专利名称：可调节的电子恒温阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车冷却系统的恒温阀，更具体地说，涉及一种可调节的电子恒温阀。
背景技术：
在通常情况下，在汽车发动机和散热器之间安装有一个恒温阀，其作用是根据冷却液温度的变化通过控制流向发动机的冷却液的流量，使冷却液的温度保持在一个最优化的范围内。恒温阀最终可以通过控制冷却液的流量来控制发动机的温度。
目前广泛使用的传统恒温阀是机械式的，它是根据活塞的上下运动打开和关闭阀门，热膨胀元件的膨胀和收缩通过活塞的运动传递。比如说，一个机械式恒温阀可能包括一个石蜡致动器。当冷却液的温度超过一个阀值时(大约在80-90摄氏度)，石蜡由固态变为液态。于是，由石蜡的体积膨胀产生的驱动力传给阀门机构。
然而，上面提到的传统的恒温阀在以下方面存在着不足。由于打开和关闭阀门的操作只取决于预先设置的冷却液的温度，所以考虑到例如驱动状态等情况时，控制冷却液温度的能力受到限制。同时，由于汽车的冷却系统通常是按照满足最恶劣的驱动状态，比如满载荷、很高的环境温度等情况设计的，而实际的驱动状态通常只有满载荷的70％。因此，会出现发动机的过冷现象，导致燃油消耗量的增加和过多污染物的排放。
由于上述原因，发动机需要一个可以优化冷却液温度的恒温阀。该恒温阀可以在发动机部分载荷运转时提高冷却液温度，而在发动机满载荷运转时，降低冷却液的温度。为了克服现有技术的缺陷，试图提供一种优化现有发动机冷却液温度的可调节电子恒温阀。在理想情况下，这样一种可调节电子恒温阀根据发动机的驱动状态和载荷状态来控制冷却液的温度，使发动机保持在一个最优化的冷却状态，从而减少燃油消耗和尾气排放。
在现有技术中解决这一问题的恒温阀具有一个与可膨胀石蜡元件协同工作的加热装置。这样一个电子恒温阀除了包括基本上同传统的机械式恒温阀相同元件外，还包括一个附加的加热装置。提供给加热器的能量由诸如汽车的速度、吸入空气的温度以及负载状况的驱动状态来控制。
然而，上面描述的电子恒温阀的缺点是阀门的零部件比较容易被加热装置产生的高温损坏，并且其响应时间比较慢。现有电子恒温阀的具体缺点包括譬如，阀门的石蜡或其它元件中产生的加热缺陷，和由于加热器加热和石蜡膨胀的延时，响应于加热器提供电能的延时导致操作阀门的延时。另外，在密封恒温阀壳体的过程中，为加热器提供电能的电线可能会被损坏。即使整个密封过程没有造成电线的任何损坏，诸如环氧树脂的密封材料会由于发动机的振动掉落或破坏。
万一由于电子零部件的损坏导致恒温阀工作在安全模式下，发动机持续高温很可能造成发动机的致命性的破坏。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种包含一个具有驱动装置的可调节的电子恒温阀。该驱动装置具有一个杆，用于在可膨胀热元件的容室内往复运动。用这种装置，通过改变可膨胀温热元件的容室的容积按照驱动状态很容易调节恒温阀打开和关闭的温度，使得发动机的冷却效率保持在最优化范围内。因此，燃油的消耗和尾气的排放会明显减少。
另外，本发明的优选实施例包括能够直接改变可膨胀热元件的容室的容积的驱动装置，使阀门对控制信号的响应快速完成。这样可以提供快速响应性能，从而精确地控制发动机冷却液的温度。
同时，最好包括一个失效-安全装置，当电能供应发生故障导致阀门的驱动装置无法工作时，恒温阀在只有可膨胀热元件工作的情况下仍可以正常工作。
一种根据本发明的可调节电子恒温阀优选包括采用螺旋送进法的驱动装置。即使在驱动装置的往复运动行程比较小时，阀门仍可以获得足够的位移。
同时，优选实施例减小了不希望的阀门运动，诸如阀门的固定可膨胀热元件导致的振动或摇摆，这样，阀门可以更精确地打开或关闭。
根据本发明的又一优选实施例，一种可调节电子恒温阀包括一个具有螺旋进给杆的驱动装置，该驱动装置对与驱动状态相关的控制信号做出响应。一个装有可膨胀热元件的容室在预先设置的温度下开始膨胀，其中该容室的容积通过螺旋进给杆发生变化。一个与该容室有效地连接的活塞，根据容室容积的变化打开和关闭阀板。能量传递液和隔膜将可膨胀元件的膨胀力传递给活塞。
前述的本发明的情况和其它特点将在下面结合附图的描述中进行说明，其中图1是根据本发明的一个实施例的可调节的电子恒温阀的分解图。
图2是根据本发明的一个实施例的可调节的电子恒温阀的一个透视剖视图。
图3是根据本发明的一个实施例的可调节的电子恒温阀打开状态的剖视图。
图4是根据本发明的一个实施例的可调节的电子恒温阀关闭状态的剖视图。
图5是本发明的可调节电子恒温阀依照杆的往复运动的变化打开和关闭的温度变化曲线图。
具体实施例方式
