CN1247273A - 用于防止全球变暖的汽车发动机的电子控制冷却系统 - Google Patents

用于防止全球变暖的汽车发动机的电子控制冷却系统 Download PDF

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Abstract

一种冷却系统具有散热器、冷却风扇、和恒温器。恒温器具有一壳,壳有一法兰盘;一传动杆;一引导构件;一弹性密封滑阀;一热敏圆筒;装于热敏圆筒内以封闭密封滑阀的蜡丸。法兰盘具有用于通过冷却液的孔,使复位弹簧的弹簧常数减小一半,和使弹性密封滑阀的厚度处于传动杆直径的25%与5%之间;还通过电子控制系统把冷却风扇开关连接于恒温器,使冷却液的上限温度变为很低的温度。

Description

用于防止全球变暖的 汽车发动机的电子控制冷却系统
本发明涉及一种电子控制冷却系统，用于控制防止全球变暖的汽车发动机冷却液的温度。
参照图6，图中示出一个用于汽车发动机的常规冷却系统，该系统有一个置于水套20的入口侧通道中的恒温器1。
冷却系统包括一个置于水套20的上出口21与散热器22的上入口23之间的第一冷却液通道24，和一个置于散热器22的下出口25与水套20的下入口29之间的第二冷却液通道30，通道30包含一个恒温器帽26，一个恒温器壳27和一个水泵28。在第一通道24的接合处J与恒温器壳27之间提供一个旁路道31，以连通第一通道24与第二通道30而不通过散热器22。把恒温器1用恒温器帽26密封地固定于壳27上。恒温器1具有一个用于关闭第二通道30的主阀12，和一个用于关闭旁路通道31的旁通口32的旁通阀15。
在图6中，参考符号A’表示一个测量点，用于测量壳27中冷却液的温度，参考符号B’表示在靠近恒温器帽26的第二通道30中提供的测量点，和参考符号C表示用于测量第二通道30中冷却液流量的测量点。参考号33表示一个冷却风扇。
恒温器1用一个热传动装置操作。热传动装置包括一个传动钢杆和一个可与该杆滑动地接合的弹性密封滑阀。在一个装满蜡丸的热敏圆筒中插入密封滑阀。
如图7所示，在恒温器1的法兰盘16中形成一个孔眼19，并且在孔眼19中可移动地接合一个带有跳动阀18的跳动阀机构17。
在发动机工作期间，由第二冷却液通道30中的冷却液的压力关闭跳动阀18，如图7所示。当发动机停止时，跳动阀打开，从而能够在箭头方向供应冷却液。
在冷发动机状态期间，恒温器1的主阀12是关闭的，如图6所示，并且跳动阀18也是由冷却液的压力关闭的，而与主阀12连成一体的旁通阀15是完全打开的。这样，从水套20的出口21抽出的冷却液就不通过散热器22。如箭头所示，通过第一通道24的接合处J、旁路通道31、壳27、和水套20的入口29，用水泵28循环冷却液。这样，壳27中冷却液的温度迅速上升。
然而，因为散热器22和恒温器帽26中冷却液是不循环的，故其中冷却液温度B的温升率是缓慢的。因此，如图8的记录中所示，甚至在A’点的温度A变成主阀12打开温度，即87℃以后，在B’点的温度B也只有45℃。在A温度与B之间的温差达42℃。
当恒温器1的主阀12打开时，从散热器22的下出口25抽出低温冷却液，并把它通过第二通道30送到恒温器壳27。因此，在B’点的冷却液温度B又降低13℃。结果，在通道30中冷却液的温度B与壳27中冷却液的温度A之间的温差增大到55℃。用阴影线表示的部分的区域说明在此期间的能量损失。会了解，横坐标的时间表示从温度A为60℃时开始经过的时间。
因为恒温器1的热敏感性是低的，故恒温器的响应迟于冷却液温度的变化。因此，在温度已变成比预定打开温度87℃高得多以后，主阀12才打开。在冷却液温度已下降到比预定关闭温度低得多以后，主阀12才关闭。因此，主阀12被反复打开和关闭。当主阀关闭时，在主阀12的上游产生一个冲击压力。
热过度上冲会引起发动机的汽缸体和汽缸盖破裂，而冲击压力会引起恒温器1和散热器22破坏。
