CN103403424A

CN103403424A - 阀设备

Info

Publication number: CN103403424A
Application number: CN2011800668243A
Authority: CN
Inventors: J·谢泼德; D·贝蒂奥; S·巴蒂亚
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-12-19
Also published as: US9441744B2; CA2822480A1; KR102070798B1; WO2012083448A1; US20120161042A1; DE112011104549T5; CN103403424B; KR20140004146A; CA2822480C

Abstract

一种阀设备具有第一外壳，该第一外壳联接到第二外壳。第一外壳具有第一腔室，该第一腔室流体连通于第一进口和第一出口。第一腔室适于接收热致动器，该热致动器响应于第一腔室中的第一流体的温度能从第一位置运动到第二位置。第二外壳具有第二腔室，该第二腔室与第一和第二端口流体连通，第二腔室与第一腔室流体隔离。第二腔室适于接收阀机构，该阀机构可操作地联接到热致动器，并且在由热致动器致动时，能从第一阀位置运动到第二阀位置，该第一阀位置防止第二流体从第一端口流动到第二端口，该第二阀位置容许第二流体从第一端口流动到第二端口。

Description

阀设备

对于相关申请的交叉参考

本申请要求2010年12月23日提交的、标题为“阀设备”的美国临时申请No.61/426,547的优先权。以上专利申请的内容通过参考由此特意包括到本文的详细描述中。

技术领域

本申请涉及一种阀设备和一种制造该阀设备的方法。

背景技术

用来使用热交换器或油冷却器调节流体（如油）的温度的各种系统是已知的。具体地说，已知人们可调节在变速箱中使用的油的温度，目的在于将油的温度保持在希望的温度范围内，从而油的温度既不太热也不太冷。在借助于热交换器来调节变速箱油温的一种具体系统中，设有混合阀，该混合阀能够引导来自例如车辆发动机的热的冷却剂或流自例如散热器的冷的冷却剂通过热交换器，从而热交换器作为加热器或作为冷却器工作。用来调节例如冷却剂的液体的温度的一种形式的混合阀包括阀外壳，该阀外壳具有形成在其中的第一和第二腔室、以及进口端口和出口端口，该进口端口和出口端口用于液体流进和流出第一腔室。另外的端口设置在外壳中，用于在升高温度下或在降低温度下冷却剂流进和流出第二腔室。呈蜡马达形式的线性致动器安装在第一腔室中，并且具有致动器本体，该致动器本体包含蜡和活塞，当蜡的温度升高到预定水平时，活塞通过蜡的膨胀可运动到延伸位置。由于致动器本体的大部分布置在第一腔室中，所以致动器本体和其蜡的温度至少由流过第一腔室的液体的温度确定到某种程度。包括阀芯的阀机构由线性致动器是可操作的，阀芯的一个端部可操作地连接到活塞，以便随活塞运动。阀机构布置在外壳的第二腔室中，并且能够控制在升高温度下的冷却剂和在降低温度下的冷却剂通过第二腔室的流量。

关于上述混合阀的一种困难是，为了安装线性致动器，它需要多个分离的部件或零件安装在阀外壳内。另外，这样一种混合阀由于其复杂性可能难以组装，并且可能增加制造成本。

关于这种上述混合阀的另一种困难是，在蜡马达致动器中蜡的温度可能不仅受流过第一腔室的液体的温度的影响，而且也受第二腔室中的冷却剂的温度的影响，因为蜡马达致动器和其活塞的一个端部与第二腔室相邻，或者在第二腔室中。至少在一些情况下，冷却剂的温度的影响可不利地影响蜡马达致动器的适当操作。

关于上述混合阀的进一步困难是，可发生在第二腔室中的压降，其中，使用以上所描述的阀机构冷却剂压力可降低。压降也可影响阀，引起泄漏。

因此，现有技术中存在对于这样一种阀设备的需要，该阀设备需要较少的部件，并且具有较简单的设计，这可降低复杂性和制造成本。另外，现有技术中存在对于这样一种阀设备的需要，该阀设备可减轻第一腔室中的一种流体污染第二腔室中的第二流体。此外，现有技术中存在对于这样一种阀设备的需要，该阀设备可减小第二腔室中的压降，其中，阀机构控制端口，流体可流过这些端口。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种阀设备，该阀设备包括：

