CN113168195A

CN113168195A - 恒温阀和包括所述阀的车辆

Info

Publication number: CN113168195A
Application number: CN201980080073.7A
Authority: CN
Inventors: 让-克劳德·奎瓦利埃
Original assignee: Novares France SAS
Current assignee: Novares France SAS
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-07-23
Also published as: EP3861419B1; US20210388753A1; FR3086989A1; EP3861419A1; FR3086989B1; WO2020070414A1; US11952933B2

Abstract

一种恒温阀(1)，包括：外壳(2)，该外壳具有流体入口(20)、第一出口(21)和第二出口(22)；阀瓣(4)，该阀瓣在阀瓣(4)关闭第一出口(21)的关闭位置和阀瓣(4)打开第一出口(21)的打开位置之间可移动；恒温致动器(6)，该恒温致动器包括连接到阀瓣(4)的致动杆(61)和包含热膨胀材料的胶囊(60)；以及加热元件(8)。胶囊(60)具有内部部分(63a)和外部部分(63b)，该内部部分延伸到外壳(2)内以便浸入在在外壳(2)的入口(20)和第二出口之间流动的流体中，该外部部分延伸到外壳(2)外。加热元件(8)布置在外壳(2)外部和胶囊(60)外部以便加热外部部分(63b)。

Description

恒温阀和包括所述阀的车辆

技术领域

本发明涉及一种恒温阀，用于控制流体流速，特别是用于车辆发动机的冷却剂流速，还涉及配备有该阀的车辆。

背景技术

已知使用配备有恒温阀的进水口收集器或出水口壳体来调节车辆发动机的温度。恒温阀控制发动机的流向散热器的冷却剂流速。

恒温阀传统上包括壳体，壳体具有流体入口、连接到散热器的第一流体出口、连接到被称为旁路回路的副回路的第二流体出口，用于关闭第一流体出口的阀瓣，以及恒温致动器，该恒温致动器通常是设置有致动杆的蜡囊，该致动杆使得可以移动阀瓣以便打开通向散热器的通道。蜡从固态到液态的状态的变化(其导致体积的增加，从而移动阀瓣)取决于壳体中循环的流体的温度。超过预定的打开温度，通常包括在80℃和90℃之间，蜡改变状态，导致阀瓣打开。

为了优化现代发动机的效率并且满足新的污染物和CO2排放标准的要求，在轻度使用(低载和中载)中，发动机的热调节有利地推迟到100℃和110℃之间。尽管如此，对于某些使用情况(重载和/或高速)，有必要降低冷却剂的温度，以便避免发动机的有害过热。

为了消除这种风险，已知给恒温阀配备加热元件，其在胶囊内侧延伸，以便加热蜡并且预测阀瓣的打开。加热元件通常是直接加热蜡的电阻的形式。该电阻可以集成到恒温致动器的致动杆中。配备有这种加热元件的恒温阀通常提供两种操作模式：非受控操作模式，其中，阀瓣的打开仅由蜡囊浸入于其中的循环流体的温度来控制；以及受控操作模式，其中，加热元件提供能量，该能量被添加到循环流体的能量中，使得与非受控操作中的打开温度相比，阀瓣的打开温度预期约为20℃。因此，例如在高发动机应力的条件下，恒温阀瓣的电子控制使得可以预期通向散热器的循环的打开，从而改善热量的排出。

加热元件通常由包含在金属杆中的电阻制成，该金属杆用作恒温器杆。因此，这种类型的加热元件从文献US20080290085、US20100230399和US20150351157中已知。

从文献EP2630351中已知一种电控恒温器，其公开了浸入胶囊的蜡中的PTC型(代表正向温度系数)加热元件。

文献DE102009056041公开了一种用作主动温度探头的PTC型元件，以控制布置在蜡囊中的加热电阻的加热功率。

从文献RU2270923中已知电控恒温器的另一个示例，其公开了安装在壳体外侧并且配备有电加热电阻的可膨胀负载胶囊，以便将阀瓣开口朝向散热器回路移动。然而，胶囊通过阀瓣与循环流体隔离，使得该恒温器不能在非受控模式下操作，除非提供位于上游的温度传感器或浸入在循环流体中的第二恒温器。

