реакцию операции (операции закрытия главного клапана) в направлении сдерживания эффективности охлаждения, необходимой температуре на выходе двигателя. Таким образом, чувствительность подвижного термочувствительного элемента к высокотемпературной охлаждающей жидкости В механически повышается.
Даже в случае сокращения количества высокотемпературной охлаждающей жидкости, текущей в обводном контуре, чувствительность к температуре высокотемпературной охлаждающей жидкости высока настолько, что эффективность данного изобретения может в достаточной мере быть продемонстрирована.
Описанные выше преимущества отменяют необходимость сложной конструкции типа дефлектора 18, который был описан в недостатках (4) традиционного термостата.
Так как главный клапан 9 традиционного термостата начинает открываться во время отклонения в направлении, определяемом конечным положением главной пружины 11, характеристика в системе охлаждения отличается в зависимости от конечного положения главной пружины. С другой стороны, так как канал высокотемпературной охлаждающей жидкости в значительной степени блокирует влияние низкотемпературной охлаждающей жидкости, поступающей из главного клапана, на подвижный термочувствительный элемент, характеристика термостата по настоящему изобретению в системе охлаждения едва ли оказывается под вилянием конечного положения главной пружины. Кроме того, как ясно из пункта формулы изобретения 2, отклонение самого главного клапана может быть подавлено.
Установка канала высокотемпературной охлаждающей жидкости может добавить функцию «ограничения прохода высокотемпературной охлаждающей жидкости», что приведет к эффекту устранения необходимости обводной пружины 14 традиционного термостата, которая прижимает обводной клапан 13 к обводному каналу 3, и применению единственного поджимающего элемента для поджимания главного клапана по направлению к отверстию низкотемпературной охлаждающей жидкости.
Установка единственного поджимающего элемента снаружи канала высокотемпературной охлаждающей жидкости делает возможным создание такого состояния, когда в области между каналом высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 и термочувствительным участком подвижного термочувствительного элемента отсутствует поджимающий элемент.
Кроме того, «установка единственного поджимающего элемента» приводит к сокращению нагрузки, применяемой, когда шток поршня вталкивается в подвижной термочувствительный элемент, к силе поджимания единственного поджимающего элемента.
На фиг.9 показан эффект сокращения силы поджимания в форме характеристик «температуры охлаждающей жидкости по сравнению со степенью открытия главного клапана» традиционного термостата и термостата по настоящему изобретению в сравнении друг с другом.
То есть, поскольку в традиционном термостате, после того как обводной канал закрывается обводным клапаном, прикладывается двойная сила поджимания, развиваемая главной пружиной и обводной пружиной, давление, прикладываемое к элементу теплового растяжения в подвижном термочувствительном элементе, увеличивается, повышая точку плавления элемента теплового растяжения, так что установка большой степени открытия главного клапана требует более высокой температуры охлаждающей жидкости, что приводит к изменению степени открытия главного клапана в соответствии с температурой охлаждающей жидкости в точках фазового перехода. С другой стороны, поскольку термостат по настоящему изобретению использует силу поджимания единственного поджимающего элемента, так, что степень открытия главного клапана плавно изменяется в соответствии с температурой охлаждающей жидкости, это позволяет достигать более точного регулирования температуры охлаждающей жидкости. Кроме того, большая степень открытия главного клапана может достигаться при относительно низкой температуре охлаждающей жидкости, таким образом, когда температура охлаждающей жидкости повышается, охлаждающая способность радиатора может демонстрироваться в достаточной степени, предотвращая таким образом выход температуры охлаждающей жидкости за установленные пределы.
Кроме того, ресурс работы подвижного термочувствительного элемента увеличивается из-за снижения нагрузки, прикладываемой к подвижному термочувствительному элементу за счет сокращения силы поджимания.
Кроме того, так как нагрузка, прикладываемая к подвижному термочувствительному элементу, может быть снижена, размер подвижного термочувствительного элемента может быть уменьшен так, что миниатюризация подвижного термочувствительного элемента обеспечивает повышение его чувствительности (чувствительность к изменению температуры охлаждающей жидкости) и, таким образом, более стабильную регулировку температуры охлаждающей жидкости, а также сокращение расходов.
