CN102322330B - 发动机控温器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的发动机控温器，它解决了现有技术中调控发动机工作温度存在的结构欠妥，达不到理想要求的问题，包括阀体，组装其上的蜗轮轴，控制冷却液大、小循环回路的控温执行机构，以及主要由微电脑控制机构组成的冷却液大、小循环回路的自动控制回路，其技术要点是：利用蜗轮轴及与其上的齿轮相啮合的齿条轴驱动的包括冷却液大、小循环控制件和张紧弹簧的控温执行机构，分别控制冷却液大、小循环回路。其结构设计合理，调控准确、可靠，使发动机在任何气候环境下运行始终保持在最佳工作温度状态，明显改善发动机的运行性能，从而降低燃料消耗、减少有害气体排放，充分提高发动机输出动力的能力，延长发动机使用寿命。

Description

发动机控温器

技术领域

本发明是专利申请日为2009年12月15日、申请号为200910220745.8、发明名称为“发动机控温器”的分案申请。

本发明涉及一种改善发动机运行工作温度的控制装置，特别是一种保持发动机在最佳工作温度条件下运行，降低燃料消耗、减少有害气体排放、延长使用寿命的发动机控温器，属于发动机配套部件。

背景技术

众所周知，发动机只有保持最佳工作温度（一般为85℃—95℃）条件运行下，才能发挥最大工作效率，因此，绝大部分发动机都在调温的情况下工作，试图强制控制循环水冷却系统来保持最佳工作温度。然而当环境温度过高或过低时，该方法很难控制工作温度都保持在最佳温度范围。常见的调温，即调整水冷式内燃发动机工作温度的方法主要有：在强制水冷却循环系统上采用安装水泵、普通冷却风扇（或硅油风扇、电动风扇等），散热器、节温器、百叶窗、增加保温被等方法。本发明人曾针对上述方法存在的问题，先后设计出“水冷式内燃机温度调控器”（专利公告号为CN2538964Y），“内燃机温度调控器”（专利公告号为CN159843A），“内燃发动机温度调控器”（专利公开号为CN101191434A），以上发明尽管在一定程度上解决了调控内燃发动机工作温度存在的当前问题，但从进一步改善发动机的功能性、耐久性、安全性和可靠性来看，这几项发明在结构设计上还存在着有待改进之处：

（1）“水冷式内燃机温度调控器”和“内燃机温度调控器”的专利技术方案中，阀体主体结构均为蝶阀式，后者与前者相比，其创新在于增加了冷却液小循环控制，改进了减速机构，由蜗轮蜗杆代替齿轮组的多级变速，新设计了手动保险旋钮，解决了在温度调控器出现故障时，切换控制装置的问题，保证了发动机能继续工作。但其阀体主体结构设计欠妥，就是冷却液从大循环向小循环切换的方法都是依靠主翻板外圆周面与阀体主流管壁完全接触来实现，而主翻板外圆周面与阀体主流管壁是否完全接触，又受减速器内限位开关发出信号的时间控制；当限位开关发出关闭冷却液大循环信号，主翻板外圆周面与阀体主流管壁没有接触上时，则两者之间有不同程度缝隙，主翻板就不能完全切断冷却液大循环，此时内燃发动机启动升温速度慢，甚至会出现内燃发动机在低温环境下工作时温度升不上来；当限位开关还没有发出关闭冷却液大循环信号，主翻板外圆周面与阀体主流管壁已经实现全面接触时，则会因主翻板不能继续前行，而微电脑控制系统检测不到限位开关发出的关闭信号，就发不出让电机停止工作的指令；此时电机继续工作，就会降低电机使用寿命，易烧损电机。要想将主翻板外圆周面同阀体主流管壁完全接触的那一瞬间，与限位开关发出的关闭信号的那一瞬间调节一致，是极其困难的。倘若生产时调整一致了，也会随着主翻板外圆周面同阀体主流管壁之间工作摩擦磨损出现新的不一致。这种要求限位开关与主翻板同阀体主流管壁接触的两个条件必须同时具备，但两个条件又不能自行调整一致的方法，是无法精确控制冷却液循环的。

