專利名稱：用于發動機冷卻系統的恒溫器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于內燃發動機的冷卻系統，更特別地，涉及在這樣的冷卻系統中使 用的恒溫器。
背景技術：
已知恒溫器在發動機冷卻管路或系統中的定位是出口控制或入口控制造成的相 應問題之間的折中。
出口控制型恒溫器通常用于柴油發動機，這樣的恒溫器允許快速發動機暖機，但 對整體發動機冷卻劑溫度的改變響應較慢。這類恒溫器通常會在發動機暖機至其正常 運行溫度時造成冷卻劑溫度的大幅擺動。這樣的大幅溫度擺動會在發動機中產生較高 的熱應力，且不期望用于易受熱疲勞的全鋁制發動機。
另一方面，入口控制型恒溫器具有對整體發動機冷卻劑溫度改變的快速響應，且 通常用在現代汽油發動機中，這樣的發動機通常是全鋁制的。不幸的是，入口控制型 恒溫器在恒溫器關閉時需要全壓力散熱器管路，并由于在管路中包括了附加的流體而 產生較慢的發動機暖機時間。較慢的發動機暖機會在冷天造成降低的燃料經濟性和乘 客不適，從而是不期望的。
發明內容
本發明的目標是提供用于發動機冷卻系統的改進的恒溫器總成。
據本發明的第一方面，提供一種用于發動機冷卻系統的恒溫器總成，該恒溫器總 成包括具有入口和出口的第一室，具有入口和出口的第二室，及具有可由溫度響應執 行器移動的閥構件的溫控閥總成，該溫度響應執行器位于第二室中，以控制從第二室 的入口到出口的冷卻劑流，其中第二室與第一室由導熱隔板分隔，且溫度響應執行器 熱連接到隔板，以使閥構件的開啟和關閉基于第一室中的冷卻劑的溫度與第二室中的 冷卻劑的溫度的組合。
第一室的入口可以連接到形成冷卻系統的一部分的散熱器的回流管，其出口可以 連接到發動機的供給管，而第二室的入口可以連接到發動機的回流管，其出口可以連 接到散熱器的入口。
發動機的供給管可以是用于使冷卻劑在冷卻系統中循環的循環泵的入口。
溫度響應執行器可以定位在隔板附近，以熱連接到隔板。
或者，溫度響應執行器可以連接到隔板，以熱連接到隔板。
溫度響應執行器可以具有與隔板接觸的端面。
隔板可以包括凹陷，而溫度響應執行器的端部可以配合到該凹陷中。 溫度響應執行器的至少部分可以定位在由隔板冷卻的冷卻劑中，以熱連接到隔板。
隔板可以具有延伸到第二室中的管狀部分，溫度響應執行器的端部可以位于該管 狀部分中。
管狀部分可以和溫度響應執行器的端部組合界定出環形室，在該環形室中冷卻劑 由隔板冷卻。
該總成還可以包括連接到管狀部分的管狀構件，且溫度響應執行器可以位于該管 狀構件內，以在管狀構件和溫度響應執行器之間界定出環形室，在該環形室中，冷卻 劑的溫度基于第二室中的冷卻劑的溫度與隔板溫度的組合。
管狀構件中可以具有多個孔，以允許第二室中的冷卻劑流入環形室。 根據本發明的第二方面，提供一種具有根據本發明的所述第一方面的恒溫器總成 的發動機冷卻系統。
該發動機冷卻系統可以是汽車的冷卻系統，且該冷卻系統還可以包括具有在溫控 閥總成上游的位置連接到冷卻系統的入口并連接到第一室的出口的駕駛室加熱器。 駕駛室加熱器的入口可以連接到第二室。 現參考附圖通過示例描述本發明。
圖i是現有技術的出口控制型發動機冷卻系統的示意圖2是現有技術的入口控制型發動機冷卻系統的示意圖3是圖l所示冷卻系統的溫度-時間關系圖表；
圖4是圖2所示冷卻系統的溫度-時間關系圖表；
圖5是根據本發明的一個方面的發動機冷卻系統的示意圖6是根據本發明的另一方面的具有導熱隔板及熱連接到隔板的溫控閥總成的 恒溫器總成的示意截面圖7是示出用于將溫控閥總成連接到導熱隔板，以便將溫控閥總成熱連接到隔板 的第二配置的示圖8是圖7所示隔板的截面；
