CN102483166A - 用于内燃机的阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机特别是汽车内燃机的阀装置，包括：壳体(12)，所述壳体(12)具有至少两个流体连接件(16、18)，和通过可旋转地支撑在所述壳体12中的阀轴(32)在所述至少两个旋转位置之间转动的中空阀部件(26)，所述阀部件包括至少两个开口(28、30)，根据所述阀部件(26)的旋转位置，所述开口能够与所述壳体(12)的所述连接件(16、18)连接，所述阀装置还包括电动驱动器(34)，所述电动驱动器具有用于转动所述阀部件(26)的阀轴(32)，所述驱动轴和所述阀轴(32)通过联接器彼此连接。根据本发明，所述联接器将所述驱动轴和所述阀轴彼此防扭地连接直到达到预定的界限扭矩，并且在超过所述预定的界限扭矩时释放所述驱动轴和阀轴之间的防扭连接，以便所述阀轴可以相对于所述驱动轴转动。

Description

用于内燃机的阀装置

本发明涉及用于内燃机特别是汽车内燃机的阀装置，其包括壳体，所述壳体具有至少两个流体连接件，和通过可旋转地支撑在所述壳体中的阀轴在至少两个旋转位置之间转动的中空阀部件，所述阀部件包括至少两个开口，根据所述阀部件的旋转位置，所述开口能够与所述壳体的所述连接件连接，所述阀装置还包括电动驱动器，所述电动驱动器具有用于转动所述阀部件的驱动轴，所述驱动轴和所述阀轴通过联接器而彼此连接。这种阀装置例如用于汽车内燃机的冷却回路中。多路阀部件通常为此目的提供，其合适的旋转位置允许冷却水从冷却水供给源供给到例如汽车的发动机缸体、旁路或实际上为加热回路。这种装置可从DE10351852A1或DE102006038 213A1从得知。

对于这种阀装置必须确保即使电动马达产生故障，也可以向发动机缸体供给冷却水，以防止对发动机产生损害。根据阀部件的转动位置，阀部件因此需要被转动到流动位置，在该位置，阀部件将冷却水输送到发动机缸体(故障安全位置)。为此目的，在现有技术中，在驱动轴和阀轴之间提供防扭联接器(torque-proof coupling)，其具有预先张紧的弹簧，从而如果电动马达产生故障，该弹簧通过其弹力转动阀轴并从而转动阀部件到达故障安全位置。但是，这样的缺点在于在正常运转时，电动马达必须抵抗弹簧的预张紧力而工作。这样会增加能量损失并且马达因此必须更加强劲，从而因此更庞大和更加昂贵。另外，使用便宜的自锁驱动器是不可行的，因为如果马达产生故障，为了将阀部件转动到流动位置，驱动轴必须通过弹簧连同与驱动轴防扭连接的阀轴才能被转动。

基于上述现有技术，因此，本发明的目的是提供上述类型的阀装置，即使万一驱动器产生故障，其也能确保高水平的操作可靠性，并且同时廉价、节能和具有小的结构尺寸。

以上目的根据本发明通过权利要求1的内容来实现。有益的结构可在从属权利要求、说明书和附图中得到。

对于上述类型的阀装置，本发明达到了以上目的，因为联接器将驱动轴和阀轴彼此防扭连接直到达到预定的界限扭矩，并在超过预定的界限扭矩时释放驱动轴和阀轴之间的防扭连接，从而阀轴能够相对于驱动轴转动。

所述阀装置可提供用于尤其是汽车发动机缸体的冷却水控制器。由此流体为冷却水。所述壳体也可以具有多于两个流体连接件，其中所述阀部件随后也可以在多于两个旋转位置之间转动，在所述旋转位置，不同的流体连接件可被连接在一起。所述阀部件与旋转地支撑在所述壳体中的所述阀轴防扭地连接，例如整体连接。为了转动所述阀部件，提供有电动马达，如直流马达，在正常操作下，所述电动马达通过其驱动轴和联接器转动所述阀轴并且从而以期望的方式在阀部件的旋转位置之间转动所述阀部件。所述驱动轴和所述阀轴可以彼此同轴地定向。它们彼此防扭地连接直到达到界限扭矩。根据本发明，在超过所述界限扭矩时，在所述驱动轴和所述阀轴之间的这种防扭联接器连接被释放，然而，如果所述马达产生故障并且因此例如所述驱动轴静止时，所述阀轴和所述阀部件仍然能被转动。在超过所述界限扭矩时，在所述驱动轴和所述阀轴之间的连接还能继续存在，但是其不再是防扭的，而是允许所述轴之间的相对转动。

