具有套筒的恒温阀的制作方法

本发明涉及一种用于流体循环系统、特别是用于循环冷却内燃机的冷却流体的恒温阀。

背景技术：

设置有通过恒温元件控制运动的调节控制套筒的阀通常配备有冷却回路，该冷却回路与具有高发动机气缸容量的、特别是那些用于卡车和某些机动车辆的内燃机相关，其操作所需要的冷却剂流体的流量高于具有较低发动机气缸容量的内燃机所面临的流量，具有较低发动机气缸容量的内燃机中所使用的恒温阀具有翻板闸门。

实际上，套筒的使用通常可以具有据称(压力)平衡的闭塞器(闸门、塞子)，也就是说，沿套筒通过恒温元件进行移动的方向上，在套筒壁的两侧上的压力差值大致为零的闭塞器，该方向在实践中对应于套筒的轴向方向。相反地，在具有翻板闸门的恒温阀中，翻板闸门通常在垂直于翻板闸门通过恒温元件而移动的方向的平面中延伸，使得特别是当流体流被翻板阀门切断时，翻板阀门两侧沿该方向上的压力差值达到高的值。因此，将这样的翻板阀门从其底座移出所需的能量通常是相当重要的，并且当要控制的流体的流率高并且沿着翻板阀门的闭合方向流动时，就更加重要了。

具有诸如文献US-B-5018664中所公开的套筒的恒温阀包括阀主体，其界定用于流体流过其中的第一流体流动管道，第二流体流动管道和第三流体流动管道通到第一流体流动管道。该阀还包括流动控制套筒，其用于调节和控制流体流过阀主体，该流动控制套筒可在阀主体的内部中移动，以便将第二管道和第三管道中的至少一个放置成与第一管道连通。阀还包括恒温元件，其包含体积根据流过阀主体的流体的温度而变化的热膨胀(热扩张)材料，该元件包括相对于阀主体而静止的固定或静止部分以及可移动部分，可移动部分由于热膨胀材料的体积变化的影响而可相对于静止部分移动，并且以平移运动连接到套筒。恒温元件的固定或静止部分附接到固定在第一管道的内部中的壳体。该壳体构造成使得在第一管道内流动的流体在其间流过。当发动机凉了时，冷却流体整体流过冷却回路的旁路回路，也就是说，冷却流体在第一和第二管道中通过。另一方面，当发动机过热时，从发动机出来的冷却流体是热的，并且套筒由于热膨胀材料的膨胀效应而移动。然后，部分或全部的冷却流体通过第三管道转移到散热器，以使其在其中冷却。

此外，阀还包括密封环，以确保套筒和阀主体之间适当密封。该密封环紧密安装并压合以与主管道的内壁接触，从而确保最佳密封并使第二管道和第三管道彼此隔离。因此，将这种密封环安装在主管道的内部中是困难的，并且需要在阀主体的高度上设置止动肩部。

为了克服这个缺点，从文献WO-A-99/24701中已知了一种将密封环附接到用于支撑恒温元件的支撑壳体的技术。在该文献中，用于流体的第一流体流动管道是贯通管道，并且单个管道导入并通向该第一管道。当流体非常热时，套筒移出其在阀主体中的底座，并且抵靠支撑恒温元件的支撑壳体。在第一管道中流动的流体的通道一方面由套筒封闭，另一方面由密封环封闭。实际上，其被设计成允许流体仅以中心方式通过，也就是说，其周边壁为实心的或无孔的。然而，密封环布置成使得其形成不平衡的闭塞器，也就是说，在其周边壁的两侧上的压力差不具有零值。因此，存在密封环可能变形，或者甚至在阀集成到具有高冷却流体流速的重型发动机的冷却回路中时断裂的担心。因此，这种类型的阀设计不坚固。

