CN104685275A - 恒温阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃烧式发动机的恒温阀，包括外壳(32)和中空阀体(10)，所述外壳包括若干连接件，所述阀体包括至少部分地为球形的壳表面(18)，阀体通过旋转驱动器绕旋转轴线可旋转地安装在外壳中，其中阀体(10)包括至少一个主开口(22)和至少一个控制开口(20)，其中至少控制开口受限于壳表面并且可通过旋转阀体(10)而能够使所述控制开口选择性地与外壳的连接件之一重叠，其中壳表面(18)包括与壳表面的邻近受限于该壳表面的所述至少一个控制开口(20)的包围表面相关的至少一个加深部(24,24’)，其中加深部被设置成使得在阀体旋转时，为了使所述至少一个控制开口与外壳(32)的连接件之一重叠，流体在所述至少一个控制开口和外壳的连接件之间重叠之前就已经能够流过外壳的连接件和控制开口(20)之间的加深部(24,24’)。

Description

恒温阀
本发明涉及一种用于燃烧式发动机的恒温阀，其包括外壳和中空阀体，所述外壳包括若干连接件，所述阀体包括至少部分地为球形的壳表面，阀体安装在外壳中以便可通过旋转驱动器围绕旋转轴线旋转，其中阀体包括至少一个主开口和至少一个控制开口，其中至少控制开口由壳表面限定并且通过旋转阀体能够使其选择性地与外壳的连接件之一重叠。
所述类型的恒温阀从现有技术中是已知的。借助于它们，可根据燃烧式发动机的工作温度控制汽车燃烧式发动机的冷却剂回路。DE 101 27 711 A1公开了一种用于内燃机的冷却/加热回路的阀，其具有阀体，所述阀体以可旋转的方式安装并且具有控制开口。在控制开口的限定区域中设置有槽。在控制开口本身与连接件重叠之前，流体可流过在控制开口和待连接到控制开口的连接件之间的所述槽。这旨在使流体流随着阀体的转动角尽可能地线性地增大。
为此目的，槽通常必须是非常狭窄的设计。然而，在工作期间，由于流体流过狭槽，这种狭窄的设计造成不期望的噪音。而且，如果设置这样的槽，那么将难以使用用于使阀体旋转的真空驱动器。在具有真空驱动器的情况下，由于其自身的设计，阀体不能恒定地保持在一个精确的转动角上。而是，通常造成阀体围绕期望的转动角的震荡或振动运动。就已知阀来说，这导致流体流在槽区域中的相应波动，其同样是不期望的。
将已讨论的现有技术作为出发点，本发明的目的在于提供介绍中详细说明的类型的恒温阀，所述恒温阀消除了不期望的噪音产生，同时关于流体流的设置具有最大可能的灵活性。而且毫无问题地使用真空驱动器也成为可能。
本发明通过权利要求1的主题实现所述目的。从从属权利要求、说明书和附图中呈现出有利的改进。
本发明通过用于燃烧式发动机的恒温阀实现目的，所述恒温阀包括外壳和中空阀体，所述外壳包括若干连接件，所述阀体包括至少部分地为球形的壳表面，所述阀体安装在外壳中以便可通过旋转驱动器围绕旋转轴线旋转，其中阀体包括至少一个主开口和至少一个控制开口，其中至少控制开口由壳表面限定，并且通过旋转阀体能够使所述控制开口选择性地与外壳的连接件之一重叠，其中壳表面包括与壳表面的邻近由该壳表面限定的所述至少一个控制开口的包围表面相关的至少一个加深部，其中加深部被设置成使得：在旋转阀体时，为了使所述至少一个控制开口与外壳的连接件之一重叠，流体在所述至少一个控制开口和外壳的连接件之间重叠之前就已经能够流过外壳的连接件和控制开口之间的加深部。
恒温阀尤其是可用于汽车的内燃机的恒温阀，通过该恒温阀，可控制内燃机的冷却剂管路。由恒温阀控制的流体可相应地是冷却或加热流体。外壳例如可具有至少三个连接件，例如用于连接到发动机冷却系统(发动机连接件)、冷却器(冷却器连接件)和旁路(旁路连接件)。阀体可安装在外壳中以便例如在两个端点位置之间旋转。阀体在一侧上具有主开口并且在另一侧上具有至少一个控制开口。所述阀体还可具有多个控制开口。控制开口的数目取决于外壳连接件的数目和所需的切换位置。主开口还可形成在壳表面的区域中。对阀体来说还可以具有半球形状，其中所述至少一个控制开口形成在半球壳表面中。主开口此时可由半球形状的“缺失”球体的一半形成。但是，例如主开口还可以设置在阀体的旋转轴线的区域中，并且因此例如一直保持连接到泵连接件。这样的多路阀本身是已知的。
