ТЕРМОСТАТ Российский патент 1999 года по МПК F01P7/16 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее корпус, термочувствительный элемент в виде цилиндрической пружины из высокоэластичного материала с эффектом памяти формы и возвратный элемент в виде цилиндрической пружины из высокоэластичного материала, в котором корпус, выполненный в виде цилиндра, закрыт кожухом такой же формы с возможностью поворота одного цилиндра относительно другого [1].

Недостатками этого терморегулятора являются сложность конструкции и сложность встраивания его в систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее близким к предлагаемому термостату техническим решением является применяющийся в двигателях автомобилей термостат [2] (прототип), который содержит корпус с двумя входными и одним выходным отверстиями, систему двух взаимосвязанных подпружиненных подпорок, перекрывающих то или другое входное отверстие в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Исполнительным механизмом перемещения заслонок является баллон, наполненный термочувствительным материалом.

Недостатком этого термостата является низкая надежность работы и невысокая чувствительность исполнительного механизма к изменению температуры охлаждающей жидкости.

Цель изобретения - повысить надежность работы термостата и чувствительность исполнительного механизма перемещения заслонок термостата.

В предлагаемом термостате исполнительный механизм перемещения заслонок выполнен в виде пружины из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ), проявляющего неупругие эффекты. Возвратный механизм представляет собой пружину из обычного упругого материала.

Введение в конструкцию исполнительного механизма из материала с ЭПФ, проявляющего неупругие эффекты, является элементом новизны, но поведение такого материала в условиях меняющейся температуры дает дополнительный, совершенно новый эффект, позволяющий сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень" предлагаемой конструкции термостата.

Действительно, рабочая пружина из сплава TiNi, проявляющего неупругие эффекты, будет претерпевать двухстадийную мартенситную реакцию: B2 ⇆ R и R ⇆ B19'. На первой стадии мартенситного превращения гистерезис достаточно узкий, и лишь на второй стадии он существенно расширяется. А это значит, если создать конструкцию термостата с малым перемещением заслонок (порядка 4 - 6 мм), то можно обеспечить работу исполнительного механизма (пружины с ЭПФ) в узком интервале температур, т.е. существенно повысить чувствительность этого механизма.

На фиг. 1 представлен термостат в разрезе. Корпус термостата 1, имеющий два входных (Н и П) и одно выходное (В) отверстия, снабжен двумя седлами 6 и 11, с которыми поочередно контактируют заслонки 5 и 10, связанные между собой стержнем (штоком) 4. Ход заслонок регулируется гайкой 7. Между промежуточной опорой 2 и нижней заслонкой 10 установлена возвратная пружина 3, а между промежуточной опорой 2 и теплоизолирующей шайбой 8 - пружина 9 (силовой элемент) из материала с ЭПФ, проявляющего неупругие эффекты.

Работает термостат следующим образом. При запуске двигателя температура охлаждающей жидкости ниже 80^oC; пружина 3 прижимает нижнюю заслонку 10 к седлу 11, перекрывая поток охлаждающей жидкости через вход П; верхнее входное отверстие Н открыто. Охлаждающая жидкость циркулирует через термостат по малому кругу (от Н к В и далее в двигатель), быстро нагреваясь.

При достижении жидкостью температуры 80^oC пружина 9 из материала с ЭПФ, проявляющего неупругие эффекты, омываемая жидкостью, начинает увеличивать свою длину благодаря мартенситной реакции R ---> B2 и перемещает систему заслонок вверх, прикрывая вход Н и открывая вход П. Вход Н будет закрыт полностью при достижении жидкостью температуры окончания обратного мартенситного превращения A_k = 94-95^oC. В этом случае вся охлаждающая кидкость будет циркулировать по большому кругу (через вход П к выходу В, затем в двигатель, после чего - в радиатор, а затем через вход П снова в термостат). Двигатель и радиатор на фиг. 1 не показаны, т.к. для работы термостата это не принципиально.

При снижении температуры охлаждающей жидкости в материале пружины 9 происходит прямое мартенситное превращение по реакции В2 ---> R, равной 80^oC.

При нагревании охлаждающей жидкости цикл повторяется.

Предлагаемая конструкция термостата для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания позволяет повысить надежность работы, т.к. не содержит самого трудоемкого и ненадежного элемента - баллона с термочувствительным материалом.

Гарантированное число срабатываний предлагаемого термостата обеспечивается в пределах 10⁷ - 10⁸ раз.

Литература
1. а.с. 15009844, C 05 D 23/02.

2. В. А. Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2105. Москва, Изд. ДОСААФ СССР, 1982 г. (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам поддержания постоянства температуры при охлаждении или нагреве объектов. В конструкции термостата в качестве исполнительного механизма применена пружина из материала с эффектом памяти формы, но такого, мартенситные реакции в котором протекают в узком интервале температур, что позволяет обеспечить высокую чувствительность термостата и его надежность. 1 ил.

Термостат, состоящий из корпуса с двумя седлами, двух заслонок, соединенных штоком, упругого и силового элементов, отличающийся тем, что силовой элемент, обеспечивающий перекрытие потока нагретой охлаждающей жидкости, выполнен из материала с эффектом памяти формы, проявляющего неупругие эффекты, а шток выполнен с возможностью регулировки взаимного расположения заслонок.