一种车用形状记忆合金智能节温器制造技术

本发明专利技术涉及车用节温器技术领域，尤其涉及一种车用形状记忆合金智能节温器。采用具有双程形状记忆效应的SMA弹簧，其位于分流控制腔室中；分流控制腔室顶部为冷却水进水口，中部设有过流孔筛板；过流孔筛板下方为大循环阀门控制装置和小循环阀门控制装置，大循环阀门控制装置的底部为大循环出水口，小循环阀门控制装置底部为小循环出水口。本发明专利技术相对于传统的蜡式节温器结构的复杂性，该智能节温器整体结构简单，性能优越，易于实现，且可以根据不同类型发动机的性能和用途去调整结构尺寸以及相关参数，经济方便，便于量产。

A shape memory alloy intelligent thermostat for vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种车用形状记忆合金智能节温器
本专利技术涉及车用节温器
，尤其涉及一种车用形状记忆合金智能节温器。
技术介绍
在汽车工艺中，节温器是水冷式发动机冷却系统中，对发动机冷却水温度进行控制的主要部件之一，目前大部分汽车发动机常用的的节温器为蜡式节温器，该类型节温器主要利用石蜡的热胀冷缩效应控制冷却液的进行循环，然而由于石蜡热胀冷缩的滞后性会导致发动机短时过热或过冷，影响发动机性能及其使用寿命。SMA是一种车用功能材料，具有形状记忆效应，能够实现大变形快速回复，且SMA具有高阻尼性能以及良好的抗腐蚀、抗疲劳性能。基于SMA的优良性能，SMA弹簧成为车用节温器中的理想构件。车用SMA智能节温器主要包括一个分流腔室、两个循环阀门控制装置、以及过流筛孔板组成，本专利技术所设计的节温器整体结构相对传统节温器简化了内部构造，当冷却液温度改变时，在循环阀门控制装置中弹簧的记忆效应下快速改变冷却液流向，从而达到精准控制冷却液温度的作用。目前，石蜡作为发动机节温器应用最广泛的材料，在工程中得到了大量的应用，但是石蜡式节温器的缺陷较多。SMA作为一种全新的功能材料，具有形状记忆效应，可以根据温度控制其变形程度，在节温器方面也得到了一定的应用，但目前对SMA的利用仍有一些不足之处。1.传统石蜡式节温器是根据热胀冷缩效应改变大小循环阀门的张开与闭合，但是存在严重的滞后性，在冷却液低于节温器开启温度时，阀门仍有较大开度，导致发动机短时过冷，影响发动机的性能和使用寿命。2.传统石蜡式节温器是根据石蜡的熔点和凝固点来迎合汽车发动机的适宜温度区间，温控区间相对单一；而目前市场上各类型汽车对发动机温控区间不尽相同，仅依靠石蜡调节温度并不能精准的控制发动机温度处于适宜区间。3.传统石蜡式节温器内部结构复杂，生产难度大，量产成本高，在汽车工艺智能化发展的背景下，已经不能满足现代汽车性能和设计要求。4.现有的SMA节温器大多停留在研究阶段，且大部分是在传统节温器的母体基础上，将石蜡温控驱动部件换成形状记忆弹簧驱动部件，内部结构虽然有所简化，但是依旧相对复杂，制作难度大，量产成本高，另外，转换阀门时SMA弹簧承受载荷过大，不易于在实际应用中实现。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是SMA作为一种全新的功能材料，具有形状记忆效应，可以根据温度控制其变形程度，在节温器方面也得到了一定的应用，但目前对SMA的利用仍有许多不足。为了解决上述问题，减轻这种滞后性，本专利技术利用了形状记忆合金(后文简称SMA)弹簧的记忆效应，根据水冷式发动机冷却原理，摒弃了传统节温器的冗杂结构，设计了一种结构简单、响应迅速、温控精准的新型车用SMA智能节温器，相对于传统的蜡式节温器结构的复杂性，该智能节温器整体结构简单，性能优越，易于实现，且可以根据不同类型发动机的性能和用途去调整结构尺寸以及相关参数，经济方便，便于量产。为达到上述目的，本专利技术提供一种车用形状记忆合金智能节温器，如图2、图6所示，采用具有双程形状记忆效应的SMA弹簧，位于桶状的分流控制腔室中，分流控制腔室顶部为冷却水进水口，中部设有过流孔筛板，调节冷却液温度的均匀性，避免冷却液各处冷热相差过大而导致阀门控制失灵；过流孔筛板下方为大循环阀门控制装置和小循环阀门控制装置，大循环阀门控制装置的底部为大循环出水口，小循环阀门控制装置底部为小循环出水口，大循环出水口和小循环出水口穿过分流控制腔室的底板，与管道接通；进出水口口径和筛孔板孔径设计可以保证冷却液在各类循环模式下的正常流动，且流动过程中各处水压在装置强度许可范围内；阀门控制装置内设有SMA弹簧，SMA是一种新型功能材料，具有形状记忆效应。材料主要存在两种相：奥氏体相和马氏体相。在高温下主要是奥氏体相，低温下主要是马氏体相。当温度小于奥氏体相变结束温度时，对SMA加载，当应力达到一定值时，奥氏体相开始转化为马氏体相，形状记忆应变开始产生。在应力不断升高的过程中，有较大的形状记忆应变产生，在卸载过程中形状记忆应变以残余应变的形式保留了下来，且这部分应变是稳定的。