CN110036185B - 用于内燃机的恒温阀 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的恒温阀，包括：壳体，所述壳体带有用于连接到所述内燃机的冷却介质回路的多个冷却介质连接件；可运动地安装在所述壳体中的阀元件，以至于所述阀元件的运动，所述壳体的至少两个冷却介质连接件或者可彼此连接，或者可彼此隔开；膨胀元件，所述膨胀元件被布置以，在所述内燃机的操作期间，与在所述冷却介质回路中循环的冷却介质形成热接触，其中，在热诱导膨胀的情况下，所述膨胀元件使所述阀元件在所述壳体中运动以连接所述至少两个冷却介质连接件，其中可控加热装置被提供以至于所述膨胀元件可以被加热以使所述阀元件运动。

Description

用于内燃机的恒温阀

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的恒温阀，该类型的阀具有：壳体，所述壳体带有用于连接到内燃机的冷却介质回路的多个冷却介质连接件；以及可运动地安装在所述壳体中的阀元件，这样通过阀元件的运动，壳体的至少两个冷却介质连接件或者可彼此连接或者可彼此隔开，其中膨胀元件被安置以，在内燃机的操作期间，与在所述冷却介质回路中循环的冷却介质形成热接触，并且在热诱导膨胀的情况下，膨胀元件使所述阀元件在所述壳体中运动以使至少两个冷却介质连接件连接。

背景技术

恒温阀控制内燃机的冷却介质回路。例如由EP 2 529 937B1获知的，向经过冷却介质回路的冷却器的冷却管线提供旁路管线，其中，在内燃机的冷起动阶段，冷却介质唯独借助恒温阀经由旁路管线被引导以尽快达到内燃机的操作温度。带有至少三个冷却介质连接件的用于控制冷却介质回路的恒温阀也由DE 10 2006 038 213B4获知。

恒温阀可以通过可控制的驱动器，例如电驱动器，被调整到相应期望的切换位置。然而，这种驱动器结构复杂。因此，还已知使用所谓的膨胀元件来启动恒温阀。膨胀元件与通过冷却介质回路引导的冷却介质交换热，所述膨胀元件具有，例如，在其周围流动的冷却介质并且包括加热时膨胀的材料。然后，膨胀元件可以，例如，偏心地作用在球形阀元件的阀轴上，并且因此膨胀元件的膨胀导致阀元件的转动并因此导致恒温阀的切换。

这种膨胀元件结构简单，并且恒温阀基于冷却介质温度被自动地控制。然而，膨胀元件的缺点在于，仅当恒温阀周围存在足够的冷却介质温度或冷却介质流时，恒温阀才被启动。例如，在内燃机的冷起动阶段，有时候期望完全关闭冷却介质回路的至少一个支路，即以避免冷却介质流过所述支路，因此内燃机甚至更快地达到其操作温度。这特别是指经过内燃机的发动机缸体的冷却管线。当达到特定发动机温度时，有时进一步期望首先设定具有非常低流率的冷却介质流并且，随着冷却介质温度进一步升高，转换到具有相应增加的流率的常规恒温调节模式。为此目的，DE 10 2012 013 677A1公开了一种恒温阀，其中，邻近阀元件的控制开口，凹陷形成于阀元件的侧表面，并且因此，一旦球形阀元件小范围旋转，在控制开口与通向相应冷却介质管线的壳体连接件重叠之前，首先经由凹陷产生冷却介质的低流率。利用膨胀元件，在冷起动阶段中对于低流率的这种启动在实践中并不总是能够以相对低的冷却介质温度实现。

除此之外，另外一个事实是，如果在内燃机的冷态下需要高发动机功率(例如，藉由发动机控制装置的要求)，有时候期望借助恒温阀以开放流过发动机缸体的冷却介质流，即使当冷却介质仍然是冷的时也是如此。这同样无法利用膨胀元件来令人满意地实现，因为后者需要与冷却介质进行适当的热交换。然而，在冷起动阶段，这种热交换一般尚未达到足够的程度。

发明内容

由所解释的现有技术开始，因此本发明的目的是提供一种开头提到的类型的恒温阀，利用该恒温阀，即使在冷起动阶段，也可以可选择地以结构简单的方式实现低流率，例如当内燃机的温度略微升高或在冷起动阶段短暂地需要高发动机功率时。