如上所述，因为跳动阀机构是能量损失和发动机故障的来源，故从目前恒温器中去除跳动阀机构。此外，还在恒温器的法兰盘16中形成一个小孔19a(图4)。主阀12的外侧与内侧上所施加的压力变成彼此相等。复位弹簧的弹簧常数被减小一半。此外，密封滑阀的厚度极薄(厚度为传动杆直径的5％至25％)，用于阀提升的蜡压力被降低。
图1是升程对冷却液温度的曲线说明图。曲线x表示本发明的阀门升程，而曲线y表示常规的阀门升程。陡曲线段范围是固体蜡状态。
在常规阀曲线y情况下，主阀在72℃打开，在固体蜡状态的结束温度87℃时的升程只有9.6mm。此外，提升率由于液体蜡状态而减小，当升程变为12mm时，冷却液温度升到高达123℃的温度。
本发明的主阀12也在72℃打开，但当升程达到12mm时，冷却液温度为85℃，如曲线x所示，属于固体蜡状态范围内。
图1中直线z-z’表示81℃的上限。阴影区表示本发明的流量与常规阀流量之差。曲线x在81℃的升程是6mm，而曲线y的升程是3mm。因此，x的流量两倍于y的流量。
不必担心冷却液流过法兰盘16上小孔19a(图4)会需要较长的空转升温期，因为在计算机控制的节流阀体中装有低温起动燃料喷射器。
在冷却系统中，本发明的风扇开关连接于恒温器，当冷却液温度达到81℃时，冷却风扇工作。因为冷却液在81℃的流量两倍于常规恒温器的流量，故冷却液温度迅速上升，从而保持81℃的冷却液温度。
然而，冷却风扇的上限不限于81℃。最好是根据试验，把温度设置成尽量低的有效值。
本发明之目的在于提供一种具有蜡式恒温器的冷却系统，其主阀具有的流量是常规恒温器流量的两倍。
此外，一个冷却风扇开关通过一个电子控制系统连接于恒温器，从而防止全球变暖。
从参照附图的下列详述中，会更清楚地了解本发明的这些和其它目的和特征。
在附图中：
图1是曲线图，说明本发明恒温器中阀门升程和常规阀门升程随温度的变化。
图2和3是本发明恒温器的侧视剖面图；
图4是本发明恒温器的侧视图；
图5是剖面图，说明用于阀门提升的试验机；
图6是用于汽车发动机的常规冷却系统的示意图；
图7是常规恒温器的跳动阀机构；
图8是曲线图，说明常规系统冷却液的温度和流量随时间的变化；
图9a是冷却风扇开关的剖面图；
图9b示出一个侧视图，以原尺寸说明图9a的冷却风扇开关；
图10是曲线图，说明冷却液温度随经历时间的变化。
图11是电路图，说明电子控制系统；和
图12是示意图，说明根据本发明的冷却系统。
图2说明关闭状态的主阀12，而图3说明打开状态的主阀12。本发明的恒温器1具有一个形成阀座9的壳10(图3)，和一个固定于壳10的法兰盘16上的架11。
热传动器2包括一个传动钢杆3；一个引导构件4，它可滑动地安装于杆3上；和一个弹性密封滑阀5，它密封地固定于引导构件4上，并且滑动地接合于杆3。密封滑阀5的袋部分的厚度是杆3直径的5％至25％。在密封滑阀5与杆3之间的空间装满润滑油6。在用蜡丸7装满的热敏圆筒8中插入密封滑阀5。圆筒8的一端牢固地接合引导构件4，借此形成热传动器2。
热传动器的杆3在顶部14固定于壳10，而主阀12固定于引导构件4。在主阀12与架11底之间安装一个围绕圆筒8放置的复位螺簧13。一个旁通阀15可滑动地安装于一个在圆筒8上固定的轴14A上，并且用一个螺簧14a弹性地保持于轴14A上，法兰盘16具有一个小孔19a(图4)，用于把恒温器壳中的空间(图12的A’)和恒温器帽26中的通道(图12的B’)连通起来。结果，能够把复位弹簧13的弹簧常数减小到常规弹簧的弹簧常数的一半。
图2说明处于关闭状态的主阀12。当冷却液的温度上升至超过恒温器1的预定值时，热导圆筒8中的蜡7膨胀。这就把密封滑阀5压到杆3上。因为杆3固定于壳10上，故圆筒8反抗弹簧13力而向下移动，借此打开主阀12，并且用旁通阀15关闭旁通口32(图3)。当冷却液温度下降时，蜡收缩。这样，螺簧13使主阀12移向关闭位置。
图5示出一个试验机，用于测量相对于加到密封滑阀上的压力的主阀12的升程。在试验机中，用油压力取代蜡压力。
