专利名称：电控节温器的制作方法
电控节温器涉及领域本发明涉及一种水冷式内燃机的节温器，具体的说是内燃机冷却 系中使用微处理控制的通过电动阀门来调节水温的器具。
背景技术：
节温器是水冷式内燃机冷却系的一个组件，其作用是控制冷却水 的温度。目前的节温器有膨胀管式、蜡式、记忆合金式三类。上述三类 节温器都是利用冷却水的自身温度变化来控制开闭的阔门。由于冬季和 夏季气温变化较大，发动机在不同季节对冷却水的温度要求是不同的， 但是上述三类节温器却不能适应这种季节的变化，所以用常规的节温器 来控制冷却水的温度并不十分理想，造成了冬季能耗高、排污重(主要指CH)、司乘环境差的现状。内燃机除飞机上使用的涡轮发动机外，大部分是往复活塞式发动 机，常见的有汽油机和柴油机两大类。以上两类发动机按冷却方式又分 为风冷和水冷两类，风冷由于冷却效率低、能耗高和更难控制发动机工 作温度，常用于结构简单的小型发动机上。目前排量1升以上的多缸发 动机，绝大部分都是采用水冷。水冷内燃发动机的冷却系一般由气缸体和气缸盖的水道、发动机 皮带轮驱动的水泵、散热器(水箱)、风扇、循环水连接管和节温器组成。 发动机冷却水的理想工作温度是夏季(指气温28° C以上时)80。 C 85° C,春秋季(指气温10° C 28° C时)83° C 87° C，冬季(指气温10° C以下时)87° C 92° C。夏季要采用低水温的原因是夏季时气温高，为提高充气系数，水温还是低一点好，这样可以保证发动机动力不下降。冬季要采用高水温的原因是冬季时气温本来就低，充气系数不用考虑。为保证燃油的 经济性，和暖气的有效性，改善司乘环境，水温还是高一点好。发动机的工作温度对动力性、经济性、废气的成分和发动机的寿 命影响很大发动机的工作温度高于上述值，由于充气系数下降，动力 明显不足，加油会引起爆燃，严重时还会损坏发动机，造成气缸垫冲坏、 烧毁气门甚至爆环、拉缸、融化活塞。发动机的工作温度低于上述值时， 由于充气系数提高，动力性变化不明显，但对燃油经济性影响很大水 温每降低2。 C，燃油平均多消耗1%。当水温降低至30。 C以下时，不但燃油要多消耗25%，动力性也开始明显下降，当水温降低至10° C以下时，发动机几乎不能输出动力，废气中含有大量的未燃烧的燃油蒸汽。 发动机工作温度低，发动机的寿命也会显著缩短。这是因为工作温度低 时，燃油中的硫燃烧后和空气中的水形成的硫酸和亚硫酸凝集在缸壁上， 加上润滑油粘稠，难以形成适合润滑的油膜，腐蚀加干摩擦造成的。设计发动机的冷却系时，大都要求在气温55° C的使用环境中， 水温不超过95° C。这样一来，在其他低于气温55° C的环境中使用时， 水泵、散热器、风扇都有很大的裕量。由于水泵是发动机直接驱动，只 要发动机转动，它就无法停下来，为防止气温低时散热过度造成发动机 过冷，通常控制水温的技术手段是在气缸盖的出水口处设置节温器。目前的节温器有膨胀管式、蜡式、记忆合金式三类，但在实际应用中记忆合金式较少，膨胀管式和蜡式较多。膨胀管式和蜡式节温器的 原理是相同的，都是利用热胀冷縮的原理，但工作介质不同膨胀管式 的工作介质是乙醚，蜡式的工作介质是石蜡。由于它们都是依靠冷却水 的热量来驱动的，所以不可能实现发动机冷却水温度的反季节控制。又 由于它们都是向上升起的横向阀门，即使全开时，也会对冷却水循环产 生较大阻力。另外，为了防止加注冷却液时的憋气现象(加注冷却液时 如果冷却水道内的空气不能及时排出，冷却液就无法进入冷却水道，此 时如果发动车就会造成发动机缺水过热而损坏)，目前几乎所有的节温器 都是在阀门上留有泄气孔。对常规节温器而言，这个泄气孔非常重要， 除了防止出现上述加水时憋气现象的原因之外，留有泄气孔的另外一个 原因是可以在冷车放水时也能放净。不然，如果节温器冷态下过于严 密，发动机放水开关就会因为大气压力而放水不净或放不出水，造成冻 裂气缸体的故障。但是，就因为存在这个泄气孔，在冬季即使节温器全 关，也会使发动机水温只能达到70° C左右(发明人冬季实测本田飞度 三厢汽车工作三小时后发动机水温为69° C)，不但无法察觉的浪费了大 量燃料，废气中的燃油蒸汽还会污染大气，并且车上的暖气不热，车内 出风口吹出的是温风。另外，目前的节温器的动作的标准温度是68° C始开，72° C全开。冬季由于空气温度低，水箱冷却效率高，节温器一般 不会全开，也就是说，冬季冷却液的温度一般只有70° C左右，这样使 用就比标准水温浪费5%的燃油！而对于这种浪费，人们通常却都视而不 见，习以为常，误认为是合理的消耗。