根据所述阀轴相对于所述驱动轴的旋转位置，所述联接器例如可以准确地允许在超过所述界限扭矩时所述阀轴的一个方向的转动。因此，当阀部件关闭时，所述联接器可以准确地允许所述阀轴的一次转动，因此，例如如果所述壳体的流体连接件不通过所述阀部件连接，所述阀部件转动进入其流动位置，在该位置，所述阀部件连接所述壳体的所述流体连接件以便以适当的方式传送流体。因此所述阀部件可以被转动到故障安全位置。以这种方式，即使所述电动驱动器产生故障，也能确保例如冷却水能通过所述阀装置到达汽车的发动机缸体，从而可靠地防止过度加热对发动机造成的损害。

根据本发明从而达到了类似于滑动离合器的功能，其中，在超过所述界限扭矩时，允许在阀部件和驱动器之间的可逆的相对转动。所述界限扭矩可达到例如大约电动马达的额定转矩的两倍。此外，在超过所述界限扭矩时，能够允许阀轴和驱动轴之间的相对运动仅在限定的角度范围内，例如在可使所述阀部件准确地转动离开其关闭位置到达流动位置的角度范围内。但是，原则上在超过所述界限扭矩时，轴的完全分离也是可能的，以便允许轴之间的任何期望的相对转动。

本发明允许所述电动马达具有更小的尺寸，因为其不再必须抵抗张紧的弹簧而工作。在这方面，所述驱动器更加紧凑、更廉价并且同时节能。也可以使用廉价的自锁电动驱动器，因为通过将所述阀轴从所述驱动轴上分离，当所述马达驱动轴不转动时，也可以采用故障安全位置。

根据具体的实际结构，所述阀部件可以为球形。从而所述阀部件为球阀，特别是中空球的一部分形式的球阀。根据进一步的结构，所述联接器可包括弹簧，其中所述弹簧将所述驱动轴和所述阀轴防扭地彼此连接直到达到所述界限扭矩并且在超过所述界限扭矩时扭转，从而允许所述阀轴相对于所述驱动轴转动。所述弹簧尤其可以是绕其纵轴扭转加载的螺旋弹簧，如圆柱形螺旋弹簧。所述弹簧在其一端与所述驱动轴连接并且在其另一端与所述阀轴连接。在超过所述界限扭矩时，弹簧自身扭转从而允许所述驱动轴和所述阀轴之间的相对转动。另一方面，当低于所述界限扭矩时，所述弹簧基本上不会扭转，以确保防扭连接。使用这种结构，特别简单地实现了根据本发明的联接器功能。

如果所述联接器为爪形联接器，则能形成特别坚固耐用的结构，该爪形联接器允许在超过所述界限扭矩时所述阀轴和所述驱动轴之间的相对转动。在超过所述界限扭矩时，如果可能提供的联接器弹簧产生扭转，所述爪形联接器可准确地允许这种相对转动，从而如果未能进入到联接器的开口适当地将所述壳体的流体连接件连接在一起的流动位置，所述阀部件可以转动。从而所述爪设置成根据所述轴相对于彼此的转动位置至少在一个转动方向上在所述爪之间没有壳安装(form-fit)。

根据进一步的结构，所述驱动轴在其连接到所述阀轴的区域可包括半圆柱形突起，并且所述阀轴在其连接到所述驱动轴的区域可包括四分之一圆柱形突起，其中所述半圆柱形突起和所述四分之一圆柱形突起彼此接合使得在超过所述界限扭矩时所述阀轴可相对于所述驱动轴被转动90°。所述突起中的至少一个可以被可被设置在例如中空圆柱形轴中，其中另一个突起设置在与所述轴接合的法兰或其类似物上，从而所述突起也彼此接合并且从而共同形成270°圆柱。因此所述突起允许所述阀轴相对于所述驱动轴的90°的转动。例如，可能提供的联接器弹簧防止这种转动直到达到所述界限扭矩。在超过所述界限扭矩时，所述弹簧扭转，从而可产生90°转动。在这种情况下所述突起可以相对于彼此定向为它们准确地允许在阀关闭位置在一个转动方向上转动，在该方向，所述阀轴和阀部件转动90°到其流动位置。在这种结构的运动学逆转中，所述阀轴在其连接到所述驱动轴的区域可包括半圆柱形突起，并且所述驱动轴在其连接到所述阀轴的区域包括四分之一圆柱形突起，其中所述半圆柱形突起和所述四分之一圆柱形突起彼此接合，从而在超过所述界限扭矩时所述阀轴能够相对于所述驱动轴被转动90°。

根据本发明的阀装置进一步包括致动器，所述致动器至少间接地接合所述阀轴，所述致动器能在所述阀轴上施加超过所述界限扭矩的扭矩。例如，这允许所述阀部件转动到旋转位置，在该位置，所述阀部件的开口被连接到所述壳体的流体连接件。在这方面，所述致动器可作用在所述阀轴的适当的作用点上，例如突起，从而当所述电动驱动器产生故障时施加必要的扭矩到所述阀轴上，以释放所述驱动器和阀轴之间的联接器，并且转动所述阀部件到所述故障安全位置。

