CN113544422B - 先导控制冷却剂阀 - Google Patents

先导控制冷却剂阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种先导控制冷却剂阀(1)，其包括：压力室(7)，该压力室具有用于冷却剂的入口(2)和出口(4)；压力释放室(8)；控制开口(9)，该控制开口将压力释放室连接至压力室；压力释放通道(10)，该压力释放通道将压力释放室永久地连接至出口；致动器(11)，该致动器具有柱塞(12)；控制活塞(13)，该控制活塞由柱塞沿入口的方向冲程致动，该控制活塞在由柱塞进行的冲程致动期间关闭控制开口，但控制活塞的外壳表面(27)与控制开口的内壳表面(28)之间的径向密封间隙除外；关闭活塞(15)，该关闭活塞在压力室中移动，其中，该关闭活塞的轴向端侧部(16、17)在一侧界定了控制开口所通入的滞留压力室(18)，并且在另一侧界定了入口所通入的通流室(19)，其中，穿过关闭活塞的压力通道(22)将滞留压力室永久地连接至入口；以及阀座(23)，该阀座限制入口在通流室中的通入，其中，控制活塞沿阀座的方向冲程致动关闭活塞，并且其中，当控制开口关闭时，关闭活塞密封地安置在阀座上，并且中断通流室与入口的连接。

