CN108361100A - 用于内燃机的冷却系统和恒温器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的冷却系统和恒温器装置，用于冷却内燃机的冷却系统包括恒温器装置，恒温器装置包括：第一流入口，第一流入口与第二流出通路连接；第二流入口，第二流入口与第三流出通路连接；阀，阀控制来自散热器的冷却剂的流量；恒温元件，恒温元件根据冷却剂的温度打开和关闭阀；流出部，冷却剂通过流出部流向内燃机；引导部，引导部将流过第二流入口的冷却剂朝向恒温元件引导；狭缝，狭缝使来自引导部和恒温元件之间的冷却剂流出到流出部；和电动水泵，电动水泵被构造成使冷却剂循环。

Description

用于内燃机的冷却系统和恒温器装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的冷却系统和恒温器装置。

背景技术

在日本专利申请公开No.2009-52506(JP 2009-52506A)中描述的发动机(内燃机)的冷却系统例如包括冷却剂循环回路，所述冷却剂循环回路具有水泵、散热器、恒温器装置等。在发动机的冷启动时，恒温器装置的阀(即，打开和关闭散热器的返回通路的阀)被关闭，以便停止冷却剂通过散热器的流动。即，冷却剂被循环同时绕过散热器，以便实现发动机的暖机。在发动机暖机完成之后，恒温器装置的阀被打开，且导致从发动机的水套流出的冷却剂流过散热器，使得冷却剂将从发动机收集的热释放到大气，且抑制发动机的过热。

发明内容

虽然期望在发动机冷启动之后早期将发动机暖机以便改进燃料消耗率，但需要抑制在暖机完成之后过热。

本发明提供了可抑制过热同时保证发动机的早期暖机的用于内燃机的冷却系统和恒温器装置。

本发明的示例方面是一种用于内燃机的冷却系统。冷却系统包括：散热器，散热器经由第一流出通路与内燃机连接；恒温器装置，恒温器装置经由第二流出通路与散热器连接，恒温器装置与内燃机连接，恒温器装置经由第三流出通路与第一流出通路连接；电动水泵，电动水泵被构造成使内燃机的冷却剂循环。恒温器装置包括：第一流入口，第一流入口与第二流出通路连接；第二流入口，第二流入口与第三流出通路连接；阀，阀控制来自散热器的冷却剂的流量；恒温元件，恒温元件根据冷却剂的温度打开和关闭阀；流出部，冷却剂通过流出部流向内燃机；引导部，引导部将流过第二流入口的冷却剂朝向恒温元件引导；狭缝，狭缝使来自引导部和恒温元件之间的冷却剂流出到流出部。本发明的示例方面是设置在冷却内燃机的冷却系统中的恒温器装置。冷却系统包括：散热器，散热器经由第一流出通路与内燃机连接；恒温器装置，恒温器装置经由第二流出通路与散热器连接，恒温器装置与内燃机连接，恒温器装置经由第三流出通路与第一流出通路连接；和电动水泵，电动水泵被构造成使内燃机的冷却剂循环。恒温器装置包括：第一流入口，第一流入口与第二流出通路连接；第二流入口，第二流入口与第三流出通路连接；阀，阀控制来自散热器的冷却剂的流量；恒温元件，恒温元件根据冷却剂的温度打开和关闭阀；流出部，冷却剂通过流出部流向内燃机；引导部，引导部将流过第二流入口的冷却剂朝向恒温元件引导；螺旋弹簧，螺旋弹簧偏压阀以关闭；和框架，框架支撑螺旋弹簧的下端部，所述框架具有狭缝，狭缝使来自引导部和恒温元件之间的冷却剂流出到流出部。