电控恒温阀的缺点是连接到加热元件的电导体的密封性。存在循环流体通过这些电导体上升到发动机计算机的风险，以及导致电子设备故障的风险。

另一缺点在于，集成在蜡囊中的加热元件需要使用纯蜡，无导电电荷。事实上，这些导电的金属电荷存在例如经由显微焊现象团聚在集成加热元件的致动杆上的风险，使得致动杆对于确保胶囊和循环流体之间的密封的动态密封而言是磨损性的。

此外，恒温阀的电控制和阀瓣的打开可能需要用于除发动机冷却以外的目的，例如用于调节自动变速器的温度或用于与污染排放相关的温度管理。在这些特殊情况下，可能需要在壳体中循环的流体仍然是冷的时候打开阀瓣。然后，蜡被加热元件电加热，但是同时被蜡的胶囊所浸入的流体而冷却。当流体的温度低于预定阈值时，加热元件不能够自行打开阀瓣。然而，当流体的温度相对较低时，例如自动变速器的冷却的应用可能需要打开阀瓣。因此，需要能够在循环流体的最低可能温度下控制恒温阀。

此外，本发明的目的是通过提出一种电控恒温阀来克服这些缺陷中的所有或部分缺陷，并且提供改进的效率和密封性。

发明内容

为此，本发明涉及一种恒温阀，该恒温阀包括：壳体，该壳体包括至少一个流体入口、至少一个第一流体出口和至少一个第二流体出口；主阀瓣，该主阀瓣能够相对于壳体在主阀瓣关闭第一流体出口的关闭位置和主阀瓣打开第一流体出口的打开位置之间移动；恒温致动器，该恒温致动器包括连接到主阀瓣的致动杆和包含可热膨胀材料的胶囊；以及用于加热可热膨胀材料的加热元件，其特点是，恒温致动器的胶囊具有延伸到壳体内侧以便浸入在在壳体的入口和第二出口之间循环的流体中的内部部分，以及延伸到壳体外侧的外部部分，并且加热元件布置在壳体外侧和胶囊外侧以加热该胶囊的外部部分。

因此，根据本发明的恒温阀提供了密封性和改善的效率。事实上，加热元件在壳体和胶囊外侧的定位，也就是说，远离流体和可热膨胀材料二者，防止了任何泄漏的风险。此外，由于加热元件不再浸入在可热膨胀材料中，所以不再需要使用纯蜡，因此提供了更改蜡的特性以便改善恒温阀的效率的可能性。此外，由于胶囊的外部部分不与循环流体接触，所以其对流体的温度不太敏感；因此，当流体相对较冷时，借助作用在胶囊的外部部分上的加热元件，可以电控制根据本发明的阀。尽管如此，胶囊保留浸没在流体流中的内部部分的事实仍然允许在非受控操作模式下有效地使用阀。

根据优选实施例，加热元件是PTC元件。PTC元件(用于正向温度系数)的优点是提供了根据温度对功率的自调节。

根据优选实施例，恒温阀包括热隔离和电绝缘的保护帽，该保护帽容纳加热元件和胶囊的外部部分。因此，该帽确保加热元件和胶囊的外部部分相对于环境空气的热隔离。

保护帽可以被添加并且固定到壳体上，特别是以便将加热元件压靠胶囊。阀也可以包括连接到加热元件的电源连接器，该电源连接器远离或集成到保护帽中。该帽确保加热元件和将加热元件连接到连接器的电线的密封。因此，该帽将有利地由塑料制成，例如由聚酰胺(PA)6或6-6型或由聚邻苯二甲酰胺(PPA)型塑料制成，其具有所有需要的特性，特别是电绝缘性和良好的耐热性。

根据优选实施例，恒温阀包括返回装置，该返回装置被配置成保持加热元件与胶囊接触。这些返回装置使得可以在主阀瓣关闭时，在压力下保持胶囊/PTC元件叠置，以便保证良好的热和电连续性。

