Термостат системи охолодження двигуна внутрішнього згоряння

Корисна модель відноситься до галузі машинобудування, і зокрема, до двигунобудування, а саме до засобів прискорення прогріву робочої рідини в системі охолодження двигуна внутрішнього згорання і автоматичного підтримання її температури в заданих діапазонах. Відомий термостат системи охолодження двигуна внутрішнього згоряння, містить корпус, основний сильфон, жорстко зв'язаний торцем з корпусом, а другим - з рухомим фланцем з дроселюючим отвором, допоміжний клапан зі штоком і основний клапан, з'єднаний штоком з допоміжним, при цьому він оснащений зовнішнім сильфоном, охоплюючим основний сильфон і установлений з можливістю утворення між ними порожнини, заповненої рідким середовищем, допоміжним і внутрішнім, розміщеним в останньому, сильфонами з першим і другим контактними торцями і середнім рухомим фланцем з осевою тягою, причому перші контактні торці відповідно допоміжного і внутрішнього сильфонів під'єднані до допоміжного клапана, другий контактний торець допоміжного сильфона зв'язаний з рухомим фланцем, середній рухомий фланець під'єднаний з одного боку до другого контактного торця внутрішнього сильфона, а другий - до рухомого фланця за допомогою осевої тяги [див. а.с. СРСР №1744283]. Проте недоліком відомого термостата є низькі динамічні показники, обумовлені закладеним в ньому принципом роботи, відповідно до якого регулюючий клапан дозує кількість води, що поступає через радіатор, за сигналами пропорційними тільки змінюванню її температури, а також швидкості її змінювання в не формує регулюючих сигналів, поступаючих на виконавчий клапан, пропорційних прискоренню змінювання температури. При цьому запізнююча дія виконавчого клапана збільшує час перехідного процесу із одного теплового стану на другий і приводить до перегріву або переохолодження двигунів, особливо при роботі їх в умовах різко перемінних зовнішніх навантажень, температур, що в результаті погіршує вихідні техніко-економічні показники як самих двигунів внутрішнього згорання, так і приводимих ними машин і агрегатів, тому не знайшов широкого застосування. Таким чином, відомий термостат має низькі динамічні показники роботи і обмежену область застосування. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу покращити динамічні показники роботи і розширити область застосування термостата. Для розв'язання даної задачі, відповідно до корисної моделі, суттєвими ознаками є те, що відомий термостат оснащений другим зовнішнім сильфоном, охоплюючим перші допоміжний і внутрішній сильфони, другим допоміжним і другим внутрішнім розміщеними в зовнішньому, сильфонами з першим і другим контактними торцями і середнім другим і третім рухомими фланцями, причому перші контактні торці відповідно другого зовнішнього і другого допоміжного сильфонів приєднані до допоміжного клапана, другий контактний торець другого зовнішнього сильфона зв'язаний з рухомим фланцем з дроселюючим отвором, середній другий рухомий фланець підключений одним боком до другого контактного торця другого внутрішнього сильфона, а другим - до перших контактних торців першого допоміжного і першого внутрішнього сильфонів, середній передній рухомий фланець, підключений одним боком до другого контактного торця другого допоміжного сильфона і до першого рухомого фланця за допомогою осевої тяги, другим - до другого контактного торця другого внутрішнього сильфона. Порожнина, утворена основним і першим зовнішнім сильфонами, а також корпусом і нижнім рухомим фланцем заповнена рідким середовищем (наприклад, повітрям або іншою речовиною) коефіцієнт теплопровідності якої менший коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінок сильфонів. Для перепуску легкокиплячої рідини із порожнини основного в порожнину першого допоміжного сильфона, необхідно для зникнення в усталеному тепловому стані складових регулюючого сигналу, пропорційних швидкості і прискоренню змінювання температури води в системі охолодження двигуна, в нижньому рухомому фланці виконаний дроселюючий перепускний отвір. При реалізації запропонованого термостата в переходному процесі переміщення допоміжного клапана буде складатися із переміщення пропорційного змінюванню температури, швидкості