Кроме того, как ясно из пункта формулы изобретения 2, коаксиальная структура, включающая шток поршня, подвижный термочувствительный элемент и его удлиняющийся шток, подпирается по методу двухточечной опоры, в соответствии с которым конструкция опирается в двух точках, которыми являются опорный участок в штоке поршня и скользящая направляющая, отделенная от опорного участка в штоке поршня, при этом боковая поверхность подвижного термочувствительного элемента не направляется, а удлиняющийся шток подвижного термочувствительного элемента направляется скользящей направляющей, что приводит к сокращению зазора между удлиняющимся штоком и скользящей направляющей, и, таким образом, к сокращению ширины качения подвижного термочувствительного элемента из-за вибрации двигателя, пульсации охлаждающей жидкости и ходовой вибрации.
Таким образом, подвижный термочувствительный элемент и главный клапан работают плавно, и возникающие в них напряжения уменьшаются, а ресурс работы термостата увеличивается.
(Краткое описание чертежей)
Термостат, адаптируемый во время регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя автомобиля, как лучший способ реализации данного изобретения, детально описан ниже со ссылками на сопровождающие его чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет собой первый вариант конструкции данного изобретения и пример с проекцией,
Фиг.2 представляет собой второй вариант данного изобретения,
Фиг.3. представляет собой третий вариант данного изобретения,
Фиг.4 представляет собой пример сегмента малого диаметра в соответствии с данным изобретением,
Фиг.5 представляет собой пример дефлектора в соответствии с данным изобретением,
Фиг.6 представляет собой вариант регулирования на выходе в соответствии с данным изобретением,
Фиг.7 представляет собой конфигурационный пример традиционного термостата,
Фиг.8 представляет собой отношения между температурами на выходе в индивидуальных загруженных режимах работы,
Фиг.9 представляет собой отношение степени открытия главного клапана и температуры охлаждающей жидкости.
(Наилучший способ осуществления настоящего изобретения)
На фиг.1 показана конструкция термостата 300 в качестве первого примера настоящего изобретения.
Термостат 300 включен в так называемый тип управления воздухозаборником, в котором низкотемпературная охлаждающая жидкость А, охлаждаемая в радиаторе 52, и высокотемпературная охлаждающая жидкость В, подаваемая из двигателя 51 через обвод 53, поступают в термостат 300, и соотношение компонентов смеси регулируется таким образом, чтобы можно было регулировать температуру охлаждающей жидкости С, поступающей в двигатель 51.
То есть такая система управления включает обводной канал 33, в который через обход 53 подается высокотемпературная охлаждающая жидкость В, прошедшая через двигатель 51, и входное стыковочное отверстие радиатора 31, в которое из радиатора 52 подается низкотемпературная охлаждающая жидкость А, являющаяся частью высокотемпературной охлаждающей жидкости В, прошедшей через двигатель 51 и охлажденной в радиаторе 52, и низкотемпературная охлаждающая жидкость А и высокотемпературная охлаждающая жидкость В смешиваются во внутренней части корпуса 32 и, таким образом, получается охлаждающая жидкость С. Полученная охлаждающая жидкость С подается в двигатель 51 через входное стыковочное отверстие двигателя 30.
Термостат 300 отличается тем, что подвижное состояние подвижного термочувствительного элемента может быть реализовано только за счет в основном температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости, так что термостат 300 может работать для поддержания температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости В, поступающей из двигателя 51, на постоянном уровне.
Кроме того, посредине между обходом 53 и радиатором 52 установлен нагреватель кабины 101.
Для осуществления вышеупомянутого регулирования термостат 300 состоит из корпуса 48 и крышки корпуса 47, прикрепленной к корпусу. Корпус 48 имеет внутреннюю форму, соответствующую обводному каналу 33 и входному стыковочному отверстию двигателя 30. Крышка корпуса 47 также имеет внутреннюю форму, соответствующую входному стыковочному отверстию радиатора 31. Корпус 48 и крышка корпуса 47 сделаны из алюминия (die-cast), пластика или аналогичного материала.
В состав термостата 300 входит подвижный термочувствительный элемент 39, шток поршня 34 с одним концом, расположенным в подвижном термочувствительным элементе 39, упорная часть штока поршня 35, расположенная со стороны входного стыковочного отверстия радиатора 31 и поддерживающая другой конец штока поршня 34, главный клапан 36, совместно прикрепленный к подвижному термочувствительному элементу 39, пружина 41, поджимающая главный клапан 36 к входному стыковочному отверстию радиатора 31, и канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, отходящий от обводного канала 33 к внутренней части корпуса 32 и стыкуемый к внутренней части корпуса 32 от обводного канала 33 посредством выходного отверстия 46, и также имеющий удлиняющийся шток 43, проходящий от подвижного термочувствительного элемента 39 к обводному каналу 33, и скользящую направляющую 44, формируемую в канале высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 для поддержки и направления удлиняющегося штока 43.
