具有由螺線管提供動力的閘閥的柴油發動機流體冷卻系統的制作方法
【專利說明】具有由螺線管提供動力的閘閥的柴油發動機流體冷卻系統
[0001]相關申請
[0002]本申請要求遞交于2013年11月12日的美國臨時申請號碼61/902，896的優先權，所述美國臨時申請的全部內容在此通過引用被并入。
技術領域
[0003]本申請涉及柴油機流體儲器系統，以及更具體地涉及具有由螺線管提供動力的閘閥的這種系統，所述閘閥被設置以選擇性地控制柴油機流體儲器加熱元件和發動機之間的發動機冷卻劑的流動。
【背景技術】
[0004]在柴油機中，為了滿足針對減少的排放水平的監管標準，發動機和車輛制造商使用將流體(柴油機尾氣處理流體(“DEF”))噴射到排氣裝置中的選擇性催化還原(“SCR”)系統。DEF典型地被儲存在儲器中并且根據發動機控制單元的需要被引進到排氣裝置中。然而，DEF如果被暴露于過冷的溫度則經受凍結。同樣地，為了防止DEF凍結，發動機冷卻劑被轉向到儲器中的加熱元件以阻止DEF凍結或者如果DEF已經凍結則解凍所述DEF。典型地被電子地控制的閥，例如提升閥、隔膜或短管閥(spool valve),已被用作控制閥以控制冷卻劑從主冷卻系統到包含DEF的儲器中的加熱元件的流動。
[0005]被電子地控制的提升閥、隔膜和短管閥雖然能夠運行但表現得不如所期望的那樣好。這些類型的閥易受污染的影響并且在需要低壓降時執行不良好。
[0006]在自動化的或“受控制的”閥中，閘典型地由螺線管致動并且響應于被施加到螺線管線圈的電流而被打開或閉合。這些由螺線管提供動力的閘閥也傾向包括線圈彈簧、隔膜或其它偏置元件，所述偏置元件將閘偏置向無動力的、‘正常打開’或‘正常關閉’的位置。由于偏置力必須克服阻礙閘的運動的摩擦力以便將閘返回到閘的正常位置，并且由于螺線管機構必須既克服這些相同的摩擦力又克服偏置力以便將閘移動到被主動地供應動力的位置，摩擦力往往很大程度上影響所需要的螺線管操作力。
[0007]當閘被閉合時入口和出口之間的良好密封典型地要求閘和導管的壁之間的一定程度的過盈。增加設計的過盈以獲得可靠的、高質量的密封(尤其在導致部件變化在合理的容差內時)傾向既增加阻礙閘的運動的摩擦力又增加所需要的螺線管操作力。然而，如果密封可靠性和質量可以以更低的摩擦阻力被維持，則螺線管操作力的減少將有益地允許螺線管機構的大小、重量和散熱要求的減少，并且因此允許閘閥整體的大小、重量和功率需求的減少。需要這種被改進的閘閥。
[0008]發明概述
[0009]在本文中所公開的是如下由螺線管提供動力的閘閥，所述閘閥提供具有減少的操作力要求的可靠的、高質量的密封。在一方面，由螺線管提供動力的閘閥被包括在發動機冷卻系統和與被固定在儲器中的DEF處于熱連通中的加熱元件之間的流體發動機冷卻劑通路中，以控制發動機冷卻劑的流動并且因此消除DEF的凍結。閥包括螺線管線圈和被連接到閥機構的電樞，其中閥機構包括限定用于彈簧閥組件的袋的導管，所述彈簧閥組件在流動(打開)位置和非流動(閉合)位置之間在袋中是能夠線性地運動的。彈簧閥組件包括第一閘構件、與第一閘構件相對的第二閘構件，和被保持在第一閘構件和第二閘構件之間的環形松緊帶，其中第一閘構件和第二閘構件被機械地耦合到用于往復進行線性運動的電樞。在一些實施例中，機械耦合件包括閥桿，在所述閥桿上第一閘構件和第二閘構件在與導管的縱軸線平行的至少一個方向上是各自能夠滑動的，所述方向可以在相同的方向上或者在相對于彼此的相反的方向上。
[0010]環形松緊帶允許彈簧閘組件在沒有大的摩擦力的情況下產生袋中的過盈配合并且減少針對窄的部件容差的需要，所述摩擦力將通過壓緊由單一的、更剛性的材料構成的整體閥而產生。可滑動的機械耦合件允許彈簧閘組件被螺線管機構和與閘組件未精確地對準的機械耦合件在打開和閉合的位置之間線性地移動，進一步減少對閘組件的運動的潛在摩擦阻力。本領域技術人員將會理解可滑動機械耦合件是本發明的有益然而可選的部分。
【附圖說明】
[0011]圖1是具有冷卻系統的柴油機的示意性圖解，所述冷卻系統包括被布置在儲器的加熱元件和柴油機之間的發動機冷卻劑通路中的在本文中所公開的閥之一。
