УСТРОЙСТВО ТЕРМОСТАТА И СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
THERMOSTAT DESIGN AND COOLING SYSTEM

Область изобретения и предшествующий уровень техники
Настоящее изобретение относится к устройству термостата согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения и к системе охлаждения согласно ограничительной части независимых пунктов формулы изобретения, относящихся к системе охлаждения.
Изобретение, в частности, но не исключительно, направлено на создание устройства термостата для системы охлаждения моторных транспортных средств в форме колесных рабочих автомобилей, таких как грузовики и автобусы, хотя в эту категорию входят все типы моторных транспортных средств, такие как легковые автомобили, катера и т.п.
Настоящее изобретение не ограничивается устройством термостата для охлаждения двигателя внутреннего сгорания определенного типа и не исключительными примерами таких возможных двигателей являются карбюраторные двигатели, дизельные двигатели и двигатели, работающие на газе.
Для регулирования температуры охлаждающей текучей среды в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания моторного транспортного средства часто применяют устройство термостата, в котором имеется зависящий от температуры активирующий элемент с парафиновым телом. В зависимости от температуры охлаждающей текучей среды такое устройство термостата направляет охлаждающую текучую среду, вытекающую из двигателя внутреннего сгорания, на охладитель для охлаждения в нем, прежде чем охлаждающая текучая среда вернется в двигатель внутреннего сгорания, или непосредственно в двигатель внутреннего сгорания, без прохождения через охладитель. Когда устройство термостата изменяет распределение потока между прохождением из него в охладитель и непосредственным возвратом в двигатель внутреннего сгорания без прохождения через охладитель, температура элементов охладителя, таких как алюминиевые ламели, изменяется. Такие циклические изменения температуры приводят к усталости элементов охладителя, что имеет существенное влияние на срок службы охладителей. Элементы, охлаждающие текучую среду, особенно чувствительны к быстрому росту температуры из-за того, что охлаждающая текучая среда внезапно направляется в охладитель, начиная с состояния, в котором полный поток охлаждающей текучей среды проходит через охладитель.
В JP 2010249143 описано устройство термостата со средством, назначением которого является стабилизированное открывание соединения между впускным каналом устройства термостата и выпускным каналом охладителя для предотвращения резких температурных ударов по охладителю. Даже если такая конструкция устройства термостата продлевает срок его службы, она ни в коем случае не является полным решением проблемы, описанной выше.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание устройства термостата описанного выше типа новой и преимущественной конструкции.
Эта цель достигается, согласно настоящему изобретению, за счет создания такого устройства термостата, в котором два пластинчатых элемента выполнены так, что в случае смещения из положения контакта они образуют соединение в форме участка канала, определенного поверхностями этих двух пластинчатых элементов, которые обращены друг к другу и которые принимают формы, замедляющие поток.
Благодаря такому участку канала, определенного поверхностями такого типа, сформированным, когда устройство термостата открывается для пропускания потока к охладителю, трение охлаждающей текучей среды во время рабочей фазы будет высоким, что приводит к изначально возрастающему падению давления и, следовательно, уменьшенному начальному расходу по сравнению с ранее известными устройствами термостата такого типа. Это значит, что устройство термостата будет вынуждено открыться более широко и начнет регулировать свое открытое положение, вместо того, чтобы постоянно открываться и закрываться. Следовательно, увеличение расхода на охладитель будет происходить медленнее и нагрузка на охладитель будет меньше, чем в ранее известных устройствах термостата. В отличие от таких известных устройств тело клапана устройства термостата не возвращается в полностью закрытое положение: оно будет стремиться регулировать свое положение между открытыми положениями, открытыми в разной степени, а не переключаться между закрытым положением с нулевым расходом и открытым положением с высоким расходом на охладитель. Это значит, что срок службы разных компонентов системы охлаждения, в частности компонентов охладителя, будет существенно увеличен.
Согласно одному варианту изобретения этим поверхностям пластинчатых элементов придан такой профиль, чтобы заставлять проходящий рядом с ними поток охлаждающей текучей среды менять направление, когда это соединение открыто. Таким образом трение охлаждающей текучей среды эффективно увеличивается и, следовательно, во время процесса открывания поток сначала будет уменьшен.