（2）“内燃发动机温度调控器”公开的主体结构是在三通阀体内装有转子，冷却液大小循环转换方法是依靠转子转动，由转子上冷却液出口与阀体上冷却液大循环或小循环出口之间切换来实现。转子转动的极限角度只受限位开关单一条件控制，虽然可以弥补上述两项专利技术中存在的限位开关关闭与主翻板同阀体主流管壁关闭之间不能自行调节一致的缺陷，但又出现了新的问题。即由于内燃发动机运行的地域、季节不同，其工作环境温度差别很大，启动温度与正常工作时温度差别又很大，转子在阀体内与阀体承受的温度差别很大，从而导致在不同的环境温度下运行，其阀体与转子胀缩量不同，要保证内燃机温度调控器能在任何环境温度下正常工作，阀体与转子之间就要留有足够间隙。当发动机在低温条件下工作，冷却液温度较低，虽然阀体与转子正处于冷却液大循环关闭位置，但由于阀体与转子之间的间隙会出现冷却液不同程度进行大循环，从而导致发动机启动升温速度慢，甚至会出现发动机在低温环境下运行时温度升不上来。另外，阀体与转子之间因工作摩擦磨损，二者之间间隙也会逐渐增大，所以这种靠转子在阀体内转动，二者之间配合不能自动补偿的阀体结构，也达不到控制发动机冷却液循环的理想温度要求。

德国专利文献“汽车的冷却循环系统”（DE20317339U1）中，公开的控制发动机冷却循环水循环回路的方法，就是依靠带有作用杆的三通阀和在阀体中带有两个开口的阀芯配合，通过转动阀芯，使得阀芯侧壁上的开口可以在发动机的大小循环冷却水回路之间进行切换，与上述“内燃发动机温度调控器”中公开的内容基本一样，故也存在上述“内燃发动机温度调控器”的相类似的缺陷。

（3）上述公开的本发明人的温度调控器的结构均没有解决阀体内蒸汽向减速器不同程度窜入问题，导致减速器内电器元件及步进电机寿命缩短或短路损坏。所使用的限位开关均为行程或轻触开关，可靠性差，易损坏，寿命短，影响了温度调控器调控技术的可靠性和耐久性。

（4）上述德国专利文献公开技术中没有设置防止冷却液及蒸汽向阀体外泄露的技术内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的发动机控温器，它解决了现有技术中调控发动机工作温度存在的结构欠妥达不到理想要求的问题，其结构设计合理，调控准确、可靠，使发动机在任何气候环境下运行始终保持在最佳工作温度状态，明显改善发动机的运行性能，从而降低燃料消耗、减少有害气体排放，充分提高发动机输出动力的能力，延长发动机使用寿命。

本发明所采用的技术方案是：该发动机控温器包括分别设置冷却液入口和冷却液大、小循环出口的阀体，组装在阀体上的由步进电机驱动减速器带动的蜗轮轴，利用所述蜗轮轴驱动的控制冷却液大、小循环回路的控温执行机构，以及主要由微电脑控制机构组成的冷却液大、小循环回路的自动控制回路，其技术要点是：利用所述蜗轮轴并通过固定其上的齿轮和与齿轮相啮合的齿条轴驱动的所述控温执行机构包括冷却液大、小循环控制件和张紧弹簧，所述冷却液大、小循环控制件通过张紧弹簧和限位挡套组装在齿条轴的轴颈上，在所述齿条轴驱动下沿所述轴颈的轴向移动，并通过所述张紧弹簧将冷却液大、小循环控制件分别压紧在所述阀体上的冷却液大循环出口或冷却液小循环出口，分别控制冷却液大、小循环回路。

上述技术方案中的组装在所述阀体上的减速器箱体与所述蜗轮轴上的密封件之间可以设置隔腔。

上述技术方案中的所述冷却液大、小循环回路的自动控制回路中的微电脑控制机构利用总线分别与设置在所述阀体的冷却液入口处的温度传感器和组装在阀体上的所述步进电机及其限位开关连接。

上述限位开关和与所述限位开关配合的限位件可以优先分别采用霍尔元件与小磁铁。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明是在现有发动机温度控制器的结构基础上改进重新设计的，利用由微电脑控制机构组成的成熟技术的自动控制回路来调控冷却液大、小循环回路，并采用独特结构的控温执行机构，即利用步进电机驱动减速器带动的蜗轮轴，间接驱动由冷却液大、小循环控制件组成的包括冷却液大、小循环控制件和张紧弹簧的控温执行机构，并通过张紧弹簧压紧的方式与冷却液大、小循环出口实现紧密配合，分别控制冷却液大、小循环回路，所以其结构设计合理，不仅能够使冷却液大、小循环的调控准确、可靠，而且实现控温执行机构的各控制件与冷却液大、小循环出口之间因工作摩擦产生的磨损进行自动补偿，确保冷却液大、小循环出口永远能封闭严密，使发动机在任何气候环境下运行始终保持在最佳工作温度状态，解决了现有技术中调控发动机工作温度存在的结构欠妥，不能自动补偿，达不到控制发动机冷却液循环的理想温度要求的问题。因微电脑控制机构可以根据环境温度不同，自动控制发动机冷却液流经散热器流量，实现冷却液精确的控制，最合理使用发动机工作热量，使得发动机燃烧室的燃料充分雾化，燃烧充分，故能明显改善发动机的运行性能，从而降低燃料消耗、减少有害气体排放，充分提高发动机输出动力的能力，延长发动机使用寿命。