圖9是具有隔板的恒溫器總成的部分的截面，其中示出用于將溫控闊總成連接到 導熱隔板，以便將溫控閩總成熱連接到隔板的第三配置；
圖IO是具有隔板的恒溫器總成的部分的截面，其中示出用于將溫控閥總成連接
到導熱隔板，以便將溫控閥總成熱連接到隔板的第四配置；
圖ll是具有隔板的恒溫器總成的部分的截面，其中示出用于將溫控閥總成連接到導熱隔板，以便將溫控閥總成熱連接到隔板的第五配置；及
圖12是具有隔板的恒溫器總成的部分的截面，其中示出熱連接到導熱隔板的可 選溫控閥總成。
具體實施例方式
參考圖1和圖3,示出安裝到發動機1上的現有技術的出口控制型冷卻系統。 該冷卻系統包括使冷卻劑在發動機1和冷卻系統中循環的循環泵2，由離開發動 機1的冷卻劑的溫度控制的恒溫器3,形式為散熱器4的熱交換器，形式為脫氣瓶5 的抽氣器，及駕駛室加熱器6。
在恒溫器開啟時，冷卻劑經頂部軟管TH從恒溫器3流到散熱器4，并從散熱器4 經底部軟管BH流到泵2。在發動機1為冷態且恒溫器3關閉時，冷卻劑流經連接恒 溫器3和泵2的旁路管BL,以便保持有足夠的流量通過汽缸蓋。在恒溫器3關閉時， 沒有冷卻劑流經脫氣瓶5,且因此沒有冷的冷卻劑從散熱器4泄露到發動機1中。
如上所述及圖3所示，發動機1用該配置可以快速暖機。然而，在暖機期間，在 冷卻劑溫度達到特定溫度時，恒溫器3將以不穩定的方式工作，使離開發動機l的冷 卻劑的溫度大幅擺動或振蕩。這是因為一開啟恒溫器，冷的冷卻劑就會從散熱器4流 到發動機l，使離開發動機1的冷卻劑的溫度降低，這會導致恒溫器3關閉。這樣的 開啟和關閉循環會持續，直到來自散熱器4的冷卻劑的溫度充分升高，從而在恒溫器 開啟時不造成恒溫器3關閉。
參考圖2和圖4,示出安裝到發動機1上的現有技術的入口控制型冷卻系統。 如上所述，該冷卻系統包括使冷卻劑在發動機1和冷卻系統中循環的循環泵2, 散熱器4、脫氣瓶5，駕駛室加熱器6，及由進入發動機1的冷卻劑的溫度控制的恒 溫器3。
冷卻劑經頂部軟管TH從發動機1流到散熱器4,并經底部軟管BH從散熱器4流 到恒溫器3。在恒溫器3開啟時，冷卻劑經供給管SL從恒溫器3流到泵2,而在恒溫 器3關閉時，冷卻劑經散熱器4和脫氣瓶5從發動機1流到泵2。
相對于出口控制型恒溫器設計，由于有更多的冷卻劑體積(熱質量)包含在管路 中，所以在恒溫器3關閉時經過散熱器4和脫氣瓶5的冷卻劑流會減緩發動機1的暖 機。
然而，與出口控制型恒溫器不同，在恒溫器3開始開啟時沒有溫度的大幅擺動， 因為該恒溫器由離開散熱器4的冷卻劑的溫度控制，從而在冷卻劑的整體溫度已充分 升高之前不會完全開啟，因此在來自散熱器4的相對小流量的冷卻劑與流經發動機1 的熱的冷卻劑混合時，只產生冷卻劑溫度的小幅波動(見圖4)。
參考圖5和圖6,示出具有安裝到發動機101上的根據本發明的雙流路恒溫器總 成103的冷卻系統。
該冷卻系統包括用于使冷卻劑在發動機101和冷卻系統中循環的循環泵102,形 式為散熱器104的熱交換器，形式為脫氣瓶105的吸氣器，及駕駛室加熱器106。
恒溫器103由經發動機回流路徑ER離開發動機1的冷卻劑的溫度，及經底部軟 管BH從散熱器104進入恒溫器103的冷卻劑的溫度的組合控制，底部軟管BH將恒溫 器103連接到散熱器104的回流。
在恒溫器開啟時，冷卻劑經頂部軟管TH從恒溫器103流到散熱器104,經脫氣 管DL從散熱器104流到脫氣瓶105，然后經脫氣回流管DR回流到恒溫器1G3,脫氣 回流管DR在該示例中連接到底部軟管BH。
