智能双泵装置、控制和方法与流程

本发明涉及车辆中的泵送系统，诸如用于泵送冷却剂流体以冷却机载发热系统(例如，电源，诸如电池组以及例如动力系，诸如发动机和变速器或超级增压器(supercharger，机械增压器))。

背景技术：

车辆包括用于冷却车辆发热部件(诸如车辆的电池组(在电动车辆和混合动力车辆中)和车辆动力系)的冷却回路(例如，用于内燃机冷却的防冻剂和用于变速器的变速器流体)。传统上，这是使用独立的泵完成的。然而，如果其中一个泵故障，则该泵的冷却回路将会不足或故障，并且相关联的车辆部件将迅速过热。

传统阀潜在地可用于控制从双泵到一个或多个回路的流动。然而，这样的系统需要多个阀和/或复杂阀，并且还需要用于选择性致动的控制系统。需要一种简化的系统，其在设计上是灵活的、在性能上是有效的、坚固且耐用的，但是该系统使用最少的部件并且通常使用非复杂的部件。

技术实现要素：

在本发明的一个方面，提供了具有独立的第一流体冷却回路和第二流体冷却回路的泵装置，所述泵装置包括第一泵和第二泵；以及具有阀壳体的回路切换阀，所述阀壳体限定分别连接至所述第一泵和第二泵的第一入口和第二入口，并且具有分别连接至所述第一冷却回路和第二冷却回路的第一出口和第二出口。阀具有能够相对于第一入口和第二入口以及第一出口和第二出口移位的芯(spool)。阀和芯被配置成使得当第一泵与第二泵相比产生压力差时，芯移位且使第一泵和第二泵以串联布置连接，其中第一入口连接至第二出口并且所述第二入口连接至所述第一出口，从而使来自所述第一泵和第二泵的流体串联流过所述第一回路和所述第二回路。阀和芯还被配置成使得当第二泵与第一泵相比产生压力差时，芯移位至不同的位置，并且使得第一泵和第二泵以并联布置连接，其中，第一入口连接至第一出口，并且第二入口连接至第二出口，从而使得来自第一泵的流体仅流动通过第一回路，并且来自第二泵的流体仅流动通过第二回路。

在本发明中的较狭义方面，芯上的制动特征与阀壳体、插塞子等的特征相接，以对芯的移动提供机械阻力，直到达到由第一阀入口和第二阀入口之间的流体压力差产生的作用在所述芯上的预定力。预定力能够通过设计而调节到期望的切换压力差，使得芯的位置从第一位置变化到第二位置，从而选择期望的流体回路构造，诸如并联布置或串联布置。

在另一较狭义方面，防抖动设备与阀相关联，以防止阀的芯进行不可接受的抖动和/或振动。

提供了一种控制第一流体冷却回路和第二流体冷却回路的方法，该方法包括：提供第一泵和第二泵；以及提供具有阀壳体的回路切换阀，所述阀壳体限定分别连接至所述第一泵和第二泵的第一入口和第二入口，并且具有分别连接至所述第一冷却回路和第二冷却回路的第一出口和第二出口；所述阀具有能够相对于所述第一入口和所述第二入口以及所述第一出口和所述第二出口移位的芯。该方法包括：当第一泵在第二泵之前启动或与第二阀入口相比在第一阀入口中产生充足的压力差时，将芯移位至第一位置，以使第一泵和第二泵以串联布置连接，其中，第一入口连接至第二出口，第二入口连接至第一出口，从而使来自第一泵和第二泵的流体串联流动通过第一回路和第二回路。该方法包括：当第二泵在第一泵之前启动或与第一阀入口相比在第二阀入口中产生充足的压力差时，将芯移位至第二位置，以使第一泵和第二泵以并联布置连接，在该并联布置中，第一入口连接至第一出口并且第二入口连接至第二出口，从而使得来自所述第一泵的流体仅流动通过所述第一回路，并且来自所述第二泵的流体仅流动通过所述第二回路。

一种控制第一流体冷却回路和第二流体冷却回路的方法，该方法包括：提供具有正排量的第一泵和第二泵，提供限定分别连接至第一泵和第二泵的第一入口和第二入口的回路切换阀，并且具有连接至所述第一冷却回路和所述第二冷却回路的第一出口和第二出口；所述阀具有能够相对于所述第一入口和所述第二入口以及所述第一出口和所述第二出口移位的芯，当所述第一泵流动方向被反转时，在所述第一入口中产生小于所述第二入口中压力的真空或负压，将芯移位至第一位置，并且当第二泵流动方向被反转时，在第二入口中产生小于第一入口中压力的真空或负压，将芯移位至第二位置。以使得芯的第一位置和第二位置对第一冷却回路和第二冷却回路中的冷却剂的流动产生有利影响且对泵操作产生有利影响的方式连接阀。