第一外壳，该第一外壳联接到第二外壳；

第一外壳具有第一腔室，该第一腔室流体连通于第一进口和第一出口；

第一腔室适于接收热致动器，该热致动器响应于第一腔室中的第一流体的温度能从第一位置运动到第二位置；

第二外壳具有第二腔室，该第二腔室流体连通于第一端口和第二端口，第一腔室与第二腔室流体隔离；

第二腔室适于接收阀机构；阀机构可操作地联接到热致动器，并且在由热致动器致动时，能从第一阀位置运动到第二阀位置，该第一阀位置防止第二流体从第一端口流动到第二端口，该第二阀位置容许第二流体从第一端口流动到第二端口。

根据另一个方面，本公开涉及一种制造阀设备的方法，该方法包括：

－模制或铸造第一外壳，该第一外壳具有第一进口、第一出口及第一腔室，该第一腔室流体连通于第一进口和第一出口；

－将热致动器定位在第一腔室中，热致动器响应于第一腔室中的第一流体的温度能从第一位置运动到第二位置；

－将第一腔室流体密封；

－模制或铸造第二外壳，该第二外壳具有第一端口、第二端口及第二腔室，该第二腔室流体连通于第一端口和第二端口；

－将阀机构定位在第二腔室中；

－将阀机构可操作地联接到热致动器；以及

－将第一外壳联接到第二外壳；

其中，阀机构在由热致动器致动时能从第一阀位置运动到第二阀位置，该第一阀位置防止第二流体从第一端口流动到第二端口，该第二阀位置容许第二流体从第一端口流动到第二端口。

附图说明

图1是发动机和变速箱系统的示意图，该发动机和变速箱系统包括用于变速箱流体或油的散热器和油热交换器。

图2是根据本公开的阀设备的侧视图。

图3是根据本公开的阀设备的侧视图，该阀设备具有在剖视图中的外壳和容许热的冷却剂流动的阀位置。

图4是根据本公开的阀设备的立体图，该阀设备具有在剖视图中的外壳和容许冷的冷却剂流动的阀位置。

图5是曲线图，示出了在根据本公开的阀设备中的冷的和热的冷却剂流量，该冷的和热的冷却剂流量作为油温的函数。

具体实施方式

图1示意性示出了用于车辆发动机110和车辆变速箱112的冷却系统。发动机110借助于形成在发动机中的、冷却剂可流动穿过的通路而冷却，该冷却剂通常是水和乙二醇的混合物。这种冷却剂（它是一种形式的热交换液体）可通过冷却剂管114流到发动机中，并且可通过冷却剂管116流出发动机。冷却剂可借助于标准散热器118冷却，该标准散热器118具有连接到管114的一个出口和连接到管116的进口。优选地，发动机恒温器120布置在管线116中，并且这个恒温器能够根据冷却剂的温度而引导冷却剂的一部分通过冷却剂管线128回到发动机。连接到散热器118的另一个出口的是另外的冷却剂管线130，通过该冷却剂管线130，在较低温度下的热交换液体（即冷却剂）可经由阀设备2流到变速箱油热交换器124，该阀设备2按照本公开建造。变速箱油热交换器124可具有标准构造。选择性地，低温散热器133可以设置在管线130中的主散热器118附近。

另一条冷却剂管线134将发动机的冷却剂出口连接到阀设备2。这条管线能够将热的冷却剂从发动机输送到进口138，该进口138布置在阀设备2的一个端部处。阀设备2由短管线或通路140连接到油热交换器，通过该短管线或通路140，冷却剂可从阀设备2流到热交换器124。该冷却剂可以是来自管线134的热的冷却剂，或者可以是来自管线130的冷的冷却剂。通过通路140的冷却剂的温度取决于阀构件在阀设备2中的位置，如下面更详细解释的那样。变速箱油（它可作为用于本目的的“第一流体”）能够通过管线或管142从变速箱112通到油热交换器124，该管线或管142连接到144处的油进口。第一流体或油能够在通到阀设备2中的管线146处从油热交换器离开，从而变速箱油可通过油管线148返回到变速箱112，该油管线148连接到油出口150。关于这种布置将看到，油热交换器124能够借助于热的冷却剂加热变速箱，或者借助于冷的冷却剂冷却变速箱。

