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1、10申请公布号CN104246333A43申请公布日20141224CN104246333A21申请号201380010223X22申请日2013022261/602,04820120222USF16K31/383200601F16K1/1220060171申请人麦格纳动力系美国有限公司地址美国密歇根州72发明人达雷尔F格林74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人董敏吴焕芳54发明名称用于被控流体流动的球阀57摘要一种在车辆中使用的用于将流从源选择性地转移到另一路径的阀10。该阀包括在壳体12中能够在闭合位置之间轴向移动的阀柱塞20，在闭合位置中，阀柱塞的环形部分28封锁入。
2、口管14的内径并用作流体动力表面以使进入入口管的流体顺畅地流过阀元件，该阀元件包括与阀构件的固定基部接触的控制室40。该控制室40通过入口孔口32连接至入口压力并且连接至具有低压侧的外部控制孔口52连接部，使得控制室中的控制压力能够在入口压力的100与0之间变化。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014082086PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0274082013022287PCT国际申请的公布数据WO2013/126758EN2013082951INTCL权利要求书2页说明书5页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图。
3、5页10申请公布号CN104246333ACN104246333A1/2页21一种阀组件，包括壳体，所述壳体具有入口和出口以用于将流体从所述入口选择性地引导至所述出口；腔室，所述腔室形成在所述壳体中并且具有所述出口、所述腔室和所述入口的内径；以及球阀部分，所述球阀部分以可移动的方式定位在所述腔室中并且容置在所述壳体中，其中，所述球阀部分具有构造成在所述球阀部分处于闭合位置时接触所述内径的环形部分，并且所述环形部分在所述球阀部分向打开位置移动时远离所述内径移动。2根据权利要求1所述的阀组件，还包括控制室，所述控制室具有在入口孔口处供给至所述控制室的第一压力并且具有从延伸穿过所述壳体的外部控制孔口。
4、连接部供给至所述控制室的第二压力，所述第二压力具有低压侧，使得所述控制压力和所述控制室是可变的并且控制所述球阀部分在所述打开位置、所述闭合位置以及所述打开位置与所述闭合位置之间的任何位置之间的运动。3根据权利要求2所述的阀组件，其中，所述球阀部分具有位于所述壳体内的所述腔室内的固定基部构件，并且其中，所述球阀部分还包括位于所述腔室中的可移动的阀柱塞，并且所述控制室位于所述可移动的阀柱塞与所述固定基部构件之间。4根据权利要求3所述的阀组件，其中，所述固定基部构件和所述阀柱塞限定所述控制室并且用作活塞，其中，所述固定基部构件包括后表面，所述后表面面向所述出口并且形成用于将流动流体会聚到所述出口中的。
5、会聚外表面。5根据权利要求4所述的阀组件，其中，所述阀柱塞上的净力由所述阀柱塞的流体动力面上的压力与所述控制室中的压力决定，并且所述控制室的面部分的相对面积固定为使得所述阀柱塞的位置仅能够通过由外部控制孔口产生的限制来控制而不取决于入口压力。6根据权利要求5所述的阀组件，还包括用于控制所述阀组件的致动器，其中，所述致动器为用于使所述阀组件在所述打开位置与所述闭合位置之间动作的螺线管、音圈马达、旋转装置、丝杠和记忆金属中的至少一者。7一种阀组件，包括壳体，所述壳体具有入口和出口以用于将流体流从源穿过所述入口选择性地引导到所述出口；腔室，所述腔室形成在所述壳体中并且由从所述入口沿着所述腔室的表面穿。