Description

先导控制冷却剂阀
技术领域
本发明涉及先导控制阀，该先导控制阀具体地控制穿过内燃发动机的发动机缸体的冷却剂流量，并且该先导控制阀包括：
-压力室，该压力室具有用于冷却剂的入口和出口；
-压力释放室；
-控制开口，该控制开口将压力释放室连接至压力室；
-压力释放通道，该压力释放通道将压力释放室永久地连接至出口；
-致动器，该致动器具有柱塞；
-控制活塞，该控制活塞由柱塞沿入口的方向冲程致动，该控制活塞在由柱塞进行的冲程致动期间关闭控制开口；
-关闭活塞，该关闭活塞在压力室中移动，该关闭活塞的轴向端侧部在一侧界定了控制开口所通入的滞留压力室，并且在另一侧界定了入口所通入的通流室，其中，穿过关闭活塞的压力通道将滞留压力室永久地连接至入口；
-以及阀座，该阀座限制入口在通流室中的通入。
当控制开口关闭时，关闭活塞以密封的方式安置在阀座上，并且中断通流室与入口的连接。
背景技术
这种冷却剂阀从申请号为DE 10 2017 122 271.5的未公布的申请中获知。当控制开口关闭时，滞留压力室与入口之间的永久连接仅由于冷却剂的压力而导致关闭活塞停止在关闭位置，即，与阀座密封接触。关闭活塞从打开的阀位置到关闭的阀位置的关闭运动是因在滞留压力室的部分上和——由于流动，在较小程度上——在通流室的部分上作用在关闭活塞的相应的轴向端侧部上的静压的差而产生的。
该压力差的量随着流过通流室的体积流量的减少而减小，以至于在较小体积流量的工作范围内的作用在关闭活塞上的流体动力学约束压缩力不再足以关闭冷却剂阀或不再足以足够快地关闭冷却剂阀。这在关闭活塞被复位弹簧的力沿打开方向加载的情况下尤其如此。
从US 2017/0284277、EP 2 778 364 B1、DE 11 2013 004 902 T5以及DE 10 2004014 068 A1中已知其他先导控制阀。
US 6,152,088 A公开了一种内燃发动机的冷却系统。
发明内容
本发明的目的是在设计上改进上述类型的先导控制冷却剂阀，使得冷却剂阀即使在小体积流量和关闭活塞处的相应小的压力差的情况下也能足够快地关闭。
该目的通过权利要求1的特征而实现。因此，冷却剂阀应该包括：
-压力室，该压力室具有用于冷却剂的入口和出口；
-压力释放室；
-控制开口，该控制开口将压力释放室连接至压力室；
-压力释放通道，该压力释放通道将压力释放室永久地连接至出口；
-致动器，该致动器具有柱塞；
-控制活塞，该控制活塞由柱塞沿入口的方向冲程致动，该控制活塞在由柱塞进行的冲程致动期间关闭控制开口，但控制活塞的外壳表面与控制开口的内壳表面之间的径向密封间隙除外；
-关闭活塞，该关闭活塞在压力室中移动，该关闭活塞的轴向端侧部在一侧界定了控制开口所通入的滞留压力室，并且在另一侧界定了入口所通入的通流室，其中，穿过关闭活塞的压力通道将滞留压力室永久地连接至入口；
-以及阀座，该阀座限制入口在通流室中的通入，
其中，控制活塞沿阀座的方向冲程致动关闭活塞，并且其中，当控制开口关闭时，关闭活塞以密封的方式安置在阀座上，并且中断通流室与入口之间的连接。
因此，根据本发明的冷却剂阀与一开始提到的冷却剂阀的不同之处在于，柱塞不仅冲程致动控制活塞，而且还冲程致动关闭活塞。致动器对关闭活塞的同样的机械致动补充了关闭活塞处的压力差，该压力差对于小体积流量下的阀关闭或其关闭速度是不足的，并且该机械致动使控制活塞能够关闭控制开口，但控制活塞的外壳表面与控制开口的内壳表面之间的径向密封间隙除外，并且能够同时或随后沿阀座的方向冲程致动关闭活塞。
关闭活塞的机械致动可以根据作用在关闭活塞上的力与压力的平衡而在以下情况下进行，
-关于冷却剂流量，或者仅在小体积流量下进行或者在冷却剂阀的整个特性图中进行；
以及
-关于致动冲程，或者仅部分地进行，即，以有限的初始冲程进行，或者完全地进行，即，直到关闭活塞以密封的方式安置在阀座上。
附图说明
本发明的其他特征来自于以下描述和附图，其中，部分示意性地示出了根据本发明的冷却剂阀的示例性实施方式。
在附图中：
图1以纵向截面示出了冷却剂阀；
图2a至图2d以不同的顺序示出了冷却剂阀的关闭及打开过程。
具体实施方式
图1中示出的冷却剂阀1控制穿过内燃发动机的发动机缸体的冷却剂流量。冷却剂阀1是先导控制的，并且具有形成用于冷却剂的入口2的入口嘴3以及形成用于冷却剂的出口4的出口嘴5，入口嘴3和出口嘴5都附接至阀壳6。阀壳6具有与入口2和出口4连接的压力室7、压力释放室8以及将压力释放室8连接至压力室7的控制开口9。压力释放室8经由压力释放通道10永久地连接至出口4。
先导控制通过致动器11进行，该致动器是电力致动的螺线管，并且包括在压力释放室8中移动的柱塞12，该柱塞沿控制开口9和入口2的方向冲程致动控制活塞13。控制活塞9与柱塞12形成为一体并且被控制弹簧14的弹簧弹力作用，该弹簧弹力与螺线管相反地定向。
与柱塞12和控制活塞13同轴布置的关闭活塞15在压力室7中移动，该关闭活塞的轴向端侧部16和17在一侧界定了控制开口9所通入的滞留压力室18，并且在另一侧界定了入口2所通入的通流室19。关闭活塞15在压力室7中经由关闭活塞15的外壳表面20与压力室7的内壳表面21之间的密封间隙而被引导。穿过关闭活塞15的压力通道22将滞留压力室18永久地连接至入口2，该入口在通流室19中的通入由阀座23界定。由阀座23界定的横截面表面比压力室7的横截面表面小。
在冷却剂阀1的关闭状态下，关闭活塞15以密封的方式安置在阀座23上，并且中断通流室19与入口2之间的连接。活塞弹簧24通过远离入口2定向的弹簧弹力沿关闭活塞15的打开方向对关闭活塞15进行作用。
下面借助于图2a至图2d对冷却剂阀1的功能进行说明，每个图都示出了控制开口9的区域中的与冷却剂阀1的先导控制相关的截面。其中未标示的附图标记可以在图1中找到。
图2a：冷却剂阀1完全打开，以在入口2与出口4之间获得最大流量。当致动器11关闭时，控制活塞13处于缩回位置，在该缩回位置，压力释放室8与滞留压力室18之间的压力释放连接经由控制开口9产生。关闭活塞15的界定了滞留压力室18的端侧部16与控制活塞13的致动端侧部25间隔开，并且通过滞留压力室18与压力释放室8之间的分隔壁26上的导引外径区域安置。
图2b：冷却剂阀1的关闭过程开始，使得致动器11被供电并且克服控制弹簧14的弹簧弹力(截面中未示出)沿关闭活塞15的方向冲程致动柱塞12与控制活塞13。在该过程中，延伸的控制活塞13的端侧部25与关闭活塞15的端侧部16彼此无拉力地相互接触。这应该理解为在接触时可以在控制活塞13与关闭活塞15之间传递横向力和压缩力，但不能传递拉力。
在示出的示例性实施方式中，控制开口9通过控制活塞13而被关闭，但与图2a相比，关闭活塞15安置在分隔壁26上的位置保持不变。这种特殊情况可以通过建立与控制开口9的关闭相比更早或更晚的关闭活塞15的接触来修改。控制开口9由控制活塞13的外壳表面27关闭，外壳表面27与控制开口9的内壳表面28形成密封间隙(见图2c)。控制活塞13在控制开口9中的引导可以根据需要通过未示出的导引肋而改善，这些导引肋相对于关闭活塞15紧靠着控制活塞13上的密封外壳表面27轴向延伸。
当控制开口9关闭时，由流过通流室19的冷却剂流在流体动力学上造成的静压差意味着(仍然)打开的关闭活塞15的界定滞留压力室18的端侧部16被作用有比界定通流室19的端侧部17的压力高的压力，并且因此关闭活塞15被沿与阀座23相关的关闭方向作用有压缩力。但是，如果冷却剂流不足，则该压力差会变得太小而无法克服活塞弹簧24(截面中未示出)的弹簧弹力、摩擦力以及来自流动的冷却剂的滞留压力来使关闭活塞15延伸，并且使其移动成与阀座23密封接触。
图2c：作用在关闭活塞15上的关闭力来自于在流体动力学上引起的压力差和由致动器11冲程致动的控制活塞13对延伸的关闭活塞15施加压力时所利用的机械力，直到关闭活塞15与阀座23密封接触并且保持在关闭活塞15的关闭位置为止，在该关闭位置，通流室19与入口2之间的连接被中断。关闭活塞15仅经由滞留压力室18中的压缩力或另外经由致动器11的电磁致动力而保持在关闭位置。滞留压力室18中的压缩力对应于入口2中的冷却剂压力，该入口2经由压力通道22并经由控制活塞13中的端侧边29永久地连接至滞留压力室18。
在仅滞留压力室18中的压缩力就足以使关闭活塞15保持在其关闭位置的情况下，作用在关闭活塞15上的电磁致动力可以通过将控制活塞13缩回到控制开口9如前所述关闭的位置而消除。
图2d：冷却剂阀1的打开过程开始，使得受滞留压力室18中的压力并受控制弹簧14(截面中未示出)的弹簧弹力作用的控制活塞13完全缩回。在此期间打开的控制开口9将压力释放室8连接至滞留压力室18，该滞留压力室的压力经由压力释放室8释放，并且从压力释放室8经由压力释放通道10进入到出口4中。
受活塞弹簧24(截面中未示出)的弹簧弹力并受入口2中的冷却剂压力作用的关闭活塞15移回到其根据图2a的打开位置，使得冷却剂阀1再次打开，以获得入口2与出口4之间的最大流量。

