專利名稱：用于防止全球變暖的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子控制冷卻系統(tǒng)，用于控制防止全球變暖的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度。
參照?qǐng)D6，圖中示出一個(gè)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個(gè)置于水套20的入口側(cè)通道中的恒溫器1。
冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)置于水套20的上出口21與散熱器22的上入口23之間的第一冷卻液通道24，和一個(gè)置于散熱器22的下出口25與水套20的下入口29之間的第二冷卻液通道30，通道30包含一個(gè)恒溫器帽26，一個(gè)恒溫器殼27和一個(gè)水泵28。在第一通道24的接合處J與恒溫器殼27之間提供一個(gè)旁路道31，以連通第一通道24與第二通道30而不通過散熱器22。把恒溫器1用恒溫器帽26密封地固定于殼27上。恒溫器1具有一個(gè)用于關(guān)閉第二通道30的主閥12，和一個(gè)用于關(guān)閉旁路通道31的旁通口32的旁通閥15。
在圖6中，參考符號(hào)A’表示一個(gè)測量點(diǎn)，用于測量殼27中冷卻液的溫度，參考符號(hào)B’表示在靠近恒溫器帽26的第二通道30中提供的測量點(diǎn)，和參考符號(hào)C表示用于測量第二通道30中冷卻液流量的測量點(diǎn)。參考號(hào)33表示一個(gè)冷卻風(fēng)扇。
恒溫器1用一個(gè)熱傳動(dòng)裝置操作。熱傳動(dòng)裝置包括一個(gè)傳動(dòng)鋼桿和一個(gè)可與該桿滑動(dòng)地接合的彈性密封滑閥。在一個(gè)裝滿蠟丸的熱敏圓筒中插入密封滑閥。
如圖7所示，在恒溫器1的法蘭盤16中形成一個(gè)孔眼19，并且在孔眼19中可移動(dòng)地接合一個(gè)帶有跳動(dòng)閥18的跳動(dòng)閥機(jī)構(gòu)17。
在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，由第二冷卻液通道30中的冷卻液的壓力關(guān)閉跳動(dòng)閥18，如圖7所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)，跳動(dòng)閥打開，從而能夠在箭頭方向供應(yīng)冷卻液。
在冷發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)期間，恒溫器1的主閥12是關(guān)閉的，如圖6所示，并且跳動(dòng)閥18也是由冷卻液的壓力關(guān)閉的，而與主閥12連成一體的旁通閥15是完全打開的。這樣，從水套20的出口21抽出的冷卻液就不通過散熱器22。如箭頭所示，通過第一通道24的接合處J、旁路通道31、殼27、和水套20的入口29，用水泵28循環(huán)冷卻液。這樣，殼27中冷卻液的溫度迅速上升。
然而，因?yàn)樯崞?2和恒溫器帽26中冷卻液是不循環(huán)的，故其中冷卻液溫度B的溫升率是緩慢的。因此，如圖8的記錄中所示，甚至在A’點(diǎn)的溫度A變成主閥12打開溫度，即87℃以后，在B’點(diǎn)的溫度B也只有45℃。在A溫度與B之間的溫差達(dá)42℃。
當(dāng)恒溫器1的主閥12打開時(shí)，從散熱器22的下出口25抽出低溫冷卻液，并把它通過第二通道30送到恒溫器殼27。因此，在B’點(diǎn)的冷卻液溫度B又降低13℃。結(jié)果，在通道30中冷卻液的溫度B與殼27中冷卻液的溫度A之間的溫差增大到55℃。用陰影線表示的部分的區(qū)域說明在此期間的能量損失。會(huì)了解，橫坐標(biāo)的時(shí)間表示從溫度A為60℃時(shí)開始經(jīng)過的時(shí)間。
因?yàn)楹銣仄?的熱敏感性是低的，故恒溫器的響應(yīng)遲于冷卻液溫度的變化。因此，在溫度已變成比預(yù)定打開溫度87℃高得多以后，主閥12才打開。在冷卻液溫度已下降到比預(yù)定關(guān)閉溫度低得多以后，主閥12才關(guān)閉。因此，主閥12被反復(fù)打開和關(guān)閉。當(dāng)主閥關(guān)閉時(shí)，在主閥12的上游產(chǎn)生一個(gè)沖擊壓力。
