减少管路气泡的发动机冷却控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种改进型发动机冷却系统。更具体地说，本实用新型涉及一种通过设置腔室或罐体来收集管路气泡的发动机冷却控制系统。

背景技术：

发动机冷却控制系统的作用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，既要防止发动机过热，也要防止发动机冬季过冷。在发动机冷启动之后，冷却控制系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。为了满足发动机温度调节的这种特性，需要有能够调节自身制冷能力的冷却控制系统。目前，主要由节温器以及大小循环水路构成的水冷式发动机冷却控制系统被用来满足上述要求。

水冷式发动机冷却控制系统通常为强制循环水冷系统，即利用水泵提高防冻液的压力，强制防冻液在发动机中循环流动。该系统通常由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱或防冻液加注箱、节温器、发动机机体和气缸盖中的水套以及附属装置等组成。

冷却控制系统的主循环包括两种工作模式，即“冷车循环模式”和“正常循环模式”。这两种模式分别被称为小循环和大循环，如图1a和1b中所示。

请参见图1a，冷车起动后，发动机开始逐渐升温。此时，防冻液的温度还无法打开系统中的节温器，因此防冻液只是经过暖风管路和水泵在发动机内部进行“冷车循环”，目的是使发动机尽快地达到正常工作温度。也就是说，防冻液在图1a中沿着a-c-b的路径(即，小循环管路)循环流动。

接着请参见图1b，随着发动机的温度升高，防冻液的温度也上升到节温器的开启温度(通常为80℃左右)。此时，节温器打开，防冻液开始“正常循环”，即防冻液在图1b中沿着小循环管路和a-e-d-b的路径(即，大循环管路) 同时循环流动。也就是说，防冻液在离开发动机之后一方面沿小循环管路流经暖风管路和水泵，另一方面沿大循环管路流经散热器，在散热之后再流经节温器和水泵进入发动机。

然而，在节温器打开时，由于流经大循环管路的防冻液的温度显著低于流经小循环管路的防冻液的温度，在冷热交汇处会产生大量气泡。这些气泡导致与之接触的诸如缸体等部件不能及时降温，长时间后就会造成机械部件损伤等问题，同时也会导致发动机的热效率降低。

现有技术中有一种解决方案是通过设置挡板来避免气泡和/或水锤现象的产生，例如中国专利申请CN102937224A等。但是，由于节温器开启时所产生的气泡数量较多，经实验发现难以通过上述技术方案完全予以避免。

由申请人上海理工大学于2009年11月20日提交的中国专利 CN101725501B公开了一种带有气泡收集装置的气泡泵。该气泡泵提升管下部与低位储液器连接，低位储液器连接到发生器，低位储液器内部设置有热交换器，热交换器与外界热源连接，并且在热交换器上方与热交换器垂直的位置连接有气泡收集装置。低位储液器上部呈八字结构，气泡收集装置通过三片肋片固接于低位储液器内壁。气泡收集装置下部也呈八字结构，上部连接有出口管口，低位储液器上部的八字结构和气泡收集装置下部的八字结构相互平行。

根据上述专利记载，该种带有气泡收集装置的气泡泵属于利用热能驱动所产生蒸汽泡的升力在系统中产生流体液的热能输送装置。具有如上所述的复叠的八字结构或倒置漏斗结构的储液器和气泡收集装置致使单位时间内提升管所提升的液体量达到最大，从而提高了气泡泵的效率。然而，虽然这样的横截面越往上越细的构造具有更大面积的气泡收集面，但由于越往上压力越大，气泡通常会聚集在气泡收集面内而无法被及时收集。

事实上，在该专利说明书第[0022]段中也记载了如下内容：“在单压吸收式制冷系统中，发生结束后的氨水稀溶液由底部连接管路进入低位储液器1，被低位储液器1内的热交换器2进一步加热……开始时，由于气泡形成的速率较快，而气泡收集装置3的上端出口较小，产生的气泡来不及逸出……”。这也充分说明了上述气泡收集装置所存在的缺陷。因此，此专利存在需要设置加热元件及能耗较大等缺陷。