使用以上布置，在发动机的暖机期间，从电动水泵排出的冷却剂的流量降低，且冷却剂流的动量降低，使得流过第二流入口的冷却剂在到达恒温元件前可通过狭缝流出。因此，在暖机期间，被加温的冷却剂不太可能或不可能碰到恒温元件或与恒温元件接触且将阀打开；因此，可实现早期暖机。在暖机完成之后，从电动水泵排出的冷却剂的流量升高，且冷却剂流的动量升高，使得引导部使得流过第二流入口的冷却剂能够到达恒温元件，且被加温的冷却剂可与恒温元件形成接触。作为结果，在暖机完成之后，阀能够以良好的响应被打开，且可抑制过热。

电动水泵可被设置为使得来自恒温器装置的流出部的冷却剂流入电动水泵中。而且，恒温器装置可被安装在电动水泵的上部上。

利用以上布置，由于电动水泵的负压促进了冷却剂从狭缝的流出，使得在暖机期间被加温的冷却剂可被使得不太可能或不可能碰到恒温元件或与恒温元件接触。

恒温器装置可包括：螺旋弹簧，螺旋弹簧偏压阀以关闭；和框架，框架支撑螺旋弹簧的下端部，并且狭缝可被设置在框架上。

利用根据本发明的用于内燃机的冷却系统，可抑制过热同时保证早期暖机。

附图说明

本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术与工业意义将在下文中参考附图描述，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1是示意性地示出了根据一个实施例的冷却系统的构造的视图；

图2是示出了恒温器装置的内部结构的横截面图；

图3是恒温器装置的底视图；并且

图4是用于解释在流量高和流量低时通过暖机流入口流入到恒温器装置中的冷却剂的流动的视图。

具体实施方式

本发明的一个实施例将基于附图描述。在此实施例中，本发明应用于汽车用的发动机的冷却系统。

图1示意性地示出了根据实施例的冷却系统1的构造。如在图1中所示，冷却系统1包括冷却剂循环回路10。冷却剂循环回路10包括：电动水泵2，电动水泵2用于使冷却剂或冷却水循环；散热器3，散热器3冷却循环的冷却剂；和恒温器装置4，恒温器装置4直接安装在电动水泵2的上部上。电动水泵2操作以使冷却剂在冷却剂循环回路10中循环，使得发动机(内燃机)5通过冷却剂冷却。

发动机5例如是汽油发动机或柴油发动机，且包括气缸盖51和气缸体52。气缸盖侧水套51a形成在气缸盖51内部，且气缸体侧水套52a形成在气缸体52内部。在此实施例的发动机5中，气缸盖侧水套51a和气缸体侧水套52a相互连通。

冷却系统1包括泵排出通路11、发动机流出通路12(第一流出通路)、散热器返回通路13(第二流出通路)和暖机返回通路14(第三流出通路)作为将包括在冷却剂循环回路10中的各装置连接的冷却剂通路。

泵排出通路11将电动水泵2的排出口21与发动机5的气缸体侧水套52a连接。发动机流出通路12将发动机5的气缸盖侧水套51a与散热器3的上箱31连接。散热器返回通路13将散热器3的下箱32与恒温器装置4的散热器侧流入口41连接。暖机返回通路14将发动机流出通路12与恒温器装置4的暖机流入口42连接。散热器侧流入口41对应于以上所述的第一流入口(冷却剂从散热器流入的第一流入口)。而且，暖机流入口42对应于以上所述的第二流入口(绕过散热器的冷却剂流入的第二流入口)。

电动水泵2生成水流动或水流，以用于使冷却剂循环回路10中的冷却剂循环。电动水泵2具有马达(未示出)，马达以来自电池(未示出)的电力操作，且冷却剂的排出流量(每单位时间流动的排出量)可通过控制马达的转速而改变。即，根据来自ECU 100的泵转速指令信号控制电动水泵2的转速，使得排出流量被控制。通过根据冷却剂循环回路10中循环的冷却剂的温度生成泵转速指令信号，ECU 100控制电动水泵2的转速。电动水泵2的转速的控制将在以后描述。

散热器3例如是下流型的，且包括散热器芯33，散热器芯33被布置在上箱31和下箱32之间。在由上箱31收集的冷却剂朝向下箱32在散热器芯33内流下时，散热器3执行冷却剂和外部空气之间的热交换，以便将冷却剂的热释放到大气。

