首先参考图1，图中显示了旁通阀的实例，该旁通阀总体由参考标号14表示。旁通阀14可以用于热交换器回路中，以便控制流体流向热交换器12，第一和第二导管28和32与该热交换器12连接。导管28、32与旁通阀14中的进口和出口连接，如下面进一步所述。导管34、36也与旁通阀14中的口连接，如下面进一步所述。旁通阀14称为四口旁通阀，因为四个导管28、32、34和36与旁通阀14连接。
旁通阀14具有壳体46，该壳体46具有连续地连通的同轴腔室48和阀口54。在示例实施例中，腔室36基本由圆柱形壁49限定。在示例实施例中，壳体46由钢或其它金属形成，或者也可选择由可模制材料例如塑性材料来形成，该塑性材料可以是热塑性或热固性材料，且该塑性材料可以包含增强物例如玻璃纤维或微粒增强物。壳体46限定了通过腔室壁49中的开口而与腔室48连通的热交换器侧进口开口或口50和主出口或开口52。腔室48通过阀口54与热交换器侧出口开口或口56以及主进口开口或口58连通。出口导管和进口导管32和36分别与出口和进口56、58连接。进口导管和出口导管28和34分别与进口50和主出口52连接。口50、52、56和58可以在内部制有螺纹，用于分别接收导管28、34、32和36的螺纹端部，不过也可选择，导管和口可以利用其它方法来连接，包括例如包括环绕导管模制口。
阀口54具有朝向腔室48的环形周边阀座60。在所示实施例中，阀座60是由壳体46在腔室48和阀口54之间的过渡处或连接处形成的环形肩部。位于壳体14内的阀组件38可操作以打开和关闭阀口54。阀组件38包括环形环62，该环形环62适于接合阀座60，以打开和关闭阀口54。阀组件38包括温度响应促动器64，该温度响应促动器64与环形环64可操作地连接，以使得环形环62运动，从而打开和关闭阀口54。促动器64有时称为热马达，且在一个示例实施例，它是活塞和缸类型装置，其中，缸充满热敏感材料例如蜡，该热敏感材料在被加热至预定温度时膨胀和收缩，从而使得促动器沿轴向延伸。
由图1、2和3可见，促动器64沿腔室48和阀口54的中心轴线布置。在示例实施例中，同轴的腔室48和阀口54都为大致圆柱形，其中，阀口54具有比腔室48小的直径。促动器64的圆柱体形成沿腔室48和阀口54的中心轴线布置的中心轴66。中心轴66具有封闭的端部68，该封闭的端部68具有小于阀口54的直径的直径。环形环62可滑动地安装在中心轴66上，并布置成在它的正常或“冷”位置邻近封闭端部68，如图1中所示。在图2所示的“热”位置中，环形环从中心轴66横向伸出，以便与阀座60接合，从而关闭阀口54。环形环62和封闭端部68形成往复运动的柱塞，该往复运动的柱塞沿中心轴线运动，以便打开和关闭阀开口53。
如图3中所示，阀组件包括返回弹簧70，该返回弹簧70的第一端40通过布置在形成于封闭端部68中的槽(未示出)内而安装在封闭端部68上。返回弹簧70具有固定的第二端42，该第二端42与壳体46的、与阀口54相对的表面接合。这样，返回弹簧70推压中心轴66离开阀座60进入它的图1中退回位置，并用作止动器，用于当环62升高离开阀座60时防止环形环62滑离中心轴66(如图1中所示)。如图3中所示，在至少一些示例实施例中，返回弹簧70的线圈直径随着离端部部分68的距离增加而变得更大，这样，返回弹簧70从第一端40到第二端42向外渐缩，尽管还可以有不同的返回弹簧结构，包括例如在美国专利申请公开No.2006/0108435中所示的那些返回弹簧，该美国专利申请No.2006/0108435在2006年5月25日公开(Kozdras等人)。