Материалом для канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 является, например, смола, которая не является ограничивающей (сдерживающей). Верхний конец канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 расположен выше нижнего конца подвижного термочувствительного элемента 39, как показано на Фиг.1. В результате этого нижний конец подвижного термочувствительного элемента 39 входит в канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42. Слово «выше» здесь является эквивалентом положения стороны входного стыковочного отверстия радиатора 31, в то время как слово «ниже» является эквивалентом положения стороны обводного канала 33. То же самое применимо в следующем описании.
Внутренний диаметр канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 больше внешнего диаметра подвижного термочувствительного элемента 39. Таким образом, когда периферический конец подвижного термочувствительного элемента 39 вставляется в трубку, представляющую собой канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, он вставляется в так называемое свободно вставляемое пространство с некоторыми пространственными границами, расположенными между внутренней стенкой канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 и внешней стенкой подвижного термочувствительного элемента 39.
Необходимо заметить, что пружина 41 крепится поверх внешней поверхности канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42. Рамка 59 также крепится в канале высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, при этом один ее конец крепится к крышке корпуса 47. Однако конструкции рамки 59 может и не быть.
Скользящая направляющая 44 имеет внешнюю границу пространства, формируемую на внутренней стенке канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42. В скользящей направляющей имеются непроиллюстрированные отверстия, формируемые на верхней и нижней поверхностях, так, что через непроиллюстрированные отверстия высокотемпературная охлаждающая жидкость В проникает из обводного канала 33 к выходному отверстию 46 и вытекает в сторону внутренней части корпуса 32.
Ниже будет описана работа термостата 300 с вышеупомянутой конструкцией. В момент подачи горячей высокотемпературной охлаждающей жидкости В, нагреваемой в двигателе 51, в обводной канал 33, в канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 подается высокотемпературная охлаждающая жидкость В. Канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 может обеспечить прямой контакт высокотемпературной охлаждающей жидкости В с периферией подвижного термочувствительного элемента 39. Подвижной термочувствительный элемент 39 свободно вставляется заранее в канал высокотемпературной охлаждающей жидкости, при этом между подвижным термочувствительным элементом 39 и каналом высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 заранее формируется предопределенный зазор. Высокотемпературная охлаждающая жидкость В поступает во внутреннюю часть корпуса 32 через зазор, образованный между подвижным термочувствительным элементом 39 и каналом высокотемпературной охлаждающей жидкости 42. Это может позволить осуществление прямого контакта высокотемпературной охлаждающей жидкости В с периферией (нижней поверхностью / боковой поверхностью) подвижного термочувствительного элемента 39 без снижения температуры и скорости потока высокотемпературной охлаждающей жидкости В, тем самым передавая тепло. Соответствующим образом, подвижный термочувствительный элемент 39 может с высокой эффективностью определять температуру высокотемпературной охлаждающей жидкости В, так что подвижный термочувствительный элемент 39 может перемещаться в соответствии с температурой высокотемпературной охлаждающей жидкости В.
Высокотемпературная охлаждающая жидкость В, поступившая из выходного отверстия 46 во внутреннюю часть корпуса 32, сначала направляется так, что окружает подвижный термочувствительный элемент 39. Это может сформировать состояние, когда высокотемпературная охлаждающая жидкость В доминирует в области, где расположен подвижный термочувствительный элемент 39.
Так как главный клапан 36 поджимается пружиной 41 к входному стыковочному отверстию радиатора 31, входное стыковочное отверстие радиатора 31 и внутренняя часть корпуса 32 изолируются друг от друга, когда подвижный термочувствительный элемент 39 не работает. Когда высокотемпературная охлаждающая жидкость В с заранее определенной температурой или выше подается в канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, с другой стороны, подвижный термочувствительный элемент 39 перемещается в сторону обводного канала 33, так что главный клапан 36 открывается, противодействуя усилию, развиваемому пружиной 41, что позволяет увеличить приток низкотемпературной охлаждающей жидкости А из входного стыковочного отверстия радиатора 31 во внутреннюю часть корпуса 32. В результате, количество притекающей низкотемпературной охлаждающей жидкости А во внутреннюю часть корпуса 32 от входного стыковочного отверстия радиатора 31 может регулироваться в соответствии с температурой высокотемпературной охлаждающей жидкости В.
Термостат 300, к которому адаптируется данное изобретение, может быть сконструирован так, что подвижный термочувствительный элемент 39 вставляется и направляется в скользящую направляющую 62 внутри канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, как во втором варианте, изображенном на Фиг.2. Касательно компонентов и элементов на Фиг.2 и последующих чертежей, похожих на соответствующие компоненты и элементы на Фиг.1, чтобы не описывать их повторно, им присвоены те же самые номера позиций.