恒溫器103還通過泵供給管PS連接到泵102，并通過加熱器供給管HS和加熱器 回流管HR連接到駕駛室加熱器106。
最佳地可以從圖6可以看出，恒溫器103包括由導熱隔板115分隔的第一室110 和第二室111。
第一室IIO具有通過底部軟管BH連接到散熱器104的回流的第一入口 112,通 過加熱器回流管HR連接到駕駛室加熱器106的回流的第二入口 113，及通過泵供給 管PS連接到泵102的入口的出口 114。
第二室111具有通過加熱器供給管HS連接到駕駛室加熱器106的第一出口 116, 通過頂部軟管TH連接到散熱器104入口的第二出口 118,及連接到發動機101的回 流ER的入口 117。
溫控閥總成120位于第二室111中，以控制從發動機101到散熱器104的冷卻劑流。
溫控閥總成120包括可由溫度響應執行器122在開啟位置和關閉位置之間移動的 閥構件121。斜頂銷(jiggle pin) 130安裝到閥構件121中，以允許空氣在閥構件 121處于關閉位置時從系統中泄出。桿123將閥構件121連接到溫度響應執行器122， 而彈簧125用于將閥構件121偏置于關閉位置。
溫度響應執行器122包括主體，蠟元件(未示出)位于其中，蠟元件在受熱時膨 脹，以使閥構件121克服彈簧125的作用開啟。
溫度響應執行器122熱連接到隔板115,且在該示例中，溫度響應執行器122的 主體的端面直接固定到隔板115上以形成熱連接。
雙流路恒溫器總成的搡作如下所述。
在發動機101冷起動時，整個冷卻系統中的冷卻劑的溫度基本上為環境溫度，而 閥構件121處于關閉位置，防止冷卻劑從發動機IOI流到散熱器104。應理解，冷卻 劑也可以從發動機101流到駕駛室加熱器106,因為該流不受閥構件控制。
因此，在冷起動時，冷卻劑從發動機IOI流到恒溫器總成103的第二室111,經 加熱器供給管HS和加熱器回流管HR流經駕駛室加熱器106,回到恒溫器總成103的 第一室110,然后經泵供給管PS從恒溫器總成103的第一室IIO流到循環泵102。
在該階段的操作期間，由于駕駛室加熱器106的冷卻效應及底部軟管內的靜態的 冷的冷卻劑的體積，第一室110中的冷卻劑的溫度低于第二室111中的冷卻劑的溫度。 因為溫度響應執行器122熱連接到隔板115,所以其操作不完全由流自發動機101的 冷卻劑的溫度決定，而是基于相應的經入口 117從發動機101進入第二室111的冷卻 劑的溫度與經第二入口 113從駕駛室加熱器106進入第一室的冷卻劑的溫度的組合決 定。
這樣的配置所產生的效應是蠟元件的溫度與溫度響應執行器122僅暴露在來自 發動機101的冷卻劑下相比以較慢的速度升高，從而即使發動機101快速暖機時也可 延遲閥構件121的開啟。
在流經第二室111的冷卻劑及第一室110中的冷卻劑與蠟元件的熱連接對蠟元件 的冷卻效應的組合效應使得蠟元件膨脹產生的力能夠克服彈簧125的作用時，閥構件 121開啟。然后冷卻劑可以經頂部軟管TH從第二室111流到散熱器104,并經底部軟 管BH回流到第一室110。
從散熱器104回流到第一室110的冷卻劑比從駕駛室加熱器106回流的冷卻劑 冷，但會在回流到發動機101之前與來自駕駛室加熱器106的較熱的冷卻劑混合，因 此與只有來自散熱器的冷的冷卻劑直接流到發動機101的情況相比，該配置中對流經 發動機101的冷卻劑的溫度不具有那樣顯著的冷卻效應，因此對發動機101的熱沖擊 較低。