如在图2中所示(示出了恒温器装置4的内部结构的横截面图)，恒温器装置4具有：壳体43，壳体43由合成树脂形成；和恒温元件单元44，恒温元件单元44安装在壳体43的内部的中央内。

散热器侧流入口41形成在壳体43的上端部附近的侧面(图2中的背侧面)中，且形成散热器返回通路13的散热器返回管13A被连接到散热器侧流入口41。

如在图3(恒温器装置4的底视图)中所示，流出部45被设置在壳体43的下端部中。流出部45允许已流过恒温器装置4的内部的冷却剂朝向电动水泵2流出。冷却剂通过其流出的开口45a形成在流出部45的中间内。连接到电动水泵2的上端部的凸缘45b、45b形成在开口45a的径向外侧上。凸缘45b、45b设置有螺栓插入孔45c、45c。即，电动水泵2的上端部叠加在凸缘45b、45b的下侧上，且这些构件2、45b通过螺栓紧固一体地组装。以此方式，恒温器装置4的流出部45的开口45a与电动水泵2的吸入口连通，且已流过恒温器装置4的冷却剂适合于经由开口45a流入电动水泵2内。

因此，在冷却剂经过散热器返回通路13且从散热器侧流入口41流入到恒温器装置4内时，冷却剂在恒温器装置4内从上侧朝向下侧流动，且从流出部45的开口45a朝向电动水泵2流出。

暖机流入口42形成在壳体43的下端部附近的侧面(图2中的左侧面)中，且形成暖机返回通路14的暖机返回管14A被连接到暖机流入口42。

因此，已经过暖机返回通路14且从暖机流入口42已进入恒温器装置4的冷却剂在恒温器装置4的内部的下部内流动，且从流出部45的开口45a流出到电动水泵2内。

恒温元件单元44包括：恒温元件44a，恒温元件44a合并了响应于冷却剂的温度而膨胀和收缩的热膨胀体(热蜡)；和活塞44b，活塞44b由于热膨胀体的膨胀而前进(或相对于恒温元件44a向上移动)。活塞44b的上端部固定到通过使壳体43的上部的内壁突出形成的活塞支撑部43a。因此，随着活塞44b前进，恒温元件44a向下移动。

盘状阀44c附接到恒温元件44a。当阀44c与通过减小壳体43的内壁的直径而形成的阀座43b形成接触时，阀44c被置于关闭状态。阀44c被设置为用于控制来自散热器3的冷却剂的流量。

恒温元件单元44也包括螺旋弹簧44d，螺旋弹簧44d在阀关闭方向上偏压阀44c。螺旋弹簧44d的上端部与阀44c的下表面在抵接接触中。而且，螺旋弹簧44d的下端部由被设置在流出部45中的弹簧接收框架6支撑。螺旋弹簧44d安装到位，使得在阀44c和弹簧接收框架6之间压缩螺旋弹簧44d，以便将阀关闭方向(向上方向)上的偏压力施加到阀44c。

如在图3中所示，弹簧接收框架6具有接合件61、61，接合件61、61形成在弹簧接收框架6的外周部中在周向方向上具有180°的相位差的两个位置处。接合件61、61成形为径向向外突出，且由形成在壳体43的内周表面上的支撑突起43c、43c支撑，使得禁止接合件61、61旋转。接合件中的一个接合件61位于此处安装了暖机返回管14A的侧(图3中的左手侧)上，且另一个接合件61位于与此处安装了暖机返回管14A的侧相反的侧(图3中的右手侧)上。

恒温元件44a的下端部插入到形成在弹簧接收框架6的中央内的开口63内。因此，恒温元件单元44合并在壳体43内，使得活塞44b的上端部固定到活塞支撑部43a，且螺旋弹簧44d和恒温元件44a的下端部由弹簧接收框架6支撑。

