用于检测冷却系统泄漏的装置和系统的制作方法
【专利摘要】一种用于发动机(41)的发动机冷却剂系统(15)包括具有安装有开关(27)的除气罐盖(21)的除气罐(20)，开关的状态由压力敏感膜(28)的挠曲确定。传动系统控制模块(PCM)(24)监控开关(27)的状态，从而提供表示除气罐(20)中的冷却剂压力是否高于或低于预定压力极限的输出并且如果该压力低于预定压力水平而发动机(41)的操作状态表明其不应当如此时启动失效保护策略来防止发动机过热。
【专利说明】用于检测冷却系统泄漏的装置和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃发动机冷却系统，且具体地涉及一种用于检测由于除气罐盖的不当安装或罐处的软管连接失效导致的发动机冷却剂压力的损失。
【背景技术】
[0002]液冷内燃发动机极其依赖于其冷却剂系统。随着燃油经济性法规的增加和顾客偏好向更小、更高功率密度发动机的转变，防止冷却剂损失以避免对发动机的损害更为重要。对于诸如用于重型卡车的较大发动机，发动机冷却剂的损失会导致发动机过热运行，从而导致发动机关停。同时，如果车辆具有不当安装的除气罐盖或罐处的失效软管连接，则冷却剂能够接触到热排气系统并可能引起失火。
[0003]最先进的汽车发动机采用以接近10KPa(Ibar)的系统压力运行的密闭加压型冷却系统，以将冷却剂的沸点升高至约120°C。这种加压型系统通常包括除气罐，除气罐与散热器物理性分隔开并由压力盖密闭。
[0004]除气罐在与冷却系统的其它部件相同的约Ibar的压力下运行并连接至发动机和散热器，使得冷却剂能够循环穿过除气罐。
[0005]除气罐的一个目的是在冷却剂流过除气罐时允许冷却剂中所夹带的空气和气体与冷却剂分离开，从而提高热传递效率。
[0006]当发动机运行时，冷却剂泵将液态冷却剂和冷却剂中的任何空气通过入口软管泵送至除气罐，并使其经由出口软管至该泵的低压侧并随后至发动机的水套而返回发动机。
[0007]除气罐的压力盖类似于位于散热器上的盖的类型，且压力盖的移除允许周期性地补足冷却系统的冷却剂液位。
[0008]如果压力盖未适当地安装在除气罐上，则因为冷却剂相比于其被加压至标准水平会在较低温度下沸腾，所以当前车辆存在冷却剂损失的风险以及可能的过热和安全性问题。例如，在移除了除气盖的情况下，冷却剂会以大约100°c而非期望的120°C的温度下沸腾。如果冷却剂由于不当安装的除气罐盖而沸腾，那么冷却剂将经由穿过除气盖的泄露路径而发生损失且这最终能够导致发动机失效或对发动机造成损害。
[0009]美国专利5，656，771公开了一种用于监控冷却系统的状态的系统，该系统包括检测冷却系统内部的内压力的压力传感器。然而，这种系统结构复杂且包括必须校准的压力传感器。
[0010]本发明人已经认识到需要一种简单的、高性价比的发动机保护系统来指示何时未适当地安装诸如除气罐盖的压力盖。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供这样一种简单的、高性价比的发动机保护系统以指示何时未适当地安装压力盖。
[0012]根据本发明的一个方面，提供了一种用于机动车辆的冷却系统的压力盖，压力盖包括用于将压力盖安装在冷却系统的部件上的可释放连接装置、位于压力盖内部的电子开关、具有可变形表面部分的压力敏感膜，可变形表面部分可操作地连接至开关以响应于冷却系统的部件内的压力的变化而改变开关的状态，其中，当冷却系统的部件中的压力等于或大于预定压力极限时，压力敏感膜的变形引起开关达到第一操作状态，且当冷却系统的部件中的压力低于预定压力极限时，压力敏感膜引起开关达到第二操作状态。
[0013]根据本发明的一个实施例，第一状态为开启状态且第二状态为关闭状态。
[0014]根据本发明的一个实施例，开关具有第一导电表面和第二导电表面，压力敏感膜的可变形表面部分可操作地连接至开关的第一导电表面和第二导电表面中的相应的一个表面，以便响应于冷却系统的部件内的压力的变化而将相应的一个表面移向和远离另一个导电表面移动，以便改变开关的状态。
