ТЕРМОСТАТ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также дизельных двигателей, с различной организацией потока охлаждающей жидкости.
Известен термостат с поплавковым клапаном для выпуска воздуха из жидкостной системы охлаждения автомобильного двигателя (патент США №4643134, МПК F01Р 7/16), в котором термостат, установленный в выходном патрубке двигателя может перемещаться в горизонтальном направлении и устанавливаться в открытое и закрытое положения. Над термостатом проходит горизонтальный перепускной канал для выпуска воздуха, попавшего в систему охлаждения. Перепускной канал соединяет выходной патрубок для вывода охлаждающей жидкости из каналов двигателя с той частью гибкого шланга, которая расположена за термостатом, обеспечивая перепускание некоторого количества охлаждающей жидкости при закрытом положении термостата для выпуска воздуха из системы охлаждения. В перепускном канале установлен поплавковый клапан, способный к перемещению из положения, в котором поток охлаждающей жидкости, идущий через него, перекрыт, в положение, когда перепускной канал открыт, и воздух может выходить из системы охлаждения. Наличие перепускного канала с поплавковым клапаном в системе охлаждения исключает перегрев двигателя при запаздывании открытия термостата в результате накопления воздуха. Однако установка перепускного канала с поплавковым клапаном сопряжена с необходимостью производить трудоемкую обработку посадочного места в корпусе системы охлаждения.
Наиболее близким техническим решением является термостат для системы охлаждения двигателя (патент №11268 МПК F01Р 7/16), содержащий подпружиненный клапан, скользящий по направляющей датчика температуры, размещенного подвижно между упором, жестко связанным по резьбе с полым сборным держателем и упирающимся в поршень датчика
температуры, и пружиной, зажатой между полым сборным держателем и основным клапаном датчика температуры, упирающимся в седло центральной перегородки держателя, имеющей перепускной канал. В перепускном канале центральной перегородки держателя датчика температуры подвижно установлен поплавковый клапан, имеющий пропускную способность в одном направлении. Поплавковый клапан является бескорпусным и состоит из двух частей, связанных между собой перемычкой, одна из которых имеет конусообразную рабочую поверхность и предназначена для герметичного перекрытия перепускного канала в рабочем режиме двигателя, а другая представляет собой клиновидный элемент, предохраняющий клапан от выпадения и обеспечивающий выход воздуха из системы охлаждения.
Поплавковый клапан имеет свободу перемещения в радиальном направлении, поэтому при горизонтальной установке термостата в системе охлаждения и верхнем расположении поплавкового клапана не исключена возможность его заклинивания между основным клапаном и седлом центральной перегородки в процессе работы термостата. Кроме того, при любом расположении термостата клиновидный элемент поплавкового клапана с перемычкой, постоянно контактирующие с кромкой перепускного канала, подвержены интенсивному износу в результате хаотического перемещения поплавкового клапана под воздействием турбулентного течения охлаждающей жидкости и вибраций, исходящих от работающего двигателя, что снижает надежность термостата, так как износ поплавкового клапана может привести к его выпадению в систему охлаждения и поломке водяного насоса.
Задачей полезной модели является повышение надежности устройства.
Технический результат, за счет которого достигается решение задачи, заключается в том, что хаотическое перемещение клапана в перепускном канале ограничено корпусом, что исключает возможность выпадения клапана и его заклинивания, и, тем самым, обеспечивает повышение надежности всего устройства в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в термостате, содержащем основной клапан, жестко закрепленный на поршневом датчике
температуры, установленном подвижно внутри держателя датчика температуры, снабженного центральной перегородкой, в которой выполнено седло основного клапана, который поджат пружиной, установленной внутри держателя, и перепускной канал с установленным в нем дренажным клапаном, имеющим пропускную способность в одном направлении, дренажный клапан выполнен шаровым.
Корпус дренажного шарового клапана может быть выполнен в виде трубки, например, цилиндрического сечения, с размещенным в нем шариком, причем одним концом корпус закреплен в центральной перегородке и снабжен седлом, имеющим возможность взаимодействия с шариком, а другой конец корпуса снабжен, по меньшей мере, тремя лепестками, удерживающими шарик в корпусе, а на боковой поверхности корпуса выполнены прорези или сквозные отверстия для выхода воздуха.
Рабочая поверхность седла дренажного шарового клапана может быть выполнена, например, сферической.