本发明达到的目的在于，提供一种可控制的加热装置，借助该加热装置可以加热膨胀元件以使阀元件运动。结果，在本发明的情况下，膨胀元件继续以结构简单的方式被使用用于致动阀元件。膨胀元件在内燃机操作期间以本身已知的方式与引导通过冷却介质回路的冷却介质热交换。膨胀元件可以特别地以这样的方式被配置，即在操作期间使冷却介质在膨胀元件周围流动。在本发明中，提供单独的加热装置，用于加热膨胀元件，不论冷却介质的温度如何。因此，即使冷却介质不流过冷却介质回路或冷却介质仍然没有到足够的温度，膨胀元件也可以借助加热装置进行热膨胀。作为结果，反过来，例如，当温度有少量升高或在冷起动阶段需要高发动机功率时，为了提供冷却介质流，即使在冷起动阶段，用于提供流过内燃机的冷却介质，特别地是流过内燃机的发动机缸体的冷却介质的阀元件的致动也是可能的。因此，本发明以结构简单的方式增加了膨胀元件的控制功能，而不会牺牲膨胀元件的结构和控制优点。这使得甚至在膨胀元件的工作范围之外以相应的期望的方式特别地致动恒温阀成为可能。这里的加热装置提供可调节的加热功率。

阀元件一般地是通过预加应力，特别是通过弹簧预加应力，而进入限定的操作位置，例如将冷却介质回路的冷却器和内燃机的发动机缸体之间的连接隔开的位置。然后，在加热期间膨胀元件的膨胀以及由此导致的阀元件的运动对抗所述弹簧预加应力发生。弹簧预加应力可以借助弹簧提供，例如螺旋弹簧。

冷却介质可以特别是冷却液体，例如水。壳体的冷却介质连接件可以因此是冷却液体连接件。根据本发明的恒温阀的壳体可以包括特别是，例如，两个或三个冷却介质连接件或多于三个冷却介质连接件。

以特别地实践方式，加热装置可以是电加热装置。后者的特点是具有简单且牢固的结构。特别地，加热丝可以贯穿膨胀元件，而且电压被施加到所述加热丝以加热膨胀元件。

阀元件可以是可在壳体中可轴向位移的阀元件，特别是盘状阀元件，该阀元件在膨胀元件膨胀时在轴向方向上被调整。阀元件可以特别地具有阀盘，该阀盘被安置在推杆上，该推杆以可轴向位移的方式被安装。

也有可能阀元件是这样的阀元件，该阀元件被可转动地安装在壳体中并且具有球形或球形段形状的侧表面和多个开口，该些开口形成于侧表面内并且，通过阀元件的转动，可选择地可连接到壳体的一个或更多个冷却介质连接件。额外可选择地，还可以提供一个或更多个轴向阀开口。

根据进一步的改进，可以使得阀元件在壳体中的从阀元件的将至少两个冷却介质连接件之间的连接隔开的关闭位置开始的第一调整路径上，开放在至少两个冷却介质连接件之间恒定的流动横截面，并且在壳体中超过第一调整路径发生的运动期间，阀元件打开在至少两个冷却介质连接件之间的流动横截面，所述流动横截面增加，直到阀元件完全打开。在第一调整路径上，阀元件提供小开口横截面(“微流”)。由所述开口横截面允许通过的冷却介质的流率可以是，例如，小于0.5升/分钟，优选地小于0.3升/分钟，进一步优选地不大于0.1升/分钟。例如，如果阀元件以可轴向可位移的方式被安装，第一调整路径可以是几毫米，例如2到10毫米。在球形阀元件的情况下，调整路径相应地对应于转动角度。一旦阀元件超过第一调整路径作进一步运动时，则例如可能使与行程成比例或转动角度成比例的开口横截面增加发生，直至在完全打开的位置的最大开口横截面。

