[发明专利]应用PTC加热元件的电加热式映射受控温度调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电加热式映射受控温度调节装置，该温度调节装置使用放置在其活塞上的PTC加热元件，以使在内燃机的冷却系统内部循环的冷却剂温度保持在限定范围内，并管理温度调节装置的阀的打开和闭合运动。

背景技术

在利用液态冷却剂的内燃机中，由于燃料燃烧产生的过热经由冷却剂传递，该冷却剂循环通过发动机本体和气缸盖中的通道。藉此，发动机能在合适的温度范围内运行。如今，降低来自内燃机的环境有害气体总排放是最大设计考虑之一，因为法规逐年减小许可排放率。在发动机在与设计温度范围不同的温度下运行的阶段中，发动机会以高排放值释放有害气体。由于需确保发动机在合适的温度范围中运行，冷却剂温度和发动机温度的稳定有助于产生有效的燃料燃烧并减少有害气体排放。于是，发动机温度稳定是为了减小有害气体排放率的重要设计考虑。

在当今的发动机中，石蜡型温度调节装置是使发动机保持在合适温度范围内的最通用方案。该温度调节装置的工作方法基于与温度升高配合作用的可膨胀石蜡。该膨胀致使用于冷的冷却剂的阀由根据温度调节装置的设计而改变的机构打开。

发动机中的燃烧致使发动机且由此致使温度调节装置上的冷却剂过热。在温度调节装置上的限定容积内部压缩的石蜡复合物膨胀。石蜡的膨胀引起活塞进行直线运动。活塞的直线运动将阀打开，该阀朝向散热器定向制冷剂流，以降低用于冷却发动机的系统上的冷却剂温度。

热量通过冷却剂从发动机传递至石蜡复合物，且石蜡复合物的膨胀花费的时间称作为温度调节装置反应时间。在该阶段，发动机温度保持其升高趋势，因为温度调节装置的阀还未打开且并未使得冷却剂流至用于冷却的散热器。在该反应时间段期间，发动机温度高于合适的发动机运行温度，燃料燃烧效率降低，且发动机被迫在较高的温度条件下、即在远高于设计温度的温度条件下运行。

在反应时间结束时，温度调节装置的阀使得冷却剂朝向散热器流动，且冷却剂由此将发动机温度下降至所设计的设计温度范围。当冷却剂温度下降至低于所设计的设计温度时，温度调节装置的阀开始运动回到闭合位置，因为石蜡复合物在反应时间段之后会收缩。温度调节装置的阀到达闭合位置，并使得冷却剂循环停止朝向散热器，且冷却剂开始变暖。然而，在该反应时间段期间，发动机温度低于合适的发动机运行温度，燃料燃烧效率降低，发动机被迫在比设计温度低的温度下运行。

在一些发动机运行工况中，由于石蜡复合物的反应时间，无法使冷却剂温度稳定并保持在设计范围中。在这些情形下，由于不充分的燃料燃烧，有害气体排放率增大。

发明内容

发动机设计者估计到了这些情况。为了消除反应时间延迟，在发动机过热或冷却剂温度下降之前，石蜡复合物可独立于冷却剂温度而在控制下通过强制对流加热，以根据由发动机设计者估计的发动机行为来管理温度调节装置的阀的打开和闭合运动。

为此目的，电线电阻加热器用于加热石蜡复合物。当电压施加在电线电阻上时，该电线电阻通过强制对流来加热石蜡复合物，且石蜡复合物随后膨胀。然而持续施加电压会致使石蜡复合物过热（可能达到800℃以上）。此时，石蜡丧失其物理特性，且密封部件由于过热而受损。为了避免产生这些故障，中断施加于电阻上的电流。

然而，由于石蜡复合物上的传热速度低于电线电阻的加热速度，因此无法完全避免石蜡复合物和电线电阻之间接触面积上产生过热。另一方面，在石蜡复合物和冷却剂环境之间传热不充分的情形下，无法避免在整个石蜡复合物上过热和密封部件受损。

电线电阻加热器的其它风险在于，它们会由继电器激活。在继电器失效的情形下，电阻发热器持续地发热，且致使石蜡复合物和密封部件由于过热而受损。或者，在过大电力负荷的情形下，电阻发热器的发热电线会由于老化而破损。此种失效会致使功能失常。

在使用PTC（正温度系数）的电加热式温度调节装置应用中，加热元件是替代电线电阻的选择。直到我们的发明为止，工业标准是将PTC加热元件（呈药丸或盘的形状）放置于石蜡致动器的外表面。于是，由PTC加热元件产生的一些热量由于与发动机冷却剂接触而损失至该冷却剂。

在本发明中，PTC加热元件放置到活塞中，在温度调节装置中，该活塞由石蜡复合物完全覆盖。于是，从PTC加热元件散发出的所有热量高效地直接传递至石蜡复合物。为了优化可靠性，PTC加热元件应放置在活塞的端部附近，在温度调节装置的活塞和阀进行提升作用（闭合-打开）的同时，该PTC加热元件总是与石蜡复合物接触。