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技术领域

本实用新型涉及一种自动机械稳压膨胀水箱盖，属于汽车发动机冷却系统技术领域。

背景技术

中国实用新型专利(公告号：CN 203488245 U，公告日：2014年03月19日，名称为：发 动机冷却系统的膨胀水箱及其水箱盖)公开了一种常规的膨胀水箱盖，该膨胀水箱盖卡盖于 膨胀水箱的加水口上，该膨胀水箱盖通过人工调整蒸汽活门弹簧的预紧度即可为膨胀水箱内 部与大气环境设置一个固定的气压差，即在大气环境气压不变的情况下，膨胀水箱内部与大 气环境的压差固定不变。在大气环境气压不变的情况下，该膨胀水箱盖可有效保证冷却系统 的冷却性能。但是在环境气压发生变化的情况下，安装该水箱盖的膨胀水箱的内部气压会随 着大气环境气压的变化而变化，而这种变化极有可能导致膨胀水箱内的气压超出正常范围值， 继而影响汽车发动机冷却系统内的压力，影响冷却系统内冷却液的工作性能，严重时甚至会 造成冷却系统开锅(温度达到冷却液沸点)。而目前针对上述问题的常规解决办法是，在不同 大气压环境下，汽车使用者通过更换相应预设压力的膨胀水箱盖来解决这一问题。

现有膨胀水箱盖存在如下问题：1、更换不同预设压力的膨胀水箱盖时，存在什么时候换、 更换什么样预设压力的膨胀水箱盖的问题，给汽车使用者带来不便。2、由于是人为换更，会 因为疏忽、遗忘等原因，造成汽车发动机冷却系统开锅的风险。3、环境气压变化是连续的， 而膨胀水箱盖预置压力是有限数值的，这意味着膨胀水箱内的压力在连续变化的环境气压下， 其内的压力是变化的。这会影响汽车发动机冷却系统中冷却液的冷却效果、给汽车有关零部 件的热负荷可靠性带来风险。因此，传统固定压差式的膨胀水箱盖，不利于汽车不同大气压 环境下的使用，存在发动机开锅、汽车水冷零部件可靠性恶化的风险。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有固定压差的膨胀水箱盖不利于汽车在不同大气压环境下使 用，存在发动机开锅、汽车水冷零部件可靠性恶化的风险的问题，提供一种在不同大气压环 境下均能够有效保证膨胀水箱内气压稳定的自动机械稳压膨胀水箱盖。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种自动机械稳压膨胀水箱盖，包括加水口盖，所述的加水口盖卡盖在膨胀水箱的加水 外口上，所述加水口盖与加水内口之间的竖直空间内从上至下依次同轴安置着恒压气囊、上 板、弹簧以及下板，其中，所述恒压气囊的上表面抵靠在所述水口盖的内壁上，所述上板的 上表面与所述恒压气囊的下表面相接触，所述的上板与下板相平行，所述的弹簧竖直安置于 上板与下板之间，所述下板下表面密封抵靠在加水内口的端面上，所述的加水口盖上设有与 加水外口内部相通的气孔。

进一步的，所述加水口盖的内壁上设有与所述加水口盖同圆心且竖直向下的圆柱形上板 导向筒，所述的恒压气囊和上板均安置于所述上板导向筒的内部，所述的恒压气囊通过穿过 加水口盖中心孔的充气嘴安置于上板导向筒的顶部，所述的上板安置于上板导向筒的下部； 其中，所述的上板可随弹簧的伸缩而沿着所述上板导向筒的轴线上下滑动，所述上板的形状 与所述上板导向筒内壁的横截面相对应。

进一步的，所述上板导向筒下端部的内壁上设有防止所述上板滑脱的止挡台。

进一步的，所述的恒压气囊通过充气嘴与储气罐相接通，所述的充气嘴与储气罐之间的 管道上设有气体调压阀。

进一步的，所述上板的上表面与所述恒压气囊的下表面胶粘在一起。

进一步的，所述加水内口的端面上设有与所述加水内口同心的圆柱形下板导向筒，所述 下板安置于所述下板导向筒的内部，并可随弹簧的伸缩而沿着所述下板导向筒的轴线上下滑 动，所述下板的形状与所述下板导向筒内壁的横截面相对应，所述下板导向筒的侧壁上对应 所述下板的安置位置设有泄气孔。