以上所提到的和在图2至4中所示出的阀设备2这里进一步描述。如以上所提到的那样，阀设备2具有第一外壳4，该第一外壳4联接到第二外壳6。第一外壳4具有第一进口10、第一出口12、以及第一腔室8，该第一腔室8流体连通于第一进口10和第一出口12，从而允许第一流体通过进入和然后离开第一腔室8而从第一进口10流到第一出口12。第一腔室8适当地将尺寸形成为能够接收热致动器14，同时允许第一流体从第一进口10进入第一腔室8，并且然后从第一出口12离开。热致动器14包括致动器活塞46，该致动器活塞46响应于第一腔室8中的第一流体的温度而能够从第一位置16（如图3所示）运动到第二位置20（如图4所示）。

阀设备2的第二外壳6具有第二腔室20，该第二腔室20流体连通于第一端口22和第二端口24，从而允许第二流体从第一端口22进入第二腔室20，并且然后从第二端口24离开。在这里公开的阀设备中，第一腔室8与第二腔室20流体隔离，以防止一种流体污染另一种流体。第二腔室20适当地将尺寸形成为用以接收阀机构26，该阀机构26控制第二流体进入第二腔室20的流量。阀机构26可操作地联接到热致动器14，并且在由热致动器14致动时，能从第一阀位置28（图3）运动到第二阀位置30（图4）。在这里描述的阀设备2中，在第一阀位置28中的阀机构26防止第二流体从第一端口22进入第二腔室20的流动，并因此也禁止第二流体离开到第二端口24。而在第二阀位置30中的阀机构26容许第二流体从第一端口22到第二端口24的流动，并由此容许第二流体从第一端口22到第二端口24的流动。

在一个实施例中，例如且没有限制地，阀设备2在第二外壳6中具有第三端口36，如图2至4所示。端口的数量不受特别限制，并且基于阀设计和阀要求，可设有另外的端口。在公开的实施例中，第三端口36起通入第二腔室20中的另一个输入端口的作用，并且在第一阀位置28（图3）中的阀机构26容许第二流体从第三端口36到第二端口24的流动，而禁止第二流体从第一端口22的流动。在第二阀位置30（图4）中，禁止第二流体从第三端口36的流动，而允许从第一端口22到第二端口24的流动。

端口的定位不受特别限制，并且可基于阀设备2的设计要求而构成。在这里描述的阀设备2中，第一端口22和第三端口36定位成使得第一端口22与第三端口36径向相对且轴向偏离；并且从第一端口22和第三端口36的第二流体流动都与从第二端口24的第二流体流动相垂直。在另一个实施例中，端口可如在美国专利申请公报NO.2010/0181516中公开的那样定位，该专利申请公报通过参考包括在这里。

在这里公开的阀设备2中使用的热致动器14这里不受特别限制。在这里公开的实施例中，热致动器14具有活塞46，该活塞46具有第一端部，该第一端部联接到致动器本体42，该致动器本体42包含收缩的可膨胀材料。活塞的第二端部56接合阀机构26。在一个实施例中，致动器本体42是导热的，并且活塞46是不导热的。

在致动器本体42中使用的收缩的可膨胀材料可采取各种形式。在一个实施例中，例如且没有限制地，收缩的可膨胀材料是蜡。在另一个示例性实施例中，可使用形状记忆材料。收缩的可膨胀材料当加热时膨胀，并因此占据更大空间，并且当冷却时，材料收缩。这影响活塞46的运动，该活塞46在收缩的可膨胀材料膨胀时从第一位置16运动到第二位置18。由于活塞46的第二端部56接合阀机构26，在收缩的可膨胀材料膨胀时活塞46从第一位置16到第二位置18的运动使阀机构26致动，从而使阀机构26从第一阀位置28运动到第二阀位置30；并由此控制第二腔室20中的第二流体的流量。

