故障挽救装置及具有故障挽救装置的内燃机冷却系统

技术领域

本发明总体涉及一种内燃机冷却系统，尤其涉及一种具有中断功能的旁路通道的内燃机冷却系统。

背景技术

通常地，内燃机冷却系统包括冷却装置，在冷却装置中冷却液通过散热器流经发动机。冷却装置还包括中断旁路通道，其在发动机冷启动阶段期间开启，使得冷却液经由旁路通道通过发动机进行循环，而没有通过散热器进行循环。

传统地，恒温阀(thermostatic valve)系统控制冷却液的流动，并且装配有至少一个由所谓的热膨胀构件驱动的恒温阀，热膨胀构件中装配有旁路阀。恒温阀和旁路阀用以下方式互相连接：在发动机冷启动阶段期间，在设定的较低温下，恒温阀闭合并且旁路阀开启，以便冷却液旁路过散热器。随着温度的上升，恒温阀将开启并且旁路阀将逐渐闭合，以便冷却液在进入到内燃机之前通过散热器循环。

为了在发动机加热阶段期间进一步降低冷却液流并且因此使发动机更快的加热，相对较新的冷却装置闭合旁路以在发动机的加热阶段形成无流动的冷却液。这些相对较新的冷却装置一般不再具有热膨胀构件，因为控制流量分配的阀将通过ECU被控制。万一冷却装置故障，为了防止发动机损坏，这些冷却装置需要设置防止故障功能以直接开启冷却通道到散热器，以便发动机可以获得初始冷却。

因此，需要提供一种更为可靠的内燃机冷却系统，用来在发动机冷启动阶段期间控制中断功能的旁路通道。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提供一种内燃机冷却系统，采用简单的结构并在调节阀或恒温阀不能开启的情况下终结冷启动阶段。

为了达到上述目的，在第一方面本发明提供一种用于内燃机冷却系统的故障挽救装置，其中故障挽救装置的特征在于包括：

冷却液通道室，其具有冷却液入口和冷却液出口；

真空室，其具有真空入口孔；

阀构件，其安装在所述冷却液通道室的里面；以及

真空驱动构件，其安装在所述真空室的里面。

以上所述故障挽救装置，其中：

阀构件还包括阀板和阀杆，所述阀杆从所述阀板的背面延伸出来；

真空驱动构件还包括真空板和真空室阀杆，所述真空室阀杆从所述真空板的背面延伸出来。

以上所述故障挽救装置，其中所述阀构件还包括弹簧装置，其通过所述阀杆安装在所述冷却液通道室的里面，从而所述弹簧的一端接合所述阀板的背面，所述弹簧的另一端接合所述冷却液通道室的内壁。

