КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА Российский патент 2012 года по МПК F16K3/04 B60H1/02 

Настоящее изобретение относится к клапану для регулирования объемного расхода в автомобильной системе отопления и/или охлаждения, прежде всего к клапану для регулирования объемного расхода согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, а также к автомобильному контуру отопителя и/или циркуляции охлаждающей жидкости с таким клапаном.

Уровень техники

В используемый на автомобиле контур циркуляции охлаждающей жидкости, соответственно контур отопителя обычно включен охлаждаемый источник тепла, например автомобильный двигатель, который должен охлаждаться охлаждающей жидкостью путем свободной или принудительной конвекции. Разность между температурой охлаждающей жидкости на входе в источник тепла и ее температурой на выходе из него зависит от количества тепла, подводимого к охлаждающей жидкости, и от ее объемного расхода, тогда как абсолютная температура охлаждающей жидкости определяется количеством подводимого к ней тепла от его источника, количеством тепла, отводимого через возможные находящиеся в контуре циркуляции охлаждающей жидкости секции радиатора, и теплоемкостью участвующих в теплообмене материалов.

Для защиты автомобильного ДВС от перегрева, с одной стороны, и для возможности использования отводимого от ДВС тепла, например, для отопления салона автомобиля, с другой стороны, в автомобилях по замкнутому контуру перекачивается охлаждающая жидкость, которая способна поглощать избыточную тепловую энергию двигателя и отводить ее в требуемом количестве. Обычно в используемый на автомобиле контур отопителя, соответственно контур циркуляции охлаждающей жидкости включены различные субконтуры, например субконтур радиатора системы охлаждения, перепускной субконтур и/или субконтур радиатора системы отопления. Радиатор системы охлаждения в содержащем его субконтуре позволяет отдавать окружающему воздуху избыточное количество тепла охлаждающей жидкости. Радиатор же системы отопления позволяет использовать имеющееся количество тепла охлаждающей жидкости для отопления салона автомобиля.

Распределением потока охлаждающей жидкости по различным субконтурам контура циркуляции охлаждающей жидкости, соответственно контура отопителя управляет при этом по меньшей мере один клапан. Температура охлаждающей жидкости для ее установки на требуемое значение регулируется путем смешения охлажденного и неохлажденного потоков охлаждающей жидкости. Так, в частности, для регулирования соотношения, в котором между собой смешиваются поток из субконтура радиатора системы охлаждения и поток из перепускного субконтура, в настоящее время преимущественно используется реагирующий на температуру охлаждающей жидкости термостат с твердым наполнителем. Помимо этого для применения в этих же целях известны смесительные клапаны с электродвигательным приводом.

В US 4930455 описан клапан с поворотной заслонкой, предназначенный для применения в автомобилях и управляемый электродвигателем. Такой клапан по типу дроссельной заслонки регулирует относительный объемный расход охлаждающей жидкости в контуре ее циркуляции в зависимости от электрического управляющего сигнала, который в данном случае пропорционален температуре охлаждающей жидкости.

Из US 5950576 известен клапан пропорционального регулирования расхода охлаждающей жидкости, клапанный элемент которого выполнен дисковидным и имеет множество сквозных отверстий, позволяющих создавать необходимые соединения между впускным каналом и несколькими выпускными каналами. Положение дисковидного клапанного элемента известного из US 5950576 клапана регулируется путем поворота валика, на котором установлен такой клапанный элемент, электромеханическим приводом по управляющим сигналам от блока управления двигателем внутреннего сгорания.

Краткое изложение сущности изобретения

Объектом изобретения является клапан для регулирования объемного расхода в автомобильной системе отопления и/или охлаждения, имеющий корпус, от которого отходят по меньшей мере один впускной канал и по меньшей мере один выпускной канал, а также имеющий по меньшей мере один расположенный в корпусе дисковый клапанный элемент для регулирования объемного расхода, установленный на приводящем его в поворотное движение вокруг своей оси приводном валу и кинематически связанный с электродвигательным приводом приводным механизмом. В предлагаемом в изобретении клапане приводной механизм приводится в действие бесколлекторным электродвигателем постоянного тока, причем как приводной механизм, так и ротор электродвигателя постоянного тока в процессе работы омываются охлаждающей жидкостью, объемный расход которой регулируется.

