СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F01P7/16 

Настоящее изобретение относится к системе регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания, имеющего жидкостную систему охлаждения, а более конкретно к системе регулирования, посредством которой температуру элемента, предусмотренную в двигателе, регулируют до постоянной величины. Таким элементом, например, является трубопровод для текучей среды, используемый в двигателе такой, как воздух или топливо.

В электронной системе впрыска топлива автомобильного двигателя для впрыска топлива при надлежащем соотношении воздух-топливо и синхронизация впрыска топлива, параметры работы двигателя, например, частоту вращения двигателя, и количество и температуру всасываемого воздуха и температуру топлива определяют с помощью множества датчиков для получения множества сигналов. Полученные сигналы подают в компьютер для вычисления надлежащего соотношения воздух-топливо и синхронизации впрыска в зависимости от параметров работы двигателя. Соответственно, система сложна.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является изобретение по патенту США N 1300600, кл. 123-174, 1919, в котором система регулирования для поддержания постоянной температуры системы впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания, имеющего водяную рубашку, радиатор, водяной насос и охлаждающий термостат для регулирования температуры охлаждающей жидкости в жидкостной системе охлаждения, содержит регулирующий термостат с корпусом, образующим канал клапана, клапанным седлом и термоисполнительным механизмом с приводным стержнем, клапан, закрепленный на приводном стержне термоисполнительного механизма и взаимодействующий с клапанными седлом и теплообменник, образующий трубопровод, как часть системы впрыска топлива, при этом вход корпуса регулирующего термостата сообщен с водяной рубашкой так, что в него поступает часть охлаждающей жидкости, выход корпуса регулирующего термостата сообщен с входным отверстием теплообменника, а выходное отверстие теплообменника сообщено с входом водяного насоса.

К недостаткам известного изобретения следует отнести сложность конструкции и высокую стоимость изготовления.

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение системы регулирования температуры, с помощью которой регулируется температура элемента в системе впрыска топлива двигателя, например, корпуса дросселя, топливопровода, топливной форсунки или выпускной трубы воздушного фильтра, до заданной постоянной величины независимо от параметров работы двигателя, вследствие чего предотвращается образование ледяной и паровой пробки в двигателе и уменьшается число датчиков, а следовательно, уменьшается стоимость изготовления системы впрысков топлива.

Решение технической задачи заключается в том, что система регулирования для поддержания постоянной температуры системы впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания, имеющего водяную рубашку, радиатор, водяной насос и охлаждающий термостат для регулирования температуры охлаждающей жидкости в жидкостной системе охлаждения, содержащая регулирующий термостат с корпусом, образующим канал клапанов, клапанным седлом и термоисполнительным механизмом с приводным стержнем, клапан, закрепленный на приводном стержне термоисполнительного механизма и взаимодействующий с клапанным седлом и теплообменник, образующий трубопровод, как часть системы впрыска топлива, при этом вход корпуса, регулирующего термостата, сообщен с водяной рубашкой так, что в него поступает часть охлаждающей жидкости, выход корпуса регулирующего термостата сообщен с входным отверстием теплообменника, а выходное отверстие теплообменника сообщено с входом водяного насоса, в ней корпус регулирующего термостата состоит из входного и выходного корпусов, во входном корпусе по направлению потока установлен клапан, а в выходном корпусе установлен термоисполнительный механизм, выполненный с возможностью закрывания канала клапана при повышении температуры охлаждающей жидкости в выходном корпусе больше заданной температуры регулирующего термостата для понижения температуры охлаждающей жидкости в выходном корпусе ниже заданной температуры, и соответственно поддерживается постоянная температура топлива в трубопроводе системы впрыска топлива, при этом множество теплообменников соединены последовательно для множества элементов, множество регулирующих термостатов параллельно соединены с каналами охлаждающей жидкости, и температуры срабатывания регулирующей термостатов установлены на различных величинах, теплообменником является рубашка, окружающая элемент и соединенная с выходным отверстием выходного корпуса так, чтобы охлаждающая жидкость текла в рубашку вокруг элемента, элементом является топливопровод системы впрыска топлива двигателя.