以上所述故障挽救装置，其中阀构件的特征在于：所述阀板与冷却液接触。

以上所述故障挽救装置，其中所述真空室阀杆包括：

引导通路，其位于所述冷却液通道室和所述真空室之间；

其中所述阀杆和所述真空室阀杆都朝向所述引导通路延伸，从而所述阀杆刚性(或一体)地连接到真空室阀杆一体形成或所述阀杆可相互移动地连接到所述真空室阀杆上。

以上所述故障挽救装置，其中所述真空室阀杆包括：

中空容腔和所述真空室阀杆的末端上的孔；

其中所述阀杆通过所述真空室阀杆末端上的孔延伸进入到所述中空容腔，从而所述阀杆可以在所述真空室阀杆的中空容腔里面做往复运动。

以上所述故障挽救装置，还包括：

阀密封构件，其安装在所述阀板周围，用于密封所述冷却液通道室中的冷却液；以及

真空密封构件，其安装在所述真空板周围，用于维持所述真空室中的真空环境。

以上所述故障挽救装置，还包括：

正向的漏斗形颈部，其安装在所述冷却液入口和所述冷却液通道室之间的连接部。

以上所述故障挽救装置，其中：

当向所述真空室施加真空到时，所述阀板闭合所述冷却液入口；

当不向所述真空室施加真空时，所述阀板开启所述冷却液入口。

以上所述故障挽救装置，还包括：

反向的漏斗形颈部，其安装在所述冷却液入口和所述冷却液通道室之间的连接部。

以上所述故障挽救装置，其中：

当向所述真空室施加真空到时，所述阀板开启所述冷却液入口；

当不向所述真空室施加真空时，所述阀板闭合所述冷却液入口。

以上所述故障挽救装置，其中所述弹簧装置被调整，响应于冷却液进入冷却液入口的预设压力以开启所述阀板。

以上所述故障挽救装置，其中所述真空板，响应于所述真空室中的真空，被拉动以开启阀板。

以上所述故障挽救装置，其特征在于：

所述故障挽救装置在内燃机冷却系统中使用，所述内燃机冷却系统包括内燃机和散热器；

其中所述冷却液入口连接到通向散热器的排放口的导管，并且所述冷却液出口连接到通向内燃机的进入入口的导管。

以上所述故障挽救装置，其特征在于：

所述内燃机冷却系统还包括真空发生器；

其中所述真空入口孔连接到所述真空发生器。

为了达到上述目的，在第二方面本发明还提供了一种内燃机冷却系统，包括：

故障挽救装置，其具有冷却液入口，冷却液出口和真空入口孔；

内燃机，其具有冷却液进入入口和冷却液排放口；

散热器，其具有冷却液进入入口和冷却液排放口；

冷却液调节器，其具有第一冷却液入口，第二冷却液入口和冷却液出口；

真空发生器，其具有真空输出；以及

散热器冷却液进入导管，其连接到所述内燃机的所述冷却液排放口和所述散热器的所述冷却液进入入口之间；旁路分支导管，其连接到所述内燃机的所述冷却液排放口和冷却液调节器的所述第一冷却液入口之间；冷却液排放口导管，其连接到所述散热器的所述排放口和所述冷却液调节器的所述第二冷却液入口之间；冷却液进入入口导管，其连接到所述冷却液调节器的所述冷却液出口和所述内燃机的冷却液进入入口之间；冷却液防止故障通道，其通过所述故障挽救装置并且连接到所述冷却液排放导管和通向所述内燃机的所述冷却液进入入口导管之间；以及所述真空导管，其连接到所述真空入口孔和所述真空输出之间。