如果阀元件是可在壳体中轴向位移的阀元件，所述阀元件或所述阀元件的阀盘可以具有锥形阀表面，该锥形阀表面在阀元件的关闭位置以密封的方式抵靠壳体的锥形阀座。另外，壳体中可轴向位移的阀元件可能具有圆柱形侧表面，并且该壳体具有圆柱形内表面，其中阀元件的圆柱形侧表面至少在第一调整路径上与壳体的圆柱形内表面相对并且与壳体的圆柱形内表面相距恒定距离。在阀元件的互相相对的圆柱形表面之间，特别是在阀元件的阀盘和壳体之间形成环状间隙，该环状间隙限定了用于冷却介质的打开的流动横截面。通过使表面之间的距离并且因此环状间隙的横截面至少在第一调整路径上保持恒定，当阀元件从阀座抬起时，最初实现恒定的低流量，直到当阀元件完全抬起时所述流量达到其最大值时。

相比之下，在球形阀元件的情况下，可以使得阀元件的侧表面在邻近由所述侧表面限制的开口的位置具有与侧表面的周围表面区域相对的至少一个凹陷，其中凹陷以这样的方式被设计，在阀元件转动以使至少一个开口与壳体的多个冷却介质连接件中的一个重叠的情况下，即使在开口和壳体的冷却介质连接件重叠之前，冷却介质也可以在壳体的冷却介质连接件和开口之间的凹陷流过。球形阀元件中这样的凹陷例如从如本文开头所解释的DE 102012 013 677A1获知。

借助前述两个改进，可能在至少两个冷却介质连接件之间指定流动横截面，该流动横截面最初是恒定的而且小的并且在第一调整路径上打开，并且在阀元件进一步运动时，限定一个流动横截面，该流动横截面增加直到阀元件完全打开。

可以另外提供用于启动加热装置的控制装置。控制装置可以是专门为此目的提供的控制装置。然而，它也可能是在任何情况下都存在的控制装置，例如内燃机的发动机控制装置。控制装置也可以由调节装置形成。

此外，控制装置可以设计成以这样的方式启动加热装置，使得膨胀元件将阀元件在特定时间段保持在第一调整路径内。所述特定时间段可以是，例如，预先定义的在内燃机冷起动之后的时间段。然而，特定时间段也可以由内燃机或通过内燃机传导的冷却介质必须达到的温度规格引起。在这方面，特定时间段因此可以取决于内燃机的操作条件，例如外部温度或所需的发动机功率。也可能的情况是，在阀元件为了打开而被启动之前不久，已经由加热装置以热学方法对膨胀元件施加预应力到某一区域中。通过进一步加热膨胀元件，则可以可选择地非常快速地打开恒温阀，例如以设定低冷却介质流(微流)。

另外，控制装置可以设计成以这样的方式启动加热装置，使得膨胀元件将阀元件运动到完全打开位置。在该改进中，加热装置的加热功率因此足以用于膨胀元件的热膨胀，所述热膨胀导致恒温阀的完全打开或在至少两个冷却介质连接件之间的最大连接。这种启动可以例如在上述特定时间段到期之后发生。然而，它也可以独立于先前在第一调整路径内保持阀元件而发生。以这种方式，在冷却介质温度升高并且由此可选择地也短暂地引起使恒温阀进入恒温调节模式的需求的情况下，恒温阀可以相对快速地打开。这也增加了膨胀元件的热交换，特别是冷却介质在膨胀元件周围的流动，并且因此，当加热功率随后下降时，可以发生常规的恒温操作，特别是以仅由膨胀元件控制的方式。

根据进一步的改进，可以提供用于检测阀元件位置的至少一个位置传感器，其中至少一个位置传感器的测量值被应用到控制装置，并且其中控制装置基于至少一个位置传感器的测量值启动加热装置。

替代地或附加地，可以提供用于(直接或间接地)检测膨胀元件的温度的至少一个温度传感器，其中至少一个温度传感器的测量值被应用到控制装置，并且其中控制装置基于至少一个温度传感器的测量值启动加热装置。

