本发明涉及一种改善发动机运行工作温度的控 制装置，特别是一种保持发动机在最 佳工作温度条件下运行， 降低燃料消耗、减少有害气体排放、 延长使用寿命的发动机控 温器， 属于发动机配套部件。

背景技术

众所周知， 发动机只有保持最佳工作温度 （一般为 85°C— 95 °C ) 条件运行下， 才 能发挥最大工作效率， 因此， 绝大部分发动机都在调温的情况下工作， 试图强制控制循 环水冷却系统来保持最佳工作温度。然而当环 境温度过高或过低时， 该方法很难控制工 作温度都保持在最佳温度范围。常见的调温， 即调整水冷式内燃发动机工作温度的方法 主要有： 在强制水冷却循环系统上采用安装水泵、 普通冷却风扇 （或硅油风扇、 电动风 扇等）， 散热器、 节温器、 百叶窗、 增加保温被等方法。 本发明人曾针对上述方法存在 的问题， 先后设计出 "水冷式内燃机温度调控器"（专利公告号为 CN2538964Y), "内 燃机温度调控器"（专利公告号为 CN159843A), "内燃发动机温度调控器"（专利公开 号为 CN101191434A), 以上发明尽管在一定程度上解决了调控内燃发 动机工作温度存 在的当前问题， 但从进一步改善发动机的功能性、 耐久性、 安全性和可靠性来看， 这几 项发明在结构设计上还存在着有待改进之处：

( 1 ) "水冷式内燃机温度调控器"和 "内燃机温度调控器"的专利技术方案中， 阀 体主体结构均为蝶阀式， 后者与前者相比， 其创新在于增加了冷却液小循环控制， 改进 了减速机构， 由蜗轮蜗杆代替齿轮组的多级变速， 新设计了手动保险旋钮， 解决了在温 度调控器出现故障时， 切换控制装置的问题， 保证了发动机能继续工作。但其阀体主体 结构设计欠妥，就是冷却液从大循环向小循环 切换的方法都是依靠主翻板外圆周面与阀 体主流管壁完全接触来实现， 而主翻板外圆周面与阀体主流管壁是否完全接 触， 又受减 速器内限位开关发出信号的时间控制； 当限位开关发出关闭冷却液大循环信号， 主翻板 外圆周面与阀体主流管壁没有接触上时， 则两者之间有不同程度缝隙， 主翻板就不能完 全切断冷却液大循环， 此时内燃发动机启动升温速度慢， 甚至会出现内燃发动机在低温 环境下工作时温度升不上来； 当限位开关还没有发出关闭冷却液大循环信号 ， 主翻板外 圆周面与阀体主流管壁已经实现全面接触时， 则会因主翻板不能继续前行， 而微电脑控 制系统检测不到限位开关发出的关闭信号， 就发不出让电机停止工作的指令； 此时电机 继续工作， 就会降低电机使用寿命， 易烧损电机。要想将主翻板外圆周面同阀体主 流管 壁完全接触的那一瞬间， 与限位开关发出的关闭信号的那一瞬间调节一 致， 是极其困难 的。倘若生产时调整一致了， 也会随着主翻板外圆周面同阀体主流管壁之间 工作摩擦磨 损出现新的不一致。这种要求限位开关与主翻 板同阀体主流管壁接触的两个条件必须同 时具备， 但两个条件又不能自行调整一致的方法， 是无法精确控制冷却液循环的。