进一步的，所述下板导向筒的底部设有环形密封台，所述环形密封的高度与所述泄气孔 的下边沿等高。

进一步的，当大气环境气压的变化值为“ΔP_大气”，而又要确保膨胀水箱内的气压变化 值不大于“ΔP_冷”时，“S_上板2”、“S_下板1”以及“S_下板2”满足以下不等式：

(S_下板1-S_上板2)/S_下板2≤ΔP_冷/ΔP_大气    ④；

该式中，“ΔP_大气”和“ΔP_冷”为根据实际需要而确定的常数，“S_上板2”为上板与大气 的接触面积，“S_下板1”为下板与大气的接触面积，“S_下板2”为下板与膨胀水箱内气压的接触 面积，“S_下板1”与“S_下板2”相等。

进一步的，所述上板与大气的接触面积“S_上板”等于所述下板与大气的接触面积“S_下板”。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型中上板和下板之间的区域与大气相接通，由于恒压气囊施加给上板的压力 恒定，下板抵靠在加水内口的端面，所以当大气环境气压发生变化时，设置于上下板之间的 弹簧会通过自动伸缩(同时上板相应的上下滑动，恒压气囊相应的收缩、膨胀)来调节其施 加给上下板的力，以保证大气与弹簧施加给上板的合力恒定不变，同时也保证大气与弹簧施 加给下板的合力恒定不变或者维持在一个合理的变化范围内，该结构有效保证了在不同的大 气环境气压下膨胀水箱内气压的稳定，有效保证了冷却液的冷却效果，有效防止了因冷却系 统的冷却液因为系统内压力变化而引起的冷却液沸点变化所导致的发动机开锅、以及给发动 机有关零部件的热负荷可靠性带来风险的问题；

2.本实用新型将“S_上板”与“S_下板”设计成一样大时，即使大气环境气压发生任何变化， 本新型结构也可以通过弹簧的自动伸缩来保证大气与弹簧分别施加在上板和下板上的力是恒 定不变的，从而可精准的控制膨胀水箱内气压的恒定；

3.本实用新型明确了在“S_上板”不等于“S_下板”时，“ΔP_大气”、“ΔP_冷”、“S_上板2”、 “S_下板1”以及“S_下板2”5个变量的关系式，如此在制造本实用新型时，在满足膨胀水箱使 用要求的前提下，可以不必将“S_上板”与“S_下板”制成一样大小，该设设计方案降低了上 板和下板的制造精度，可有效节约制造成本；

4.本实用新型将恒压气囊与上板均安置在上板导向筒内，同时将恒压气囊的下表面与上 板的上表面胶粘在一起，该结构在保证恒压气囊与上板的相互作用力方向一致性的同时，还 保证了恒压气囊与上板接触面的恒定，从而保证了恒压气囊施加给上板的力始终是恒定的， 有效保证了本实用新型的实现；

5.本实用新型结构简单，成本较低，能够有效自动控制不同大气环境下膨胀水箱内的气 压稳定。

附图说明

图1为本实用新型的剖面示意图；

图中，加水口盖1，加水外口2，恒压气囊3，上板4，弹簧5，下板6，上板导向筒7， 止挡台8，下板导向筒9，泄气孔10，加水内口11，充气嘴12，环形密封台13，气孔14。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施例方式对本实用新型做进一步的详细描述。