借助这种位置传感器或这种温度传感器，可以直接或间接地检测阀元件位置并且因此检测恒温阀的相应切换状态。合适的位置传感器例如是非接触式霍尔传感器，其检测安置在阀元件上的磁体的位置。如果基于位置传感器或温度传感器确定阀元件在移出关闭位置之后位于第一调整路径内，控制装置稍微降低加热装置的加热功率。当在阀元件的关闭位置附近确定位置或温度时，加热功率再一次相应地稍微增加。以这种方式，膨胀元件因此产生阀元件位置的轻微波动。然而，特别是如果开口横截面在第一调整路径内保持恒定，则相应的冷却介质体积流量也保持恒定。因此，在第一调整路径内容易调节阀元件位置。例如，可以使用本身已知的两点调节。可选择地，还可以基于所提到的传感器检查阀元件的功能能力。这样的数据可用于车载诊断(OBD)。

本发明还涉及一种内燃机，该内燃机包括根据本发明的恒温阀。特别地，内燃机包括冷却介质回路，冷却介质在操作期间通过该冷却介质回路被传导，并且在该冷却介质回路中布置有根据本发明用于控制冷却介质回路的恒温阀。

附图说明

本发明的示例性实施例参考附图在下面更详细地解释，其中示意性地示出：

图1是示出根据本发明的恒温阀在第一操作阶段的立体剖面图，

图2示出了由图1中截出的放大图解，

图3示出了在第二操作阶段的图1的图解，

图4示出了在第二操作阶段的图2的图解，

图5示出了在第三操作阶段的图1的图解，以及

图6示出了在第三操作阶段的图2的图解。

除非另有声明，否则相同的附图标记表示附图中的相同对象。

具体实施方式

附图中所示的用于内燃机的恒温阀包括壳体10，在所示的示例中，壳体10具有用于连接到内燃机的冷却介质回路(未具体示出)的第一冷却介质连接件12和第二冷却介质连接件14。在所示的示例中，以可轴向位移的方式安装的阀元件16被布置在壳体10中。阀元件16是推杆阀元件，特别是盘状阀元件，其中阀盘以附图标记18示出。弹簧20，在示例中以螺旋弹簧20示出，对阀元件16预加应力到图1和图2中所示的关闭位置。为此目的，弹簧20的一端被引导在阀元件16的推杆周围并且抵靠布置在阀盘18的上侧，所述上侧背离膨胀元件24。弹簧20的另一端被安装在壳体10上侧的突出部21上。

在图1和图2中所示的关闭位置，阀盘18以锥形阀表面22置于壳体10的锥形阀座23上(具体参见图2)。因此，阀元件16将两个冷却介质连接件12，14彼此分开。另外，膨胀元件24被安置在恒温阀的壳体10中。膨胀元件24具有基本上圆柱形的形状并且在一端(图1中的下端)被固定地安装，在壳体10的中空圆柱形容纳部26中。在膨胀元件24的相反的一端处，膨胀元件24具有接合在阀盘18的推杆容纳部30中的推杆28。此外，用于加热膨胀元件24的电热装置的两根加热丝可以附图标记32，34在图1中看到。加热丝32，34连接到电压源(未具体示出)。电压源则由控制装置(同样未具体示出)启动。如果，经由控制装置控制，电压通过电压源施加到加热丝32，34，电流相应地流过加热丝32，34，所述电流导致加热丝32，34的加热。加热丝32，34在膨胀元件24内延伸，并且因此加热丝32，34的热转移到膨胀元件24用于加热膨胀元件24。

例如在图1中可以看出，膨胀元件24被布置在由冷却介质连接件14形成的冷却介质通道中，并且因此膨胀元件与位于所述冷却介质通道中的冷却介质发生接触。如果，如图1所示，阀盘18以密封的方式搁靠在阀座23上，冷却介质不会流过膨胀元件24。特别地，膨胀元件24被不充分加热以在内燃机的冷起动阶段同样热膨胀。然而，为了能够在所述冷起动阶段打开恒温阀，电加热装置被启动，因此膨胀元件24经由加热丝32，34被加热。然后膨胀元件膨胀并且推杆28从阀座23对抗弹簧20的弹簧预加应力推动阀元件16首先进入部分打开位置，如图3和图4所示。现在，冷却介质可以流过在阀盘18的圆柱形侧表面36和与圆柱形侧表面36相对的壳体10的圆柱形内表面38之间的环形间隙。可以在图4中特别地看到，作为流动横截面被提供的在阀盘18和壳体10之间的所述环形间隙，在阀元件16的第一轴向调整路径上保持恒定，即只要侧表面36与内表面38保持彼此相对。相应地，允许的冷却介质流量也在阀元件16的所述调整路径上保持恒定，在当前情况下为“微流”。

