CN102112715B - 内燃机的冷却系统的热量管理模块 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)的冷却系统的热量管理模块(6)，具有：至少一个布置在阀门壳体(7)上的用于旁路回路(3)冷却水的第一输入接口(8)，以及至少一个相邻的用于冷却器回路(2)冷却水的第二输入接口(9)，这些输入接口能够根据安置在阀门壳体(7)中的阀门件的位置与输出接口(11)连接，其中，在阀门壳体(7)上设置有用于操作阀门件的驱动件，该驱动件被实施为产生旋转驱动运动的静液压伺服马达，该静液压伺服马达使用从冷却系统分支出的馈送压力管路(17)来加载压力。

Description

内燃机的冷却系统的热量管理模块

技术领域

本发明涉及一种内燃机的冷却系统的热量管理模块，其具有：至少一个布置在阀门壳体中的、用于旁路回路冷却水的第一输入接口；以及至少一个相邻的用于冷却器回路冷却水的第二输入接口，所述第一输入接口和第二输入接口可以根据安置在阀门壳体中的阀门件的位置与输出接口连接，其中，在阀门壳体上设置有用于操作阀门件的驱动装置。此外，本发明也涉及一种冷却系统，该冷却系统包括这样的热量管理模块。

背景技术

内燃机的冷却系统通常包括两个冷却介质回路。旁路回路(或称为短接回路)将未经冷却的冷却水再次输入内燃机。在冷却器回路中，在冷却水再度输入内燃机之前，冷却水事先穿流被称为冷却器的热量交换器。在该热量交换器中，将多余的热量输出，并且排出至第二冷却机构。内燃机的两个冷却回路可以被同时地或者在时间上延迟地接通。通过将冷却水流有针对性地分配到两个回路上，内燃机在最佳的冷却介质温度范围中得到调节。由此，首要的是，确保遵守马达和传动装置的允许的极限温度。此外，关于消耗优化的热车(Warmlauf)与快速的内部空间空调的相互进行竞争的要求必须得到顾及。在现有技术状态下的现代冷却系统中，这一点通常通过可灵活地控制的构件来执行，所述构件例如为电的冷却介质泵，所述冷却介质泵的转速不固定地与曲轴转速相关联，以及所述构件为可电控制的特征曲线调温器、电鼓风机和加热件阀(Heizungsventil)。由此，冷却系统依据前述边界条件的、包括灵活的热量管理器的设计方案是可行的。此外，通过智能的热量管理器，可以降低燃料消耗和污染物排放。对此尤其适合的是：在外部冷却的废气回引，以及通过冷却介质静止而缩短热车阶段和与热源(thermischen Massen)分开。通过借助热量管理模块而将冷却介质温度与内燃机的现有的负载区域相匹配，而能达到所述目标。

这样的热量管理模块源自US 4,644,909。所述热量管理模块包括如下的阀门机构，利用该阀门机构可以对冷却系统的冷却器回路和/或旁路回路进行切换。这利用电动马达的帮助来进行，该电动马达可通过电子控制件来控制，该电子控制件在输入端侧对冷却水温度传感器的信号加以评估，以使得阀门机构依赖于所存在的冷却水温度被操作，因此，在两个冷却回路之间冷却水的混合比例结合所预设的冷却水温度得到调整。阀门机构包括阀门闸件，该阀门闸件要么实施线性的切换运动，要么实施旋转式切换运动。与其相应的是，电动驱动装置要么实施为线性驱动装置，例如呈比例磁体的形式，要么实施为电的步进马达，用于产生旋转式切换运动。

另一种热量管理模块源自DE 19849492A1，该热量管理模块具有用于对冷却系统的旁路回路以及冷却器回路进行切换的阀门件。该阀门件在现有技术状态下实施为转动闸件，该转动闸件被以电动的方式来驱动。利用该电动驱动装置，阀门件能被可选地送入冷却器回路的以及旁路回路的闭塞位置中，或被送入在冷却器回路或者旁路回路之间的打开位置中。此外，同样可行的是，混合运行通过将冷却器回路和旁路回路与输出接口同时连接而产生，以使得在冷却系统内部的热量管理通过依照特征曲线调节的冷却来实现。通过选择阀门机械机构合适的切换位置，为内燃机的每个运行状态实现最佳的冷却介质温度，这在对内燃机同时进行保护的情况下，导致上述燃料消耗降低以及污染物排放降低。