如图3中最好地所示，中心轴66包括内部环形肩部72和超控弹簧74，该超控弹簧74在肩部72和环形环62之间安装在中心轴66上。超控弹簧74将环形环62推压或偏压向止动器或返回弹簧70，因此推压或偏压向阀座60。
如图1和2中最好地所示，壳体46限定了朝向腔室48的装配开口81，该装配开口81与阀口54相对，图3的阀组件38可以在旁通阀14的装配过程中通过该装配开口81而插入到腔室48中。在阀组件38就位后，关闭帽80(在图4-7中更详细所示)插入到开口81中，以便密封腔室48。在一个示例实施例中，关闭帽80可以由可模制材料形成，例如塑性材料，该塑性材料可以是热塑性或热固性材料，该塑性材料可以包含增强物，例如玻璃纤维或颗粒增强物。在一些实施例中，关闭帽还可以由钢或金属材料形成。
热马达或促动器64具有活塞76(见图3)，该活塞76安装或装配在形成于关闭帽80中的轴向凹口78内(见图6、7)。如下面更详细所述，当热马达64到达预定温度时，它轴向延伸。由于活塞76固定就位，因此作为热马达64的部件的中心轴66通过阀口54向下运动，从而压缩返回弹簧70。肩部72通过中心轴而向下运动，并按压在超控弹簧74上，这样，环形环62偏压成与阀座60接合，这样，环62和轴66共同关闭阀口54。当腔室48内部的温度降低至低于预定温度时，热马达64退回，返回弹簧70向上推压中心轴66，直到返回弹簧70与环形环62接合，并使它升高离开阀座60，从而再次打开阀开口53。当阀开口53打开时，如图1中所示，返回弹簧70通过阀口54延伸并局部进入腔室48内。
参考图1和2，在至少一个示例实施例中，热交换器侧进口50和主出口52沿阀组件38的轴线彼此相对偏离，这样，帽80限定了在热交换器侧进口50和主出口52之间的流动通路的一部分。参考图4-7，虚线96用于表示该流动通路。关闭帽80包括上部圆柱形柱塞部分86和间隔开的盘状环形环部分88，它们通过笼状结构而连接在一起，该笼状结构包括一系列间隔开的叶片或细长支杆89，这些叶片或支杆89使得相对的柱塞部分86和环部分88相互连接。关闭帽的柱塞部分86限定了：外部圆柱形壁90，该外部柱形壁90的尺寸设置成装配在腔室48的上端内；以及更大直径的盘状头部92。腔室48具有帽座94(见图1、2)，该帽座94环绕圆形的装配开口81的周边形成，扩大的帽头部92位于该圆形的装配开口81中。如图所示，轴向凹口78(该轴向凹口78容纳热马达的活塞76的端部)居中心地限定于柱塞部分86内。环形槽102可以形成于外部圆柱形壁90的外表面中。
帽的下部环部分88限定了中心流动开口或阀口87，这样，在至少一个工作模式中，从热交换器侧口50(该热交换器侧口50与帽的有肋区域对齐)流入的流体可以在肋96之间经过，并通过阀口87，然后从主出口52出来，如流动通路96所示。特别是参考图3和4，热马达64具有在中心轴66的上端处的扩大圆柱形头部部分65。用于弹簧74的上述肩部座72由头部部分65来提供。另外，头部部分65具有上表面84，用于与关闭帽的下部环部分88的下表面82配合，以便在冷工作状态下限制流体流过阀口87。在图1中，应当知道，热促动器64的上表面84与帽80的下表面82配合，以便阻塞阀口87，而在图2中，热促动器64的上表面84与帽80的下表面82间隔开，以便于流动通路96通过开口87。
帽80可以超声波焊接到壳体46上(当壳体46为塑性时)，以便密封开口81。在一些实施例中，塑性帽80可以由具有环形密封环的金属帽代替，和/或可以通过一些其它的非永久性装置(诸如，例如通过C形夹，或者通过螺纹，或者具有扭转锁定结构)来固定就位，而不是通过超声波焊接。在一些示例实施例中，帽80不包括下部部分88、支杆89或阀口87。