[0015]根据本发明的一个实施例，当冷却系统的部件中的压力低于预定压力极限时，第一导电表面通常脱离第二导电表面。
[0016]根据本发明的一个实施例，当冷却系统的部件内的压力等于或大于预定压力极限时，第二导电表面接合第一导电表面。
[0017]根据本发明的一个实施例，冷却系统的部件为除气罐且压力盖为除气罐盖。
[0018]根据本发明的另一方面，提供了一种发动机系统，包括发动机、具有本发明的第一方面的压力盖的用于发动机的冷却系统、以及电子处理器，其中，开关可操作地连接至电子处理器且电子处理器利用开关的状态来确定压力盖与压力盖所附接的冷却系统的部件之间是否存在泄露。
[0019]根据本发明的一个实施例，电子处理器还连接至发动机转速传感器和冷却剂温度传感器且可操作以在发动机转速传感器和冷却剂温度传感器的输出表不冷却系统的部件内的压力至少等于预定压力极限时检查开关的状态。
[0020]根据本发明的一个实施例，如果开关的状态表示冷却系统的部件内的压力低于预定压力极限，则电子处理器可操作以提供已检测到冷却系统泄漏的警示。
[0021]根据本发明的一个实施例，如果开关的状态表示冷却系统的部件中的压力低于预定压力极限，则电子处理器可操作以在过热失效保护操作模式下运行发动机。
[0022]根据本发明的一个实施例，电子处理器为电连接至开关的传动系统控制模块。
[0023]根据本发明的又一方面，提供了一种用于防止车辆的具有液体冷却系统的发动机过热的方法，其中，方法包括:
[0024]为冷却系统的部件提供压力盖，压力盖具有开关，由储存在冷却系统的部件中的冷却剂的压力变化而导致压力盖支撑的膜发生变形来确定开关的状态，开关是可操作的，使得如果冷却系统的部件中的冷却剂的压力等于或大于预定压力极限，则开关达到第一状态，且如果冷却系统的部件中的冷却剂的压力低于预定压力极限，则开关达到第二状态；
[0025]基于发动机转速和冷却剂温度来确定冷却系统的部件中的冷却剂的压力是否至少等于预定压力极限，并确定当储存在冷却系统的部件中的冷却剂的压力至少等于预定压力极限时开关的输出是否表示开关处于第二状态；以及
[0026]在发动机过热失效保护模式下运行发动机以防止发动机过热。
[0027]根据本发明的一个实施例，冷却系统的部件为除气罐且压力盖为除气罐盖。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]现通过实例参照附图对本发明进行描述，在附图中:
[0029]图1是根据本发明的第二方面的发动机系统的示意图，发动机系统具有根据本发明的第一方面的除气罐盖；
[0030]图2是穿过根据本发明的第一方面的除气罐盖的示意性截面图；
[0031]图3是用于检测根据本发明的第三方面的冷却系统压力损失的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]参照图1，示出了用于机动车辆的发动机系统10，该系统具有发动机41、传动系统42、电子控制器24和冷却系统15。冷却系统15采用传统的布置(例如但不限于，参见英国专利2437064的图1中所示的冷却回路)并包括一个或多个散热器(未示出)、恒温器(未示出)、冷却泵40和除气罐20。除气罐20分别通过冷却剂入口管路22和冷却剂出口管路23连接至发动机41。
[0033]发动机41为包括水套的传统液冷发动机，液态冷却剂被泵送穿过该水套。布置了发动机41来驱动传动系统42。
[0034]在这种情况下，通过传统的发动机驱动的泵40泵送冷却系统中的液态冷却剂，以使液态冷却剂流过冷却系统和发动机41的水套。当发动机41运行时，冷却剂泵40泵送液态冷却剂和液态冷却剂中所夹带的任何空气穿过入口软管22进入除气罐20，在除气罐20中，所夹带的气体与液态冷却剂分离，冷却剂随后经由出口软管23流回到泵40。
[0035]参照图2，示出了根据本发明的除气罐盖的一个实施例。