此外，由申请人吉林省沃鸿医疗器械制造有限公司于2015年12月2日提交的中国专利CN105310700B公开了一种气泡收集装置。该气泡收集装置包括壳体和泡壳。壳体上设置有进液口和出液口，壳体内设置有进液管。进液管的一端与进液口连通，且与壳体内壁具有间隔。泡壳构造成一端开口的中空壳体，泡壳罩设在进液管外，且与壳体内壁和进液管的外侧壁之间均具有间隔。

该专利的气泡收集装置，在动脉血没有进入至血样采样器的采集管之前，先收集动脉血中的气泡，然后使动脉血中的血液与气泡分离，从而有效地降低动脉血中的气泡含量，以及气泡对血气分析的血气值的影响，以此提高分析结果的准确性。

然而，上述气泡收集装置主要用于采集血样，并不适于应用在发动机冷却系统中。对于本领域的普通技术人员来说，也难以在不花费创造性劳动的前提下将医疗器械领域中的气泡收集装置用在发动机冷却系统中，这是因为泡壳罩与壳体内壁和进液管的外侧壁之间的间隔不能满足防冻液流量的要求。

为此，目前急需设计一种能够有效且经济地收集管路气泡的发动机冷却控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种有效且经济地收集管路气泡的发动机冷却控制系统，该系统能够通过简单的设计高效且快速地收集由于冷热交汇而产生的大量气泡以减少对于各机械部件的损伤。

本实用新型的第一方面涉及一种发动机冷却控制系统，包括：使冷冻液流经暖风管道并返回发动机的小循环管路；使冷冻液流经散热器并返回发动机的大循环管路；以及节温器和水泵，小循环管路和大循环管路交汇在节温器处，并构成使防冻液流回到发动机的主管路，水泵设置在主管路中并位于节温器的下游，其中，在节温器和水泵之间设置有收集气泡用的腔体，并且腔体的横截面具有越往上越粗的构造。

较佳的是，腔体可以具有以下形状构造中的一种：杯形构造、漏斗形构造、喇叭向上扩口构造和倒八字构造。

较佳的是，腔体的横截面可以由下至上连续扩大，或者腔体在其连续扩大的多段横截面之间形成有直径恒定的横截面段。

较佳的是，腔体在其与防冻液所流经的主管路接口处的横截面可以为大致圆弧形。

较佳的是，在腔体的侧壁顶部可以设有测量腔体内液位上方压力的压力传感器，在腔体的侧壁上还分别可以设有限定防冻液在腔体内的最高液位和最低液位的高液位传感器和低液位传感器。

较佳的是，在腔体的下游可以设置有对主管路中的防冻液量进行调节和补充的防冻液加注箱。

另外，在腔体的顶部还可以设有降低腔体内液位上方压力的第一单向阀。

在上述实施例中，防冻液加注箱还可以设置有第一加注箱管线和第二加注箱管线，其中，第二单向阀控制第一加注箱管线与腔体的连通，第三单向阀控制第二加注箱管线与主管路的连通。

本实用新型的第二方面涉及一种发动机冷却控制系统，包括：使冷冻液流经暖风管道并返回发动机的小循环管路；使冷冻液流经散热器并返回发动机的大循环管路；以及节温器和水泵，小循环管路和大循环管路交汇在节温器处，并构成使防冻液流回到发动机的主管路，水泵设置在主管路中并位于节温器的下游，将节温器和水泵之间的主管路用作为收集气泡用的腔体。

上述技术方案的优点在于：

(a)通过布置在冷热交汇处的腔体收集绝大部分气泡，由于无需加热，提高了冷却控制系统的经济性；

(b)可以通过防冻液补给箱对防冻液量进行补给和调节；

(c)由于腔体在其与防冻液所流经的主管路接口处的横截面为大致圆弧形，因此可以尽可能防止防冻液进入；由于腔体本体横截面具有越往上越粗的构造，其越往上压力越小，有利于气体收集。

