CN102454470A - 内燃机冷却系统、内燃机和有内燃机的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机(2)的冷却系统(1、1′)，它有至少一个压力传感器(3)和膜片(4)。该膜片(4)不被冷却系统(1、1′)的冷却剂穿透以及在第一侧(5)与冷却剂接触。所述至少一个压力传感器(3)的传感装置(6)与冷却剂隔离地设置在膜片(4)与第一侧(5)对置的第二侧(7)，以及设计用于确定冷却剂的压力。

Description

内燃机冷却系统、内燃机和有内燃机的汽车

技术领域

本申请涉及一种内燃机的冷却系统，一种有冷却系统的内燃机以及一种有内燃机的汽车。

背景技术

由US5184514已知一种压力隔离设备，它有一个用第一种金属材料制的机体。压力隔离设备还有一个用第二种金属材料制的弹性膜片，这第二种金属材料不能通过直接焊接与第一种金属材料连接。此外，压力隔离设备有一个用与膜片相同材料制的支承环，它安装在围绕隔离孔的机体上。除此之外，压力隔离设备有一个环形的焊接环，它用与膜片相同的材料制造并处于膜片和支承环的周边上以及有一条环形的圆周焊缝。圆周焊缝通过焊接环、膜片延伸到支承环内，使支承环、膜片和焊接环围绕膜片周缘密封并互相连接，为的是相对于机体和相对于隔离孔构成一个密封的空腔。焊接环形成一个在膜片上的环形空腔以及有一个焊缝通过它延伸的底壁，以及有一些从底壁出发后延伸的壁，它们确定一个环形槽，以安装可压缩的环形密封装置用于过程流体连接。

发明内容

本申请的目的是，提供一种内燃机冷却系统，一种有冷却系统的内燃机以及一种有内燃机的汽车，它们能以简单的方式使冷却系统有更佳的控制可能性或诊断可能性。

按本申请的一个方面，内燃机的冷却系统有至少一个压力传感器和膜片。膜片不被冷却系统的冷却剂穿透。此外膜片在第一侧与冷却剂接触。所述至少一个压力传感器的传感装置则与冷却剂隔离地设置在膜片与第一侧对置的第二侧，以及设计用于确定冷却剂的压力。

按本申请的冷却系统通过设置所述至少一个压力传感器，可以提供更佳的控制可能性或诊断可能性。本申请在这里考虑的出发点为，一方面为了扩展冷却系统的温度控制的可能性应了解冷却剂的压力。此外，对冷却剂压力或冷却剂压力随时间变化的了解，可以扩展冷却系统的诊断功能。因此按本申请的冷却系统的优点是，通过将不透冷却剂的膜片以及传感装置设置为，使传感装置与冷却剂隔离，从而也可以在冷却系统内使用那些其传感装置不适用于这种湿热环境中的压力传感器。尤其是，由此可以为冷却系统采用已经在内燃机其他部件中使用的便宜的压力传感器或传感装置。例如作为冷却系统的压力传感器可以采用一种应用在内燃机进气管内或增压式内燃机的增压管内的传感器，亦即一种应用在基本上干燥的气态环境中的传感器。与其他的压力传感器相比，这有利地导致降低开发费用或缩短开发和批准时间。此外只须为内燃机保留少量不同的置换件。

按一项优选的设计，膜片具有一种熔点为T_S，M的材料，其中，T_{S， M}＞150℃，以及更优选地T_S，M＞200℃。在这里的熔点就正常压力而言，基于熔点一般仅有小的压力相关性，上述熔点值对于在冷却系统中典型存在的较宽的压力值基本不变。在这里所述材料可以有钽或钽合金或氢化的丙烯腈丁二烯橡胶(HNBR)。所述实施形式的优点在于，由此将膜片设计为特别耐热。

按另一项设计，传感装置有一个半导体压力传感器芯片。这种传感器芯片尤其可见到在汽车领域内使用，并因而带来的优点是，它们覆盖针对这种应用为典型的测量范围。

优选地，所述至少一个压力传感器还有一个带孔的外壳，传感装置安装在外壳的孔中，以及膜片将孔覆盖。其结果是，膜片可以特别简单地安装在压力传感器上。

按另一种实施形式，外壳在这里有一种熔点为T_S，G的材料，其中T_{S， G}＞150℃，以及更优选地T_S，G＞200℃。在这里，优选地尤其外壳的那些与冷却剂接触的区域用这种材料组成。由此使外壳有利地适应高的环境温度。