在试验机中安上一个热传动器36，切除其热敏圆筒，以观察弹性密封滑阀39。在密封滑阀39与杆40之间的空间装以润滑油41。能通过开口37和透明塑料管38观察密封滑阀39。试验机具有一个用弹簧42向下加力的可滑动杆34。杆34的顶部接触一个刻度盘指示器(未示出)的杆43。从入口35供应油。
表1对油压力与主阀12的升程之间的关系，示出由图5的试验机实际测出的数值。
                          表1
                      压力-升程
热传动器(A)升程 热传动器(B)升程 热传动器(C)升程
  Kg/cm2      mm      mm      mm
    0      0      0      0
    10      0      0      0
    20      0      0      0
    30      0      0      0
    40      0      0      0
    50      0      0.4      0.4
    60      0      1.5      2.6
    70      0      2.8      5.0
    80      0.6      6.2      7.8
    90      1.6      9.5      10.0
    100      2.5      10.0
    110      5.5
    120      8.0
    130      9.5
    140      10.0
                 复位弹簧的弹簧常数＝0.55Kg/mm
在表1中，热传动器(A)具有3.8mm直径的杆3和1.7mm厚(直径的45％)的密封滑阀，热传动器(B)具有4.5mm直径的杆和1.25mm厚(25％)的密封滑阀，和热传动器(C)具有4.5mm直径的杆和0.225mm(5％)的密封滑阀。复位弹簧13的弹簧常数是0.55Kg/mm。因为热传动器(A)具有1.7mm的大厚度，故升程在80Kg/cm2的起始压力下是0.6mm。
虽然用于杆3的起始压力，对于热传动器(B)和(C)来说，都是50Kg/cm2，并且升程同为0.4mm，但热传动器(C)的杆由于0.225mm的极小厚度而被90Kg/cm2的压力提升10mm。而对于热传动器(B)，100Kg/cm2的大压力是需要的。
表2示出实际测量值。
                         表2
         压力-升程
热传动器(D)升程
    Kg/cm2        mm
     0
     10
     20
     30      0.3
     40      4.0
     50      9.5
     60      13.5
    复位弹簧的弹簧常数：0.27Kg/mm
热传动器(D)具有与热传动器(C)相同的杆直径和密封滑阀厚度，但弹簧常数从0.55Kg/mm的常规值减小到0.27Kg/mm。杆在30Kg/cm2的起始压力下被提升0.3mm，而在60Kg/cm2的压力下被提升13.5mm。
图9a是一个带有半导体热传感器44的冷却风扇开关45的剖面图，和图9b是一个原尺寸的开关45的侧视图。冷却风扇开关45包括一个主体46和一个通过套52固定于密封塞绳49的正端47，套52用绝缘板51固定。传感器44的负端48连接于一个与正密封塞绳49类似的负密封塞绳50。把环氧树脂之类的绝缘树脂从一个开口53灌入开关45内，以固化其内部部件。冷却风扇开关例如也在75.5℃闭合。
图10是曲线图，说明冷却液温度相对于经历时间的变化。当冷却液温度A(在图12的A’点)达到75.5℃时，冷却风扇开关闭合，使冷却风扇起动。因此，冷却液温度降和升，从而温度以恒定幅度周期地变化，其幅度处于75.5℃与一个较低温度之间，如图所示。温度不超过75.5℃。温度B维持于75.5℃左右。