Изобретение поясняется чертежами, где: фиг. 1 разрез термостата системы регулирования температуры в соответствии с настоящим изобретением, в котором клапан находится в полностью открытом положении; фиг. 2 разрез термостата в закрытом положении; фиг. 3 разрез термостата в натуральную величину; фиг. 4 принципиальная схема, на которой в качестве варианта воплощения настоящего изобретения показана система охлаждения автомобильного двигателя; фиг. 5 - график, на котором показаны изменения температуры и скорости потока охлаждающей жидкости двигателя в зависимости от времени; фиг. 6 график, на котором показаны изменения при остановке двигателя; фиг. 7 график, на котором показаны изменения после фиг. 6; фиг. 8 схематический разрез, на котором показана система регулирования температуры для регулирования температуры корпуса дросселя в системе впрыска топлива автомобильного двигателя. фиг. 9 схематическая разрез, на котором показана модификация системы для регулирования температуры топливопровода в системе впрыска топлива. фиг. 10 схематический разрез, на котором показана другая модификация системы для регулирования температуры воздушного фильтра; фиг. 11 схематический разрез, на котором показана другая модификация системы для регулирования температуры корпуса дросселя и топливопровода, соединенных последовательно; фиг. 12 схематический разрез на котором показан другой вариант воплощения настоящего изобретения; и фиг. 13 график, на котором показаны изменения температуры.

На фиг. 1 показан термостат 1 для системы регулирования температуры в соответствии с настоящим изобретением, содержащий входной боковой корпус 11, выходной боковой корпус 10, неподвижно установленный на входном боковом корпусе 11, и термоисполнительный механизм 2, установленный в канале клапана, образованном корпусами 10 и 11.

Термоисполнительный механизм 2 содержит рабочий стальной стержень 3, направляющий элемент 4, установленный с возможностью скольжения на стержне 3, упругую уплотнительную оболочку 5, образующую водонепроницаемое соединения с направляющим элементом 4. Уплотнительную оболочку 5 вставляют в теплопроводный цилиндр 4 неподвижно устанавливают в цилиндре 7. Уплотнительная оболочка 5 имеет отверстие 8, сцепленное со стержнем 3, образуя зазор между оболочкой 5 и стержнем 3. Толщину оболочки 5 уменьшают до очень небольшой величины. Например, толщина составляет от 20% до 2% диаметра стержня. Зазор имеет ширину приблизительно равную толщине уплотнительной оболочки 5 и заполнен смазочным маслом 9. Смазочное масло 9 предотвращает течь из оболочки 5 путем сцепления отверстия 8 со стержнем 3.

Кроме того, между направляющим элементом 4 и стержнем 3 предусмотрено уплотнительное устройство 8 для предотвращения утечки смазочного масла из уплотнительной оболочки 5 и поступления инородного материала в уплотнительную оболочку. Уплотнительное устройство 8 содержит подвижную прокладку 21, пару верхнего и нижнего уплотнительных колец 22 на противоположных сторонах прокладки 21 и фиксатор 22а, установленный на верхнем уплотнительном кольце 22 и удерживаемый направляющим элементом 4. Стержень 3 выступает из направляющего элемента 4.

Присоединенным к цилиндру 7 является фиксатор 12, имеющий множество отверстий 20. Фиксатор 12 сцепляется с частью уступа, образованного во внутренней стенке корпуса 10 и присоединенного к нему торцем корпуса 11. Клапан 17, имеющий цилиндрическую форму и выполненный из резины, устанавливают с возможностью скольжения на торцевой части стержня 3. Корпус 11 имеет седло клапана 18, соответствующее клапану 17. Пружинная шайба 19 сцеплена со стержнем, а фиксатор пружины 13 устанавливают на стержне 3, сцепленным с пружиной шайбы 19.