可以提供位置和/或温度传感器(附图中未具体示出)，用于检测阀元件16的位置或膨胀元件24的温度。在此基础上，控制装置可以以这样的方式调节加热丝32，34的加热功率：使得阀元件16保持在第一调整路径内。例如，对于预定时间段，可以是这种情况。随后可以进一步增加加热装置的加热功率，由此膨胀元件进一步膨胀，并且因此阀盘16对抗弹簧20的弹簧预加应力被进一步轴向地从阀座23上抬起至如图5和图6所示的完全打开的位置，在完全打开的位置中，在冷却介质连接件12和冷却介质连接件14之间提供最大流动横截面。然后，恒温阀可以转换到恒温调节模式，在恒温调节模式中，阀元件位置仅借助膨胀元件24被调节，因为膨胀元件24与现在在冷却介质连接件12，14之间流动的冷却介质形成热接触。加热装置的加热功率可以相应地降低，特别地降低到零。

附图标记

10 壳体

12 冷却介质连接件

14 冷却介质连接件

16 阀元件

18 阀盘

20 弹簧

21 突出部

22 阀表面

23 阀座

24 膨胀元件

26 容纳部

28 推杆

30 推杆容纳部

32，34 加热丝

36 侧表面

38 内表面。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的恒温阀，包括：壳体(10)，所述壳体(10)带有用于连接到所述内燃机的冷却介质回路的多个冷却介质连接件(12，14)，另外包括可运动地安装在所述壳体(10)中的阀元件(16)，其中，借助所述阀元件(16)的运动，所述壳体(10)的至少两个冷却介质连接件(12，14)或者可彼此连接或者可彼此隔开，另外包括膨胀元件(24)，所述膨胀元件(24)被安置以在所述内燃机的操作期间，与在所述冷却介质回路中循环的冷却介质形成热接触，其中，在热诱导膨胀的情况下，所述膨胀元件(24)使所述阀元件(16)在所述壳体(10)中运动以连接所述至少两个冷却介质连接件(12，14)，其中提供可控加热装置(32，34)，借助所述加热装置可对所述膨胀元件(24)进行加热，从而使所述阀元件(16)运动，其中，所述阀元件(16)在所述壳体(10)中可在关闭位置和完全打开位置之间运动，所述关闭位置将所述至少两个冷却介质连接件(12，14)的连接隔开，其中，当所述阀元件(16)在从所述关闭位置到所述关闭位置和所述完全打开位置之间的中间位置的第一调整路径上运动时，所述阀元件(16)开放并保持所述至少两个冷却介质连接件(12，14)之间的恒定的流动横截面，其中，随着所述阀元件(16)从所述中间位置运动到所述完全打开位置，所述阀元件(16)进一步开放所述至少两个冷却介质连接件(12，14)之间的流动横截面，所述流动横截面增加，直到所述阀元件(16)处于所述完全打开位置。

2.根据权利要求1所述的恒温阀，其中所述加热装置(32，34)是电加热装置(32，34)。

3.根据权利要求1所述的恒温阀，其中所述阀元件(16)是可在所述壳体(10)中轴向位移的阀元件(16)。

4.根据权利要求3所述的恒温阀，其中所述阀元件(16)是可在所述壳体(10)中轴向位移的盘状阀元件(16)。

5.根据权利要求1所述的恒温阀，其中所述阀元件(16)是可转动地安装在所述壳体(10)中的阀元件(16)，并且具有球形或球形段形状的侧表面和形成于所述侧表面内的多个开口，并且，通过所述阀元件的转动，所述多个开口可连接到所述壳体的所述至少两个冷却介质连接件中的一个或更多个。

6.根据权利要求1所述的恒温阀，其中另外提供用于启动所述加热装置(32，34)的控制装置。

7.根据权利要求6所述的恒温阀，其中所述控制装置以这样的方式被设计以启动所述加热装置(32，34)：所述膨胀元件(24)使所述阀元件(16)运动到完全打开位置中。