参见图1，一种自动机械稳压膨胀水箱盖，包括加水口盖1，所述的加水口盖1卡盖在膨 胀水箱的加水外口2上，所述加水口盖1与加水内口11之间的竖直空间内从上至下依次同轴 安置着恒压气囊3、上板4、弹簧5以及下板6，所述恒压气囊3的重心、上板4的重心、弹 簧5的重心以及下板6的重心均与所述加水内口11的圆心竖直同轴，其中，所述恒压气囊3 的上表面抵靠在所述水口盖1的内壁上，所述上板4的上表面与所述恒压气囊3的下表面相 接触，所述的上板4与下板6相平行，所述的弹簧5竖直安置于上板4与下板6之间，所述 弹簧5的两端分别与所述的上板4和下板6固定连接，所述下板6下表面密封抵靠在加水内 口11的端面上，所述的加水口盖1上设有与加水外口2内部相通的气孔14。

本实用新型中上板4和下板6之间的区域通过气孔4与大气相接通，由于恒压气囊3施 加给上板4的压力恒定，下板6抵靠在加水外口2内口11的端面，所以当大气环境气压发生 变化时，设置于上下板之间的弹簧5会通过自动伸缩(同时上板4相应的上下滑动，恒压气 囊3相应的收缩、膨胀)来调节其施加给上下板的力，以保证大气与弹簧5施加给上板4的 合力恒定不变，同时也保证大气与弹簧5施加给下板6的合力恒定不变或者维持在一个合理 的变化范围内，该结构有效保证了在不同的大气环境气压下膨胀水箱内气压的稳定，有效保 证了冷却液的冷却效果，有效防止了因冷却系统的冷却效果差而导致发动机开锅、以及给发 动机有关零部件的热负荷可靠性带来风险的问题。

优选的，所述加水口盖1的内壁上设有与所述加水口盖1同圆心且竖直向下的圆柱形上 板导向筒7，所述的恒压气囊3和上板4均安置于所述上板导向筒7的内部，所述的恒压气 囊3通过穿过加水口盖1中心孔的充气嘴12安置于上板导向筒7的顶部，所述的上板4安置 于上板导向筒7的下部；其中，所述的上板4可随弹簧5的伸缩而沿着所述上板导向筒7的 轴线上下滑动，所述上板4的形状与所述上板导向筒7内壁的横截面相对应。

本实用新型将恒压气囊3与上板4均安置在上板导向筒7内，该结构保证了恒压气囊3 与上板4的相互作用力方向一致性。

优选的，所述上板导向筒7下端部的内壁上设有防止所述上板4滑脱的止挡台8。

优选的，所述的恒压气囊3通过充气嘴9与储气罐相接通，所述的充气嘴9与储气罐之 间的管道上设有气体调压阀。

优选的，所述上板4的上表面与所述恒压气囊3的下表面胶粘在一起。该结构保证了恒 压气囊3与上板4接触面的恒定，从而保证了恒压气囊3施加给上板4的力始终是恒定的， 有效保证了本实用新型的实现。

优选的，所述加水外口2内口11的端面上设有与所述加水内口11同心的圆柱形下板导 向筒9，所述下板6安置于所述下板导向筒9的内部，并可随弹簧5的伸缩而沿着所述下板 导向筒9的轴线上下滑动，所述下板6的形状与所述下板导向筒9内壁的横截面相对应，所 述下板导向筒9的侧壁上对应所述下板6的安置位置设有泄气孔10。

优选的，所述下板导向筒9的底部设有环形密封台13，所述环形密封台13的高度与所 述泄气孔10的下边沿等高。环形密封台13的设置可提高加水内口11处的密封性能。

另外，设置于所述下板导向筒9的底部的环形密封台13可用至少3个支撑块来替代，所 述的支撑块呈等分分布，所述支撑块的高度与所述泄气孔10的下边沿等高，所述支撑块为柱 形或锥形。此时，所述下板6对加水内口11的密封通过下板6与下板导向筒9的配合来提供。 该结构可保证下板6在被高压抬起泄气和抵靠在支撑块上进行密封时，其下表面与膨胀水箱 内气体接触面的一致性，该结构可有效保证下板4被抬起泄气时过多向外排出气体的可能， 对膨胀水箱内气压的控制更加精准。

