CN109899145A - 流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流量控制阀，该流量控制阀通过调节流量控制阀的开口度来同时调节冷却液的流量和可变分离冷却过程。仅通过流量控制阀的操作来同时以可变的方式控制端口，因此同时实现用于升高整个发动机的温度的可变温度控制过程、快速发动机预热和分离冷却过程。

Description

流量控制阀

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的流量控制阀，并且更特别地，涉及一种流量控制阀，该流量控制阀通过调节集成冷却液流量控制阀的开口度，同时以可变的方式调节热交换器和其它冷却部件中的冷却液的流量以及分离地冷却气缸盖和气缸体的过程。

背景技术

通常，与发动机被充分地预热的条件相比，车辆的发动机在启动初期的冷启动条件下表现出较差的燃料效率。这是因为，在冷启动条件下，由于油的温度低而导致的油的粘度高，发动机的摩擦增加，而且由于气缸壁的温度低，通过气缸壁的热损失大，并且燃烧稳定性下降。

因此，车辆发动机的温度应该在发动机启动初期被快速地升高到正常温度，以提高发动机的燃料效率和耐久性。为此进行的发动机的热控制是指以最大化地使用发动机冷启动时产生的热来预热发动机，从而提高发动机的燃料效率和输出功率并减少废气排放物的技术。这种热控制技术的典型示例包括流量截止阀、离合器式水泵、电动水泵和集成流量控制阀等。

流量截止阀被安装在发动机的出口或入口，以通过在发动机被预热时停止发动机中的冷却液的流动来减少发动机的预热时间。以相似的方式，离合器式水泵或电动水泵调节冷却液的流动以快速地对发动机进行预热。

集成流量控制阀不仅停止发动机中的冷却液的流动，而且还以可变的方式调节流量，使得温度升高的冷却液被供应到油预热器或自动变速器油(ATF)预热器等，从而发动机油的温度、变速器油的温度和整个发动机的温度同时快速地升高，因此可以最佳且快速地预热发动机。当整个发动机的温度被升高以降低发动机活塞的摩擦并使冷却损失最小化时，发动机气缸套的温度升高，活塞的摩擦损失降低，因此燃料效率提高。

然而，燃烧室的金属表面的温度升高，这导致诸如爆震(knocking)、提前点火(preignition)等异常燃烧和不稳定燃烧。因此，研发了气缸盖/气缸体可变分离冷却技术，通过该技术，气缸体的温度被控制为较高而燃烧室的盖部分的温度被控制为较低。换言之，燃烧室的外围部分的温度被控制为较低以保持稳定燃烧，而气缸体中的冷却液的温度被控制为较高以降低活塞和气缸套的摩擦，从而提高燃料效率。

集成流量控制阀通过马达的控制来调节连接到各流动通道的各端口的开口度而阀被打开或关闭，从而各端口的开口度达到目标值，由此调节通过各端口流入或流出阀的冷却液的流量。然而，使用集成流量控制阀的控制技术未采用气缸盖/气缸体可变分离冷却技术。因此，需要能够通过调节集成流量控制阀的各端口的开口度来同时进行冷却液的流量控制和可变分离冷却过程的控制技术。

该部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不应被视为对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。

发明内容

因此，本发明提供一种流量控制阀，该流量控制阀能够通过调节流量控制阀的开口度来同时进行冷却液的流量控制和可变分离冷却过程。

根据本发明，以上和其它目标可以通过提供流量控制阀来实现，该流量控制阀可以包括：阀壳体，具有连接到气缸体的冷却液出口的气缸体端口、连接到气缸盖的冷却液出口的气缸盖端口、连接到散热器的散热器端口、连接到油冷却器的热交换器端口以及连接到加热器芯和排气再循环(EGR)冷却器的加热器芯端口；驱动单元，被配置成提供旋转力；以及阀体，被配置成接收来自驱动单元的旋转力以在阀壳体内以预定角度旋转，阀体基于阀体的旋转角度的变化选择性地与气缸体端口和散热器端口彼此连通，并且基于阀体的旋转角度的变化选择性地与热交换器端口和加热器芯端口彼此连通。

