CN101191435A - 用于发动机冷却系统的恒温器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于发动机冷却系统的恒温器。提供一种恒温器总成(103)，包括由导热隔板(115)分隔的第一室(110)和第二室(111)。温度响应阀总成(120)位于第二室中，以控制从入口(117)到出口(118)的冷却剂流。温度响应阀总成(120)包括温度响应执行器(122)，温度响应执行器(122)热连接到隔板(115)，以使其操作不仅基于第二室(111)中的冷却剂的温度，还基于第一室(110)中的冷却剂的温度。
Description
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机的冷却系统，更特别地，涉及在这样的冷却系统中使用的恒温器。
背景技术
已知恒温器在发动机冷却管路或系统中的定位是出口控制或入口控制造成的相应问题之间的折中。
出口控制型恒温器通常用于柴油发动机，这样的恒温器允许快速发动机暖，但对整体发动机冷却剂温度的改变响应较慢。这类恒温器通常会在发动机暖机至其正常运行温度时造成冷却剂温度的大幅摆动。这样的大幅温度摆动会在发动机中产生较高的热应力，且不期望用于易受热疲劳的全铝制发动机。
另一方面，入口控制型恒温器具有对整体发动机冷却剂温度改变的快速响应，且通常用在现代汽油发动机中，这样的发动机通常是全铝制的。不幸的是，入口控制型恒温器在恒温器关闭时需要全压力散热器管路，并由于在管路中包括了附加的流体而产生较慢的发动机暖机时间。较慢的发动机暖机会在冷天造成降低的燃料经济性和乘客不适，从而是不期望的。
发明内容
本发明的目标是提供用于发动机冷却系统的改进的恒温器总成。
据本发明的第一方面，提供一种用于发动机冷却系统的恒温器总成，该恒温器总成包括具有入口和出口的第一室，具有入口和出口的第二室，及具有可由温度响应执行器移动的阀构件的温控阀总成，该温度响应执行器位于第二室中，以控制从第二室的入口到出口的冷却剂流，其中第二室与第一室由导热隔板分隔，且温度响应执行器热连接到隔板，以使阀构件的开启和关闭基于第一室中的冷却剂的温度与第二室中的冷却剂的温度的组合。
第一室的入口可以连接到形成冷却系统的一部分的散热器的回流管，其出口可以连接到发动机的供给管，而第二室的入口可以连接到发动机的回流管，其出口可以连接到散热器的入口。
发动机的供给管可以是用于使冷却剂在冷却系统中循环的循环泵的入口。
温度响应执行器可以定位在隔板附近，以热连接到隔板。
或者，温度响应执行器可以连接到隔板，以热连接到隔板。
温度响应执行器可以具有与隔板接触的端面。
隔板可以包括凹陷，而温度响应执行器的端部可以配合到该凹陷中。
温度响应执行器的至少部分可以定位在由隔板冷却的冷却剂中，以热连接到隔板。
隔板可以具有延伸到第二室中的管状部分，温度响应执行器的端部可以位于该管状部分中。
管状部分可以和温度响应执行器的端部组合界定出环形室，在该环形室中冷却剂由隔板冷却。
该总成还可以包括连接到管状部分的管状构件，且温度响应执行器可以位于该管状构件内，以在管状构件和温度响应执行器之间界定出环形室，在该环形室中，冷却剂的温度基于第二室中的冷却剂的温度与隔板温度的组合。
管状构件中可以具有多个孔，以允许第二室中的冷却剂流入环形室。
根据本发明的第二方面，提供一种具有根据本发明的所述第一方面的恒温器总成的发动机冷却系统。
该发动机冷却系统可以是汽车的冷却系统，且该冷却系统还可以包括具有在温控阀总成上游的位置连接到冷却系统的入口并连接到第一室的出口的驾驶室加热器。
驾驶室加热器的入口可以连接到第二室。
现参考附图通过示例描述本发明。
附图说明
图1是现有技术的出口控制型发动机冷却系统的示意图；
图2是现有技术的入口控制型发动机冷却系统的示意图；
图3是图1所示冷却系统的温度-时间关系图表；
图4是图2所示冷却系统的温度-时间关系图表；
图5是根据本发明的一个方面的发动机冷却系统的示意图；
图6是根据本发明的另一方面的具有导热隔板及热连接到隔板的温控阀总成的恒温器总成的示意截面图；