[0036]除气罐20包括可移除地附接至除气罐20的可移除除气罐盖21，并且在这种情况下，所使用的可释放连接装置为螺纹，其用于同形成在除气罐20的颈部20η上的互补螺纹来螺纹接合。
[0037]可移除除气罐盖21具有位于其内侧的压力致动开关27。开关27由对压力敏感的可变形膜28进行操作。除气罐盖21进一步包括安装在除气罐盖21上的电连接件32，从而提供连接至开关27的接线。除气罐盖21中的孔33允许处于大气压下的空气进入可变形膜28的一侧。因此,可变形膜28的一侧暴露于大气压而另一侧暴露于存在于除气罐20内的压力。
[0038]可变形膜28包括弹性部分31，其响应于除气罐20内的压力变化而发生变形。
[0039]开关27的第一接触件29固定安装在罐盖21上且开关27的第二接触件30布置成响应于可变形膜28的挠曲而移动。
[0040]第一接触件29和第二接触件30间隔开一段设定距离，使得当除气罐20内的压力达到预定极限时，可变形膜28的挠曲将会推动第二接触件30与第一接触件29接合，从而闭合开关27并将该开关置于“开启”状态。
[0041]当除气罐20内部的压力低于预定极限时，第二接触件30将会随着可变形膜28远离第一接触件29而移动，从而打开开关27并将该开关置于“关闭”状态。
[0042]可变形膜28的弹性部分31的弹力及两接触件29、30之间的距离经过选择，以便仅在压力处于或高于预定压力水平时致动开关27进入“开启”状态并在低于预定压力水平时停用开关27。
[0043]预定压力水平为在正常发动机操作条件下且除气罐20正确定位时除气罐20内所能接受的最小压力水平，诸如，例如但不限于50至70Kpa(0.5至0.7bar)。
[0044]诸如传动系统控制模块(PCM) 24的电子处理器连接至除气罐盖21的开关27及发动机转速传感器25和发动机冷却剂温度传感器26。
[0045]参照图1和图2，发动机系统10的操作如下。
[0046]当在正常的发动机运行条件下除气罐20内部的压力超过预定水平时，除气罐20内部的压力作用于可变形膜28，如此将盖21上的开关27推动至开启状态并向PCM 24发送表示开关27处于“开启”状态的信号。当除气罐20内部的压力降至预定值以下时，减小了作用于可变形膜28的压力，从而将开关27释放至关闭状态并向PCM 24发送表示开关27处于“关闭”状态的信号。因此，可变形膜28基于除气罐20内部的压力是否超过预定值来控制开关27以改变其状态。
[0047]传动系统控制模块(PCM) 24还接收来自发动机冷却剂温度(ECT)传感器26和发动机转速(RPM)传感器25的信号。PCM 24采用来自转速传感器25和温度传感器26的信号来确定除气罐20内的压力是否处于或高于预定压力水平。
[0048]当预期除气罐20在从转速传感器25和温度传感器26接收的当前发动机操作条件下应该已达到预定压力水平时，PCM 24被编程为检查来自除气罐盖21中的开关27的信号。当发动机转速高于预定转速极限且冷却剂温度高于预定温度极限时，例如，可以预期开关27处于“开启”状态。
[0049]如果开关27表示对应于当前操作条件的“开启”状态且当前操作条件是除气罐20中应该已达到预定压力水平，则PCM 24允许发动机的正常运行。
[0050]当除气罐盖21未适当安装时，在正常发动机运行条件下，除气罐20内部的压力将由于不当安装的除气罐盖21的泄露而不能增加到预期的压力水平。由于除气罐20内没有增加至充足的压力，即便PCM 24基于根据ECT传感器26和RPM传感器25推测的当前发动机运行条件而预期开关27处于开启状态，对压力敏感的可变形膜28也不会致动开关27来将其从“关闭”状态改变为“开启”状态。因此，当发动机操作条件推断应当存在状态改变时，如果开关27未从关闭状态改变至开启状态，这就表示除气盖21不当安装。然后，为了安全起见，PCM 24将在过热失效保护(overheating failsafe)模式下运行发动机41,直到能够进一步调查冷却系统15。例如，可限制发动机41的功率输出以防止在发动机41于过热失效保护模式下运行时产生过多的热量。同时，还向驾驶员提供冷却系统故障的警示。这是因为即便由于除气罐盖的不当安装或丢失没有导致损失太多的冷却剂，但是，信号通知设计成在压力下运行的冷却系统未被适当地加压这一事实很重要，以便能够采取补救措施。