在弹簧接收框架6中，弹簧接收框架6的除了此处形成了接合件61、61的部分之外的部分的外径设定为比开口45a的内径小。因此，在周向方向上延伸的空间S、S形成在开口45a的内边缘和弹簧接收框架6的外边缘之间。而且，在弹簧接收框架6的厚度方向上延伸通过弹簧接收框架6的狭缝62、62形成在弹簧接收框架6的接合件61、61中。狭缝62、62形成为长孔的形状，以在周向方向上延伸。因此，在流出部45中，空间S、S和狭缝62、62形成为将恒温器装置4的内部与电动水泵2连通的冷却剂流路。

利用如以上所述构造的恒温器装置4，在流入到恒温器装置4内的冷却剂的温度低时，合并在恒温元件44a内的热膨胀体收缩，且活塞44b收回(即相对于恒温元件44a向下移动)。作为结果，附接到恒温元件44a的阀44c相对向上移动，且抵靠阀座43b，以便在螺旋弹簧44d的偏压力下被关闭。在阀44c因此被置于关闭状态中的情况下，从散热器返回通路13的冷却剂的流入被切断。另一方面，如果流入到恒温器装置4内的冷却剂的温度升高，则合并在恒温元件44a中的热膨胀体膨胀，且活塞44b前进(即，相对于恒温元件44a向上移动)。作为结果，附接到恒温元件44a的阀44c抵抗螺旋弹簧44d的偏压力相对向下移动，以从阀座43b间隔开，使得阀44c被打开。在因此将阀44c置于打开状态中的情况下，允许从散热器返回通路13的冷却剂流入。

如以上所述，ECU 100根据冷却剂的温度输出泵转速指令信号，且控制电动水泵2的转速。

检测冷却剂的温度的水温传感器101和检测电动水泵2的转速的泵转速传感器102例如被连接到ECU 100，且ECU 100接收来自各传感器101、102的输出信号。水温传感器101例如安装在恒温器装置4的出口侧上。然而，水温传感器101的安装位置不限制于此位置。泵转速传感器102安装在电动水泵2中。

作为电动水泵2的转速控制的一个示例，在发动机5的暖机运转期间，电动水泵2的转速被设定为低，且排出流量降低。另一方面，在发动机5的暖机完成之后，电动水泵2的转速被设定为高，且排出流量升高。即，在暖机期间，使得电动水泵2的排出流量低于暖机完成之后的排出流量。在暖机完成之后，使得电动水泵2的排出流量高于暖机期间的排出流量。

将描述此实施例的一些特征性布置。

如在图2中所示，暖机流入口42呈在水平方向上(向图2中左侧)开放的开口的形式。暖机返回管14A在恒温器装置4的一侧处沿垂直方向延伸，且其下端位置被设定到恒温器装置4的侧面的下端位置附近。然后，暖机流入口42形成在壳体43的暖机返回管14A的侧面与之接触的部分中。因此，在暖机返回通路14的下游端部中，流过暖机返回管14A内的暖机返回通路14的冷却剂的流线的方向从图2中的向下方向改变为向右方向(朝向恒温器装置4的内部)。

暖机返回管14A具有将已流过暖机返回通路14的冷却剂朝向恒温元件44a引导的引导功能。

更具体地，暖机返回管14A的下端部的位于远离恒温器装置4的(或位于图2中的左手侧上的)内壁表面的部分形成为倾斜表面14a，倾斜表面14a朝向恒温器装置4向下倾斜。以此布置，可如上所述将冷却剂的流线的方向从向下方向改变为朝向恒温器装置4的内部的方向，同时抑制流速的降低。

而且，暖机返回管14A的底部14c具有水平表面14b，水平表面14b从倾斜表面14a的下边缘在水平方向上延伸，且暖机返回管14A的底部14c包括作为另一引导功能的引导部14d，引导部14d朝向恒温器装置4的内部延伸。引导部14d的水平尺寸(即，引导部14d朝向恒温器装置4的内部突出的尺寸)通过实验或仿真设定，使得在电动水泵2的排出流量被设定为高时，已流过暖机返回通路14的冷却剂可到达恒温元件44a。

