CN110056673B - 一种活塞式三通阀结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种活塞式三通阀结构，包括固定压环、阀杆和阀体，所述阀体上分别形成进液口、上出液口和下出液口，所述固定压环固定安装在阀体中空内腔中，在固定压环上设置与上出液口连通的阀口，在阀杆上固定安装上阀口密封圈和下阀口密封圈；当阀杆相对于固定压环运动至上阀口密封圈与固定压环形成接触密封结构时，所述进液口与下出液口之间形成流体通道；当阀杆相对于固定压环运动至下阀口密封圈与阀体形成接触密封结构时，所述进液口与上出液口之间形成流体通道。采用本发明，不仅可以增加流体介质的通流面积，而且还能降低流体介质通过三通阀的流动阻力，有利于减轻流体介质流经三通阀过程中的能量损失。
Description
技术领域
本发明涉及三通阀结构设计领域，尤其是涉及应用于新能源车热管理系统的一种活塞式三通阀结构。
背景技术
对于电动、混动等新能源车，电池、电机电控、乘员舱等功能区对环境温度有明确需求，新能源车热管理系统中的换热介质会根据需求实时在不同回路间循环流通，通过换热使各功能区处于目标温度范围内。三通阀作为一种控制换热介质流向和流量的装置，被应用于各模块回路之间。
现有的三通阀结构设计，通常以电磁铁作为驱动机构，其在应用过程中存在如下不足之处：
第一，受电磁铁行程限制(通常小于4毫米)，使得三通阀在流通槽开启时的通流面积不足，容易产生较大的流动阻力，导致流体(换热介质)在流过三通阀后的压力下降过多，造成能量损失。
第二，三通阀中的两个骨架通常需单独制造，再过盈压装到阀杆上，阀杆需预留对骨架的限位台阶，防止活塞运动时骨架受力移位，因此，必然导致骨架和阀杆的加工量大，尺寸精度要求高，增加了实施成本和制造难度。
第三，异形密封件硫化或装配到骨架上后，活塞带动密封件移动时压紧限位面形成密封；或通过辅助结构将密封件固定到阀体上，由活动的骨架压紧被固定的密封件形成密封，因此，必然使三通阀的结构、制造过程更加复杂，对零件精度要求高，而且零件数量多，增加了三通阀整体成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种活塞式三通阀结构，以减轻流体介质流过三通阀后的能量损失。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种活塞式三通阀结构，包括固定压环、阀杆和阀体，所述阀体上分别形成进液口、上出液口和下出液口，所述固定压环固定安装在阀体中空内腔中，在固定压环上设置与上出液口连通的阀口，在阀杆上固定安装上阀口密封圈和下阀口密封圈；当阀杆相对于固定压环运动至上阀口密封圈与固定压环形成接触密封结构时，所述进液口与下出液口之间形成流体通道；当阀杆相对于固定压环运动至下阀口密封圈与阀体形成接触密封结构时，所述进液口与上出液口之间形成流体通道。
优选地，所述固定压环上形成上接触锥面；所述的上接触锥面与上阀口密封圈配合形成接触密封结构。
优选地，所述的固定压环上形成定位筋，所述阀体的中空内腔中形成定位槽，所述的定位筋与定位槽之间形成卡合定位结构。
优选地，所述的阀杆上分别形成中心孔、引流孔，所述的引流孔位于上阀口密封圈与下阀口密封圈之间。
优选地，所述的阀杆上固定连接上骨架，所述的上阀口密封圈与上骨架固定连接。
优选地，所述的上骨架上形成分流槽，所述的分流槽与阀口相通。
优选地，所述的阀杆上固定连接下骨架，所述的下阀口密封圈与下骨架固定连接。
优选地，所述的下骨架上形成分流槽，所述的分流槽与下出液口相通。
优选地，所述阀体的中空内腔中形成下接触锥面；所述的下接触锥面与下阀口密封圈配合形成接触密封结构。
优选地，还包括极片和弹性密封件，所述的极片与阀体固定连接，所述的弹性密封件通过极片压紧、且弹性密封件与固定压环之间形成密封结构，所述阀杆的一端贯穿弹性密封件、极片后外露于阀体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过阀杆相对于固定压环运动，可以方便地使得上阀口密封圈与固定压环之间形成接触密封结构或者使得下阀口密封圈与阀体之间形成接触密封结构，这种活塞式三通阀结构，可以使得三通阀在进液口与出液口之间形成流体通道时增加流体介质的通流面积，进而降低流体介质通过三通阀时的流动阻力，从而可以减轻流体介质在流经该三通阀过程中的能量损失。