如果在阀体上的减速器箱体与蜗轮轴上的密封件之间设置隔腔，那么利用隔腔就能阻止微量冷却液或蒸汽进入减速器，还能隔掉一部分阀体热量传入减速器。

若将冷却液大、小循环回路的自动控制回路中的微电脑控制机构利用总线分别与冷却液入口处的温度传感器和步进电机及其限位开关连接，而限位开关采用霍尔开关，与限位开关配合的限位件采用小磁铁，就可以解决现有限位开关使用行程或轻触开关存在的精度低，可靠性差、寿命短的问题了。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的一种A型结构示意图。

图2是图1沿A-A线的剖视图。

图3是图1沿B-B线的剖视图。

图4是图2中的一种冷却液动控制件结构示意图。

图5是图2中的一种冷却液静控制件结构示意图。

图6是本发明的一种B型结构示意图。

图7是图6沿C-C线的剖视图。

图8是本发明的一种电气控制原理图。

图9是本发明控制发动机冷却循环系统的工作状态图。

图10是图9中冷却液小循环工作状态示意图。

图11是图9中冷却液大循环工作状态示意图。

图12是图9中冷却液混合循环工作状态示意图。

图中序号说明：1.A型本体、2.A型端盖、3.冷却液小循环出口、4.冷却液大循环出口、5.冷却液入口、6.温度传感器、7.保险旋钮、8.减速器、9.步进电机、10.冷却液动控制件、11.冷却液静控制件、12.张紧弹簧、13.弹簧座、14.密封件、15.轴承、16.隔腔、17.蜗轮、18.限位件、19.限位开关、20.蜗轮轴、21.减速器端盖、22.蜗杆、23.冷却液通孔、24.冷却液大循环通孔、25.冷却液小循环通孔、26.B型本体、27.齿条轴、28.齿轮、29.底堵、30.冷却液小循环控制件、31.档套、32.冷却液大循环控制件、33.冷却液大循环通道、34.B型端盖、35.微电脑控制机构、36. 散热器、37. 散热器进水管、38. 小循环回水管、39. 水泵、40.控温执行机构、41. 机体冷却水套、42. 机体、43. 散热器回水管。

具体实施方式

根据图1～12详细说明本发明的具体结构。该发动机控温器包括分别设置冷却液入口5和冷却液大、小循环出口4、3的阀体，组装在阀体上的由步进电机9驱动减速器8带动的蜗轮轴20，利用蜗轮轴20直接或间接驱动的控制冷却液大、小循环回路的控温执行机构，以及主要由微电脑控制机构35组成的冷却液大、小循环回路的成熟技术的自动控制回路。其中步进电机9、由蜗轮、蜗杆构成的减速器8均采用常用结构，为了便于安装维护，在减速器8箱体的端部设置减速器端盖21。为了切断从阀体内腔向减速箱8泄露冷却液、蒸汽及隔掉一部分阀体向减速箱8所传热量，装在阀体上的减速器8箱体与蜗轮轴20上的密封件14之间可以设置隔腔16。步进电机9轴、蜗杆22、保险旋钮7设置在同一轴线上。自动控制回路中的微电脑控制机构35利用总线分别与设置在阀体的冷却液入口5处的温度传感器6和组装在阀体上的步进电机9及其限位开关19连接。限位开关19根据需要选用1至2个，组装在减速器端盖21或减速器箱体的侧壁上，可以采用霍尔元件或其它形式开关。与限位开关19配合的限位件18设置在蜗轮17上面，可以采用小磁铁或触头等其他形式。限位开关19与限位件18可以优先采用霍尔元件与小磁铁相配合来发出精确、可靠的开或关的控制信号。在微电脑控制机构35上设有发动机工作温度显示窗口，组装有发动机工作温度设定按钮及复位开关。因所采用的控温执行机构可根据实际使用要求设计成利用蜗轮轴20直接驱动的A型控温执行机构或利用蜗轮轴20间接驱动的B型控温执行机构，故阀门也相应地设计成.带.A型端盖2的A型本体1和带.B型端盖34的B型本体26。