因此，一个或多个传感器可与所述致动器相联，所述传感器例如监测内燃机的发动机缸体的温度，并且在超过界限温度时启动所述致动器，以确保冷却水供应到所述发动机缸体。但是，对于将用作致动器的膨胀材料部件，例如膨胀蜡部件，这特别地简单、廉价并且操作可靠。这种膨胀材料部件吸收所述发动机缸体的温度。由于使用温控阀，所述膨胀材料部件的加热导致膨胀从而导致将扭矩施加到所述阀轴。从而所述膨胀材料部件确保如果超过临界温度，例如由于所述电动马达产生故障而造成，则必要的冷却水自动地被供给到所述发动机缸体，无需额外的传感器系统或打开或关闭环控制系统。

本发明的一个示例性实施例将参考示意图在下面更加详细地说明，其中：

图1示出了根据本发明的阀装置的分解透视图，

图2为图1中的阀装置的驱动器的透视图，

图3为图1中的阀装置的阀部件的透视图，

图4为根据本发明的阀装置在第一操作位置的透视图，

图5为根据本发明的阀装置在第二操作位置的透视图，以及

图6为根据本发明的阀装置在第三操作位置的透视图。

除非另有说明，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。图1示出了根据本发明的阀装置10的分解透视图。所述阀装置包括壳体12，在所示示例中壳体12包括下半部壳体14和上半部壳体16。下半部壳体14具有两个流体连接件16、18，其中一个流体连接件在本实施例中连接到冷却水供给源，并且另一个流体连接件连接到汽车内燃机的发动机缸体(未示出)的进给管线。在所示的示例中，阀装置10因此是发动机缸体的冷却水控制器的一部分。下半部壳体14上还具有两个轴承20、22和大体上球形的容器24，球形容器24与流体连接件16、18相连通，流体连接件16、18彼此偏置90°并且彼此相互垂直定向。阀装置10还具有呈球形杯的一部分的形状的阀部件26，在所示的示例中，阀部件26包括两个开口28、30。球阀26与圆柱形阀轴32一体地连接，阀轴32被阀部件26的腔体中断。阀部件26可与阀轴32一起被插入到壳体12中，其中阀轴32被可旋转地支撑在下半部壳体14的轴承20、22上并且阀部件26被容纳在容器24中。根据阀轴32的旋转位置并且因此根据阀部件26的旋转位置，壳体12的流体连接件16、18从而可通过阀部件26的开口28和30被连接在一起或者彼此切断，如下将更加详细说明。不言而喻，上半部壳体16包括用于阀部件26和阀轴32的相应的容器。

此外，阀装置10具有电动驱动器34，其在本实施例中为自锁直流马达34。直流马达34具有驱动轴36，中空圆柱形轴40通过法兰38设置在直流马达34上。特别是如放大的图2所示，在其连接到阀轴32的区域，驱动轴36包括位于中空圆柱形轴40内的半圆柱形突起44。法兰42同样地形成在阀轴32的在组装状态下与马达34的驱动轴36相连的端部。如放大的图3中所示，阀轴32在其连接到驱动轴36处具有设置在法兰42上的四分之一圆柱形突起46。在阀装置10的装配状态下，四分之一圆柱形突起46和半圆柱形突起44彼此接合并且形成270°的圆柱部。另外，驱动轴36的法兰38上具有孔48。阀轴32的法兰42中同样地具有这种孔50。在装配状态下，圆柱形螺旋弹簧52每侧通过一个端部51、53固定在这些孔48、50中，如图4-6所示。在这些图中，为了清楚的目的，上半部壳体16未示出。

根据本发明的阀装置10还包括膨胀材料部件54，其在本实施例中为膨胀蜡部件54，当受热时膨胀蜡部件54膨胀。膨胀蜡部件与车辆的发动机缸体热连接。在本实施例中，加热膨胀蜡54使得设置在膨胀蜡部件54顶部的压力元件56升高。阀部件26在其外表面具有圆柱形突起58，膨胀蜡部件54的压力元件56在膨胀时与圆柱形突起58配合，如下将更加详细地说明。

根据本发明的阀装置的功能将在下面更加详细地描述。图4所示为在装配状态下的根据本发明的阀装置10，其中阀部件26处于关闭位置，在该位置，壳体12的流体连接件16、18不再连接在一起。因此，在这个位置，没有冷却水能够从冷却水供给源流动到发动机缸体。另一方面，在图5中，阀部件26在其流动位置，在该位置，壳体12的流体连接件16、18通过阀部件26的开口28、30而被连接在一起。在这个位置，冷却水因此从冷却水供给源流动到发动机缸体。