根据本发明，至少一个加深部或者凹陷部设置在阀体的壳表面中，尤其是在邻近所述至少一个控制开口的壳表面的区域中。因此，与现有技术相比，形成在壳表面中的不是连续的槽，而只是具有基底的加深部。在这里，加深部延伸到控制开口中。这样，在阀体的旋转期间，为了使所述至少一个控制开口与外壳的连接件之一重叠，在外壳的相应连接件被控制开口重叠之前，流体就已经可以具体地通过加深部在主开口或者连接到主开口的流体连接件和控制开口或者外壳的相应连接件之间流动。因此，从阀体的旋转达到足够角度的时刻开始，在阀体旋转过程期间控制开口自身进入与外壳连接件充分重叠的位置之前，加深部由于其与控制开口的连接而产生在相应的外壳连接件和主开口或者连接到主开口的连接件之间的流体连通。基本上可想到用于加深部的大量不同的形状。所述加深部例如可具有(部分地)椭圆形。
根据本发明，在控制开口和外壳连接件之间的连接开始时，开口横截面不仅仅由加深部的宽度和长度所限定而是还由另一个尺寸(具体地说是加深部的深度)另外地限定。相比于根据现有技术的槽的形成，这允许最初流动的流体流的更灵活的设置。因此，反过来，在相应的阀开口打开时，首先设置非常小的体积流也是可能的。其次，消除了不需要的诸如在现有技术中出现的噪声。
通过对加深部的几何机构，尤其是其宽度、长度和/或深度的适当选择，根据阀体的旋转角度，以非常灵活的方式设置用于流体流的限定的特征曲线也是可能的。加深部例如可具有深度和/或宽度，所述深度和/或宽度从控制开口开始分别在径向方向上或者在阀体的旋转方向上减小。加深部的基底并因此其深度还可在阀体的旋转方向上尤其是以多种形式变化。
在一种改进中，为了使所述至少一个控制开口与外壳的连接件之一重叠，加深部可被设置成使得流过加深部的流体流随着阀体旋转期间转动角的增大而增大。因此，当阀或者由加深部设置在所述至少一个控制开口和相应的外壳连接件之间的通道打开时，流体流增大。在这里，尤其是，在开始时设置流体流的特别慢的增大是可能的，其中流体流此时随着转动角的增大而更急剧地增大。因此，与现有技术相比，特别不是以下情况：根据阀体旋转的角度产生流体流的线性特征曲线。而是，根据本发明的加深部使得在阀打开的最初范围内设置非常小体积的流成为可能。当恒温阀打开时，非常平坦的特征曲线(也就是说非常小体积的流)是需要的。尤其是在内燃机的冷启动的情况中就是这样，因为在这个时候，通常是这样的情况，即非常冷的冷却剂从内燃机的冷却器中取出并且即使非常小体积的流用于温度设置也是足够的。相比之下，在内燃机的正常运行期间，从冷却器取出的冷却剂相当热，并且需要相当大体积的流用于内燃机的所需温度设置。在进一步的改进中，加深部可被设置成使得流过加深部的流体流在阀体的旋转期间随着转动角的增大而以指数的方式增大。当使阀体的控制开口与外壳的相应连接件重叠时，此时基本上穿过控制开口的流体流能够随着阀体的转动角进一步几乎线性地增大。
在进一步的改进中，加深部可被设置成使得流过加深部的流体流在阀体的旋转期间至少在限定的转动角范围内保持恒定。因此，通过尤其是加深部的深度和/或宽度的适当的选择，在小角度变化范围内产生滞后窗(hysteresiswindow)，也就是说体积流在限定的转动角范围内保持恒定是可能的。至少在区域中恒定的流体流的所述设置可以根据本发明借助由加深部提供的开口横截面，所述加深部不仅由宽度和长度限定(与根据现有技术的槽的情况一样)，而是还由另一尺寸限定，具体地是深度。在这里，尤其可设置成这样：从所述至少一个控制开口开始在径向方向或者在阀体的旋转方向上，加深部的深度最初在第一区域上保持恒定，并且随后深度减小。在加深部的深度保持恒定的第一区域，加深部的宽度例如也可以是恒定的，使得在所述第一区域并因此在转动角区域，流体流总体上不变。