熱過度上沖會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體和汽缸蓋破裂，而沖擊壓力會(huì)引起恒溫器1和散熱器22破壞。
如上所述，因?yàn)樘鴦?dòng)閥機(jī)構(gòu)是能量損失和發(fā)動(dòng)機(jī)故障的來源，故從目前恒溫器中去除跳動(dòng)閥機(jī)構(gòu)。此外，還在恒溫器的法蘭盤16中形成一個(gè)小孔19a(圖4)。主閥12的外側(cè)與內(nèi)側(cè)上所施加的壓力變成彼此相等。復(fù)位彈簧的彈簧常數(shù)被減小一半。此外，密封滑閥的厚度極薄(厚度為傳動(dòng)桿直徑的5％至25％)，用于閥提升的蠟壓力被降低。


圖1是升程對(duì)冷卻液溫度的曲線說明圖。曲線x表示本發(fā)明的閥門升程，而曲線y表示常規(guī)的閥門升程。陡曲線段范圍是固體蠟狀態(tài)。
在常規(guī)閥曲線y情況下，主閥在72℃打開，在固體蠟狀態(tài)的結(jié)束溫度87℃時(shí)的升程只有9.6mm。此外，提升率由于液體蠟狀態(tài)而減小，當(dāng)升程變?yōu)?2mm時(shí)，冷卻液溫度升到高達(dá)123℃的溫度。
本發(fā)明的主閥12也在72℃打開，但當(dāng)升程達(dá)到12mm時(shí)，冷卻液溫度為85℃，如曲線x所示，屬于固體蠟狀態(tài)范圍內(nèi)。
圖1中直線z-z’表示81℃的上限。陰影區(qū)表示本發(fā)明的流量與常規(guī)閥流量之差。曲線x在81℃的升程是6mm，而曲線y的升程是3mm。因此，x的流量兩倍于y的流量。
不必?fù)?dān)心冷卻液流過法蘭盤16上小孔19a(圖4)會(huì)需要較長的空轉(zhuǎn)升溫期，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制的節(jié)流閥體中裝有低溫起動(dòng)燃料噴射器。
在冷卻系統(tǒng)中，本發(fā)明的風(fēng)扇開關(guān)連接于恒溫器，當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到81℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇工作。因?yàn)槔鋮s液在81℃的流量兩倍于常規(guī)恒溫器的流量，故冷卻液溫度迅速上升，從而保持81℃的冷卻液溫度。
然而，冷卻風(fēng)扇的上限不限于81℃。最好是根據(jù)試驗(yàn)，把溫度設(shè)置成盡量低的有效值。
本發(fā)明之目的在于提供一種具有蠟式恒溫器的冷卻系統(tǒng)，其主閥具有的流量是常規(guī)恒溫器流量的兩倍。
此外，一個(gè)冷卻風(fēng)扇開關(guān)通過一個(gè)電子控制系統(tǒng)連接于恒溫器，從而防止全球變暖。
從參照附圖的下列詳述中，會(huì)更清楚地了解本發(fā)明的這些和其它目的和特征。
在附圖中圖1是曲線圖，說明本發(fā)明恒溫器中閥門升程和常規(guī)閥門升程隨溫度的變化。
圖2和3是本發(fā)明恒溫器的側(cè)視剖面圖；圖4是本發(fā)明恒溫器的側(cè)視圖；圖5是剖面圖，說明用于閥門提升的試驗(yàn)機(jī)；圖6是用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖7是常規(guī)恒溫器的跳動(dòng)閥機(jī)構(gòu)；圖8是曲線圖，說明常規(guī)系統(tǒng)冷卻液的溫度和流量隨時(shí)間的變化；
圖9a是冷卻風(fēng)扇開關(guān)的剖面圖；圖9b示出一個(gè)側(cè)視圖，以原尺寸說明圖9a的冷卻風(fēng)扇開關(guān)；圖10是曲線圖，說明冷卻液溫度隨經(jīng)歷時(shí)間的變化。
圖11是電路圖，說明電子控制系統(tǒng)；和圖12是示意圖，說明根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)。