附图说明
图1为本发明一种活塞式三通阀结构的爆炸示意图。
图2为图1中的极片的结构示意图。
图3为图1中的弹性密封件的结构示意图。
图4为图1中的固定压环的结构示意图(正视图)。
图5为图1中的固定压环的结构示意图(侧视图)。
图6为图1中的阀杆分总成的构造示意图(上骨架开设分流槽)。
图7为图1中的阀杆分总成的构造示意图(下骨架开设分流槽)。
图8为图1中的阀杆分总成的剖视图。
图9为图1中的阀体的构造示意图(三维图)。
图10为图1中的阀体的剖视图。
图11为本发明一种活塞式三通阀结构的流体流向控制示意图(上出液口打开)。
图12为本发明一种活塞式三通阀结构的流体流向控制示意图(下出液口打开)。
图13本发明一种活塞式三通阀结构的流体流量调节示意图(上、下出液口同时打开)。
图中部品标记名称：1-连接螺钉，2-极片，3-弹性密封件，4-固定压环，5-上阀口密封圈，6-阀杆，7-上骨架，8-堵头，9-阀体，10-下骨架，11-下阀口密封圈，21-螺钉过孔，22-定位孔，23-阀杆贯通孔，31-外密封圈，32-内密封圈，33-密封唇，41-定位筋，42-阀口，43-上接触锥面，44-阶梯圆柱，61-引流孔，62-中心孔，91-出液口，91a-上出液口，91b-下出液口，92-进液口，93-定位销，94-第一级阶梯孔，95-第二级阶梯孔，96-第三级阶梯孔，97-下接触锥面，98-定位槽，101-分流槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图11、图12、图13所示的活塞式三通阀结构，主要包括极片2、弹性密封件3、固定压环4、阀杆6和阀体9，所述极片2的具体结构如图2所示，在极片2上分别开设螺钉过孔21、定位孔22和阀杆贯通孔23，所述的定位孔22位于阀杆贯通孔23的相对两侧。所述弹性密封件3的具体结构如图3所示，包括外密封圈31、内密封圈32和密封唇33，在密封唇33上开设供阀杆6贯穿的通孔，所述的外密封圈31、内密封圈32、密封唇33之间最好是形成一体化成型结构。所述固定压环4的具体结构如图4、图5所示，其整体呈中空圆柱体结构，在固定压环4上分别形成定位筋41、阀口42、上接触锥面43和阶梯圆柱44，所述的阀口42与固定压环4的中空内腔相通。如图6、图7、图8所示，所述的阀杆6上固定安装上阀口密封圈5和下阀口密封圈11；通常，所述的阀杆6上固定连接上骨架7、下骨架10，所述的上阀口密封圈5与上骨架7固定连接，所述的下阀口密封圈11与下骨架10固定连接。所述阀体9的具体结构如图9、图10所示，在阀体9上分别形成定位销93、进液口92和出液口91，所述的出液口91分为上出液口91a和下出液口91b，需要说明的是：此处的“上”、“下”仅具有区分意义，而不意味着具有绝对位置关系一一对应。所述阀体9的中空内腔中分别形成第一级阶梯孔94、第二级阶梯孔95、第三级阶梯孔96，需要说明的是：此处的“第一级”、“第二级”、“第三级”也仅仅具有区分意义，而不意味着必然的顺序性。
所述的极片2与阀体9固定连接，所述的弹性密封件3通过极片2压紧、且弹性密封件3与固定压环4之间形成密封结构，所述的固定压环4固定安装在阀体9中空内腔中，并使固定压环4上的阀口42与上出液口91a连通，所述阀杆6的一端贯穿固定压环4、弹性密封件3、极片2后外露于阀体9。通常，阀杆分总成穿过固定压环4后再一起装配到阀体9上，所述的固定压环4安装到阀体9上的第二级阶梯孔95中，并使阀口42与上出液口91a对齐。为了便于定位、对齐操作，可以在固定压环4的底部设置阶梯圆柱44，所述的阶梯圆柱44插入阀体9上的第三级阶梯孔96上端；进一步地，在固定压环4上形成定位筋41，所述阀体9的中空内腔中形成定位槽98，所述的定位筋41与定位槽98之间形成卡合定位结构，以方便对固定压环4进行定位、限位。另外，所述的固定压环4也可以与阀体9之间通过焊接、粘接、过盈装配等方式进行定位、限位。
然后，将弹性密封件3安装到阀体9上的第一级阶梯孔94中，通过极片2上的定位孔22与阀体9上的定位销93配合定位，利用若干连接螺钉1分别穿过极片2上对应的螺钉过孔21后与阀体9形成固定连接结构。所述弹性密封件3上的外密封圈31被极片2与阀体9上的第一级阶梯孔94共同压缩后形成静密封结构，同时，弹性密封件3上的内密封圈32被极片2与固定压环4共同压缩后也形成静密封结构，所述内密封圈32对固定压环4的弹力也将固定压环4固定在阀体9上的第二级阶梯孔95内，从而可以很好地防止阀体9内部的流体介质泄漏。另外，也可以使固定压环4顶端在穿过弹性密封件3后直接由极片2压紧。