下面，将结合附图对本发明的一个优选实施例进行详细描述。如图1和图2所示，根据本发明的一个实施例的可调节的电子恒温阀具有一个由汽车上的电子控制单元(ECU)(未示出)控制的驱动装置20和一个具有容室25的容器26，容室25用来容纳可膨胀热元件23。驱动装置20的杆27部分地插入容室25，并且通过螺纹与容器26的上部接合。因此，由驱动装置20产生旋转运动通过杆27和容器26上的螺纹转化为杆27的直线运动。用于响应电能的输入产生运动的驱动装置可由本领域的技术人员选择。合适的装置包括，譬如，直线步进电机，直流电机或线性螺线管(solenoid)，它们都具有快速的响应。如果采用线性螺线管作为驱动装置，那么由于线性螺线管产生的直线运动可以直接施加给杆27，就不需要上述实施例中提到的螺旋啮合。也就是说，可以通过滑动连接代替螺纹连接。
驱动装置20和容器26分别被安装到阀壳100上和一个向下延伸的支撑元件110。驱动装置20安装在的阀壳100上，阀壳装有穿过支撑元件110的杆27，该杆部分地插入容器26中。容器26的上部又被插入到支撑元件110中并固定在其上。
此外，根据本发明的一个优选实施例的恒温阀具有一个活塞24和一个用于移动阀板21的活动容器28。活塞24由活塞套34导向并根据可膨胀热元件的膨胀和收缩做上、下运动。活动容器28在其两端与活塞24和阀板21接触以响应活塞24的运动来控制阀板21。
优选具有隔膜29和胶状的能量传递液，用以将热元件的膨胀转变成可被活塞24接收的线性运动。隔膜29将可膨胀热元件的容室25封闭起来，并且将容室容积的膨胀传递给能量传递液30。接着，能量传递液30填满活塞24和隔膜29之间的空间，根据隔膜29的运动移动活塞24。为了密封能量传递液30使其处于气密状态，最好在活塞端部设置一个橡胶材料制成的衬垫31。
一个塞子32和一个保险弹簧33设置在活动容器28的下端用于打开和关闭旁路通道。一个阀板21设置在活动容器的凸缘下面，并且由安装在支撑桥120上的弹簧22弹性地支撑。
下面，披露本发明的一个实施例的工作过程。
在等温环境下，即使可膨胀热元件的体积是不变的，但是容纳可膨胀热元件的容室的容积可以通过杆的往复运动来改变。也就是说，容室的容积可以通过改变插入到容室内的杆的深度来控制。为了阐明杆的行程和阀板的移动量的关系，下面举一个例子。
例如，如果杆的行程ΔL＝2mm；杆的外径D＝8mm；活塞外径D’＝4mm；
那末，容室的变化ΔV＝ΔL*π*D2/4＝100.48mm3。
因此，活塞的行程ΔL’＝ΔV/(π*D2/4)＝8mm。
由上面的例子可以看到，杆的小的行程可以获得活塞足够的移动量。此外，活塞的移动量能够通过改变杆与活塞的直径比来适当地改变。因此，即使在杆的行程非常小的情况下，仍然可以提供足够的冷却液使发动机保持在最优的温度范围。
此外，由于考虑到阀工作过程中与驱动状态相关的多种因素，因此本发明的恒温阀能够精确地控制发动机的温度。汽车的冷却系统能够通过应用，例如，一个步进电机的驱动装置进行优化，其所用到的步进电机易于控制阀板的移动量的大小。因此，供给发动机的冷却液能够被精确地控制，这样，能够克服传统机械式恒温阀中出现的缺点，诸如响应时间延时和不考虑驱动状态变化的固定冷却能力。比如说，在需要大量冷却液的驱动状态下，如满载荷或高速驱动，本发明的恒温阀利用步进电机的杆的往复运动响应该状态作，从而快速、准确地控制阀板的移动量。
如图3、图4和图5所示，通过利用根据发动机载荷状态、发动机每分钟转速、冷却液温度和吸入空气的温度产生控制信号的电子控制单元对杆的往复运动进行控制，本发明能够改变容纳热元件的容室的容积，所以阀门工作的温度范围可以根据驱动状态的不同而变化。这个温度范围通常在85℃和105℃之间。举例来说，在发动机载荷增加需要马上提供冷却液的情况下，如图3和图5所示，杆进入热元件的容室内较深，使阀板打开温度较低，大约为85℃。在相反的情况(部分负载)下，如图4和图5所示，杆从容纳热元件的容室中拉出，使阀板打开的温度增加到105℃。参照图5，打开和关闭阀板的操作根据杆的移动在图中描绘的灰色实体区域内选择性地执行本发明的恒温阀能够通过实时对驱动状态进行响应，控制发动机冷却液的流量使汽车的冷却系统保持在最优化状态。
此外，本发明的实施例为精确运行而采用了一个特殊机构。设计了一个其结构具有柔性的不直接涉及阀板运行的可膨胀热元件。而阀板的运行通过一个相对于固定的热元件运动的活动容器和活塞的运动来完成。换句话说，容纳该热元件的一个容器被固定在阀壳上，并且只为其它元件提供膨胀力。阀板的实际运动通过传递膨胀力的活塞和活动容器完成的。因此，根据本发明的恒温阀能够精确控制阀板，并且由于排除了具有柔性的热元件而不会产生任何机械故障。
另外，为预防断电，本发明的一个实施例被提供了失效-安全装置。当提供给驱动装置的电源由于某种原因突然断掉时，如果在恒温阀中没有失效-安全装置就会导致发动机致命性的破坏。因为本发明的实施例包括一个可膨胀热元件，在没有电源供应的情况下恒温阀的基本功能可以完成。本发明的实施例还有一个用于在没有任何电源时使杆返回的弹性元件，譬如扭转弹簧。当电源断掉时通过该扭转弹簧使杆返回到初始位置。这时，本发明的恒温阀的工作方式和传统机械式恒温阀工作方式一致。