技术实现要素：

正是这些缺点，使得本发明旨在通过提供更坚固的恒温阀来进行补救，并且对于密封环在阀主体内的组装也没有了问题。

为此，本发明涉及一种用于流体循环系统的、特别是用于循环用于冷却内燃机的冷却流体的恒温阀，其包括：主体，其界定用于流体流过其中的第一流体流动管道，第一流体流动管道沿着纵向轴线延伸，并且至少第二流体流动管道和至少第三流体流管道横向地导入其中；用于调节和控制流体流过阀主体的流动控制套筒，其限定平行于纵向轴线的中心轴线，并且可以在阀主体的内部沿着该轴线移动以将第二和第三管道中的至少一个放置为与第一管道连通；恒温元件，其包含热膨胀材料，热膨胀材料的体积根据流过阀主体的流体的温度而变化，该元件包括相对于阀主体而静止的固定或静止部分以及可移动部分，可移动部分由于热膨胀材料的体积变化的影响而可相对于静止部分纵向移动，并且以平移运动连接到套筒；用于保持恒温元件的保持壳体，其一体地附接到恒温元件的静止部分，固定在第一管道的内部，并且通过密封接触而与套筒接合；以及用于在套筒和阀主体之间密封的密封环，其相对于阀主体固定地、围绕套筒同轴地设置。根据本发明，壳体封闭所述第一管道的一端，同时密封环固定地连接到用于保持恒温元件的保持壳体，并且包括用于流体流过其主体容积的至少一个流通开口。

由于本发明，密封环在阀主体内部的组装是便利的，因为其安装不再需要压装配合(press–fitting)。此外，不需要在阀主体内设置止动台肩。密封环实际上作为一个单个复合单元与用于保持恒温元件的保持壳体进行安装。此外，布置在其周边上的用于流体流过的流通开口用于确保其不承受流到第二管道的流体的压力，并且阀的唯一的闭塞器为压力平衡的并适于高流体流率的套筒。

根据本发明的有利但非强制性的方面，恒温阀可以包括根据任何技术上允许的组合考虑的以下特征中的一个或多个：

-密封环包括第一密封环形构件和第二紧固环形构件，第一密封环形构件用于在套筒和阀主体之间密封，第二紧固环形构件用于紧固到壳体，第二紧固环形构件通过突片连接到密封环形构件，突片在其之间限定流体流通开口。

-第二密封环形构件包括适于容纳在壳体的周边凹槽内的至少一个隆起。

-密封环的第一密封环形构件设置有用于与阀主体密封的O形环密封件。

-O形环密封件容纳在第一密封环形构件的周边凹槽内。

-密封环的第一环形构件设置有唇式密封件，以便确保与套筒密封。

-唇式密封件由特氟纶(Teflon)制成。

-密封环由金属片制成。

-唇式密封件卷曲在密封环的第一密封环形构件的金属片边缘内。

-套筒适于以密封方式紧压壳体，以便阻塞第一管道和第三管道之间的流体通道。

附图说明

由于根据恒温阀的原理对其实施例进行的下列描述，本发明将得到更好的理解，并且其优点也将会更加显而易见，该实施例仅以示例给出，并且参考附图，其中，

图1为根据本发明的恒温阀的纵向剖面图，其中，恒温阀能够调节和控制内燃机中的冷却流体的循环，并且以流体在冷却回路中正常流动的一种流通或“旁通”构造示出；

图2为与图1中的剖面图类似的剖面图，其中，恒温阀以另一种构造示出，其中将冷却回路中流动的流体转向到散热器以便在其中得到冷却；

图3为属于图1和图2中所示的恒温阀的密封环的立体图；以及

图4为图1所示的插入部分IV的放大图。

具体实施方式

在图1至图4中，示出了一种能够调节和控制冷却流体的循环的恒温器1。在本文中，流体是指液体，或甚至是两相混合物。阀1例如在用于冷却车辆的内燃机的冷却回路中使用。

阀1包括用于引导流体的阀主体2。该主体2界定了用于流体从中流过的流通中心管道4。中心管道4沿着纵向轴线X-X延伸。

在说明书的以下部分中，术语“高/上”、“低/下”、“顶部/上部”和“底部/下部”应当会相对于纵向轴线X-X在图1和图2的结构中得到解释。在图1和图2中，中心管道4向下延伸至底部，并且包括第一腔室4A和位于腔室4A下方的第二腔室4B。阀主体2界定另外两个管道6和8，它们分别在腔室4A和4B的水平高度处横向地通入中心管道4中。因此，管道6和8不会伸展于相对于轴线X-X的相同轴向水平高度处。管道8在图1和图2所示的剖面中不可见，这就是为什么其在这些附图中示意性地以虚线表示的原因。在附图所示的示例中，单个管道6导入并通向腔室4A，单个管道8导入并通向腔室4B。然而，在实践中，多个管道可导入并通向同一给定腔室。