但在前面讨论的现有技术中不利的是，阀门机械机构的电动驱动装置产生影响。因为在具有冷却水穿流的阀门机械机构的热量管理模块中，电动驱动装置必须实现的是，使冷却水穿流的构件区域与电的/机械的构件区域可靠而持久密封的分隔。否则，例如无意地通过密封泄漏而泄漏到电动驱动件的区域之中的溢出的冷却介质，而可能会在那里引起电短路或进一步的磨损，该电短路或者磨损会导致用于热量管理模块的驱动装置失灵。此外，鉴于冷却系统的区域中所存在的环境条件，对汽车构造中电机械部件的要求大多只能通过高花费的构造来实现，这些高花费的构造能够满足：特定的较高温度、各自所必需的密封属性、期望的功率需求以及使用寿命。

例如已经被尝试的是，将热量管理模块的阀门机械机构的电动驱动装置安置在被分隔开的壳体中，并且通过圆柱齿轮段传递到阀门机械机构上。通过该分隔开的壳体，虽然阻止了冷却水由于密封泄漏而渗入电动驱动装置中，但这种空间的分隔要求：用于力传递的附加的传动装置段的高技术花费，以及总体上相当大的结构空间。

发明内容

因此，本发明基于以下任务，即，完成一种用于内燃机的冷却系统的热量管理模块，该热量管理模块得以结构紧凑地并且稳定耐用地构造，并且同时，在整个使用寿命中在该冷却系统中无泄漏危险地运行。

本发明包含如下技术教导，即，提出一种内燃机的冷却系统的热量管理模块，具有：至少一个布置在阀门壳体上的、用于旁路回路的冷却水的第一输入接口以及至少一个相邻的、用于冷却器回路的冷却水的第二输入接口，第一输入接口和第二输入接口能够根据安置在阀门壳体中的阀门件的位置与输出接口相连接，其中，在阀门壳体上设置有用于操作所述阀门件的驱动装置，将用于操作热量管理模块的阀门件的驱动装置实施为产生转动式驱动运动的静液压伺服马达，该静液压伺服马达使用从冷却系统分支出的馈送压力管路来加载压力。

依据本发明的解决方案的优点尤其在于，相对于电机械驱动装置，液压驱动装置的较高的功率密度以及稳定耐用性可以得到使用，且此外，以持久的压力密封的形式实施的朝向阀门件上的扭矩传递得到确保，因为所需的驱动力矩直接形成在阀门件上。依据本发明的解决方案无外部泄漏地工作，并且使得本身在冷却系统中可供使用的液压压力能量用于阀门件的操作。

优选地，依据本发明的静液压伺服马达应该按照内齿轮马达的类型来构造。因为内齿轮马达形成结构特别紧凑的静液压伺服马达，该静液压伺服马达能够为阀门件提供驱动能量，该阀门件优选构造为转动闸件，以便有利地将内齿轮马达的旋转式驱动运动直接使用为切换运动。阀门件构造为转动闸件，驱动装置直接地或在接入减速传动装置的情况下按照热量管理控制件的指示以能转动的方式操作转动闸件。如果由于特殊结构的边界条件应当需要的是，提高由静液压伺服马达提供的用作切换运动的扭矩，则提出：在静液压伺服马达与优选构造为转动闸件的阀门件之间接入减速传动装置，该减速传动装置可举例地构造为圆柱齿轮段(Stirnradstufe)。这种方案同样构造为：以本发明主题类型的静液压伺服马达来替换现有的电机械驱动单元，以便使这种热量管理模块的稳定耐用性得以提高。

获得了特别结构紧凑的、构造为内齿轮马达的静液压伺服马达，在该静液压伺服马达中，内齿轮马达的内啮合式齿圈形成了静液压伺服马达的可旋转运动的部件，并且与阀门件的转动闸件一体式地构造。在此，例如该功能集成构件可以制成为由合成材料或者轻质金属构成的压铸件。

与此相关的，提出：该可旋转运动的内啮合式齿圈与相对于该齿圈位置固定地并且偏心地布置的太阳轮相啮合，以便执行齿轮马达的原理。能旋转运动的内啮合式齿圈与相对于内啮合式齿圈偏心地布置的太阳轮相啮合，以形成齿轮马达。为了确保借助压力加载的驱动运动，应当将与相对于齿圈位置固定地并且偏心地布置的弓形填充块围进该可旋转运动的内啮合式齿圈。能旋转运动的内啮合式齿圈包围相对于内啮合式齿圈位置固定地并且偏心地布置的弓形填充块。该填充块通过该填充块的外部的弓形，相对于齿圈的内啮合部对压力区域加以密封。通过该填充块的内部的弓形，实现了对抵靠在该内部的弓形上的太阳轮的密封得以实现。

对优选以上述方法构造的内齿轮马达进行的压力加载依据本发明的另一种优化措施由如下方式得以实现，即，在驱动区域的端侧布置有第一压力接口以及与之相邻地布置的第二压力接口，这些压力接口可以与馈送压力管道相联，以便使该阀门件能够被以压力控制的方式沿着两个相互反向的切换方向运动。