根据优选实施例，可热膨胀材料是包括导热电荷的蜡。因此，改善了恒温阀的反应性。

根据优选实施例，胶囊相对于壳体固定地安装。这允许更容易地管理密封。因此，恒温阀有利地包括静态密封装置。

根据优选实施例，致动杆被构造成延伸到胶囊的外部部分中。因此，它改善了致动杆对胶囊的外部部分中的蜡体积的变化的灵敏度，也就是说，处于受控操作模式。

根据优选实施例，恒温阀包括用于将主阀瓣返回到关闭位置的装置，该装置与恒温致动器相对地安装。

根据优选实施例，恒温阀包括副阀瓣，该副阀瓣被构造成当主阀瓣相应地打开或关闭时，关闭或打开第二流体出口。

根据另一方面，本发明涉及一种机动车辆，其包括具有上述特点的恒温阀。

附图说明

本发明的其他特点和优点将从下面参考附图对以非限制性示例的方式给出的实施例的详细描述中清楚地显露出来，在附图中：

图1A和图1B是根据本发明的实施例的阀的示意图，主阀瓣分别处于关闭和打开位置；

图2A是根据本发明的一个实施例的阀的剖视和透视图；

图2B和图2C是根据本发明的一个实施例的阀的剖视图，主阀瓣分别处于关闭和打开位置；

图2D是根据本发明的一个实施例的阀部分的剖视和透视图；

图2E是图2D所示的阀部分的分解和剖视图；

图3A是根据本发明的一个实施例的阀的剖视和透视图；

图3B和图3C是根据本发明的实施例的阀的剖视图，主阀瓣分别处于关闭和打开位置；

图3D是根据本发明的一个实施例的阀部分的剖视和透视图；

图3E是图3D所示的阀部分的分解剖视图。

具体实施方式

图1A和图1B显示了根据本发明的一个实施例的恒温阀1。恒温阀1用于调节流体流速，该流体通常是机动车辆的部件(例如发动机)的冷却剂。因此，恒温阀1可以配备出水口壳体或进水口壳体。其可以电力地控制。

恒温阀1包括壳体2、主阀瓣4、恒温致动器6和加热元件8。该恒温致动器6具有可热膨胀材料的胶囊60，以根据在壳体2中循环的流体的温度来打开主阀瓣4(恒温阀1的非受控操作模式)。加热元件8用于加热可热膨胀材料并且因此预期主阀瓣4的打开(恒温阀1的受控操作模式)。

壳体2包括用于从发动机接收冷却剂的流体入口20、用于连接到散热器的第一流体出口21和用于连接到副回路(也称为旁路回路)的第二流体出口22。壳体2的内部是中空的，并且界定了内部流体循环容积，流体入口20以及第一流体出口21和第二流体出口22在其中向外打开。如图1B所示，主阀瓣4将流体循环的内部体积划分成上游部分23a和下游部分23b。

主阀瓣4(例如呈盘的形式)意在关闭或打开通向散热器的第一流体出口21。为此，阀瓣4可相对于壳体2在关闭位置(图1A、图2B、图3B)和打开位置(图1B、图2C、图3C)之间移动，在关闭位置中，主阀瓣4(支承抵靠壳体2的座24)防止流体循环到第一出口21，在该打开位置，主阀瓣4(远离座24)允许流体从入口20流向第一出口21。主阀瓣4在打开位置和关闭位置之间可平移移动。

主阀瓣4有利地相对于流体入口20偏移：它不延伸到其右侧。此外，为了限制压力对开口温度的影响，主阀瓣4优选平行于流体入口开口20的法线延伸，而不是与其正交。还应注意的是，主阀瓣4从关闭位置到打开位置的移动发生在下游，也就是说，在流体流动的方向上，而不是在与流体流向第一出口21相反的方向上。

