CN116292984A - 控制阀及热管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种控制阀及热管理系统，阀体沿着预设圆周方向设有4n个连通阀腔的连通位，每个连通位对应的圆心角均等于90°/n，一部分相邻的两个连通位沿着预设圆周方向相连通形成双通连接位，另一部分连通位沿着预设圆周方向不连通形成两两相邻分布的单通连接位。阀芯可转动地设于阀腔内，阀芯设有n个贯穿自身的贯穿流道，每一贯穿流道在阀芯的侧面具有两个间隔设置的流道口，每个流道口均能够对应连通一个连通位，2n个流道口沿着预设圆周方向分布于阀芯的周侧，相邻流道口沿着预设圆周方向等距分布，且每一流道口对应的圆心角均等于90°/n。本申请提供的控制阀及热管理系统，解决了集成式控制阀存在大量冗余设计的问题。

Description

控制阀及热管理系统

技术领域

本申请涉及多通阀技术领域，特别是涉及一种控制阀及热管理系统。

背景技术

在新能源汽车的热管理系统中，通常设计有多个冷却液的循环回路，并且，为了满足节约成本、新能源汽车的轻量化以及合理利用新能源汽车布局空间等条件，通常需要设计一个简单且实用的控制阀来实现热管理系统多种工况的切换。常见的控制阀包括多个三通阀和多个四通阀的混合使用。

但是，多个三通阀和多个四通阀的组合显著增大了热管理系统的体积，并且，如此设置，使得控制阀的控制更加复杂，从而不利于热管理系统的结构简化。为了减小控制阀的体积且降低了控制阀的制造成本，现有技术还将多个多通阀集成在一起，形成了一个集成式结构的控制阀，但是，现有的集成式控制阀在连通模式的切换过程中，部分阀芯的连通槽和部分阀体的连通孔在大部分模式下处于不工作的状态，也即，现有的集成式控制阀存在大量的冗余设计，如此，对热管理系统来说是一种结构和空间上的浪费。

发明内容

基于此，有必要提供一种控制阀及热管理系统，以解决现有的集成式控制阀存在大量冗余设计的问题。

本申请提供的控制阀包括阀体和单个阀芯，阀体设有阀腔，定义围绕阀腔中心轴的方向为预设圆周方向，阀体沿着预设圆周方向设有4n个连通阀腔的连通位，其中，n为正整数，每个连通位对应的圆心角均等于90°/n，一部分相邻的两个连通位沿着预设圆周方向相连通形成双通连接位，另一部分连通位沿着预设圆周方向不连通形成单通连接位，并且，单通连接位两两相邻分布，定义相邻分布的两个单通连接位为一组可变通位组，双通连接位和可变通位组沿着预设圆周方向分布于阀芯的周侧。阀芯可转动地设于阀腔内，阀芯设有n个贯穿自身的贯穿流道，每一贯穿流道在阀芯的侧面具有两个间隔设置的流道口，每个流道口均能够对应连通一个连通位，2n个流道口沿着预设圆周方向分布于阀芯的周侧，相邻流道口沿着预设圆周方向等距分布，且每一流道口对应的圆心角均等于90°/n。

在其中一个实施例中，每一贯穿流道的两个流道口之间的部分对应的圆心角t满足，2*90°/n≤t≤(2n-1)*90°/n。

在其中一个实施例中，每一贯穿流道的两个流道口之间的部分对应的圆心角t为270°/n。

在其中一个实施例中，n＝2r，其中，r为正整数，并且，阀芯沿着自身轴向分成r层，每一层设有2个贯穿流道。

在其中一个实施例中，每一层的贯穿流道关于阀腔中心轴呈旋转对称。

在其中一个实施例中，n等于4，且双通连接位的数量为7，可变通位组的数量为1。

在其中一个实施例中，阀芯包括层板和层间分隔板，多个层板沿着阀腔中心轴间隔设置，多个层间分隔板设于相邻层板之间并与相邻层板围设形成多个贯穿流道。

在其中一个实施例中，控制阀还包括驱动器和连接轴，连接轴一端连接阀芯，另一端连接驱动器，驱动器能够驱动连接轴带动阀芯围绕自身轴向相对阀体转动。

在其中一个实施例中，阀芯靠近驱动器的一端设有第一止转凸起，驱动器对应第一止转凸起设有第二止转凸起，当阀芯相对阀体围绕自身轴向转动预设角度时，第一止转凸起和第二止转凸起能够相互止挡配合，以阻止阀芯继续转动。