以上所述内燃机冷却系统，其中：

所述冷却液入口连接到所述冷却液排放导管，并且所述冷却液出口连接到所述冷却液进入入口导管。

以上所述内燃机冷却系统还包括：

阀构件，其安装在所述冷却液调节器里面；以及

发动机控制器，其连接在所述内燃机和所述冷却液调节器之间，用于给所述阀构件提供驱动。

为了达到上述目的，在第三方面本发明还提供了一种用于内燃机冷却系统的故障挽救装置，其特征在于包括：

冷却液通道室，其具有冷却液入口和冷却液出口；

真空室，其具有真空入口孔。

为了达到上述目的，在第四方面本发明还提供了一种内燃机冷却系统，其特征在于包括以上第三方面中所述的故障挽救装置。

为了达到上述目的，在第五方面本发明还提供了一种用于内燃机冷却系统的冷却液超压释放装置，其特征在于包括：

冷却液通道室，其具有冷却液入口和冷却液出口；

阀构件，其安装在所述冷却液通道室的里面；

其中所述阀构件与冷却液接触，并且所述阀构件通过冷却液超压被驱动而开启，从而连接所述冷却液入口和所述冷却液出口以建立附加的冷却液分支。

以上所述冷却液超压释放装置，其中：

所述阀构件还包括阀板、阀杆和弹簧。

以上所述冷却液超压释放装置，其中：

所述冷却液入口连接到散热器的排放口，并且所述冷却液出口连接到内燃机的发动机冷却液入口。

通过提供上述结构，本发明可以达到上述目的。

附图说明

本发明将参考附图进行描述，其中：

图1A根据本发明的一个实施例图示了具有故障挽救装置115的内燃机冷却系统100；

图1B示出了冷却系统100中的阀129被驱动以开启旁路分支120并闭合散热器输出通道117；

图1C示出了冷却系统100中的阀129被驱动以闭合旁路分支120并开启散热器输出通道117；

图2示出了图1中所示故障挽救装置115的放大剖视图；

图3示出了图2中当施加真空到真空室210上时阀构件221被向上拉的情况；

图4示出了图2中阀构件221被冷却液的超压向上推的情况；

图5是图1中所示故障挽救装置115的立体剖视图；以及

图6-7根据本发明的另一个实施例示出了故障挽救装置115’。

具体实施方式

现参考具体实施例，在附图中示出其示例。在具体实施例的详细描述中，方向性术语，诸如“顶部”，“底部”，“上方”，“下方”，“左边”，“右边”等参考附图所描述的方向来使用。由于本发明实施例的部件可被设置成许多不同的方向，方向性术语被用作辅助说明的目的而决不是限制。尽可能地，所有附图中使用的相同或相似的标记和符号表示相同或相似的部分。

图1A根据本发明的一个实施例图示了具有故障挽救装置115的内燃机冷却系统100。如图1所示，内燃机冷却系统100包括内燃机110，散热器114，故障挽救装置115(示出在虚线框中)，冷却液调节器116，发动机控制器118和真空发生器124。内燃机110包括冷却液泵112，其用于驱动冷却液在内燃机冷却系统100内循环，并且内燃机110具有连接到发动机冷却液入口的冷却液进入通道123，还具有连接到发动机冷却液出口的冷却液流出通道119。发动机冷却液流出通道119还连接到散热器114的进入通道121以及旁路分支120。冷却液调节器116具有连接到旁路分支120的第一入口，连接到散热器114的输出通道117的第二入口，以及连接到发动机冷却液进入通道123的出口。冷却液调节器116还包括阀129，其能够在冷却液调节器116内围绕枢轴(或轴)125旋转。发动机控制器118连接在内燃机110和冷却液调节器116之间，以便可以提供信号到冷却液调节器116内的致动器单元(未示出)。响应来自致动器单元(未示出)的驱动，驱动器(未示出，例如蜗杆传动器等)旋转阀129开启或闭合来改变冷却液调节器116的冷却回路。故障挽救装置115具有连接到散热器冷却液输出通道117的入口通道140，以及连接到旁路分支122的出口通道141。旁路分支122还连接到发动机冷却液进入通道123以形成故障挽救通道。

如图1A示出的结构，在正常操作中，内燃机冷却系统100能够通过两条通道使冷却液循环进入到内燃机110，即：(1)从散热器冷却液输出通道117通过冷却液调节器116到发动机冷却液进入通道123，或者(2)从旁路分支120通过冷却液调节器116到发动机冷却液进入通道123。如果冷却液调节器116处于故障情况，本发明的内燃机冷却系统100中的故障挽救装置115提供故障挽救旁路分支122到发动机冷却液进入通道123，使冷却液从散热器114循环到内燃机110。

在操作中，当内燃机110在冷启动阶段期间启动并且发动机控制器118监测(使用未示出的合适的传感器)到内燃机110的温度低于第一预定值时，发动机控制器118提供第一驱动信号给冷却液调节器116以闭合所有冷却液循环回路。这样，内燃机110可以更快的被加热到操作温度，以降低耗油量和废气排放。当发动机控制器118监测到内燃机110的温度大于或等于第二预定值时，发动机控制器118提供第二驱动信号给冷却液调节器116以开启连接到旁路分支120的第一入口并且闭合连接到散热器输出通道117的第二入口，以便冷却液不通过散热器114就可以循环进入到内燃机110。当发动机控制器118监测到内燃机110的温度大于或等于第三预定值时，发动机控制器118提供第三驱动信号来旋转冷却液调节器116，以开启其连接到散热器冷却液输出通道117的第二入口并且闭合连接到旁路分支120的第一入口，以便冷却液通过散热器114循环进入到内燃机110。