然后從散熱器104進入第一室110的冷卻劑的冷卻效應將發揮作用，以便冷卻溫 度響應執行器122,從而使其保持由第一室IIO和第二室111中的冷卻劑的溫度的組 合控制。在實踐中，第二室111中的冷卻劑的溫度通常作為主要因素。
該溫度組合具有抑制閥構件121的運動中的任何大幅波動的效應，因此只產生冷 卻劑溫度的小幅波動而沒有冷卻劑溫度的大幅擺動。
根據本發明的雙流路恒溫器總成因此可以提供實際上與出口控制型恒溫器同樣 快的發動機暖機速度，而不產生通常與出口控制型恒溫器關聯的大幅溫度擺動，這樣 的大幅溫度擺動會增加發動機中的熱應力。
參考圖7和圖8,示出用于將溫度響應執行器122熱連接到隔板115的第二配置。
恒溫器總成包括界定出第一室110的第一殼體140及界定出第二室111的第二殼 體141。
隔板115作為第一殼體140的整體部分形成，并具有凹陷，溫度響應執行器l" 壓配合到該凹陷中，以使溫度響應執行器122的端面124與隔板115鄰接。隔板ll5 具有延伸到第二室ill中的管狀部分150,溫度響應執行器122的端部定位在該管狀
部分中。
管狀部分150與溫度響應執行器122的端部組合界定出環形室151，在該環形室 中冷卻劑由隔板115冷卻。
熱量通過溫度響應執行器122與隔板115的接合傳遞到溫度響應執行器122并通 過環形室151中的冷卻劑傳遞，因此蠟元件(未示出)的溫度基于隔板115的溫度及 與溫度響應執行器122不在環形室151中的部分接觸的冷卻劑的溫度。
參考圖9，示出用于將溫度響應執行器122熱連接到隔板115的第三配置。
隔板115作為第一殼體140的整體部分形成，并具有延伸進入第二室111的管狀 部分l50,溫度響應執行器122的端部配合到該管狀部分中，以使溫度響應執行器122 的端面124與隔板115位于管狀部分150中的部分鄰接或位于其附近。
在熱量通過溫度響應執行器122與管狀部分150的接合傳遞到溫度響應執行器 122時，形成溫度響應執行器122的部分的蠟元件(未示出)的溫度因此基于隔板115 的溫度及與溫度響應執行器122不在管狀部分150中的部分接觸的冷卻劑的溫度。
參考圖10，示出用于將溫度響應執行器122熱連接到隔板115的第四配置。
如上所述，恒溫器總成包括界定出第一室110的第一殼體140,及界定出具有入 口 117的第二室111的第二殼體141。
隔板115作為第一殼體140的整體部分形成，并具有管狀部分150,溫度響應執 行器122配合到該管狀部分中，以使溫度響應執行器122的端面124與隔板115鄰接。
管狀構件160具有壓配合到管狀部分150上以便與其連接的腔(bore)。管狀構 件160從隔板115向外延伸到第二室111中，并基本上在其整個長度上包圍溫度響應 執行器122,以使其與溫度響應執行器122組合界定出環形室152。
在所示的示例中，管狀構件160由熱絕緣材料制成并具有沿著其長度圍繞其周長 相互隔開的多個孔161,以允許冷卻劑從第二室111進入環形室152。
因此形成溫度響應執行器122的部分的蠟元件(未示出)的溫度基于環形室152 中的冷卻劑的溫度，決定該溫度的因素有隔板115對環形室152中的冷卻劑的熱傳遞 或冷卻效應，經管狀構件160來自第二室111中的冷卻劑整體的熱傳遞，及第二室 111中的冷卻劑整體中經過孔161的冷卻劑的溫度和流速。
參考圖11,示出將溫度響應執行器122熱連接到鋁制隔板115的第五配置。
如上所述，恒溫器總成包括界定出第一室110的第一殼體140及界定出第二室 111的第二殼體141。