Скользящая направляющая 62 выполняется с помощью гиба или прессования стального материала и конструируется так, чтобы поддерживать и направлять боковую поверхность подвижного термочувствительного элемента 39, расположенного вставляемым образом. Скользящая направляющая 62 может выполняться заодно с вышеупомянутой вспомогательной деталью 59 или отдельно от нее. В скользящей направляющей 62 выполнено множество отверстий (не показаны). Высокотемпературная охлаждающая жидкость В проходит через непроиллюстрированные отверстия.
Термостат 300, к которому адаптируется данное изобретение, может быть адаптирован к третьему варианту, изображенному на Фиг.3.
В варианте, изображенном на Фиг.3, канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 формируется комбинацией входного канала высокотемпературной охлаждающей жидкости корпуса 48 и скользящей направляющей 62, выходное отверстие 46 формируется в скользящей направляющей 62, а подвижный термочувствительный элемент 39 поддерживается и направляется к скользящей направляющей 62.
В скользящей направляющей 62 выполнено множество непроиллюстрированных отверстий = выходные отверстия 46, так, что высокотемпературная охлаждающая жидкость В, подаваемая из обводного канала 33, прямо контактирует с периферией (нижней поверхностью / боковой поверхностью) подвижного термочувствительного элемента 39, тем самым передавая тепло, а затем поступает во внутреннюю часть корпуса 32 через выходные отверстия 46. Это может реализовать простую и компактную структуру, сохраняя при этом функцию канала высокотемпературной охлаждающей жидкости.
Термостат 300, к которому адаптируется данное изобретение, может иметь проекцию (выступающую часть) 40, формируемую на внешней поверхности подвижного термочувствительного элемента 39 и соответствующую по форме зазору между подвижным термочувствительным элементом 39 и каналом высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, как показано, например, на Фиг.1. Когда высокотемпературная охлаждающая жидкость В подается, подвижный термочувствительный элемент 39 смещается к обводному каналу 33, как показано на Фиг.1 (б), а проекция (выступающая часть) 40 аналогичным образом смещается к обводному каналу 33 соответствующим образом. В результате этого зазор, формируемый между подвижным термочувствительным элементом 39 и каналом высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, может быть сужен проекцией (выступающей частью) 40, создавая возможность сузить канал для высокотемпературной охлаждающей жидкости В к внутренней части корпуса 32. В результате количество притекающей высокотемпературной охлаждающей жидкости В из обводного канала 33 к внутренней части корпуса 32 может быть сокращено. Таким образом, пропорция смеси высокотемпературной охлаждающей жидкости В из двигателя 51 и низкотемпературной охлаждающей жидкости А из радиатора 52 также может регулироваться с помощью проекции (выступающей части) 40. Когда температура высокотемпературной охлаждающей жидкости В высока, большее количество высокотемпературной охлаждающей жидкости В может подаваться в радиатор 52 для максимизации эффективности охлаждения, что может быть реализовано при помощи простой структуры.
Термостат 300, к которому адаптируется данное изобретение, может иметь участок малого диаметра 61, зауженный внутрь и формируемый на внутренней стенке канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, как показано, например, на Фиг.4. Соответствующим образом, зазор между подвижным термочувствительным элементом 39 и каналом высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 может свободно ограничиваться в соответствии со смещениями подвижного термочувствительного элемента 39.
В результате количество притекающей высокотемпературной охлаждающей жидкости В из обводного канала 33 к внутренней часта корпуса 32 может быть сокращено так, что большее количество высокотемпературной охлаждающей жидкости В может подаваться в радиатор 52 для максимизации эффективности охлаждения. Пропорция смеси высокотемпературной охлаждающей жидкости В из двигателя 51 и низкотемпературной охлаждающей жидкости А из радиатора 52 также может регулироваться участком малого диаметра 61.
Кроме того, можно сделать так, что скорость притока высокотемпературной охлаждающей жидкости В не будет значительно снижаться путем сужения зазора потока высокотемпературной охлаждающей жидкости В вокруг подвижного термочувствительного элемента 39 при ограничении количества притекающей высокотемпературной охлаждающей жидкости В из обводного канала 33 к внутренней части корпуса 32. Это позволяет с большей надежностью поддерживать состояние, когда высокотемпературная охлаждающая жидкость В доминирует в области, где расположен подвижный термочувствительный элемент 39, даже при ограничении количества притекающей высокотемпературной охлаждающей жидкости В в канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42.