所述材料优选地从由聚亚苯基硫醚和聚对苯二甲酸丁二醇酯组成的族群中选择。列举的这两种材料构成耐高温的热塑性塑料，并由此特别适合作为外壳材料，也能在高温下持久使用。此外，列举的材料有利地有高的化学安定性，并因而特别适合长期使用。

膜片可以借助胶粘剂与外壳连接。这就允许膜片与外壳方便地固定。胶粘剂作为适用的材料例如有氟硅酮树脂或氟化物树脂。

按另一项设计，膜片借助螺钉与外壳连接，此时优选地在膜片与外壳之间采用一个O形密封圈。此外，在恰当选择膜片和外壳材料时，膜片可以借助钎焊或熔焊与外壳连接。

按另一项实施形式，一种流体处于膜片与传感装置之间。在这种情况下，冷却剂施加在膜片第一侧上的压力，借助流体传给传感装置。在这里，流体优选地是一种气体，在这里气体例如由环境空气形成。由此又能有利地将规定应用在气体环境的传感装置应用于所述至少一个压力传感器。

按优选的实施形式，针对膜片的压力缓冲效果修正传感装置的特征线。这典型地通过将膜片引起的压力降低引入特征线内实现。膜片的这种压力缓冲效果优选地在将压力传感器装入冷却系统之前便已经确定并相应地修正特征线。由此，冷却剂的实际压力可有利地尽可能准确地确定。传感装置的特征线例如贮存在存储器内，它是内燃机发动机控制系统的组成部分。

按一种实施形式，所述至少一个压力传感器安装在冷却系统的平衡补偿容器内。由此有利地使压力传感器的装配费用非常低。

按另一种实施形式，所述至少一个压力传感器安装在冷却系统冷却剂泵的出口侧。在这种情况下，优选地，所述至少一个压力传感器安装在内燃机的排气侧。因此所述至少一个压力传感器安装在冷却系统冷却剂泵的高压侧。这样做的优点是，可以确定冷却剂泵出口侧的冷却剂压力，由此可以提供冷却系统的另一些控制可能性。此外冷却剂泵优选地可由控制器操纵，控制器与所述至少一个压力传感器作用连接。

本申请还涉及一种内燃机，它有按所列举的实施形式之一的冷却系统。在这里，内燃机典型地设计为液冷式内燃机。

此外，本申请还涉及一种汽车，它有按所列举的实施形式的内燃机。在这里，汽车典型地是轿车或载重汽车。

按本申请的内燃机和汽车具有已结合按本申请的冷却系统列举的优点，在这里为避免重复不再次说明这些优点。

附图说明

现在借助附图详细说明本申请的内容，附图中：

图1表示具有按本申请实施形式的内燃机的汽车；

图2表示用于按图1的内燃机按本申请第一种实施形式的冷却系统；

图3表示用于按图1的内燃机按本申请第二种实施形式的冷却系统；以及

图4表示按图2和图3的冷却系统压力传感器。

具体实施方式

图1表示具有按本申请实施形式的内燃机2的汽车1。按图示的实施形式，汽车15是轿车以及内燃机2设计为液冷式内燃机。其他详情结合后面的附图详细说明。

图2表示用于按图1的内燃机2按本申请第一种实施形式的冷却系统1。

内燃机2有进气侧37和排气侧38。在内燃机2的排气侧38设分叉19，从这里将冷却剂管路23导向冷却剂冷却器18。从冷却剂冷却器18将另一个冷却剂管路24导向设在进气侧37的调温阀20。调温阀20在这里按图示的实施形式有一个例如含有蜡的伸缩元件21，借助此伸缩元件21确定调温阀20的开启温度。

沿冷却系统1没有详细表示的冷却剂的流动方向，在调温阀20下游，一个冷却剂管路39导向冷却剂泵12。

此外，冷却剂管路22从分叉19导向热交换器17。又从热交换器17将冷却剂管路25引向进气侧37。在这里冷却剂管路25分叉为冷却剂管路26和冷却剂管路27，其中冷却剂管路27导向冷却系统1的平衡补偿容器10。

内燃机2进气侧37通过形式上为冷却剂管路28的旁路通道与排气侧38连接，其中冷却剂管路28在图示的实施形式中部分安装在内燃机2曲轴箱16内。图中冷却剂管路28在曲轴箱16内部延伸的区域用虚线表示。冷却剂管路28从分叉19导向入口40。冷却剂管路28和冷却剂管路26在入口40处互相汇入。冷却剂管路41从入口40引向冷却剂管路39。