(2) "内燃发动机温度调控器"公开的主体结构是在� ��通阀体内装有转子， 冷却液 大小循环转换方法是依靠转子转动，由转子上 冷却液出口与阀体上冷却液大循环或小循 环出口之间切换来实现。转子转动的极限角度 只受限位开关单一条件控制， 虽然可以弥 补上述两项专利技术中存在的限位开关关闭与 主翻板同阀体主流管壁关闭之间不能自 行调节一致的缺陷， 但又出现了新的问题。 即由于内燃发动机运行的地域、 季节不同， 其工作环境温度差别很大， 启动温度与正常工作时温度差别又很大， 转子在阀体内与阀 体承受的温度差别很大，从而导致在不同的环 境温度下运行，其阀体与转子胀缩量不同， 要保证内燃机温度调控器能在任何环境温度下 正常工作，阀体与转子之间就要留有足够 间隙。 当发动机在低温条件下工作， 冷却液温度较低， 虽然阀体与转子正处于冷却液大 循环关闭位置， 但由于阀体与转子之间的间隙会出现冷却液不 同程度进行大循环， 从而 导致发动机启动升温速度慢， 甚至会出现发动机在低温环境下运行时温度升 不上来。另 夕卜， 阀体与转子之间因工作摩擦磨损， 二者之间间隙也会逐渐增大， 所以这种靠转子在 阀体内转动， 二者之间配合不能自动补偿的阀体结构， 也达不到控制发动机冷却液循环 的理想温度要求。

德国专利文献 "汽车的冷却循环系统"（DE20317339U1 ) 中， 公开的控制发动机冷 却循环水循环回路的方法，就是依靠带有作用 杆的三通阀和在阀体中带有两个开口的阀 芯配合， 通过转动阀芯， 使得阀芯侧壁上的开口可以在发动机的大小循 环冷却水回路之 间进行切换， 与上述 "内燃发动机温度调控器"中公开的内容基本一� ��， 故也存在上述 "内燃发动机温度调控器" 的相类似的缺陷。

( 3 ) 上述公开的本发明人的温度调控器的结构均没 有解决阀体内蒸汽向减速器不 同程度窜入问题， 导致减速器内电器元件及步进电机寿命缩短或 短路损坏。所使用的限 位开关均为行程或轻触开关， 可靠性差， 易损坏， 寿命短， 影响了温度调控器调控技术 的可靠性和耐久性。

(4) 上述德国专利文献公开技术中没有设置防止冷 却液及蒸汽向阀体外泄露的技 术内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的发动机控温器 ， 它解决了现有技术中调控发动机工 作温度存在的结构欠妥达不到理想要求的问题 ， 其结构设计合理， 调控准确、 可靠， 使 发动机在任何气候环境下运行始终保持在最佳 工作温度状态， 明显改善发动机的运行性 能， 从而降低燃料消耗、 减少有害气体排放， 充分提高发动机输出动力的能力， 延长发 动机使用寿命。 本发明所采用的技术方案是： 该发动机控温器包括分别设置冷却液入口和冷 却液 大、 小循环出口的阀体， 组装在阀体上的由步进电机驱动减速器带动的 蜗轮轴， 利用所 述蜗轮轴驱动的控制冷却液大、小循环回路的 控温执行机构， 以及主要由微电脑控制机 构组成的冷却液大、 小循环回路的自动控制回路， 其技术要点是： 利用所述蜗轮轴直接 驱动的所述控温执行机构包括冷却液静控制件 、冷却液动控制件和张紧弹簧， 所述冷却 液静控制件固定在阀体内， 并使所述冷却液静控制件上的冷却液大、小循 环通孔分别对 正所述阀体上的冷却液大、小循环出口， 固定在所述蜗轮轴上的所述冷却液动控制件通 过所述张紧弹簧压紧在所述冷却液动控制件上 ，所述冷却液动控制件在所述蜗轮轴驱动 下转动， 并使冷却液动控制件上的冷却液通孔与冷却液 静控制件上的冷却液大、小循环 通孔之间进行切换， 分别控制冷却液大、 小循环回路。