8.根据权利要求7所述的恒温阀，其中提供用于检测所述阀元件的位置的至少一个位置传感器，其中所述至少一个位置传感器的测量值被应用于所述控制装置，并且其中所述控制装置基于所述至少一个位置传感器的所述测量值启动所述加热装置(32，34)。

9.根据权利要求8所述的恒温阀，其中提供用于检测所述膨胀元件的温度的至少一个温度传感器，其中所述至少一个温度传感器的测量值被应用于所述控制装置，并且其中所述控制装置基于所述至少一个温度传感器的所述测量值启动所述加热装置(32，34)。

10.一种内燃机，所述内燃机包括根据前述权利要求1所述的恒温阀。

11.一种用于内燃机的恒温阀，包括带有用于连接到所述内燃机的冷却介质回路的多个冷却介质连接件(12，14)的壳体(10)，另外包括可运动地安装在所述壳体(10)中的阀元件(16)，其中，借助所述阀元件(16)的运动，所述壳体(10)的至少两个冷却介质连接件(12，14)或者可彼此连接或者可彼此隔开，另外包括膨胀元件(24)，所述膨胀元件(24)被安排以在所述内燃机的操作期间，与在所述冷却介质回路中循环的冷却介质形成热接触，其中，在热诱导膨胀的情况下，所述膨胀元件(24)使所述阀元件(16)在所述壳体(10)中运动以连接所述至少两个冷却介质连接件(12,14)，其中提供可控加热装置(32，34)，借助所述加热装置(32，34)可对所述膨胀元件(24)进行加热，从而使所述阀元件(16)运动，其中所述阀元件(16)在所述壳体(10)中从所述阀元件(16)的将所述至少两个冷却介质连接件(12,14)之间的连接隔开的关闭位置开始的第一调整路径上运动，开放在所述至少两个冷却介质连接件(12,14)之间的恒定的流动横截面，并且其中，在所述壳体(10)中超过所述第一调整路径的运动期间，所述阀元件(16)开放在所述至少两个冷却介质连接件(12,14)之间的流动横截面，所述流动横截面增加，直至所述阀元件(16)完全打开，

其中所述阀元件(16)可在所述壳体(10)中轴向位移，其中所述阀元件(16)具有圆柱形侧表面(36)，并且其中所述壳体(10)具有圆柱形内表面(38)，其中所述阀元件(16)的所述圆柱形侧表面(36)至少在所述第一调整路径上与所述壳体(10)的所述圆柱形内表面(38)相对并且与所述壳体(10)的所述圆柱形内表面(38)相距恒定距离。

12.一种用于内燃机的恒温阀，包括带有用于连接到所述内燃机的冷却介质回路的多个冷却介质连接件(12，14)的壳体(10)，另外包括可运动地安装在所述壳体(10)中的阀元件(16)，其中，借助所述阀元件(16)的运动，所述壳体(10)的至少两个冷却介质连接件(12，14)或者可彼此连接或者可彼此隔开，另外包括膨胀元件(24)，所述膨胀元件(24)被安排以在所述内燃机的操作期间，与在所述冷却介质回路中循环的冷却介质形成热接触，其中，在热诱导膨胀的情况下，所述膨胀元件(24)使所述阀元件(16)在所述壳体(10)中运动以连接所述至少两个冷却介质连接件(12,14)，其中提供可控加热装置(32,34)，借助所述加热装置(32,34)可对所述膨胀元件(24)进行加热，从而使所述阀元件(16)运动，其中所述阀元件(16)在所述壳体(10)中从所述阀元件(16)的将所述至少两个冷却介质连接件(12,14)之间的连接隔开的关闭位置开始的第一调整路径上运动，开放在所述至少两个冷却介质连接件(12，14)之间的恒定的流动横截面，并且其中，在所述壳体(10)中超过所述第一调整路径的运动期间，所述阀元件(16)开放在所述至少两个冷却介质连接件(12，14)之间的流动横截面，所述流动横截面增加，直到所述阀元件(16)完全打开,

其中提供用于启动所述加热装置(32，34)的控制装置，其中所述控制装置以这样的方式被设计以启动所述加热装置(32，34)：所述膨胀元件(24)将所述阀元件(16)在特定时间段保持在所述第一调整路径内。

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