如已经提到的，使用的旋转驱动器例如可由真空驱动器制成，所述真空驱动器包括例如所谓的具有可变负压的真空囊。这样的真空驱动器不贵且结构上简单。但是，如在前言中说明的一样，这样的真空驱动器由于其设计而不能移动到某个转动角位置并且在所述位置处保持不动。而是，由于脉冲的负压会发生一连串小的前后移动。阀体相应地围绕设置的转动角实施振荡或振动。通过加深部的根据本发明的结构，尽管阀体的所述振动，但是当设置相应的转动角时，可以可靠地防止通过恒温阀的流体流的不规则的出现。可选地，旋转驱动器不言而喻地还可包括电驱动器或任何其他所需的合适的驱动器。
在进一步的改进中，还可设置成：壳表面包括与壳表面的邻近由该壳表面限定的所述至少一个控制开口的包围表面相关的若干加深部，其中每个加深部均被设置成使得在阀体的旋转期间，流体在所述至少一个控制开口和外壳的连接件重叠之前能够流过外壳的连接件和控制开口之间的相应加深部。还可进一步设置成：阀体包括由壳表面限定的若干控制开口，基于阀体的旋转可选择性地使该控制开口分别与外壳的连接件之一重叠。在关于这一点的进一步改进中，还可设置成：每个控制开口均包括与壳表面的包围表面相关的至少一个加深部，其中加深部均被设置成使得在阀体的旋转期间，流体在相应的控制开口和外壳的连接件之间重叠之前就已经能够流过外壳的连接件和相应的控制开口之间的加深部。这里，每个控制开口均可又具有若干加深部。至少一部分加深部在它们的长度、宽度和/或深度方面可以不同。
在进一步的改进中，加深部还可以是在壳表面中凹陷的四分之一球体的形式。以这种方式，通过加深部的流体流可以以针对性的方式受到影响，以便例如当阀在恒温阀的入口和出口不是在直径上相对设置而是例如相对彼此成角度地设置的情况中被完全打开时，阀在压力损失中实现相当大的减小。为了能够满足安装空间需要，入口和出口的这种设置通常是必要的。
本发明还涉及汽车的燃烧式发动机，其包括根据本发明的恒温阀。
下面将根据附图更详细地描述本发明的示例性实施例，其中，在每种情况下示意性地示出：
图1示出了根据本发明的恒温阀的阀体的第一立体和部分透明视图，
图2以部分透明的图示的方式示出了图1中的阀体的平面图，
图3示出图1中的阀体的另一立体图，
图4示出了根据本发明的恒温阀的剖视图，
图5示出了图4的细节A在第一操作状态下的放大图，
图6示出了图5在第二操作状态下的视图，
图7示出了图5在第三操作状态下的视图，
图8示出了第二示例性实施例的与图6的视图对应的细节，以及
图9示出了根据阀体的转动角，流过根据本发明的恒温阀的流体流的增大的图示。
除非另有说明，附图中相同的附图标记用于表示相同的特征。图1至图3示出了根据本发明的用于汽车燃烧式发动机的恒温阀的阀体10。对阀体10来说，存在连接的驱动轴12，所述驱动轴12连接到旋转驱动器(未示出)。旋转驱动器例如可以是真空驱动器。阀体10通过轴承14、16可旋转地安装在外壳中，如例如在图4中看到的那样。在示出的示例中，阀体10是半球壳形状。外壳10的相应也是半球状的壳表面18界定阀体的控制开口20，所述控制开口20在示出的示例中是圆形的。球体由于半球状而“缺少”的一半形成阀体10的主开口22。