本发明的利用所述蜗轮轴间接驱动的所述控温 执行机构的具体结构是：利用所述蜗 轮轴并通过固定其上的齿轮和与齿轮相啮合的 齿条轴驱动的所述控温执行机构包括冷 却液大、 小循环控制件和张紧弹簧， 所述冷却液大、 小循环控制件通过张紧弹簧和限位 挡套组装在齿条轴的轴颈上， 在所述齿条轴驱动下沿所述轴颈的轴向移动， 并通过所述 张紧弹簧将冷却液大、小循环控制件分别压紧 在所述阀体上的冷却液大循环出口或冷却 液小循环出口， 分别控制冷却液大、 小循环回路。

上述技术方案中的组装在所述阀体上的减速器 箱体与所述蜗轮轴上的密封件之间 可以设置隔腔。

上述技术方案中的所述冷却液大、小循环回路 的自动控制回路中的微电脑控制机构 利用总线分别与设置在所述阀体的冷却液入口 处的温度传感器和组装在阀体上的所述 步进电机及其限位开关连接。

上述限位开关和与所述限位开关配合的限位件 可以优先分别采用霍尔元件与小磁 铁。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明 是在现有发动机温度控制器的结构基 础上改进重新设计的，利用由微电脑控制机构 组成的成熟技术的自动控制回路来调控冷 却液大、 小循环回路， 并采用独特结构的控温执行机构， 即利用步进电机驱动减速器带 动的蜗轮轴， 直接驱动由冷却液静、动控制件组成的 I型控温执行机构， 或间接驱动由 冷却液大、小循环控制件组成的 II型控温执行机构， 并通过张紧弹簧压紧的方式与冷却 液大、 小循环出口实现紧密配合， 分别控制冷却液大、 小循环回路， 所以其结构设计合 理， 不仅能够使冷却液大、 小循环的调控准确、 可靠， 而且实现控温执行机构的各控制 件与冷却液大、 小循环出口之间因工作摩擦产生的磨损进行自 动补偿， 确保冷却液大、 小循环出口永远能封闭严密，使发动机在任何 气候环境下运行始终保持在最佳工作温度 状态， 解决了现有技术中调控发动机工作温度存在的 结构欠妥， 不能自动补偿， 达不到 控制发动机冷却液循环的理想温度要求的问题 。因微电脑控制机构可以根据环境温度不 同， 自动控制发动机冷却液流经散热器流量， 实现冷却液精确的控制， 最合理使用发动 机工作热量， 使得发动机燃烧室的燃料充分雾化， 燃烧充分， 故能明显改善发动机的运 行性能， 从而降低燃料消耗、 减少有害气体排放， 充分提高发动机输出动力的能力， 延 长发动机使用寿命。

如果在阀体上的减速器箱体与蜗轮轴上的密封 件之间设置隔腔，那么利用隔腔就能 阻止微量冷却液或蒸汽进入减速器， 还能隔掉一部分阀体热量传入减速器。

若将冷却液大、小循环回路的自动控制回路中 的微电脑控制机构利用总线分别与冷 却液入口处的温度传感器和步进电机及其限位 开关连接， 而限位开关采用霍尔开关， 与 限位开关配合的限位件采用小磁铁，就可以解 决现有限位开关使用行程或轻触开关存在 的精度低， 可靠性差、 寿命短的问题了。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明 ：