在冷却风扇开关45被闭合的时候，冷却风扇是由于其惯性而在继续转动的。因此，起动电机的转矩是很小的，从而可减小振动和噪声。
图11说明一个电子控制系统，其中，在作为中心的电子控制单元55上，通过密封塞绳49，50和连接器56等分别连接冷却风扇开关45，冷却风扇电机54，和电源12V；其中还包括冷却风扇33和散热器22。
电子控制单元55由一个装有电子电路部件电路板的立方体(44mm×34mm×20mm)铝盒组成。
以DC/DC变换器为x-y中心线，把电子控制系统分成右边的5V系统控制电路，和左边的12V系统控制电路。
提供第一级电压比较器，以放大和转换用于冷却风扇开关45的信号，其后有用于稳定5V的信号转换电路。
提供最终级功率MOS-FET驱动器，以开关冷却风扇电机。该驱动器是一个稳定的5V系统控制电路，从而开关操作是稳定的。
在普通风扇电机电路中，起动时电压从12V降到7.5V，使电机工作不正常。然而，电子控制单元55保持12V恒定，借此把开关操作控制成永久平稳。
因此，不容许还用散热器22和冷却风扇32去冷却空调器中冷凝用的冷却器，象常规冷却系统情况一样。用于空调器的散热器和冷却风扇被置于另一处。
图12根据本发明说明机动车辆冷却系统的一个实例。与图6所示发动机冷却系统相同的部件用相同的标号表示。虽然为说明方便起见，壳27和水泵28是分开的，但实际上，壳27和水泵28都直接连接于水套20上。因此，冷却风扇开关35连接于一个水套冷却水流入其中的适当位置上(有多种选择)。在恒温器中，密封滑阀具有小的厚度，形成一个小孔以取代跳动阀，复位弹簧的弹簧常数减小一半；此外，还通过电子控制系统把一个冷却风扇开关连接于恒温器，把本发明的冷却液的上限温度从常规恒温器的123℃将低到81℃或更低。因此，发动机的寿命得以延长，燃料消耗和NOx及CO2的排放也同样大为减小，从而有助于防止全球变暖。
虽已结合优选实施例描述了本发明，但会了解，这种描述只用于说明，而不限制本发明的范围，该范围由下面的权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于汽车发动机的电子控制冷却系统，包括：
一个散热器，用于冷却汽车发动机的冷却液；
一个冷却风扇，用于冷却散热器中冷却液；和
一个恒温器，它具有一个壳、壳带有一个用于把它连接于管道构件的法兰盘，一个以其第一端固定于壳的传动杆，一个可滑动地安装于传动杆的引导构件，一个装于传动杆第二端部周围的弹性密封滑阀，一个安放弹性密封滑阀的热敏圆筒，一些装于热敏圆筒中以封闭弹性密封滑阀的蜡丸，一种装于弹性密封滑阀与传动杆之间空间的润滑油，一个装于引导构件上的主阀，和一个用于把主阀推向在法兰盘上形成的阀座的复位弹簧；
并且其中：
法兰盘具有至少一个用于通过冷却液的孔，可使复位弹簧的弹簧常数减小，和使弹性密封滑阀的厚度处于传动杆直径的25％与5％之间；和
通过一个电子控制系统把一个冷却风扇开关连接于恒温器，以便在81℃以下或更低的冷却液温度去起动冷却风扇，从而把冷却液的上限温度变成很低的温度。
2.根据权利要求1的电子控制冷却系统，其中，冷却风扇开关装进一个半导体热传感器，并且分别连接于正和负密封塞绳。
3.根据权利要求1的电子控制冷却系统，其中，电子控制系统包括一个冷却风扇开关，一个冷却风扇电机，一个电子控制装置和一个电源；并且还把冷却风扇和散热器连接于作为中心的电子控制装置上。
4.根据权利要求1的电子控制冷却系统，其中，散热器和冷却风扇不用于冷却空调器中冷凝用的冷凝器，即不象用于常规冷却系统的情况。
5.根据权利要求2的电子控制冷却系统，其中，冷却风扇开关是无触点的。
6.根据权利要求2的电子控制冷却系统，其中，正和负密封塞绳是用环氧树脂填充固定的。
7.根据权利要求3的电子控制冷却系统，其中，电子控制装置包括一个DC/DC变换器，并且冷却风扇电机是由一个电子控制装置中的功率MOS-FET驱动的。
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