Согласно другому варианту настоящего изобретения эти замедляющие поток формы в состоянии контакта поверхностей по существу повторяют друг друга. Эти поверхности преимущественно определяют протяженность участка канала, который определяет это соединение, продлевающее путь потока. Это значит, что увеличение расхода охлаждающей текучей среды на охладитель на фазе открывания этого соединения будет происходить существенно медленнее, чем если бы этот путь был короче. Протяженность этой части канала в начале смещения пластинчатых элементов из состояния контакта, таким образом, преимущественно вдвое, в 2-6 раз или в 2-4 раза больше, чем длина прямой линии между противоположными концами этого участка канала. Таким образом может быть получено существенное удлинение пути потока, что позволяет получить более плавное изменение температурного цикла без необходимости какого-либо значительного увеличения объема устройства термостата.
Согласно еще одному варианту изобретения эти поверхности пластинчатых элементов имеют волнистую форму, которая по существу повторяет одна другую в состоянии контакта для того, чтобы на фазе открывания отверстия этого соединения сформировать волнистый извилистый участок канала между впускным каналом и первым выпускным каналом. Благодаря этому преимущественно можно получить устройство термостата с преимущественными отличительными признаками, описанными выше.
Согласно еще одному варианту изобретения по меньшей мере одна из этих поверхностей имеет замедляющую поток форму, имеющую форму выступа, который проходит к второй поверхности, что является возможной альтернативой получения замедляющей поток формы этих поверхностей.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения тело клапана содержит второе клапанное устройство, которое может быть вставлено в положении второго конца тела клапана во второе седло клапана для предотвращения вытекания потока охлаждающей текучей среды из этого впускного канала во второй выпускной канал. Всю охлаждающую текучую среду, таким образом, можно направлять из устройства термостата на охладитель, если потребность двигателя внутреннего сгорания в охлаждении станет большой.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения тело клапана можно смещать из первого концевого положения в направлении от него под влиянием активирующего элемента и в противодействие силы, создаваемой средством пружины, которая действует на тело клапана, и активирующий элемент преимущественно содержит парафиновое тело.
Настоящее изобретение также относится к системе охлаждения и к моторному транспортному средству по соответствующим пунктам приложенной формулы изобретения.
Другие преимущества и преимущественные отличительные признаки изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания.
Краткое описание чертежей
Далее следует более подробное описание настоящего изобретения на примерах некоторых вариантов со ссылками на приложенные чертежи,
где Фиг. 1 - вид сбоку устройства термостата, относящегося к типу по настоящему изобретению.
Фиг. 2 - вид с частичным вырезом устройства термостата по одному варианту изобретения.
Фиг. 3 - схема, иллюстрирующая поток через устройство термостата по п. 2 как функцию времени создания соединения между впускным каналом и выпускным каналом с охладителем по сравнению с известным устройством термостата, и
Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая принцип системы охлаждения, содержащей устройство термостата по настоящему изобретению.
Подробное описание варианта изобретения
На фиг. 1 и 2 показано устройство 1 термостата по одному варианту настоящего изобретения. Это устройство 1 термостата предназначено для использования в качестве компонента системы охлаждения моторного транспортного средства, например системы 30 охлаждения, относящейся к типу, показанному на фиг. 4. Устройство 1 термостата содержит корпус 2 термостата. В корпусе 2 термостата имеется впускной канал 3 для приема охлаждающей текучей среды, которая циркулирует в двигателе внутреннего сгорания моторного транспортного средства. Этот впускной канал 3 предназначен для соединения с линией системы охлаждения так, чтобы через впускное отверстие 4, расположенное в корпусе 2 термостата, он мог принимать из этой линии охлаждающую текучую среду. Кроме того, в корпусе 2 термостата имеются первый выпускной канал 5 и второй выпускной канал 6. Эти два выпускных канала 5, 6, соединены с впускным каналом 3. Охлаждающая текучая среда направляется из первого выпускного канала 5 устройства 1 термостата на охладитель системы охлаждения, а охлаждающая текучая среда из второго выпускного канала 6 возвращается в двигатель внутреннего сгорания, не проходя через охладитель. Первый выпускной канал 5 предназначен для соединения с линией системы охлаждения так, чтобы охлаждающая текучая среда могла течь в эту линию через первое выпускное отверстие 7, имеющееся в корпусе 2 термостата, а второй выпускной канал 6 предназначен для соединения со второй линией этой системы охлаждения так, чтобы охлаждающая текучая среда могла течь в эту вторую линию через второе выпускное отверстие 8, имеющееся в корпусе 2 термостата.