[0051]图3示出了用于防止具有液体冷却系统15的车辆的发动机41的过热的方法100。
[0052]该方法包括框105中的为冷却系统的部件提供具有压力敏感开关的压力盖的初始步骤，由储存在冷却系统的部件中的冷却剂的压力变化而导致压力盖所支撑的膜发生变形来确定开关的状态，该开关是可操作的，使得如果冷却系统的部件中的冷却剂的压力等于或大于预定压力极限，则该开关达到第一状态，且如果冷却系统的部件中的冷却剂的压力低于预定压力极限，则该开关达到第二状态。
[0053]该方法适当地开始框110中的步骤，此时发动机启动。
[0054]然后，在框120中，诸如PCM 24的电子处理器接收表示发动机转速和冷却剂温度的信号。
[0055]然后，在框130中，基于当前发动机转速和冷却剂温度确定冷却系统的部件中的冷却剂的压力是否至少等于预定压力极限，且如果为否，则该方法进行至框135并在不检查压力敏感开关的状态的情况下而返回框120。然而，如果压力至少等于预定压力极限，则该方法进行至框140，检查压敏开关的状态。当冷却系统的部件中所储存的冷却剂的压力应至少等于预定压力极限时，如果开关的输出指示该开关处于第二状态，则该方法行进至框150且该发动机在发动机过热失效保护模式下运行以防止发动机41过热并将警示信号提供至发动机41的用户。该方法然后回到框120。然而，如果在框140中开关的输出表示该开关处于第一状态，则该方法行进至框145并继续发动机的正常操作，然后方法返回至框 120。
[0056]因此，通过将压力致动开关置于除气罐盖上并采用电子处理器在特定发动机运行条件下监控其状态，能够避免因除气盖的不当安装导致的引起发动机过热和安全问题的冷却剂损失。本发明的一个优势是无需实际测量除气罐内的压力的大小。因此，由于开关输出本质上是二元的，所以无需对系统的泄露检测部件进行校准。此外，因为使用简单的二元输出确定在存在特定发动机运行条件时除气帽是否被适当安装且无泄露，所以降低了系统的复杂性。
[0057]尽管已参照其以车辆的除气罐盖的形式在冷却系统的部件上的使用情况描述了本发明，但本领域技术人员应当意识到，其还可能以同样有利的效果应用于车辆的散热器盖，在这种情况下，冷却系统的部件可能为散热器。
[0058]尽管参照开关描述了本发明，其中，当冷却剂压力等于或大于预定压力极限时该开关的状态为“开启”，且当冷却剂压力低于预定压力极限时，该开关的状态为“关闭”，应当理解，可以采用相反的逻辑，这样开关在冷却剂压力等于或大于预定压力极限时为“关闭”并在压力低于预定压力极限时为“开启”。
[0059]还应当意识到，膜与开关之间无需机械联动装置，例如，该开关可能为磁性接近开关。
[0060]本领域技术人员应当意识到，尽管已参照一个或多个实施例通过实例描述了本发明，但其并不限于所公开的实施例，并应当意识到，在不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可构造替代实施例。
【权利要求】
1.一种用于机动车辆的冷却系统的压力盖，所述压力盖包括用于将所述压力盖安装在所述冷却系统的部件上的可释放连接装置、位于所述压力盖内部的电子开关、具有可变形表面部分的压力敏感膜，所述可变形表面部分可操作地连接至所述开关以响应于所述冷却系统的所述部件内的压力的变化而改变所述开关的状态，其中，当所述冷却系统的所述部件中的压力等于或大于预定压力极限时，所述压力敏感膜的变形引起所述开关达到第一操作状态，且当所述冷却系统的所述部件中的压力低于所述预定压力极限时，所述压力敏感膜引起所述开关达到第二操作状态。
2.根据权利要求1所述的压力盖，其中，所述第一状态为开启状态且所述第二状态为关闭状态。