在这里公开的阀设备2的一个实施例中，第一腔室8与第二腔室20流体隔离，以防止一种流体污染另一种流体。在这里公开的实施例中，第一腔室8使用密封盘38流体密封，该密封盘38具有孔眼40。密封盘38接合致动器本体58的联接端部，用来将致动器本体42与第二流体热隔离，由此缓和收缩的可膨胀材料受第二流体的温度的影响。孔眼40适于密封地接收活塞46，并且容许活塞46从第一位置16到第二位置18的运动。

密封盘38的材料不受特别限制。密封盘38的材料应该允许第一腔室8与第二腔室20流体隔离，并且也可以是隔热的。在一个实施例中，例如且没有限制地，密封盘可包括聚合物类型的材料。

使用密封盘38密封第一腔室8的方法也不受特别限制。在一个实施例中，例如且没有限制地，密封盘用超声波密封。其它方法可包括螺纹连接、夹紧连接、扣环、卡扣设计、螺纹紧固件或其它方式。

除以上之外，为了防止一种流体与另一种混合，第一腔室8可设有O形圈62，该O形圈62禁止第一腔室8中的第一流体接触致动器本体58的联接端部，而容许第一流体与位于第一腔室8中的致动器本体的其余部分42相互作用。这里描述的O形圈62提供第二密封部，如果可实现无泄漏连接，例如且没有限制地通过超声波焊接，则可以消除第二密封部。

在这里描述的阀设备2中使用的阀机构26不受特别限制。在一个实施例中，并且如在图3和4中描述的那样，阀机构26包含往复套筒构件48，该往复套筒构件48允许第二流体轴向流过套筒构件48。套筒构件48具有套筒构件端部60，该套筒构件端部60联接到活塞的第二端部56；由此允许套筒构件48在致动时从第一阀位置28运动到第二阀位置30。套筒构件48随着它逐渐地在第一和第二位置之间运动使得端口36逐渐地关闭而端口22逐渐地打开（反之亦然），从而起增量流量调节器的作用。在另一个实施例中，阀机构包含阀芯，如在美国专利申请公报no.2010/0181516中公开的那样，并且通过参考包括在这里。

在这里描述的阀设备2的示例性实施例中，第二腔室20包含偏压装置50，该偏压装置50将阀机构26或套筒构件48偏压到第一阀位置28。这里描述的、在阀设备2中使用的偏压装置50不受特别限制，并且可采取各种形式。在一个实施例中，例如且没有限制地，偏压装置是弹簧。

第一外壳4与第二外壳6之间的联接的相对位置可在各种位置中进行。在一个实施例中，例如且没有限制地，并且如图2至4所示，第一外壳4大体对中地联接（在52处）到第二外壳6上。

第一外壳4相对于第二外壳6的联接方法也不受特别限制。在一个实施例中，例如且没有限制地，第一外壳4通过夹紧、扭转锁定、超声波联接或旋转焊接而密封地联接到第二外壳6。在另一个实施例中，第一和第二外壳4、6可例如且没有限制地是凸/凹互锁。凸/凹互锁可例如且没有限制地加工有螺纹，以联接第一和第二外壳4、6。在进一步的示例性实施例中，第一和第二外壳4、6可具有邻接边缘，以提供对接连接。对接连接可例如且没有限制地使用其它装置夹紧或联接。在又一个实施例中，第一和第二外壳4、6具有可用来联接外壳的互补的带齿的分段。带齿的分段可帮助第一和第二外壳4、6的对准。在另一个进一步实施例中，O形圈可用来帮助第一和第二外壳4、6的联接。O形圈可例如且没有限制地设置在第一和第二外壳4、6之间。