圖2說明關(guān)閉狀態(tài)的主閥12，而圖3說明打開狀態(tài)的主閥12。本發(fā)明的恒溫器1具有一個(gè)形成閥座9的殼10(圖3)，和一個(gè)固定于殼10的法蘭盤16上的架11。
熱傳動(dòng)器2包括一個(gè)傳動(dòng)鋼桿3；一個(gè)引導(dǎo)構(gòu)件4，它可滑動(dòng)地安裝于桿3上；和一個(gè)彈性密封滑閥5，它密封地固定于引導(dǎo)構(gòu)件4上，并且滑動(dòng)地接合于桿3。密封滑閥5的袋部分的厚度是桿3直徑的5％至25％。在密封滑閥5與桿3之間的空間裝滿潤滑油6。在用蠟丸7裝滿的熱敏圓筒8中插入密封滑閥5。圓筒8的一端牢固地接合引導(dǎo)構(gòu)件4，借此形成熱傳動(dòng)器2。
熱傳動(dòng)器的桿3在頂部14固定于殼10，而主閥12固定于引導(dǎo)構(gòu)件4。在主閥12與架11底之間安裝一個(gè)圍繞圓筒8放置的復(fù)位螺簧13。一個(gè)旁通閥15可滑動(dòng)地安裝于一個(gè)在圓筒8上固定的軸14A上，并且用一個(gè)螺簧14a彈性地保持于軸14A上，法蘭盤16具有一個(gè)小孔19a(圖4)，用于把恒溫器殼中的空間(圖12的A’)和恒溫器帽26中的通道(圖12的B’)連通起來。結(jié)果，能夠把復(fù)位彈簧13的彈簧常數(shù)減小到常規(guī)彈簧的彈簧常數(shù)的一半。
圖2說明處于關(guān)閉狀態(tài)的主閥12。當(dāng)冷卻液的溫度上升至超過恒溫器1的預(yù)定值時(shí)，熱導(dǎo)圓筒8中的蠟7膨脹。這就把密封滑閥5壓到桿3上。因?yàn)闂U3固定于殼10上，故圓筒8反抗彈簧13力而向下移動(dòng)，借此打開主閥12，并且用旁通閥15關(guān)閉旁通口32(圖3)。當(dāng)冷卻液溫度下降時(shí)，蠟收縮。這樣，螺簧13使主閥12移向關(guān)閉位置。
圖5示出一個(gè)試驗(yàn)機(jī)，用于測量相對(duì)于加到密封滑閥上的壓力的主閥12的升程。在試驗(yàn)機(jī)中，用油壓力取代蠟壓力。
在試驗(yàn)機(jī)中安上一個(gè)熱傳動(dòng)器36，切除其熱敏圓筒，以觀察彈性密封滑閥39。在密封滑閥39與桿40之間的空間裝以潤滑油41。能通過開口37和透明塑料管38觀察密封滑閥39。試驗(yàn)機(jī)具有一個(gè)用彈簧42向下加力的可滑動(dòng)桿34。桿34的頂部接觸一個(gè)刻度盤指示器(未示出)的桿43。從入口35供應(yīng)油。
表1對(duì)油壓力與主閥12的升程之間的關(guān)系，示出由圖5的試驗(yàn)機(jī)實(shí)際測出的數(shù)值。
表1
在表1中，熱傳動(dòng)器(A)具有3.8mm直徑的桿3和1.7mm厚(直徑的45％)的密封滑閥，熱傳動(dòng)器(B)具有4.5mm直徑的桿和1.25mm厚(25％)的密封滑閥，和熱傳動(dòng)器(C)具有4.5mm直徑的桿和0.225mm(5％)的密封滑閥。復(fù)位彈簧13的彈簧常數(shù)是0.55Kg/mm。因?yàn)闊醾鲃?dòng)器(A)具有1.7mm的大厚度，故升程在80Kg/cm2的起始?jí)毫ο率?.6mm。
雖然用于桿3的起始?jí)毫?，?duì)于熱傳動(dòng)器(B)和(C)來說，都是50Kg/cm2，并且升程同為0.4mm，但熱傳動(dòng)器(C)的桿由于0.225mm的極小厚度而被90Kg/cm2的壓力提升10mm。而對(duì)于熱傳動(dòng)器(B)，100Kg/cm2的大壓力是需要的。
表2示出實(shí)際測量值。
表2
熱傳動(dòng)器(D)具有與熱傳動(dòng)器(C)相同的桿直徑和密封滑閥厚度，但彈簧常數(shù)從0.55Kg/mm的常規(guī)值減小到0.27Kg/mm。桿在30Kg/cm2的起始?jí)毫ο卤惶嵘?.3mm，而在60Kg/cm2的壓力下被提升13.5mm。
圖9a是一個(gè)帶有半導(dǎo)體熱傳感器44的冷卻風(fēng)扇開關(guān)45的剖面圖，和圖9b是一個(gè)原尺寸的開關(guān)45的側(cè)視圖。冷卻風(fēng)扇開關(guān)45包括一個(gè)主體46和一個(gè)通過套52固定于密封塞繩49的正端47，套52用絕緣板51固定。傳感器44的負(fù)端48連接于一個(gè)與正密封塞繩49類似的負(fù)密封塞繩50。把環(huán)氧樹脂之類的絕緣樹脂從一個(gè)開口53灌入開關(guān)45內(nèi)，以固化其內(nèi)部部件。冷卻風(fēng)扇開關(guān)例如也在75.5℃閉合。