下面将参考图1和2来介绍在变速器油冷却回路中的旁通阀14的工作实例。在一个示例实施例中，口58用作阀14的主进口，并(直接地或通过变换器)接收来自变速器的热变速器油，且口52用作阀14的主出口，并在变速器油通过热交换器12冷却之后使得变速器油返回变速器。热交换器侧出口56将从主进口58接收的油提供给热交换器12，用于冷却，热交换器侧进口50从热交换器12接收冷却的油。
图1显示了在冷的或完全旁通状态中的旁通阀14，在该冷的或完全旁通状态中，位于主进口58和主出口52之间的旁通阀口54打开，在热交换器侧进口50和主出口52之间的第二阀口87被关闭。在完全旁通状态，由热交换器12和关闭的第二阀口87提供的流阻为这样，使得进入旁通阀口54的基本全部变速器油都将绕过热交换器12，改为直接通过打开的旁通阀口54行进和从主出口52离开。不过，当变速器油变热时，流入腔室48的热油使得热促动器64将环形环62推向座60，以便逐渐关闭旁通阀口54(同时使得热促动器头部65离开帽80，并逐渐打开第二阀口87)。因此，当油开始变热时，通过导管32和热交换器12的流量开始增加，且当油达到合适操作温度(例如80℃)时，全部流量通过热交换器12，且阀部件62关闭阀口54，从而中断旁通流。
尽管在所示实施例中，当旁通阀14处于图1的完全旁通状态时，用于关闭第二阀口87的、热马达头部65与帽表面82的相互作用将阻止油流过热交换器12，但是在至少一些实施例中，当旁通口54打开时，由热交换器12自身提供的流阻足以防止任何实质上的油流过热交换器。因此，在至少一些示例实施例中，并不需要使用集成在帽80中的第二阀口87。而且，应当知道，口34和36的作用以及口50和56的作用可以相反。
已经介绍了旁通阀14示例实施例的结构和操作，下面将更详细地介绍旁通阀的特殊特征。
如图1-3中所示，阀组件38包括垫片状环形环62，该垫片状环形环62沿轴66滑动，并当旁通阀14在热状态下操作时与轴66的封闭端部68一起用于关闭旁通阀口54。环形环62环绕轴66装配，使得环62可以在无粘接的情况下沿轴66滑动，但是同时环绕轴66足够紧，以便防止流体通过在环形环62的内表面和轴66的外表面之间的接触区域泄露。在一些设计中，由黄铜或其它金属合金或钢制成的并具有均匀内表面的垫片可以用于阀组件中的环形环62。不过，使用这种设计来获得无粘接和防泄露的、环绕轴66的配合可能受到挑战。因此，在至少一些本发明示例实施例中，环形环62采取图8-10中所示的结构。
图8-10的垫片状环形环62由合成材料例如塑料形成。例如，对于多种用途，用于环形环62的合适材料可以是聚酰胺4/6或聚酰胺66，尽管可以使用其它合适的尼龙和其它合适的塑料。图8-10的环形环62还具有基本平滑的圆柱形内表面110，该圆柱形内表面110限定了中心开口100，轴66穿过该中心开口100，同时周向的向内延伸的刮器或肋112从表面110的中点向内凸出，用于与促动器的轴66的外表面滑动地接合。如图10中所示，肋112具有厚度Y，该厚度Y是环62的其余部分的厚度的一小部分。对于非限定实例，肋112可以为环62的其余部分的厚度的1/3至1/7。在这里所述的实施例中，环形环62形成为具有肋112的整体结构，该肋112与环形环62形成为一体，并由与环形环62的其余部分相同的材料形成。