Предусмотрена возвратная цилиндрическая пружина 14 между частью уступа, образованного на внутренней части корпуса 11 и фиксатором пружины 13 для побуждения стержня 3 перемещаться вниз в аксиальном направлении корпуса 11. Манжету 5 крепят к стержню 3 на его внешнем торце для предотвращения расцепления клапана 17 со стержнем. Пружина клапана 16 предусмотрена между клапаном 17 и фиксатором пружины 13, окружающим стержень 3, с тем, чтобы побуждать клапан 17 перемещаться вверх. Корпус 11 имеет входной канал охлаждающей жидкости 11а, а корпус 10 выходной канал охлаждающей жидкости 10а. Оба канала 11а и 10а связаны друг с другом с помощью отверстий 20. Клапан 17 работает для регулирования потока охлаждающей жидкости, которая поступает в корпус 11, как показано стрелкой, что будет подробно описано ниже. Корпус 10 имеет внешнюю резьбу 23, сформированную на нижней его концевой части.

Когда температура охлаждающей жидкости поднимается выше заданной величины температуры термостата 1, парафин 6 претерпевает тепловое расширение. Поскольку оболочка 6 имеет очень малую толщину, расширение парафина 6 вызывает увеличение давления смазочного масла 9 в уплотнительной оболочке 5 до величины, равной давлению парафина 6. Давление смазочного масла приложено к стержню 3 для побуждения его перемещаться вверх и, следовательно, оболочка 5 находится в плавающем состоянии между парафином 6 и смазочным маслом 9, которые уравновешиваются по давлению. Таким образом, стержень 3 перемещается вверх.

В этом случае, поскольку уплотнительная оболочка 5 не участвует в подъеме стержня 3, срок службы термоисполнительного механизма 2 значительно удлиняется.

Вследствие очень малой толщины уплотнительной оболочки 5, диаметр теплопроводного цилиндра 7 может быть уменьшен. Чем более уменьшаются диаметр цилиндра 7, тем более увеличивается прочность цилиндра. В результате толщина стенки цилиндра 7 может быть уменьшена, что вызывает увеличение теплочувствительности и уменьшение веса и размера термоисполнительного механизма 2.

Наоборот, может быть увеличен диаметр стержня. Давление парафина 6 в цилиндре 7, необходимое для поднятия стержня, увеличивается обратно пропорционально квадрату диаметра стержня 3. Следовательно, давление парафина 6, а значит, и давление смазочного масла 9, сильно уменьшается с увеличением диаметра стержня 3. Это также удлиняет срок службы термоисполнительного механизма.

На фиг. 3 показан в натуральную величину термоисполнительный механизм 2, имеющий диаметр 3 мм.

На фиг. 2 показано положение, когда стержень 3 поднят в максимальное положение подъема против пружины 14. Клапан 17 сцеплен с седлом клапана 18 корпуса 11, а манжета 15 сцеплена с внутренней стенкой корпуса 11.

Когда температура охлаждающей жидкости уменьшается, парафин 6 сжимается. Таким образом, цилиндрическая пружина 14 заставляет клапан 17 опуститься в открытое положение, как показано на фиг. 1.

На фиг. 4 показана система охлаждения автомобильного двигателя, в которой используется термостат 11 системы регулирования температуры настоящего изобретения. Система охлаждения содержит первый канал охлаждающей жидкости 29, расположенный между верхним выходным отверстием 26 водяных рубашек 24 двигателя E и верхним входным отверстием 28 радиатора 27, и второй канал охлаждения 36, предусмотренным между нижним выходным отверстием 30 радиатора 27 и нижним входным отверстием 35 блока цилиндров 34 двигателя E, включающий в себя крышку термостата 31, корпус термостат 32 и водяной насос 33. Обходной канал 37 предусмотрен между соединением 3 первого канала 29 и корпусом термостата 32 так, чтобы связать первый канал 29 со вторым каналом 36 без прохождения радиатора 27.

Термостат охлаждающей жидкости 38 для двигателя крепят к корпусу 32 с помощью крышки термостата 31. Термостат охлаждающей жидкости 38 имеет основной клапан 39 и обходной клапан.

Термостат 1 размещают между каналом охлаждающей жидкости 25, вытянутый из водяных рубашек 24 и соединением 37 обходного канала 37 вверх по технологической цепочке обходного клапана.