图 1是本发明的一种 A型结构示意图。

图 2是图 1沿 A-A线的剖视图。

图 3是图 1沿 B-B线的剖视图。

图 4是图 2中的一种冷却液动控制件结构示意图。

图 5是图 2中的一种冷却液静控制件结构示意图。

图 6是本发明的一种 B型结构示意图。

图 7是图 6沿 C-C线的剖视图。

图 8是本发明的一种电气控制原理图。

图 9是本发明控制发动机冷却循环系统的工作状� �图。

图 10是图 9中冷却液小循环工作状态示意图。

图 11是图 9中冷却液大循环工作状态示意图。

图 12是图 9中冷却液混合循环工作状态示意图。

图中序号说明： 1.A型本体、 2.A型端盖、 3.冷却液小循环出口、 4.冷却液大循环出 口、 5.冷却液入口、 6.温度传感器、 7.保险旋钮、 8.减速器、 9.步进电机、 10.冷却液动控 制件、 11.冷却液静控制件、 12.张紧弹簧、 13.弹簧座、 14.密封件、 15.轴承、 16.隔腔、 17.蜗轮、 18.限位件、 19.限位开关、 20.蜗轮轴、 21.减速器端盖、 22.蜗杆、 23.冷却液通 孔、 24.冷却液大循环通孔、 25.冷却液小循环通孔、 26.B型本体、 27.齿条轴、 28.齿轮、 29.底堵、 30.冷却液小循环控制件、 31.档套、 32.冷却液大循环控制件、 33.冷却液大循 环通道、 34.B型端盖、 35.微电脑控制机构、 36. 散热器、 37. 散热器进水管、 38. 小循 环回水管、 39. 水泵、 40.控温执行机构、 41. 机体冷却水套、 42. 机体、 43. 散热器回 水管。

具体实施方式

根据图 1〜12详细说明本发明的具体结构。该发动机控 温器包括分别设置冷却液入 口 5和冷却液大、 小循环出口 4、 3的阀体， 组装在阀体上的由步进电机 9驱动减速器 8带动的蜗轮轴 20， 利用蜗轮轴 20直接或间接驱动的控制冷却液大、 小循环回路的控 温执行机构， 以及主要由微电脑控制机构 35组成的冷却液大、 小循环回路的成熟技术 的自动控制回路。 其中步进电机 9、 由蜗轮、 蜗杆构成的减速器 8均采用常用结构， 为 了便于安装维护， 在减速器 8箱体的端部设置减速器端盖 21。 为了切断从阀体内腔向 减速箱 8泄露冷却液、蒸汽及隔掉一部分阀体向减速� � 8所传热量， 装在阀体上的减速 器 8箱体与蜗轮轴 20上的密封件 14之间可以设置隔腔 16。 步进电机 9轴、 蜗杆 22、 保险旋钮 7设置在同一轴线上。 自动控制回路中的微电脑控制机构 35利用总线分别与 设置在阀体的冷却液入口 5处的温度传感器 6和组装在阀体上的步进电机 9及其限位开 关 19连接。 限位开关 19根据需要选用 1至 2个， 组装在减速器端盖 21或减速器箱体 的侧壁上， 可以采用霍尔元件或其它形式开关。与限位开 关 19配合的限位件 18设置在 蜗轮 17上面， 可以采用小磁铁或触头等其他形式。 限位开关 19与限位件 18可以优先 采用霍尔元件与小磁铁相配合来发出精确、可 靠的开或关的控制信号。在微电脑控制机 构 35上设有发动机工作温度显示窗口， 组装有发动机工作温度设定按钮及复位开关。 因所采用的控温执行机构可根据实际使用要求 设计成利用蜗轮轴 20直接驱动的 I型控 温执行机构或利用蜗轮轴 20 间接驱动的 II型控温执行机构， 故阀门也相应地设计成. 带. A型端盖 2的 A型本体 1和带. B型端盖 34的 B型本体 26。

