ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР Российский патент 2005 года по МПК F01P7/16 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, в том числе в автомобильной промышленности.

Известно устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания [1]. Устройство содержит корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и холодильник (радиатор), два клапана, установленных внутри корпуса и закрепленных на штоке, электромагнит, датчик температуры и блок управления. Данное изобретение не получило применения на транспортных двигателях, т.к. устройство рассчитано на поддержание постоянной температуры на всех режимах работы двигателя. Кроме того, электромагнит повышает габаритные размеры устройства, что не желательно на автомобильных двигателях.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является “Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания” [2]. Устройство содержит корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и на холодильник (радиатор), датчик температуры, блок управления, исполнительный механизм, уплотнительный элемент (сильфон), пружину. Исполнительный орган выполнен в виде двух клапанов, закрепленных на штоке, а электрический исполнительный механизм содержит механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Недостатком данного устройства является то, что блок управления работает только от датчика температуры, что приводит к увеличению времени запаздывания и ухудшению показателей качества регулирования. При работе двигателя на частичных нагрузках температура охлаждающей жидкости поддерживается на уровне номинальной нагрузки и менее, что приводит к ухудшению сгорания, увеличению расхода топлива и выброса вредных веществ. Кроме того, во время эксплуатации данного устройства происходит отложение накипи на поверхностях клапанов и износ пружины, вследствие чего нарушается плотное закрытие клапанов и регулирование температуры охлаждающей жидкости устройства.

Заявляемое изобретение решает задачу создания электрического терморегулятора, обладающего автоматическим поддержанием требуемой температуры охлаждающей жидкости на переменных нагрузках работы двигателя и определения неисправной работы клапанов во время эксплуатации.

Техническим результатом при этом является поддержание более высокой температуры охлаждающей жидкости на частичных нагрузках, при прогреве, особенно при низких температурах окружающей среды, и целенаправленное поддержание низкой температуры на номинальных нагрузках двигателя и своевременное устранение неисправностей клапанной системы.

Технический результат при этом достигается тем, что в известном терморегуляторе, содержащем корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и на радиатор, датчик температуры, уплотнительный элемент (сильфон), два клапана, установленных внутри корпуса на штоке, датчик температуры, блок управления, исполнительный механизм, совершающий возвратно-поступательное движение, пружину, дополнительно содержится датчик нагрузки, задатчик и блок сравнения, вход которого подключен к датчикам температуры и нагрузки, выход - к блоку управления, а блок управления выполнен программируемым с возможностью изменения температуры на переменных нагрузках. Кроме того, электрический терморегулятор содержит ультразвуковой прибор, вход которого связан с блоком управления, а выход - через датчики и приемники, установленные на патрубках отвода на перепуск и радиатор, и усилитель подключен к фазометру.

На приведенном чертеже представлен программируемый терморегулятор для регулирования температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения ДВС. Программируемый термостат содержит корпус 1 с тремя патрубками: 2 - для отвода охлаждающей жидкости из двигателя; 3 - для отвода на перепуск; 4 - для отвода на радиатор, шток 5, уплотнительный элемент 6, пружину 7, направляющую втулку 8, основной клапан 9, вспомогательный клапан 10, датчики температуры 12 и нагрузки 13, задатчик 14, блок сравнения 15, блок управления 16, блок включения 17, ультразвуковые приборы: 18, установленный на патрубке перепуска, и 19, установленный на патрубке 4. Эти приборы выполнены одинаковыми и могут быть как стационарными, так и переносными. В свою очередь ультразвуковой прибор 19 содержит генератор 20, возбудители 21 двухканального датчика и приемники 22, установленные на патрубке 4, усилители 23,24 и фазометр 25.