附图说明

为了进一步说明本实用新型的减少管路气泡的发动机冷却控制系统的结构和工作流程，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明，其中：

图1a是现有技术的发动机冷却控制系统在小循环作业时的示意图；

图1b是现有技术的发动机冷却控制系统在大循环作业时的示意图；

图2a是根据本实用新型的发动机冷却控制系统在小循环作业时的示意图；

图2b是根据本实用新型的发动机冷却控制系统在大循环作业时的示意图；

图3以放大的方式示出了腔体和防冻液加注箱在根据本实用新型的发动机冷却控制系统的第一实施例中的布置；

图4以放大的方式示出了腔体和防冻液加注箱在根据本实用新型的发动机冷却控制系统的第二实施例中的布置；

图5是采用根据本实用新型的发动机冷却控制系统的发动机的运行流程图。

附图标记

1 发动机

2 散热器

3 散热风扇

4 暖风管道

5 节温器

6 水泵

7 腔体

8 防冻液加注箱

8a 第一加注箱管线

8b 第二加注箱管线

Va 第一单向阀

Vb 第二单向阀

Vc 第三单向阀

SP 压力传感器

SH 高液位传感器

SL 低液位传感器

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的减少管路气泡的发动机冷却控制系统，其中，相同的部件由相同的附图标记进行标示。

需要说明的是，本文中出现的“上”、“下”、“内”、“外”、“大”、“小”、“粗”、“细”、“高”和“低”等形容词均参照附图中的示例给出。对于本领域的普通技术人员来说，能够结合实施例的变化而对上述术语进行适当调整。

(第一实施例)

下面结合图2a和2b介绍根据本实用新型的发动机冷却控制系统中的各个部件。

防冻液又称冷却液，是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。它需要具有防冻性、防蚀性、热传导性和不变质的性能。现在经常使用乙二醇为主要成分、加有防腐蚀添加及水的防冻液。当然，其它成分的防冻液也应当落入在本实用新型的保护范围之内。

节温器5通常在温度上升到80℃后开启，在温度到达95℃时具有最大开度。节温器如果不能关闭的话，会使循环从发动机冷起动时就进入“正常循环”，从而导致发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器如果不能开启或开启不灵活的话，会使防冻液无法经过散热器循环，导致温度过高或时高时正常。如果因节温器不能开启而引起过热，散热器两侧管路中的温度和压力会有所不同。

水泵6的作用是对防冻液加压，保证其在冷却控制系统中循环流动。发动机1工作时，防冻液在散热器2内流动，空气在散热器2外通过，温度相对较高的防冻液由于向外部冷空气散热而变冷。当发动机1在慢速和/或原地运行时，散热风扇3就会转动以帮助散热器2散热。

与现有技术类似，根据本实用新型的冷却控制系统的主循环同样包括两种工作模式，即“冷车循环模式”和“正常循环模式”。这两种模式分别被称为小循环和大循环，如图2a和2b中所示。

请参见图2a，冷车起动后，发动机1开始逐渐升温。此时，防冻液的温度还无法打开系统中的节温器5，因此防冻液只是经过暖风管路4和水泵6在发动机1内部进行“冷车循环”，目的是使发动机1尽快地达到正常工作温度。也就是说，防冻液在图2a中沿着a→c→b的路径(即，小循环管路)循环流动。

接着请参见图2b，随着发动机1的温度升高，防冻液的温度也上升到节温器5的开启温度。此时，节温器5打开，防冻液开始“正常循环”，即防冻液在图2b中沿着小循环管路和a→e→d→b的路径(即，大循环管路)同时循环流动。也就是说，防冻液在离开发动机1之后一方面沿小循环管路流经暖风管路4和水泵6，另一方面沿大循环管路流经散热器2，在利用诸如散热风扇3 等散热之后再流经节温器5和水泵6进入发动机1。

在节温器打开时，由于流经大循环管路的防冻液的温度显著低于流经小循环管路的防冻液的温度，在冷热交汇处会产生大量气泡。为了有效且经济地收集这些气泡，在节温器5和水泵6之间还设置有用于收集这些气泡的腔体 7。