由上所述，汽车的冷却系统明显地受驱动状态和环境的影响。然而，一个根据现有技术的机械式恒温阀没有提供考虑了这些影响因素的功能或元件。甚至目前应用广泛的一种带有加热装置的电子恒温阀也存在着导致元件遭受热损坏的缺点。
因此，本发明的可调节的电子恒温阀至少具有以下优点1)元件的热损坏和密封引起的问题可以通过去掉附加的加热装置而消除。
2)在结构上，通过安装具有柔性的热元件可以明显减少机械故障。
3)通过对电子控制单元产生的控制信号作出响应控制阀板的移动使汽车的冷却系统保持在最优化状态。该电子控制元件存贮着基于驱动状态和环境状况的最佳冷却模式。
结果，通过采用本发明的恒温阀，能够增加发动机的输出功率和持久性，减少燃油消耗和排气量。
尽管上面的说明公开了本发明的一个实施例，对于本领域的技术人员来说是显而易见的其它的实施例和改动没有脱离权利要求的范围。
权利要求
1.一种能够控制阀板移动的可调节的电子恒温阀，该电子恒温阀包括一个插入包含有一个可膨胀热元件的一个容室内的杆，一个将可膨胀热元件的膨胀力传递给阀板的操作装置，和一个响应起动信号使杆移动的驱动装置，其中起动信号是由基于驱动状态的电子控制单元产生的，由此，容室的容积发生改变。
2.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，该操作装置包括一个具有容纳热元件的容室的容器，一种用于传递隔膜运动的能量传递液，一个响应能量传递液的运动作线性运动的活塞，一个通过响应活塞运动，由阀板移动打开或关闭通道的活动容器。
3.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，螺纹部分地形成在杆的表面，以便根据驱动装置的旋转运动而转动时，杆作垂直运动。
4.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，阀板的移动量与通过驱动装置操作的杆的位移成比例地变化。
5.如权利要求4所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，根据杆的运动，阀板的打开温度大约在85℃与105℃之间。
6.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，杆的位移可以通过改变杆和活塞的直径比来调节。
7.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，驱动装置可以从直线步进电机、直流电机或线性螺线管中选择。
8.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，驱动装置具有一个弹性元件，在电源出故障时使杆回到初始位置。
9.如权利要求8所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，当杆在初始位置时，可膨胀热元件的容室最大，因此在电源发生故障时，阀板打开的温度设置在大约85℃。
10.如权利要求2所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，阀板的动作取决于相对于固定的可膨胀热元件容室运动的活塞和活动容器。
11.如权利要求1所述的可调节的电子恒温阀，其特征在于，杆以直线方式运动。
12.一种可调节的电子恒温阀，包括一个阀壳一个设置在阀壳内的内容器一个设置在内容器中的热元件；一个支撑在阀壳内的杆，其作轴向运动并延伸到内容器中与所述的热元件协同工作；用于响应发动机的工作状态控制杆的轴向位置的装置；一个与所述内容器可操作地接合以打开和关闭阀门的阀板。
13.如权利要求12所述的阀，还包括一个设置在所述内容器内与所述热元件接触的隔膜；一种在所述容器内被所述隔膜与热元件隔开的能量传递液；一个安装在内容器下面并被所述液体作用的活塞；至少一个在活塞和阀板之间协同工作的弹簧，提供内容器和阀板之间的所述操作的接合关系。
全文摘要
本发明涉及一种可调节的电子恒温阀，包括一个驱动装置，该驱动装置具有一个杆，用于在可膨胀热元件的容室内往复运动，以便恒温阀开启的温度根据汽车的驱动状态改变可膨胀热元件的容室的容积很容易来调节，因此，发动机的冷却效率保持在最优化范围。因此，燃油消耗和废气排量明显降低。
文档编号F01P7/16GK1436941SQ0216008
公开日2003年8月20日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年2月9日
发明者P·W·刘 申请人:现代自动车株式会社, Inzi控制有限公司