在图1至图3中也可以看出，该壳表面18包括与壳表面18的邻近控制开口20的包围表面相关的加深部24，所述控制开口20由壳表面限定。在这里，加深部24延伸进入控制开口20中。如图1可以看到的那样，加深部24具有(部分地)椭圆形状。从控制开口20出发在径向方向上，如在图1和图2中的附图标记26示出的那样，加深部24的深度减小。为了示例性的目的，在图1和图3中，附图标记28标示了外壳连接件的环形密封件，使其与恒温阀的控制开口20重叠。附图标记29标示了关联的弹性体环，在操作期间，该弹性体环用于在阀体10(尤其是其壳表面18)和相应的外壳连接件之间以提供足够的接触压力。为了促使控制开口20与由环形密封件28封离的外壳连接件重叠，必须通过旋转驱动器(未示出)沿着图1至图3中附图标记30标示的方向旋转阀体10。这样在控制开口20和外壳连接件之间已实现重叠的状态之前就产生连接的结果，具体是由于在控制开口20和由环形密封件28封离的外壳连接件之间的加深部24。所述加深部允许在控制开口20和外壳连接件之间的所述重叠之前就已经出现了流体的通流。
进一步在图4至图8的基础上意图对此进行解释。图4以剖视图示出了根据本发明的恒温阀的外壳32中的图1至图3的阀体10。外壳32具有三个连接件，具体是连接到燃烧式发动机的发动机冷却系统的发动机连接件34，连接到燃烧式发动机的冷却器的冷却器连接件36和连接到绕开冷却器的旁通管线的旁路连接器38。所述类型的恒温阀的连接件的结构本身是已知的。如果发动机连接件34现在连接到冷却器连接件36，例如，阀体10必须在如图4中箭头30所示的逆时针方向通过旋转驱动器而旋转。
为进一步解释，现在参考图5至图7的详细图示。在图5示出的初始状态下，因为壳表面18完全覆盖了冷却器连接件36，所以在发动机连接件34和冷却器连接件36之间的流体流仍然是被完全阻止的，并且加深部24位于密封件28的下方。如果阀体10此时与图4中的箭头30的旋转方向一致地旋转，则使加深部与冷却器连接件36重叠，并且加深部24在冷却器连接件36和控制开口20并且因此和发动机连接件34之间产生连接，如图6所示。在图6中还可以看出，加深部24被配置成使得流体流初始随着转动角增大。尤其是，加深部24的深度初始在与旋转方向相反的方向上增加。如果此时阀体10进一步沿着旋转方向30旋转，如图7中可以看到的那样，则加深部24的一部分达到一个基本恒定的深度。例如在图1或图2中可以看到的那样，在加深部24的所述区域中，加深部的宽度也是恒定的。因此存在限定的转动角范围，在该范围中，流过加深部24的流体流不再变化而是保持恒定。以这样方式，特别是当使用真空驱动器作为旋转驱动器时，可以防止出现如下情况，在这种情况中，由真空驱动器引起的阀体10的振动导致流体流的相应波动。如果阀体10此时进一步沿着旋转方向30旋转，使控制开口20与外壳32的冷却器连接件36重叠，使得：最后在发动机连接件34和冷却器连接件36之间具有最大的通流横截面，而壳表面18同时关闭了到旁路连接件38的连接。
图8示出了加深部24’的可选的改进。根据图8的阀体和恒温阀的改进大体上与图1至图7示出的改进相对应。但是，与根据图1至图7的改进相比，在根据图8的改进中的加深部24’具有在阀体10的旋转方向上(也就是说沿着箭头方向30)线性减小的深度。尤其是，没有具有如在图1至图7的示例性实施例中可见的恒定深度的区域。
图9示出了流体流(通流速度)随着阀体转动角(角位置)在完全关闭位置(0％)和完全打开位置(100％)之间增大而增大的图示。可以看出，尤其是在阀体从其完全关闭位置开始进入打开位置的旋转开始时，当流体仅能够流过加深部时，流体流发生缓慢的增大。当阀体的控制开口与外壳的相应连接件重叠时，流体流的增大此时变成几乎线性增大，直到最后达到完全打开的位置。
通过根据本发明的恒温阀，流体流可以以针对性的方式灵活地设置。可靠地防止不期望的噪音产生。同时，由于加深部24、24'的既关于其长度又关于其宽度和深度的灵活构造，所以流体流的灵活设置是可能的，特别是开始打开外壳32的两个连接件之间的连接时。以这种方式，对真空驱动器来说毫无问题地作为用于阀体10的旋转驱动器来使用也是可能的。

Claims (12)