A型控温执行机构的具体结构（如图1-5所示）如下：

利用蜗轮轴20直接驱动的Ⅰ型控温执行机构，包括冷却液静控制件11、冷却液动控制件10、张紧弹簧12、弹簧座13、密封件14和轴承15等件。其中冷却液静控制件11固定在由带.A型端盖2的A型本体1组成的阀体内，并使冷却液静控制件11上的冷却液大、小循环通孔24、25分别对正阀体上的冷却液大、小循环出口4、3。冷却液动控制件10上的冷却液通孔23可设置2至3个扇形孔或其他形状孔，冷却液静控制件11上的冷却液大循环通孔24设置的个数及形状应与冷却液动控制件10上设置的冷却液通孔23一致，冷却液静控制件11上小循环通孔25可设置成与阀体上的冷却液小循环出口3一致的扇形孔或其他形状孔。固定在蜗轮轴20上的冷却液动控制件10通过张紧弹簧12压紧在冷却液静控制件11上，在张紧弹簧12的作用下，冷却液动、静控制件10、11之间可以实现工作摩擦磨损的自动补偿。利用固定在蜗轮轴20上的卡簧及弹簧座13来限制蜗轮轴20轴向窜动。冷却液动控制件10在蜗轮轴20的驱动下转动，并使冷却液动控制件10上的冷却液通孔23与冷却液静控制件11上的冷却液大、小循环通孔24、25之间进行切换，分别控制冷却液大、小循环回路。

工作时，控制发动机工作温度是通过发动机体内冷却液温度来实现的，其过程是温度传感器6将采集到的冷却液温度信号及操作者设定的工作温度信号，传递给微电脑控制机构35，由微电脑控制机构35组成的自动控制回路，传输相应的信号处理数据，启动步进电机9，使减速器8的蜗杆22、蜗轮17驱动蜗轮轴20带动冷却液动控制件10随着转动，冷却液动控制件10往复转动的最大角度由限位开关19决定。当发动机机体内的冷却液温度低于设定温度时，冷却液动控制件10上的冷却液通孔23转至与冷却液静控制件11上的冷却液小循环通孔25完全重叠时，冷却液静控制件11上的冷却液大循环通孔24恰好被冷却液动控制件10无孔部分全面封住，此时冷却液全部流经阀体的冷却液小循环出口3。冷却液循环回路是：水泵39——机体冷却水套41——冷却液入口5——冷却液动控制件10上的冷却液通孔23——冷却液静控制件11上的冷却液小循环通孔25——阀体的冷却液小循环出口3——机体小循环回水管38——水泵39，即形成小循环回路（如图10所示）；当发动机机体内冷却液温度超过设定温度时，冷却液动控制件10上的冷却液通孔23转至与冷却液静控制件11上的冷却液大循环通孔24完全重叠时，冷却液静控制件11上的冷却液小循环通孔25恰好被冷却液动控制件10的无孔部分全面封闭，此时冷却液全部流经阀体的冷却液大循环出口4。冷却液循环回路是：水泵39——机体冷却水套41——冷却液入口5——冷却液动控制件10上的冷却液通孔23——冷却液静控制件11上的冷却液大循环通孔24——阀体上的冷却液大循环出口4——散热器进水管37——散热器36——散热器回水管43——水泵39，即形成大循环回路（如图11所示）；当发动机机体内冷却液温度达到或等于设定温度时，冷却液动控制件10上的冷却液通孔23转至冷却液静控制件11上的冷却液大、小循环通孔24、25之间时，冷却液静控制件11上的冷却液大、小循环通孔24、25均被冷却液动控制件10上的冷却液通孔23部分打开，此时一部分冷却液从阀体上的冷却液大循环出口4流出，按图11大循环回路循环，同时一部分冷却液从阀体上的冷却液小循环出口3流出，按图10小循环回路循环，两部分流量的分配，由机体内冷却液温度及所设定温度变化而变化，由微电脑控制机构35组成的自动控制回路随时调整，即形成混循环回路（如图12所示）。