Предлагаемый в изобретении клапан для регулирования объемного расхода в автомобильной системе отопления и/или охлаждения не привязан к температуре охлаждающей жидкости и, в отличие от широко распространенных термостатов, может регулироваться своим исполнительным приводом независимо от температуры охлаждающей жидкости. Предлагаемый в изобретении клапан прежде всего позволяет регулировать объемный расход в соответствии с параметрами ДВС. Тем самым в системе охлаждения ДВС интенсивность его охлаждения можно согласовывать с фактически необходимой для отвода выделяющегося в процессе сгорания тепла интенсивностью охлаждения, прежде всего вне зависимости от состояния системы охлаждения.

Как указано выше, клапанный элемент соединен с электродвигательным приводом приводным механизмом, работающим в жидкой среде, при этом для приведения в действие приводного механизма можно использовать бесколлекторный электродвигатель постоянного тока, ротор которого при работе клапана вращается в охлаждающей жидкости, объемный расход которой регулируется. При этом регулирующий элемент, т.е. дисковый клапанный элемент, и предпочтительно поджатый к нему в осевом направлении уплотнительный элемент образуют барьер, который препятствует загрязнению зоны, где расположен работающий в жидкой среде приводной механизм, твердыми веществами, например остатками формовочной смеси, которые могут оставаться на компонентах ДВС после их изготовления литьем и поэтому в последующем могут присутствовать в охлаждающей жидкости. Также работающий в жидкой среде приводной механизм опорами вала защищен от загрязнения.

Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении клапана представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В одном из предпочтительных вариантов приводной механизм, который кинематически связывает между собой регулируемый по положению клапанный элемент клапана и его электродвигательный привод, выполнен в виде винтового зубчатого привода, в первую очередь, например, в виде червячного привода.

Подобный винтовой зубчатый привод, соответственно червячный привод соединен при этом с ведущим валом электродвигательного привода клапана. Так, например, винтовой зубчатый привод в виде червячного привода может быть выполнен непосредственно за одно целое с валом, соответственно на валу электродвигателя.

Винтовой зубчатый привод, т.е., например, червячный привод, зацепляется при этом с цилиндрическим, соответственно винтовым зубчатым колесом, которое соединено с клапанным элементом, прежде всего с его приводным валом.

В предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении клапан выполнен в виде дискового клапана с дисковым клапанным элементом, который установлен на приводящем его в поворотное движение вокруг своей оси приводном валу и который расположен в основном перпендикулярно его оси. В подобном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении клапана цилиндрическое, соответственно винтовое зубчатое колесо можно выполнять, например, за одно целое с приводным валом клапанного элемента, соответственно также за одно целое с самим клапанным элементом. В другом варианте цилиндрическое, соответственно винтовое зубчатое колесо червячно-винтового приводного механизма предлагаемого в изобретении клапана можно также напрессовывать на приводной вал клапанного элемента.

В предпочтительном варианте ось винтового зубчатого привода, т.е., например, ось червячного привода, образует с осью приводного вала клапанного элемента межосевой угол, отличный от 90°, При этом прежде всего у червячных передач, преимущество которых как раз и состоит в возможности передачи с их помощью вращения между валами с перекрещивающимися осями, т.е. с осями, образующими между собой угол, отличный от 0°, указанный межосевой угол не должен равняться 0°. Червячный, соответственно червячно-винтовой приводной механизм предлагаемого в изобретении клапана предпочтительно выполнять таким образом, чтобы благодаря наклонному положению червячного привода можно было использовать прямозубое цилиндрическое, соответственно винтовое зубчатое колесо. Для этого угол подъема винтовой линии (шаг витка) червяка выбирается точно соответствующим сумме межосевого угла и прямого угла. Тем самым исключается возникновение осевых усилий на опоре цилиндрического зубчатого колеса и обеспечивается возможность его монтажа без проворота. Прямозубое цилиндрическое, соответственно винтовое зубчатое колесо благодаря тому, что его изготовление гораздо проще, чем изготовление косозубого цилиндрического зубчатого колеса с такой же точностью, имеет меньшую по сравнению с ним себестоимость. Помимо этого прямозубое цилиндрическое зубчатое колесо легче проверять на точность обработки, и поэтому приводной механизм предлагаемого в изобретении клапана обеспечивает преимущества и с точки зрения контроля качества.