Положение клапанов 9, 10 контролируется пружиной 7. На штоке 5 закреплены клапаны 9,10. Шток связан механически с электрическим исполнительным механизмом 11. Электрический исполнительный механизм 11 электрически связан с блоком управления и может реализовать пропорциональный, пропорционально-интегральный законы, используя, например, релейно-импульсную систему. Через направляющую втулку 8 проходит шток 5 и позволяет ему занимать рабочее положение при любых нагрузках двигателя. В блок сравнения поступают сигналы от датчиков температуры 12 и нагрузки 13, задатчика 14 и обработанный сигнал подается в блок управления 11, который приводит в работу электрический исполнительный механизм 11. Задатчик 14 в зависимости от нагрузки двигателя определяет величину температурного режима терморегулятора.

Таким образом, сигнал, формирующийся на выходе блока управления, зависит от отклонений, как регулируемой температуры, так и текущего значения нагрузки (мощности). Это дает возможность использовать в устройстве комбинированное регулирование, что приводит к улучшению качества регулирования на всех режимах работы двигателя.

В блоке включения 17 в зависимости от логического уровня выходного сигнала блока управления происходит включение ультразвуковых приборов 18, 19.

В ультразвуковых приборах 18, 19 используется фазовый расходомер, т.е. используется непрерывное излучение модулированных ультразвуковых колебаний, направленных по движению потока охлаждающей жидкости и против него, и измеряется разность фаз Δ ϕ , принятых приемником колебаний. В нашем случае, при работе двигателя на частичных нагрузках, клапан 9 должен быть закрыт, следовательно, Δ ϕ =0, т.е. охлаждающая жидкость не пропускается через исправный клапан 9. Если Δ ϕ >0, то клапан 9 неисправен. При Δ ϕ ≥ [Δ ϕ _доп], где Δ ϕ _доп - допускаемое значение разности фаз, при котором терморегулятор подлежит ремонту или замене клапанов 9, 10.

Программируемый терморегулятор работает следующим образом.

При неработающем двигателе терморегулятор не работает, питание на электрический исполнительный механизм 11 и блок управления 16 не поступает. Пружина 7 контролирует положение клапанов 9, 10.

После запуска двигателя электрический термостат начинает работать. При этом возможны следующие варианты.

1. Р_m≤_{Pном; где Рm - текущее значение нагрузки; Рном - номинальное значение нагрузки (мощности).}

В этом случае, например, если:

T_о.ж≤_{98° C (То.ж - температура охлаждающей жидкости). На электрический исполнительный механизм 11 и блок управления 16 питание не поступает. Положение клапанов контролируется пружиной 7: клапан 10 открыт, клапан 9 закрыт и весь поток охлаждающей жидкости идет по патрубку 3 на перепуск (в двигатель). Одновременно блок управления 16 через блок включения 17 посылает сигнал включения на ультразвуковой прибор 18, который начинает работать, при этом по показаниям фазометра и температуре охлаждающей жидкости устанавливается качество работы клапана 9 и терморегулятора.}

Т_о.ж≥_{98° С. В блоке сравнения 15 формируется сигнал, подается в электрический исполнительный механизм 11, который приводится в работу, и происходит закрытие клапана 10 и открытие клапана 9 по заданному алгоритму. При этом часть потока охлаждающей жидкости направляется по патрубку 4 на радиатор, а часть - продолжает по патрубку 3 поступать на перепуск. При дальнейшем повышении температуры охлаждающей жидкости клапан 10 закрывается полностью, и температура охлаждающей жидкости доводится до оптимального значения. В этом случае, блок управления 11 одновременно через блок включения 17 подает сигнал на ультразвуковой прибор 19, который начинает работать и по вышеприведенному алгоритму устанавливается качество работы клапана 10 и терморегулятора.}

2. Р_m≥_{Pном. В этом случае, если:}

Т_о.ж≥_{80° С. Под действием электрического исполнительного механизма 11 происходит закрытие клапана 10, открытие клапана 9 и температура охлаждающей жидкости доводится до оптимального значения.}

