比例阀的制作方法

1.本发明涉及液压控制技术领域。具体地，本发明涉及一种具有两个出口的比例阀。


背景技术：

2.随着新能源车辆的发展，市场对于高效混合动力系统的需求越来越大。在这种背景下，不论是对于传统的纯内燃机动力系统还是对于新型的混合动力系统，热管理系统都将变得更加重要。当前，在发动机的子系统中通常需要设置一系列具有回转球阀的热管理模块(thermal management module，tmm)。现有的热管理模块中使用的回转球阀的典型构造可以例如见于cn 206816348 u等专利文献。
3.但是，现有技术中的各种液压阀已经不能满足当前对热管理模块性能的越来越高的要求。首先，现有技术中的液压阀通常只能在固定的打开位置与关闭位置之间进行切换，不能对流量进行比例控制。其次，现有技术中的液压阀往往不具有先导功能或者仅具有单向的先导功能，这使得阀体在从关闭位置打开时经常处于不稳定的状态。再者，这些现有的液压阀通常采用螺线管作为阀体的致动机构，螺线管与阀腔中的阀体或活塞分离而不接触，因此不能通过螺线管来确定阀体的位置。


技术实现要素：

4.因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种改进的比例阀。
5.上述技术问题通过根据本发明的一种比例阀而得到解决。该比例阀包括中空的壳体和安装在壳体中的阀体，在壳体的内壁与阀体之间形成用于容纳流体的阀腔，壳体具有分别与阀腔连通的入口、第一出口和第二出口。其中，第一出口和第二出口沿轴向相对，阀体能够在封闭第一出口的第一位置与封闭第二出口的第二位置之间沿轴向移动，使得流出阀腔的流体的流量根据阀体的轴向位置而在第一出口与第二出口之间进行分配。通过在两个出口之间沿轴向移动阀体，可以按比例分配从两个出口中流出阀腔的流体的流量，从而方便地实现比例控制功能。同时，由于阀体沿轴向抵接位于轴向两端的出口，因此，使阀体与壳体形成密封接触的挤压力基本垂直于出口，从而确保了良好的密封效果。
6.根据本发明的一个优选实施例，该比例阀还可以包括沿轴向穿过壳体的连杆和用于致动阀体的致动器，阀体与连杆可以至少在轴向上相对固定，致动器沿轴向抵接连杆，并且能够经由连杆驱动阀体沿轴向移动。通过致动器可以控制阀体相对于阀腔的轴向位置，从而获得所需的流量分配比例。致动器例如可以为螺线管机构，但也可以是其他可行的致动机构，例如各种已知的气动、液压、机械或电磁致动机构。
7.根据本发明的另一优选实施例，该比例阀还可以包括沿轴向抵接在阀体与壳体之间的弹性件，该弹性件能够向阀体施加与致动器的致动力方向沿轴向相反的弹性回复力。在致动力由螺线管等机构提供时，通常只沿单一方向向阀体施加致动力。在这种情况下，驱动阀体移动的轴向力由致动机构的致动力与弹性件的弹性回复力的合力来提供，通过控制致动机构的致动力大小，就可以改变阀体的轴向位置。
8.根据本发明的另一优选实施例，该比例阀还可以包括形成在壳体中的先导腔和可轴向移动地安装在先导腔中的先导活塞，该先导活塞可以与连杆至少在轴向上相对固定，先导活塞可以在轴向上将先导腔分隔为相对的两个半腔。其中，壳体和先导活塞可以分别具有多个液压通道，基于先导活塞相对于先导腔的轴向位置，壳体的液压通道和先导活塞的液压通道能够分别将每个半腔与阀腔、第一出口及第二出口中的一者连通或断开。其中，当阀体在轴向上位于距第一出口和/或第二出口的预定范围以内时，壳体和先导活塞将两个半腔中的一者与阀腔连通，并且将另一者与相应的第一出口和/或第二出口连通，使得先导活塞受到与阀体方向相反的液压差。阀体在预定范围以内的轴向位置处，意味着阀体接近甚至已经接触到第一出口或第二出口。