專利名稱：可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的恒溫閥，更具體地說，涉及一種可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥。
背景技術(shù)：
在通常情況下，在汽車發(fā)動機(jī)和散熱器之間安裝有一個恒溫閥，其作用是根據(jù)冷卻液溫度的變化通過控制流向發(fā)動機(jī)的冷卻液的流量，使冷卻液的溫度保持在一個最優(yōu)化的范圍內(nèi)。恒溫閥最終可以通過控制冷卻液的流量來控制發(fā)動機(jī)的溫度。
目前廣泛使用的傳統(tǒng)恒溫閥是機(jī)械式的，它是根據(jù)活塞的上下運動打開和關(guān)閉閥門，熱膨脹元件的膨脹和收縮通過活塞的運動傳遞。比如說，一個機(jī)械式恒溫閥可能包括一個石蠟致動器。當(dāng)冷卻液的溫度超過一個閥值時(大約在80-90攝氏度)，石蠟由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。于是，由石蠟的體積膨脹產(chǎn)生的驅(qū)動力傳給閥門機(jī)構(gòu)。
然而，上面提到的傳統(tǒng)的恒溫閥在以下方面存在著不足。由于打開和關(guān)閉閥門的操作只取決于預(yù)先設(shè)置的冷卻液的溫度，所以考慮到例如驅(qū)動狀態(tài)等情況時，控制冷卻液溫度的能力受到限制。同時，由于汽車的冷卻系統(tǒng)通常是按照滿足最惡劣的驅(qū)動狀態(tài)，比如滿載荷、很高的環(huán)境溫度等情況設(shè)計的，而實際的驅(qū)動狀態(tài)通常只有滿載荷的70％。因此，會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)的過冷現(xiàn)象，導(dǎo)致燃油消耗量的增加和過多污染物的排放。
由于上述原因，發(fā)動機(jī)需要一個可以優(yōu)化冷卻液溫度的恒溫閥。該恒溫閥可以在發(fā)動機(jī)部分載荷運轉(zhuǎn)時提高冷卻液溫度，而在發(fā)動機(jī)滿載荷運轉(zhuǎn)時，降低冷卻液的溫度。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，試圖提供一種優(yōu)化現(xiàn)有發(fā)動機(jī)冷卻液溫度的可調(diào)節(jié)電子恒溫閥。在理想情況下，這樣一種可調(diào)節(jié)電子恒溫閥根據(jù)發(fā)動機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)和載荷狀態(tài)來控制冷卻液的溫度，使發(fā)動機(jī)保持在一個最優(yōu)化的冷卻狀態(tài)，從而減少燃油消耗和尾氣排放。
在現(xiàn)有技術(shù)中解決這一問題的恒溫閥具有一個與可膨脹石蠟元件協(xié)同工作的加熱裝置。這樣一個電子恒溫閥除了包括基本上同傳統(tǒng)的機(jī)械式恒溫閥相同元件外，還包括一個附加的加熱裝置。提供給加熱器的能量由諸如汽車的速度、吸入空氣的溫度以及負(fù)載狀況的驅(qū)動狀態(tài)來控制。
然而，上面描述的電子恒溫閥的缺點是閥門的零部件比較容易被加熱裝置產(chǎn)生的高溫?fù)p壞，并且其響應(yīng)時間比較慢。現(xiàn)有電子恒溫閥的具體缺點包括譬如，閥門的石蠟或其它元件中產(chǎn)生的加熱缺陷，和由于加熱器加熱和石蠟膨脹的延時，響應(yīng)于加熱器提供電能的延時導(dǎo)致操作閥門的延時。另外，在密封恒溫閥殼體的過程中，為加熱器提供電能的電線可能會被損壞。即使整個密封過程沒有造成電線的任何損壞，諸如環(huán)氧樹脂的密封材料會由于發(fā)動機(jī)的振動掉落或破壞。
萬一由于電子零部件的損壞導(dǎo)致恒溫閥工作在安全模式下，發(fā)動機(jī)持續(xù)高溫很可能造成發(fā)動機(jī)的致命性的破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例提供了一種包含一個具有驅(qū)動裝置的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥。該驅(qū)動裝置具有一個桿，用于在可膨脹熱元件的容室內(nèi)往復(fù)運動。用這種裝置，通過改變可膨脹溫?zé)嵩娜菔业娜莘e按照驅(qū)動狀態(tài)很容易調(diào)節(jié)恒溫閥打開和關(guān)閉的溫度，使得發(fā)動機(jī)的冷卻效率保持在最優(yōu)化范圍內(nèi)。因此，燃油的消耗和尾氣的排放會明顯減少。
另外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括能夠直接改變可膨脹熱元件的容室的容積的驅(qū)動裝置，使閥門對控制信號的響應(yīng)快速完成。這樣可以提供快速響應(yīng)性能，從而精確地控制發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度。
同時，最好包括一個失效-安全裝置，當(dāng)電能供應(yīng)發(fā)生故障導(dǎo)致閥門的驅(qū)動裝置無法工作時，恒溫閥在只有可膨脹熱元件工作的情況下仍可以正常工作。