用于阀设备2的第一和第二外壳4、6的材料不受特别限制。在一个实施例中，例如且没有限制地，第一外壳4可以是隔热的，以避免第一流体在流过第一腔室8时的热量损失。而第二外壳6可以是导热的，从而容许流过第二腔室20的第二流体的热量的消散。第一外壳4和第二外壳6的使用可允许设计阀设备2，从而使得一个外壳是隔热的，而另一个外壳是导热的。用于第一和第二外壳4、6的材料不受特别限制，并且根据要求（例如且没有限制地设计、隔热/导热的程度及外壳的联接）可选择适当的材料。在一个实施例中，例如且没有限制地，第一外壳4由隔热塑料制成，并且第二外壳6由导热塑料制成。用于外壳的其它材料可例如且没有限制地包括铝、钢、陶瓷涂敷的金属、以及其它材料。

在进一步实施例中，这里所描述的阀设备2在第一外壳4中包括释放开口54。释放开口54可例如且没有限制地是位于第一外壳4中的、允许从第一腔室8逸出并且朝第二腔室20运动的第一流体渗出阀设备2的开口。释放开口可提供安全性，并且也可帮助防止一种流体与另一种流体的混合。释放开口54的定位不受特别限制。在一个实施例中，例如且没有限制地，释放开口54可定位在第一外壳4中在致动器本体58的联接端部附近。

在另一个方面，本公开涉及一种制造阀设备2的方法，如这里公开的那样。该方法包括模制或铸造第一外壳4的步骤，该第一外壳4具有第一进口10、第一出口12及第一腔室8，该第一腔室8流体连通于第一进口10和第一出口12。然后将热致动器14定位在第一外壳8中。热致动器14响应第一腔室8中的第一流体的温度能从第一位置16运动到第二位置18。然后将第一腔室8流体密封。可进行测试以检查第一腔室8的密封。模制或铸造第二外壳6，该第二外壳6具有第一端口22、第二端口24及第二腔室20，该第二腔室20流体连通于第一端口22和第二端口24。将阀机构26定位在第二外壳6的第二腔室20中，该阀机构26可操作地联接到热致动器14。然后联接第一和第二外壳，以形成阀设备2。

模制或铸造第一和第二外壳的步骤不受特别限制，并且应该是已知的，或者可由本领域的技术人员确定。基于外壳的材料可形成该步骤，该材料也不受特别限制，并且应该是已知的，或者可由本领域的技术人员基于阀设备2的用途而确定。

图5作为非限制性例子公开了在根据本公开的阀设备2的实施例中的第二腔室20中的热和冷的冷却剂流量，该热和冷的冷却剂流量作为第一腔室8中的油温的函数。冷的冷却剂进口温度是约40°C，热的冷却剂进口是约90°C。在低油温下，允许热的冷却剂流过阀设备2。随着油温升高，阀机构26从第一阀位置28运动到第二阀位置30，从而允许更多冷的冷却剂进入第二腔室20，并被引导到热交换器中，以将油冷却。

尽管如在示例性实施例中实施的那样已经示出和描述了本发明，该示例性实施是具有如下功用的实施例：借助于热交换器和冷却剂（例如水-乙二醇混合物）而调节液体（例如自动变速箱流体）的温度，但要理解，本发明不限于这里示出的细节，因为将理解，所公开的系统和阀设备的形式和细节以及它们的操作的各种省略、修改、替代及变更可以由本领域的技术人员进行，而绝不脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种阀设备，包括：

第一外壳，该第一外壳联接到第二外壳；

第二外壳，该第二外壳具有第二腔室，该第二腔室流体连通于第一端口和第二端口，第一腔室与第二腔室流体隔离；

热致动器，该热致动器定位在第一腔室中，并且响应于第一腔室中的第一流体的温度；

阀机构，该阀机构定位在第二腔室中；阀机构联接到热致动器以便运动，由此控制第二流体从第一端口到第二端口的流动。

2.根据权利要求1所述的阀设备，其中，阀机构能从第一阀位置运动到第二阀位置，该第一阀位置防止第二流体从第一端口流动到第二端口，该第二阀位置容许第二流体从第一端口流动到第二端口。