Предлагаемое в изобретении выполнение приводного механизма в виде червячного или червячно-винтового приводного механизма, с червячным, соответственно винтовым зубчатым колесом которого клапанный элемент, т.е., например, поворотный диск, соединен, например, валом, позволяет исключить проникновение в приводной механизм содержащихся в охлаждающей жидкости твердых частиц благодаря их задерживанию уплотнением вала, соответственно его опорами. Приводной механизм предлагаемого в изобретении клапана в предпочтительном варианте выполнен в виде работающего в жидкой среде приводного механизма, который тем самым при работе клапана омывается жидкостью, объемный расход которой регулируется. Преимущества, связанные с выполнением приводного механизма в виде комбинации из червяка и винтового зубчатого колеса, перед цилиндрической или планетарной зубчатой передачей проявляются прежде всего при работе такого приводного механизма в жидкой среде и заключаются в том, что промежутки между зубьями сужаются изнутри наружу в направлении от червяка к цилиндрическому зубчатому колесу, и поэтому жидкость вытесняется из этих промежутков изнутри наружу в обоих направлениях, а ее потоки, кроме того, имеют лишь малую скорость. В результате гидродинамические потери сохраняются на низком уровне. Помимо этого в червячно-винтовом приводном механизме благодаря расположению вращающегося червяка сбоку от зубчатого венца цилиндрического зубчатого колеса снижается вероятность защемления присутствующих в жидкости твердых частиц в месте контакта между обоими взаимно зацепляющимися зубчатыми колесами, что могло бы способствовать их повышенному износу. Защемление содержащихся в жидкости твердых частиц между зубьями взаимно зацепляющихся зубчатых колес червячно-винтового приводного механизма практически полностью исключается также благодаря тому, что их зубья соприкасаются между собой не по поверхности большой площади, а в идеальном случае - лишь в точке.

Для уплотнения можно также использовать торцевое уплотнение в сочетании с регулирующим элементом, т.е. клапанным элементом, в качестве другого элемента пары скольжения. В этом случае приводной механизм можно было бы назвать работающим всухую приводным механизмом.

Герметичность дополнительного, соответственно основного контура также обеспечивается за счет гидродинамического уплотнения между двумя совершающими относительное вращение один поверх другого и образующими пару скольжения элементами в сочетании с гидростатическим предварительным поджатием, благодаря чему величина утечки в замкнутом контуре циркуляции охлаждающей жидкости практически равна нулю. Оба контура, т.е. дополнительный контур (перепускной контур, контур отопителя и другие) и основной контур (контур с радиатором системы охлаждения), могут располагаться с входной или же с выходной стороны клапана.

С использованием предлагаемого в изобретении клапана в предпочтительном варианте возможна реализация автомобильного контура отопителя и/или циркуляции охлаждающей жидкости, позволяющего прежде всего регулировать в нем объемный расход охлаждающей жидкости независимо от ее температуры. Тем самым интенсивность охлаждения ДВС можно эффективно согласовывать с интенсивностью охлаждения, фактически необходимой для отвода выделяющегося в нем в процессе сгорания тепла.

Другие преимущества предлагаемого в изобретении клапана, соответственно системы отопления и/или системы охлаждения с подобным клапаном вытекают из последующего описания одного из вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов выполнения предлагаемого в нем клапана, а также автомобильного контура отопителя и/или циркуляции охлаждающей жидкости со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. На чертежах, в их описании и в формуле изобретения различные отличительные особенности изобретения представлены в тех или иных конкретных сочетаниях между собой. Очевидно, однако, что все такие отличительные особенности изобретения можно рассматривать и по отдельности, а также их можно комбинировать между собой в иных технически реализуемых сочетаниях. При этом в иных технически реализуемых сочетаниях прежде всего можно также комбинировать между собой отличительные особенности изобретения из различных вариантов его осуществления. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - общий вид выполненного по первому варианту предлагаемого в изобретении клапана,

на фиг.2 - вид в разрезе клапана, изображенного на фиг.1,

на фиг.3 - увеличенный вид в разрезе фрагмента предлагаемого в изобретении клапана, в частности в зоне его приводного механизма,

на фиг.4 - увеличенный вид выполненного в виде червячной передачи приводного механизма предлагаемого в изобретении клапана,

на фиг.5 - еще один увеличенный вид приводного механизма предлагаемого в изобретении клапана и

на фиг.6 - схема контура отопителя и/или циркуляции охлаждающей жидкости с предлагаемым в изобретении клапаном.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 в общем виде показан выполненный по одному из вариантов предлагаемый в изобретении клапан. Такой предлагаемый в изобретении клапан в показанном на фиг.1 варианте его выполнения имеет корпус 10, состоящий из нижней корпусной детали 12 и верхней корпусной детали 14, которые герметично соединены между собой соединительными средствами 16, например винтами, заклепками или защелкивающимися фиксаторами. Нижняя корпусная деталь 12 выполнена в основном стаканообразной формы, как это наиболее наглядно показано прежде всего на фиг.2, и образует внутри себя клапанную камеру для размещения в ней клапанного элемента. Верхняя корпусная деталь 14 также может быть выполнена стаканообразной формы, соответственно может быть выполнена лишь в виде своего рода крышки, устанавливаемой на нижнюю корпусную деталь 12. На нижней корпусной детали 12 выполнен штуцер 18, образующий впускной канал. Такой впускной канал, соответственно образующий его штуцер 18 может быть при этом выполнен за одно целое с нижней корпусной деталью, например, из пластмассы.