如果冷却液调节器116由于某些原因处于故障状态，冷却液调节器116不能开启其中的任何回路；或不通过散热器114，而仅仅是通过旁路分支120就将冷却液流出通道119连接发动机110。当冷却液一点都不能被循环或通过散热器114来循环时，如果没有本发明的故障挽救装置115，会发生内燃机110过热的危险。在本发明中，当发动机控制器118监测到由于冷却液调节器116的故障情况导致发动机的温度大于预定值时(过热情况)，发动机控制器118提供一个信号来触发真空发生器124，从而施加真空到故障挽救装置115。响应于真空所产生的力，故障挽救装置115打开其阀板230(见图2)以通过故障挽救旁路分支122来连接散热器冷却液输出通道117到发动机冷却液进入通道123。使用本发明，即使冷却液调节器116处于故障状态，冷却液仍然能够通过散热器114循环到内燃机110，以防止内燃机110的过热。

图1B示出了，在发动机控制器118的控制下，阀129被驱动以开启旁路分支120并闭合散热器冷却液输出通道117；并且图1C示出了，在发动机控制器118的控制下，阀129被驱动以闭合旁路分支120并开启散热器冷却液输出通道117。

根据本发明的一个实施例，图2示出了图1A-C所示故障挽救装置115的放大剖视图。如图2所示，故障挽救装置115包括真空室210，冷却液通道室212，以及连接到真空室210和冷却液通道室212之间的引导通路214。在真空室210的顶部，具有通过图1A-C所示软管126连接到真空发生器124的入口孔240。从冷却液通道室212的底部(参考图2的方向)延伸出入口管140，其连接到图1A-C所示的散热器冷却液输出通道117。并且从冷却液通道室212的侧面(参考图2的方向)延伸出出口管141，其连接到图1A-C所示的故障挽救旁路分支122。

在冷却液通道室212里面安装有阀构件221。阀构件221包括阀板230和位于阀板230边缘周围的阀密封构件(或环)232。阀杆224从阀板230的背面延伸出来，而肩台225从阀杆224的末端旁边延伸出来(参考图2的方向)。在入口管140和冷却液通道室212之间的连接部形成反向的漏斗形颈部231，这意味着冷却液通道室212的直径D1大于入口管140的直径D2，以便漏斗形颈部231的直径从冷却液通道室212向入口管140的方向逐渐减小(见图3)。围绕阀板230的外围形成漏斗形边缘233(见图3-4)，其和反向的漏斗形颈部231互补，以便当阀板230的边缘233接合反向的漏斗形颈部231时，所述漏斗形边缘233可以在密封构件232的协助下密封故障挽救旁路分支122。并且在冷却液通道室212里面，弹簧234穿过阀杆224并且被安装在阀板230和冷却液通道室212的上部底壁(或杆肩台225)之间。弹簧234的一端接合阀板230的背面，弹簧234的另一端接合冷却液通道室212的上部底壁。

在真空室210里面安装有真空驱动构件235。真空驱动构件235包括真空板236和位于真空板236边缘周围的真空密封构件(或环)238。真空室阀杆239从真空板236的底部延伸出来(参考图2的方向)。真空室阀杆239的大小(或直径)被设置为可以(或适于)沿着引导通路214往复运动，并且真空板236的大小被设置为可以(或适于)沿着真空室210往复运动。当真空板236沿着真空室210往复运动时，真空密封构件238将维持真空室210的真空环境。真空室阀杆239包含中空容腔252以容纳阀杆224。杆肩台225的大小(或直径)被设置为使得阀杆224可以(或适于)沿着真空室阀杆239的容腔252往复运动。杆肩台225(见图1)的直径比真空室阀杆239末端上的孔254大(见图3)，以便于当真空驱动构件235向上移动时，杆肩台225停留在真空室阀杆239末端上的孔254的内壁上，以便于真空板236可以相应地向上拉阀构件221(参考图2的方向)；当真空驱动构件235向下移动时(但真空室阀杆239不移动时)，杆肩台225可以离开真空室阀杆239末端上的孔254的内壁，以便于真空板236可以在不需要移动(或撞击)阀构件221(例如见图4)的情况下向下移动。相似的，当阀构件221向上移动时(但真空驱动构件235不移动时)，不需要移动(或撞击)真空驱动构件235(如图4所示)。阀杆224上的杆肩台225可以以卡扣的形式被放进真空室阀杆239的容腔。