圖10是曲線圖，說明冷卻液溫度相對(duì)于經(jīng)歷時(shí)間的變化。當(dāng)冷卻液溫度A(在圖12的A’點(diǎn))達(dá)到75.5℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇開關(guān)閉合，使冷卻風(fēng)扇起動(dòng)。因此，冷卻液溫度降和升，從而溫度以恒定幅度周期地變化，其幅度處于75.5℃與一個(gè)較低溫度之間，如圖所示。溫度不超過75.5℃。溫度B維持于75.5℃左右。
在冷卻風(fēng)扇開關(guān)45被閉合的時(shí)候，冷卻風(fēng)扇是由于其慣性而在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的。因此，起動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是很小的，從而可減小振動(dòng)和噪聲。
圖11說明一個(gè)電子控制系統(tǒng)，其中，在作為中心的電子控制單元55上，通過密封塞繩49，50和連接器56等分別連接冷卻風(fēng)扇開關(guān)45，冷卻風(fēng)扇電機(jī)54，和電源12V；其中還包括冷卻風(fēng)扇33和散熱器22。
電子控制單元55由一個(gè)裝有電子電路部件電路板的立方體(44mm×34mm×20mm)鋁盒組成。
以DC/DC變換器為x-y中心線，把電子控制系統(tǒng)分成右邊的5V系統(tǒng)控制電路，和左邊的12V系統(tǒng)控制電路。
提供第一級(jí)電壓比較器，以放大和轉(zhuǎn)換用于冷卻風(fēng)扇開關(guān)45的信號(hào)，其后有用于穩(wěn)定5V的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。
提供最終級(jí)功率MOS-FET驅(qū)動(dòng)器，以開關(guān)冷卻風(fēng)扇電機(jī)。該驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)穩(wěn)定的5V系統(tǒng)控制電路，從而開關(guān)操作是穩(wěn)定的。
在普通風(fēng)扇電機(jī)電路中，起動(dòng)時(shí)電壓從12V降到7.5V，使電機(jī)工作不正常。然而，電子控制單元55保持12V恒定，借此把開關(guān)操作控制成永久平穩(wěn)。
因此，不容許還用散熱器22和冷卻風(fēng)扇32去冷卻空調(diào)器中冷凝用的冷卻器，象常規(guī)冷卻系統(tǒng)情況一樣。用于空調(diào)器的散熱器和冷卻風(fēng)扇被置于另一處。
圖12根據(jù)本發(fā)明說明機(jī)動(dòng)車輛冷卻系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。與圖6所示發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。雖然為說明方便起見，殼27和水泵28是分開的，但實(shí)際上，殼27和水泵28都直接連接于水套20上。因此，冷卻風(fēng)扇開關(guān)35連接于一個(gè)水套冷卻水流入其中的適當(dāng)位置上(有多種選擇)。在恒溫器中，密封滑閥具有小的厚度，形成一個(gè)小孔以取代跳動(dòng)閥，復(fù)位彈簧的彈簧常數(shù)減小一半；此外，還通過電子控制系統(tǒng)把一個(gè)冷卻風(fēng)扇開關(guān)連接于恒溫器，把本發(fā)明的冷卻液的上限溫度從常規(guī)恒溫器的123℃將低到81℃或更低。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命得以延長，燃料消耗和NOx及CO2的排放也同樣大為減小，從而有助于防止全球變暖。