为了使主阀瓣4返回到关闭位置，恒温阀1配备有返回装置，例如弹簧40。弹簧40的一端支承在壳体的肩部25上，另一端支承在主阀瓣4上。应该注意的是，这些返回装置有利地布置成与恒温致动器6相对，特别是与其可热膨胀材料的胶囊60相对，也就是说，在主阀瓣4的另一侧上，在壳体2的下游部分23b中。

恒温致动器6包括：可热膨胀材料的胶囊60(例如蜡囊)，以及致动杆61，该致动杆61与主阀瓣4配合，以在可热膨胀材料的体积增加时将主阀瓣朝向打开位置移动。恒温致动器6垂直于主阀瓣8而布置，并且基本上正交于流体的入口20和第二出口22。

致动杆61可相对于胶囊60在展开位置(图1B、图2C、图3C)和缩回位置(图1A、图2B、图3B)之间移动。其中，在展开位置，致动杆61将主阀瓣4维持在打开位置。在缩回位置，致动杆61允许主阀瓣4关闭。致动杆61在其展开位置和缩回位置之间可平移移动。可热膨胀材料的体积的增加导致致动杆61从缩回位置至展开位置的移位，与返回装置相对。当包含在胶囊中的材料体积减小时，致动杆61的反向移位由主阀瓣4的返回装置的作用提供。

致动杆61支承抵靠主阀瓣4，与弹簧40相对。如例如在图2B和图3B中所示出的，它有利地具有装配有主阀瓣4的第一端61a，例如容纳在主阀瓣4的套筒41中。与第一端61a相对的第二端61b位于胶囊60中。

胶囊60包含可热膨胀材料，例如蜡，意在在温度(更具体地是来自在壳体内循环的流体的所称的开启阈值温度，例如在100℃至110℃的范围内)的作用下增加体积。胶囊60可以是圆柱形的。它具有浸没端60a和非浸没端60b。浸没端60a界定了开口，致动杆61通过该开口延伸到胶囊60的外侧。非浸没端60b具有底部62，该底部62延伸到壳体2外侧，并且加热元件8可以抵靠该底部布置，这将在下面更详细地描述。由于加热元件8在胶囊60的外侧，包含在胶囊60中的蜡可以有利地包括导热电荷，从而允许改善蜡的反应性。这种电荷(例如金属的)可以是铜粉。

胶囊60相对于壳体2固定地安装。它也穿过壳体2。结果，壳体2具有安装开口26，胶囊60延伸通过该安装开口26。因此，胶囊60被分成两部分：处于壳体2内部的内部部分63a和处于壳体2外部的外部部分63b。内部部分63a布置成浸入在壳体2内循环的流体中；准确地说，它在由壳体2界定的内部流体循环体积的上游部分23a中延伸。另一方面，外部部分63b在由壳体2界定的流体循环体积外侧；它浸入在壳体2周围的环境空气中。密封装置(优选为静态的，例如O形环27)可以布置在安装开口26中，以便实现胶囊60和壳体2之间的密封。该密封标志着胶囊60的内部部分63a和外部部分63b之间的分隔。

胶囊60需要充分浸入在流体流速中，使得恒温阀1可以在非受控操作模式下操作。为此，内部部分63a延伸超过胶囊60的总长度的至少三分之一，但是优选长于外部部分63b。根据附图所示的有利实施例，内部部分63a的长度在胶囊60的总长度的近似三分之二到四分之三的范围内。

在缩回位置，致动杆61在外部部分63b内侧延伸，以便改善恒温致动器6在受控模式下的反应性。因此，在缩回位置，其第二端61b位于外部部分63b中。

电加热元件8用于加热胶囊60的可热膨胀材料。加热元件8是电阻(例如卷绕式电阻元件)，或者是热敏电阻，诸如例如PTC元件。这种PTC元件可以由陶瓷粉末获得，并且可以是片的形式。