6、过所述腔室延伸至所述出口的内径限定；球阀部分，所述球阀部分具有连接至所述腔室的所述内径的固定基部构件以及以可移动的方式连接至所述固定基部构件的阀柱塞，其中，所述阀柱塞具有构造成在所述球阀部分的所述阀柱塞处于闭合位置时接触所述内径的环形部分，并且所述环形部分在所述球阀部分的所述阀柱塞向打开位置移动时远离所述内径移动，从而允许流体从所述入口经过所述环形部分穿过所述腔室流至所述出口；控制室，所述控制室形成在所述固定基部构件与所述阀柱塞部分之间；以及入口孔口和外部控制孔口，所述入口孔口穿过所述阀柱塞部分延伸至所述控制室以将第一压力提供至所述控制室，所述外部控制孔口穿过所述壳体延伸至所述控制室以将第二压。
7、力提供至所述控制室，其中，所述第一压力和所述第二压力在所述控制室内产生可变压力以使所述阀柱塞相对于所述固定基部构件移动，其中，所述阀柱塞相对于所述固定基部权利要求书CN104246333A2/2页3构件的所述移动使所述球阀部分在所述打开位置与所述闭合位置之间移动。8根据权利要求7所述的阀组件，其中，所述固定基部构件和所述阀柱塞限定所述控制室并且用作活塞，其中，所述固定基部构件包括后表面，所述后表面面向所述出口并且形成用于将流动流体会聚到所述出口中的会聚外表面。9根据权利要求8所述的阀组件，其中，所述阀柱塞上的净力由所述阀柱塞的流体动力面上的压力与所述控制室中的压力决定，并且所述控制室的面部分的。
8、相对面积固定为使得所述阀柱塞的位置能够通过由所述外部控制孔口产生的限制来控制而不取决于入口压力。10根据权利要求9所述的阀组件，还包括用于控制所述阀组件的致动器，其中，所述致动器为用于使所述阀组件在所述打开位置与所述闭合位置之间动作的螺线管、音圈马达、旋转装置、丝杠和记忆金属中的至少一者。11一种阀组件，所述阀组件具有阀壳体，所述阀壳体具有入口和出口，所述阀用于选择性地引导来自源的流的阀，所述阀包括阀柱塞，所述阀柱塞在所述壳体中由多个导流翅片支撑，并且所述阀柱塞在所述壳体中能够在所述阀柱塞的环形部分封锁所述入口的闭合位置与所述阀柱塞不封锁所述入口的打开位置之间轴向移动；并且其中，所述阀柱塞包括。
9、限定了所述环形部分的外部弯曲表面，所述外部弯曲表面在进入入口管的流体顺畅地流过所述阀柱塞时能够用作流体动力表面。12根据权利要求11所述的阀组件，还包括控制室，所述控制室具有在入口孔口处供给至所述控制室的第一压力并且具有从外部控制孔口连接部供给至所述控制室的第二压力，所述第二压力具有低压侧，使得所述控制室中的控制压力能够在所述入口压力的100与0之间变化。13根据权利要求11所述的阀组件，还包括定位成朝向所述阀组件的所述出口并且在所述壳体内的固定基部构件，并且其中，所述控制室由所述可移动的阀柱塞和所述固定基部构件限定。14根据权利要求13所述的阀组件，其中，限定所述控制室的所述固定基部构件和所。
10、述阀柱塞用作活塞，并且其中，所述固定基部包括后表面，所述后表面面向所述出口并且形成用于将流动流体会聚到所述出口中的会聚外表面。15根据权利要求14所述的阀组件，其中，所述阀柱塞上的净力由所述阀柱塞的流体动力面上的压力与所述控制室压力决定，并且所述面和所述控制室的相对面积固定为使得所述阀柱塞的位置仅能够通过由所述外部控制孔口产生的限制来控制而不取决于入口压力。16根据权利要求15所述的阀组件，其中，所述致动器为用于使所述阀组件在所述打开位置与所述闭合位置之间动作的螺线管、音圈马达、旋转装置、丝杠和记忆金属中的至少一者。17根据权利要求11中任一项所述的阀组件，其中，所述阀组件能够由致动器操作而改。
