CN104613199B - 单向超压锁止阀和副水箱 - Google Patents

单向超压锁止阀和副水箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单向超压锁止阀，其包括阀体，所述阀体内依次形成连通的第一端口、压力腔和第二端口；压力腔内设有能够相对于该压力腔滑动的阀塞以及设有预压缩的第一弹簧，所述第一弹簧一端与所述阀塞接触且另一端相对于所述压力腔固定；阀体还设有旁通管路，所述旁通管路的入口和出口分别与所述压力腔连通；当所述阀塞位于所述入口与出口之间时，所述第一端口与第二端口通过所述旁通管路连通；当所述阀塞移动至封闭所述入口或所述出口时，或者当所述入口与出口均位于所述阀塞的一侧时，所述第一端口与第二端口断开。本发明还公开了一种采用上述单向超压锁止阀的副水箱。通过本发明的单向超压锁止阀可达到使流体单向流动和超压截流的目的。

Description

单向超压锁止阀和副水箱
技术领域
本发明涉及液压技术领域，具体地，涉及一种单向超压锁止阀及具有该单向超压锁止阀的副水箱。
背景技术
汽车冷却系统中广泛使用副水箱用以实现储液、提供膨胀空间、除汽、维持压力等功能。目前采用的副水箱，一般将副水箱的储液和除汽分为两个腔，使液汽在各自适宜的压力下运行。液腔和汽腔之间具有一定条件的压力联系，通常使用压力阀控制。而当液腔或汽腔的一侧突然压力骤增时，会对另一侧造成很大影响，大幅降低冷却系统性能，影响发动机的正常工作，甚至造成发动机损坏或寿命降低。因此，提供一种具有单向超压锁止功能的元件是当前冷却系统设计迫切需求的。
发明内容
本发明的目的是提供一种使流体单向流动且能超压截流的单向超压锁止阀。
为了实现上述目的，本发明提供一种单向超压锁止阀，所述单向超压锁止阀包括阀体，所述阀体内依次形成连通的第一端口、压力腔和第二端口；
所述压力腔内设有能够相对于该压力腔滑动的阀塞以及设有预压缩的第一弹簧，所述第一弹簧一端与所述阀塞接触且另一端相对于所述压力腔固定；
所述阀体还设有旁通管路，所述旁通管路的入口和出口分别与所述压力腔连通；
当所述阀塞位于所述入口与出口之间时，所述第一端口与第二端口通过所述旁通管路连通；当所述阀塞移动至封闭所述入口或所述出口时，或者当所述入口与出口均位于所述阀塞的一侧时，所述第一端口与第二端口断开。
优选地，所述压力腔包括第一压力腔和第二压力腔，所述第一压力腔的内周壁横截面尺寸大于所述第二压力腔的内周壁横截面尺寸；所述阀塞设于所述第一压力腔内；所述旁通管路的入口和出口分别与所述第一压力腔连通；所述第一弹簧一端与所述阀塞接触且另一端相对于所述第二压力腔固定。
优选地，所述阀塞包括相对设置的第一阀塞和第二阀塞，所述第一阀塞靠近所述第一端口设置，所述第一弹簧与第二阀塞接触，所述第一阀塞和第二阀塞之间设有预压缩的第二弹簧；所述第一弹簧的预紧力大于所述第二弹簧的预紧力。
优选地，所述第一弹簧的弹力系数大于所述第二弹簧的弹力系数。
优选地，所述第一阀塞或第二阀塞上设有用于安装所述第二弹簧的阀塞顶柱。
优选地，所述旁通管路设于所述第一压力腔对应的阀体壁内。
本发明还提供一种副水箱，所述副水箱包括液腔、汽腔和所述单向超压锁止阀，所述液腔与单向超压锁止阀的第一端口连通，所述汽腔与单向超压锁止阀的第二端口连通；所述液腔与汽腔之间还设有单向阀，所述液腔与所述单向阀的输出口连通，所述汽腔与所述单向阀的输入口连通；所述汽腔上设有除汽口，所述液腔上设有出水口和溢流装置。
优选地，所述副水箱包括箱体，所述箱体限定所述液腔和汽腔，所述单向超压锁止阀和所述单向阀均设于所述箱体的壁上。
优选地，所述汽腔位于所述液腔上方，所述单向超压锁止阀的位置高于所述单向阀。
优选地，所述溢流装置包括溢流管道和设于所述溢流管道上的溢流阀。
通过上述技术方案中的弹簧、阀塞及巧妙的旁通管路，达到使流体单向流动和超压截流的目的。当单向超压锁止阀两个端口之间的压力在正常压力范围时流体通道按需单向连通，而当超出压力范围时流体通道自动断开，再通过设置其他压力元件来释放高压侧的多余压力，从而对使用本发明的系统进行超压保护，保证系统的运行安全，同时提高系统的使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明单向超压锁止阀的剖视图；