і прискоренню її змінювання, а в усталеному режимі складові переміщення, пропорційні швидкості і прискоренню змінювання температури води зникнуть і клапан буде знаходитись в положенні, що відповідає переміщенню пропорціональному тільки змінюванню температури води в системі охолодження двигуна. Таке технічне рішення, за рахунок залучення складової переміщення клапана пропорційної прискоренню змінювання температури, дасть можливість покращити динамічні показники термостата і підвищити точність автоматичного підтримання оптимальної температури води в системі охолодження двигуна особливо при роботі його в умовах різко перемінних навантажень. На представленому креслені схематично показано загальний вигляд запропонованого термостата. Термостат системи охолодження двигуна внутрішнього згоряння містить корпус 1, з яким жорстко зв'язані торцями основний 2 і перший зовнішній 3 сильфони. Протилежні торці сильфонів 2, 3 також жорстко з'єднані з одним боком нижнього рухомого фланця 4, до якого з другого боку приєднані другими контактними торцями перший допоміжний 5 і другий зовнішній 6 сильфони. Другий зовнішній 6 і другий допоміжний 7 сильфони першими контактними торцями зв'язані з допоміжним клапаном 8 і порожнистим штоком 9 з основним клапаном 10. Другим контактним торцем другий допоміжний сильфон 7 під'єднаний до одного боку третього середнього рухомого фланця 11, а до другого - першим контактним торцем другий внутрішній сильфон 12, який другим контактним торцем зв'язаний з одним боком другого середнього рухомого фланця 13. З другим боком фланця 13 першими контактними торцями приєднані перший допоміжний сильфон 5 і перший внутрішній сильфон 14. Другий контактний торець сильфона 14 зв'язаний з першим середнім рухомим фланцем 15, який з одного боку тягою 16 з'єднаний з нижнім рухомим фланцем 4, а з другого боку тягою 17 - з третім середнім рухомим фланцем 11. Порожнина «а», утворена основним 2 і першим зовнішнім 3 сильфонами, а також корпусом 1 і нижнім рухомим фланцем 4 заповнена рідким середовищем, коефіцієнт теплопровідності якого менший коефіцієнта теплопровідності матеріала стінок сильфонів. Порожнина «b», утворена основним сильфоном 2, корпусом 1 і нижнім рухомим фланцем 4, порожнина «с», утворена нижнім рухомим 4, першим середнім рухомим 15 і другим середнім рухомим 13 фланцями, а також першим допоміжним 5 і першим внутрішнім 14 сильфонами і порожнина «d», утворена нижнім рухомим 4, другим середнім рухомим 13, третім середнім рухомим 11 фланцями, допоміжним клапаном 8, а також другим зовнішнім 6, першим допоміжним 5, другим внутрішнім 12 і другим допоміжним 7 сильфонами, заповнені легкокиплячою рідиною. Для перепуску легкокиплячої рідини із порожнини «b» в порожнину «с», необхідного для зникнення з певною швидкістю в усталеному тепловому стані складових переміщення, пропорційних швидкості і прискоренню змінювання температури води в системі охолодження, в нижньому рухомому фланці 4 виконаний дроселюючий перепускний отвір 18. Запропонований термостат працює наступним чином. При різкому підвищенні температури води в системі охолодження двигуна, спричиненому, наприклад, різким збільшенням на нього навантаження, через наявний термічний опір в порожнині «а», нагрівання легкокиплячої рідини, а отже, її тиск в порожнині «b» буде зростати повільніше, ніж в порожнинах «с» і «d». В результаті підвищення тиску в порожнинах «с» і «d» допоміжний клапан 8 буде переміщатися догори з певною швидкістю і на величину пропорційну змінюванню температури води в системі охолодження двигуна. При цьому, через нижчий тиск легкокиплячої рідини в порожнині «b», нижній рухомий фланець 4 буде переміщатися також догори, але з порівняно меншою швидкістю, ніж допоміжний клапан 8, притримуючи через тягу 16, зв'язаний з ним, перший середній фланець 15, підвищуючи цим у порожнині «с» тиск легкокиплячої рідини ще на додаткову величину, забезпечуючи допоміжному клапану 8, також догори, ще додаткове переміщення, яке буде пропорційне швидкості змінювання температури охолоджуваної води в системі охолодження, а затримка третього рухомого фланця 11, зв'язаного тягою 17 з рухомим фланцем 4 і підвищення при цьому тиску легкокиплячої рідини в порожнині «d», відносно