发明内容
为克服节温器的上述不足，本发明公开一种全新思路的电控节温 器，是一种使用微处理控制的电动节温器。它能对发动机水温进行精确 控制和反季节调整，以达到节约燃油、减少排污、延长发动机寿命和改 善司乘环境的目的。本发明由水温传感器，气温传感器，微处理器，电动机，减速机 构和阀组成，阀安装在发动机循环水道的出水口中，水温传感器安装在 发动机冷却水道中，气温传感器安装于发动机外部的适当位置。水温传 感器、气温传感器和电门锁共同控制微处理器，微处理器控制电动机， 电动机通过减速机构控制阀的开闭。由于本发明是微处理器控制的电动阀门，微处理器又受控于水温 传感器、气温传感器和电门锁，这就使本发明不但能像常规节温器那样， 感受发动机水温的变化而开闭，而且能感受季节的变化和发动机是否正 在工作，根据三者发来的信息对电动阀门的开启程度进行调整，所以能 够对发动机水温进行精确控制和反季节调整，使冬季水温高，暖风很热， 改善了司乘环境，节约了暖风电动机的功耗。只要关闭电门锁，在微处 理器的控制下，电动阀门可实现立即关闭，使发动机冷却水在停转后不 再循环，温度下降较慢，不但縮短了初次暖车的时间，而且还会大大缩 短停车后再次发动的暖车时间，较好的达到了冬季节约燃油、减少排污、 延长发动机寿命和改善司乘环境的目的。
下边结合附图对本发明作进一步说明。图1是本发明一种旋阀式电动阀门结构示意图。图2是本发明电路连接原理方框图。图3是本发明在内燃机上安装位置示意图。图中l.电动机，2.蜗杆(电动机的轴)，3.蜗轮，4.减速机构，5. 水封胶圈，6.节温器外壳，7.进水口， 8.阀，9.蜗轮轴，IO.出水口， 11. 水温传感器，12.气温传感器，13.微处理器，14.电门钥匙，15.电门锁， 16.发动机，17.水泵，18.进水管，19.散热器，20出水管，F.电动阀门。
具体实施例方式本发明的一种旋阀式电动阀门F的结构如图1，电动机1的外壳和 减速机构4的外壳固定连接，电动机1轴的动力输出端制成蜗杆2，并与 安装在减速机构4的外壳内的蜗轮3啮合，蜗轮3的轴9向下伸入到节 温器外壳6中，节温器外壳6与减速机构4的外壳制成一体，减速机构4 的外壳6 —端是进水口 7，另一端是出水口 10，蜗轮轴9的下部固定安 装着圆板状的阀8，硅橡胶制成的水封胶圈5套装在蜗轮轴9上部，安装 在节温器外壳6的环槽中。通过改变电动机1的旋转方向就能使阀8开 启或关闭。本发明的电路连接原理见图2，水温传感器11、气温传感器12和电 门锁15、钥匙14共同控制微处理器13，微处理器13控制电动阀门F上 的电动机l旋转的方向和与否，决定电动阀门F的开闭程度。本发明的电动阀门F在内燃机上安装位置见图3，在发动机16和出 水管20之间安装有旋阀式电动阀门F (该电动阔门F的结构如图1)，当 发动机16运转时，风扇皮带(图中未示出)驱动水泵17运转，将冷却 水从散热器19中抽出，通过进水管18泵入发动机16的冷却水套中，发动机16的冷却水套中的热水由于水压增高，会通过由电动机l、减速机 构4和节温器外壳6等组成的电动阀门F进入出水管20，经过出水管20 回到散热器19，由此完成了冷却循环。当电动阀门F开启时，循环顺利 迸行，冷却水不断降温；当电动阀门F关闭时，循环不能进行，发动机 内的冷却水快速升温。由此可见，通过控制电动阀门F的开启程度就可 以控制发动机16内的冷却水的水温。本实施例使用的电动机1是步进电动机，这样可以省去阀门8上的 位置传感器，达到简化线路和结构的目的，当然也可以使用其他电动机。本发明初看起来有结构复杂，成本较高的缺点。