在图4和5所示的操作位置之间，阀部件26通过电动驱动器34在正常操作下旋转。直到达到预定的界限扭矩，该界限扭矩在本发明中为电动马达34的额定转矩的两倍，弹簧52在马达34的驱动轴36和阀部件26的阀轴32之间产生防扭连接。驱动轴36通过马达34的转动由此促使阀轴32和阀部件26相应地转动，其中弹簧52不会实质上扭转。

另一方面，例如，如果施加给阀轴32并通过法兰42施加给弹簧52的扭矩大于界限扭矩，弹簧52受到扭矩以及阀轴32相对于驱动轴36的相对运动。例如，如果阀部件26处于图4所示的关闭位置并且电动驱动器34产生故障，首先当操作时，发动机缸体的温度将升高，因为不会向发动机缸体供给冷却水。这随后导致膨胀材料部件54的膨胀并且从而导致膨胀材料部件54的压力元件56升高。压力元件56随后通过突起58在阀部件26上施加扭矩，并且从而在与所述阀部件防扭连接的阀轴32上施加扭矩，所述扭矩大于界限扭矩。这种扭矩通过法兰42传递到弹簧，使得所述弹簧扭转。由于阀轴32具有四分之一圆柱形突起46并且驱动轴36具有相应的半圆柱形突起44，阀轴32和阀部件26随后准确地旋转90°到图6所示的流动位置(故障安全位置)，以使壳体12的流体连接件16、18通过阀部件26的开口28、30连接在一起并且给发动机缸体供给冷却水。图6示出了在这种情况下由于阀轴32相对于固定的驱动轴36的相对运动而导致的弹簧52的扭转。

以这种方式，根据本发明的阀装置10确保内燃机在所有时候甚至在电动驱动器34产生故障时具有足够的操作可靠性。同时，由于根据本发明的联接器，电动马达34尺寸较小、更便宜并且节能。也可以使用自锁驱动器，其更加减少成本。

Claims (8)

1.一种用于内燃机特别是汽车内燃机的阀装置，包括：壳体(12)，所述壳体具有至少两个流体连接件(16、18)，和通过可旋转地支撑在所述壳体(12)中的阀轴(32)在至少两个旋转位置之间转动的中空阀部件(26)，所述阀部件包括至少两个开口(28、30)，根据所述阀部件(26)的旋转位置，所述开口能够与所述壳体(12)的连接件(16、18)连接，所述阀装置还包括电动驱动器(34)，所述电动驱动器(34)具有用于转动所述阀部件(26)的驱动轴(36)，所述驱动轴(36)和所述阀轴(32)通过联接器彼此连接，其特征在于，所述联接器将所述驱动轴(36)和所述阀轴(32)彼此防扭地连接直到达到预定的界限扭矩，并且在超过所述预定的界限扭矩时释放所述驱动轴(36)和阀轴(32)之间的防扭连接，使得所述阀轴(32)能够相对于所述驱动轴(36)转动。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于所述阀部件(26)为球形。

3.根据前述任一项权利要求所述的阀装置，其特征在于所述联接器包括弹簧(52)，其中所述弹簧(52)将所述驱动轴(36)和所述阀轴(32)彼此防扭地连接直到达到所述界限扭矩，并且其中当超过所述界限扭矩时，所述弹簧(52)扭转，从而允许所述阀轴(32)相对于所述驱动轴(36)转动。

4.根据前述任一项权利要求所述的阀装置，其特征在于所述联接器为爪式联接器，其在超过所述界限扭矩时允许所述阀轴和所述驱动轴之间的相对转动。

5.根据前述任一项权利要求所述的阀装置，其特征在于所述驱动轴(36)在其连接到所述阀轴(32)的区域处包括半圆柱形突起(44)，并且其中所述阀轴(32)在其连接到所述驱动轴(36)的区域处包括四分之一圆柱形突起(46)，其中所述半圆柱形突起(44)和所述四分之一圆柱形突起(46)彼此接合，从而在超过所述界限扭矩时所述阀轴(32)能够相对于所述驱动轴(36)转动90°。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的阀装置，其特征在于所述阀轴(32)在其连接到所述驱动轴(36)的区域包括半圆柱形突起，并且其中所述驱动轴(36)在其连接到所述阀轴(32)的区域包括四分之一圆柱形突起，其中所述半圆柱形突起和所述四分之一圆柱形突起彼此接合，从而在超过所述界限扭矩时所述阀轴(32)能够相对于所述驱动轴(36)转动90°。

7.根据前述任一项权利要求所述的阀装置，其特征在于其包括致动器(54)，所述致动器(54)至少间接地接合所述阀轴(32)，所述致动器能够在所述阀轴(32)上施加超过所述界限扭矩的扭矩。

8.根据权利要求7所述的阀装置，其特征在于所述致动器(54)为膨胀材料部件(54)。

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