在防冻液进行小循环时，节温器5处于关闭状态。此时，防冻液在流经节温器5和水泵6之间的腔体7时，混杂于其中的空气就会由于压力差而流入腔体7内。在防冻液进行大循环时，节温器5处于开启状态。此时，流经大循环管路的防冻液由于冷热交换而产生大量气泡。腔体7能够有效地经济地收集这些气泡，避免了气泡经由管路流入发动机。

在另一个较佳实施例中，还可以在腔体7的下游设置防冻液加注箱，以对主管路中的防冻液量进行调节和补充。

图3以放大的方式示出了腔体7和防冻液加注箱8在发动机冷却控制系统中的布置。

可以看到，大循环管路和小循环管路在节温器5处交汇在一起，并且至此构成防冻液流回到发动机1的主管路。沿着该主管路，腔体7设置在节温器5 和水泵6之间，并且其横截面较佳地具有越往上越粗的构造。这种构造一方面具有较小的底面积，以防止防冻液进入腔体7，另一方面致使腔体7越往上压力越小，从而利于收集防冻液中的气泡，并且使气泡内的空气进入腔体7。

在本实用新型的若干较佳实施例中，所谓“越往上越粗的构造”是指腔体 7在各个水平面上的横截面积随着位置的升高而变大，其可以是杯形构造、漏斗形构造、喇叭向上扩口构造、倒八字构造或者任何本领域的普通技术人员能够想到的合适构造，只要其能够满足腔体越往上压力越小的条件，都应当被认为落入在本实用新型的保护范围之内。

在上述构造中，腔体7的横截面是由下至上连续扩大的。然而，对于本领域的普通技术人员易于理解的是，也可以在连续扩大的多段横截面之间形成有直径恒定的横截面段。例如，在图3中，腔体7的下半部分的横截面是连续扩大的，而上半部分的横截面则是恒定的。这样的变形实施例也应当落入在本实用新型的保护范围之内。

在又一个较佳实施例中，腔体7在其与防冻液所流经的主管路接口处的横截面为大致圆弧形。这样，可以尽可能缩小腔体7的底面积，以更有效地防止防冻液进入。

腔体7的顶部是可封闭的。在腔体7的侧壁顶部设有压力传感器SP，以测量腔体7内液位上方的压力。在腔体7的侧壁上还分别设有高液位传感器 SH和低液位传感器SL。高液位传感器SH和低液位传感器SL的设置位置分别代表了防冻液在腔体7内的最高液位和最低液位。通过检测高液位传感器SH和低液位传感器SL所发送的信号，可以在保证压力安全的前提下将防冻液在腔体7内的液位限定在可控范围之内。

本领域的普通技术人员应当理解的是，上述最高液位不应当高于压力传感器SP，而最低液位不应当低于腔体7的底面。

在腔体7的顶部中心还设有第一单向阀Va。当第一单向阀Va打开时，可以降低腔体7内液位上方的压力，该压力与所收集的气泡数量成正比。

设置在腔体7下游的防冻液加注箱8较佳地设置有第一加注箱管线8a 和第二加注箱管线8b，其中，第一加注箱管线8a与腔体7连通，以使防冻液加注箱8内的防冻液可以经由该第一加注箱管线8a流动并补充到腔体7 内，第二加注箱管线8b与防冻液所流经的主管路连通，以使主管路中的防冻液可以经由该第二加注箱管线8b流动并补充到防冻液加注箱8。

上述第一、第二和第三单向阀Va、Vb和Vc为电磁控制阀门。本领域的普通技术人员可以设定不同的需求压力来调节水温，实时监测防冻液液位并且进行自动泄压及加注，以确保系统内防冻液的有效工作量。

(第二实施例)