Рабочая поверхность седла дренажного шарового клапана может быть выполнена, например, конической.
Поршневой датчик температуры может быть снабжен дополнительным клапаном, подвижно установленным на его направляющей и поджатым пружиной к стопорной шайбе.
Выполнение дренажного клапана шаровым исключает возможность его заклинивания, а также износа и выпадения клапана, что обеспечивает повышение надежности термостата.
На Фиг.1 представлен термостат с шаровым дренажным клапаном, общий вид, исходное состояние при запуске двигателя, режим прогрева, разрез.
На Фиг.2 представлен термостат с шаровым дренажным клапаном, общий вид, рабочее состояние после прогрева двигателя, разрез.
На Фиг.3 представлен термостат с шаровым дренажным клапаном, вид сверху.
На Фиг.4 представлен шаровой дренажный клапан со сферической рабочей поверхностью седла, положение в режиме прогрева двигателя, разрез.
На Фиг.5 представлен шаровой дренажный клапан с конической рабочей поверхностью седла, положение при заправке охлаждающей жидкости, разрез.
На Фиг.6 представлен шаровой дренажный клапан с конической рабочей поверхностью седла, фиксация клапана прорезными лапками, разрез.
На Фиг.7 представлен шаровой дренажный клапан с конической рабочей поверхностью седла, фиксация клапана прорезными лапками, вид снизу.
На Фиг.8 представлен шаровой дренажный клапан с конической рабочей поверхностью седла, фиксация клапана шайбой, завальцованной в корпус клапана, разрез.
На Фиг.1, 2 и 3 представлен термостат, установленный в корпус системы охлаждения с тремя каналами для прохождения охлаждающей жидкости. Термостат содержит основной клапан 1, жестко закрепленный на поршневом датчике температуры 2, установленном подвижно внутри держателя 3 поршневого датчика температуры 2. Поршень 4 датчика температуры установлен в глухом отверстии держателя 3. Держатель 3 снабжен центральной перегородкой 5, в которой выполнено седло, взаимодействующее с основным клапаном 1, поджатым пружиной 6, установленной внутри держателя 3. Поршневой датчик температуры 2 снабжен также дополнительным клапаном 7, подвижно установленным на его направляющей 8 и поджатым пружиной 9 к стопорной шайбе 10. В центральной перегородке 5 выполнен также перепускной канал, то есть отверстие, с установленным в нем дренажным шаровым клапаном 11, имеющим пропускную способность в одном направлении.
Корпус 12 дренажного шарового клапана 11 (см. Фиг.4), изготовленный методом штамповки, выполнен в виде трубки, например, цилиндрического сечения, с размещенным в нем шариком 13. Одним концом корпус закреплен в центральной перегородке 5 и снабжен седлом, имеющим возможность взаимодействия с шариком 13, а другой конец корпуса снабжен лепестками 14, которые загибаются после установки шарика 13 и удерживают его в корпусе. На боковой поверхности корпуса 12 дренажного шарового клапана выполнены прорези, предназначенные для выхода воздуха.
В процессе сборки устройства для получения наилучших показателей по герметичности дренажного шарового клапана в режиме прогрева двигателя, шарик 13 слегка причеканивают к рабочей поверхности седла 15 корпуса 12, при этом рабочая поверхность седла 15 принимает сферическую форму (см. Фиг.4). Седло 16 корпуса 12 дренажного шарового клапана может быть выполнено также коническим (см. Фиг.5).
Корпус дренажного шарового клапана 17 (см. Фиг.6) может быть изготовлен методом механической обработки, при этом фиксация шарика от выпадения может осуществляться либо прорезными лапками 18 (см. Фиг.6, 7), либо шайбой 19 (см. Фиг.8), закрепленной в корпусе клапана. На боковой поверхности корпуса дренажного шарового клапана (см. Фиг.8) выполнены сквозные отверстия 20, предназначенные для выхода воздуха из системы охлаждения.
Термостат (см. Фиг.1, 2) установлен в корпусе 21 системы охлаждения двигателя, к которому подводятся патрубки 22, 23, 24. Патрубок 22 подсоединен к блоку цилиндров двигателя. Патрубок 23 соединен с насосом, а патрубок 24 - с радиатором системы охлаждения.