加热元件8布置在壳体2外侧，因此在由壳体2界定的流体的循环体积外侧，在胶囊60和壳体2之间的密封的另一侧上，但是也在胶囊60外侧，使得加热元件8不浸入可热膨胀材料中。应当注意，加热元件8优选地布置成与胶囊60接触，更准确地说，抵靠其外部部分63b。根据优选实施例，加热元件8抵靠胶囊60的底部62定位。恒温阀1可以在加热元件8和胶囊60的外部部分63b之间的界面处包括导热和/或导电的膏体，该膏体是带有银颗粒的膏体类型，以便保证良好的热和/或电连续性。这种导热膏体可以是硅树脂或油脂基膏体，带有金属氧化物(例如锌、铝等的氧化物)，并且可能带有银或碳的粉末或纳米颗粒，使得其是导电的。这种膏体可以是粘性的，也可以不是粘性的。这种膏体使得甚至可以填充接触的两个表面之间的微观的不规则性，导电膏体排出空气，空气是非常不良的导体。可替代地，可以使用导热和/或导电的自粘性贴片。此外，加热元件8可以包括导热和/或导电涂层。

为了保护加热元件8以及胶囊60的外部部分63b，提供了保护帽10。保护帽有利地附接到壳体2。保护帽10界定了例如壳体，在该壳体的底部处容纳加热元件8，并且也可以接收外部部分63b。优选地，根据图3A至图3E所示的实施例，保护帽10焊接到壳体上，从而改善密封。替代地或以互补的方式，保护帽10可以借助紧固件(例如螺钉11)固定到壳体2，如图2B、图2C和图2E所示，这使得可以有效地将加热元件8压靠胶囊60，以便保证加热元件8和胶囊60之间的电和/或热可靠的连续性。在所有情况下，保护帽10有利地包括支承壁13。支承壁13用于支承抵靠加热元件8，以便将该加热元件压靠胶囊60。

恒温阀1也包括用于将加热元件8连接到电源的电连接器12。电连接器12可以远离保护帽10(图2A至图2E)，或者集成到保护帽10中，例如与其一起模制(图3A至图3E)。保护帽10包括电触点；其被配置成允许电缆附线从加热元件8通至连接器12。

为了优化从加热元件8到蜡囊60的热传递，有利的是使加热元件8与胶囊60的底部直接接触。在这种情况下，如图2A、图2D和图2E所示，第一电极14可以布置在保护帽10的底部处，例如抵靠其支承壁13或可能焊接到PTC片，然后在胶囊侧60上，胶囊60本身通过插设在胶囊60和加热元件8之间的第二电极15连接到地，可选地，第二电极被夹至或焊接至加热元件8。为了确保加热元件8和胶囊60之间的良好连续性，有利的是使用具有导热性和导电性的膏体，例如上述的膏体，例如带有银颗粒。

例如由黄铜制成的两个电极14、15连接到电缆附线。替代地，如图3A、图3D和图3E所示，两个电极14、15可以布置(例如焊接)在PTC片的两侧上。两个电极14、15在PTC片上的这种叠置允许在胶囊60和加热元件8之间使用导热但电绝缘的膏体。

在图2A-图2C和图3A-图3C中应注意的是，恒温阀1有利地包括返回装置，该返回装置被配置成保持加热元件8与胶囊60接触。这些返回装置(例如弹簧16)使得可以在主阀瓣4关闭时，在压力下保持叠置的胶囊60和加热元件8，以便保证良好的热和电连续性。弹簧16一方面支承在主阀瓣4的上游面上，另一方面支承在胶囊60的浸没端60a上。它围绕致动杆61延伸。

此外，恒温阀1可以包括副阀瓣9，该副阀瓣9被配置成当主阀瓣4相应地打开或关闭时，关闭或打开第二流体出口22。该副阀瓣9可以由滑块(例如圆柱形滑块)形成，该滑块设置有流体通道窗口并且连接到主阀瓣4，使得该主阀瓣的打开(相应的关闭)导致副阀瓣9的关闭(相应的伴随的打开)，也就是说，形成副阀瓣9的滑块的流体通道窗口与第二出口22的开口偏移(相应地相对)地定位。因此，两个阀瓣4、9平移固定。副阀瓣9平行于恒温致动器6延伸，形成副阀瓣9的柱形滑块具体地围绕恒温致动器6延伸。