Для поддержания температуры элемента двигателя постоянной в соответствии с охлаждающей жидкостью в качестве теплообменника предусмотрена рубашка, поддерживающая постоянную температуру 41. Резьба 23 термостата 1 сцеплена с входным отверстием 42. Конец корпуса 11 термостата 1 соединяют с каналом 25 через входной канал 43. Выходное отверстие 44 рубашки 41 связано с соединением 37 через выходной канал 45.

Из фиг. 8 следует, что рубашку, поддерживающую постоянную температуру 41, устанавливают на корпусе дросселя 46 системы впрыска топлива (не показано). Рубашка 41 имеет манжеты, сформированные на противоположных ее концах. Манжеты находятся в сцеплении с концевыми частями 47 корпуса дросселя 46 через уплотнительные кольца 48 и имеют водонепроницаемое соединение с ним с помощью стопорного кольца 49.

Термостат 1, соединенный с каналом 25 через канал 43 через канал 43, крепят к рубашке 41 с помощью соединительной резьбы 23 с резьбой входного отверстия 42. Выходное отверстие 44 соединяют с соединением 37 через канал 45. Таким образом, охлаждающая жидкость циркулирует в рубашке 41.

В системе охлаждения фиг. 4 в течение разогрева двигателя основной клапан 39 термостата охлаждающей жидкости закрыт, в то время, как обходной клапан 40, выполненный заодно с основным клапаном, открыт полностью. Таким образом, охлаждающая жидкость, вытекающая из выходного отверстия 26 водяных рубашек 24, не проходит к радиатору 27. Охлаждающую жидкость с помощью водяного насоса 33 циркулируют через соединение 3 первого канала 29, обходной канал 37, корпус 32, водяной насос 33 и входное отверстие 35 водяных рубашек 23, как показано стрелками. Таким образом, температура охлаждающей жидкости быстро повышается.

В это время в системе регулирования температуры охлаждающую жидкость канала 25 частично вводят в термостат 1 через канал 43 и циркулируют через рубашку 41, канал 45, соединение 37, водяной насос 33 и входное отверстие 35 блока цилиндра 34.

Работа системы регулирования температуры будет описана со ссылкой на записи измерений, показанные на фиг. 5, 6 и 7.

На фиг. 4 ссылочный номер А обозначает точку измерения температуры охлаждающей жидкости в корпусе 32, ссылочный номер B точку измерения, предусмотренную в рубашке 41, а ссылочный номер C точку измерения для измерения скорости потока охлаждающей жидкости во втором канале 36 вверх по технологической цепочке крышки корпуса 31.

Трубка, использованная для каждого из первого и второго каналов охлаждающей жидкости 29 и 36, имеет диаметр 24 мм, трубка, использованная для обходного канала 37, имеет диаметр 10 мм, а трубка, использованная для каждого из каналов 43 и 45 имеет диаметр 5,5 мм. Максимальная скорость потока охлаждающей жидкости в точке C, проходящей через радиатор 27, составляет 48 литров в минуту. Клапан 17 в термостате 1 поднимается на 2 мм и закрывается при температуре 40^oC.

Как показано на фиг. 5, в течение режима холостого хода двигателя температура A охлаждающей жидкости в точке A в корпусе 32 и температуре B охлаждающей жидкости в точке B в рубашке 41 быстро повышается при разности температур равной 3^oC между температурами A и B. Температура A повышается до 96^oC. С другой стороны, когда температура B становится равной 40^oC, клапан 17 закрывается так, чтобы охлаждающая жидкость не циркулировала в термостат 1. Таким образом, температура B перестает увеличиваться.

На начальном этапе термостат 1 чувствительно работает на открывание и закрывание клапана 17 при изменении температуры на ±0,5^oC. Когда разность между температурами A и B становится большой, термоисполнительный механизм 2 немного поднимается вследствие тепла, передаваемого через корпус 11. Таким образом, клапан 17 прочно закрыт с тем, чтобы температура B не превышала 40^oC.