图7是示出用于将温控阀总成连接到导热隔板，以便将温控阀总成热连接到隔板的第二配置的示图；
图8是图7所示隔板的截面；
图9是具有隔板的恒温器总成的部分的截面，其中示出用于将温控阀总成连接到导热隔板，以便将温控阀总成热连接到隔板的第三配置；
图10是具有隔板的恒温器总成的部分的截面，其中示出用于将温控阀总成连接到导热隔板，以便将温控阀总成热连接到隔板的第四配置；
图11是具有隔板的恒温器总成的部分的截面，其中示出用于将温控阀总成连接到导热隔板，以便将温控阀总成热连接到隔板的第五配置；及
图12是具有隔板的恒温器总成的部分的截面，其中示出热连接到导热隔板的可选温控阀总成。
具体实施方式
参考图1和图3，示出安装到发动机1上的现有技术的出口控制型冷却系统。
该冷却系统包括使冷却剂在发动机1和冷却系统中循环的循环泵2，由离开发动机1的冷却剂的温度控制的恒温器3，形式为散热器4的热交换器，形式为脱气瓶5的抽气器，及驾驶室加热器6。
在恒温器开启时，冷却剂经顶部软管TH从恒温器3流到散热器4，并从散热器4经底部软管BH流到泵2。在发动机1为冷态且恒温器3关闭时，冷却剂流经连接恒温器3和泵2的旁路管BL，以便保持有足够的流量通过汽缸盖。在恒温器3关闭时，没有冷却剂流经脱气瓶5，且因此没有冷的冷却剂从散热器4泄露到发动机1中。
如上所述及图3所示，发动机1用该配置可以快速暖机。然而，在暖机期间，在冷却剂温度达到特定温度时，恒温器3将以不稳定的方式工作，使离开发动机1的冷却剂的温度大幅摆动或振荡。这是因为一开启恒温器，冷的冷却剂就会从散热器4流到发动机1，使离开发动机1的冷却剂的温度降低，这会导致恒温器3关闭。这样的开启和关闭循环会持续，直到来自散热器4的冷却剂的温度充分升高，从而在恒温器开启时不造成恒温器3关闭。
参考图2和图4，示出安装到发动机1上的现有技术的入口控制型冷却系统。
如上所述，该冷却系统包括使冷却剂在发动机1和冷却系统中循环的循环泵2，散热器4、脱气瓶5，驾驶室加热器6，及由进入发动机1的冷却剂的温度控制的恒温器3。
冷却剂经顶部软管TH从发动机1流到散热器4，并经底部软管BH从散热器4流到恒温器3。在恒温器3开启时，冷却剂经供给管SL从恒温器3流到泵2，而在恒温器3关闭时，冷却剂经散热器4和脱气瓶5从发动机1流到泵2。
相对于出口控制型恒温器设计，由于有更多的冷却剂体积(热质量)包含在管路中，所以在恒温器3关闭时经过散热器4和脱气瓶5的冷却剂流会减缓发动机1的暖机。
然而，与出口控制型恒温器不同，在恒温器3开始开启时没有温度的大幅摆动，因为该恒温器由离开散热器4的冷却剂的温度控制，从而在冷却剂的整体温度已充分升高之前不会完全开启，因此在来自散热器4的相对小流量的冷却剂与流经发动机1的热的冷却剂混合时，只产生冷却剂温度的小幅波动(见图4)。
参考图5和图6，示出具有安装到发动机101上的根据本发明的双流路恒温器总成103的冷却系统。
该冷却系统包括用于使冷却剂在发动机101和冷却系统中循环的循环泵102，形式为散热器104的热交换器，形式为脱气瓶105的吸气器，及驾驶室加热器106。
恒温器103由经发动机回流路径ER离开发动机1的冷却剂的温度，及经底部软管BH从散热器104进入恒温器103的冷却剂的温度的组合控制，底部软管BH将恒温器103连接到散热器104的回流。
在恒温器开启时，冷却剂经顶部软管TH从恒温器103流到散热器104，经脱气管DL从散热器104流到脱气瓶105，然后经脱气回流管DR回流到恒温器103，脱气回流管DR在该示例中连接到底部软管BH。
恒温器103还通过泵供给管PS连接到泵102，并通过加热器供给管HS和加热器回流管HR连接到驾驶室加热器106。
最佳地可以从图6可以看出，恒温器103包括由导热隔板115分隔的第一室110和第二室111。
第一室110具有通过底部软管BH连接到散热器104的回流的第一入口112，通过加热器回流管HR连接到驾驶室加热器106的回流的第二入口113，及通过泵供给管PS连接到泵102的入口的出口114。
第二室111具有通过加热器供给管HS连接到驾驶室加热器106的第一出口116，通过顶部软管TH连接到散热器104入口的第二出口118，及连接到发动机101的回流ER的入口117。