阀体可以具有开放端部，并且气缸盖端口可以形成在与阀体的开放端部对应的阀壳体的端部中以保持持续开放状态。阀体可以在阀体的轴向方向上被划分成第一层部分和第二层部分。在第一层部分可以形成第一流量控制孔口，并且气缸体端口的出口和散热器端口的入口可以分别设置在与第一层部分对应的阀壳体的内表面的圆周方向上。

在第二层部分可以形成第二流量控制孔口，并且热交换器端口的入口和加热器芯端口的入口可以分别设置在与第二层部分对应的阀壳体的内表面的圆周方向上。第一流量控制孔口和第二流量控制孔口可以分别形成在第一层部分和第二层部分的圆周方向上以选择性地与各个端口连通。

流量控制阀可以进一步包括储液箱端口，储液箱端口被设置在阀壳体中并被连接到储液箱，并且储液箱端口的入口可以形成在与第二层部分对应的阀壳体的内表面中以保持持续开放状态。流量控制阀可以进一步包括密封构件，密封构件被设置在阀体的外圆周表面和与其相对的各个端口的入口和出口之间。

附图说明

根据以下结合附图的具体实施方式，本发明的以上和其它目的、特征及其它优点将被更清楚地理解，其中：

图1是示意性示出设置根据本发明的示例性实施例的流量控制阀的冷却回路的结构的视图；

图2是示出从气缸盖端口侧和气缸体端口侧观察的根据本发明的示例性实施例的流量控制阀的立体图；

图3是示出从驱动单元侧观察的根据本发明的示例性实施例的流量控制阀的立体图；

图4是根据本发明的示例性实施例的流量控制阀中的阀体的第一层部分的截面图；

图5是根据本发明的示例性实施例的流量控制阀中的阀体的第二层部分的截面图；

图6是根据本发明的示例性实施例的流量控制阀中的阀体从阀体的轴向方向切割时的截面图；以及

图7是示出根据本发明的示例性实施例的流量控制阀的旋转角度的端口的开口度的曲线图。

具体实施方式

将理解的是，如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种小船和大船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料(例如，源自除石油以外的来源的燃料)车辆。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性进程，但应理解的是，示例性进程也可通过一个或多个模块来执行。另外，应理解的是，术语“控制器/控制单元”指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储模块，并且处理器被具体配置成执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个进程。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在限制本发明。如本文使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包括有”在本说明书中使用时说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

现在将详细地参照本发明的示例性实施例，本发明的示例性实施例的示例在附图中示出。在任何情况下，附图中相同的附图标记用于表示相同或相似的部件。

图1是示意性示出可应用于本发明的用于车辆的冷却回路的视图。本发明的流量控制阀1可以被包括在冷却回路中。特别地，发动机气缸体42的冷却液出口和发动机气缸盖41的冷却液出口可以被独立地连接到流量控制阀1。

气缸体端口12可以被设置在流量控制阀1的一部分上。气缸体端口12可以被连接到气缸体42的冷却液出口以调节流入到流量控制阀1中的冷却液的流量。此外，流量控制阀1可以包括至少三个排出端口，至少三个排出端口分别连接到散热器43、诸如油冷却器或油预热器的热交换器44、加热器芯45和排气再循环(EGR)冷却器47，以调节从流量控制阀1排出的冷却液的流量。

排出端口可以包括散热器端口13、热交换器端口14和加热器芯端口15。下面将提供排出端口的详细说明。未描述的附图标记“S”是冷却液温度传感器，未描述的附图标记“W/P”是水泵。根据本发明的流量控制阀1可以包括阀壳体10、驱动单元30和阀体20。

参照图2至图6，阀壳体10可以包括：气缸体端口12，从发动机气缸体42排出的冷却液可以通过气缸体端口12流入到阀壳体10内部；以及气缸盖端口11，从发动机气缸盖41排出的冷却液可以通过气缸盖端口11流入到阀壳体10内部。此外，阀壳体10可以包括散热器端口13、热交换器端口14和加热器芯端口15，以排出流入到阀壳体10内部的冷却液。

气缸体端口12可以被连接到气缸体42的冷却液出口，并且可以形成在阀壳体10内部。气缸盖端口11可以被连接到气缸盖41的冷却液出口，并且可以形成在阀壳体10的下端部。散热器端口13可以被连接到设置散热器43的流动通道，并且可以以管的形状形成在阀壳体10的侧表面的一部分上。