Т_о.ж≤_{80°С. Под действием электрического исполнительного механизма 11 происходит закрытие клапана 9, открытие клапана 10 и температура охлаждающей жидкости доводится до 80° С. При этом работа клапанов 9, 10 с помощью ультразвуковых приборов 18, 19 может быть проверена по вышеуказанному алгоритму.}

Таким образом, программируемый терморегулятор позволяет целенаправленно влиять на температуру охлаждающей жидкости. Благодаря этому можно при частичных нагрузках поддерживать более высокую температуру охлаждающей жидкости. При более высоких рабочих температурах при частичных нагрузках достигается лучшее сгорание и в результате этого происходит уменьшение расхода топлива и выброса вредных веществ. При полной нагрузке с помощью электрического терморегулятора устанавливается более низкая температура охлаждающей жидкости. Электрический исполнительный механизм 11, совершающий возвратно-поступательное движение, позволяет эффективно управлять работой клапанов и своевременно, без запаздывания распределять требуемое количество охлаждающей жидкости на перепуск или на радиатор и повысить эффективность работы системы охлаждения транспортных двигателей на переменных нагрузках работы двигателя и при любых температурах окружающей среды. В корпусе терморегулятора улучшаются гидравлические характеристики терморегулятора, так как в корпусе отсутствуют детали по использованию твердого наполнителя. Использование ультразвуковых приборов в электрическом терморегуляторе позволяет своевременно обнаружить неисправность клапанной системы и устранить этот дефект путем ремонта или замены клапанов.

Использование электрического терморегулятора в системе охлаждения ДВС позволит наряду с регулированием по отклонению температуры осуществить дополнительное регулирующее воздействие по возмущению, т.е. использовать комбинированное регулирование и повысить показатели качества регулирования.

Источники информации

1. Патент № 1763687 Россия, МКИ F 01 Р 7/16. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости ДВС /В.Н. Тимофеев, Е.А.Киселев, Е.В.Кротов и др.; Опубл. в БИ № 35 от 23.09.92.

2. Свидетельство на полезную модель № 195. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости ДВС /В.Н.Тимофеев, А.Н.Ильгачев, Д.В.Тимофеев. Опубл. в БИ № 1 от 15.01.95.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, в том числе в автомобильной промышленности. В терморегуляторе, содержащем корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и на радиатор, датчик температуры, уплотнительный элемент, два клапана, установленных внутри корпуса на штоке, датчик температуры, блок управления, исполнительный механизм, совершающий возвратно-поступательное движение, пружину, дополнительно содержится датчик нагрузки, задатчик и блок сравнения, вход которого подключен к датчикам температуры и нагрузки, выход - к блоку управления, а блок управления выполнен программируемым с возможностью изменения температуры на переменных нагрузках. Кроме того, терморегулятор содержит ультразвуковой прибор, вход которого связан с блоком управления, а выход - через датчики и приемники, установленные на патрубках отвода на перепуск и радиатор, и усилитель подключен фазометру. Изобретение обеспечивает поддержание более высокой температуры охлаждающей жидкости на частичных нагрузках, при прогреве, особенно при низких температурах окружающей среды, и целенаправленное поддержание низкой температуры на номинальных нагрузках двигателя и своевременное устранение неисправностей клапанной системы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Программируемый терморегулятор, включающий корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и на радиатор, датчик температуры, уплотнительный элемент, два клапана, установленных внутри корпуса на штоке, связанного с электрическим исполнительным механизмом, совершающим возвратно-поступательное движение, пружину, датчик температуры, блок управления, отличающийся тем, что он дополнительно содержит датчик нагрузки, задатчик и блок сравнения, вход которого подключен к датчикам температуры и нагрузки, а выход - к блоку управления, причем блок управления выполнен программируемым с возможностью изменения температуры охлаждающей жидкости на переменных нагрузках.2. Программирующий терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что он содержит ультразвуковой прибор, вход которого связан с блоком управления, а выход - через датчики и приемники, установленные на патрубках отвода на перепуск и радиатор, и усилитель подключен к фазометру.