С верхней корпусной деталью соединены первый выпускной канал 20, а также второй выпускной канал 22. Расположенный в клапанной камере и более подробно описанный ниже клапанный элемент позволяет открывать и закрывать соединение между впускным каналом и первым выпускным каналом, соответственно между впускным каналом и вторым выпускным каналом, а также требуемым образом варьировать проходное сечение такого соединения.

Помимо этого предлагаемый в изобретении клапан имеет также исполнительный привод 24 для регулирования положения клапанного элемента. В показанном на фиг.1 варианте выполнения предлагаемого в изобретении клапана исполнительный привод 24 в виде более подробно описанного ниже электродвигателя наряду с приводным механизмом закреплен на корпусе 10 клапана. В показанном на фиг.1 варианте выполнения предлагаемого в изобретении клапана электродвигатель имеет собственный корпус 50, который привинчен к корпусу 10 клапана. В других вариантах электродвигатель можно также располагать непосредственно в корпусе 10 клапана, например в нижней корпусной детали 12, соответственно в верхней корпусной детали 14 клапана. Из корпуса 50 исполнительного привода 24 выступает ведущий вал 27 электродвигателя, кинематически связанный через приводной механизм с ведомым валом, который является приводным валом клапанного элемента предлагаемого в изобретении клапана. В предлагаемом в изобретении клапане ведущий вал 27 электродвигателя описанным ниже образом расположен под отличным от 90° углом к приводному валу клапанного элемента.

На фиг.2 предлагаемый в изобретении клапан, изображенный в общем виде на фиг.1, показан в разрезе плоскостью, примерно перпендикулярной плоскости чертежа по фиг.1.

В клапанной камере 26, образованной между нижней корпусной деталью 12 и верхней корпусной деталью 14, расположен дисковый клапанный элемент 28. Дисковый клапанный элемент 28 имеет центральное отверстие, в которое входит приводной вал 30. Дисковый клапанный элемент 28 соответствующими фиксирующими средствами 34 неподвижно закреплен на приводном валу 30. Дисковый клапанный элемент может фиксироваться на приводном валу, например, резьбовым соединением, соответственно соединением на защелкивающихся фиксаторах или же запрессовыванием приводного вала 30 в центральное отверстие 32 клапанного элемента 28. Кинематическое соединение приводного вала 30 клапанного элемента 28 с приводным электродвигателем через приводной механизм обеспечивает точное регулирование углового положения клапанного элемента электродвигательным приводом. Предлагаемое в изобретении конструктивное исполнение приводного механизма более подробно описано ниже.

Между нижней корпусной деталью 12 и верхней корпусной деталью 14 для обеспечения герметичного соединения между собой обеих этих корпусных деталей корпуса 10 клапана предусмотрены уплотнительные средства, например уплотнительное кольцо 36. В показанном на фиг.1, соответственно на фиг.2 варианте впускной канал 18 расположен на одной общей оси 38 с первым выпускным каналом 20, а приводной вал 30 расположен вдоль параллельной ей оси 31.

Клапанный элемент 28 наряду со своим центральным отверстием 32 для пропускания в него, соответственно для закрепления в нем приводного вала 30 имеет выполненные в виде сквозных отверстий регулирующие контуры для регулирования расхода через первый, соответственно второй выпускной канал клапана. В зависимости от углового положения, в которое вокруг своей оси повернут дисковый клапанный элемент 28, регулирующие контуры имеют большее или меньшее проходное сечение, ведущее в первый, соответственно второй выпускной канал. Тем самым жидкость, поступающая по впускному каналу 18 в клапанную камеру 26, попадает из нее через один регулирующий контур в первый выпускной канал 20, соответственно через другой регулирующий контур во второй выпускной канал 22.