因此，恒温阀1是三通阀。在所考虑的示例中，流体流入通过管道4进行，流体流出通过管道6和8进行。然而，根据阀1的安装，其可以是不同的。

此外，恒温阀1包括用于支撑恒温元件14的支撑壳体10。该壳体10封闭管道4的一端，也就是说，由于壳体10的存在，管道4可以被认为是盲管。壳体10以密封的方式在管道4内固定或锁定在适当的位置，并界定用于容纳恒温元件14的容纳腔10a。该腔10a转向顶部。壳体10还包括围绕腔10a的顶部冠形件12。

恒温元件14包括顶部杯形件140，其具有基于围绕轴线X-X的旋转的几何形状，并且包含诸如蜡等的热膨胀材料(图中未示出)。恒温元件14还包括下杆142，其沿着轴线X-X延伸并且相对于壳体10固定或锁定在适当的位置。杆142包括顶端，其接合在杯形件140的孔中；以及下端，其从向下延伸的杯形件140突出并且一体地附接到头部16。头部16以确保杆142相对于壳体10锁定在适当位置的方式与壳体10配合。头部16容纳在壳体10的容纳腔10a中并且压靠在腔10a的底壁上。杯形件140能够相对于杆142沿轴线X-X平移运动。更精确地，杯形件140由于包含在其内部的热膨胀材料的膨胀效应而可移动。杯形件140由导热材料制成，也就是说，当与其所浸渍的流体接触时，其温度上升。在图1所示的构造中，热流体流过管道4导致杯形件140朝向顶部移动。此外，杯形件140具有用于抵靠衬套18的抵接肩部140a。该肩部140a转向顶部，也就是说，其减小杯形件140朝向顶部的横截面。

衬套18在下部环绕顶部杯形件140。因此，其紧密地形状配合到杯形件140的外表面。特别地，衬套18采取杯形件140的肩部140a的形式，使得在加热热膨胀材料时驱动衬套18与杯形件140共同做平移运动。衬套18具有基于围绕轴线X-X旋转的几何形状，并且包括沿向上方向弯曲并且有利地具有钩形形状的下边缘180。该钩形形状具有朝向向上方向的凹部。衬套18包括顶端182，该顶端相对于轴线X-X向外弯曲，也就是说其远离杯形件140延伸。

阀1还包括套筒20，该套筒20根据定义具有以与轴线X-X平行或甚至结合的轴线X20为中心的大体管状形状。套筒20设置在壳体10上方的主管道4的内部。套筒20包括圆柱形主体21，该圆柱形主体以轴线X-X为中心，并且其壁在其整个圆周上为实心(无孔)。下轴向端部，即朝向壳体10定位的一端，适配为以密封的形式压靠在壳体10上，特别是为了阻塞管道4和8之间的通道。壳体10因此形成用于套筒20的轴向支撑座。更确切地说，壳体10包括具有圆盘形形状的密封环106，其容纳在壳体10的周边凹槽104中。该密封环106设计成当冷却流体凉了时受到套筒20强制挤压，以便阻塞管道4和8之间的通道。套筒20的主体21在其顶端设置有内周缘，套筒20的臂24从该内周缘沿轴线X-X的方向刚性地延伸。臂24相对于轴线X-X不做径向延伸，而是以倾斜的方式延伸，并且相对于轴线X-X朝向顶部汇聚。在其自由端，臂24通过属于套筒20的环形冠构件25彼此固定地连接。该环形冠构件25相对于主体21大致同轴。环形冠构件25通过具有凹部向下定向的钩形形状的卷曲边缘进行延伸。

套筒20适配为用以调节和控制流体流过阀主体2，并且能够在主体2的内部沿轴线X20移动，以便将管道6和8中的至少一个放置成与管道4连通。衬套18的弯曲端部182覆盖套筒20的卷曲边缘以使得套筒20在向上的运动中受到衬套18阻塞。