[0012]圖2是包括致動器外殼和閥機構的閥的立體圖。
[0013]圖3是圖1的閥的沿著閥機構的導管的縱軸和流動方向所取的剖視圖，閘位于被主動地供應動力的、打開的位置中。
[0014]圖4是圖1和圖2的閥的沿著閥機構的導管的縱軸所取的剖視圖，閥處于無動力的、閉合的位置中。
[0015]圖5是閥的相似的實施例的沿著垂直于閥機構的導管的縱軸和流動方向的平面所取的剖視圖，閘處于被主動地供應動力的、閉合的位置中。
[0016]圖6是圖4的閥的沿著垂直于閥機構的導管的縱軸的平面所取的剖視圖，閘處于無動力的、打開的位置中。
[0017]圖7-9分別是彈簧閘組件的一個實施例的側面立體圖、仰視圖和側面立體分解圖。
[0018]圖10-11分別是彈簧閘組件的另一實施例的側面立體圖和側面立體分解圖。
[0019]圖12-14分別是變型的彈簧閘構件的前視圖、變型的彈簧閘組件的側面橫斷面以及變型的彈簧閘組件的俯視立體圖。一對鎖件281針對上下文被示出在圖12中。
[0020]圖15-17是彈簧閘組件的又一個實施例的側面立體圖、前視圖和縱向截面圖。
[0021]發明詳述
[0022]下面的詳細的描述將圖解本發明的一般原理，所述本發明的示例附加地被示出在附圖中。在圖中，相似的參考數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“流體”意指任何液體、懸濁液、膠體、氣體、等離子體或其組入口 ο
[0024]圖2至圖4各自示出閘閥100的一個實施例，所述閘閥被適配以如在圖1中所示出的那樣選擇性地控制流動在加熱元件42和柴油機14之間的發動機冷卻劑48的流動。雖然圖1特定于柴油發動機系統，而在本文中所公開的閘閥可以被包括在很多系統中，包括在其它內燃機中的其它系統，但是閘閥100在圖1的系統中提供很多優點，包括污染耐受性。參照圖I中的示意性圖解，包括具有包含DEF 18的儲器16的柴油機排氣流體系統12的柴油機系統10被示出。加熱元件42被附著到儲器16以便使DEF 18和加熱元件42處于良好的熱連通中。高壓發動機冷卻劑從配件44流動穿過包括閘閥100的第一導管20，所述閘閥可操作地被布置在由第一導管20限定的流動通路中以控制穿過所述第一導管的流體的流。柴油發動機系統10還包括第二導管22，所述第二導管限定柴油發動機14和被附著到儲器16的加熱元件42之間的第二流動通路。儲器16通過DEF抽吸管線26和DEF返回管線28與計量栗24流體耦合，并且計量栗24可操作地耦合到計量控制模塊30并且通過DEF壓力管線34被流體地耦合到DEF噴射器32 AEF噴射器32流體耦合在柴油發動機14的排氣流38中的SCR催化轉換器36的上游。柴油發動機系統10也可以在柴油發動機14和SCR催化轉換器36之間的排氣流38中包括柴油微粒過濾器40，典型地DEF噴射器的上游。還可以包括其它催化部件、例如稀油氮氧化物捕集器、氧化催化劑、析氫催化劑以及這些和其他部件的組合。
[0025]仍參照圖1，閘閥100將具有兩種狀況:(I)無流動狀況，和(ii)流動狀況。計量控制模塊30或被附接到柴油發動機14的發動機控制計算機將借助于溫度傳感器50要么檢測環境溫度，以及要么檢測DEF 18的溫度。當環境或DEF 18溫度低于DEF的凍結溫度時，閘閥100將被控制進入流動狀況。這將允許發動機冷卻劑48流動通過加熱元件42。隨著發動機溫度升高到DEF的凍結溫度之上，DEF 18將熔化并且變得可栗送。在通過溫度傳感器50所測量的DEF 18溫度已達到規定的溫度之后，閘閥100將被控制進入無流動狀況。在一個實施例中，閘閥100具有針對無流動狀況的無動力配置以及針對流動狀況的有動力配置。在另一實施例中，有動力和無動力可以被顛倒。
[0026]現在參照圖2-4，閘閥100可以具有外殼102，所述外殼包含螺線管線圈104和能夠可操作地致動閥機構120的電樞106。電樞106包括被接收在螺線管線圈104內的插入端106a和毗鄰的主體部分107，所述主體部分在電流施加到線圈時更完整地被接收在螺線管線圈104內。在一種構造中，插入端106a和主體部分107可以是由磁性或順磁性的材料(例如含鐵合金或含