在一个非限定示例实施例中，环形环62的厚度为3mm，具有内径为8.43至8.48mm的中心开100，参考放大的图10A，肋112的内表面从表面110的其余部分延伸Z＝0.1mm，在它的轴接合表面处具有Y＝0.5mm的厚度，肋112还具有以X＝60°向外发散的侧壁。这样的尺寸只是作为示例实施例提供，肋112的确切尺寸可以根据它的配合环境而有很大变化。在示例实施例中，环形环62的内径根据规定用于中心轴66的LMC(“最小材料条件”)和MMC(“最大材料条件”)尺寸来选择。当轴66处于LMC时，希望在环形环62和轴66之间的间隙最小，而当轴66处于MMC时，希望在环形环62和轴66之间的干涉最小。刮器或肋112的尺寸选择为有利于在中心轴66的LMC-MMC范围内使用环形环62，同时在环62和轴66之间提供防泄露的无粘接密封。
在一些用途中，使用由合成材料形成并在其内表面110上具有内部肋112的环形环62可以具有与轴66的紧滑动交界面，从而能够阻碍泄露，同时允许环62无粘接地沿轴66滑动。内部肋112用作沿中心轴66的刮器。在一些实施例中，肋112不需要是直肋，而是可以包括例如沿它的长度环绕开口100的周边的波形或正弦曲线图形。肋112还起到定心结构的作用，这是因为，它使得环62相对于中心轴66保持处于中心。在没有环62时，环开口100可以相对于轴66的中心轴线偏离，从而使得与居中心的环可以允许的泄露相比，通过在环开口100的内表面和轴66之间的间隙泄露的可能性更大。
在各种示例实施例中也可以使用环形环62的变化形式。在这方面，图11显示了环形环62A的又一实施例，它与环62相同，除了环62A包括从内表面110向内凸出的、两个间隔开的平行周边肋112。图11中的两个环112在轴向上彼此间隔开(相对于开口100的轴线)。在一些用途中，具有与轴66接触的两个肋112可以帮助提高环形环相对于轴66的垂直性，以及提供增强的防泄露性和稳定性。由于类似原因，可以证明，多余两个肋112在一些用途中很有利，在这方面，图12显示了环形环62B的又一实施例，该环形环62B与环62和62A类似，除了环形环62B具有从内表面110向内凸出的、三个轴向上间隔开的平行周边肋112。
图13显示了环形环62C的又一示例实施例，该环形环62C与上述环形环62、62A、62B类似，除了环62C具有四个内部的轴向上间隔开的环112和用于接合阀座60的锥形的渐缩下表面114。渐缩表面114与阀座60的相互作用还可以帮助保持环在轴66上的垂直性和与阀座60形成密封。在一些实施例中，阀座60可以具有配合的锥形表面。渐缩的锥形座接合表面114还可以与上述任意环形环62、62A和62B或者下面所述的环62D和62E一起使用。
图14显示了本发明另一示例实施例的又一环形环62D。该环形环62D由两个分离的交叠的环形环116和118组成。第一环形环116与上述环形环62、62A或62B中的任何一个相同或类似，并包括一个或多个内部环形肋112。不过，阀座侧第二环形环118由比第一环形环16更软、更低硬度的塑性材料形成。在一些用途中，与更硬的第一环116相比，第二环118的更软材料提供了与阀座60的更好密封，同时内部有肋的更硬的第一环16提供了与轴66的良好密封和刚性，用于提供稳定性和保持组合的环62D与轴的垂直性。
图15显示了本发明另一示例实施例的又一环形环62E。环62E与环形环62D相同，除了不是第一和第二环116和118在物理上分离，而是该更硬和更软的环116、118例如通过包覆模制而连接或熔合在一起，以便具有相互连接的肋和槽，如图15中所示。在一些示例实施例中，环形环62D和62E可以不包括内部肋112。