本发明的目的是消除用于控制双泵的操作的许多控制装置和部件，所述双泵与电动液压阀相互连接并由电动液压阀控制。本发明的改进显著减少了对多种物品(诸如电气硬件、软件、电磁体和线束)的需求，否则需要所述多种物品来控制泵以及泵所连接的冷却回路。还允许使用双泵的可控输出来选择优选的流体回路配置。

本发明的目的是提供一种冷却系统上的双泵泵送系统，即使当双泵中之一故障时，该系统也能够提供连续的冷却。

在研究了以下说明书、权利要求和附图之后，本领域技术人员将理解和领会到本发明的这些和其他方面、目的和特征。

附图说明

图1至图2为泵装置的示意图，该泵装置包括双泵和回路切换阀，所述回路切换阀连接至并联布置的电池冷却回路和动力系冷却回路(即，分离的回路)，该阀处于一个泵使流体移动通过电池冷却回路且另一个泵使流体移动通过动力系冷却回路的状态。

图3至图4为与图1和图2类似的泵装置的示意图，但是其中阀移位，因此使得回路以串联布置(即，串联组合)连接，阀处于双泵(或者如果期望，仅上述泵的其中之一)将流体移动通过组合的电池冷却回路和动力系冷却回路的状态。

图5至图6为包括双泵和回路切换阀的原型双泵设备的透视图和分解透视图，该回路切换阀以实现与图1至图4所示类似的功能控制的布置连接。

图7为图5至图6中的阀的平面图，该平面图朝向垫圈和阀取得。

图8为与图7类似的平面图，但是该平面图去除了垫圈，从而更好地示出了下面的端口。

图9为图5的装置的透视图，其中阀壳体被示为透明的，该阀壳体限定输入1和输入2，以及输出a和输出b，阀芯处于第一位置中并示出了从输入1到输出a的流动路径(已突出显示)；图9a为从输入1到输出a的流体流动的视图，去除了结构以更好地示出流体移动的路径。

图10为与图9类似的装置的透视图，其中阀壳体被示为透明的，阀芯处于移位的第二位置并且示出了从输入1到输出b的流动路径(已突出显示)；并且图10a是从输入1到输出b的流体流动的视图，去除了结构以更好地示出流体移动的路径。

图11为与图9类似的装置的透视图，其中阀壳体被示为透明的，阀芯处于第一位置并且示出了从输入2到输出b的流动路径(已突出显示)；图11a是从输入2到输出b的流体流动图，去除了结构以更好地示出流体移动的路径。

图12为与图9类似的装置的透视图，其中阀壳体被示为透明的，阀芯处于移位的第二位置并且示出了从输入2到输出a的流动路径(已突出显示)；图12a是从输入2到输出a的流体流动的视图，去除了结构以更好地示出流体移动的路径。

图13为芯的端部和用于阀体的共线插塞的局部横截平面图，示出了芯的端部上的o形环和插塞上的制动器，所述制动器防止芯抖动且提供对芯位置变化的阻力，直到在第一入口和第二入口之间出现限定的阈值压力差。

图14为与图5类似的具有阀的改进泵装置的透视图，但是具有更紧凑的设计，泵结构集成到阀壳体中，包括形成入口和出口、用于泵叶轮的蜗壳(volute)、附接突出部以及相关特征的一体结构。

图15为示出了用于上述双泵和阀布置的方法的流程图。

具体实施方式

提供了泵装置30(图1)，该泵装置用于车辆(诸如客车以及其他轮式载客车辆和载重车辆)，其中，上述车辆具有多个冷却回路：诸如用于冷却车辆动力传动系、发动机、变速器、相关联的辅助系统及其任何组合中的至少之一的第一冷却回路；以及用于冷却电池、电源、逆变器(inverter)、涡轮增压加热系统、车辆加热系统及其任何组合中的至少之一的第二冷却回路。本发明的装置简化了泵和冷却系统控制，减少和/或消除了部件(并因此减小了总重量)，为泵故障提供了集成备份，并且提供了紧凑的集成系统。

