具有由螺线管提供动力的闸阀的柴油发动机流体冷却系统的制作方法
【专利说明】具有由螺线管提供动力的闸阀的柴油发动机流体冷却系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求递交于2013年11月12日的美国临时申请号码61/902，896的优先权，所述美国临时申请的全部内容在此通过引用被并入。
技术领域
[0003]本申请涉及柴油机流体储器系统，以及更具体地涉及具有由螺线管提供动力的闸阀的这种系统，所述闸阀被设置以选择性地控制柴油机流体储器加热元件和发动机之间的发动机冷却剂的流动。
【背景技术】
[0004]在柴油机中，为了满足针对减少的排放水平的监管标准，发动机和车辆制造商使用将流体(柴油机尾气处理流体(“DEF”))喷射到排气装置中的选择性催化还原(“SCR”)系统。DEF典型地被储存在储器中并且根据发动机控制单元的需要被引进到排气装置中。然而，DEF如果被暴露于过冷的温度则经受冻结。同样地，为了防止DEF冻结，发动机冷却剂被转向到储器中的加热元件以阻止DEF冻结或者如果DEF已经冻结则解冻所述DEF。典型地被电子地控制的阀，例如提升阀、隔膜或短管阀(spool valve),已被用作控制阀以控制冷却剂从主冷却系统到包含DEF的储器中的加热元件的流动。
[0005]被电子地控制的提升阀、隔膜和短管阀虽然能够运行但表现得不如所期望的那样好。这些类型的阀易受污染的影响并且在需要低压降时执行不良好。
[0006]在自动化的或“受控制的”阀中，闸典型地由螺线管致动并且响应于被施加到螺线管线圈的电流而被打开或闭合。这些由螺线管提供动力的闸阀也倾向包括线圈弹簧、隔膜或其它偏置元件，所述偏置元件将闸偏置向无动力的、‘正常打开’或‘正常关闭’的位置。由于偏置力必须克服阻碍闸的运动的摩擦力以便将闸返回到闸的正常位置，并且由于螺线管机构必须既克服这些相同的摩擦力又克服偏置力以便将闸移动到被主动地供应动力的位置，摩擦力往往很大程度上影响所需要的螺线管操作力。
[0007]当闸被闭合时入口和出口之间的良好密封典型地要求闸和导管的壁之间的一定程度的过盈。增加设计的过盈以获得可靠的、高质量的密封(尤其在导致部件变化在合理的容差内时)倾向既增加阻碍闸的运动的摩擦力又增加所需要的螺线管操作力。然而，如果密封可靠性和质量可以以更低的摩擦阻力被维持，则螺线管操作力的减少将有益地允许螺线管机构的大小、重量和散热要求的减少，并且因此允许闸阀整体的大小、重量和功率需求的减少。需要这种被改进的闸阀。
[0008]发明概述
[0009]在本文中所公开的是如下由螺线管提供动力的闸阀，所述闸阀提供具有减少的操作力要求的可靠的、高质量的密封。在一方面，由螺线管提供动力的闸阀被包括在发动机冷却系统和与被固定在储器中的DEF处于热连通中的加热元件之间的流体发动机冷却剂通路中，以控制发动机冷却剂的流动并且因此消除DEF的冻结。阀包括螺线管线圈和被连接到阀机构的电枢，其中阀机构包括限定用于弹簧阀组件的袋的导管，所述弹簧阀组件在流动(打开)位置和非流动(闭合)位置之间在袋中是能够线性地运动的。弹簧阀组件包括第一闸构件、与第一闸构件相对的第二闸构件，和被保持在第一闸构件和第二闸构件之间的环形松紧带，其中第一闸构件和第二闸构件被机械地耦合到用于往复进行线性运动的电枢。在一些实施例中，机械耦合件包括阀杆，在所述阀杆上第一闸构件和第二闸构件在与导管的纵轴线平行的至少一个方向上是各自能够滑动的，所述方向可以在相同的方向上或者在相对于彼此的相反的方向上。
[0010]环形松紧带允许弹簧闸组件在没有大的摩擦力的情况下产生袋中的过盈配合并且减少针对窄的部件容差的需要，所述摩擦力将通过压紧由单一的、更刚性的材料构成的整体阀而产生。可滑动的机械耦合件允许弹簧闸组件被螺线管机构和与闸组件未精确地对准的机械耦合件在打开和闭合的位置之间线性地移动，进一步减少对闸组件的运动的潜在摩擦阻力。本领域技术人员将会理解可滑动机械耦合件是本发明的有益然而可选的部分。
【附图说明】
[0011]图1是具有冷却系统的柴油机的示意性图解，所述冷却系统包括被布置在储器的加热元件和柴油机之间的发动机冷却剂通路中的在本文中所公开的阀之一。