热交换器端口14可以被连接到设置诸如油冷却器或油预热器的热交换器44的流动通道，并且可以以管的形状(中空圆柱形)形成在阀壳体10的侧表面的一部分上。加热器芯端口15可以被连接到设置加热器芯45的流动通道，并且可以以管的形状形成在阀壳体10的侧表面的一部分上。

进一步地，驱动单元30可以被安装在阀壳体10的上端部，并且可以被配置成向阀体20提供旋转力。特别地，驱动单元30可以是马达。阀体20可以以中空容器的形状形成。阀体20可以包括在阀体20的轴向方向上延伸的旋转轴。驱动单元30的旋转力可以通过旋转轴传递到阀体20，因此阀体20可以在阀壳体10内部在预定角度范围内旋转。

阀体20可以包括形成在阀体20中的第一流量控制孔口21a。特别地，第一流量控制孔口21a可以形成在阀体20的侧表面的下端部的圆周方向上，因此阀体20基于阀体20的旋转角度的变化可以选择性地与气缸体端口12和散热器端口13连通。此外，阀体20可以包括形成在阀体20中的第二流量控制孔口22a。特别地，第二流量控制孔口22a可以形成在阀体20的侧表面的下端部的圆周方向上，因此阀体20可以选择性地与热交换器端口14和加热器芯端口15连通。

当各流量控制孔口由于阀体20的旋转而与多个端口中的对应端口的入口或出口重叠时，对应端口可以被打开以允许冷却液流动通过该端口。相反地，当各流量控制孔口由于阀体20的旋转而未与多个端口中的对应端口的入口或出口重叠(例如，未覆盖入口或出口)时，对应端口可以被关闭以阻止冷却液流动通过该端口。进一步地，阀体20的下端部可以形成为开放的形状，并且气缸盖端口11可以形成在与阀体20的下端部对应的阀壳体10的下端部中。因此，气缸盖端口11可以保持持续开放状态。由于气缸盖41的出口可以被连接到气缸盖端口11，因此从气缸盖41排出的冷却液可以被持续地引入到阀体20内部。

阀体20可以在阀体20旋转的轴向方向上被划分成第一层部分21和第二层部分22。例如，第一层部分21可以被设置成靠近气缸盖端口11，并且第二层部分22可以被设置成靠近驱动单元30。第一流量控制孔口21a可以形成在第一层部分21中，并且第一流量控制孔口21a可以在阀体20旋转的圆周方向上较长地形成。

气缸体端口12的出口12b和散热器端口13的入口13a可以被独立地设置在与第一层部分21对应的阀壳体10的内表面的圆周方向上。特别地，冷却液从气缸体42流入到阀壳体10中所通过的气缸体端口12的入口12a可以被设置在气缸盖端口11的侧表面中，气缸盖端口11被设置在阀壳体10的底部。因此，气缸体端口12的流动通道可以形成在阀壳体10内部。

此外，第二流量控制孔口22a可以形成在第二层部分22中，并且第二流量控制孔口22a可以在阀体20旋转的圆周方向上较长地形成。热交换器端口14的入口14a和加热器芯端口15的入口15a可以被独立地设置在与第二层部分22对应的阀壳体10的内表面的圆周方向上。阀壳体10可以进一步包括连接到储液箱46的储液箱端口16。

储液箱端口16的入口16a可以设置在与第二层部分22对应的阀壳体10的内表面中。不管阀体20的旋转角度如何变化，储液箱端口16的入口16a可以保持持续开放状态。因此，储液箱端口16的入口16a可以持续地与储液箱46连通。该构造可以通过第二流量控制孔口22a的形状或者通过在第二层部分22中形成单独的流量控制孔口来实现。

此外，密封构件50a、50b、50c和50d可以被设置在阀体20的外圆周表面与各个端口的入口和出口之间。例如，第一密封构件50a可以被设置在气缸体端口12的出口12b和与其相对的第一层部分21的外圆周表面之间。第二密封构件50b可以被设置在散热器端口13的入口13a和与其相对的第一层部分21的外圆周表面之间。