此时，该出口可能被阀体部分地或完全地封闭，因此出口内部(包括从出口延伸的流道)的液体压力显著小于阀腔中的液体压力，从而使阀体受到明显的液压差。在这种液压差的作用下，阀体的轴向移动可能进入不稳定的状态，并且难以从封闭状态打开。通过将先导活塞两侧的半腔分别与阀腔及靠近阀体的该出口连通，可以在先导活塞上也产生相应的液压差。阀腔和靠近阀体的该出口所连通的半腔的轴向相对位置关系与阀腔和该出口的轴向相对位置关系相反，使得作用在先导活塞上的液压差与作用在阀体上的液压差方向相反。因此，与连杆连接的先导活塞可以至少部分地抵消作用在阀体上的液压差。这使得阀体在靠近出口的区域中仍然能够保持稳定并且易于从封闭状态打开。
9.根据本发明的另一优选实施例，当阀体在第一位置与第二位置之间位于预定范围以外的区域中时，壳体和先导活塞可以将两个半腔同时与阀腔连通。这意味着当阀体位于远离出口的中间区域中时，先导活塞的两侧不产生液压差或不产生显著的液压差。此时，先导活塞的先导作用失效，阀体可以仅在致动器的致动力以及可能的弹性件的弹性力作用下进行轴向移动。
10.根据本发明的另一优选实施例，壳体的液压通道的通向阀腔的开口可以位于与用于相应的第一出口和/或第二出口的密封面相邻的区域中。当阀体在靠近某一出口的区域中移动时，该出口周围的液体压力往往处于不稳定的波动状态，因此，阀体受到的液压差也可能是波动的。通过从相应的出口周围向先导活塞一侧的半腔中引流，先导活塞受到的液压差可以尽量与阀体保持同步变化，这有助于获得更加稳定的先导效果。
11.根据本发明的另一优选实施例，致动器、先导活塞和阀体可以沿轴向分布。优选地，连杆可以沿轴向穿过先导活塞和/或阀体。这种布置方式可以方便地实现连杆、先导活塞和阀体三者的连接和固定。
12.根据本发明的另一优选实施例，连杆可以与壳体配合来引导阀体的轴向移动。由此，阀体在径向方向上关于壳体的定位也可以由连杆来限定。
13.根据本发明的另一优选实施例，阀体的用于封闭第一出口的端部和/或用于封闭第二出口的端部可以具有沿轴向朝向末端逐渐减小的径向尺寸，壳体的内壁在第一出口和/或第二出口周围的区域中可以具有与阀体的相应端部对应的形状。由此，阀体的端部可以例如形成为锥形，或者形成为卵形、梭形或橄榄形等类似形状的半部。这使得阀体在壳体内部沿轴向移动时受到的阀腔中流体的阻力较小，从而有利于阀体的稳定移动。
附图说明
14.以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：
15.图1a示出根据本发明的实施例的比例阀在第一位置的剖视图；
16.图1b示出根据本发明的实施例的比例阀在中间位置的剖视图；
17.图1c示出根据本发明的实施例的比例阀在第二位置的剖视图；和
18.图2示出根据本发明的实施例的比例阀的流量控制曲线图。
具体实施方式
19.以下将结合附图描述根据本发明的比例阀的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的保护范围由权利要求书限定。
20.根据本发明的实施例，提供了一种具有两个出口的比例阀，其能够控制流出的流量在两个出口之间的分配比例。这种比例阀可以用于各种需要进行比例控制的液压控制装置中，尤其适于应用在机动车辆的热管理模块中以替代传统的回转球阀。