优选的，当大气环境气压的变化值为“ΔP_大气”，而又要确保膨胀水箱内的气压变化值 不大于“ΔP_冷”时，则“S_上板2”、“S_下板1”和“S_下板2”满足以下不等式：

(S_下板2-S_上板1)/S_下板2≤ΔP_冷/ΔP_大气    ④；

该式中，“ΔP_大气”和“ΔP_冷”为根据实际需要而确定的常数，“S_上板2”为上板与大气 的接触面积，“S_下板1”为下板与大气的接触面积，“S_下板2”为下板与膨胀水箱内气压的接触 面积，“S_下板1”与“S_下板2”相等。

优选的，所述上板4与大气的接触面积等于所述下板6与大气的接触面积。

本实用新型的技术原理如下：

(“F_恒”为恒压气囊3对上板4的压力；“K”代表弹性系数；“s”为弹簧的压缩量； “F_气1”为大气对上板4的压力；“S_上板1”为恒压气囊3与上板4的接触面积，“S_上板2” 为大气与上板4的接触面积”，S_上板1”＝“S_上板2”；“S_下板1”为大气与下板6的接触面积， “S_下板2”为下板6与膨胀水箱内气压的接触面积，“S_下板1”＝“S_下板2”；“ΔP_大气”为大 气气压变化量；“ΔP_冷”为膨胀水箱内气压的变化量；“F_冷”为膨胀水箱内气体对下板6的 压力；“F_气2”为大气对下板6的压力；“G”为上下板和弹簧作为一个整体时的重力。)

一、对上板4进行受力分析：

F_恒＝F_弹簧+F_气1＝K*s+P_大气*S_上板1    ①；

当大气气压变化“ΔP_大气”时，则有：

F_恒′＝K*(s+Δs)+(P_大气+ΔP_大气)*S_上板2    ②；

因为F_恒＝F_恒′，所以，利用②式减去①式可直接得到：0＝K*Δs+ΔP*S_上板2    ③；

二、对下板6进行受力分析：

F_冷＝F_弹簧+F_气2+G＝K*s+P*S_下板1+G    ④；

当大气气压变化ΔP时，则有：

F_冷′＝K*(s+Δs)+(P+ΔP_大气)*S_下板1+G＝F_冷+K*Δs+ΔP*S_下板1    ⑤；

结合③式和⑤式，可得：

F_冷′-F_冷＝ΔP_大气*(S_下板1-S_上板2)    ⑥；

1、当S_上板2＝S_下板1时，无论大气环境中的压强如何变化，恒压气囊3对上板4的压力 与膨胀水箱内气体对下板6的压力均不变且相等；所以，当S_上板2＝S_下板1时，无论大气压强 如何变化，膨胀水箱中的气压均不会发生任何变化。

该结论可以通过⑥式得到证明：当S_上板2＝S_下板1时，结合⑥式，可得：F_冷′-F_冷＝0成 立。

2、当S_上板2不等于S_下板1时，若大气环境气压的变化值为“ΔP_大气”，而又要保证膨 胀水箱内的气压变化值不大于“ΔP_冷”时，根据公式⑥我们可得到如下不等式：

(S_下板1-S_上板2)/S_下板2≤ΔP_冷/ΔP_大气    ⑦。

例如：在S_上板2不等于S_下板1时，当环境气压变化量设置为50kPa，而我们又需要确保 膨胀水箱内压力变化≤2kPa时，直接由⑦式可得到(S_下板-S_上板)/S_下板≤2/50＝0.04；

所以，当S_上板2大于S_下板1时，可满足当环境气压变化量设置为50kPa，膨胀水箱内压 力变化≤2kPa的情况；

当S_上板2大于S_下板1，且S_上板2与S_下板1的差值比上S_下板2小于等于0.04时，也可满 足当环境气压变化量设置为50kPa，膨胀水箱内压力变化≤2kPa的情况。

以上内容是结合具体实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认为本实用新 型的具体实施只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不 脱离本实用新型构思的前提下，所做出的简单替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。