[0012]图2是包括致动器外壳和阀机构的阀的立体图。
[0013]图3是图1的阀的沿着阀机构的导管的纵轴和流动方向所取的剖视图，闸位于被主动地供应动力的、打开的位置中。
[0014]图4是图1和图2的阀的沿着阀机构的导管的纵轴所取的剖视图，阀处于无动力的、闭合的位置中。
[0015]图5是阀的相似的实施例的沿着垂直于阀机构的导管的纵轴和流动方向的平面所取的剖视图，闸处于被主动地供应动力的、闭合的位置中。
[0016]图6是图4的阀的沿着垂直于阀机构的导管的纵轴的平面所取的剖视图，闸处于无动力的、打开的位置中。
[0017]图7-9分别是弹簧闸组件的一个实施例的侧面立体图、仰视图和侧面立体分解图。
[0018]图10-11分别是弹簧闸组件的另一实施例的侧面立体图和侧面立体分解图。
[0019]图12-14分别是变型的弹簧闸构件的前视图、变型的弹簧闸组件的侧面横断面以及变型的弹簧闸组件的俯视立体图。一对锁件281针对上下文被示出在图12中。
[0020]图15-17是弹簧闸组件的又一个实施例的侧面立体图、前视图和纵向截面图。
[0021]发明详述
[0022]下面的详细的描述将图解本发明的一般原理，所述本发明的示例附加地被示出在附图中。在图中，相似的参考数字指示相同的或功能上相似的元件。
[0023]如在本文中所使用的“流体”意指任何液体、悬浊液、胶体、气体、等离子体或其组入口 ο
[0024]图2至图4各自示出闸阀100的一个实施例，所述闸阀被适配以如在图1中所示出的那样选择性地控制流动在加热元件42和柴油机14之间的发动机冷却剂48的流动。虽然图1特定于柴油发动机系统，而在本文中所公开的闸阀可以被包括在很多系统中，包括在其它内燃机中的其它系统，但是闸阀100在图1的系统中提供很多优点，包括污染耐受性。参照图I中的示意性图解，包括具有包含DEF 18的储器16的柴油机排气流体系统12的柴油机系统10被示出。加热元件42被附着到储器16以便使DEF 18和加热元件42处于良好的热连通中。高压发动机冷却剂从配件44流动穿过包括闸阀100的第一导管20，所述闸阀可操作地被布置在由第一导管20限定的流动通路中以控制穿过所述第一导管的流体的流。柴油发动机系统10还包括第二导管22，所述第二导管限定柴油发动机14和被附着到储器16的加热元件42之间的第二流动通路。储器16通过DEF抽吸管线26和DEF返回管线28与计量栗24流体耦合，并且计量栗24可操作地耦合到计量控制模块30并且通过DEF压力管线34被流体地耦合到DEF喷射器32 AEF喷射器32流体耦合在柴油发动机14的排气流38中的SCR催化转换器36的上游。柴油发动机系统10也可以在柴油发动机14和SCR催化转换器36之间的排气流38中包括柴油微粒过滤器40，典型地DEF喷射器的上游。还可以包括其它催化部件、例如稀油氮氧化物捕集器、氧化催化剂、析氢催化剂以及这些和其他部件的组合。
[0025]仍参照图1，闸阀100将具有两种状况:(I)无流动状况，和(ii)流动状况。计量控制模块30或被附接到柴油发动机14的发动机控制计算机将借助于温度传感器50要么检测环境温度，以及要么检测DEF 18的温度。当环境或DEF 18温度低于DEF的冻结温度时，闸阀100将被控制进入流动状况。这将允许发动机冷却剂48流动通过加热元件42。随着发动机温度升高到DEF的冻结温度之上，DEF 18将熔化并且变得可栗送。在通过温度传感器50所测量的DEF 18温度已达到规定的温度之后，闸阀100将被控制进入无流动状况。在一个实施例中，闸阀100具有针对无流动状况的无动力配置以及针对流动状况的有动力配置。在另一实施例中，有动力和无动力可以被颠倒。
[0026]现在参照图2-4，闸阀100可以具有外壳102，所述外壳包含螺线管线圈104和能够可操作地致动阀机构120的电枢106。电枢106包括被接收在螺线管线圈104内的插入端106a和毗邻的主体部分107，所述主体部分在电流施加到线圈时更完整地被接收在螺线管线圈104内。在一种构造中，插入端106a和主体部分107可以是由磁性或顺磁性的材料(例如含铁合金或含