Принцип работы термостата основан на свойстве твердого наполнителя (смесь термоактивного воска, церезина с алюминиевой или медной пигментной пудрой) к расширению (сжатию) при фазовых превращениях под воздействием повышающейся или понижающейся температуры жидкости, охлаждающей двигатель.
При заправке охлаждающей жидкости в систему охлаждения двигателя (см. Фиг.5) дренажный шаровой клапан открыт, шарик 13 не перекрывает седло 16, и воздух беспрепятственно выходит из системы через прорези или отверстия 20 (см. фиг.8) и перепускной канал.
При запуске двигателя (режим прогрева) основной клапан 1 термостата закрыт, то есть поджат пружиной 6 к седлу центральной перегородки 5 (см. Фиг.1), дополнительный клапан 7 открыт, и движение охлаждающей жидкости осуществляется в малом контуре системы охлаждения: от двигателя - через
патрубок 22, омывая поршневой датчик температуры 2, через патрубок 23 и насос - снова к двигателю.
Шарик 13 дренажного шарового клапана (см. Фиг.4) под воздействием давления охлаждающей жидкости герметично прижимается к седлу 15, препятствуя прохождению охлаждающей жидкости в радиаторный канал через патрубок 24 (см. Фиг.1), способствуя более эффективному повышению температуры охлаждающей жидкости и быстрому выходу двигателя на рабочий режим.
В режиме прогрева двигателя (см. Фиг.2) температура охлаждающей жидкости повышается, термоактивная смесь, находящаяся внутри поршневого датчика температуры 2, начинает фазовый переход из твердого в жидкое состояние, сопровождающееся ее расширением. При определенной температуре, называемой температурой настройки, смесь начинает оказывать давление на поршень 4, который выталкивается из внутренней полости датчика температуры 2, оставаясь неподвижным в продольном направлении по отношению к держателю 3. Датчик температуры 2, жестко связанный с основным клапаном 1, начинает движение относительно поршня 4, сжимая пружину 6 и открывая проход для потока охлаждающей жидкости, идущего от радиатора к патрубку 24 через зазор между седлом центральной перегородки 5 и основным клапаном 1, омывая датчик температуры 2, к патрубку 23, то есть к насосу и двигателю, включая в работу большой контур системы охлаждения. По мере прогрева двигателя, и, соответственно, повышения температуры охлаждающей жидкости, зазор между седлом центральной перегородки 5 и основным клапаном 1 увеличивается, обеспечивая увеличение потока холодной охлаждающей жидкости, идущей от радиатора, и уменьшение потока охлаждающей жидкости, идущей от двигателя, вплоть до его перекрытия дополнительным клапаном 7. Шаровой дренажный клапан 11, выполнив свою функцию по предотвращению неконтролируемой протечки охлаждающей жидкости в режиме прогрева двигателя, открывается, при этом хаотическое перемещение шарика 13 (см. фиг.5) под воздействием турбулентного течения охлаждающей жидкости и вибраций, исходящих от
работающего двигателя, ограничено корпусом 12. Выполнение дренажного клапана шаровым предотвращает его заклинивание между основным клапаном 1 (см. фиг.1) и седлом центральной перегородки 5, износ и выпадение в систему охлаждения в процессе работы при любом пространственном расположении термостата, и, таким образом, повышает надежность устройства.
В процессе работы двигателя на различных режимах температура охлаждающей жидкости изменяется во времени, и, соответственно, датчик температуры 2 с основным клапаном 1 и дополнительным клапаном 7 занимает промежуточное положение, осуществляя циклическое перемещение относительно седла центральной перегородки 5, уменьшая или увеличивая зазор для прохода охлаждающей жидкости. Таким образом, путем смешивания горячих от двигателя и охлажденных от радиатора потоков охлаждающей жидкости в разных соотношениях термостат обеспечивает оптимальный тепловой режим работы двигателя. Шаровой дренажный клапан также эффективно работает при отсутствии в конструкции термостата дополнительного клапана 7.
В режиме охлаждения двигателя термоактивная смесь сжимается, и датчик температуры 2 с основным клапаном 1 и дополнительным клапаном 7 возвращается в исходное положение под воздействием пружины 6.
Заявляемый термостат может быть изготовлен в условиях серийного производства с использованием стандартного оборудования.
Таким образом, выполнение дренажного клапана шаровым позволяет повысить надежность термостата.