没有详细表示的冷却剂从进口侧37进入，流过内燃机2。在图2中借助箭头表示各自的流动方向。

在图示的实施形式中，冷却系统1有一个压力传感器3，它安装在冷却系统1的平衡补偿容器10内。此压力传感器3可以装在有液态冷却剂的平衡补偿容器10区域内或安装在气态冷却剂区域内。压力传感器3的其他详情结合图4详细说明。

压力传感器3通过信号线32与评估装置30连接，该评估装置设计用于计算借助压力传感器3获知的冷却剂压力值。在图示的实施形式中，评估装置30是内燃机2的发动机控制系统29的组成部分。

此外，图2中没有详细表示的汽车有一个输出装置31，它设计用于当冷却剂压力下降到低于预先规定的阈值时输出报警信号。尤其是，输出装置31可设计用于当冷却剂压力在规定的持续时间内下降到低于预先规定的阈值时输出报警信号。为此，输出装置31通过信号线33与发动机控制系统29连接。典型地，输出装置31设计用于输出光和/或声和/或触觉报警信号。

例如当获知冷却剂突然发生压力损失时可以输出一个报警信号。这种压力损失可能表明在冷却系统1内存在漏泄，例如由于冷却剂软管脱落或开裂。通过输出报警信号，可以使汽车的乘客，尤其汽车司机，提早注意到这种情况，从而可防止损坏内燃机2。因此按图示的实施形式在冷却系统1中使用压力传感器3，为冷却系统1提供扩展的故障诊断可能性。

图3表示用于按图1的内燃机按本申请第二种实施形式的冷却系统1′。与前面的附图中功能相同的组件采用同样的附图标记表示，在下面不再详细说明。

按图示的实施形式，冷却系统1′仍有一个压力传感器3，在这里压力传感器3安装在冷却系统1′冷却剂泵12的出口侧11，也就是说，安装在冷却剂泵12的高压侧。在图示的实施形式中，压力传感器3安装在内燃机2排气侧38。

还有一个进口侧13的冷却剂泵12可以由控制器14操纵。冷却剂泵12可例如设计为电动冷却剂泵，也就是说，它有一台驱动它的电动机。此外，冷却剂泵12也可以设计为皮带传动的冷却剂泵，它有一个离合器，例如电磁离合器，安装在冷却剂泵与没有详细表示的传动皮带之间。在列举的第一种情况下电动机与控制器14连接，而在列举的第二种情况下离合器与控制器14连接，由此冷却剂泵12可以接通和断开。此外可以设置一个可操纵的盖，它安装在冷却剂泵12的吸入口上。

在图示的实施形式中，控制器14是内燃机2发动机控制系统29的组成部分。此外控制器14与压力传感器3作用连接。压力传感器3为此通过信号线43与发动机控制系统29连接。

在列举的实施形式中，在冷却系统1′中使用所述压力传感器3由此实现了发动机控制系统29扩展用于冷却系统1′的控制功能。

压力传感器3的其他详情结合下图详细说明。

图4表示按图2的冷却系统1或按图3的冷却系统1′的压力传感器3。

压力传感器3有一个传感装置6，它设计用于确定各自冷却系统未详细表示的冷却剂的压力。为此在图示的实施形式中传感装置6有一个半导体压力传感器芯片44，例如硅基压力传感器芯片。

典型地，传感装置6有一个绝对压力测量范围达250kPa，优选地达300kPa和更优选地达400kPa，或有一个测量在冷却剂压力与环境压力之间压差的测量范围达150kPa，优选地达200kPa以及更优选地达300kPa。

此外压力传感器3有一个带孔9的外壳8。传感装置6安装在外壳8的孔9内。膜片4覆盖孔9。膜片不被冷却系统的冷却剂穿透以及在第一侧5与冷却剂接触。传感装置6与冷却剂隔离地设置在膜片4与第一侧5对置的第二侧7，并因而有利地防止形式上为高温和潮湿的恶劣的环境条件。为此膜片4有一种熔点为T_S，M的材料，其中T_S，M＞150℃，更优选地适用T_{S， M}＞200℃。例如膜片4有钽或钽合金或氢化的丙烯腈丁二烯橡胶(HNBR)。