图2是具有单向超压锁止阀的副水箱的结构图；
图3为正常压力时单向超压锁止阀内部压力正向流动示意图；
图4为单向超压锁止阀内部压力反向流动截止示意图；
图5为超压时单向超压锁止阀内部压力正向流动截止示意图；
图6为冷却系统正常工作状态正压时，副水箱内部工作情况示意图；
图7为冷却系统停止工作状态负压时，副水箱内部工作情况示意图；
图8为冷却系统异常工作状态液腔超压时，副水箱内部工作情况示意图。
附图标记说明
图中，1：第一端口；2：第一阀塞；3：阀体；4：第二弹簧；5：旁通管路；6：第一腔体；7：阀塞顶柱；8：第二阀塞；9：第一弹簧；10：第二腔体；11：第二端口；12：入口；13：出口；14：第一阶梯面；15：第二阶梯面；16：第三阶梯面；100：单向超压锁止阀；200：单向阀；300：汽腔；400：除汽口；500：出水口；600：液腔；700：溢流管道；800：溢流阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明的单向超压锁止阀，包括阀体3，阀体3内依次形成连通的第一端口1、压力腔和第二端口11；压力腔内设有能够相对于该压力腔滑动的阀塞，以及设有预压缩的第一弹簧9，第一弹簧9一端与阀塞接触且另一端相对于压力腔固定；阀体3还设有旁通管路5，旁通管路5的入口12和出口13分别与压力腔连通。当阀塞位于入口12与出口13之间时，第一端口1与第二端口11通过旁通管路5连通；当阀塞移动至封闭入口12或出口13时，或者当入口12与出口13均位于所述阀塞的一侧时，第一端口1与第二端口11断开，从而达到使流体单向流动和超压截流的目的。
其中，压力腔包括第一压力腔6和第二压力腔10，阀体3内第一端口1、第一压力腔6、第二压力腔10和第二端口11依次连通。阀塞设于第一压力腔6内；第一弹簧9一端与阀塞接触且另一端相对于第二压力腔10固定(具体地，该第一弹簧9一端与阀塞接触且第一弹簧9的另一端与第二压力腔10和第二端口11之间的第一阶梯面14接触)；旁通管路5的入口12与第一压力腔6连通且靠近第一端口1，旁通管路5的出口13与第一压力腔6连通且靠近第二压力腔10。其中，阀塞横截面的形状和尺寸与第一压力腔6内周壁横截面的形状和尺寸匹配，即阀塞可在第一压力腔6内沿内周壁滑动并起到密封截流的作用。第一压力腔6的内周壁横截面尺寸大于第二压力腔10的内周壁横截面尺寸，用于限定阀塞在第一压力腔6内滑动，具体地，当压力腔为圆筒状时，第一压力腔6的内径大于第二压力腔10的内径。
具体来说，当阀塞位于入口12与出口13之间时(即第一端口1一侧的压力适当大于第二端口11一侧的压力时)，第一端口1与第二端口11通过旁通管路5连通；当阀塞移动至封闭入口12(即第一端口1一侧的压力小于第二端口11一侧的压力时)或出口13(即第一端口1一侧的压力过度大于第二端口11一侧的压力时)，第一端口1与第二端口11断开。通过上述的技术方案，当单向超压锁止阀第一端口1与第二端口11之间的压力在正常压力范围时流体通道按需单向(第一端口1流至第二端口11)连通，而当超出压力范围时流体通道自动断开，再通过设置其他压力元件来释放高压侧的多余压力，从而对使用本发明的系统进行超压保护，保证系统的运行安全，同时提高系统的使用寿命。
进一步地，阀塞包括相对设置的第一阀塞2和第二阀塞8，第一阀塞2靠近第一端口1设置，第一弹簧9与第二阀塞8接触，第一阀塞2和第二阀塞8之间设有预压缩的第二弹簧4。其中，第一弹簧9的预紧力大于第二弹簧4的预紧力，如此设置的目的是为了保证在初始状态时(第一端口1与第二端口11均不受流体压力时)或者第一端口1与第二端口11的压力相当时，第一阀塞2能移动至靠近或接触第三阶梯面16(第一端口1和第一压力腔6之间)而封闭旁通管路5的入口12，同时第二阀塞8不会封闭旁通管路5的出口13，达到截流的目的，而当第一端口1的压力适当大于第二端口11的压力时，第一阀塞2能向第二阀塞方向移动而打开旁通管路5的入口12而同时第二阀塞8不会封闭旁通管路5的出口13，达到使流体按需单向流动的目的。第二弹簧4与第一弹簧9的具体弹力数值根据第一阀塞2的开启压力与第二阀塞8的超压锁止压力而定。