图3示出了当施加真空到真空室210时阀构件221被向上拉的情况(参考图3的方向)。具体的，当发动机控制器118监测到由于(例如)冷却液调节器116的故障情况导致发动机温度大于预定值(即过热情况)时，其提供驱动信号以触发真空发生器124，其施加真空到真空室210。真空室210里面的真空对真空板236施加吸力，使真空驱动构件235向上移动，其克服弹簧234的偏置力，并且通过杆肩台225的受力向上拉阀构件221，开启入口管140，以便于冷却液可以通过入口管140和出口管141流进发动机冷却液进入通道123(如图1A-C所示)。在真空从真空室210消失后，来自弹簧234的偏置力向下往回推阀构件221以重新接触并闭合入口管140。真空源可以来自内燃机系统内现有的进气歧管，机械真空泵，涡轮增压前的进气管，等等。

图4示出了阀构件221通过冷却液的过压被向上推动的情况(参考图4的方向)。如果冷却液泵112被机械驱动并且在冷却液流的中断阶段期间不具有离合器来停止它，可能会产生冷却液的过压。具体的，当冷却液的过压发生时，冷却液压可以对阀板230施加力以克服弹簧234的偏置力并且向上推阀构件221以开启入口管140，使得冷却液可以从入口管140和出口管141流入到发动机冷却液进入通道123，以降低冷却液的过压。当冷却液的压力回到正常值时，来自弹簧234的偏置力向下往回推阀构件221，以重新接触并闭合入口管140。通过适当地调整弹簧234可以调整冷却液的开启压力。为了进一步避免要考虑来自密封构件238的摩擦力而引起的弹簧调整过程的复杂化，将阀板230和真空板236相连接的真空室阀杆239被设计为具有中空容腔252，并且真空室阀杆224可移动地安装在真空室阀杆239内。具有这样的结构，在冷却液过压的情况下，当阀板230在冷却液通道室212内移动时，具有密封构件238的真空板236在真空室210内不移动。

如图2所示，当不向真空板236(或真空室210)施加真空时，弹簧234向下推阀板230，使得阀板230的边缘接合反向的漏斗形颈部231，从而闭合入口管140。如图3所示，当向真空板236(或真空室210)施加真空时，真空板236向上拉阀板230以克服弹簧234的偏置力，从而开启入口管140。

图5是图1A-C所示故障挽救装置115的立体剖视图。在图5的图示帮助下，图2-4中的组件的形状和配置的示出更为清楚。如图5所示，故障挽救装置115包括圆柱形真空室210，圆柱形冷却液通道室212以及连接在真空室210和冷却液通道室212之间的圆柱形引导通路214。在冷却液通道室212里面安装有阀构件221，其包括阀杆224，阀板230，阀密封构件232以及弹簧234。在真空室210里面安装有真空驱动构件235，其包括真空板236，真空密封构件238以及真空室阀杆239。

作为可替换实施例，可以改变一些设计，阀板230可以以相反的形式被操作。具体的，当施加真空到真空室210时，阀板230可以保持闭合位置，并且当真空从真空室210消失时，阀板230可以被移动到开启位置。