所述阀杆6的一端依次贯穿固定压环4、弹性密封件3上的密封唇33、极片2上的阀杆贯通孔23后外露于阀体9，所述的上阀口密封圈5、下阀口密封圈11均位于第三级阶梯孔96所限定的空间内，所述的密封唇33被阀杆6向外张紧，且密封唇33与阀杆6之间形成密封结构。所述的阀杆6运动时，可以是阀杆6带动密封唇33随动而形成相对静密封结构，也可以是阀杆6与密封唇33之间形成往复式动摩擦密封结构。
上述的三通阀在工作时，通过动力机构使阀杆6相对于阀体9上下移动。所述的动力机构可以采用电磁铁，也可以采用电机齿轮组、气动连杆等动力机构。当阀杆6相对于阀体9下移到达极限位置时，此时，阀杆6相对于固定压环4运动至下阀口密封圈11与阀体9形成接触密封结构，所述的进液口92与上出液口91a之间形成了流体通道，如图11所示。当阀杆6相对于阀体9上移到达极限位置时，此时，阀杆6相对于固定压环4运动至上阀口密封圈5与固定压环4形成接触密封结构，所述的进液口92与下出液口91b之间形成了流体通道，如图12所示。此即为三通阀对于流体介质的流向控制功能。如图13所示，当动力机构使阀杆6停留在中间位置时，此时，下阀口密封圈11与阀体9之间、上阀口密封圈5与固定压环4之间均没有形成接触密封结构，因此，所述的进液口92与上出液口91a之间、进液口92与下出液口91b之间分别形成了流体通道，从而使得三通阀内的流体介质可以按照一定比例从上出液口91a、下出液口91b同时流出。此即为三通阀对于流体介质的流量分配功能。
如图6、图7、图8所示，所述阀杆6上分别形成中心孔62、引流孔61，所述的引流孔61位于上阀口密封圈5与下阀口密封圈11之间。当阀杆6相对于阀体9向上运动时，可以通过引流孔61、中心孔62将电磁铁内部的空气或流体介质排出，防止出现压缩阻力；当阀杆6相对于阀体9向下运动时，可以通过引流孔61、中心孔62及时向电磁铁内部补充流体介质，防止出现真空现象而形成运动阻力，因此，设置引流孔61、中心孔62，不仅有利于阀杆6运动时三通阀的进液、排液，还可以将进入三通阀内的流体介质引入到阀杆6后端的电磁铁内腔，从而有利于电磁铁的冷却、润滑。另外，在上骨架7上可以形成分流槽101，所述的分流槽101与阀口42相通；优选地，可以在上骨架7上通过设置十字形凸筋来形成分流槽101。在下骨架10上也可以形成分流槽101，所述的分流槽101与下出液口91b相通；优选地，可以在下骨架10上通过设置十字形凸筋来形成分流槽101。通过设置分流槽101，可以增加三通阀工作时的流通面积，进一步地减小流体介质的流动阻力，减少流体能量损失。所述的上骨架7、下骨架10的整体结构最好为锥形结构，以便使流体介质的流通面积和流动方向得以平缓过渡，有利于减小流体介质的流动阻力，降低其流过三通阀后的压力损失，从而减少其能量损失。
为了保证上骨架7、下骨架10与阀杆6之间的连接强度可靠，所述的上骨架7、下骨架10可以通过注塑加工方式包裹在阀杆6上，不仅制造简单，而且可保证阀杆6与上骨架7之间、阀杆6与下骨架10之间的同轴度。注塑前，如图8所示，可以将堵头8以过盈方式压装入阀杆6的中心孔62前端，以堵住中心孔62入口，防止注塑时的熔融塑料进入中心孔62内而将其堵塞。所述的堵头8也可换成圆柱塞，也可直接将阀杆6前端压扁变形来封闭中心孔62前端。如果阀杆6是通过钻削成型中心孔62，则可不钻通阀杆6，以保留阀杆6前端头材料，实现封闭中心孔62前端的目的。
如图6、图7、图8所示，在阀杆6上还可以预先开设对应上骨架7、下骨架10的两条环槽，以便注塑加工时使得上骨架7、下骨架10分别有部分熔融塑料嵌入该环槽内，进一步强化上骨架7、下骨架10的定位，有效地防止上骨架7、下骨架10在阀杆6工作时发生受力移位。所述的上骨架7、下骨架10上可以分别开设环槽，所述的上阀口密封圈5安装在上骨架7上的环槽内，所述的下阀口密封圈11安装在下骨架10上的环槽内。所述的阀杆6、堵头8、上骨架7、上阀口密封圈5、下骨架10、下密阀口封圈11的组合件通常定义为阀杆分总成。其中，所述的上阀口密封圈5、下阀口密封圈11优选采用O型结构，不仅安装简单，而且密封可靠、占用空间小。