另外，本发明的一个优选实施方式为，第一弹簧9的弹力系数大于第二弹簧4的弹力系数。当第一端口1的压力适当大于第二端口11的压力时，第一阀塞2会较第二阀塞8先移动，使第一阀塞2和第二阀塞8之间的距离缩小，从而当第一端口1的压力适当大于第二端口11的压力时，更容易保持第一阀塞2和第二阀塞8均位于入口12与出口13之间的状态。
如图3所示，为正常压力时单向超压锁止阀内部压力第一端口1至第二端口11正向流动图。正常压力时第一端口1的压力达到第一阀塞2的开启值，第一阀塞2克服第二弹簧4的弹力，在第一压力腔6内开始向第二阀塞8方向移动。当第一阀塞2移动至开启旁通管路5的入口12时，压力流体从第一端口1进入，经过旁通管路5进入第二压力腔10，从第二端口11流出，即压力流体由第一端口1至第二端口11正向流动。
如图4所示，为单向超压锁止阀内部压力第二端口11至第一端口1反向流动截止图。当第一端口1实际压力值小于正常压力时，第一阀塞2受第二弹簧4的弹力作用，塞住第一端口1和旁通管路5的入口12。此时由于第一端口1侧的旁通管路5的入口12被塞住，即使从第二端口11流入压力流体经过第二压力腔10进入旁通管路5的出口13，第二端口11至第一端口1也无法流通。即第二端口11至第一端口1反向流动截止，达到正向连通反向截止的单向阀目的。
如图5所示，为超压时单向超压锁止阀内部压力第一端口1至第二端口11正向截止图。当第一端口1实际压力值超过正常压力时，第一阀塞2克服第二弹簧4的弹力，在第一压力腔6内开始向第二阀塞8方向移动。并且，第一阀塞2推动第二阀塞8克服第一弹簧9的弹力，一起向第二端口11移动。直到第二阀塞8靠近或接触第二阶梯面15(第一压力腔6和第二压力腔10之间)塞住旁通管路5的出口13，阻止压力流体流通。此时，压力正向流动截止，达到超压锁止的目的。
还有，第一阀塞2或第二阀塞8上设有用于安装第二弹簧4的阀塞顶柱7，用来限制第二弹簧4的位置。
另外，本实施例中旁通管路5设于第一压力腔6对应的阀体壁内，使本发明的单向超压锁止阀结构紧凑。当然，旁通管路5也可以为与阀体分离的管道，只需保证其入口和出口与第一压力腔6连通即可。
阀体3作为承载一定压力的多通道容器，选用具有一定强度且抗氧化的材料，例如不锈钢、高硬度陶瓷、高硬度碳纤维材料或硬度较高的工程塑料。阀塞(第一阀塞2或第二阀塞8)作为承受压力和密封功能的零件，选用具有一定强度和密封性能的材料，或者使用两种材料组合使用，例如橡胶或橡胶包裹的金属。
如图2所示，本发明还提供一种副水箱，其包括液腔600、汽腔300和单向超压锁止阀100，液腔600与单向超压锁止阀100的第一端口1连通，汽腔300与单向超压锁止阀100的第二端口11连通；液腔600与汽腔300之间还设有单向阀200，液腔600与单向阀200的输出口连通，汽腔300与单向阀200的输入口连通；汽腔300上设有除汽口400，液腔600上设有出水口500和溢流装置。当液腔600与汽腔300之间的压力在正常压力范围时流体通道按需单向(第一端口1流至第二端口11)连通，而当超出压力范围时单向超压锁止阀100自动断开，再通过溢流装置来释放液腔600内的多余压力，从而对汽车冷却系统进行超压保护，保证冷却系统的运行安全，同时提高冷却系统的使用寿命。
具体地，副水箱包括箱体，由箱体限定液腔600和汽腔300，单向超压锁止阀100和单向阀200均设于箱体的壁上，如此使副水箱的结构紧凑并可减少副水箱的生产成本。汽腔300位于液腔600上方，单向超压锁止阀100的位置高于单向阀200。因为液腔600内上部为水汽，下部为液体，当单向超压锁止阀100正向连通时，水汽优先从液腔600进入汽腔300；同理，汽腔300内上部为水汽而下部为水汽凝结的液体，当单向阀200正向连通时，液体优先从汽腔300进入液腔600。溢流装置包括溢流管道700和设于溢流管道700上的溢流阀800。
当冷却系统正常工作状态正压时，副水箱除汽口400向副水箱汽腔300中排汽平衡正压。当冷却系统停止工作状态负压时，副水箱汽腔300向副水箱除汽口400中返汽平衡负压。冷却系统异常工作状态液腔600超压时，压力溢流阀800开启，通过溢流管道700释放多余压力。出水口500设于副水箱的底部，用于给冷却系统补水。