温控阀总成120位于第二室111中，以控制从发动机101到散热器104的冷却剂流。
温控阀总成120包括可由温度响应执行器122在开启位置和关闭位置之间移动的阀构件121。斜顶销(jiggle pin)130安装到阀构件121中，以允许空气在阀构件121处于关闭位置时从系统中泄出。杆123将阀构件121连接到温度响应执行器122，而弹簧125用于将阀构件121偏置于关闭位置。
温度响应执行器122包括主体，蜡元件(未示出)位于其中，蜡元件在受热时膨胀，以使阀构件121克服弹簧125的作用开启。
温度响应执行器122热连接到隔板115，且在该示例中，温度响应执行器122的主体的端面直接固定到隔板115上以形成热连接。
双流路恒温器总成的操作如下所述。
在发动机101冷起动时，整个冷却系统中的冷却剂的温度基本上为环境温度，而阀构件121处于关闭位置，防止冷却剂从发动机101流到散热器104。应理解，冷却剂也可以从发动机101流到驾驶室加热器106，因为该流不受阀构件121控制。
因此，在冷起动时，冷却剂从发动机101流到恒温器总成103的第二室111，经加热器供给管HS和加热器回流管HR流经驾驶室加热器106，回到恒温器总成103的第一室110，然后经泵供给管PS从恒温器总成103的第一室110流到循环泵102。
在该阶段的操作期间，由于驾驶室加热器106的冷却效应及底部软管内的静态的冷的冷却剂的体积，第一室110中的冷却剂的温度低于第二室111中的冷却剂的温度。因为温度响应执行器122热连接到隔板115，所以其操作不完全由流自发动机101的冷却剂的温度决定，而是基于相应的经入口117从发动机101进入第二室111的冷却剂的温度与经第二入口113从驾驶室加热器106进入第一室的冷却剂的温度的组合决定。
这样的配置所产生的效应是蜡元件的温度与温度响应执行器122仅暴露在来自发动机101的冷却剂下相比以较慢的速度升高，从而即使发动机101快速暖机时也可延迟阀构件121的开启。
在流经第二室111的冷却剂及第一室110中的冷却剂与蜡元件的热连接对蜡元件的冷却效应的组合效应使得蜡元件膨胀产生的力能够克服弹簧125的作用时，阀构件121开启。然后冷却剂可以经顶部软管TH从第二室111流到散热器104，并经底部软管BH回流到第一室110。
从散热器104回流到第一室110的冷却剂比从驾驶室加热器106回流的冷却剂冷，但会在回流到发动机101之前与来自驾驶室加热器106的较热的冷却剂混合，因此与只有来自散热器的冷的冷却剂直接流到发动机101的情况相比，该配置中对流经发动机101的冷却剂的温度不具有那样显著的冷却效应，因此对发动机101的热冲击较低。
然后从散热器104进入第一室110的冷却剂的冷却效应将发挥作用，以便冷却温度响应执行器122，从而使其保持由第一室110和第二室111中的冷却剂的温度的组合控制。在实践中，第二室111中的冷却剂的温度通常作为主要因素。
该温度组合具有抑制阀构件121的运动中的任何大幅波动的效应，因此只产生冷却剂温度的小幅波动而没有冷却剂温度的大幅摆动。
根据本发明的双流路恒温器总成因此可以提供实际上与出口控制型恒温器同样快的发动机暖机速度，而不产生通常与出口控制型恒温器关联的大幅温度摆动，这样的大幅温度摆动会增加发动机中的热应力。
参考图7和图8，示出用于将温度响应执行器122热连接到隔板115的第二配置。
恒温器总成包括界定出第一室110的第一壳体140及界定出第二室111的第二壳体141。
隔板115作为第一壳体140的整体部分形成，并具有凹陷，温度响应执行器122压配合到该凹陷中，以使温度响应执行器122的端面124与隔板115邻接。隔板115具有延伸到第二室111中的管状部分150，温度响应执行器122的端部定位在该管状部分中。
管状部分150与温度响应执行器122的端部组合界定出环形室151，在该环形室中冷却剂由隔板115冷却。
热量通过温度响应执行器122与隔板115的接合传递到温度响应执行器122并通过环形室151中的冷却剂传递，因此蜡元件(未示出)的温度基于隔板115的温度及与温度响应执行器122不在环形室151中的部分接触的冷却剂的温度。