Тело 9 клапана расположено так, чтобы оно имело возможность перемещаться в корпусе 2 термостата между разными положениями для регулирования расхода охлаждающей текучей среды из впускного канала 3 в выпускные каналы 5 и 6 (см. фиг. 2). Устройство термостата содержит температурно-зависимый активирующий элемент 10, который содержит парафиновое тело 11, расположенное так, чтобы встречаться с потоком охлаждающей текучей среды, поступающей в корпус термостата через впускной канал 3. Парафиновое тело 11 соединено с деталью 12, которая расположена так, чтобы иметь возможность смещаться вдоль стержня 13, прикрепленного к хомуту 14, который прикреплен к корпусу термостата, так, чтобы во время его смещения он перемещал вместе с собой тело 9 клапана.
Тело клапана имеет первое клапанное устройство, частично показанное в выноске R, в форме первого пластинчатого элемента 15 который в первом концевом положении тела клапана находится в контакте с седлом клапана между впускным каналом 3 и вторым пластинчатым элементом 16, который образует первый выпускной канал 5 так, что этот контакт препятствует потоку охлаждающей текучей среды течь из впускного канала 3 в первый выпускной канал 5. Пластинчатый элемент 16 имеет фиксированное положение внутри корпуса термостата. Средство 17 пружины в форме пружины расположено для действия между деталью 18, прикрепленной к корпусу, и первым пластинчатым элементом 15 для смещения тела клапана к первому концевому положению.
Тело клапана далее содержит второе клапанное устройство 19, которое может входить во втором концевом положении тела клапана во второе седло 20 клапана для перекрытия потока охлаждающей текучей среды из впускного канала 3 во второй выпускной канал 6.
Общая функция устройства термостата такого типа такова: когда тело 11 нагревается до температуры плавления, под действием теплоты охлаждающей текучей среды, текущей в корпус термостата через впускной канал 3, парафиновое тело начинает плавиться. Когда парафиновое тело 11 плавится, оно увеличивается в объеме и прилагает, таким образом, силу к детали 21, в которой оно находится, так, что она смещается вместе с перемещаемой деталью 12, которая захватывает вместе с собой тело 9 клапана, преодолевая действие средства 17 пружины. Тело 9 клапана, таким образом, смещается из первого концевого положения в направлении к второму концевому положению, т.е. первый пластинчатый элемент 15 выходит из контакта со вторым пластинчатым элементом 16 и второго клапанного устройства 16 в направлении седла 20. Тело клапана находится во втором концевом положении, когда по существу все парафиновое тело 11 расплавится. Когда парафиновое тело 11 затем охлаждается в результате снижения температуры охлаждающей текучей среды, которая течет через впускной канал 3, до температуры ниже точки плавления, это парафиновое тело начинает твердеть. По мере твердения парафинового тела его объем уменьшается, благодаря чему деталь 21 вместе с подвижной деталью 12 и телом 9 клапана перемещаются в противоположном направлении под действием средства 17 пружины.
Конструкция первого клапанного устройства, образованного двумя пластинчатыми элементами 15, 16, является отличительным признаком настоящего изобретения, описание которого следует далее. Эти два пластинчатых элемента 15, 16 выполнены так, что во время их смещения из положения, в котором они находятся в контакте друг с другом в первом концевым положении, они образуют соединение между впускным каналом 3 и первым выпускным каналом 5 в форме участка 22 канала, определенного двумя поверхностями 23 24 этих двух пластинчатых элементов, поверхности которых обращены друг к другу и имеют замедляющий поток формы. Замедляющие поток формы этих поверхностей в показанном варианте сформированы так, что на фазе открывания отверстия этого соединения они образуют волнистый извилистый участок между впускным каналом 3 и первым выпускным каналом 5. Его также можно назвать лабиринтным соединением на этой фазе, образующимся между впускным каналом 3 и первым выпускным каналом 5.