11、变所述阀柱塞的位置，而不必克服或经受由所述阀柱塞面上的压力产生的力的波动。18根据权利要求17所述的阀组件，其中，所述致动器位于所述固定基部中。权利要求书CN104246333A1/5页4用于被控流体流动的球阀0001相关申请的交叉引用0002本申请要求于2012年2月22日提交的美国临时申请NO61/602,048的权益。技术领域0003本发明总体上涉及用于控制流体的流动的阀。更特别地，本发明涉及一种用于流体控制阀的特殊设计，该流体控制阀用于在比如用于发动机冷却系统或需要控制流体的流动的系统中的流体控制回路之类的流体控制回路中控制流体的流动。背景技术0004通常已知环形阀适于调节流体的流动和。
12、压力。通常，环形阀设计为针对液柱压力工作并抵抗气穴现象。关闭构件通常具有圆锥形状并且能够在管、导管或流体流动流经的其他结构的轴向方向上移动。通常，流体流动在关闭构件沿远离出口的方向轴向移动即，阀是打开的时绕着关闭装置进行。发明内容0005在一个示例性实施方式中，公开了一种阀组件，该阀组件包括具有入口和出口的阀壳体以及用于选择性地引导来自源的流的阀。该阀包括阀柱塞，该阀柱塞在壳体中由多个导流翅片支撑并且在壳体中能够在阀柱塞的环形部分封锁入口的闭合位置与阀柱塞不封锁入口的打开位置之间轴向移动；并且其中，阀柱塞包括限定了环形部分的外部弯曲表面，该外部弯曲表面能够在进入入口管的流体顺畅地流过阀柱塞时用。
13、作流体动力表面HYDRODYNAMICSURFACE。0006在一个示例性实施方式中，该阀组件还包括控制室，该控制室具有在入口孔口处提供给控制室的第一压力并且具有从外部控制孔口连接部提供给控制室的第二压力，第二压力具有低压侧优选泵的入口，使得控制室中的控制压力能够在入口压力的100与0之间变化。0007在另一示例性实施方式中，该阀组件还包括定位成朝向阀组件的出口并在壳体内的固定基部构件，其中，控制室由可移动的阀柱塞和固定基部限定。在另一示例性实施方式中，固定基部和阀柱塞限定了用作活塞的控制室，并且固定基部包括外表面，该外表面面向出口并且具有用于将流动流体会聚到出口管中的会聚外表面。0008在另。
14、一示例性实施方式中，阀组件操作成使得阀柱塞上的净力由该柱塞的流体动力面上的压力与控制室压力决定，并且该控制室的面的相对面积是固定的，使得阀柱塞的位置仅能够通过由控制室中的外部控制孔口压力产生的限制来控制而不取决于入口压力。0009在一个示例性实施方式中，阀组件包括用于控制阀组件、并且更具体地用于通过控制阀柱塞相对于固定基部的位置来控制控制室中流体的压力的致动器。该致动器可以为用于使阀组件在打开位置与闭合位置之间动作的螺线管、音圈马达、旋转装置、丝杠和记忆金属中的任一者。特别地，控制致动器定位成与控制孔口连接部连通以在控制室中限定变说明书CN104246333A2/5页5化的限制作用从而用于允许。
15、一部分流体从控制室中流出，并且/或者控制致动器定位成与控制孔口连接部连通以减小控制室中的流体的压力。0010在一个示例性实施方式中，阀柱塞能够通过致动器操作以改变阀柱塞的位置，而不必克服或经受由阀柱塞面上的压力即，入口压力及其变化产生的力的波动。在另一示例性实施方式中，致动器可位于固定基部中。0011在另一示例性实施方式中，阀组件可用在冷却系统中。在另一示例性实施方式中，阀组件可用在用于诸如客运车辆中使用的内燃发动机之类的内燃发动机的冷却系统中。特别地，阀组件可以与水泵的出口在冷却系统中流体连通以用于将冷却水选择性地供给至发动机的水套。在一个示例性实施方式中，阀组件由发动机控制模块控制。特别地。
16、，该控制阀的致动器由诸如发动机控制模块之类的控制器控制。0012从下文中提供的详细描述中，本发明的其它应用领域将变得明显。应该理解的是，详细描述和具体示例尽管表明了本发明的优选实施方式，但其仅用于说明的目的，并不用于限制本发明的范围。附图说明0013本发明将从详细的描述和附图变得被更全面地理解，在附图中0014图1为根据本公开的示例性球阀以及壳体系统的立体图；0015图2为根据本公开的图1的示例性实施方式的球阀以及壳体的局部截面图；0016图3为根据本公开的其中壳体被移除的图1的球阀的局部立体图，其描绘了流体在球阀上的流动；0017图4为根据本公开的用于球阀操作的流体压力控制回路的示意图；00。