1.一种用于燃烧式发动机的恒温阀，包括外壳(32)和中空阀体(10)，所述外壳包括若干连接件，所述阀体包括至少部分地为球形的壳表面(18)，阀体(10)通过旋转驱动器围绕旋转轴线可旋转地安装在外壳(32)中，其中阀体(10)包括至少一个主开口(22)和至少一个控制开口(20)，其中至少控制开口(20)由壳表面(18)限定，并且通过旋转阀体(10)能够使所述控制开口选择性地与外壳(32)的连接件之一重叠，其特征在于：壳表面(18)包括与壳表面(18)的邻近由该壳表面限定的所述至少一个控制开口(20)的包围表面相关的至少一个加深部(24,24’)，其中加深部(24,24’)被设置成使得：当阀体(10)旋转时，为了使所述至少一个控制开口(20)与外壳(32)的连接件之一重叠，流体在所述至少一个控制开口(20)和外壳(32)的连接件之间重叠之前就已经能够流过外壳(32)的连接件和控制开口(20)之间的加深部(24,24’)。
2.根据权利要求1所述的恒温阀，其特征在于：加深部(24,24’)包括从控制开口(20)开始减小的深度和/或宽度。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：加深部(24,24’)被设置成使得在阀体(10)以增大的转动角旋转时，流过加深部(24,24’)的流体流增大。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：加深部(24,24’)被设置成使得在阀体(10)以增大的转动角旋转时，流过加深部(24,24’)的流体流以指数的方式增大。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：加深部(24,24’)被设置成使得在阀体(10)旋转时，流过加深部(24,24’)的流体流至少在限定的转动角区域上保持恒定。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：旋转驱动器包括真空驱动器。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：旋转驱动器包括电驱动器。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：壳表面(18)包括与壳表面(18)的邻近由该壳表面限定的所述至少一个控制开口(20)的包围表面相关的若干加深部(24,24’)，其中加深部分别被设置成使得在阀体(10)旋转时，流体在所述至少一个控制开口(20)和外壳(32)的连接件之间重叠之前就已经能够流过外壳(32)的连接件和控制开口(20)之间的相应的加深部(24,24’)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀，其特征在于：阀体(10)包括受限于壳表面(18)的若干控制开口(20)，在阀体(10)旋转时使所述控制开口(20)能够选择性地分别与外壳(32)的连接件之一重叠。
10.根据权利要求9所述的恒温阀，其特征在于：每个控制开口(20)均包括与壳表面(18)的包围表面相关的至少一个加深部(24,24’)，其中加深部均被设置成使得在阀体(10)旋转时，流体在相应的控制开口(20)和外壳(32)的连接件之间重叠之前就已经能够流过外壳(32)的连接件和相应的控制开口(20)之间的相应的加深部(24,24’)。
11.根据权利要求8或10所述的恒温阀，其特征在于：至少一些加深部(24,24’)在它们的长度、宽度和/或深度方面不同。
12.一种汽车的燃烧式发动机，包括根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀。
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