0
1
Далее следует описание работы устройства термостата по настоящему изобретению, содержащего описанные выше два пластинчатых элемента 15, 16 со ссылками на фиг. 3, где показано как поток F, проходящий через устройство термостата, изменяется во времени t при открывании соединения между впускным каналом и выпускным каналом, который ведет к охладителю, на основе момента t времени для ранее известного устройства термостата (кривая А) и для устройства термостата по фиг. 2 (кривая В). Понятно, что относительно длинный путь, который текучая среда должна пройти по участку 22 канала при открывании, ведет к относительно большому падению давления от одного конца участка канала к его второму концу так, что расход сначала снижается и должно пройти существенно большее время (Δt), прежде чем расход достигнет определенного уровня F1, чем в ранее известных устройствах термостата. Это значит, что открывание и закрывание соединения между впускным каналом 3 и выпускным каналом 5, который ведет к охладителю, в устройстве термостата по настоящему изобретению, происходит существенно более плавно, чем в ранее известных устройствах термостата так, что изменение температуры в охладителе, соединенном с ним, будет происходить существенно медленнее. Это позволяет существенно продлить срок службы охладителя. Когда двигатель моторного транспортного средства начинает работать и первое клапанное устройство откроется, такое устройство термостата в его открытом состоянии будет регулировать расход между впускным каналом 3 и первым выпускным каналом 5, например, в диапазоне Δt, вместо того, чтобы постоянно открываться и закрываться. На практике это значит, что хотя в ранее известном устройстве термостата диапазон регулировки может быть такой, чтобы тело клапана смещалось в интервале от 0 до 1 мм от первого концевого положения, и этот интервал может доходить до 2-6 мм от первого концевого положения в устройстве по настоящему изобретению.
На фиг. 4 схематически показана система 30 по настоящему изобретению, предназначенная для моторных транспортных средств. Эта система 30 охлаждения содержит контур 31 охлаждения для охлаждения двигателя 32 внутреннего сгорания в транспортном средстве с помощью охлаждающей текущей среды, которая течет по контуру охлаждения, предпочтительно в форме воды, возможно с добавкой присадок, таких как гликоль, для понижения точки замерзания. Насос 33 для охлаждающей текучей среды включен в контур 31 охлаждения для создания циркуляции охлаждающей текучей среды в этом контуре. Кроме того, в контур 31 охлаждения включен охладитель 34 в форме, например, обычного радиатора для охлаждения охлаждающей текучей среды. Этот охладитель 34 содержит впуск 35 для охлаждающей текучей среды, который соединен с выпуском 35 для охлаждающей текучей среды двигателя 32 внутреннего сгорания через первую линию 37 контура охлаждения и выпуск 38 для охлаждающей текучей среды, который соединен с впуском 39 для охлаждающей среды двигателя 32 внутреннего сгорания второй линией 40 контура охлаждения. Первая линия 37 соединена со второй линией 40 третьей линией 41 контура охлаждения. Эта третья линия 41 соединена со второй линией 40 для того, чтобы охлаждающая текучая среда могла возвращаться из выпуска 36 для охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания на впуск 39 для охлаждающей текучей среды двигателя внутреннего сгорания, минуя охладитель 34. Охлаждающая текучая среда циркулирует между впуском 39 и выпуском 36 для охлаждающей текучей среды по внутренним каналам в двигателе внутреннего сгорания, где она отбирает теплоту от двигателя внутреннего сгорания.
Устройство 1 термостата по настоящему изобретению описанного типа соединено с контуром 31 охлаждения так, чтобы:
- впускной канал 3 устройства термостата был соединен с выпуском 36 для охлаждающей среды двигателя 32 внутреннего сгорания первой частью 42 первой линии 37;
- первый выпускной канал 5 устройства термостата был соединен с впуском 35 для охлаждающей среды охладителя 34 второй частью 43 первой линии 37, и
- второй выпускной канал 6 устройства термостата был соединен с третьей линией 41.
Работа этой системы охлаждения понятна из вышеприведенного описания варианта устройства термостата по настоящему изобретению.
Настоящее изобретение, естественно, не ограничивается описанным выше вариантом. Специалистам понятны многочисленные возможности изменений, которые могут быть в него внесены не выходя за пределы объема изобретения, который определяется приложенной формулой изобретения.
Что касается системы охлаждения по настоящему изобретению, она может, разумеется, содержать и другие компоненты, помимо показанных на фиг. 4, такие как замедлитель, установленный между двигателем и устройством термостата, который применяется для дополнения обычных тормозов для торможения тяжелых колесных транспортных средств, и дополнительные устройства термостата, включенные в этот контур охлаждения.
Замедляющие поток формы поверхности, которые определяют участок канала при открывании соединения между впускным каналом и первым выпускным каналом и которые принадлежат двум пластинчатым элементам, могут иметь другой вид, отличающийся от показанного в описанном варианте. Они могут, например, проходить зигзагом, так, что два пластинчатых элемента образуют зубья, которые взаимодействуют друг с другом. Еще одна возможность заключается в том, что эти поверхности имеют небольшие выступы, направленные от этих поверхностей в направлении друг друга, и такие варианты можно объединить так, чтобы поверхности определяли протяженность этого участка канала, определяя извилистый путь потока, показанный на фиг. 2.