Герметичность внутренней полости клапана и прежде всего герметичность первого, соответственно второго выпускного канала обеспечивается за счет гидродинамического уплотнения между двумя совершающими относительное вращение один поверх другого и образующими пару скольжения элементами в сочетании с гидростатическим предварительным поджатием, благодаря чему величина утечки в замкнутом контуре циркуляции охлаждающей жидкости практически равна нулю. С этой целью предлагаемый в изобретении клапан имеет упруго поджатые к регулирующему элементу, т.е. к дисковому клапанному элементу 28, уплотнительные элементы 44. Такие уплотнительные элементы в виде уплотнительных колец, которые на фиг.2 показаны только в первом выпускном канале 20, поджимаются упругими элементами 46, которые могут быть также образованы, например, кольцевой пружиной, к клапанному элементу и тем самым уплотняют его относительно внутреннего пространства корпуса клапана.

Дисковый клапанный элемент 28, а также уплотнительные элементы 44 предпочтительно выполнять из материалов с одинаковой или сравнимой твердостью во избежание, соответственно для сведения к минимально возможному, взаимного истирания этих элементов. Дисковый клапанный элемент 28 в предпочтительном варианте можно изготавливать из пластмассы или керамического материала. Возможно применение и иных материалов, таких, например, как снабженные покрытием или легированные металлы или стали либо сравнимые с ними по своим свойствам соединения.

Дисковый клапанный элемент 28 наряду с регулирующими контурами для первого, соответственно второго выпускного канала и с центральным отверстием 32 под приводной вал имеет еще одно сквозное отверстие, которое служит балансировочным элементом для устранения дисбаланса поворачиваемого вокруг оси 31 приводного вала 30 дискового клапанного элемента 28. В принципе, однако, средства для балансировки дискового клапанного элемента 28 могут иметь и иное исполнение. Так, в частности, средства для балансировки можно также реализовывать за счет удаления материала, соответственно за счет добавления материала, прежде всего за счет удаления части материала дискового клапанного элемента, соответственно за счет нанесения на него дополнительного материала. В показанном на фиг.2 варианте дополнительный материал можно наносить прежде всего на обращенную к впускному каналу 18 сторону дискового клапанного элемента.

На приводном валу 30 дискового клапанного элемента 28 на обращенном от него конце этого приводного вала 30 закреплено цилиндрическое или винтовое зубчатое колесо 54. Такое винтовое зубчатое колесо 54 может быть, например, напрессовано на приводной вал 30, соответственно в других вариантах может быть также выполнено за одно целое с ним. Винтовое зубчатое колесо 54 предпочтительно выполнять непосредственно на валу 30 за одно целое с ним прежде всего при изготовлении вала из пластмассы. Винтовое зубчатое колесо 54 зацепляется с червяком 56 винтового зубчатого привода, выполненного в виде червячного привода и соединенного с ведущим валом 27 электродвигателя.

Червячный, соответственно червячно-винтовой приводной механизм 32 предлагаемого в изобретении клапана предпочтительно выполнять таким образом, чтобы благодаря наклонному положению червячного привода (межосевой угол отличен от 90°) можно было использовать прямозубое цилиндрическое зубчатое колесо 54 (см. прежде всего фиг.4, соответственно фиг.5). Для этого угол наклона червяка 56, соответственно угол подъема его винтовой линии выбирается максимально точно соответствующим сумме межосевого угла и прямого угла. Межосевой угол представляет собой при этом угол между осью винтового зубчатого привода, т.е. в показанном на фиг.2 варианте между осью 58 вала 27 электродвигателя, и осью 31 приводного вала 30 клапанного элемента 28 (см. также фиг.3). Ось 31 приводного вала 30 клапанного элемента 28 при этом в предпочтительном варианте параллельна общей оси 38 впускного 18 и выпускного 20 каналов.

Ориентация указанных осей друг относительно друга представлена на фиг.3, где в увеличенном виде показан фрагмент предлагаемого в изобретении клапана. Ведущий вал 27 электродвигателя расположен под отличным от 90° углом к обозначенному на фиг.3 своей осью 31 приводному валу 30 клапанного элемента 28. На ведущий вал 27 электродвигательного привода насажен, соответственно за одно целое с этим валом выполнен червяк 56, который зацепляется с показанным на фиг.3 винтовым зубчатым колесом 54.