3.根据权利要求2所述的阀设备，还包括：

第三端口，该第三端口设置在第二外壳中，并且其中在第一阀位置中的阀机构容许第二流体从第三端口流动到第二端口，在第二阀位置中的阀机构防止第二流体从第三端口到流动第二端口。

4.根据权利要求3所述的阀设备，其中，第一端口和第三端口彼此径向相对且轴向偏离，并且第二端口垂直于第一端口和第三端口。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀设备，其中，热致动器包括：

致动器本体，该致动器本体联接到活塞，致动器本体包含收缩的可膨胀材料，并且活塞的一个端部与阀机构接合，收缩的可膨胀材料实现活塞从第一位置到第二位置的运动，并且

其中，致动器本体容纳在第一腔室中，并且与第二腔室流体隔离。

6.根据权利要求5所述的阀设备，还包括：

具有孔眼的密封盘，该密封盘将第一腔室与第二腔室流体隔离，并且该孔眼适于容许活塞从所述第一位置运动到所述第二位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的阀设备，其中，阀机构包括套筒构件，该套筒构件联接到热致动器，套筒构件容许第二流体穿过套筒构件进行轴向流动，并且套筒构件的定位控制第二流体从第一端口到第二端口的流动。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的阀设备，在第二腔室中还包括偏压装置，偏压装置将阀机构偏压到所述第一阀位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的阀设备，其中，阀设备具有基本对中联接的第一外壳和第二外壳。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的阀设备，其中，第一外壳和第二外壳通过旋转焊接、夹紧、扭曲锁定或超声波联接而联接。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的阀设备，其中，第一外壳和第二外壳通过具有凸凹部分或邻接的边缘而联接。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的阀设备，其中，第一外壳是隔热的，并且第二外壳是导热的。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的阀设备，其中，第一外壳还包括释放开口，该释放开口用来禁止第一腔室中的第一流体与第二腔室中的第二流体混合。

14.一种制造阀设备的方法，包括：

－将热致动器定位在第一腔室中，热致动器响应于第一腔室中的第一流体的温度；

－将第一腔室流体密封；

－将阀机构定位在第二腔室中；以及

－将第一外壳联接到第二外壳，并且热致动器可操作地联接到阀机构；

其中，由热致动器控制阀机构的运动，以控制第二流体从第一端口到第二端口的流动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，阀机构能从第一阀位置运动到第二阀位置，该第一阀位置防止第二流体从第一端口流动到第二端口，该第二阀位置容许第二流体从第一端口流动到第二端口。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

－在第二外壳中模制或铸造第三端口，并且其中，在第一阀位置中的阀机构容许第二流体从第三端口流动到第二端口，并且在第二阀位置中的阀机构防止第二流体从第三端口流动到第二端口。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，第一端口和第三端口彼此径向相对且轴向偏离，并且第二端口垂直于第一端口和第三端口。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，热致动器包括：

联接到活塞的致动器本体，该致动器本体包含收缩的可膨胀材料，并且活塞的一个端部与阀机构接合，收缩的可膨胀材料实现活塞从第一位置到第二位置的运动，并且

19.根据权利要求18所述的方法，其中，使用密封盘将第一腔室流体密封，密封盘具有孔眼，该孔眼用来容许活塞从第一位置到第二位置的运动。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中，阀机构包括套筒构件，该套筒构件联接到热致动器，套筒构件容许第二流体穿过套筒构件的轴向流动，并且套筒构件的定位控制第二流体从第一端口到第二端口的流动。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，还包括将偏压装置定位在第二腔室中，偏压装置将阀机构偏压到第一阀位置。

22.根据权利要求14至21中任一项所述的方法，其中，阀设备具有大体居中联接的第一外壳和第二外壳。

23.根据权利要求14至22中任一项所述的方法，其中，第一外壳和第二外壳通过旋转焊接、夹紧、扭曲锁定或超声波联接而联接。

24.根据权利要求14至23中任一项所述的方法，其中，第一外壳和第二外壳通过具有凸凹部分或邻接边缘而联接。

25.根据权利要求14至24中任一项所述的方法，还包括形成释放开口，该释放开口用来禁止第一腔室中的第一流体与第二腔室中的第二流体混合。