在根据本发明的热量管理模块中，在静液压伺服马达的端侧布置有第一压力接口以及与第一压力接口相邻地布置的第二压力接口，第一压力接口和第二压力接口能与馈送压力管路交替相联。

为了这种两个压力接口与馈送压力管道交替的相联，提出：将电磁先导阀用在液压预控制的范围内，该电磁先导阀优选地实施为单稳态三位四通阀。通过三个切换位置，两个彼此相反地取向的切换运动以及附加的闭塞位置得以实行。为使该单稳态三位四通阀在电控制件失灵时被送入限定的紧急位置中，提出：将该三位四通阀以弹簧回调(federrückgestellt)的方式实施。单稳态三位四通阀以弹簧回调的方式到达限定的紧急位置。通过使用电磁先导阀，在依据本发明的解决方案中，电控制系统的优点在与结合到电子调节器的功能中的过程相关的情况下得以时得以保留，从而给出了依据本发明的热量管理模块可结合到内燃机的马达控制单元的调节算法中的特性。

在根据本发明的热量管理模块中，至少所述阀门壳体、带有模制的内啮合式齿圈的内置的所述转动闸件、以及与该齿圈相对应的所述太阳轮由合成材料或者轻质金属铸件制造。

根据本发明提出一种内燃机的冷却系统，具有：至少一个冷却器回路以及旁路回路和前述热量管理模块，冷却器回路和旁路回路凭借冷却介质泵来运行，并且能够依照所述热量管理模块的指示来控制。

在根据本发明的冷却系统中，用于操作所述静液压伺服马达的所述馈送压力管路从集成在所述冷却系统中的冷却介质泵的流出侧接口的区域出发。

用于对上述静液压伺服马达进行操作的、根据本发明的馈送压力管路优选地从集成在冷却系统中的冷却介质泵的流出侧接口的区域出发。因为在此处，整个系统中的冷却水压仍然是无压力降的，并且因此是最大的，从而使得该静液压伺服马达的设计可以结合在该处所存在的最大冷却水压力来进行。由此，该静液压伺服马达得以尽可能小尺寸地设定尺寸，这使得该热量管理模块的紧凑性达到良好。

附图说明

对本发明进行改善的措施在下面与结合附图对本发明的优选实施例的说明一起被详细地表述。其中：

图1示出具有集成的热量管理模块的内燃机的冷却系统的示意性图示；

图2示出根据图1的热量管理模块的示意透视图示。

具体实施方式

依据图1，内燃机1的冷却系统基本上由冷却器回路2以及旁路回路3组成。冷却器回路2将被内燃机1加热的冷却水引导通过作为热量交换器起作用的冷却器4，从而使冷却水在冷却后，通过接在后面的冷却介质泵5，再度在内燃机1中被提供用于内燃机1的冷却。在将冷却器回路2用于冷却内燃机1期间，将旁路回路3尤其是在加温阶段用于加热内燃机1，以便使在绕过冷却器4的情况下，将冷却水尽可能快地加热至接近最佳的温度。对该内燃机1的调温所需的在冷却器回路2以及旁路回路3之间的选择，或者还有这两个回路之间的混合运行通过热量管理模块6来进行。

依据附图2，热量管理模块6包括：阀门壳体7，其在此处仅以示意性的剖面示出，在该阀门壳体7上布置有用于旁通阀3(此处未示出)冷却水的第一输入接口8，以及至少一个相邻的用于冷却器回路2(此处同样未示出)冷却水的第二输入接口9。根据在此处依照转动闸件10的类型构造的、布置在阀门壳体7内部的阀门件的位置而定，两个输入接口8和9能够选择性地与同样布置在阀门壳体7上的输出接口11相连接。

为了操作转动闸件10，将静液压伺服马达12设置为驱动装置，该静液压伺服马达12在产生转动驱动运动的情况下直接操作转动闸件10。静液压伺服马达12按照内齿轮马达的类型来构造，并且具有内啮合式的齿圈13，该齿圈13以可旋转运动的方式与转动闸件10一体式地构造。该内啮合式的齿圈13与相对于该齿圈13偏心地布置的太阳轮14啮合，用以形成齿轮马达。在齿圈13中，同样安放有相对于齿圈13位置固定地并且偏心地布置的弓形填充块15。该填充块15与同其相对置的并且在此未与其发生抵靠的太阳轮14一起形成两个互相对置的齿轮马达内部压力室，所述该压力室被配属于第一压力接口16a以及与之相邻地布置的第二压力接口16b。

两个压力接口16a和16b可以交替地与馈送压力管路17相联，该馈送压力管路17直接从内燃机的冷却系统中分支出。为使得静液压伺服马达12的两个压力接口16a和16b与馈送压力管路17交替相联，设置有单稳态三位四通阀18，该单稳态三位四通阀18在此处作为电气动先导阀。该单稳态三位四通阀18由电子热量管理控制件19进行电控制，该电子热量管理控制件在此处是马达控制件的组成部分。