I型控温执行机构的具体结构 （如图 1-5所示） 如下：

利用蜗轮轴 20直接驱动的 I型控温执行机构， 包括冷却液静控制件 11、 冷却液动 控制件 10、 张紧弹簧 12、 弹簧座 13、 密封件 14和轴承 15等件。 其中冷却液静控制件 11固定在由带. A型端盖 2的 A型本体 1组成的阀体内，并使冷却液静控制件 11上的冷 却液大、 小循环通孔 24、 25分别对正阀体上的冷却液大、 小循环出口 4、 3。 冷却液动 控制件 10上的冷却液通孔 23可设置 2至 3个扇形孔或其他形状孔， 冷却液静控制件 11上的冷却液大循环通孔 24设置的个数及形状应与冷却液动控制件 10上设置的冷却 液通孔 23—致， 冷却液静控制件 11上小循环通孔 25可设置成与阀体上的冷却液小循 环出口 3—致的扇形孔或其他形状孔。固定在蜗轮轴 20上的冷却液动控制件 10通过张 紧弹簧 12压紧在冷却液动控制件 10上， 在张紧弹簧 12的作用下， 冷却液动、 静控制 件 10、 11之间可以实现工作摩擦磨损的自动补偿。利� ��固定在蜗轮轴 20上的卡簧及弹 簧座 13来限制蜗轮轴 20轴向窜动。冷却液动控制件 10在蜗轮轴 20的驱动下转动， 并 使冷却液动控制件 10上的冷却液通孔 23与冷却液静控制件 11上的冷却液大、 小循环 通孔 24、 25之间进行切换， 分别控制冷却液大、 小循环回路。

工作时， 控制发动机工作温度是通过发动机体内冷却液 温度来实现的， 其过程是温 度传感器 6将采集到的冷却液温度信号及操作者设定的� �作温度信号，传递给微电脑控 制机构 35， 由微电脑控制机构 35组成的自动控制回路， 传输相应的信号处理数据， 启 动步进电机 9， 使减速器 8的蜗杆 22、 蜗轮 17驱动蜗轮轴 20带动冷却液动控制件 10 随着转动， 冷却液动控制件 10往复转动的最大角度由限位开关 19决定。 当发动机机体 内的冷却液温度低于设定温度时，冷却液动控 制件 10上的冷却液通孔 23转至与冷却液 静控制件 11上的冷却液小循环通孔 25完全重叠时， 冷却液静控制件 11上的冷却液大 循环通孔 24恰好被冷却液动控制件 10无孔部分全面封住，此时冷却液全部流经阀� ��的 冷却液小循环出口 3。 冷却液循环回路是： 水泵 39——机体冷却水套 41——冷却液入 口 5——冷却液动控制件 10上的冷却液通孔 23——冷却液静控制件 11上的冷却液小循 环通孔 25——阀体的冷却液小循环出口 3——机体小循环回水管 38——水泵 39， 即形 成小循环回路（如图 10所示）； 当发动机机体内冷却液温度超过设定温度时， 冷却液动 控制件 10上的冷却液通孔 23转至与冷却液静控制件 11上的冷却液大循环通孔 24完全 重叠时， 冷却液静控制件 11上的冷却液小循环通孔 25恰好被冷却液动控制件 10的无 孔部分全面封闭，此时冷却液全部流经阀体的 冷却液大循环出口 4。冷却液循环回路是： 水泵 39——机体冷却水套 41——冷却液入口 5——冷却液动控制件 10上的冷却液通孔 23——冷却液静控制件 11上的冷却液大循环通孔 24——阀体上的冷却液大循环出口 4 ——散热器进水管 37——散热器 36——散热器回水管 43——水泵 39，即形成大循环回 路（如图 11所示）； 当发动机机体内冷却液温度达到或等于设定温 度时， 冷却液动控制 件 10上的冷却液通孔 23转至冷却液静控制件 11上的冷却液大、小循环通孔 24、 25之 间时， 冷却液静控制件 11上的冷却液大、 小循环通孔 24、 25均被冷却液动控制件 10 上的冷却液通孔 23部分打开，此时一部分冷却液从阀体上的冷� ��液大循环出口 4流出， 按图 11大循环回路循环， 同时一部分冷却液从阀体上的冷却液小循环出 口 3流出， 按 图 10小循环回路循环， 两部分流量的分配， 由机体内冷却液温度及所设定温度变化而 变化， 由微电脑控制机构 35组成的自动控制回路随时调整， 即形成混循环回路 （如图 12所示）。

