УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F01P7/16 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в транспортных средствах.

Известны устройства для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания [1]. Данное устройство содержит электрический исполнительный механизм, электронный блок управления, электрический датчик температуры. Устройство позволяет поддерживать оптимальную температуру на всех режимах работы двигателя. Недостатком этого устройства являются большие габаритные размеры, и в связи с этим на автомобильном транспорте они не получили применения.

Известны также автоматические регуляторы температуры с датчиком температуры с термореактивным твердым наполнителем, которые широко используются в дизелестроении [2, стр. 73, 134]. В этих терморегуляторах термореактивным наполнителем датчика температуры являются воскообразные органические соединения: церезин, парафин, воск и т.д.

К недостаткам терморегуляторов с твердым наполнителем относится большая инерционность, вследствие чего эффективность автоматического регулирования охлаждающей жидкости системы охлаждения снижается. Так, при повышении нагрузки двигателя за счет инерционности твердого наполнителя охлаждающая жидкость продолжает охлаждать двигатель в режиме малой нагрузки, что снижает энергоэкологические характеристики двигателя.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является [3] "Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания". Устройство построено по трехходовой схеме, корпус имеет три патрубка: патрубок подвода охлаждающей жидкости из двигателя, патрубок отвода охлаждающей жидкости на перепуск и патрубок отвода жидкости на холодильник. Для распределения потока жидкости на перепуск и на холодильник внутри корпуса на штоке закреплены клапаны и соединены с электромагнитом, а последний соединен с электрическим датчиком температуры.

Недостатком данного устройства являются низкая надежность и большие размеры терморегулятора.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства для регулирования температуры охлаждающей жидкости на всех режимах работы двигателя. Техническим результатом, достигаемым при этом, является расширение арсенала средств регулирования температуры, охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания и повышение эффективности регулирования температуры охлаждающей жидкости. Этот технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя, содержащее корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и холодильник с двумя клапанами, установленными внутри корпуса и закрепленными на штоке, связанном с блоком управления, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя, шток установлен в полости датчика температуры с твердым наполнителем с возможностью взаимодействия с ним, а датчик с твердым наполнителем связан с возможностью взаимодействия с термоэлектрическим охладителем-нагревателем, подсоединенным к выходу блока управления. Кроме того устройство дополнительно содержит электрический датчик температуры, установленный в корпусе, подсоединенный к дополнительному входу блока управления.

На чертеже представлена схема устройства для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит корпус 1 с патрубками: 2 - для подвода охлаждающей жидкости, 3 - для отвода охлаждающей жидкости на перепуск, 4 - для отвода охлаждающей жидкости на холодильник, наполнитель (церезин, парафин, воск и др.) 5, резиновую втулку 6, шток 7, корпус датчика 8, термоэлектрический охладитель-нагреватель 9, герметичный корпус 10 (выполняется из материала высокой теплопроводности), гайку 11, направляющую втулку 12, крышку 13, перегородку 14, клапаны перепуска 15, 16 седлами 17, 18, клапаны отвода на холодильник 19, 20 седлами 21, 22, направляющую штока 23, пружины 24, 25, настроечный винт 26, уплотнительные кольца 27, электронный блок управления 28 с реверсивным механизмом, электрические датчики температуры 29, 30.

Крышка 13 с втулкой 12 датчика температуры с твердым наполнителем соединяется при помощи резьбового соединения, а с перегородкой 14 - с помощью крепежных винтов 32. Для перетекания охлаждающей жидкости через перегородку 14 в ней предусмотрены отверстия А. Перегородка 14 крепится к корпусу 1. Направляющая 23 крепится к корпусу 1 с помощью крепежных винтов 31. Система клапанов 17, 18 и 19, 20 позволяет точно и вовремя распределять охлаждающую жидкость по заданным патрубкам 3, 4. Термоэлектрический охладитель-нагреватель 9 помещается в герметичный корпус 1, выполненный из материала высокой теплопроводности и надевается на корпус 8 датчика и крепится гайкой 11.

Горячие (холодные) спаи термоэлектрического охладителя-нагревателя за счет теплообмена подогревают твердый наполнитель, а холодные (горячие) спаи - охлаждаются (нагреваются) в результате теплообмена охлаждающей жидкостью системы охлаждения.

Датчик температуры 29 (электрический) устанавливается на выходе охлаждающей жидкости из двигателя. Электрический датчик температуры 30 устанавливается в корпусе 1 данного устройства. Датчик температуры с твердым наполнителем рассчитывают таким образом, что при достижении температуры T_ж = 80^oC может работать без термоохладителя-нагревателя. Электрический датчик температуры 30 подает сигнал "закрыть клапаны" 15, 16 на перепуск, "открыть клапаны" 19, 20 на холодильник. В этом случае датчик температуры 30 подает сигнал в блок управления 28, который выключает термоэлектрический охладитель-нагреватель 9.

Реверсивное устройство блока управления 28 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости включает блок управления и термоэлектрический охладитель-нагреватель 9 включает на охлаждение, если T_ж < 70^oC, или на нагрев, если T_ж > 70^oC, и выключает, если T_ж = 80^oC.

Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

После запуска двигателя (не показан) устройство начинает работать.

При этом если температура охлаждающей жидкости, например T_ж < 70^oC, то под действием пружин 24, 25 клапаны 19, 20 закрываются, а клапаны 15, 16 открываются и весь поток охлаждающей жидкости по патрубку 3 направляется на перепуск в двигатель. Кроме того, датчик температуры 29 подает сигнал в блок управления 28, который включает термоэлектрический охладитель-нагреватель 9 на "охлаждение". Тогда холодные спаи термоэлектрического охладителя-нагревателя 9 через стенку корпуса 8 охлаждают наполнитель 5 и предотвращается открытие клапанов 20, 21. Горячие спаи термоэлектрического охладителя-нагревателя 9 через стенку корпуса 1 охлаждаются охлаждающей жидкостью системы охлаждения, а охлаждающая жидкость подогревается горячими спаями, и происходит быстрый прогрев двигателя.

Если температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения T_ж < 70^oC, датчик температуры 29 подает соответствующий сигнал в блок управления 28, который включает термоэлектрический охладитель-нагреватель на "нагрев". Тогда происходит реверсирование термоэлектрического охладителя-нагревателя 9, и горячие спаи через корпус 8 датчика подогревают наполнитель 5, и шток 7 выдавливается из резиновой втулки 6, а холодные спаи охлаждаются конвективным способом охлаждающей жидкостью системы охлаждения. Так как такие элементы, как электрический датчик температуры 29, связанный с двигателем, который, как правило, размещают в непосредственной близости от двигателя, блок управления 28 и термоэлектрический охладитель-нагреватель 9, обладают быстродействием, то это позволяет уменьшить время переходного процесса при изменении нагрузки и улучшить качество регулирования. Начинается подогрев наполнителя от охлаждающей жидкости системы охлаждения.

Таким образом, совместная работа датчика температуры с твердым наполнителем с термоэлектрическим охладителем-нагревателем позволяет поддерживать оптимальную температуру охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя.

Величина подогрева наполнителя термоэлектрическим охладителем-нагревателем прямо пропорциональна температуре охлаждающей жидкости системы охлаждения.

Если температура охлаждающей жидкости системы охлаждения T_ж = 80^oC, то под действием выдавливания штока 7 из резиновой втулки 6 закроются клапаны 15, 16, полностью откроются клапаны 19, 20. При этом наполнитель 5 в состоянии выдавливать шток 7 с клапанами в результате конвективного теплообмена с охлаждающей жидкостью системы охлаждения, поэтому датчик температуры 30 подает сигнал в блок управления 28, который выключает работу термоэлектрического охладителя-нагревателя 9.

При снижении нагрузки двигателя устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя работает в обратном порядке.

Таким образом, термоэлектрический охладитель-нагреватель, обладая такими свойствами, как:
возможность получения холода и тепла на основе использования эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей и холодильного агента;
универсальность, то есть возможность перевода термоэлектрического устройства из режима охлаждения в режим нагревания путем реверса постоянного тока;
сочетания в едином устройстве таких традиционно раздельных элементов, как источник холода или тепла и теплообменный аппарат;
простота устройства и компактность;
высокая надежность;
практически неограниченный срок службы,
позволяет создать компактное, надежное, эффективное устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания.

Источники информации
1. Патент N 2031216 "Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, имеющим газовыхлопной патрубок". Тимофеев В.Н. / В.Н. Тимофеев, Е.А. Киселев, Е.В. Кротов и др. Опубл. 20.03.95. Бюл. N 8.

2. Луков Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателей: Учеб. пособие для студентов высших учебных заведений. - М.: Машиностроение, 1995. 271 с.: ил.

3. Патент N 1763687 "Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания". Тимофеев В.Н. /В.Н. Тимофеев, Е.А. Киселев, В.Д. Мирошниченко и др. Опубл. 23.09.92 г. Бюл. N 35.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в транспортных средствах. Устройство состоит из корпуса с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя и патрубков отвода на перепуск и холодильник. Внутри корпуса имеется шток с клапанами, установленный в полости датчика температуры с твердым наполнителем. К датчику подключен термоэлектрический охладитель-нагреватель, который через электронный блок управления соединен с электрическими датчиками температуры. При работе двигателя в зависимости от температуры охлаждающей жидкости устройство поддерживает оптимальную температуру за счет быстродействия электрического датчика температуры, блока управления термоэлектрического охладителя-нагревателя и его совместной работы с датчиком температуры с твердым наполнителем. Изобретение обеспечивает поддержание оптимальной температуры на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и холодильник, с двумя клапанами, установленными внутри корпуса и закрепленными на штоке, связанном с блоком управления, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя, отличающееся тем, что шток установлен в полости датчика температуры с твердым наполнителем с возможностью взаимодействия с ним, а датчик с твердым наполнителем связан с возможностью взаимодействия с термоэлектрическим охладителем-нагревателем, подсоединенным к выходу блока управления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электрический датчик температуры, установленный в корпусе, подсоединенный к дополнительному входу блока управления.