17、18图5为根据本公开的示例性球阀以及假想壳体的立体图；0019图6为根据本公开的示例性球阀的控制压力曲线图，其描绘了阀力压力设定与控制压力的关系；0020图7为根据本公开的图1的示例性球阀以及壳体系统的替代性立体图；0021图8为根据本公开的图1的示例性球阀以及壳体系统的又一替代性立体图；0022图9为处于闭合位置时根据本公开的图1的示例性实施方式的球阀以及壳体的局部横截面图；以及0023图10为处于打开位置时根据本公开的图1的示例性实施方式的球阀以及壳体的局部横截面图，其示出了流体的流动。具体实施方式0024本优选实施方式的以下描述实际上仅是示例性的并且决不意欲限制本发明、本发明的应用或用途。
18、。0025总体参照所有附图，本公开以及本公开中所描述的教示提供了一种用作发动机冷却系统的一部分的阀，该阀能够操作成使用入口管的内径ID来控制在入口管处流动的流体的流动。应该理解的是，使用本公开以及本申请的教示，可重新布置阀的零件并且也可将该阀结合在任何其他类型的系统中以执行类似功能。0026具体参考图1、图7和图8，公开了一种阀组件10，该阀组件10包括壳体12并且具说明书CN104246333A3/5页6有入口14和出口16。该阀组件10包括与环形阀的功能类似的弹型阀部分18。现在具体参考图2、图3、图5、图9和图10，阀组件10的内部部件可以被更清楚地看到。阀组件10包括能够在壳体12的入。
19、口14端内轴向移动的阀柱塞20。阀柱塞20由多个导流翅片22支撑尽管公开了三个导流翅片，但可以使用更多个导流翅片并且可定位成根据入口14的内径24ID封锁或打开入口14。该阀柱塞20包括外表面26，该外表面26具有由导流翅片22修饰的大致弹型形状。大致圆形形状包括并限定与入口14的ID24相匹配的环形部分28以在阀柱塞20位于闭合位置时图9提供良好的液密密封。阀柱塞20的外表面26和壳体12设计成使得当流体围绕阀柱塞20流动时，外表面26将用作流体动力表面以使流入入口14的流体在阀柱塞20和其他阀元件上及围绕阀柱塞20和其他阀元件顺畅地运动。同样地，阀柱塞20被公开为能够在壳体12的腔室30内。
20、轴向移动的大致圆形构件。该阀构件可使用任何已知或合适的制造过程由任何已知或合适的材料制成。0027阀柱塞20包括从前缘36最靠近壳体的入口沿着阀柱塞20的轴线34向后缘38或侧面离壳体的入口最远延伸的入口孔口32，该入口孔口32用于将入口流体压力传送至位于阀柱塞20的后缘38上的控制室40，最佳地如图2、图9和图10所示。该阀柱塞20还包括朝向后缘38定位的多个导流翅片42以用于进一步支撑壳体腔室30内的阀柱塞20。0028后缘38限定了阀柱塞20的壁，阀柱塞20的壁限定了控制室40的一部分。该阀柱塞20用作壳体12的腔室30内的活塞型构件。位于阀柱塞20与固定基部46之间的控制室40通过任何。
21、已知或合适类型的密封装置48密封在阀柱塞20与固定基部46之间，最佳地如图2所示，其中，密封装置48包括但不限于比如在底座之间机械紧密配合的密封件、环状密封件、隔膜密封件、活塞密封件、或适于承受控制室40内的入口流体压力的任何其他类型的密封件。0029固定基部46附接至壳体12的一半以形成出口组件50，并且该固定基部46还包括起壳体腔室30的形状的作用以将流动流体会聚在出口16中的锥形外表面设计。与阀组件的入口孔口32类似，出口侧也具有流动通道最佳地如图2、图3、图5、图9和图10所示，该流动通道实际上用作流体动力表面以使穿过壳体腔室30的流体顺畅地运动并且顺畅地流过固定基部46并顺畅地流动至。