此外按图示的实施形式，外壳8有一种熔点为T_S，G的材料，其中T_{S， G}＞150℃，更优选地适用T_S，G＞200℃。例如外壳有聚亚苯基硫醚和聚对苯二甲酸丁二醇酯。

一种没有详细表示的流体处于膜片4与传感装置6之间，在图示的实施形式中，流体由环境空气构成。冷却剂施加在膜片4第一侧上的压力，借助流体传给传感装置6。

压焊丝35连接半导体压力传感器芯片44与连接线36。在连接线34与外壳8之间设密封材料36，由此使传感装置6在很大程度上防止冷却剂入侵。

虽然在以上的说明中展示了至少一种作为范例的实施形式，但仍能进行各种改变和修改。列举的实施形式仅为举例，以及并不规定以任何方式限制适用范围、可应用性或构型。确切地说，以上的说明为本领域技术人员提供一种用于变换至少一种范例性实施形式的指导，其中可对作为范例的实施形式中所说明构件的功能和配置作出很多改变，只要不脱离权利要求书及其等效技术方案的保护范围即可。

附图标记清单

1、1′冷却系统

2     内燃机

3     压力传感器

4     膜片

5     第一侧

6     传感装置

7     第二侧

8     外壳

9     孔

10    平衡补偿容器

11    出口侧

12    冷却剂泵

13    进口侧

14    控制器

15    汽车

16    曲轴箱

17    热交换器

18    冷却剂冷却器

19    分叉

20    调温阀

21    伸缩元件

22-28 冷却剂管路

29    发动机控制系统

30    评估装置

31    输出装置

32、33信号线

34    连接线

35    压焊丝

36    密封材料

37    进气侧

38    排气侧

39    冷却剂管路

40    入口

41    冷却剂管路

42    控制线

43    信号线

44    半导体压力传感器芯片

Claims (15)

1.一种内燃机(2)的冷却系统，包括至少一个压力传感器(3)和膜片(4)，其中，该膜片(4)不会被冷却系统(1、1′)的冷却剂穿透以及在第一侧(5)与冷却剂接触，以及，所述至少一个压力传感器(3)的传感装置(6)与冷却剂隔离地设置在该膜片(4)与其第一侧(5)对置的第二侧(7)，并且设计用于确定冷却剂的压力。

2.按照权利要求1所述的冷却系统，其中，所述膜片(4)有一种熔点为T_S，M的材料，其中T_S，M＞150℃。

3.按照权利要求2所述的冷却系统，其中，所述材料有钽或钽合金或氢化的丙烯腈丁二烯橡胶。

4.按照上述任一项权利要求所述的冷却系统，其中，所述传感装置(6)有半导体压力传感器芯片(44)。

5.按照上述任一项权利要求所述的冷却系统，其中，所述至少一个压力传感器(3)还有一个带孔(9)的外壳(8)，所述传感装置(6)安装在该外壳(8)的孔(9)中，以及所述膜片(4)覆盖所述孔(9)。

6.按照权利要求5所述的冷却系统，其中，所述外壳(8)有一种熔点为T_S，G的材料，其中T_S，G＞150℃。

7.按照权利要求6所述的冷却系统，其中，所述材料从由聚亚苯基硫醚和聚对苯二甲酸丁二醇酯组成的族群中选择。

8.按照权利要求5至7之一所述的冷却系统，其中，所述膜片(4)借助胶粘剂与外壳(8)连接。

9.按照上述任一项权利要求所述的冷却系统，其中，一种流体处于所述膜片(4)与传感装置(6)之间。

10.按照上述任一项权利要求所述的冷却系统，其中，针对所述膜片(4)的压力缓冲效果修正所述传感装置(6)的特征线。

11.按照上述任一项权利要求所述的冷却系统，其中，所述至少一个压力传感器(3)安装在所述冷却系统(1)的平衡补偿容器(10)内。

12.按照权利要求1至10之一所述的冷却系统，其中，所述至少一个压力传感器(3)安装在所述冷却系统(1′)的冷却剂泵(12)的出口侧(11)。

13.按照权利要求12所述的冷却系统，其中，所述冷却剂泵(12)可由控制器(14)操纵，以及该控制器(14)与所述至少一个压力传感器(3)作用连接。

14.一种具有按照上述任一项权利要求所述冷却系统(1、1′)的内燃机。

15.一种具有按照权利要求14所述内燃机(2)的汽车。

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