Войти
восковой термостатический элемент для двигателя автомобиля Восковый термостатический элемент был изобретен в 1934 году (1899–1968)). Его основное применение - автомобильные термостаты, используемые в системе охлаждения двигателя. Первые применения в отраслях водопровод и отопление были в Швеции (1970) и в Швейцарии (1971).
восковые термостатические элементы преобразуют тепловую энергию в механическую, используя тепловое расширение восков воска при их плавлении. Этот принцип парафинового двигателя также находит применение помимо систем охлаждения двигателя, включая системы отопления термостатические радиаторные клапаны, водопровод, промышленность и сельское хозяйство.
Термостат охлаждения двигателя внутреннего сгорания поддерживает температуру двигателя около оптимальной рабочей температуры, регулируя поток охлаждающей жидкости в охлаждаемую воздухом радиатор. Теперь это регулирование осуществляется внутренним термостатом. Удобно, когда и чувствительный элемент термостата, и его регулирующий клапан могут быть размещены в одном месте, что позволяет использовать простой автономный термостат без источника питания в качестве основного устройства для точного контроля температуры двигателя. Хотя большинство транспортных средств теперь имеют электрический вентилятор охлаждения с регулируемой температурой, «поток воздуха без посторонней помощи может обеспечивать достаточное охлаждение до 95% времени», и поэтому такой вентилятор не является механизмом для первичного регулирования внутренней температуры.
Исследования, проведенные в 1920-х годах, показали, что износ цилиндра усугубляется конденсацией топлива при контакте с холодной стенкой цилиндра, которая удаляет масляную пленку. Разработка автоматического термостата в 1930-х годах решила эту проблему, обеспечив быстрый прогрев двигателя.
Первые термостаты использовали герметичную капсулу с органической жидкостью с температурой кипения чуть ниже желаемой температуры открытия. Эти капсулы были выполнены в виде цилиндрического сильфона. Когда жидкость закипела внутри капсулы, сильфон капсулы расширился, открыв пробку из листовой латуни внутри термостата. Поскольку эти термостаты могли выйти из строя, они были разработаны для легкой замены во время обслуживания, обычно путем установки под патрубком для выпуска воды в верхней части блока цилиндров. Удобно, что это была самая горячая доступная часть охлаждающего контура, обеспечивающая быструю реакцию при нагревании.
Охлаждающие контуры имеют небольшой обходной путь, даже когда термостат закрыт, обычно это небольшое отверстие в термостате. Это обеспечивает достаточный поток охлаждающей воды для нагрева термостата при нагревании. Он также обеспечивал выход для захваченного воздуха при первом заполнении системы. Часто используется больший байпас через блок цилиндров и водяной насос, чтобы поддерживать равномерное распределение возрастающих температур.
Работа по охлаждению высокопроизводительных авиационных двигателей в 1930-х годах привела к принятию герметичных системы охлаждения, ставшие обычным явлением на послевоенных автомобилях. Поскольку точка кипения воды увеличивается с увеличением давления, эти системы под давлением могут работать при более высокой температуре без кипения. Это повысило как рабочую температуру двигателя, и, следовательно, его эффективность, так и теплоемкость охлаждающей жидкости по объему, что позволило использовать меньшие системы охлаждения, требующие меньшей мощности насоса. Недостатком сильфонного термостата было то, что он также был чувствителен к изменениям давления, поэтому иногда его можно было снова принудительно закрыть под давлением, что приводило к перегреву. Более поздний тип гранул воск имеет незначительное изменение внешнего объема, поэтому он нечувствителен к изменениям давления. В остальном он идентичен более раннему типу. Многие автомобили 1950-х годов или ранее, которые изначально были построены с сильфонными термостатами, позже обслуживались заменой восковых капсульных термостатов без каких-либо изменений или приспособлений.