因为接合件中的一个接合件61位于此处安装了暖机返回管14A的侧上，所以形成在此接合件61中的对应的狭缝62也位于此处安装了暖机返回管14A的侧上。即，狭缝62位于引导部14d和恒温元件44a之间，且位于暖机流入口42下方。即，狭缝62的尺寸和位置通过实验或仿真设定，使得在电动水泵2的排出流量被设定为低时，已流过暖机返回通路14的冷却剂在到达恒温元件44a之前可从狭缝62被排出。

然后，将描述冷却剂循环回路10中的冷却剂循环操作。

最初，在发动机5的冷启动时，冷却剂的温度低；因此，恒温元件44a的热膨胀体收缩，且恒温器装置4的阀44c关闭。

然后，电动水泵2被操作，使得冷却剂以说明的次序接连地循环通过电动水泵2、泵排出通路11、气缸体侧水套52a、气缸盖侧水套51a、发动机流出通路12、暖机返回通路14、恒温器装置4和电动水泵2。

因此，因为循环的冷却剂绕过了散热器3，所以冷却剂不被散热器3冷却，且发动机5被暖机。

此时，作为对于电动水泵2的控制，如以上所述，将电动水泵2的转速设定为低，使得排出流量降低。在流量低时，冷却剂流的动量降低，如通过图4中的轮廓箭头LF所指示，使得通过恒温器装置4的暖机流入口42流入的冷却剂在到达恒温元件44a之前通过狭缝62流出。即，在流量低时，来自暖机流入口42的冷却剂从引导部14d的远侧端流下或滴下，且指向狭缝62。此外，因为恒温器装置4的流出部45与电动水泵2的吸入口连接，所以由于电动水泵2的负压，促进了来自狭缝62的冷却剂的流出。因此，由发动机5加温的冷却剂不太可能或不可能碰到恒温元件44a或与恒温元件44a接触，且可使阀44c不太可能或不可能被不必要地打开。

然后，如果基于水温传感器101的输出信号检测到的冷却剂温度升高且达到暖机完成温度，则作为对于在暖机完成之后电动水泵2的控制，如以上描述，将电动水泵2的转速设定为高，且排出流量升高。在流量高时，冷却剂流的动量升高，如由图4的轮廓箭头HF所指示，使得从恒温器装置4的暖机流入口42流动的冷却剂被引导部14d引导，且到达恒温元件44a。即，由发动机5加温的冷却剂可与恒温元件44a形成接触，使得阀44c能够以良好的响应被打开。

在此情况中，除了由图1中实线的箭头所指示的冷却剂的循环之外，还执行了由图1中单点划线的箭头所指示的冷却剂的循环。即，冷却剂也以说明的次序接连地循环通过电动水泵2、泵排出通路11、气缸体侧水套52a、气缸盖侧水套51a、发动机流出通路12、散热器3、散热器返回通路13、恒温器装置4和电动水泵2。因此，已流过暖机返回通路14的冷却剂和已流过散热器返回通路13的冷却剂两者都流入到恒温器装置4内。然后，冷却剂的部分流过散热器3，且冷却剂的热被释放到大气。

在此实施例中，如以上所述，冷却系统包括：引导部14d，引导部14d将从暖机流入口42流动的冷却剂朝向恒温元件44a引导；和狭缝62，狭缝62被设置在流出部45中且位于引导部14d和恒温元件44a之间。以此布置，在暖机期间，通过降低电动水泵2的排出流量且降低冷却剂流的动量，在从暖机流入口42流动的冷却剂到达恒温元件44a之前，可允许冷却剂在通过狭缝62流出。因此，在暖机期间，已被加温的冷却剂不太可能或不可能碰到恒温元件44a或与恒温元件44a接触且打开阀44c，使得可实现早期暖机。因此，可改进燃料消耗率。在暖机完成之后，电动水泵2的排出流量升高，且冷却剂流的动量升高，使得从暖机流入口42流动的冷却剂可经由引导部14d到达恒温元件44a。因此，被加温的冷却剂可与恒温元件44a形成接触。作为结果，在暖机完成之后，阀44c能够以良好的响应被打开，使得可抑制过热。因此，可能抑制过热，同时保证早期暖机。