第三密封构件50c可以被设置在热交换器端口14的入口14a和与其相对的第二层部分22的外圆周表面之间。第四密封构件50d可以被设置在加热器芯端口15的入口15a和与其相对的第二层部分22的外圆周表面之间。由于密封构件50a、50b、50c和50d可以被安装在形成在阀壳体10的内表面的端口的入口并且可以与阀体20直接接触，因此密封构件产生表面压力并保持气密性，从而防止流动通过各个端口的冷却液泄漏。

图7是示出根据本发明的流量控制阀1的旋转角度的端口的开口度的曲线图。曲线图的X轴表示阀的整个旋转角度(从左端部到右端部的区间)，曲线图的Y轴表示端口的开口度。参照图7，在发动机冷启动时，流量控制阀1可以位于预定的第一区间STATE1，预定的第一区间STATE1包括曲线图的X轴上阀体20的所有旋转操作区间的一个端部。在该区间中，散热器端口13的入口13a和气缸体端口12的出口12b关闭，并且热交换器端口14的入口14a和加热器芯端口15的入口15a也保持关闭。

在该状态下，只有少量的冷却液通过气缸盖端口11流入到流量控制阀1中。因此，最少量的冷却液流动通过发动机外部，从而发动机的温度能够迅速升高。随后，当冷却液的温度达到预定温度时，流量控制阀1操作并且可以位于第一区间STATE1之后的第二区间STATE2中。在该区间中，加热器芯端口15的入口15a和热交换器端口14的入口14a被部分地打开以调节发动机冷却液的流量。换言之，在流动停止被释放之后，减少冷却液的流动(例如，低于预定流动)使得冷却液的温度逐渐达到目标冷却温度，从而减少发动机的预热时间。

随后，当冷却液的温度和外部空气的温度等于或大于预定温度时，流量控制阀1操作并且可以位于第二区间STATE2之后的第三区间STATE3中。在该区间中，可以在加热器芯端口15的入口15a被部分地打开的状态下，热交换器端口14的入口14a的开口度可以从部分打开状态调节到完全打开状态。因此，可以最大化油冷却器的效果，因此油的温度可以快速地升高。因此，可以通过降低发动机的摩擦来提高燃料效率。

通常，第三区间是加热器控制区间，并且在加热器控制区间中加热器芯端口的开口度(开口面积/端口截面积)通常被设置为小于50％。然而，水泵可以根据诸如发动机的流量的各种变量来适当地设置。在加热器芯端口的开口度为100％的情况时，应用加热优先模式。

通常，加热优先模式通过使用外部温度和初始冷却液温度来确定，并且当温度为-10℃至-15℃时，应用加热优先模式。

通常，第三区间的进入温度被确定为在大约50℃与目标冷却水温度之间，并且目标冷却水温度通常为80℃至110℃。在燃料效率优先期间，目标冷却水温度通常为95℃至105℃。

随后，当冷却液的温度等于或大于阈值时，流量控制阀1操作并且可以位于第三区间STATE3之后的第四区间STATE4中。在该区间中，在加热器芯端口15的入口15a和热交换器端口14的入口14a被打开的状态下，散热器端口13的入口13a的开口度可以被改变。因此，冷却液的目标温度可以被保持为大于当使用常规恒温器时的冷却液的目标温度。因此，可以提高燃料效率。

随后，当冷却液的温度达到冷却液的目标温度或更高时，流量控制阀1操作并且可以位于第四区间STATE4之后的第五区间STATE5中。在该区间中，在散热器端口13的入口13a被保持在完全打开状态下，气缸体端口12的出口12b的开口度可以被改变。例如，在高负荷条件下或在上坡条件下，可以确保最大冷却性能，从而油预热器中的冷却液的流量被适当地保持并且加热器中的冷却液的流量被降低到冷却/预热控制所需的最低水平。

随后，当冷却液的温度达到目标冷却温度或更高并且车辆在高速/高负荷行驶时，流量控制阀1操作并且可以位于第五区间STATE5之后的第六区间STATE6中。在该区间中，散热器端口13的入口13a的开口度可以被改变并且气缸体端口12的出口12b可以被完全打开。因此，分离冷却可以被释放，从而保护发动机硬件。