Преимущества, связанные с выполнением приводного механизма 64 в виде комбинации из червяка и винтового зубчатого колеса, проявляются прежде всего при работе такого приводного механизма в жидкой среде, поскольку промежутки между зубьями, как это можно видеть на фиг.3, соответственно на фиг.4, сужаются изнутри наружу в направлении от червяка к цилиндрическому зубчатому колесу, и поэтому жидкость вытесняется из этих промежутков изнутри наружу в обоих направлениях, а ее потоки имеют тем самым лишь малую скорость. В результате гидродинамические потери на приводном механизме сохраняются на низком уровне. Помимо этого в предлагаемом в изобретении червячно-винтовом приводном механизме благодаря расположению вращающегося червяка сбоку от зубчатого венца цилиндрического зубчатого колеса снижается вероятность защемления присутствующих в жидкости твердых частиц в месте контакта между обоими взаимно зацепляющимися зубчатыми колесами, что могло бы способствовать их повышенному износу. Защемление содержащихся в жидкости твердых частиц между зубьями взаимно зацепляющихся зубчатых колес червячно-винтового приводного механизма практически полностью исключается также благодаря тому, что их зубья соприкасаются между собой не по поверхности большой площади, а в идеальном случае - лишь в точке.

Из приведенных на фиг.3, соответственно на фиг.4 детальных изображений еще раз следует, что преимущество показанного на этих чертежах червячно-винтового приводного механизма 64 состоит в возможности использовать в нем прямозубое цилиндрическое зубчатое колесо 54 благодаря наклонному положению червячного привода 56. Для этого угол наклона червяка 56, соответственно угол подъема его винтовой линии выбирается точно соответствующим сумме межосевого угла и прямого угла. Тем самым исключается возникновение осевых усилий на опоре цилиндрического зубчатого колеса 54 и обеспечивается возможность его монтажа без проворота.

Предлагаемый в изобретении приводной механизм, который в предпочтительном варианте выполнен в виде работающего в жидкой среде приводного механизма, соединен с электродвигательным приводом, который в предпочтительном варианте также выполнен с возможностью работы в жидкой среде. Клапанный элемент 28 и уплотнительный элемент 70, который в предпочтительном варианте поджат в осевом направлении к этому клапанному элементу, образуют при этом барьер, который, как это показано на фиг.2, препятствует загрязнению зоны, где расположен работающий в жидкой среде приводной механизм, твердыми веществами, например формовочной смесью.

Ротор 60 подобного работающего в жидкой среде привода в принципе можно, например, полностью или частично выполнять из редкоземельных магнитов, соответственно из редкоземельного магнетика с высокой остаточной магнитной индукцией. Однако такой редкоземельный магнетик для его защиты от коррозии необходимо герметично изолировать.

Герметичность корпуса клапана относительно его выпускных каналов также обеспечивается за счет гидродинамического уплотнения между двумя совершающими относительное вращение один поверх другого и образующими пару скольжения элементами в сочетании с гидростатическим предварительным поджатием, благодаря чему величина утечки в замкнутом контуре циркуляции охлаждающей жидкости практически равна нулю.

В предлагаемом в изобретении клапане вместо червячно-винтового приводного механизма 64 в принципе можно было бы использовать и диск с наружными зубьями (в виде цилиндрического зубчатого колеса с прямыми, соответственно косыми зубьями, конического зубчатого колеса), с которыми может зацепляться шестерня или червяк. Угол между осями обеих вращающихся деталей и в этом случае должен быть отличен от 90°. В предпочтительном варианте, например, сам дисковый клапанный элемент можно было бы выполнить в качестве элемента приводного механизма, снабдив, например, такой дисковый клапанный элемент по его окружности зубчатым венцом.

На фиг.6 в упрощенном виде схематично показан используемый для охлаждения ДВС 112 контур 110 циркуляции охлаждающей жидкости с (суб-)контуром отопителя и с предлагаемым в изобретении клапаном 131, регулирующим объемный расход охлаждающей жидкости. ДВС 112 имеет расположенное в зоне блока 116 его цилиндров первое впускное отверстие 114 для охлаждающей жидкости, а также имеет первое выпускное отверстие 118 для охлаждающей жидкости, которое через подводящий трубопровод 120 и впускное отверстие 122 радиатора 124 контура 110 циркуляции охлаждающей жидкости сообщается с этим радиатором. Радиатор 124 в свою очередь через свое выпускное отверстие 126 и соединительный трубопровод 128 соединен с ДВС 112 и сообщается с его впускным отверстием 114 для охлаждающей жидкости.

Для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости в контуре 110, охватывающем ДВС 112, в соединительном трубопроводе 128 предусмотрен водяной насос 130, который в показанном на фиг.6 варианте выполнен с электронным регулированием. В других вариантах выполнения предлагаемого в изобретении контура циркуляции охлаждающей жидкости с контуром отопителя возможно также использование чисто механических водяных насосов.