如图5所示，所述固定压环4上形成上接触锥面43，所述的上接触锥面43可以与上阀口密封圈5之间相互配合以形成接触密封结构。如图10所示，所述阀体9的中空内腔中形成下接触锥面97，具体地，在第三级阶梯孔96的底部形成下接触锥面97，所述的下接触锥面97可以与下阀口密封圈11之间相互配合以形成接触密封结构。采用这样的结构设计，当上阀口密封圈5与固定压环4配合压紧时、下阀口密封圈11与阀体9配合压紧时，可以分别使得固定压环4、阀体9具有一定的自动导向、校正功能，使上阀口密封圈5、下阀口密封圈11压缩均匀、稳定，有利于提高密封可靠性，同时，也减小了对于阀杆分总成的定位精度要求，并可取消辅助导向装置，使三通阀结构得以进一步简化。所述的阀体9可以通过一次性注塑成型，由此可以摒弃多余辅助结构和装置，减少零件数量，并减少其制造工艺步骤和加工装配误差，从而降低阀体9的制造成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种活塞式三通阀结构，包括固定压环(4)、阀杆(6)和阀体(9)，所述阀体(9)上分别形成进液口(92)、上出液口(91a)和下出液口(91b)，其特征在于：所述固定压环(4)固定安装在阀体(9)中空内腔中，在固定压环(4)上设置与上出液口(91a)连通的阀口(42)，在阀杆(6)上固定安装上阀口密封圈(5)和下阀口密封圈(11)；当阀杆(6)相对于固定压环(4)运动至上阀口密封圈(5)与固定压环(4)形成接触密封结构时，所述进液口(92)与下出液口(91b)之间形成流体通道；当阀杆(6)相对于固定压环(4)运动至下阀口密封圈(11)与阀体(9)形成接触密封结构时，所述进液口(92)与上出液口(91a)之间形成流体通道；
所述的阀杆(6)上分别形成中心孔(62)、引流孔(61)，所述的引流孔(61)位于上阀口密封圈(5)与下阀口密封圈(11)之间；所述的阀杆(6)上固定连接下骨架(10)，所述的下阀口密封圈(11)与下骨架(10)固定连接；所述的下骨架(10)上形成分流槽(101)，所述的分流槽(101)与下出液口(91b)相通。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式三通阀结构，其特征在于：所述固定压环(4)上形成上接触锥面(43)；所述的上接触锥面(43)与上阀口密封圈(5)配合形成接触密封结构。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式三通阀结构，其特征在于：所述的固定压环(4)上形成定位筋(41)，所述阀体(9)的中空内腔中形成定位槽(98)，所述的定位筋(41)与定位槽(98)之间形成卡合定位结构。
4.根据权利要求1所述的一种活塞式三通阀结构，其特征在于：所述的阀杆(6)上固定连接上骨架(7)，所述的上阀口密封圈(5)与上骨架(7)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种活塞式三通阀结构，其特征在于：所述的上骨架(7)上形成分流槽(101)，所述的分流槽(101)与阀口(42)相通。
6.根据权利要求1所述的一种活塞式三通阀结构，其特征在于：所述阀体(9)的中空内腔中形成下接触锥面(97)；所述的下接触锥面(97)与下阀口密封圈(11)配合形成接触密封结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种活塞式三通阀结构，其特征在于：还包括极片(2)和弹性密封件(3)，所述的极片(2)与阀体(9)固定连接，所述的弹性密封件(3)通过极片(2)压紧、且弹性密封件(3)与固定压环(4)之间形成密封结构，所述阀杆(6)的一端贯穿弹性密封件(3)、极片(2)后外露于阀体(9)。
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- 2019-05-23 CN CN201910433360.3A patent/CN110056673B/zh active Active
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