В этой наиболее распространенной современной форме термостата теперь используется восковая гранула внутри герметичной камеры. Вместо перехода жидкость-пар они используют переход твердое тело-жидкость, которое для парафинов сопровождается значительным увеличением объема. Воск остается твердым при низких температурах, а при нагревании двигателя воск плавится и расширяется. Герметичная камера управляет штоком, который открывает клапан при превышении рабочей температуры. Рабочая температура фиксирована, но определяется конкретным составом воска, поэтому термостаты этого типа доступны для поддержания различных температур, обычно в диапазоне от 70 до 90 ° C (от 160 до 200 ° C). F ). Современные двигатели работают горячими, то есть выше 80 ° C (180 ° F), чтобы работать более эффективно и уменьшить выбросы загрязняющих веществ.
Пока термостат закрыт, в контуре радиатора нет потока охлаждающей жидкости, а охлаждающая вода вместо этого перенаправляется через двигатель, позволяя ему быстро нагреваться, а также избегая горячих точек. Термостат остается закрытым, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет номинальной температуры открытия термостата. Затем термостат постепенно открывается по мере увеличения температуры охлаждающей жидкости до оптимальной рабочей температуры, увеличивая поток охлаждающей жидкости к радиатору. После достижения оптимальной рабочей температуры термостат постепенно увеличивает или уменьшает свое открытие в ответ на изменения температуры, динамически балансируя поток рециркуляции охлаждающей жидкости и поток охлаждающей жидкости к радиатору, чтобы поддерживать температуру двигателя в оптимальном диапазоне, как тепловая мощность двигателя, скорость автомобиля., и изменение внешней температуры окружающей среды. В нормальных рабочих условиях термостат открыт примерно на половину своего хода, так что он может открываться дальше или уменьшать свое открытие, чтобы реагировать на изменения рабочих условий. Правильно спроектированный термостат никогда не будет полностью открыт или полностью закрыт, пока двигатель работает нормально, иначе может произойти перегрев или переохлаждение.
Двухклапанный термостат двигателя Двигатели, требующие более жесткого контроля температуры, поскольку они чувствительны к «тепловому удару», вызванному скачками охлаждающей жидкости, могут использовать систему «постоянной температуры на входе». В этой конструкции охлаждение на входе в двигатель регулируется двухклапанным термостатом, который смешивает рециркулирующий поток датчика с потоком охлаждения радиатора. В них используется одна капсула, но есть два диска клапана. Таким образом достигается очень компактная, простая, но эффективная функция управления.
Воск, используемый в термостате, специально изготовлен для этой цели. В отличие от стандартного парафинового воска, который имеет относительно широкий диапазон длин цепи углерода, воск, используемый в термостате, имеет очень узкий диапазон молекул углерода цепи. Длина цепей обычно определяется характеристиками плавления, требуемыми для конкретного конечного применения. Для производства продукта таким способом требуются очень точные уровни дистилляции.
Термочувствительный материал, содержащийся в стакане, передает давление на поршень с помощью диафрагмы и плунжера, плотно удерживаемого на месте направляющей. При охлаждении исходное положение поршня достигается за счет возвратной пружины. Плоские мембранные элементы особенно известны своей высокой точностью и поэтому используются в основном в санитарных установках и отоплении.
Элементы сжатия-толкания содержат синтетический каучук втулочно-подобный компонент в форме «пальца перчатки», который окружает поршень. При повышении температуры давление от расширения термостатического материала перемещает поршень с боковым сжатием и вертикальным толчком. Как и в случае плоского диафрагменного элемента, поршень возвращается в исходное положение с помощью возвратной пружины. Эти элементы немного менее точны, но обеспечивают более длинный ход.
Ход - это движение поршня относительно его начальной точки. Идеальный ход соответствует температурному диапазону элементов. По типу элемента он может варьироваться от 1,5 мм до 16 мм.
Диапазон температур лежит между минимальной и максимальной рабочей температурой элемента. Элементы могут работать при температурах от -15 ° C до +120 ° C. Элементы могут перемещаться пропорционально изменению температуры в некоторой части диапазона или могут внезапно открываться при определенной температуре в зависимости от состава парафинов.
Гистерезис - это разница между ходом вверх и вниз по нагреву и охлаждению элемента. Гистерезис вызывается термической инерцией элемента и трением между движущимися частями.