图16显示了环形环62的又一示例实施例，它与图8-10的环形环类似，除了连续肋112由一系列向内的凸起112A代替，该凸起112A环绕环62的内表面110在周向上间隔开。与肋112类似，向内的凸起112A起到定心结构的作用，用于将环62定中心在中心轴66上。凸起112A可以具有与环62的其余部分相同的厚度，或者厚度更小。尽管图16中显示了8个凸起112A，但是可以提供更多或更少的凸起。
图17显示了环形环62的又一示例实施例，它与图8-10的环形环类似，除了连续肋112由不连续的周边肋112代替，因为它包含在表面110上的半圆形肋部分200，该半圆形肋部分200由间隙202分隔开。与图8的连续肋112类似，图17的不连续肋112起到定心结构的作用，用于将环62定中心在中心轴66上。
下面将参考图5-7更详细地描述关闭帽80的示例实施例的特征。如上所述，所示帽80限定了流体流动通路96，该流体流动通路96在模制的叶片或支杆89之间穿过，并通过环部分88的中心阀口开口87。环绕阀口87的表面提供了阀座，该阀座与热马达64的上表面配合，以便在旁通口14的冷状态中至少部分限制流动通路96。在所示实施例中，支杆89环绕中心阀口开口87布置成笼状结构，且支杆89的间距和截面尺寸选择为这样，即不管帽在壳体46中的旋转方向如何，支杆89对流动通路96的影响最小。在这方面，图16显示了穿过旁通阀14的进口50的视图，显示了在帽80的相对于进口50的一个可能方位中的支杆89。在图18中，可以通过进口50看见三个支杆89，不过，当支杆在壳体46中固定就位时，支杆89的位置可以根据帽80的方位而变化。帽80的有肋结构使得流动通路96基本不受到帽80相对于流动口50的方位的影响，从而减少了旁通口14操作的变化，否则该变化可能被引入在装配过程中。
再参考图4和7，帽80的下部环部分88具有周边外表面200，用于在进口50的下方和出口42的上方与腔室48的内壁密封地接合。在至少一个示例实施例中，包括从外表面200凸出的整体周边小球或肋202的刮器设置用于提高在下部环部分88和腔室48的壁之间的密封。在至少一些示例实施例中，柔韧的O形环位于在帽头部92的关闭帽柱塞部分86中的槽102内，用于接合腔室48的壁，以便当安装帽80时密封开口81。图1显示了这样的O形环204。
已经介绍了本发明的示例实施例，应当知道，除了前面所述，还可以对上述结构进行各种变化。例如，旁通阀已经描述为用于作为热交换器的汽车变速器油冷却器，但是旁通阀也可以用于任意其它类型的热交换器，例如燃料冷却热交换器，以及也可以用于非汽车用途。也可以使用不同于蜡类型促动器64的其它类型的热促动器。例如，双金属或形状记忆合金热响应促动器可以用于使得阀部件运动。
此外，可滑动地安装的环形环62可以用于与上述不同的旁通阀设计中，例如，除了用作热阀，阀组件38也用作压力阀，其中，在图2的热状态关闭位置，通过当在口58处的压力足以克服由弹簧74施加在环形环62上的偏压力时打开阀口60，旁通阀用作压力释放阀。因此，在一些实施例中，环形环62可以用于只有压力的旁通阀环境中(例如在具有固定轴66的环境中，其中，环形环62可滑动地安装在固定轴66上，并通过偏压部件例如弹簧74而被偏压至抵靠阀座60的关闭位置)。
根据前述说明对本领域技术人员来说显而易见的是，在实施本发明时可以进行多种变化和改变。因此，本发明的范围将根据由下面的权利要求限定的实质内容来确定。
相关申请的交叉引用
本申请要求美国专利申请No.11/828806的优先权，该美国专利申请No.11/828806的申请日为2007年7月26日，该文献的整个内容被本文参引。