3.根据权利要求1或2所述的压力盖，其中，所述开关具有第一导电表面和第二导电表面，所述压力敏感膜的所述可变形表面部分可操作地连接至所述开关的所述第一导电表面和所述第二导电表面中的相应的一个表面，以便响应于所述冷却系统的所述部件内的压力的变化而将所述相应的一个表面移向和远离另一个导电表面移动，以便改变所述开关的状态。
4.根据权利要求3所述的压力盖，其中，当所述冷却系统的所述部件中的压力低于所述预定极限时，所述第一导电表面通常脱离所述第二导电表面。
5.根据权利要求3或4所述的压力盖，其中，当所述冷却系统的所述部件内的压力等于或大于所述预定压力极限时，所述第二导电表面接合所述第一导电表面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压力盖，其中，所述冷却系统的所述部件为除气罐且所述压力盖为除气罐盖。
7.一种发动机系统，包括发动机、具有根据权利要求1至6中任一项所述的压力盖的用于所述发动机的冷却系统、以及电子处理器，其中，所述开关可操作地连接至所述电子处理器且所述电子处理器利用所述开关的状态来确定所述压力盖与所述压力盖所附接的所述冷却系统的所述部件之间是否存在泄露。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述电子处理器还连接至发动机转速传感器和冷却剂温度传感器且可操作以在所述发动机转速传感器和所述冷却剂温度传感器的输出表示所述冷却系统的所述部件内的压力至少等于所述预定压力极限时检查所述开关的状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，如果所述开关的状态表示所述冷却系统的所述部件内的压力低于所述预定压力极限，则所述电子处理器可操作以提供已检测到冷却系统泄漏的警示。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，如果所述开关的状态表示所述冷却系统的所述部件中的压力低于所述预定压力极限，则所述电子处理器可操作以在过热失效保护操作模式下运行所述发动机。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其中，所述电子处理器为电连接至所述开关的传动系统控制模块。
12.—种用于防止车辆的具有液体冷却系统的发动机过热的方法，其中，所述方法包括: 为所述冷却系统的部件提供压力盖，所述压力盖具有开关，由储存在所述冷却系统的所述部件中的冷却剂的压力变化而导致所述压力盖支撑的膜发生变形来确定所述开关的状态，所述开关是可操作的，使得如果所述冷却系统的所述部件中的冷却剂的压力等于或大于预定压力极限，则所述开关达到第一状态，且如果所述冷却系统的所述部件中的冷却剂的压力低于所述预定压力极限，则所述开关达到第二状态； 基于发动机转速和冷却剂温度来确定所述冷却系统的所述部件中的冷却剂的压力是否至少等于所述预定压力极限，并确定当储存在所述冷却系统的所述部件中的冷却剂的压力至少等于所述预定压力极限时所述开关的输出是否表示所述开关处于所述第二状态；以及 在发动机过热失效保护模式下运行所述发动机以防止所述发动机过热。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述冷却系统的所述部件为除气罐且所述压力盖为除气罐盖。
14.一种基本如本文参照附图所描述的用于机动车辆的冷却系统的压力盖。
15.—种基本如本文参照附图所描述的发动机系统。
16.一种用于防止车辆的发动机过热的方法，所述车辆的发动机具有基本如本文参照附图所描述的液体冷却系统。
【文档编号】F01P11/14GK104514614SQ201410507957
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】本杰明·麦克唐纳, 克里斯·詹姆斯·莱克 申请人:福特环球技术公司