螺旋弹簧30在衬套18和套筒20之间轴向延伸。弹簧30以轴线X-X为中心，并且包括底部线圈和顶部线圈，底部线圈容纳在形成在衬套18的下端180的凹部中，顶部线圈定位成抵靠套筒20的环形冠构件25。

阀1还包括用于吸收应力的应力吸收卡钳支架40，其由刚性材料，特别是金属制成。卡钳支架40包括用于套筒20的臂24通过的开口，以及有利地具有凹部向下定向的钩形形状的顶端部分。此外，卡钳支架40包括适于与壳体10的冠形件12机械接合的底端。为了这样做，该底端部分沿轴线X-X的方向径向弯曲，并且抵靠冠形件12的底表面。以这种方式，卡钳支架40通过钩到壳体10中被附接，也就是说，其以固定方式连接到壳体10。

恒温元件14的杯形件140的复位弹簧50布置在卡钳支架40和套筒20之间。更精确地，复位弹簧50是以轴线X-X为中心的螺旋弹簧，其定位在弹簧30之上，并包括底部线圈和顶部线圈42，底部线圈定位成沿向下方向抵靠套筒20的环形冠构件25,顶部线圈42被定位成沿向上方向轴向地抵靠由卡钳支架40的顶端形成的凹部的底部。将卡钳支架40设计成支撑由弹簧50在其压缩过程中产生的工作应力。卡钳支架40容纳弹簧30和50，恒温元件14和衬套18。

最后，阀1还包括密封环60，以确保套筒20和阀主体2之间适当密封。该密封环60在图3中更清楚可见。其同轴地设置在套筒60与管道4的壁之间。更确切地说，密封环60布置在用于流体流过的流通腔室4b中。其包括顶部环形构件600和底部环形构件602。密封环60以轴线X60为中心，轴线X60在安装在阀1内的构造中与纵向轴线X-X结合。环形构件600和602通过平行于轴线X60延伸的三个刚性的直的突片604彼此连接。因此，环形构件600和602被制造成具有突片604的单个复合件。例如，密封环60通过金属片的冲压制造。

环形构件602固定地连接到壳体10。更准确地，环形构件602包括隆起602a，隆起602a朝向内部、向轴线X-X径向地向外突出，并且与壳体10的周边凹槽102接合。凹槽102以轴线X-X为中心。在该示例中，隆起602的数量为三个，并且围绕轴线X60以均匀的方式分布。密封环60因此通过将隆起602a插入到凹槽102中而“夹持”在壳体10上。因此，密封环60作为一个单个的复合单元与壳体10进行安装，其与文献US-B-5 018 664中公开的阀的组装相比大大地有利于安装。突片604在其之间限定了用于流体流过的流通孔O604。更精确地，每个开口O204界定在两个连续的突片604之间以及在顶部环形构件600和底部环形构件602之间。开口O204具有矩形轮廓。因此，密封环60在其整个周边上不完全是实心的。因此，流体可以流过密封环60，正好横穿其主体体积，也就是说，沿着相对于轴线X-X的大致径向方向流动，从而接合管道8。密封环60因此不会用于闭塞器的目的，如文献WO-A-99/24701中的情况。有利地，阀1的唯一闭塞器是套筒20，其是压力平衡的，因此很好地适用于高流体流率。

如图4所示，密封环60的顶部环形构件600设置有唇式密封件608，其定位成以周向方式抵靠套筒21的主体20的外壁。唇式密封件608由特氟纶制成并且相对于套筒20确保适当密封。唇式密封件608在密封环600的密封环形构件的顶部周缘600a内卷曲，其凹部沿轴线X-X的方向(也就是说以向心方式)径向定向。顶部环形构件600还设置有O形环密封件606，O形环密封件606容纳在环形构件600的周边凹槽600b内。O形环密封件606被强制地卡在阀主体2的撑圈边3的内壁上。其防止流体围绕密封环60向外部渗透。

此外，底部环形构件602覆盖密封环106的外部边缘。实际上，底部环形构件602包括顶部边缘B602，顶部边缘B602朝向内部向轴线X60径向弯曲，并且定位成抵靠密封环106的顶部环形表面，使得其将密封环106保持在其壳体104的内部中的适当位置。