B型控温执行机构的具体结构（如图6-7所示）如下：

利用蜗轮轴20并通过固定其上的齿轮28和与齿轮28相啮合的齿条轴27间接驱动的Ⅱ型控温执行机构，包括冷却液大循环控制件32、小循环控制件30、张紧弹簧12、限位挡套31和卡簧。其中冷却液大、小循环控制件32、30通过张紧弹簧12和限位挡套31活动组装在齿条轴27的轴颈上，并利用固定在齿条轴27端的卡簧来防止限位挡套31从齿条轴27端脱落。在齿条轴27驱动下，冷却液大、小循环控制件32、30沿齿条轴27轴颈的轴向移动，并通过张紧弹簧12将冷却液大、小循环控制件32、30分别压紧在由.带B型端盖34的B型本体26组成的阀体上的冷却液大循环出口4或冷却液小循环出口3，分别控制冷却液大、小循环回路。B型本体26的底部由底堵29封闭。

工作时，控制发动机冷却液大、小循环回路的过程是由微电脑控制机构35组成的自动控制回路对发动机工作冷却液温度信号及操作者设定温度信号进行信息处理后，启动步进电机9，使减速器8的蜗杆22、蜗轮17驱动蜗轮轴20，并通过固定在蜗轮轴20上的齿轮28和与齿轮28相啮合的齿条轴27带动冷却液大、小循环控制件32和30作轴向往复移动，轴向移动的极限位置由限位开关19控制。当发动机机体内冷却液温度低于设定温度时，冷却液大循环控制件32在齿条轴27的带动及张紧弹簧12的压力作用下，完全堵住冷却液大循环出口4，冷却液大循环通道33完全关闭。此时冷却液小循环控制件30最大限度地离开阀体上的冷却液小循环出口3，冷却液全部流经冷却液小循环出口3。循环水回路是：水泵39——机体冷却水套41——控温器冷却液入口5——冷却液小循环出口3——小循环回水管43——水泵39，即形成小循环回路（如图10所示）；当发动机机体内冷却液温度超过设定温度时，控温器B型本体26内冷却液大循环控制件32完全打开冷却液大循环出口4，冷却液大循环通道33达到最大，此时冷却液小循环控制件30在张紧弹簧12的作用下将阀体上的冷却液小循环出口3完全封闭，冷却液全部流经冷却液大循环出口4。循环水回路是：水泵39 — 机体冷却水套41 — 温控器冷却液入口5— 冷却液大循环通道33 — 冷却液大循环出口4 — 散热器进水管37—散热器36— 散热器回水管43 — 水泵39，即形成大循环回路（如图11所示）；当发动机机体内冷却液温度达到或等于设定温度时，阀体内的冷却液大循环控制件32离开冷却液大循环出口4，冷却液大循环通道33被部分打开，一部分冷却液从冷却液大循环出口4流出，按图11大循环回路循环，同时冷却液小循环控制件30也离开冷却液小循环出口3，冷却液小循环出水口3被部分打开，一部分冷却液从冷却液小循环出口3流出，按图10小循环回路循环，两部分流量分配，由机体内冷却液温度和设定温度的变化而变化，通过微电脑控制机构35组成的自动控制回路随时调整，即形成混循环回路（图12）。 

当由微电脑控制机构35组成的自动控制回路一旦出现故障，执行机构可转换成手动控制，用手或工具旋转保险旋钮7控制阀门，通过机械操作来调整冷却液大、小循环流量分配，确保发动机能继续工作。

Claims (4)

1.一种发动机控温器，包括分别设置冷却液入口和冷却液大、小循环出口的阀体，组装在阀体上的由步进电机驱动减速器带动的蜗轮轴，利用所述蜗轮轴驱动的控制冷却液大、小循环回路的控温执行机构，以及主要由微电脑控制机构组成的冷却液大、小循环回路的自动控制回路，其特征是：利用所述蜗轮轴并通过固定其上的齿轮和与齿轮相啮合的齿条轴驱动的所述控温执行机构包括冷却液大、小循环控制件和张紧弹簧，所述冷却液大、小循环控制件通过张紧弹簧和限位挡套组装在齿条轴的轴颈上，在所述齿条轴驱动下沿所述轴颈的轴向移动，并通过所述张紧弹簧将冷却液大、小循环控制件分别压紧在所述阀体上的冷却液大循环出口或冷却液小循环出口，分别控制冷却液大、小循环回路。

2.根据权利要求1所述的发动机控温器，其特征是：组装在所述阀体上的减速器箱体与所述蜗轮轴上的密封件之间设置隔腔。

3.根据权利要求1所述的发动机控温器，其特征是：所述冷却液大、小循环回路的自动控制回路中的微电脑控制机构利用总线分别与设置在所述阀体的冷却液入口处的温度传感器和组装在阀体上的所述步进电机及限位开关连接。

4.根据权利要求3所述的发动机控温器，其特征是：所述限位开关和与所述限位开关配合的限位件分别采用霍尔元件与小磁铁。

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