恒温阀1的操作描述如下。

在非受控操作模式下，蜡囊60经由其浸没的内部部分63a，跟随在壳体2中循环的流体温度的演变。流体的温度上升到预定阈值导致蜡的状态改变，其从固态变为液态。这种状态的改变伴随着蜡的体积的显著增加，其将致动杆61推回，并且在此过程中打开主阀瓣4。主阀瓣4的打开伴随着副旁路阀瓣9的逐渐关闭，以使流集中向散热器。当随后在冷却时流体的温度达到预定的温度阈值(对应于由滞后改变的开启温度阈值)时，蜡再次改变状态，从液态变为固态，体积显著减小。在弹簧40的压力下，主阀瓣4关闭，副阀瓣9打开以允许流体返回到循环泵。

在受控操作模式下，加热元件8被供电并且加热从胶囊60显露的外部部分63b。首先，只涉及加热元件8附近的蜡的体积；尽管固体蜡是不良的热导体，该小体积快速地改变状态，导致主阀瓣4开始打开。根据在壳体2中循环的流体的温度和加热元件8的电功率，胶囊60的内部温度将与全部或部分固体或液体蜡相平衡，从而调节主阀瓣4的打开冲程，使得可以在高发动机应力的条件下预期主阀瓣4的打开，也就是说，降低打开温度。

当停止电驱动时，由加热元件8释放的热量向蜡囊60的浸没部分63a扩散，并且向在壳体中循环的液体扩散，从而确保蜡的冷却和与从液体到固体的状态变化相关的体积的减小，从而由于关闭弹簧40的推力而允许阀瓣4的关闭。

当然，本发明绝不限于上述实施例，该实施例仅作为示例给出。在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以进行修改，特别是从各种设备的配置的角度或者通过技术等同物的替代。

因此，壳体2可以包括若干用于流体的入口20和/或出口22。

Claims

1.一种恒温阀(1)，包括：壳体(2)，所述壳体(2)包括至少一个流体入口(20)、至少一个第一流体出口(21)和至少一个第二流体出口(22)；主阀瓣(4)，该主阀瓣能够相对于所述壳体(2)在主阀瓣(4)关闭第一流体出口(21)的关闭位置和主阀瓣(4)打开第一流体出口(21)的打开位置之间移动；恒温致动器(6)，该恒温致动器(6)包括连接到主阀瓣(4)的致动杆(61)和包含可热膨胀材料的胶囊(60)；以及用于加热所述可热膨胀材料的加热元件(8)，其特征在于，恒温致动器(6)的胶囊(60)具有内部部分(63a)和外部部分(63b)，所述内部部分(63a)延伸到所述壳体(2)内侧以便浸入在在壳体(2)的入口(20)和第二出口之间循环的流体中，所述外部部分(63b)延伸到壳体(2)外侧，并且，所述加热元件(8)布置在壳体(2)外侧和胶囊(60)外侧，以加热该胶囊(60)的外部部分(63b)。

2.根据前述权利要求所述的阀(1)，其中，所述加热元件(8)是PTC元件。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，所述恒温阀(1)包括热隔离和电绝缘的保护帽(10)，该保护帽容纳加热元件(8)和胶囊(60)的所述外部部分(63b)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，所述恒温阀(1)包括返回装置，该返回装置被构造成维持加热元件(8)与胶囊(60)接触。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，所述可热膨胀材料是包括导热电荷的蜡。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，所述胶囊(60)相对于所述壳体(2)固定地安装。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，致动杆(61)被构造成延伸到胶囊(60)的外部部分(63b)中。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，所述恒温阀(1)包括关闭位置的主阀瓣(4)的返回装置，该返回装置与恒温致动器(6)相对地安装。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的阀(1)，其中，所述恒温阀(1)包括副阀瓣(9)，该副阀瓣被构造成当主阀瓣(4)打开或关闭时，相应地关闭或打开第二流体出口(22)。

10.一种机动车辆，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的恒温阀(1)。