Однако, вследствие теплопроводности корпуса 11 и корпуса 10 температура парафина на 4^oC больше по сравнению с температурой B в рубашке 41. Следовательно, если температура B становится 36^oC, клапан 17 не открывается с тем, чтобы температура B не увеличивалась.

В течение разогрева двигателя, когда температура A поднимается до 86^oC, при которой основной клапан 39 начинает открываться, температура B понижается на 4^oC и становится равной 36^oC. Следовательно, когда температура B понижается на 05^oC, клапан 17 открыт для введения охлаждающей жидкости, имеющей высокую температуру A. Когда температура B повышается на 0,5^oC, клапан 17 закрыт для поддержания постоянной температуры при 36^oC независимо от промежуточного состояния автомобиля, например, ускорения или торможения.

Скорость потока C охлаждающей жидкости в точке C равна нулю в течение закрывания основного клапана 39. Когда температура A охлаждающей жидкости становится равной 86^oC, основной клапан начинает открываться. Скорость потока C быстро увеличивается при температуре 89^oC. Когда обходной клапан 40 полностью закрывается при температуре 92^oC, скорость потока C увеличивается до 48 литров в минуту (л/мин).

Как показано на фиг. 6, когда двигатель останавливается, скорость потока C становится равной 0. Температура A постепенно уменьшается, а температура B постепенно увеличивается. Однако, температура B не превышает 40^oC. Хотя разность между температурами A и B уменьшается, температуры не пересекаются друг с другом при сохранении разности 3^oC, как показано на фиг. 7.

Таким образом, температура всасываемого воздуха в корпус дросселя 46 поддерживается постоянной в диапазоне заданной величины независимо от режима работы двигателя.

Хотя выпускной канал 45 рубашки 41 соединен с обходным каналом 37 вверх по технологической цепочке обходного клапана 40, канал 45 может быть соединен с водяным насосом 33 в точке вверх по технологической цепочке 51, как и показано пунктирной линией фиг. 4.

На фиг. 9 показана модификация системы. Рубашку, поддерживающую постоянную температуру 41, соединяют с термостатом 1 подобным образом, как в предшествующем варианте воплощения и устанавливают на топливопроводе 50 топливной форсунки (не показано) системы впрыска топлива для поддержания постоянной температуры топлива. Рубашка 41а сцеплена с топливопроводом 50 через уплотнительные кольца 48 и образует с ним водонепроницаемое соединение с помощью стопорного кольца 49. Выходное отверстие 44а рубашки 41а соединено с обходным соединением 37 через канал 45.

Охлаждающую жидкость циркулируют в рубашке 41 подобным образом, как показано на фиг. 8, и описание этого не приведено.

На фиг. 10 показана другая модификация. Рубашка, поддерживающая постоянную температуру 41, предусмотрена для поддержания температуры всасываемого воздуха, проходящего через всасывающую трубку 46, соединенную с выходным отверстием воздушного фильтра (не показано). Выходное отверстие 44 рубашки 41 соединено с обходным соединением 37 через канал 45. Другая конструкция, подобна показанной на фиг. 8 и подобные детали идентифицированы подобными ссылочными номерами, как на фиг. 4.

Таким образом, температура всасываемого воздуха, выпускаемого из воздушного фильтра, поддерживается постоянной. Поскольку система должна регулировать температуру всасываемого воздуха, объект подобен объекту, показанному на фиг. 8. Следовательно, в зависимости от ситуации может быть выбрана любая из этих систем.

Система фиг. 10 эффективна для карбюратора двигателя.

На фиг. 11 показана другая модификация. Рубашка 41 для всасывающей трубки 46 соединена последовательно с рубашкой 41 топливопровода 50. Выходное отверстие 44 рубашки 41 соединена с рубашкой 41 выходного отверстия 42а через канал 45а.

Таким образом, термостат 1 регулирует температуры всасываемого воздуха во всасывающей трубке 46 и топлива в топливопроводе 50 до постоянных величин в одно и то же время, соответственно.