В зоне головки 132 блока цилиндров ДВС 112 находится второе выпускное отверстие 134 для охлаждающей жидкости, которое соединительным трубопроводом 136 сообщается с радиатором 138 системы отопления, включенным в субконтур 140 отопителя. В этот субконтур 140 отопителя поступает часть выходящей из ДВС 112 нагретой охлаждающей жидкости, накопленная которой тепловая энергия используется при этом для отопления, например, не показанного на фиг.6 салона автомобиля путем теплообмена через радиатор 138 системы отопления. Система отвечающего потребностям регулирования функции отопления представлена на фиг.6 лишь схематично управляемыми клапанами 142, соответственно 144 подвода охлаждающей жидкости к отопителю.

От подводящего трубопровода 120 контура 110 циркуляции охлаждающей жидкости ответвляется перепускной трубопровод 129, который проходит параллельно радиатору 124 и непосредственно соединяет подводящий трубопровод 120 с соединительным трубопроводом 128 в точке между выпускным отверстием 126 радиатора и впускным отверстием 114 двигателя. Для регулирования относительного объемного расхода охлаждающей жидкости через радиатор 124, с одной стороны, и через перепускной трубопровод 129, с другой стороны, в показанном на фиг.6 варианте выполнения контура циркуляции охлаждающей жидкости предусмотрен трехходовой перепускной клапан 131, управляемый и регулируемый блоком 146 управления. Такой перепускной клапан 131 выполнен при этом по типу предлагаемого в изобретении клапана, показанного на фиг.1-3.

В показанном на фиг.6 варианте выполнения контура 110 циркуляции охлаждающей жидкости управление клапанами 142, соответственно 144 в субконтуре 140 отопителя и их регулирование так же, как и управление перепускным клапаном 131 и его регулирование, осуществляется блоком 146 управления. С блоком 146 управления, который, например, может также представлять собой блок управления двигателем автомобиля, соединены различные датчики, которые для упрощения не показаны на фиг.6 и условно обозначены лишь электрическими соединительными проводами 148. От таких датчиков в блок 146 управления поступают данные о фактических параметрах контура циркуляции охлаждающей жидкости, соответственно о фактических параметрах двигателя, которые могут затем сравниваться с хранящимся в памяти блока управления данными для определения таким путем соответствующих управляющих воздействий для активных компонентов контура 110 циркуляции охлаждающей жидкости. В блок 146 управления наряду с данными о параметрах контура 110 циркуляции охлаждающей жидкости, таких, например, как температура охлаждающей жидкости, поступают также данные о температуре двигателя и прежде всего о его температуре в его различных подверженных опасности перегрева местах. В качестве других входных сигналов в блок управления, кроме того, могут также от соответствующих датчиков поступать сигналы, характеризующие расход топлива, а также концентрацию вредных веществ в выбрасываемых ДВС отработавших газах.

В показанном на фиг.6 варианте блок 146 управления одновременно служит для отвечающего потребностям управления вентилятором 150 системы охлаждения, который для повышения интенсивности охлаждения расположен перед радиатором 124, находящимся в контуре циркуляции охлаждающей жидкости. Вентилятор 150 состоит из крыльчатки 152 и приводящего ее во вращение двигателя 154, управляющие сигналы и электропитание на который подаются от блока 146 управления по соответствующим электрическим соединительным проводам. Кроме того, блок 146 управления помимо прочего регулирует также производительность электрического водяного насоса 130.

Блок 146 управления, в частности, рассчитывает по управляющему воздействию для каждого из исполнительных элементов клапанов 131, 142 и 144, а также других не показанных на изображенной на фиг.6 упрощенной схеме контура циркуляции охлаждающей жидкости клапанов с целью регулируемого изменения фактической температуры двигателя в сторону его оптимальной заданной температуры. Управление исполнительными элементами предлагаемых в изобретении клапанов в контуре 110 циркуляции охлаждающей жидкости происходит таким образом, чтобы регулируемый клапанами объемный расход охлаждающей жидкости был по возможности линейно пропорционален управляющему воздействию, подаваемому на конкретный исполнительный элемент. Соблюдение этого условия позволяет точно регулировать положение клапанных элементов по управляющим сигналам от блока управления и благодаря этому с высокой точностью согласовывать объемный расход охлаждающей жидкости с заданными значениями, определяемыми, например, хранящейся в памяти блока 146 управления моделью, описывающей зависимость температуры двигателя от времени. Для установки температуры двигателя на оптимальное значение предлагаемые в изобретении управляемые клапаны регулируют относительный объемный расход охлаждающей жидкости через радиатор 124, соответственно через перепускной трубопровод 129. Так, например, на период пуска и прогрева ДВС 112 можно полностью перекрывать соединительный трубопровод 120, ведущий к радиатору 124, и при необходимости полностью или же лишь незначительно открывать перепускной трубопровод 129 предлагаемым в изобретении перепускным клапаном 131. Таким путем обеспечивается возможность быстрого прогрева ДВС 112 до оптимальной рабочей температуры и тем самым возможность раннего достижения режимов его работы, в которых меньше расход топлива, а также ниже концентрация вредных веществ в выбрасываемых двигателем отработавших газах. После прогрева двигателя до своей оптимальной температуры ведущий к радиатору системы охлаждения подводящий трубопровод 120 открывается перепускным клапаном 131, а перепускной трубопровод 129 можно перекрыть на соответствующую величину для возможности отдачи избыточной выделенной ДВС 112 тепловой энергии окружающему воздуху через радиатор 124, а также при необходимости с помощью вентилятора 150. Равным образом можно также одновременно полностью перекрывать перепускным клапаном 131 перепускной трубопровод 129 и подводящий трубопровод, ведущий к радиатору системы охлаждения.