22、出口16。0030入口和外部控制孔口52连接至控制室40。该外部控制孔口52连接至低压侧优选地泵的入口，使得控制压力能够在入口压力的100与0之间变化。由于阀柱塞20根据阀柱塞20的侧面上的压力的平衡在壳体腔室30内轴向移动，因此可以理解的是，改变控制阀将改变控制室40中的流体的压力，并且从而控制阀柱塞20在壳体12的腔室30中的位置，并且因此控制流体穿过阀组件10的流动。限流针阀、球阀、杆、指状物等任何器件会在关闭与开启之间改变，任何类型的致动器使阀在开启和关闭之间移动。0031此外，在一个替代性实施方式中，可以预期，阀组件10可选地包括用于使阀柱塞20朝向特定位置例如在图2和图9中示出的闭。
23、合位置偏置的弹簧构件。弹簧构件的力被选择为相对较小的，使得弹簧构件仅用足够的且必要的力使阀构件朝向闭合位置偏置以允许阀构件正常地偏置闭合，但是阀构件仍然可以被操作。0032如在用于各种压力设定的图6的控制压力图中最佳示出的，由于入口孔口32允许所施加的压力施加至阀柱塞20的两侧，因此本公开的阀组件在阀柱塞20处于闭合位置时说明书CN104246333A4/5页7是平衡的。在一个示例性实施方式中，预期入口孔口32和控制孔口的横截面面积被选择成使得施加至阀柱塞20的每侧的力在闭合位置是平衡的并且阀柱塞20不移动。当控制孔口52从闭合位置打开并且允许流体流过控制孔口52且离开控制室40时，控制室40。
24、中的压力将下降，并且阀柱塞20上的压力平衡将使阀柱塞20从壳体腔室30内的闭合位置图2和图9朝向打开位置图10移动。如在图6中看到的那样，图示的入口压力除以入口孔口32和控制孔口52的有效横截面的比率，使得对阀柱塞20的控制进一步增强。在一个特定实施方式中，预期控制器机构可用于响应于来自控制器的信号来控制阀的位置从而控制允许流体离开控制孔口连接部。由于柱塞上的净力由柱塞的流体动力面上的压力与控制室压力决定，并且面和控制室的相对面积固定，因此阀的位置并因此流动控制可仅通过由外部控制孔口产生的限制来控制，并且不取决于入口压力。因此，外部控制孔口的控制以及允许离开的流体的量将控制在控制室中的压力下降。
25、和阀组件的操作。0033因此，在一个实施方式中，阀组件10的控制通过用于操作在控制孔口52连接部上的阀的致动器来直接完成。致动器可以具有诸如螺线管、音圈马达、旋转装置、丝杠、记忆金属或其他类型之类的任何已知的或适当的类型，原因在于致动器必须仅用于改变控制阀在控制孔口52连接部上的位置而不是必须要克服或经受通过阀柱塞20面上的压力变化产生的力的波动。因此，本设计仅需要很少量的力来控制控制阀从而允许相对很小的致动器用于控制阀组件10。因此，存在根据本公开的阀组件10的显著的改进，原因在于与不包括如文中所公开的和教示的控制室的类似应用中使用的已知的阀相比较，该阀组件允许相对更小的包装要求以及相对更低。
26、的电功率输出。在又一替代性实施方式中，可以预期，致动器和阀可以合并在固定基部46中，并且与入口孔口32的横截面相比可以改变控制孔口52连接部的横截面的闭合。0034还可以预期，在控制孔口52连接部中的无穷变化限制，或者甚至多个选择性限制可以用于控制阀组件打开。类似地，这种控制可以通过由但不限于如文中公开的致动器，该致动器包括但不限于螺线管、步进马达、蜡元件马达、或记忆金属/聚合材料或其他已知的或适当的致动装置控制的各种阀来实现。0035从本公开应当理解的是，阀组件10可被压力控制以打开和关闭阀组件即，使阀柱塞20在闭合位置图2和图9与打开位置图10之间移动。在入口压力供应至处于闭合位置的阀组件。