参考图9，示出用于将温度响应执行器122热连接到隔板115的第三配置。
隔板115作为第一壳体140的整体部分形成，并具有延伸进入第二室111的管状部分150，温度响应执行器122的端部配合到该管状部分中，以使温度响应执行器122的端面124与隔板115位于管状部分150中的部分邻接或位于其附近。
在热量通过温度响应执行器122与管状部分150的接合传递到温度响应执行器122时，形成温度响应执行器122的部分的蜡元件(未示出)的温度因此基于隔板115的温度及与温度响应执行器122不在管状部分150中的部分接触的冷却剂的温度。
参考图10，示出用于将温度响应执行器122热连接到隔板115的第四配置。
如上所述，恒温器总成包括界定出第一室110的第一壳体140，及界定出具有入口117的第二室111的第二壳体141。
隔板115作为第一壳体140的整体部分形成，并具有管状部分150，温度响应执行器122配合到该管状部分中，以使温度响应执行器122的端面124与隔板115邻接。
管状构件160具有压配合到管状部分150上以便与其连接的腔(bore)。管状构件160从隔板115向外延伸到第二室111中，并基本上在其整个长度上包围温度响应执行器122，以使其与温度响应执行器122组合界定出环形室152。
在所示的示例中，管状构件160由热绝缘材料制成并具有沿着其长度围绕其周长相互隔开的多个孔161，以允许冷却剂从第二室111进入环形室152。
因此形成温度响应执行器122的部分的蜡元件(未示出)的温度基于环形室152中的冷却剂的温度，决定该温度的因素有隔板115对环形室152中的冷却剂的热传递或冷却效应，经管状构件160来自第二室111中的冷却剂整体的热传递，及第二室111中的冷却剂整体中经过孔161的冷却剂的温度和流速。
参考图11，示出将温度响应执行器122热连接到铝制隔板115的第五配置。
如上所述，恒温器总成包括界定出第一室110的第一壳体140及界定出第二室111的第二壳体141。
隔板215作为单独的部件形成并通过任何适合的方法固定到壳体140上。隔板215具有凹陷，温度响应执行器122压配合到该凹陷中，以使温度响应执行器122的端面124与隔板115邻接或邻近。
因此形成温度响应执行器122的部分的蜡元件(未示出)的温度基于隔板215的温度及与温度响应执行器122不与隔板215中的凹陷接合的部分接触的冷却剂的温度的组合。
参考图12，示出可选的温控阀总成，其中使用市场上提供的常规蜡恒温器总成220。
该恒温器总成包括界定出第一室110的第一壳体140，界定出第二室111的第二壳体141，作为第一壳体140的部分形成的导热隔板115，及连接到顶部软管TH的出口管142。
蜡恒温器总成220包括形式为填充有蜡的主体222的温度响应执行器，紧固到填充有蜡的主体222上的阀构件221，阀座225，推杆223，及偏置阀构件221使其与阀座225接触的弹簧226。
蜡恒温器总成220的操作本质上是常规的，蜡受热膨胀时推出推杆223，使填充有蜡的主体222克服弹簧226的作用移动，从而使阀构件221从阀座225移开。
在使用时，冷却剂经入口117进入第二室，而在阀构件221处于开启位置时，冷却剂经出口管142界定出的出口离开。
在该情况中，由填充有蜡的主体222形成的温度响应执行器和隔板之间的热连接仅通过使填充有蜡的主体222端部接近隔板115形成。
虽然已参考若干实施例对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于此，例如，隔板上可以具有多个翼片，以改进隔板与一个或两个室中的冷却剂之间的热传递。
还应理解，第一室可以作为用于循环泵的壳体的部分形成，或室中的一个可以作为发动机汽缸体或发动机汽缸盖的部分形成。
还应理解，隔板可以作为温控阀总成上密封配合到空腔中以界定出两个室的部分形成。
虽然在所述示例中进入散热器的流经由顶部软管，而回流经由底部软管，但应理解，本发明不限于该配置，且进入散热器的流可以经由底部软管，而回流可以经由顶部软管。
隔板在所有的情况下均可由具有高热导率的材料制成，如铝或铜或其合金。