Настоящее изобретение не ограничено представленными в описании вариантами выполнения предлагаемого в изобретении клапана.

Клапан для регулирования объемного расхода в автомобильной системе отопления и/или охлаждения, имеющий корпус, от которого отходят по меньшей мере один впускной канал и по меньшей мере один выпускной канал, а также имеющий по меньшей мере один расположенный в корпусе дисковый клапанный элемент для регулирования объемного расхода, установленный на приводящем его в поворотное движение вокруг своей оси приводном валу и кинематически связанный с электродвигательным приводом приводным механизмом. Приводной механизм приводится в действие бесколлекторным электродвигателем постоянного тока, причем как приводной механизм, так и ротор электродвигателя постоянного тока в процессе работы омываются охлаждающей жидкостью, объемный расход которой регулируется. Имеется автомобильный контур отопителя и/или циркуляции охлаждающей жидкости, прежде всего в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания с таким клапаном. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапан для регулирования объемного расхода в автомобильной системе отопления и/или охлаждения, имеющий корпус (10), от которого отходят по меньшей мере один впускной канал (18) и по меньшей мере один выпускной канал (20, 22), а также имеющий по меньшей мере один расположенный в корпусе (10) дисковый клапанный элемент (28) для регулирования объемного расхода, установленный на приводящем его в поворотное движение вокруг своей оси (31) приводном валу (30), и кинематически связанный с электродвигательным приводом (24) приводным механизмом (64), отличающийся тем, что приводной механизм (64) приводится в действие бесколлекторным электродвигателем постоянного тока, причем как приводной механизм (64), так и ротор (60) электродвигателя постоянного тока в процессе работы омываются охлаждающей жидкостью, объемный расход которой регулируется.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что приводной механизм (64) имеет винтовой зубчатый привод (56).

3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что винтовой зубчатый привод (56) кинематически связан, прежде всего соединен, с ведущим валом (27) электродвигательного привода (24).

4. Клапан по п.2, отличающийся тем, что винтовой зубчатый привод (56) зацепляется с цилиндрическим зубчатым колесом (54), которое соединено с клапанным элементом (28) или его приводным валом (30).

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что приводной вал (30) клапанного элемента (28) расположен в основном перпендикулярно его плоскости.

6. Клапан по п.2, отличающийся тем, что ось (58) винтового зубчатого привода (56) образует с осью (31) приводного вала (30) клапанного элемента (28) межосевой угол, отличный от 90°.

7. Клапан по п.2, отличающийся тем, что винтовой зубчатый привод (56) выполнен в виде червячного привода (56).

8. Клапан по п.5, отличающийся тем, что угол подъема винтовой линии червячного привода (56) равен сумме межосевого угла и прямого угла.

9. Клапан по одному из пп.4-7, отличающийся тем, что цилиндрическое зубчатое колесо (54) представляет собой прямозубое цилиндрическое зубчатое колесо.

10. Клапан по п.1, отличающийся тем, что ротор по меньшей мере частично выполнен из редкоземельного магнетика.

11. Клапан по п.10, отличающийся тем, что редкоземельный магнетик ротора герметично изолирован.

12. Клапан по п.1, отличающийся тем, что клапанный элемент (28) и по меньшей мере один поджатый к нему уплотнительный элемент (44) образуют барьер для твердых веществ, присутствующих в жидкости, объемный расход которой регулируется.

13. Автомобильный контур отопителя и/или циркуляции охлаждающей жидкости, прежде всего в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, с по меньшей мере одним клапаном (131) по одному из пп.1-12.