所示的泵装置30(图1)包括第一泵31和第二泵32以及可操作地连接至第一冷却回路34和第二冷却回路35的阀33，其中，阀33具有芯36，该芯由泵以期望的顺序被策略性地启动时第一入口和第二入口的初始压力差控制。这大大简化了控制并减少了泵送系统的部件。具体地，芯36的移动由从第一泵31和/或第二泵32提供的初始压力控制。所示的阀33被配置且相互连接成使得当第二阀入口中的第二泵32流体回路压力大于来自第一泵31的第一阀入口时(图1，诸如当泵31首先接通时)，阀33的芯36移位(在图1中向左)，导致第一泵31和第二泵32以并联布置连接(图2)，从而第一泵31仅使流体移动通过第一回路34，并且第二泵32仅使流体移动通过第二回路35。但是当第一阀入口中的第一泵31流体回路压力大于来自第二泵32的第二阀入口时(图3至图4，诸如当泵32首先接通而泵31保持关闭时)，阀33的芯36移位(在图3中向右)，导致第一泵31和第二泵32以串联布置连接(图4)，其中，流体被串联地泵送通过第一回路34，然后通过第二回路35。

通过这种布置，消除了许多阀部件和控制部件，因为阀的控制仅仅通过首先被激活的那个泵或者仅仅通过与另一个泵相比产生充足压力差的那个泵来实现。同样通过这种布置，诸如在其中一个泵故障的情况下(即，通过串联连接回路)，一个泵可以作为另一个泵的临时备用。通过这种布置，一个泵可以充当用于两个回路的连续泵，然而可以通过激活两个泵来提供附加的冷却。值得注意的是，双泵可以提供不同的泵送体积，以使得当泵并联操作时在每个冷却回路中提供第一冷却速率，但是当泵串联操作时在组合回路中提供不同的冷却速率。可替代地，泵可以充当彼此的备用，其中一个充当临时措施以继续泵送冷却流体直到故障泵被修理。

更具体地，在本实施例中，阀33附接至双泵31、32以及部分地限定在阀体80(也称为“阀壳体”)内部的互连流体通道中。(诸如通过在第一泵31之前启动第二泵32)在第二泵32中产生大于第一泵31中的压力差(图1)使阀33的芯36移位，以使得第一泵和第二泵连接至称为“并联冷却回路”(例如，变速器冷却回路和电池冷却回路)的独立的流体管线(参见图2)。具体地，当泵32被接通(第一泵保持关闭)时，加压流体从第二泵进入第二入口51，沿控制通道52到达阀33的芯36的端部，使得芯36向左移位。当向左移位时，加压流体从第二入口51流经流通通道53、54到第二出口55。流体并未流过通道62。当随后接通第一泵31(并且芯36由于其另一端上的持续压力而不移位)时，流体从阀的第一入口56流经流通通道57、58到第一出口59。值得注意的是，由于控制通道52作用在芯36的相对端上的平衡流体压力以及设计到芯膛孔中的任何附加制动力(图13)，沿控制线60流过的加压流体不使阀33的芯36移位。

可替代地，在第一泵31(图3)中产生大于第二泵32的压力差(即，首先启动第一泵31)使得阀33的芯36移位(在图3中向右)，使得第一泵和第二泵在称为“串联冷却回路”的同一回路(图4)中串联连接。例如，流体从收集槽/收集罐通过第一泵被泵送到变速器并且返回到第二泵，然后被泵送到电池，然后返回到收集槽(或泵送回到第一泵，这取决于系统要求)。具体地，当第一泵31被首先接通或被要求更快地泵送而产生压力差时，加压流体从第一入口56沿控制通道60流至阀33的芯36的左端，导致芯36向右移位。当向右移位时，加压流体从第一入口56流经流通通道61、62到第二出口55。当随后接通第二泵32(并且芯36不移位)时，流体从第二入口51流经流通通道57、58到达第一出口59。因此，建立了串联回路，其中泵31和泵32均位于该回路中并且进行泵送(如果双泵都接通)。值得注意的是，由于控制通道60作用在芯36的相对端上的平衡流体压力以及设计到芯膛孔中的任何附加制动力(图13)，沿控制线52流动的加压流体不会使阀33的芯36移位。此外，来自第二泵32的加压流体流入第二入口51，流经流通通道57、58到达第一出口59。值得注意的是，如果期望延长泵的使用时间并且如果一个泵可以处理所需的系统流体输送量，可以关闭泵31或泵32中之一。