Claims (6)

1.一种先导控制冷却剂阀(1)，包括：
压力室(7)，所述压力室具有用于冷却剂的入口(2)和出口(4)；
压力释放室(8)；
控制开口(9)，所述控制开口将所述压力释放室(8)连接至所述压力室(7)；
压力释放通道(10)，所述压力释放通道将所述压力释放室(8)永久地连接至所述出口(4)；
致动器(11)，所述致动器具有柱塞(12)；
控制活塞(13)，所述控制活塞由所述柱塞(12)沿所述入口(2)的方向冲程致动，所述控制活塞在由所述柱塞(12)进行的冲程致动期间关闭所述控制开口(9)，但所述控制活塞(13)的外壳表面(27)与所述控制开口(9)的内壳表面(28)之间的径向密封间隙除外；
关闭活塞(15)，所述关闭活塞在所述压力室(7)中移动，所述关闭活塞的轴向端侧部(16、17)在一侧界定了所述控制开口(9)所通入的滞留压力室(18)，并且在另一侧界定了所述入口(2)所通入的通流室(19)，其中，穿过所述关闭活塞(15)的压力通道(22)将所述滞留压力室(18)永久地连接至所述入口(2)；
以及阀座(23)，所述阀座(23)限制所述入口(2)在所述通流室(19)中的通入，
其中，所述控制活塞(13)沿所述阀座(23)的方向冲程致动所述关闭活塞(15)，并且其中，当所述控制开口(9)关闭时，所述关闭活塞(15)以密封的方式安置在所述阀座(23)上，并且中断所述通流室(19)与所述入口(2)之间的连接。
2.根据权利要求1所述的冷却剂阀(1)，其特征在于，所述控制活塞(13)和所述关闭活塞(15)无拉力地接触。
3.根据权利要求1或2所述的冷却剂阀(1)，其特征在于，所述控制活塞(13)与所述柱塞(12)形成为一体。
4.根据权利要求1或2所述的冷却剂阀(1)，其特征在于，所述柱塞(12)、所述控制活塞(13)和所述关闭活塞(15)相对于彼此同轴布置。
5.根据权利要求1或2所述的冷却剂阀(1)，其特征在于，所述致动器(11)是电力致动螺线管。
6.根据权利要求1或2所述的冷却剂阀，其特征在于，所述控制活塞(13)和所述关闭活塞(15)均受远离所述入口(2)定向的弹簧弹力作用。
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