将SMA加热至奥氏体相变结束温度之上时，残余应变恢复，这是形状记忆效应，形状记忆效应主要可分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应以及全程形状记忆效应，本专利技术采用具有双程形状记忆效应的弹簧，即加热时恢复到高温相形状，冷却时恢复到低温相形状，具体如图1所示。SMA的可回复最大应变可达到8％，且具有良好的抗腐蚀、抗疲劳性能。SMA螺旋弹簧继承了SMA的优良性能，同时又具有螺旋弹簧的优点，具有一定初始位移的双程SMA螺旋弹簧在加热到一定温度后会迅速恢复原长，降温到一定温度也能回到具备初始位移的状态。所述SMA弹簧共两根，分为小循环弹簧和大循环弹簧；小循环弹簧两端分别与小循环阀门控制装置的顶部和底部阀门固定连接，原长状态下与小循环阀门控制装置高度，刚好可以使小循环阀门控制装置的阀门紧密闭合；大循环弹簧两端分别与大循环阀门控制装置的顶部和底部阀门固定连接，原长状态下长度小于大循环控制装置高度一定长度，确保低温拉伸后的残余变形和原长的总长能使大循环阀门控制装置的阀门紧密闭合；根据形状记忆效应，采用适当的热处理工艺和方法，对材料马氏体和母相之间的正逆过程和过程温度进行调整，即设计时两者受到的恢复训练不相同，使得大循环弹簧初始位移的状态为拉伸状态，可以关闭大循环阀门，小循环弹簧初始位移的状态为收缩状态，可以打开小循环阀门，也就是使大循环控制装置的弹簧在低于发动机适宜水温区间时，其长度可以使大循环控制装置的阀门关闭，而小循环控制装置的弹簧长度可以使小循环控制装置的阀门正常开启，即如图2所示，右侧小循环阀门打开，左侧大循环阀门关闭；当冷却液温度高于发动机适宜水温区间时，使大、小循环控制装置的弹簧均完全恢复原长，即右侧小循环阀门关闭，左侧大循环阀门打开。进一步的，如图3所示，循环阀门控制装置包括固定底座，在固定底座内轴向运动的凹型控制阀门，内部的SMA弹簧；在固定底座的侧壁设有弧形保护套，弧形保护套的上端与固定底座相连，下端与分流腔室的底部焊接固定；凹型控制阀门尺寸以及布置位置可以保证在弧形保护套内正常上下滑动，且可以正常关闭循环出水口，使用凹型控制阀门主要为了防止阀门卡入管道而导致开启困难。进一步的，SMA弹簧采用具有一定刚度、强度和双程记忆效应的合金材料制成，凹型控制阀门采用耐高温的轻质金属材质，其余部件均采用具有一定强度和刚度的钢材制成。进一步的，如图4、图7所示，过流孔筛板为均匀分布有若干过流圆孔的金属圆板。进一步的，大循环阀门控制装置和小循环阀门控制装置与过流孔筛板焊接固定。进一步的，过流圆孔、弧形保护套以及凹型控制阀门内壁均设计光滑。本专利技术的有益效果在于：(1)设置有两根不同长度的形状合金弹簧处于不同的残余应变下，通过分流腔室的温度变化调节两个阀门的开合，从而实现对冷却液大小循环的控制，精准控制发动机处于适宜温度内。(2)设计了一种构造简单的分流腔室，代替了传统的节温器的复杂结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用形状记忆合金智能节温器，其特征在于：采用具有双程形状记忆效应的SMA弹簧，其位于分流控制腔室中；分流控制腔室顶部为冷却水进水口，中部设有过流孔筛板；过流孔筛板下方为大循环阀门控制装置和小循环阀门控制装置，大循环阀门控制装置的底部为大循环出水口，小循环阀门控制装置底部为小循环出水口；/n阀门控制装置内设有SMA弹簧，所述SMA弹簧共两根，分为小循环弹簧和大循环弹簧；小循环弹簧两端分别与小循环阀门控制装置的顶部和底部阀门固定连接，原长状态下与小循环阀门控制装置高度；大循环弹簧两端分别与大循环阀门控制装置的顶部和底部阀门固定连接，原长状态下长度小于大循环控制装置高度一定长度。大循环弹簧初始位移的状态为拉伸状态，可以关闭大循环阀门，小循环弹簧初始位移的状态为收缩状态，可以打开小循环阀门。/n

【技术特征摘要】
1.一种车用形状记忆合金智能节温器，其特征在于：采用具有双程形状记忆效应的SMA弹簧，其位于分流控制腔室中；分流控制腔室顶部为冷却水进水口，中部设有过流孔筛板；过流孔筛板下方为大循环阀门控制装置和小循环阀门控制装置，大循环阀门控制装置的底部为大循环出水口，小循环阀门控制装置底部为小循环出水口；
阀门控制装置内设有SMA弹簧，所述SMA弹簧共两根，分为小循环弹簧和大循环弹簧；小循环弹簧两端分别与小循环阀门控制装置的顶部和底部阀门固定连接，原长状态下与小循环阀门控制装置高度；大循环弹簧两端分别与大循环阀门控制装置的顶部和底部阀门固定连接，原长状态下长度小于大循环控制装置高度一定长度。大循环弹簧初始位移的状态为拉伸状态，可以关闭大循环阀门，小循环弹簧初始位移的状态为收缩状态，可以打开小循环阀门。


2.如权力要求1所示的车用形状记忆合金智能节温器，其特征在于：循环阀门控制装...

【专利技术属性】
技术研发人员：周博，王率，周昌野，薛世峰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37