21.图1a至图1c示出了根据本发明的比例阀的一个示意性实施例。如图1a至图1c所示，根据本实施例的比例阀包括壳体1、阀体2和致动器4。壳体1具有中空的内腔，阀体2安装在壳体1的内腔中。在壳体1的内腔内壁与阀体2之间形成用于容纳流体的阀腔3。壳体1形成有一个入口i和两个出口，即第一出口a和第二出口b。第一出口a和第二出口b在图中沿上下方向分布，将该方向定义为比例阀的轴向方向。于是，在壳体1中，第一出口a和第二出口b在阀腔3的两端沿轴向相对。在本实施例中，入口i在内腔的侧壁上形成在大致轴向中部处，并且朝向大致垂直于轴向的方向。这里将垂直于轴向的方向定义为比例阀的径向方向。这里入口i的位置和定向仅是示意性的，在不同的实施例中，入口i也可以具有不同的位置和定向。
22.在壳体1内部，阀体2可以由致动器4驱动而在封闭第一出口a的第一位置与封闭第二出口b的第二位置之间沿轴向移动，并且优选地，致动器4可以控制阀体2定位在第一位置与第二位置之间的任意轴向位置处。从入口i流入阀腔3中的流体(例如，热管理模块中的冷却液)在阀体2的引导下向轴向两端分流，使得一部分流体从第一出口a流出，而另一部分流体从第二出口b流出。由于阀体2的轴向位置决定了从入口i通向两个出口的流道的尺寸，因此流出阀腔3的流体的流量根据阀体2的轴向位置而在两个出口之间进行分配，从而实现对每个出口的流出流量的比例控制。当阀体2位于第一位置或第二位置时，阀体2的端部抵接相应的出口周围的壳体内壁，从而形成密封面，使得流体无法经由该出口流出阀腔3，全部流体只能经由另一个出口流出阀腔3。优选地，可以在阀体2的端部处安装密封件7。密封件7例如可以是弹性密封圈。
23.在图2所示的曲线图中，横坐标代表阀体2的轴向位置s，而纵坐标代表某一入口或出口处的流量q。如图2所示，将封闭第二出口b的第二位置定义为零位置，在入口i的流量基本恒定的情况下，随着轴向位置s增大，阀体2越来越靠近第一出口a，第一出口a的流量逐渐减小，而第二出口b的流量逐渐增大。
24.为了减小阀体2在壳体1中轴向移动时受到的流体阻力，阀体2的用于封闭出口的
两个轴向端部中的一者或两者可以具有沿轴向朝向末端、即朝向相应的出口逐渐减小的径向尺寸，例如形成为锥形或者形成为卵形、梭形或橄榄形等类似形状的半部。当阀体2的两端对称地形成此类形状时，整个阀体2可以形成为完整的双锥形、卵形、梭形或橄榄形等。壳体1的内壁可以在相应的出口周围的区域中具有与阀体2的相应端部对应的形状，从而便于阀体2形状配合地接触壳体1的内壁以封闭相应的出口。
25.在实践中，致动器4优选地可以是螺线管机构。另外，致动器4也可以采用其他可行的装置，例如气动、液压、机械或电磁等类型的致动机构。对于例如螺线管机构，其对阀体2施加的驱动力通常是单向的。在这种情况下，为了使阀体2能够进行双向移动，还可以在比例阀中设置弹性件6。弹性件6例如可以是螺旋弹簧或其他任何合适类型的弹性部件。弹性件6沿轴向抵接在壳体1与阀体2之间，其具体的轴向位置可以根据所需的回复力方向来设置，使得弹性件6向阀体2施加的弹性回复力方向与致动器4施加的致动力方向沿轴向相反。在这种情况下，仅通过改变致动器4所施加的致动力大小而不改变致动力方向就可以控制阀体2的轴向移动。例如，在图示的示例中，致动器4施加沿轴向朝向第二出口b的单向致动力，相应地，弹性件6在靠近第二出口b的一端抵接在壳体1与阀体2之间，使得弹性件6对阀体2施加的弹性回复力沿轴向朝向第一出口a。在其他实施例中，如果致动器4自身能够控制阀体2的双向运动，则也可以省去弹性件6。
26.该比例阀还可以包括沿轴向延伸的连杆5。致动器4(例如通过致动顶杆)沿轴向抵接连杆5，连杆5与阀体2至少在轴向上相对固定地连接在一起。致动器4和连杆5在比例阀的正常工作状态下始终保持稳定地相互抵接，使得致动器4能够经由连杆4驱动阀体2沿轴向移动并且精准地控制阀体2的轴向位置。换句话说，通过致动器4自身的位置就可以确定阀体2的准确轴向位置。在这种情况下，如果阀体2的轴向位置在致动器4的控制下是连续可调的，则两个出口的流量比例也是连续可调的。优选地，螺旋弹簧形式的弹性件6可以环绕在连杆5周围。