一種根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)節(jié)電子恒溫閥優(yōu)選包括采用螺旋送進(jìn)法的驅(qū)動裝置。即使在驅(qū)動裝置的往復(fù)運動行程比較小時，閥門仍可以獲得足夠的位移。
同時，優(yōu)選實施例減小了不希望的閥門運動，諸如閥門的固定可膨脹熱元件導(dǎo)致的振動或搖擺，這樣，閥門可以更精確地打開或關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例，一種可調(diào)節(jié)電子恒溫閥包括一個具有螺旋進(jìn)給桿的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置對與驅(qū)動狀態(tài)相關(guān)的控制信號做出響應(yīng)。一個裝有可膨脹熱元件的容室在預(yù)先設(shè)置的溫度下開始膨脹，其中該容室的容積通過螺旋進(jìn)給桿發(fā)生變化。一個與該容室有效地連接的活塞，根據(jù)容室容積的變化打開和關(guān)閉閥板。能量傳遞液和隔膜將可膨脹元件的膨脹力傳遞給活塞。


前述的本發(fā)明的情況和其它特點將在下面結(jié)合附圖的描述中進(jìn)行說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥的分解圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥的一個透視剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥打開狀態(tài)的剖視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥關(guān)閉狀態(tài)的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)電子恒溫閥依照桿的往復(fù)運動的變化打開和關(guān)閉的溫度變化曲線圖。
具體實施例方式
下面，將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥具有一個由汽車上的電子控制單元(ECU)(未示出)控制的驅(qū)動裝置20和一個具有容室25的容器26，容室25用來容納可膨脹熱元件23。驅(qū)動裝置20的桿27部分地插入容室25，并且通過螺紋與容器26的上部接合。因此，由驅(qū)動裝置20產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動通過桿27和容器26上的螺紋轉(zhuǎn)化為桿27的直線運動。用于響應(yīng)電能的輸入產(chǎn)生運動的驅(qū)動裝置可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員選擇。合適的裝置包括，譬如，直線步進(jìn)電機(jī)，直流電機(jī)或線性螺線管(solenoid)，它們都具有快速的響應(yīng)。如果采用線性螺線管作為驅(qū)動裝置，那么由于線性螺線管產(chǎn)生的直線運動可以直接施加給桿27，就不需要上述實施例中提到的螺旋嚙合。也就是說，可以通過滑動連接代替螺紋連接。
驅(qū)動裝置20和容器26分別被安裝到閥殼100上和一個向下延伸的支撐元件110。驅(qū)動裝置20安裝在的閥殼100上，閥殼裝有穿過支撐元件110的桿27，該桿部分地插入容器26中。容器26的上部又被插入到支撐元件110中并固定在其上。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的恒溫閥具有一個活塞24和一個用于移動閥板21的活動容器28?；钊?4由活塞套34導(dǎo)向并根據(jù)可膨脹熱元件的膨脹和收縮做上、下運動?；顒尤萜?8在其兩端與活塞24和閥板21接觸以響應(yīng)活塞24的運動來控制閥板21。
優(yōu)選具有隔膜29和膠狀的能量傳遞液，用以將熱元件的膨脹轉(zhuǎn)變成可被活塞24接收的線性運動。隔膜29將可膨脹熱元件的容室25封閉起來，并且將容室容積的膨脹傳遞給能量傳遞液30。接著，能量傳遞液30填滿活塞24和隔膜29之間的空間，根據(jù)隔膜29的運動移動活塞24。為了密封能量傳遞液30使其處于氣密狀態(tài)，最好在活塞端部設(shè)置一個橡膠材料制成的襯墊31。
一個塞子32和一個保險彈簧33設(shè)置在活動容器28的下端用于打開和關(guān)閉旁路通道。一個閥板21設(shè)置在活動容器的凸緣下面，并且由安裝在支撐橋120上的彈簧22彈性地支撐。
下面，披露本發(fā)明的一個實施例的工作過程。
在等溫環(huán)境下，即使可膨脹熱元件的體積是不變的，但是容納可膨脹熱元件的容室的容積可以通過桿的往復(fù)運動來改變。也就是說，容室的容積可以通過改變插入到容室內(nèi)的桿的深度來控制。為了闡明桿的行程和閥板的移動量的關(guān)系，下面舉一個例子。
例如，如果桿的行程ΔL＝2mm；桿的外徑D＝8mm；活塞外徑D’＝4mm；
那末，容室的變化ΔV＝ΔL*π*D2/4＝100.48mm3。
因此，活塞的行程ΔL’＝ΔV/(π*D2/4)＝8mm。