但其优异的性能却 是目前世界上任何一种节温器所不具备的，特别是对水温的反季节调整 是常规节温器所无法做到的，在油价逐年上涨、电子元件价格逐年下降 的今天，发明人算过一笔帐，如果在冬季里使用本发明，最多50天内运 行中所节省的燃料费用，足可以对冲本发明的制造和换装成本，可见推 广本发明单从经济上考虑也是非常划算的，这还不包括有长期的保护环 境、延缓全球变暖，延长发动机寿命、改善冬季司乘环境等诸多好处。 本发明的进一步方案是1. 在进^C管18内再增加一个进水温度传感器，该传感器也连接到 微处理器13上，会对水温控制更加有利，使水温变化更平缓。2. 阀8使用球阀式阀门，可以使阀8开启时循环水阻几乎为零，使 炎热的夏季发动机16水温更低，甚至能减小散热器19尺寸和重量。3. 增加一个与主阀门8分动的副阀门来控制发动机的小循环，使发 动机水温变化更加平稳，波动更小。副阀门与主阀门8的运动关系是-,在主阀门8从完全关闭到完全开启的运动过程中，副阀门一直是开启的， 只有当主阀门8即将完全开启时，副阀门才突然关闭。4. 在散热器19下部再增加一个散热器水温传感器，该传感器也连 接到微处理器13上，可以在严寒的冬季中使用本发明时，当发动机16 使用普通水作冷却液时，只要发动机16正在工作，不管天气如何寒冷， 散热器19内的水都不可能结冰。5. 将蜗轮轴9向上延长，并在延长端安装一手柄，再把蜗轮3与蜗 杆轴9之间装上简单的离合器，就可以做到节温器工作的可观察、可干 预。以便于检修和排除故障。6. 如果本发明被发动机厂采用，可设计为电动阀门F设计安装 在原来节温器的位置，微处理器13和原发动机电脑(ECU)合并，微处 理器13的全部功能溶入原发动机电脑内，传感器也可以和发动机电脑共 享以进一步简化结构和线路，使工作更加可靠。本发明与常规节温器相比，其特点是-. 1.可以实现发动机水温的精确控制使用本发明可以使发动机16 水温的控制精确到±2° C，阀8的开启程度是由发动机16缸盖处水温、 水泵进水口处的水温(即散热器回水温度)和空气温度通过传感器变成 电信号进入电脑，通过运算而决定的，所以发动机16水温不会忽高忽低、 反复振荡。基本是恒定的。而其他形式的节温器由于只感受发动机水温 的高低，高就开，低就关，这样就会造成发动机水温的一会儿高， 一会 儿低，反复振荡。加上产品加工的离散性，能保证土6。 C就很不错了， 特别是使用过一段时间后，由于元件老化，节温的效果更是无法察考。2. 可以实现发动机16水温的反季节控制使用本发明可以使发 动机水温冬季高、夏季低。而其他形式的节温器根本无法实现上述功能。3. 本发明关闭时很严密，根据目前技术可以做到关闭时不漏，开 启后对循环水的阻力非常小。综合性能是节温器中最优秀的，而其他形 式的节温器开启后阻力大，关闭后不严，无法设计出这种良好的性能。4. 可以实现发动机停止工作后水温下降很慢，以縮短下次启动后的暖车时间本发明在点火锁关闭后，电动阀门F立即关闭(由微处理程序控制，冬季是这样。夏季可设计水温降至80。 C时再立即关闭)。这样在发动机水温较高时就阻断了冷却水的循环通道，使发动机停止工作 后水温下降很慢。缩短了再次发动车升温的时间，同时节约了燃油。(如 果在发动机外喷一层保温涂料，效果会更好。)而常规节温器在发动机停 止工作后由于水温较高，是开启的。发动机内的冷却水不断循环，通过散热器快速冷却，直到节温器处的水温下降到65° C才逐渐关闭。由于 安装节温器的气缸盖出水口处是发动机位置的最高处，同时也是水温的 最髙处，当节温器开始逐渐关闭时，发动机下部水温已不足50° C 了， 由于节温器上留有泄气孔， 一直无法完全关闭严密，导致冷却循环一直 慢慢在进行，直到发动机水温降低到与环境气温相近时为止。在寒冷的 冬季，哪怕是熄火片刻再发动车，也要重新升温。5. 可以实现发动机冷却系大小循环的分别控制发动机冷却系中 小循环是把缸盖上部的热水和缸体下部的冷水混合起来，以保证发动机 温度均匀，不会产生上部过热爆燃、下部过冷磨损快的不良现象。在寒 冷的冬季，小循环还保证发动机不发生局部过冷。可见冷却系内小循环的存在，除了在炎热的夏季，其他时间都是十分必要的。