而且，在此实施例中，冷却剂从恒温器装置4的流出部45流入到电动水泵2内；因此，由于电动水泵2的负压促进了通过狭缝62的冷却剂的流出，且可使在暖机期间被加温的冷却剂不太可能或不可能碰到恒温元件44a或与恒温元件44a接触。

应理解的是，在此所公开的实施例在所有方面中是示例性的，且不提供用于受限制的解释的基础。因此，本发明的技术范围不应仅基于以上所述的实施例解释，而是基于所附的权利要求书的陈述限定。本发明的技术范围也包括权利要求书及其等同的意义和范围内的所有改变。

虽然本发明在图示的实施例中应用于汽车用的发动机的冷却系统，但本发明可应用于除了汽车用的发动机的冷却系统之外的冷却系统。

在图示的实施例中，加热器芯和其它装置可被设置在冷却剂循环回路10中。

本发明可使用在用于内燃机的冷却系统内，所述用于内燃机的冷却系统包括恒温器装置，恒温器装置切换被电动水泵循环的发动机的冷却剂的流动。

Claims (5)

1.一种用于内燃机的冷却系统，其特征在于包括：

散热器，所述散热器经由第一流出通路与所述内燃机连接；

恒温器装置，所述恒温器装置经由第二流出通路与所述散热器连接，所述恒温器装置与所述内燃机连接，所述恒温器装置经由第三流出通路与所述第一流出通路连接；

所述恒温器装置包括：

第一流入口，所述第一流入口与所述第二流出通路连接，

第二流入口，所述第二流入口与所述第三流出通路连接，

阀，所述阀控制来自所述散热器的冷却剂的流量，

恒温元件，所述恒温元件根据所述冷却剂的温度打开和关闭所述阀，

流出部，所述冷却剂通过所述流出部流向所述内燃机，

引导部，所述引导部将流过所述第二流入口的所述冷却剂朝向所述恒温元件引导，和

狭缝，所述狭缝使来自所述引导部和所述恒温元件之间的所述冷却剂流出到所述流出部；和

电动水泵，所述电动水泵被构造成使所述冷却剂循环。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述电动水泵被设置成使得来自所述恒温器装置的流出部的所述冷却剂流入到所述电动水泵中。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，

所述恒温器装置包括：螺旋弹簧，所述螺旋弹簧偏压所述阀以关闭；和框架，所述框架支撑所述螺旋弹簧的下端部，并且

所述狭缝被设置在所述框架上。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述恒温器装置被安装在所述电动水泵的上部上。

5.一种用于设置在冷却内燃机的冷却系统中的恒温器装置，

所述冷却系统包括：

散热器，所述散热器经由第一流出通路与所述内燃机连接，

恒温器装置，所述恒温器装置经由第二流出通路与所述散热器连接，所述恒温器装置与所述内燃机连接，所述恒温器装置经由第三流出通路与所述第一流出通路连接，和

电动水泵，所述电动水泵被构造成使冷却剂循环，

所述恒温器装置的特征在于包括：

第一流入口，所述第一流入口与所述第二流出通路连接；

第二流入口，所述第二流入口与所述第三流出通路连接；

阀，所述阀控制来自所述散热器的所述冷却剂的流量；

恒温元件，所述恒温元件根据所述冷却剂的温度打开和关闭所述阀；

流出部，所述冷却剂通过所述流出部流向所述内燃机；

引导部，所述引导部将流过所述第二流入口的所述冷却剂朝向所述恒温元件引导；

螺旋弹簧，所述螺旋弹簧偏压所述阀以关闭；和

框架，所述框架支撑所述螺旋弹簧的下端部，所述框架具有狭缝，所述狭缝使来自所述引导部和所述恒温元件之间的所述冷却剂流出到所述流出部。