由上面的例子可以看到，桿的小的行程可以獲得活塞足夠的移動量。此外，活塞的移動量能夠通過改變桿與活塞的直徑比來適當(dāng)?shù)馗淖?。因此，即使在桿的行程非常小的情況下，仍然可以提供足夠的冷卻液使發(fā)動機(jī)保持在最優(yōu)的溫度范圍。
此外，由于考慮到閥工作過程中與驅(qū)動狀態(tài)相關(guān)的多種因素，因此本發(fā)明的恒溫閥能夠精確地控制發(fā)動機(jī)的溫度。汽車的冷卻系統(tǒng)能夠通過應(yīng)用，例如，一個步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置進(jìn)行優(yōu)化，其所用到的步進(jìn)電機(jī)易于控制閥板的移動量的大小。因此，供給發(fā)動機(jī)的冷卻液能夠被精確地控制，這樣，能夠克服傳統(tǒng)機(jī)械式恒溫閥中出現(xiàn)的缺點，諸如響應(yīng)時間延時和不考慮驅(qū)動狀態(tài)變化的固定冷卻能力。比如說，在需要大量冷卻液的驅(qū)動狀態(tài)下，如滿載荷或高速驅(qū)動，本發(fā)明的恒溫閥利用步進(jìn)電機(jī)的桿的往復(fù)運動響應(yīng)該狀態(tài)作，從而快速、準(zhǔn)確地控制閥板的移動量。
如圖3、圖4和圖5所示，通過利用根據(jù)發(fā)動機(jī)載荷狀態(tài)、發(fā)動機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度和吸入空氣的溫度產(chǎn)生控制信號的電子控制單元對桿的往復(fù)運動進(jìn)行控制，本發(fā)明能夠改變?nèi)菁{熱元件的容室的容積，所以閥門工作的溫度范圍可以根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)的不同而變化。這個溫度范圍通常在85℃和105℃之間。舉例來說，在發(fā)動機(jī)載荷增加需要馬上提供冷卻液的情況下，如圖3和圖5所示，桿進(jìn)入熱元件的容室內(nèi)較深，使閥板打開溫度較低，大約為85℃。在相反的情況(部分負(fù)載)下，如圖4和圖5所示，桿從容納熱元件的容室中拉出，使閥板打開的溫度增加到105℃。參照圖5，打開和關(guān)閉閥板的操作根據(jù)桿的移動在圖中描繪的灰色實體區(qū)域內(nèi)選擇性地執(zhí)行本發(fā)明的恒溫閥能夠通過實時對驅(qū)動狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)，控制發(fā)動機(jī)冷卻液的流量使汽車的冷卻系統(tǒng)保持在最優(yōu)化狀態(tài)。
此外，本發(fā)明的實施例為精確運行而采用了一個特殊機(jī)構(gòu)。設(shè)計了一個其結(jié)構(gòu)具有柔性的不直接涉及閥板運行的可膨脹熱元件。而閥板的運行通過一個相對于固定的熱元件運動的活動容器和活塞的運動來完成。換句話說，容納該熱元件的一個容器被固定在閥殼上，并且只為其它元件提供膨脹力。閥板的實際運動通過傳遞膨脹力的活塞和活動容器完成的。因此，根據(jù)本發(fā)明的恒溫閥能夠精確控制閥板，并且由于排除了具有柔性的熱元件而不會產(chǎn)生任何機(jī)械故障。
另外，為預(yù)防斷電，本發(fā)明的一個實施例被提供了失效-安全裝置。當(dāng)提供給驅(qū)動裝置的電源由于某種原因突然斷掉時，如果在恒溫閥中沒有失效-安全裝置就會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)致命性的破壞。因為本發(fā)明的實施例包括一個可膨脹熱元件，在沒有電源供應(yīng)的情況下恒溫閥的基本功能可以完成。本發(fā)明的實施例還有一個用于在沒有任何電源時使桿返回的彈性元件，譬如扭轉(zhuǎn)彈簧。當(dāng)電源斷掉時通過該扭轉(zhuǎn)彈簧使桿返回到初始位置。這時，本發(fā)明的恒溫閥的工作方式和傳統(tǒng)機(jī)械式恒溫閥工作方式一致。
由上所述，汽車的冷卻系統(tǒng)明顯地受驅(qū)動狀態(tài)和環(huán)境的影響。然而，一個根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械式恒溫閥沒有提供考慮了這些影響因素的功能或元件。甚至目前應(yīng)用廣泛的一種帶有加熱裝置的電子恒溫閥也存在著導(dǎo)致元件遭受熱損壞的缺點。
因此，本發(fā)明的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥至少具有以下優(yōu)點1)元件的熱損壞和密封引起的問題可以通過去掉附加的加熱裝置而消除。
2)在結(jié)構(gòu)上，通過安裝具有柔性的熱元件可以明顯減少機(jī)械故障。
3)通過對電子控制單元產(chǎn)生的控制信號作出響應(yīng)控制閥板的移動使汽車的冷卻系統(tǒng)保持在最優(yōu)化狀態(tài)。該電子控制元件存貯著基于驅(qū)動狀態(tài)和環(huán)境狀況的最佳冷卻模式。
結(jié)果，通過采用本發(fā)明的恒溫閥，能夠增加發(fā)動機(jī)的輸出功率和持久性，減少燃油消耗和排氣量。