如图6所示，当冷却系统正常工作状态正压时，压力汽从副水箱的除汽口400进入副水箱的汽腔300中，此时副水箱汽腔300中的压力大于副水箱液腔600中的压力，水汽通过单向阀200进入副水箱的液腔600，使液汽两腔的压力平衡。
如图7所示，当冷却系统停止工作状态负压时，冷却系统内部为负压，此时副水箱液腔600中的压力大于副水箱汽腔300中的压力，空气通过较高位置的单向超压锁止阀100，进入副水箱的汽腔300，再通过副水箱除汽口400平衡系统压力。
如图8所示，当冷却系统异常工作状态液腔超压时，单向超压锁止阀100关闭，当副水箱的液腔600压力达到溢流阀800的开启压力时，通过溢流管道700向大气中释放多余压力。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种单向超压锁止阀，其特征在于，所述单向超压锁止阀包括阀体(3)，所述阀体(3)内依次形成连通的第一端口(1)、压力腔和第二端口(11)；
所述压力腔内设有能够相对于该压力腔滑动的阀塞以及设有预压缩的第一弹簧(9)，所述第一弹簧(9)一端与所述阀塞接触且另一端相对于所述压力腔固定；
所述阀体(3)还设有旁通管路(5)，所述旁通管路(5)的入口(12)和出口(13)分别与所述压力腔连通；
当所述阀塞位于所述入口(12)与出口(13)之间时，所述第一端口(1)与第二端口(11)通过所述旁通管路(5)连通；当所述阀塞移动至封闭所述入口(12)或所述出口(13)时，或者当所述入口(12)与出口(13)均位于所述阀塞的一侧时，所述第一端口(1)与第二端口(11)断开。
2.根据权利要求1所述的单向超压锁止阀，其特征在于，所述压力腔包括第一压力腔(6)和第二压力腔(10)，所述第一压力腔(6)的内周壁横截面尺寸大于所述第二压力腔(10)的内周壁横截面尺寸；所述阀塞设于所述第一压力腔(6)内；所述旁通管路(5)的入口(12)和出口(13)分别与所述第一压力腔(6)连通；所述第一弹簧(9)一端与所述阀塞接触且另一端相对于所述第二压力腔(10)固定。
3.根据权利要求1所述的单向超压锁止阀，其特征在于，所述阀塞包括相对设置的第一阀塞(2)和第二阀塞(8)，所述第一阀塞(2)靠近所述第一端口(1)设置，所述第一弹簧(9)与第二阀塞(8)接触，所述第一阀塞(2)和第二阀塞(8)之间设有预压缩的第二弹簧(4)；所述第一弹簧(9)的预紧力大于所述第二弹簧(4)的预紧力。
4.根据权利要求3所述的单向超压锁止阀，其特征在于，所述第一弹簧(9)的弹力系数大于所述第二弹簧(4)的弹力系数。
5.根据权利要求3所述的单向超压锁止阀，其特征在于，所述第一阀塞(2)或第二阀塞(8)上设有用于安装所述第二弹簧(4)的阀塞顶柱(7)。
6.根据权利要求2所述的单向超压锁止阀，其特征在于，所述旁通管路(5)设于所述第一压力腔(6)对应的阀体壁内。
7.一种副水箱，其特征在于，所述副水箱包括液腔(600)、汽腔(300)和根据权利要求1-6任意一项所述的单向超压锁止阀(100)，所述液腔(600)与单向超压锁止阀(100)的第一端口(1)连通，所述汽腔(300)与单向超压锁止阀(100)的第二端口(11)连通；所述液腔(600)与汽腔(300)之间还设有单向阀(200)，所述液腔(600)与所述单向阀(200)的输出口连通，所述汽腔(300)与所述单向阀(200)的输入口连通；所述汽腔(300)上设有除汽口(400)，所述液腔(600)上设有出水口(500)和溢流装置。
8.根据权利要求7所述的副水箱，其特征在于，所述副水箱包括箱体，所述箱体限定所述液腔(600)和汽腔(300)，所述单向超压锁止阀(100)和所述单向阀(200)均设于所述箱体的壁上。
9.根据权利要求7或8所述的副水箱，其特征在于，所述汽腔(300)位于所述液腔(600)上方，所述单向超压锁止阀(100)的位置高于所述单向阀(200)。
10.根据权利要求7所述的副水箱，其特征在于，所述溢流装置包括溢流管道(700)和设于所述溢流管道(700)上的溢流阀(800)。
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