На фиг. 12 показан другой вариант воплощения настоящего изобретения. Пара термостатов 1а и 1 параллельно соединены с каналом охлаждающей жидкости 25 через корпус 11. Оба термостата 1а и 1 установлены на различные температуры срабатывания, например, температуру 40^oC (Ba) и температуру 50^oC. Термостаты 1а и 1 соединены с соответствующими рубашками. Таким образом, система настоящего изобретения может быть использована для регулирования температуры элементов до различных величин температуры.

На фиг. 13 показаны изменения температур Ba и B.

В соответствии с настоящим изобретением термостат предусмотрен в системе охлаждения для поддержания температуры элемента двигателя постоянной. Таким образом, количество датчиков может быть уменьшено для уменьшения скорости. Кроме того, предотвращается образование ледяной или паровой пробки двигателя. Помимо этого эта система эффективна для завершения сгорания в двигателе, вследствие чего уменьшается выброс и потребление топлива.

Хотя настоящее изобретение описано в связи с предпочтительными конкретными вариантами воплощения, очевидно, что эти описания предназначены для иллюстрации, а не для ограничения объема настоящего изобретения, которое ограничено следующей формулой изобретения.

Использование: в системе регулирования температуры для двигателей внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения. Сущность изобретения: система регулирования температуры, в которой регулирующий термостат соединен с жидкостной системой двигателя внутреннего сгорания. Регулирующий термостат имеет входной корпус, выходной корпус, причем оба корпуса соединены между собой для образования в нем канала клапана, термоисполнительный механизм, предусмотренный в канале клапана, клапан, срабатываемый с помощью термоисполнительного механизма. Входной корпус и выходной корпус соединены с каналами охлаждающей жидкостной системы охлаждения так, чтобы часть охлаждающей жидкости в системе охлаждения текла из входного корпуса к выходному корпусу, проходя через канал клапана. Термоисполнительный механизм приспособлен так, чтобы закрывать клапан, когда температура охлаждающей жидкости выше заданной температуры. Рубашка предусмотрена для передачи тепла охлаждающей жидкости, выпускаемой из выходного корпуса элемента двигателя внутреннего сгорания, посредством чего регулируют температуру элемента до постоянного значения. Изобретение обеспечивает: регулирование температуры элемента в системе впрыска топлива до заданной постоянной величины. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Система регулирования для поддержания постоянной температуры системы впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания, имеющего водяную рубашку, радиатор, водяной насос и охлаждающий термостат для регулирования температуры охлаждающей жидкости в жидкой системе охлаждения, содержащая регулирующий термостат с корпусом, образующим канал клапана, клапанным седлом и термоисполнительный механизмом с приводным стержнем, клапан, закрепленный на приводном стержне термоисполнительного механизма и взаимодействующий с клапанным седлом, и теплообменник, образующий трубопровод как часть системы впрыска топлива, при этом вход корпуса регулирующего термостата сообщен с водяной рубашкой так, что в него поступает часть охлаждающей жидкости, выход корпуса регулирующего термостата сообщен с входным отверстием теплообменника, а выходное отверстие теплообменника сообщено с входом водяного насоса, отличающаяся тем, что корпус регулирующего термостата состоит из входного и выходного корпусов, во входном корпусе по направлению потока установлен клапан, а в выходном корпусе установлен термоисполнительный механизм, выполненный с возможностью закрывания канала клапана при повышении температуры охлаждающей жидкости в выходном корпусе больше заданной температуры регулирующего термостата для понижения температуры охлаждающей жидкости в выходном корпусе ниже заданной температуры, и соответственно поддерживается постоянная температура топлива в трубопроводе системы впрыска топлива. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что множество теплообменников соединены последовательно для множества элементов. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что множество регулирующих термостатов параллельно соединены с каналами охлаждающей жидкости и температуры срабатывания регулирующих термостатов и установлены на различных величинах. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменником является рубашка, окружающая элемент и соединенная с выходным отверстием выходного корпуса так, чтобы охлаждающая жидкость текла в рубашку вокруг элемента. 5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что элементом является топливопровод системы впрыска топлива двигателя.