盡管上面的說明公開了本發(fā)明的一個實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的其它的實施例和改動沒有脫離權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種能夠控制閥板移動的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，該電子恒溫閥包括一個插入包含有一個可膨脹熱元件的一個容室內(nèi)的桿，一個將可膨脹熱元件的膨脹力傳遞給閥板的操作裝置，和一個響應(yīng)起動信號使桿移動的驅(qū)動裝置，其中起動信號是由基于驅(qū)動狀態(tài)的電子控制單元產(chǎn)生的，由此，容室的容積發(fā)生改變。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，該操作裝置包括一個具有容納熱元件的容室的容器，一種用于傳遞隔膜運動的能量傳遞液，一個響應(yīng)能量傳遞液的運動作線性運動的活塞，一個通過響應(yīng)活塞運動，由閥板移動打開或關(guān)閉通道的活動容器。
3.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，螺紋部分地形成在桿的表面，以便根據(jù)驅(qū)動裝置的旋轉(zhuǎn)運動而轉(zhuǎn)動時，桿作垂直運動。
4.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，閥板的移動量與通過驅(qū)動裝置操作的桿的位移成比例地變化。
5.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，根據(jù)桿的運動，閥板的打開溫度大約在85℃與105℃之間。
6.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，桿的位移可以通過改變桿和活塞的直徑比來調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，驅(qū)動裝置可以從直線步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)或線性螺線管中選擇。
8.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，驅(qū)動裝置具有一個彈性元件，在電源出故障時使桿回到初始位置。
9.如權(quán)利要求8所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，當(dāng)桿在初始位置時，可膨脹熱元件的容室最大，因此在電源發(fā)生故障時，閥板打開的溫度設(shè)置在大約85℃。
10.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，閥板的動作取決于相對于固定的可膨脹熱元件容室運動的活塞和活動容器。
11.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，其特征在于，桿以直線方式運動。
12.一種可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，包括一個閥殼一個設(shè)置在閥殼內(nèi)的內(nèi)容器一個設(shè)置在內(nèi)容器中的熱元件；一個支撐在閥殼內(nèi)的桿，其作軸向運動并延伸到內(nèi)容器中與所述的熱元件協(xié)同工作；用于響應(yīng)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)控制桿的軸向位置的裝置；一個與所述內(nèi)容器可操作地接合以打開和關(guān)閉閥門的閥板。
13.如權(quán)利要求12所述的閥，還包括一個設(shè)置在所述內(nèi)容器內(nèi)與所述熱元件接觸的隔膜；一種在所述容器內(nèi)被所述隔膜與熱元件隔開的能量傳遞液；一個安裝在內(nèi)容器下面并被所述液體作用的活塞；至少一個在活塞和閥板之間協(xié)同工作的彈簧，提供內(nèi)容器和閥板之間的所述操作的接合關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)的電子恒溫閥，包括一個驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置具有一個桿，用于在可膨脹熱元件的容室內(nèi)往復(fù)運動，以便恒溫閥開啟的溫度根據(jù)汽車的驅(qū)動狀態(tài)改變可膨脹熱元件的容室的容積很容易來調(diào)節(jié)，因此，發(fā)動機(jī)的冷卻效率保持在最優(yōu)化范圍。因此，燃油消耗和廢氣排量明顯降低。
文檔編號F01P7/16GK1436941SQ0216008
公開日2003年8月20日 申請日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月9日
發(fā)明者P·W·劉 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, Inzi控制有限公司