隔板215作為單獨的部件形成并通過任何適合的方法固定到殼體140上。隔板 215具有凹陷，溫度響應執行器122壓配合到該凹陷中，以使溫度響應執行器122的 端面124與隔板115鄰接或鄰近。
因此形成溫度響應執行器122的部分的蠟元件(未示出)的溫度基于隔板215的 溫度及與溫度響應執行器122不與隔板215中的凹陷接合的部分接觸的冷卻劑的溫度 的組合。
參考圖12,示出可選的溫控閥總成，其中使用巿場上提供的常規蠟恒溫器總成
220。
該恒溫器總成包括界定出第一室110的第一殼體140,界定出第二室111的第二 殼體l41,作為第一殼體140的部分形成的導熱隔扳115,及連接到頂部軟管TH的出 口管142。
蠟恒溫器總成220包括形式為填充有蠟的主體222的溫度響應執行器，緊固到填 充有蠟的主體222上的閥構件221，閥座225,推桿223,及偏置閥構件221使其與 閥座225接觸的彈簧226。
蠟恒溫器總成220的操作本質上是常規的，蠟受熱膨脹時推出推桿223,使填充 有蠟的主體222克服彈簧226的作用移動，從而使閥構件221從閥座225移開。
在使用時，冷卻劑經入口 117進入第二室，而在閥構件221處于開啟位置時，冷 卻劑經出口管142界定出的出口離開。
在該情況中，由填充有蠟的主體222形成的溫度響應執行器和隔板之間的熱連接 僅通過使填充有蠟的主體222端部接近隔板115形成。
雖然已參考若干實施例對本發明進行了說明，但應理解本發明并不限于此，例如， 隔板上可以具有多個翼片，以改進隔板與一個或兩個室中的冷卻劑之間的熱傳遞。
還應理解，第一室可以作為用于循環泵的殼體的部分形成，或室中的一個可以作 為發動機汽缸體或發動機汽缸蓋的部分形成。
還應理解，隔板可以作為溫控閥總成上密封配合到空腔中以界定出兩個室的部分 形成。
雖然在所述示例中進入散熱器的流經由頂部軟管，而回流經由底部軟管，但應理 解，本發明不限于該配置，且進入散熱器的流可以經由底部軟管，而回流可以經由頂 部軟管。
隔板在所有的情況下均可由具有高熱導率的材料制成，如鋁或銅或其合金。
雖然本文中所述的溫度響應執行器是蠟填充型的，但應理解，也可以使用其他形 式的溫度響應執行器。
因此，綜上所述，本發明提供安裝在發動機出口處的雙流路恒溫器，該恒溫器可 以檢測發動機入口處的冷卻劑溫度及發動機出口處的冷卻劑溫度。該恒溫器可以獲得 快速響應的不加壓的散熱器管路的益處，從而可以得到熱應力最少的最優化的暖機。 該恒溫器的特征在于與入口液體流接觸的高導熱板。該恒溫器初始完全是出口控制 的，但在開啟后，入口 (或"底部")軟管冷卻劑流的低溫度將通過冷卻熱連接到導 熱板的蠟元件來影響恒溫器位置。該影響是該恒溫器稱為"雙流路"的原因，并因此 可以得到比通常與出口恒溫器關聯的較快速的暖機響應，然而由于從散熱器回流的較 冷的冷卻劑帶來的阻尼效應而具有較少的溫度擺動。
本領域技術人員應理解，雖然已參考一個或多個實施例通過示例描述了本發明， 但本發明不限于所公開的實施例，且可以構建出對所公開的實施例或可選實施例的一 種或多種修改而不偏離本發明的范圍。
權利要求
1.一種用于發動機冷卻系統的恒溫器總成，其特征在于，包括具有入口和出口的第一室；具有入口和出口的第二室；及溫控閥總成，所述溫控閥總成具有可由位于所述第二室中的溫度響應執行器移動，以控制從所述第二室的入口到出口的冷卻劑流的閥構件，其中所述第二室與所述第一室由導熱隔板分隔，且所述溫度響應執行器熱連接到所述隔板，以使所述閥構件的開啟和關閉基于所述第一室中的冷卻劑的溫度與所述第二室中的冷卻劑的溫度的組合。