随后，当冷却液的温度和外部空气的温度低于预定温度时，流量控制阀1操作并且可以位于第六区间STATE6之后的第七区间STATE7中。在该区间中，加热器芯端口15的入口15a的开口度和气缸体端口12的出口12b的开口度可以被最大化。因此，冷却液的流动可以被集中在加热器芯45中，因此可以提高车辆的预热性能。当发动机停机时，流量控制阀1操作以位于第五区间STATE5中，从而所有端口可以被保持为打开状态以排出冷却液。因此，可以防止冷却液凝固，并且可以排出冷却回路中的气泡。

如上所述，根据本发明的流量控制阀1的特征在于：阀体20可以通过驱动单元30的旋转力而旋转，并且散热器端口13、热交换器端口14、加热器芯端口15和气缸体端口12的开口度可以基于阀体20的旋转角度的变化来调节，从而基于车辆行驶条件来适当地调节冷却液的流动。

换言之，分离地冷却气缸盖41和气缸体42的过程可以通过流量控制阀1的操作打开或关闭气缸体端口12来执行或释放。此外，由于可以一起调节散热器端口13、热交换器端口14和加热器芯端口15的开口度，因此仅通过流量控制阀1的操作可以同时以可变的方式控制四个端口。进一步地，通过实现分离冷却过程可以提高燃料效率，并且通过去除用于实现分离冷却过程的单独端口控制结构可以降低制造成本。

流量控制阀1的控制区间还可以基于车辆行驶条件来不同地形成，并且流量控制阀1的操作可以顺序地通过控制区间来进行调节，从而降低流量控制阀1的操作量和操作次数。此外，由于可以设置最大预热区间，因此可以最大化加热器芯45中的冷却液的流量，并且可以防止冷却液不必要地流失到油热交换器，从而可以最大化地提高燃料效率和预热性能。

如从上面的描述中显而易见的是，根据本发明，由于仅通过流量控制阀的操作可以同时以可变的方式来操作四个端口，因此可以同时实现用于升高整个发动机的温度的可变温度控制过程、快速发动机预热和分离冷却过程。因此，可以最大化地提高燃料效率，并且通过去除用于实现分离冷却过程的单独端口控制结构，可以降低制造成本。

尽管为了说明的目的已经公开了根据本发明的示例性实施例，但本领域技术人员将想到的是，在不脱离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和实质的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (8)

1.一种流量控制阀，包括：

阀壳体，具有连接到气缸体的冷却液出口的气缸体端口、连接到气缸盖的冷却液出口的气缸盖端口、连接到散热器的散热器端口、连接到油冷却器的热交换器端口以及连接到加热器芯和排气再循环冷却器即EGR冷却器的加热器芯端口；

驱动单元，被配置成提供旋转力；以及

阀体，被配置成接收来自所述驱动单元的旋转力以在所述阀壳体内以预定角度旋转，所述阀体基于所述阀体的旋转角度的变化选择性地与所述气缸体端口和所述散热器端口连通，并且基于所述阀体的旋转角度的变化选择性地与所述热交换器端口和所述加热器芯端口连通。

2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中所述阀体具有开放端部，并且所述气缸盖端口形成在与所述阀体的开放端部对应的所述阀壳体的端部中以保持持续开放状态。

3.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中所述阀体在所述阀体的轴向方向上被划分成第一层部分和第二层部分。

4.根据权利要求3所述的流量控制阀，其中在所述第一层部分形成第一流量控制孔口，并且所述气缸体端口的出口和所述散热器端口的入口分别设置在与所述第一层部分对应的所述阀壳体的内表面的圆周方向上。

5.根据权利要求4所述的流量控制阀，其中在所述第二层部分形成第二流量控制孔口，并且所述热交换器端口的入口和所述加热器芯端口的入口分别设置在与所述第二层部分对应的所述阀壳体的内表面的圆周方向上。

6.根据权利要求5所述的流量控制阀，其中所述第一流量控制孔口和所述第二流量控制孔口分别形成在所述第一层部分和所述第二层部分的圆周方向上以选择性地与各个端口连通。

7.根据权利要求5所述的流量控制阀，进一步包括：

储液箱端口，被设置在所述阀壳体中并被连接到储液箱，

其中所述储液箱端口的入口形成在与所述第二层部分对应的所述阀壳体的内表面中以保持持续开放状态。

8.根据权利要求5所述的流量控制阀，进一步包括：

密封构件，被设置在所述阀体的外圆周表面和与所述阀体的外圆周表面相对的各个端口的入口和出口之间。