本发明可以实现发动机冷却系大小循环的分别控制即只有当大 循环的阀门即将全开时，小循环的阀门才突然关闭；其他大部分时间里 小循环的阀门都是全开的，这就保证了发动机温度均匀。而其他形式的节温器由于大小循环的阀门是一同运动的，无法实 现上述功能，也就难以保证发动机上下温度的均匀。6.可以实现节温器工作的可观察、可干预由于本发明中电动阀门F 中的电动机1是通过一个带水封的轴或杆来控制阀8的开闭，这就给节 温器工作的可观察、可干预提供了可能。例如在本发明中电动阀门F 上增加一个手柄，在与微处理的连接处增加一个插头，该插头与车室内 的单刀双掷三位开关相连。这样，当微处理出现故障时可换过插头来， 改为电动控制。当电动机出毛病时，又可以直接用手柄操纵，作为临时 应急手段。加水和放水时也可以利用微处理、电动或手动，将节温器全 开，以縮短加水和放水的过程，节约时间。在排除故障时，还能随时观 察和掌握节温器的工作情况。而常规节温器就没有这么方便灵活了看不见，摸不到，工作是 否正常谁也不知道。直到发动机犯热开锅才知道节温器打不开；直到冬 季暖气不热才知道节温器关不了，这之前只知道这车费油，原因还找不 到，水温表上大都无刻度(有些车干脆就没有水温表，例如本田飞度)， 即使看到温度低，往往还认为是表不准，谁也想不到是节温器有毛病。本发明的优点是1.节约燃料通常发动机的燃料的经济性实验都是通过台架实验得出的，而台架实验的环境都是在理想环境(如气温20至25。 C,水温 80至90° C)中做出的，车辆的每百千米耗油量也是在上述理想环境中 测出的。但在冬季中的经济性实验和车辆的每百千米耗油量，就谁也不 考察、不测量了。本发明所以能节约燃料，得益于对水温的反季节调整， 节约燃油的效果主要表现在冬季。夏季节约燃料的效果并不十分明显(但 夏季可以缩短暖车时间，并且能明显縮短再次发动的暖车时间)。由于本 发明的电动阀门F受控于点火锁，当点火锁关闭时，电动阀门也随之关 闭，这样，可以使发动机水温下降很慢，减少了再次发动车时的暖车时 间，也能在实际中节约燃油。安装本发明冬季可以节约燃料10%至15%。2. 减少排污本发明可以使发动机冷车启动时升温特别快，减少 了冷车工作的时间，所以不但节约了燃料，还能减少废气中碳氢化合物 的数量。对节约资源、保护环境都有利。3. 延长发动机寿命由于使用本发明后可以縮短发动机冷车的工 作时间，冬季也能保证发动机长期工作在合理的温度下，发动机的寿命 必然会延长。4. 改善冬季的司乘环境这是本发明最能收到立竿见影的效果的优点(其他优点专家才清楚)。使用本发明后可以使冷却水的温度冬季提高约20° C，可以使暖气出风口温度由"温"，变为感到"烫"。综上所述，将本发明付诸实施是利国利民利世界的好事，希望国家 有关部门根据"能源法"，尽快组织力量生产，将这个绿色、环保、节能、 减排的产品付诸实施，为人类造福。
权利要求
1. 电控节温器，由水温传感器(11)，气温传感器(12)，微处理器(13)，电动机(1)，减速机构(4)和阀(8)组成，其特征是阀(8)安装于内燃机(16)循环水道中，水温传感器(11)，气温传感器(12)和电门锁(15)控制微处理器(13)，微处理器(13)控制电动机(1)，电动机(1)通过减速机构(4)控制阀(8)的开闭。
2. 根据权利要求1所述的电控节温器，其特征是所述的内燃机(16) 是水冷式往复活塞式多缸内燃机。
全文摘要
电控节温器，是水冷往复活塞式多缸内燃机冷却系中的组件。由水温传感器(11)，气温传感器(12)，电门锁(15)共同控制微处理器(13)，通过微处理器(13)来控制由电动机(1)、减速机构(4)、阀(8)组成的电动阀门(F)，该电动阀门(F)安装于内燃机循环水道中。本发明有精确控制水温、对水温进行反季节调整、缩短暖车时间、大小循环分别控制、工作状态的可观察、可干预等特点。应用本发明后可以达到冬季节约燃油、减少排污以保护环境、延长发动机寿命、改善冬季司乘环境的目的。
文档编号F01P7/16GK101245729SQ200810087049
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者孙宗炎 申请人:孙 可