虽然本文中所述的温度响应执行器是蜡填充型的，但应理解，也可以使用其他形式的温度响应执行器。
因此，综上所述，本发明提供安装在发动机出口处的双流路恒温器，该恒温器可以检测发动机入口处的冷却剂温度及发动机出口处的冷却剂温度。该恒温器可以获得快速响应的不加压的散热器管路的益处，从而可以得到热应力最少的最优化的暖机。该恒温器的特征在于与入口液体流接触的高导热板。该恒温器初始完全是出口控制的，但在开启后，入口(或“底部”)软管冷却剂流的低温度将通过冷却热连接到导热板的蜡元件来影响恒温器位置。该影响是该恒温器称为“双流路”的原因，并因此可以得到比通常与出口恒温器关联的较快速的暖机响应，然而由于从散热器回流的较冷的冷却剂带来的阻尼效应而具有较少的温度摆动。
本领域技术人员应理解，虽然已参考一个或多个实施例通过示例描述了本发明，但本发明不限于所公开的实施例，且可以构建出对所公开的实施例或可选实施例的一种或多种修改而不偏离本发明的范围。
Claims (17)
1.一种用于发动机冷却系统的恒温器总成，其特征在于，包括：
具有入口和出口的第一室；
具有入口和出口的第二室；及
温控阀总成，所述温控阀总成具有可由位于所述第二室中的温度响应执行器移动，以控制从所述第二室的入口到出口的冷却剂流的阀构件，其中所述第二室与所述第一室由导热隔板分隔，且所述温度响应执行器热连接到所述隔板，以使所述阀构件的开启和关闭基于所述第一室中的冷却剂的温度与所述第二室中的冷却剂的温度的组合。
2.如权利要求1所述的恒温器总成，其特征在于，所述第一室的入口连接到形成所述冷却系统的部分的散热器的回流管，其出口连接到所述发动机的供给管，所述第二室的入口连接到所述发动机的回流管，其出口连接到所述散热器的入口。
3.如权利要求2所述的恒温器总成，其特征在于，所述发动机的供给管是用于使冷却剂在所述冷却系统中循环的循环泵的入口。
4.如权利要求1至3中的任何一个所述的恒温器总成，其特征在于，所述温度响应执行器位于所述隔板附近，以热连接到所述隔板。
5.如权利要求1至3中的任何一个所述的恒温器总成，其特征在于，所述温度响应执行器连接到所述隔板，以热连接到所述隔板。
6.如权利要求5所述的恒温器总成，其特征在于，所述温度响应执行器具有与所述隔板接触的端面。
7.如权利要求5或权利要求6所述的恒温器总成，其特征在于，所述隔板包括凹陷，且所述温度响应执行器的端部配合到所述凹陷中。
8.如权利要求1至3中的任何一个所述的恒温器总成，其特征在于，所述温度响应执行器的至少一部分位于由所述隔板冷却的冷却剂中，以热连接到所述隔板。
9.如权利要求1至8中的任何一个所述的恒温器总成，其特征在于，所述隔板具有延伸到所述第二室中的管状部分，所述温度响应执行器的端部位于所述管状部分中。
10.如权利要求9从属于权利要求5至8中的任何一个时的恒温器总成，其特征在于，所述管状部分与所述温度响应执行器的端部组合界定出环形室，在所述环形室中冷却剂由所述隔板冷却。
11.如权利要求1或权利要求2或权利要求9所述的恒温器总成，其特征在于，所述恒温器总成还包括连接到所述管状部分的管状构件，所述温度响应执行器位于所述管状构件中，以在所述管状构件和所述温度响应执行器之间界定出环形室，在所述环形室中冷却剂的温度基于所述第二室中的冷却剂的温度与所述隔板的温度的组合。
12.如权利要求11所述的恒温器总成，其特征在于，所述管状构件中具有多个孔，用于允许所述第二室中的冷却剂流入所述环形室。
13.具有如权利要求1至12中的任何一个所述的恒温器总成的发动机冷却系统。
14.如权利要求13所述的冷却系统，其特征在于，所述发动机冷却系统是汽车的冷却系统，所述冷却系统还包括具有在所述温控阀总成上游的位置处连接到所述冷却系统的入口及连接到所述第一室的出口的驾驶室加热器。
15.如权利要求14所述的冷却系统，其特征在于，所述驾驶室加热器的入口连接到所述第二室。
16.如本文中参考附图中的附图5至附图12中的任何一个所述的恒温器总成。
17.如本文中参考附图中的图5所述的发动机冷却系统。
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