27.在优选的实施例中，致动器4可以安装在壳体1外侧的轴向端部，并且可以与连杆5同轴地布置。连杆5可以穿过阀体2和壳体1来抵接致动器4。连杆5也可以优选地与两个出口a、b同轴地布置。优选地，连杆5还可以与壳体1配合来引导阀体2的轴向移动。具体而言，阀体2与连杆5还可以在径向上相对固定，而连杆5可以贴合地穿过壳体1中的引导孔。另外，也可以通过阀体2与壳体1的配合来引导阀体2的轴向移动。
28.在优选的实施例中，根据本发明的比例阀还可以具有先导功能。先导功能由安装在先导腔9中的先导活塞8来提供。先导腔9是在壳体1中沿轴向延伸的直圆柱形空腔，其独立于用于安装阀体2的壳体内腔。先导活塞8可以在先导腔9中沿轴向移动。先导活塞8在轴向上将先导腔9分隔为相对的两个半腔。先导腔9的内壁可以由壳体1内部的另一空腔的内壁直接形成，也可以由安装在该空腔中的附加套筒形成。先导活塞8与连杆5至少在轴向上相对固定，优选地，二者可以完全固定在一起。因此，先导活塞8在先导腔9中的轴向移动随着阀体2在阀腔3内的轴向移动同步进行。
29.在壳体1和先导活塞8中分别中形成有多个液压通道。壳体1中的液压通道包括相互独立的入口通道pi、第一出口通道pa和第二出口通道pb。入口通道pi从阀腔3延伸到先导腔9。第一出口通道pa从第一出口a内部(例如从连接第一出口a的流出通道的内壁)延伸到先导腔9。第二出口通道pb从第二出口b内部(例如从连接第二出口b的流出通道的内壁)延
伸到先导腔9。
30.先导活塞8中的每个液压通道分别从先导活塞8的外侧壁延伸到两个半腔中的一个。先导活塞8中的液压通道的位于外侧壁上的开口具有不同的轴向和/或周向位置。因此，当先导活塞8随着阀体2轴向移动时，入口通道pi、第一出口通道pa和第二出口通道pb可以基于先导活塞8的轴向位置而分别与先导活塞8中的不同液压通道连通或断开。当壳体1中的一个液压通道与先导活塞8中的一个液压通道连通时，可以将一个半腔与阀腔3、第一出口a及第二出口b中的一者连通。
31.当阀体2在轴向上靠近甚至接触一个出口a或b时，即当阀体2在轴向上位于距该出口的预定范围以内时，入口通道pi与先导活塞8中的一个液压通道连通，同时，连通该出口的出口通道pa或pb与先导活塞8中的另一个液压通道连通。先导活塞8中的这两个液压通道分别连通不同的半腔，这使得阀腔3和靠近阀体2的该出口分别与不同的半腔连通。阀腔3和该出口所连通的两个半腔之间的轴向相对位置关系与阀腔3和该出口之间的轴向相对位置关系相反。例如，在图1a中，阀体2靠近第一出口a，并且阀腔3位于第一出口a下方，则阀腔3与先导活塞8上方的半腔连通，而第一出口a与先导活塞8下方的半腔连通。而在图1c中，阀体2靠近第二出口b，并且阀腔3位于第二出口b上方，则阀腔3与先导活塞8下方的半腔连通，而第二出口b与先导活塞8上方的半腔连通。
32.当阀体2位于某一出口附近时，由于从阀腔3流向该出口的流体受到阻碍，在阀腔3与该出口内部之间将会产生液压差。这种液压差将在阀体3上施加朝向该出口的附加轴向力，从而影响致动器4对阀体2的轴向位置的控制。但是，此时在先导活塞8上也产生了液压差，并且作用在先导活塞8上的液压差的方向与作用在阀体2上的液压差的方向沿轴向相反。由于先导活塞8和阀体2在轴向上经由连杆5相对固定连接，因此二者受到液压差可以至少部分地相互抵消。这使得阀体2在靠近出口的轴向位置处受到的力更加稳定，特别是阀体2易于从封闭状态打开，即所谓的先导功能。