Поскольку участок малого диаметра 61 может быть разной формы, включая коническую форму, вогнутую форму и выпуклую форму, количество притекающей высокотемпературной охлаждающей жидкости В настраивается таким образом, чтобы соразмерно и постепенно ограничить ее приток тогда, когда канал притока для высокотемпературной охлаждающей жидкости В ограничивается за счет проникновения подвижного термочувствительного элемента 39. Когда канал притока высокотемпературной охлаждающей жидкости В ограничивается или когда обводной канал 33 и внутренняя часть корпуса 32 полностью блокируются, термостат обеспечивает устойчивое регулирование температуры охлаждающей жидкости, не приводя к колебаниям температуры охлаждающей жидкости по сравнению с традиционным термостатом.
Термостат 300, к которому адаптировано данное изобретение, может быть адаптирован к виду, изображенному на Фиг.5, например.
Вид, изображенный на Фиг.5, также имеет дефлектор 70, отходящий от главного клапана 36. Дефлектор 70 расположен таким образом, что он окружает подвижный термочувствительный элемент 39 с позиции, отдаленной от внешней периферии подвижного термочувствительного элемента 39. Хотя дефлектор 70 расположен снаружи пружины 41 на Фиг.5, которая не является ограничительной, дефлектор 70 может быть расположен внутри пружины 41. Вышеупомянутый дефлектор 70 может позволить высокотемпературной охлаждающей жидкости В, подаваемой вдоль внутренней стенки канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42, более надежно осуществлять прямой контакт с периферией подвижного термочувствительного элемента 39. Наличие дефлектора 70 может препятствовать небрежному контакту низкотемпературной охлаждающей жидкости А с подвижным термочувствительным элементом 39.
Структура может быть изменена таким образом, что при перемещении подвижного термочувствительного элемента 39 поток высокотемпературной охлаждающей жидкости В из внутренней части корпуса ограничивается за счет расположения нижнего конца дефлектора 70 относительно верхнего конца канала высокотемпературной охлаждающей жидкости 42. В результате, количество высокотемпературной охлаждающей жидкости В, поступающей из обводного канала 33 к внутренней части корпуса 32 может уменьшаться. Таким образом, пропорция смеси высокотемпературной охлаждающей жидкости В из двигателя 51 и низкотемпературной охлаждающей жидкости А из радиатора 52 также может регулироваться с помощью дефлектора 70. Когда температура высокотемпературной охлаждающей жидкости В высока, большее количество высокотемпературной охлаждающей жидкости В может подаваться в радиатор 52 для максимизации эффективности охлаждения.
Термостат 400, к которому адаптируется данное изобретение, может применяться не только при использовании описанного выше способа регулирования, но и при регулировании выходного потока.
На фиг.6 показана конфигурация, термостат 400, который применяется при регулировании выходного потока. Термостат 400 включает входное стыковочное отверстие двигателя 72, через которое высокотемпературная охлаждающая жидкость, нагреваемая в двигателе 51, поступает внутрь, обводной канал 73, через который охлаждающая жидкость возвращается в двигатель 51, и входное стыковочное отверстие радиатора 71, через которое охлаждающая жидкость поступает в радиатор. Касательно компонентов и элементов термостата 400, изображенного на Фиг.6, похожих на соответствующие компоненты и элементы на Фиг.1, чтобы не описывать их повторно, им присвоены те же самые номера позиций.
Термостат 400, изображенный на Фиг.6, также включает обводной клапан 74, который крепится к удлиняющемуся штоку 43. Конструкция обводного клапана 74 может позволять обводному клапану 74 закрывать канал потока к обводному каналу 73 в соответствии с перемещениями подвижного термочувствительного элемента 39, как показано на Фиг.6 (б). Это позволяет регулировать количество притекающей охлаждающей жидкости.
Канал высокотемпературной охлаждающей жидкости 42 имеет цилиндрическую форму, его высота регулируется так, чтобы подвижный термочувствительный элемент 39 был на пути потока высокотемпературной охлаждающей жидкости от входного стыковочного отверстия двигателя 72 независимо от состояния перемещения подвижного термочувствительного элемента 39. Таким образом, высокотемпературная охлаждающая жидкость, подаваемая из входного стыковочного отверстия двигателя 72, напрямую контактирует с подвижным термочувствительным элементом 39 для передачи тепла, а подвижный термочувствительный элемент 39 может свободно перемещаться вверх или вниз, в основном в зависимости от температуры высокотемпературной охлаждающей жидкости.