本发明不局限于上述实施例，而是也包括该实施例的变动方案，该变动方案也由下列的权利要求的保护范围所涵盖。于是，代替作为转动闸件的阀门件的实施方案地，也可以使用转动闸件或者类似构件，以便形成热量管理模块6的阀门机械机构。此外，同样可行的是，选择可平动地调整的阀门闸或类似构件。但在这种情况下，可以将静液压伺服马达的转动驱动运动在传动技术上转换为就此而言所需的平动驱动运动。同样可以考虑的是，产生驱动运动的静液压伺服马达通过接在中间的传动装置与阀门件相联，以便操作该阀门件，为此，例如圆柱齿轮传动段、蜗杆传动机构或者此类机构是适合的，以便优选使得用于将静液压伺服马达的较快转速转化为用于产生阀门件切换运动的较低转速的减速传动装置得以完成。

附图标记列表

1内燃机

2冷却器回路

3旁路回路

4冷却器

5冷却介质泵

6热量管理模块

7阀门壳体

8第一输入接口

9第二输入接口

10转动闸件

11输出接口

12静液压伺服马达

13齿圈

14太阳轮

15填充块

16压力接口

17馈送压力管路

18三位四通阀

19热量管理控制件

Claims (12)

1.内燃机(1)的冷却系统的热量管理模块(6)，具有：至少一个布置在阀门壳体(7)上的、用于旁路回路(3)的冷却水的第一输入接口(8)以及至少一个相邻的、用于冷却器回路(2)的冷却水的第二输入接口(9)，所述第一输入接口(8)和第二输入接口(9)能够根据安置在所述阀门壳体(7)中的阀门件的位置与输出接口(11)相连接，其中，在所述阀门壳体(7)上设置有用于操作所述阀门件的驱动装置，其特征在于，将所述驱动装置实施为产生转动驱动运动的静液压伺服马达(12)，所述静液压伺服马达(12)使用从所述冷却系统分支出的馈送压力管路(17)用于加载压力。

2.按照权利要求1所述的热量管理模块(6)，其特征在于，所述静液压伺服马达(12)按照内齿轮马达的类型来构造。

3.按照权利要求1所述的热量管理模块(6)，其特征在于，所述阀门件构造为转动闸件(10)，所述驱动装置直接地或在接入减速传动装置的情况下按照热量管理控制件(19)的指示以能转动的方式操作所述转动闸件(10)。

4.按照权利要求3所述的热量管理模块(6)，其特征在于，内啮合式齿圈(13)是所述静液压伺服马达(12)的能旋转运动的部件，并且与所述转动闸件(10)一体式地构造。

5.按照权利要求4所述的热量管理模块(6)，其特征在于，能旋转运动的所述内啮合式齿圈(13)与相对于所述内啮合式齿圈(13)偏心地布置的太阳轮(14)相啮合，以形成齿轮马达。

6.按照权利要求4所述的热量管理模块(6)，其特征在于，能旋转运动的所述内啮合式齿圈(13)包围相对于所述内啮合式齿圈(13)位置固定地并且偏心地布置的弓形填充块(15)。

7.按照权利要求2所述的热量管理模块(6)，其特征在于，在所述静液压伺服马达(12)的端侧布置有第一压力接口(16a)以及与所述第一压力接口(16a)相邻地布置的第二压力接口(16b)，所述第一压力接口和第二压力接口能与所述馈送压力管路(17)交替相联。

8.按照权利要求7所述的热量管理模块(6)，其特征在于，为了将这两个压力接口(16a、16b)与所述馈送压力管路(17)交替相联，设置有作为电磁先导阀起作用的单稳态三位四通阀(18)。

9.按照权利要求8所述的热量管理模块(6)，其特征在于，所述单稳态三位四通阀(18)以弹簧回调的方式到达限定的紧急位置。

10.按照权利要求5所述的热量管理模块(6)，其特征在于，至少所述阀门壳体(7)、带有模制的内啮合式齿圈(13)的内置的所述转动闸件(10)、以及与该齿圈(13)相对应的所述太阳轮(14)由合成材料或者轻质金属铸件制造。

11.内燃机(1)的冷却系统，具有：至少一个冷却器回路(2)以及旁路回路(3)和按上述权利要求之一所述的热量管理模块(6)，所述冷却器回路(2)和所述旁路回路(3)凭借冷却介质泵(5)来运行，并且能够依照所述热量管理模块(6)的指示来控制。

12.按照权利要求11所述的冷却系统，其特征在于，用于操作所述静液压伺服马达(12)的所述馈送压力管路(17)从集成在所述冷却系统中的冷却介质泵(5)的流出侧接口的区域出发。

Images