33.此外，当阀体2位于某一出口附近时，出口附近的流体流动往往不稳定，从而产生波动的液压差。为了更好地补充这种液压差，可以使入口通道pi的通向阀腔3的开口位于与用于该出口的密封面相邻的区域中，即在该出口外侧周围的内壁上。这使得与阀腔3连通的半腔中的液体压力也是波动的，从而可以同步地补偿阀体2受到的动态液压差。在这种情况下，为了在阀体2的两个轴向位置处均获得动态补偿的效果，可以优选地设置两个独立的入口通道pi。当阀体2位于一个轴向端部时，先导腔9中的相应半腔仅通过其中一个对应的入口通道pi与该出口周围的阀腔3连通。但是，根据需求，也可以设置仅一个入口通道pi，其在阀体2的两个端部位置处均能将相应的半腔与阀腔3连通。
34.在优选的实施例中，如图1b所示，当阀体2在轴向上位于远离两个出口的中间区域时，即在第一位置与第二位置之间位于上述预定范围以外的区域中时，阀体2自身不会受到显著的液压差，因此可以使先导活塞8的先导功能失效。具体而言，当阀体2在轴向上位于远离两个出口的中间区域中时，壳体1和先导活塞8中相互连通的液压通道可以将两个半腔与同一区域连通，例如两个半腔同时与阀腔3连通或与同一个出口内部连通，或者，壳体1和先导活塞8中液压通道也可以全部断开。这使得先导活塞8两侧基本没有液压差，从而避免阻碍阀体2的正常轴向移动。其中，两个半腔同时与阀腔3连通是优选的设计，这是因为两个半腔各自的体积随着先导活塞8在先导腔9中的轴向位置而变化，此时流体可以在半腔与阀腔
3之间自由流动，从而避免阻碍先导活塞8的轴向移动。
35.虽然在上述实施例中，将比例阀示意性地描述为在阀体2的两个端部位置处均具有先导功能，但这并非限制性的。比例阀也可以仅在一个端部位置处具有先导功能。在这种情况下，可以仅设置上述两个出口通道中与该端部的出口对应的一个出口通道而省去另一个出口通道。
36.在优选的实施例中，先导活塞8也可以与阀体2、致动器4沿轴向分布，特别是也可以同轴地布置。连杆5可以穿过、特别是同轴地穿过先导活塞8和阀体2，从而将二者连接在一起，使得先导活塞8和阀体2可以保持同步的轴向移动。在图示的实施例中，先导活塞8在轴向上位于阀腔3与致动器4之间。但这仅是示意性的，先导活塞8也可以具有其他位置，例如，先导活塞8和致动器4也可以在轴向上分别位于阀腔3的相反两端。
37.根据本发明的实施例的比例阀例如适用于机动车辆的热管理系统，其中，这种比例阀可以替代热管理系统中的传统回转球阀来控制冷却液的流动。但这并非限制性的，这种比例阀也可以应用于其他需要对流体进行比例控制的装置。
38.虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。
39.附图标记表
[0040]1ꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0041]2ꢀꢀꢀꢀ
阀体
[0042]3ꢀꢀꢀꢀ
阀腔
[0043]4ꢀꢀꢀꢀ
致动器
[0044]5ꢀꢀꢀꢀ
连杆
[0045]6ꢀꢀꢀꢀ
弹性件
[0046]7ꢀꢀꢀꢀ
密封件
[0047]8ꢀꢀꢀꢀ
先导活塞
[0048]9ꢀꢀꢀꢀ
先导腔
[0049]aꢀꢀꢀꢀ
第一出口
[0050]bꢀꢀꢀꢀ
第二出口
[0051]iꢀꢀꢀꢀ
入口
[0052]
pa
ꢀꢀꢀ
第一出口通道
[0053]
pb
ꢀꢀꢀ
第二出口通道
[0054]
pi
ꢀꢀꢀ
入口通道
[0055]sꢀꢀꢀꢀ
轴向位置
[0056]qꢀꢀꢀꢀ
流量