图4以放大的方式示出了腔体7和防冻液加注箱8在发动机冷却控制系统中的另一种布置。

与图3类似，大循环管路和小循环管路在节温器5处交汇在一起，并且至此构成防冻液流回到发动机1的主管路。不同于第一实施例的是，第二实施例中并没有布置腔体7，而是将防冻液所流经的主管路作为储存防冻液和气泡中空气的场所。

以类似的方式，在主管路的侧壁顶部设有压力传感器SP，以测量主管路内液位上方的压力。在主管路的侧壁上还分别设有高液位传感器SH和低液位传感器SL。高液位传感器SH和低液位传感器SL的设置位置分别代表了防冻液在主管路内的最高液位和最低液位。通过检测高液位传感器SH和低液位传感器SL所发送的信号，可以在保证压力安全的前提下将防冻液在主管路内的液位限定在可控范围之内。

由于需要依靠重力使得气泡内的空气位于防冻液液面上方，因此在第二实施例中需要将主管路设置为垂直放置，而不是像第一实施例那样水平放置或垂直放置均可。

在主管路内设置第一单向阀Va，以便在第一单向阀Va关闭时使储存防冻液和气泡中空气的主管路成为密闭环境。

防冻液加注箱8同样设置有第一加注箱管线8a和第二加注箱管线8b，其中，第一加注箱管线8a与主管路连通，以使防冻液加注箱8内的防冻液可以经由该第一加注箱管线8a流动并补充到主管路内，第二加注箱管线8b 与节温器5上游连通，以使节温器5上游的防冻液可以经由该第二加注箱管线8b流动并补充到防冻液加注箱8。

下面将结合图5简单说明发动机冷却控制系统的各单向阀的控制逻辑和工作流程。

通常冷机启动时防冻液压力为40kpa，而防冻液的安全压力为70kpa以内。借助压力传感器SP、高液位传感器SH和低液位传感器SL对防冻液压力以及液位高度进行实时监测，根据监测到的不同状态进行如下动作：

当监测到防冻液的液位高于液位上限(即，高液位传感器SH的位置)时，利用压力传感器SP监测压力值，当压力值大于或等于70Kpa时，开启第二单向阀Vb，使腔体7内的防冻液经由第一加注箱管线8a排泄到防冻液加注箱8 内，以使压力值降低；当压力值小于70Kpa但大于40Kpa时，保持压力值不变。

当监测到防冻液的液位低于液位下限(即，低液位传感器SL的位置)时，利用压力传感器SP监测压力值，当压力值大于或等于70Kpa时，开启第一单向阀Vb，使腔体7内的防冻液液位上方的空气排出腔体7，以使压力值降低；当压力值小于70Kpa但大于40Kpa时，打开第三单向阀Vc，使防冻液经由第二加注箱管线8b流动并补充到防冻液加注箱8。

当监测到防冻液的液位高于液位下限但低于液位上限时，利用压力传感器 SP监测压力值，当压力值大于或等于70Kpa时，开启第一单向阀Vb，使腔体 7内的防冻液液位上方的空气排出腔体7，以使压力值降低；当压力值小于 70Kpa但大于40Kpa时，保持压力值不变。

如图5所示，其中示出了发动机冷却控制系统的运行流程。具体来说，在发动机运行时，首先判断压力是否大于70Kpa，其次判断防冻液液位是高于高液位传感器SH的位置还是低于低液位传感器SL的位置。

如果压力高于70Kpa且防冻液液位高于高液位传感器SH的位置的话，打开第二单向阀Vb并排出防冻液。如果压力高于70Kpa且防冻液液位低于高液位传感器SH的位置的话，打开第一单向阀Va并排出空气。如果压力低于 70Kpa且防冻液液位低于低液位传感器SL的位置的话，打开第三单向阀Vc 并加注防冻液。如果压力低于70Kpa且防冻液液位高于低液位传感器SL的位置的话，则各单向阀不动作，保持压力不变。

继续监测各压力值直至发动机运行结束。

虽然以上结合了若干实施例对本实用新型的减少管路气泡的发动机冷却控制系统的结构和工作流程进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本实用新型的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本实用新型进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本实用新型的权利要求书所要求的范围之内。