II型控温执行机构的具体结构 （如图 6-7所示） 如下：

利用蜗轮轴 20并通过固定其上的齿轮 28和与齿轮 28相啮合的齿条轴 27间接驱动 的 II型控温执行机构， 包括冷却液大循环控制件 32、 小循环控制件 30、 张紧弹簧 12、 限位挡套 31和卡簧。 其中冷却液大、 小循环控制件 32、 30通过张紧弹簧 12和限位挡 套 31活动组装在齿条轴 27的轴颈上， 并利用固定在齿条轴 27端的卡簧来防止限位挡 套 31从齿条轴 27端脱落。 在齿条轴 27驱动下， 冷却液大、 小循环控制件 32、 30沿齿 条轴 27轴颈的轴向移动， 并通过张紧弹簧 12将冷却液大、 小循环控制件 32、 30分别 压紧在由.带 B型端盖 34的 B型本体 26组成的阀体上的冷却液大循环出口 4或冷却液 小循环出口 3， 分别控制冷却液大、 小循环回路。 B型本体 26的底部由底堵 29封闭。

工作时， 控制发动机冷却液大、 小循环回路的过程是由微电脑控制机构 35组成的 自动控制回路对发动机工作冷却液温度信号及 操作者设定温度信号进行信息处理后，启 动步进电机 9， 使减速器 8的蜗杆 22、蜗轮 17驱动蜗轮轴 20， 并通过固定在蜗轮轴 20 上的齿轮 28和与齿轮 28相啮合的齿条轴 27带动冷却液大、 小循环控制件 32和 30作 轴向往复移动， 轴向移动的极限位置由限位开关 19控制。 当发动机机体内冷却液温度 低于设定温度时， 冷却液大循环控制件 32在齿条轴 27的带动及张紧弹簧 12的压力作 用下， 完全堵住冷却液大循环出口 4， 冷却液大循环通道 33完全关闭。 此时冷却液小 循环控制件 30最大限度地离开阀体上的冷却液小循环出口 3， 冷却液全部流经冷却液 小循环出口 3。 循环水回路是： 水泵 39——机体冷却水套 41——控温器冷却液入口 5 ——冷却液小循环出口 3——小循环回水管 43——水泵 39， 即形成小循环回路 （如图 10所示）； 当发动机机体内冷却液温度超过设定温度时， 控温器 B型本体 26内冷却液 大循环控制件 32完全打开冷却液大循环出口 4， 冷却液大循环通道 33达到最大， 此时 冷却液小循环控制件 30在张紧弹簧 12的作用下将阀体上的冷却液小循环出口 3完全封 闭， 冷却液全部流经冷却液大循环出口 4。 循环水回路是： 水泵 39―机体冷却水套 41 ―温控器冷却液入口 5—冷却液大循环通道 33 ―冷却液大循环出口 4一散热 器进水管 37—散热器 36—散热器回水管 43 -水泵 39， 即形成大循环回路 （如图 11 所示）； 当发动机机体内冷却液温度达到或等于设定温 度时， 阀体内的冷却液大循环控 制件 32离开冷却液大循环出口 4， 冷却液大循环通道 33被部分打开， 一部分冷却液从 冷却液大循环出口 4流出， 按图 11大循环回路循环， 同时冷却液小循环控制件 30也离 开冷却液小循环出口 3， 冷却液小循环出水口 3被部分打开， 一部分冷却液从冷却液小 循环出口 3流出， 按图 10小循环回路循环， 两部分流量分配， 由机体内冷却液温度和 设定温度的变化而变化， 通过微电脑控制机构 35组成的自动控制回路随时调整， 即形 成混循环回路 （图 12)。

当由微电脑控制机构 35组成的自动控制回路一旦出现故障， 执行机构可转换成手 动控制， 用手或工具旋转保险旋钮 7控制阀门， 通过机械操作来调整冷却液大、 小循环 流量分配， 确保发动机能继续工作。