雖已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但會(huì)了解，這種描述只用于說明，而不限制本發(fā)明的范圍，該范圍由下面的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制冷卻系統(tǒng)，包括一個(gè)散熱器，用于冷卻汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液；一個(gè)冷卻風(fēng)扇，用于冷卻散熱器中冷卻液；和一個(gè)恒溫器，它具有一個(gè)殼、殼帶有一個(gè)用于把它連接于管道構(gòu)件的法蘭盤，一個(gè)以其第一端固定于殼的傳動(dòng)桿，一個(gè)可滑動(dòng)地安裝于傳動(dòng)桿的引導(dǎo)構(gòu)件，一個(gè)裝于傳動(dòng)桿第二端部周圍的彈性密封滑閥，一個(gè)安放彈性密封滑閥的熱敏圓筒，一些裝于熱敏圓筒中以封閉彈性密封滑閥的蠟丸，一種裝于彈性密封滑閥與傳動(dòng)桿之間空間的潤滑油，一個(gè)裝于引導(dǎo)構(gòu)件上的主閥，和一個(gè)用于把主閥推向在法蘭盤上形成的閥座的復(fù)位彈簧；并且其中法蘭盤具有至少一個(gè)用于通過冷卻液的孔，可使復(fù)位彈簧的彈簧常數(shù)減小，和使彈性密封滑閥的厚度處于傳動(dòng)桿直徑的25％與5％之間；和通過一個(gè)電子控制系統(tǒng)把一個(gè)冷卻風(fēng)扇開關(guān)連接于恒溫器，以便在81℃以下或更低的冷卻液溫度去起動(dòng)冷卻風(fēng)扇，從而把冷卻液的上限溫度變成很低的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子控制冷卻系統(tǒng)，其中，冷卻風(fēng)扇開關(guān)裝進(jìn)一個(gè)半導(dǎo)體熱傳感器，并且分別連接于正和負(fù)密封塞繩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子控制冷卻系統(tǒng)，其中，電子控制系統(tǒng)包括一個(gè)冷卻風(fēng)扇開關(guān)，一個(gè)冷卻風(fēng)扇電機(jī)，一個(gè)電子控制裝置和一個(gè)電源；并且還把冷卻風(fēng)扇和散熱器連接于作為中心的電子控制裝置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子控制冷卻系統(tǒng)，其中，散熱器和冷卻風(fēng)扇不用于冷卻空調(diào)器中冷凝用的冷凝器，即不象用于常規(guī)冷卻系統(tǒng)的情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電子控制冷卻系統(tǒng)，其中，冷卻風(fēng)扇開關(guān)是無觸點(diǎn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電子控制冷卻系統(tǒng)，其中，正和負(fù)密封塞繩是用環(huán)氧樹脂填充固定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的電子控制冷卻系統(tǒng)，其中，電子控制裝置包括一個(gè)DC/DC變換器，并且冷卻風(fēng)扇電機(jī)是由一個(gè)電子控制裝置中的功率MOS-FET驅(qū)動(dòng)的。
全文摘要
一種冷卻系統(tǒng)具有散熱器、冷卻風(fēng)扇、和恒溫器。恒溫器具有一殼,殼有一法蘭盤;一傳動(dòng)桿;一引導(dǎo)構(gòu)件;一彈性密封滑閥;一熱敏圓筒;裝于熱敏圓筒內(nèi)以封閉密封滑閥的蠟丸。法蘭盤具有用于通過冷卻液的孔,使復(fù)位彈簧的彈簧常數(shù)減小一半,和使彈性密封滑閥的厚度處于傳動(dòng)桿直徑的25%與5%之間;還通過電子控制系統(tǒng)把冷卻風(fēng)扇開關(guān)連接于恒溫器,使冷卻液的上限溫度變?yōu)楹艿偷臏囟取?br> 文檔編號(hào)F16K31/68GK1247273SQ9812536
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月7日
發(fā)明者久世義一 申請(qǐng)人:久世義一