тиску легкокиплячої рідини в порожнині «с», ще на додаткову величину забезпечить допоміжному клапану 8 також догори ще додаткове переміщення, яке буде вже пропорційне прискоренню змінювання температури охолоджуваної води в системі охолодження двигуна. Таким чином, в перехідному процесі підвищення температури води в систем в охолодження двигуна переміщення як допоміжного 8, так основного 10 клапана буде складатися з трьох переміщень, тобто вихідний сигнал термостата складається із переміщення, викликаного підвищенням температури води (переміщенням допоміжного клапана 8 завдяки пропорциональному нагріванню легкокиплячої рідини в порожнині «с» і пропорційного збільшення через це тиску в ній), переміщення, викликаного швидкістю підвищення температури води (переміщенням першого середнього рухомого фланця 15, обумовленого запізнюючим прогрівом легкокиплячої рідини в порожнині «b», і додатковим, пропорційним швидкості підвищення температури води, підвищенням через це тиску в порожнині «с») і переміщення, викликаного прискоренням підвищення температури води (переміщенням третього середнього рухомого фланця 11, обумовленим запізнюючим прогрівом легкокиплячої рідини в порожнині «b», і додатковим, пропорційним прискоренню підвищенню температури води, підвищенням через це тиску в порожнині «d»). Однак, по мірі вирівнювання температури легкокиплячої рідини (при стабілізації температури води в системі охолодження двигуна), а отже, її тиску в порожнинах «b», «с» і «b», віддаль між нижнім рухомим фланцем 4 і допоміжним клапаном 8 зменшиться. В результаті підніметься як нижній рухомий 4, так і, зв'язані з ним, тягами 16, 17 відповідно перший 15 і третій 11 середні рухомі фланці, збільшуючи при цьому об'єми відповідно порожнин «с» і «d», а отже, понижуючи тиск в них легкокиплячої рідини на величину, пропорційну складовим швидкості і прискоренню змінювання температури води в системі охолодження двигуна. Останнє обумовить зникнення складових переміщення як допоміжного 8, так і основного 10 клапанів, пропорційних швидкості і прискоренню підвищення температури води в системі охолодження двигуна і клапани будуть знаходитись в положенні, відповідаючому переміщенню; пропорційному тільки підвищенню температури води в системі охолодження двигуна. При різкому пониженні температури води в системі охолодження, через різке зменшення на нього навантаження, запропонований термостат буде працювати аналогічно, але лише з тією різницею, що вихідні переміщення його рухомих деталей будуть направлені у зворотній бік. І по мірі вирівнювання температури легкокиплячої рідини і її тиску в порожнинах «b», «с» і «d», також зникнуть складові переміщення як допоміжного 8, так і основного 10 клапанів, але вже пропорційних швидкості і прискоренню пониження температури води і тоді клапани будуть знаходитись в положенні, відповідаючому переміщенню, пропорційному тільки вже пониженню температури води в системі охолодження двигуна. Застосування запропонованого термостата системи охолодження двигуна внутрішнього згоряння, в порівнянні з відомим, дасть можливість: - підвищити швидкодію спрацювання клапанів і тим самим зменшити час перехідних процесів і стабілізації теплового стану, а також зменшити діапазон граничного відхилення температури води і забезпечити цим кращі умови прогріву і захисту двигуна внутрішнього згоряння від перегріву і переохолодження; - підвищити вихідні техніко-економічні показники, надійність і довговічність двигунів внутрішнього згоряння, а також виробність приводимих ними машин і агрегатів за рахунок більшої точності підтримання оптимального теплового стану в умовах перемінних навантажувальних і швидкісних режимів їх роботи; - зменшити викиди токсичних речовин з відпрацьованими газами двигунів внутрішнього згорання і тим самим зменшити забруднення довкілля за рахунок покращення при оптимальному тепловому стані процесу згорання робочої суміші в їх циліндрах; - розширити область застосування термостата завдяки покращенню динамічних показників в його роботи і підвищення ефективності використання оснащених ним двигунів внутрішнього згоряння, а також приводимих ними машин і агрегатів, що в загальному дасть народному господарству певний економічний ефект.