图6-7根据本发明的另一个实施例示出了故障挽救装置115’。

图6-7示出的实施例中，其中的所有组件都与图2中示出的相同，除了图6-7中的颈部231’和阀板230’与图2中的颈部231和阀板230不同；也就是说，图6中的颈部231’是正向的漏斗形，而图2中的颈部231是正向的漏斗形。具体的，图6中，冷却液通道室212的直径D1’小于入口管140的直径D2’并且正向的漏斗形颈部231’的直径从冷却液通道室212向入口管140增加。围绕阀板230’的外围形成漏斗形边缘233’，其和正向的漏斗形颈部231’互补，以便当阀板230’的边缘接合漏斗形颈部231’时，所述漏斗形边缘可以在密封构件232’的协助下密封故障挽救旁路分支122。

如图6所示，当不向真空板236(或真空室210)施加真空时，弹簧234向下推阀板230’，以便阀板230’的边缘离开正向的漏斗形颈部231’，从而开启入口管140。如图7所示，当向真空板236(或真空室210)施加真空时，真空板236向上拉阀板230’以克服弹簧234的偏置力，以便阀板230’的边缘接合正向的漏斗形颈部231’，从而闭合入口管140。

图6-7所示实施例的优势在于：即使真空源发生故障，防止故障阀115’仍然起作用，其使防止故障阀更加能够防止故障。

应该注意的是，冷却液的过压可以损坏内燃机110内的某些组件或降低内燃机110内的某些组件的使用寿命。本发明的故障挽救装置115的结构可以同时起到故障挽救和降低过压的功能(或作用)。

还应该注意的是，在可替换实施例中，当阀构件221和真空驱动构件235通过适当地调整弹簧234而被制造为一体(或一件)时，仍然可以执行/达到本发明的任务/目的。

还应当注意的是，一些现有的冷却系统在冷启动阶段期间完全中断内燃机的冷却液循环。在这样的循环停止期间，因为在冷启动阶段期间冷却液不通过发动机循环，不能再通过热膨胀构件实施控制，并且因此发动机的瞬时温度信息不能传达到热膨胀构件来保证冷启动停止的及时终止。还应当注意的是，一些其它现有的冷却系统通过使用由电机驱动的控制阀以调节冷却液的量，从而完成所需的冷启动。冷却液调节器被发动机控制器驱动，而发动机控制器还从合适的传感器接收其温度数据。但是，在使用例如以弹簧偏置力来保持位置关系的结构中，电动驱动的调节阀是非常昂贵的，因为驱动必须在操作中持久地抵抗能经久工作而不出故障的弹簧，并且还需要调节驱动的位置，这两者都是昂贵的。

众所周知，大部分已知的故障挽救阀使用膨胀(或者蜡制)构件操作，所述膨胀(或者蜡制)构件需要一些体积流量(热冷却液)以检测温度及工作。在零流量情况下，没有体积流量并且因此通过使用膨胀(或者蜡制)构件不能工作。相比之下，本发明的结构在零流量情况下工作良好。并且，膨胀(或者蜡制)构件是昂贵的部件，其从本发明中被去掉以降低成本。本发明的大部分部件在“蜡制构件”防止故障系统中也是必须的，因此本发明和现有的结构和部件兼容，所以可能很好的降低制造成本。

另外，已知的冷却系统使用较大的具有非常复杂的装置的真空阀是非常昂贵的，因此是不可行的。相比之下，本发明的结构更为简单并且是更可靠的解决方案。

当前，没有很多冷却调节器正在使用零流量，但是很多处于发展中，并且因此没有很多防止故障解决方案在市场上可供使用。当前，“蜡制构件”结构是仅有的大量生产的可用解决方案。本发明为具有防止故障保护的零流量情况提供一种可行的，经济的，更简单的和可靠的解决方案。

在不脱离要求保护的主旨下，对在此描述的实施例做各种修改和变化对本领域的技术人员是显而易见的。因此，本说明书意在覆盖在此描述的可变的实施例的修改和变化，在附加要求及其等同物的范围内提供这样的修改和变形。