2. 如權利要求l所述的恒溫器總成，其特征在于，所述第一室的入口連接到形 成所述冷卻系統的部分的散熱器的回流管，其出口連接到所述發動機的供給管，所述 第二室的入口連接到所述發動機的回流管，其出口連接到所述散熱器的入口。
3. 如權利要求2所述的恒溫器總成，其特征在于，所述發動機的供給管是用于 使冷卻劑在所述冷卻系統中循環的循環泵的入口。
4. 如權利要求1至3中的任何一個所述的恒溫器總成，其特征在于，所述溫度 響應執行器位于所述隔板附近，以熱連接到所述隔板。
5. 如權利要求1至3中的任何一個所述的恒溫器總成，其特征在于，所述溫度 響應執行器連接到所述隔板，以熱連接到所述隔板。
6. 如權利要求5所述的恒溫器總成，其特征在于，所述溫度響應執行器具有與 所述隔板接觸的端面。
7. 如權利要求5或權利要求6所述的恒溫器總成，其特征在于，所述隔板包括 凹陷，且所述溫度響應執行器的端部配合到所述凹陷中。
8. 如權利要求1至3中的任何一個所述的恒溫器總成，其特征在于，所述溫度 響應執行器的至少一部分位于由所述隔板冷卻的冷卻劑中，以熱連接到所述隔板。
9. 如權利要求1至8中的任何一個所述的恒溫器總成，其特征在于，所述隔板 具有延伸到所述第二室中的管狀部分，所述溫度響應執行器的端部位于所述管狀部分 中。
10. 如權利要求9從屬于權利要求5至8中的任何一個時的恒溫器總成，其特征在于，所述管狀部分與所述溫度響應執行器的端部組合界定出環形室，在所述環形室 中冷卻劑由所述隔板冷卻。
11. 如權利要求1或權利要求2或權利要求9所述的恒溫器總成，其特征在于， 所述恒溫器總成還包括連接到所述管狀部分的管狀構件，所述溫度響應執行器位于所 述管狀構件中，以在所述管狀構件和所述溫度響應執行器之間界定出環形室，在所述 環形室中冷卻劑的溫度基于所述第二室中的冷卻劑的溫度與所述隔板的溫度的組合。
12. 如權利要求ll所述的恒溫器總成，其特征在于，所述管狀構件中具有多個 孔，用于允許所述第二室中的冷卻劑流入所述環形室。
13. 具有如權利要求1至12中的任何一個所述的恒溫器總成的發動機冷卻系統。
14. 如權利要求13所述的冷卻系統，其特征在于，所述發動機冷卻系統是汽車 的冷卻系統，所述冷卻系統還包括具有在所述溫控閥總成上游的位置處連接到所述冷 卻系統的入口及連接到所述第一室的出口的駕駛室加熱器。
15. 如權利要求14所述的冷卻系統，其特征在于，所述駕駛室加熱器的入口連 接到所述第二室。
16. 如本文中參考附圖中的附圖5至附圖12中的任何一個所述的恒溫器總成。
17. 如本文中參考附圖中的圖5所述的發動機冷卻系統。
全文摘要
本發明涉及用于發動機冷卻系統的恒溫器。提供一種恒溫器總成(103)，包括由導熱隔板(115)分隔的第一室(110)和第二室(111)。溫度響應閥總成(120)位于第二室中，以控制從入口(117)到出口(118)的冷卻劑流。溫度響應閥總成(120)包括溫度響應執行器(122)，溫度響應執行器(122)熱連接到隔板(115)，以使其操作不僅基于第二室(111)中的冷卻劑的溫度，還基于第一室(110)中的冷卻劑的溫度。
文檔編號F01P7/16GK101191435SQ20071019467
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月29日 優先權日2006年11月29日
發明者約翰·莫法特 申請人:福特環球技術公司