显著特征是，这种布置消除了已知的类似系统中的许多电子控制装置和传感器以及其他相对昂贵的部件(体现在简化制造和简化组装方面)，因此使得整个系统的成本低得多，且整个系统的重量较低。本发明的装置尤其潜在地适用于混合动力车辆和电驱动车辆中，其中所述混合动力车辆和电驱动车辆需要电池(或逆变器)冷却，并且其中变速器或内燃机也需要冷却。需要注意的是，本发明的阀体被设计和定位成使得任何泄漏均流回至槽，因为相同的流体用于冷却两种车辆附件(例如，变速器和电池)。这种泄漏还防止在芯的端部处收集的流体造成芯的锁定。此外，本发明的阀系统紧凑并且设计成用于最小的空间需求，因此便于该阀系统放置在较小的低重量车辆内。

图5和图6示出了示例性原型双泵装置，其包含图1至图4中的装置30的特征和特性。使用相同的数字但是包括字母“a”来标示相同和类似的特征和特性。这是为了减少冗余的讨论。

装置30a(图5)包括双泵31a和32a以及回路切换阀33a，其中，芯36a可操作地连接至回路34a和回路35a。阀壳体80a(图6)包括芯腔室81a和端口盖82a，所述芯腔室可操作地支撑阀33，所述端口盖在接口处使用流体密封垫片65a附接至芯腔室81a。阀壳体80a包括第一入口56a(连接至第一泵31a的输出)、第一出口59a、第二入口51a(连接至第二泵32a的出口)和第二出口55a。图7为图5至图6中的阀的平面图，该平面图朝向垫圈65a和阀33a取得；且图8为与图7类似的平面图，但是其中，该平面图去除了垫圈以更好地示出下面的端口以及入口/出口。

图9为图5的装置的透视图，其中，阀壳体被示为透明的，该阀壳体限定输入1、2以及输出a、b，阀芯处于第一位置(向左移位)并且示出了从输入1到输出a的流动路径(已突出显示)。

图10为与图9类似的装置的透视图。其中，阀壳体被示出为透明的，阀芯处于移位的第二位置(向右移位)并且示出了从输入1到输出b的流动路径(已突出显示)。

图11为与图9类似的装置的透视图。其中，阀壳体被示出为透明的，阀芯处于第一位置(向左移位)并且示出了从输入2到输出b的流动路径(已突出显示)。

图12为与图9类似的装置的透视图。其中，阀壳体被示出为透明的，阀芯处于移位的第二位置(向右移位)并且示出了从输入2到输出a的流动路径(已突出显示)。

图13为芯36a的端部和用于阀体81a(也称为“芯腔室”)的共线插塞83a的局部横截平面图。插塞83a和阀体81a形成防抖动设备。所示的防抖动设备包括插塞83a中的膛孔85a、膛孔85a中的环形脊86a、以及从芯36a的端部延伸的突起87a上的o形环88a，其中，o形环88a与脊86a的相互作用防止芯抖动。

图14为与图5类似的具有阀的改进的泵装置的透视图，但是该透视图具有更紧凑的设计，其中，泵结构集成到阀壳体中。

本创新为许多双泵构造提供了优势。具体地，本发明可以潜在地与2015年5月21日提交的共有的、准许的、在审的美国申请序列号14/718,671中所示的多泵系统一起使用并为所述多泵系统提供优势，为了读者受益，将所述美国申请的公开内容并入本文。优点包括如电子器件的集成以及减少用于控制所需的电气部件，冷却回路的优点，以及通过用于单个线束的公共连接器得到的改进电连接。

图1至图12的实施例示出了芯腔室作为非常独特且单独的单元。可以想到的是，包括芯腔室和端口盖的阀壳体(80)可以包括泵(31、32)的泵壳体的特征，如图14所示，从而允许这样的组装，即，以紧凑的组装将芯腔室定位成更靠近电动机/泵。还应注意的是，在不损害功能的前提下，可以减小芯直径和膛孔的尺寸以匹配特定车辆系统的功能要求。

图15为示出了与上述双泵和阀布置有关的使用方法的流程图。

应当理解的是，在不脱离本发明概念的情况下，可以对上述结构进行改变和修改，并且进一步地，应当理解的是，这些概念旨在被所附权利要求所涵盖，除非这些权利要求通过其语言另有明示要求。