在将阀集成到用于冷却内燃机的冷却回路中的示例中，管道6在未示出的内燃机的冷却回路中引导液体，同时管道8将液体引导至未示出的散热器，以便其被冷却。

在图1中，发现套筒20为流通或“旁通”的构造，其中发动机是冷的。在该构造中，套筒20封闭管道8。因此，进入管道4的冷却流体整体在管道6内流动通过，在管道6中，其被重定向到内燃机。换句话说，液体保留在内燃机的冷却回路的旁路回路中。由于发动机是冷的，所以液体确实不需要被冷却。

当发动机加热时，流过回路的冷却流体被加热，并且杯形件140由于与液体的热交换而升高温度。容纳在杯形件140中的热膨胀材料膨胀，这因此导致杯形件140在向上方向上轴向移动。移动的杯形件140通过压缩弹簧30的肩部140a的存在驱动衬套18。弹簧30具有相对高的刚度，以致衬套18的移动也驱动套筒20沿向上方向上轴向地运动。套筒20因此以平移运动方式连接到恒温元件14的可移动部分140。

套筒20在向上方向上的运动通过弹簧30的顶部线圈抵靠在套筒20的环形冠构件25上来实现。套筒20的运动是抵抗弹簧50的弹力发生的。换句话说，弹簧50在套筒20沿向上方向移动的过程中受到了压迫。此外，套筒20在其移动过程中摩擦由特氟隆608制成的密封件的唇缘，使得没有液体围绕套筒20流动。

当套筒20离开其支座，即壳体10时，在套筒20的内部中循环的液体流出进入腔室4B中，并且可以通过管道8逸出。更精确地，流出进入腔室4B的液体通过密封环60的开口O604径向地逸出。冷却流体因此部分地转向到散热器中，以在其中被冷却。

如果发动机不过热，则套筒20不会完全关闭管道6，也就是说，只有一部分液体继续在内燃机的冷却回路中循环。在图中未示出管道6和8同时打开的中间构造。

另一方面，在内燃机过热的情况下，容纳在杯形件140的内部中的热膨胀材料继续膨胀，并且套筒20到达高的位置，在该位置其以密封方式抵靠截头圆锥形壁2a，该截头圆锥形壁2a限定在主体2内，并且在向下方向上相对于轴线X-X偏移。在高位置，如图2所示，套筒20完全打开管道6。在这个位置，在管道4中循环的全部液体横穿套筒20并且在散热器的方向上通过管道8逸出。

当液体冷却下来时，包含在杯形件140中的热膨胀材料不再施加任何的膨胀力，并且复位弹簧50松弛开来。因此，弹簧50在套筒20的环形冠构件25上施加向下的弹性膨胀力，其使套筒20在壳体10的方向上弹性地返回。套筒20的移动因此相继地驱动弹簧30压缩和解压缩。因此，后者继而在衬套18的下端180上施加向下的力。该力通过肩部140a传递到杯形件140，这使得杯形件140可以沿向下方向弹性地返回，也就是说在图1所示的流通构造中。

通过变型(未示出)，密封环60可以通过任何其它适当的方式附接到壳体10。例如，密封环60可以焊接或粘结在壳体10上。密封环60也可以拧到壳体10上或通过被称为“卡销”的锁定装置附接，通过该锁定装置密封环60的销钉至少四分之一穿过旋入到了壳体10的呈曲线或呈角度的通道中。

根据另一变型(未示出)，密封环60由塑料制成。在这种情况下，唇式密封件608未通过金属片的卷曲，而是通过连接到密封环上的环形螺母保持在适当位置中。

上面描述的是恒温阀1的常规功能，其中阀1仅由冷却流体的温度控制。很明显，通过未示出的变型，恒温元件14还可以通过由壳体10将布置在杆142的内部中的电阻连接到电源来进行电驱动。这特别能够在霜冻或冰冻期迫使冷却液在散热器中循环，或者甚至基于车辆的负载重量或坡度陡度预测发动机的过热情况。

上面设想的变型和实施例的技术特征可以彼此组合，以便产生本发明的新实施例。