27、10和阀柱塞20的情况下，入口压力通过入口孔口32被传送至控制室40并且被传送至控制孔口52连接部，使得阀柱塞20上的压力基于阀柱塞20的侧面的有效横截面面积是平衡的。当致动器被提供有“信号”以打开控制孔口阀时，控制室中的压力将下降并且阀柱塞20将从闭合位置朝向打开位置移动，并且阀柱塞20可以通过控制孔口52的开度与入口孔口32的开度的比率来控制。当孔口控制阀再次关闭时，控制室40中的压力将再次上升并且阀柱塞20将返回至闭合位置。0036替代性地，控制孔口52可被固定或甚至闭合成使得阀柱塞20不偏置或朝向有利位置偏置例如，朝向打开位置偏置而作为故障安全应用的一部分，或者替代性地还通过诸如弹簧之。
28、类的偏置元件来偏置。图3示出了用于提供如文中所描述的本公开的球阀的压力控制的液压示意图。0037假如在任何较低值和任何较高值之间存在有至少2个单位的间隔，则在文中或附图中列举的任何数值旨在包括以一个单位为增量从较低值到较高值的所有值。作为示例，说明书CN104246333A5/5页8如果规定为诸如温度、压力、时间等之类的过程变量的分量或值的大小为例如从1至90、优选地从20至80、更优选地从30至70，则旨在使诸如15至85、22至68、43至51、30至32等之类的数值在说明书中清楚地列举。对于小于一的值而言，一个单位视情况被考虑为00001、0001、001或01。这些仅为具体意指的示例并。
29、且在最低值与最高值之间列举的数值的所有可能组合被认为以类似的方式在本申请中清楚地阐明。可以看出，文中被表达成“重量份数”的数量的教示也预期了根据重量百分比表达的相同范围。因此，在本发明的具体实施方式中，根据“所得聚合物的混合组合物的X的重量份数”的范围的表达也预期了“所得聚合物的混合组合物的X的重量百分比”的相同列举量的范围的教示。0038除非另外规定，否则所有的范围既包括端点以及端点之间的所有数值。与范围有关的“大约”或“近似”的使用适用于范围的两端。因此“大约20至30”意在包括“大约20至大约30”，包括至少指定的端点。0039包括专利申请和出版物的所有文章和参考文献的公开内容通过参引并。
30、入本文以用于所有目的。描述组合的术语“基本上由组成”应该包括标示的元件、成分、部件或步骤，以及实质上不影响该组合的基本特性和新颖特性的此类其他元件、成分、部件或步骤。描述本发明中元件、成分、部件或步骤的组合的术语“包括”或“包含”的使用也预期了基本上由元件、成分、部件或步骤组成的实施方式。通过在本发明中使用术语“可以”，这意味着“可以”包括的任何被描述的属性是可选择的。0040多个元件、成分、部件或步骤可以由单个集成的元件、成分、部件或步骤提供。替代性地，单个集成的元件、成分、部件或步骤可被分成分开的多个元件、成分、部件或步骤。对描述元件、成分、部件或步骤的“一”或者“一个”的公开不意欲排除额。
31、外的元件、成分、部件或步骤。0041应当理解的是，上述描述旨在说明性的而非限制性的。除所提供的示例之外，许多实施方式以及许多应用在阅读了上述描述后对本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围不应参照以上描述来确定，而相反应参照所附权利要求以及这些权利要求的整个等同范围来确定。包括专利申请和出版物的所有文章和参考文献的公开内容通过参引并入本文以用于所有目的。在所附权利要求中对于在此公开的主题的任何方面的省略并不是对该主题的放弃，也不应该认为本发明人没有考虑到这样的主题是公开的发明主题的一部分。0042本发明的描述本质上仅为示例性的，并且因此，不偏离本发明的要旨的变化被确定为在本发明的范围内。这种变化不被认为脱离了本发明的精神和范围。说明书CN104246333A1/5页9图1图2说明书附图CN104246333A2/5页10图3图4说明书附图CN104246333A103/5页11图5图6说明书附图CN104246333A114/5页12图7图8说明书附图CN104246333A125/5页13图9图10说明书附图CN104246333A13。