本申请还提供一种热管理系统，该热管理系统包括以上任意一个实施例的控制阀。

与现有技术相比，本申请提供的控制阀及热管理系统，由于每一流道口对应的圆心角均等于90°/n，且流道口的数量为2n，则所有流道口对应的圆心角之和为(90°/n)*2n＝180°，又因为相邻流道口沿着预设圆周方向等距分布，因此，相邻流道口之间的部分对应的圆心角为180°/(2n)＝90°/n。结合每个流道口均能够对应连通一个连通位，可知，2n个流道口能够连通间隔设置的2n个连通位，并且，此时，剩下的2n个连通位不与流道口连通。

又因为连通位包括双通连接位和包含两个单通连接位的可变通位组，并且，双通连接位对应的圆心角为2*90°/n＝180°/n，因此，双通连接位对应的圆心角等于一个流道口对应的圆心角和相邻流道口之间的部分对应的圆心角之和，如此，当阀芯相对阀体转动角度为m*90°/n时(m为小于n的正整数)，可确保每一个双通连接位均能连通一个流道口，也即，每一个双通连接位均能够通过一个贯穿流道连通其他连通位(包括双通连接位和单通连接位)。

同样的，由于两个相邻的单通连接位组成一组可变通位组，可变通位组对应的圆心角等于一个流道口对应的圆心角和相邻流道口之间的部分对应的圆心角之和，如此，当阀芯相对阀体转动角度为m*90°/n时(m为小于n的正整数)，可确保可变通位组中的一个单通连接位和流道口保持连通，且可变通位组中的另一个单通连接位和流道口处于关闭状态。并且，可根据实际需求增减可变通位组的数量，进而控制每次处于封闭状态的单通连接位的数量。

综上可知，如此设置，在任何连通模式下，所有的阀芯上的贯穿流道均处于工作状态，对于阀体的连通位，除了必要的需要在某些工作模式下保持封闭状态的单通连接位，其他的单通连接位和所有的双通连接位均处于工作状态。也即，本申请提供的控制阀大大降低了冗余设计的数量，优化了控制阀的结构，减小了控制阀的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一实施例的控制阀的结构示意图；

图2为本申请提供的一实施例的控制阀的侧视图；

图3为图2所示A-A处的剖视图；

图4为图2所示B-B处的剖视图；

图5为本申请提供的一实施例的控制阀的局部结构示意图；

图6为本申请提供的一实施例的阀芯和连接轴的装配结构示意图；

图7为本申请提供的一实施例的驱动器的结构示意图。

附图标记：100、阀体；110、阀腔；120、连通位；131、第一双通位；132、第二双通位；133、第三双通位；134、第四双通位；135、第五双通位；136、第六双通位；137、第七双通位；141、第一单通位；142、第二单通位；150、可变通位组；200、阀芯；210、贯穿流道；211、第一流道；212、第二流道；213、第三流道；214、第四流道；220、流道口；230、层板；240、层间分隔板；250、第一止转凸起；300、驱动器；310、第二止转凸起；400、连接轴。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在新能源汽车的热管理系统中，通常设计有多个冷却液的循环回路，并且，为了满足节约成本、新能源汽车的轻量化以及合理利用新能源汽车布局空间等条件，通常需要设计一个简单且实用的控制阀来实现热管理系统多种工况的切换。常见的控制阀包括多个三通阀和多个四通阀的混合使用。

但是，多个三通阀和多个四通阀的组合显著增大了热管理系统的体积，并且，如此设置，使得控制阀的运转更加复杂，从而不利于热管理系统的结构简化。为了减小控制阀的体积且简化控制阀的结构，现有技术还将多个多通阀集成在一起，形成了一个集成式结构的控制阀，但是，现有的集成式控制阀在连通模式的切换过程中，部分阀芯的连通槽和部分阀体的连通孔在大部分模式下处于不工作的状态，也即，现有的集成式控制阀存在大量的冗余设计，如此，对热管理系统来说是一种结构和空间上的浪费。

请参阅图1-图7，为了解决现有的集成式控制阀存在大量冗余设计的问题，本申请提供一种控制阀及热管理系统，该控制阀包括阀体100和单个阀芯200，阀体100设有阀腔110，定义围绕阀腔110中心轴的方向为预设圆周方向，阀体100沿着预设圆周方向设有4n个连通阀腔110的连通位120(包括虚体的连通孔和实体的孔壁)，其中，n为正整数，每个连通位120对应的圆心角均等于90°/n，一部分相邻的两个连通位120沿着预设圆周方向相连通形成双通连接位，剩下的连通位120沿着预设圆周方向不连通形成单通连接位，并且，单通连接位两两相邻分布，定义相邻分布的两个单通连接位为一组可变通位组150，双通连接位和可变通位组150沿着预设圆周方向分布于阀芯200的周侧。阀芯200可转动地设于阀腔110内，阀芯200设有n个贯穿自身的贯穿流道210，每一贯穿流道210在阀芯200的侧面具有两个间隔设置的流道口220，每个流道口220均能够对应连通一个连通位120，2n个流道口220沿着预设圆周方向分布于阀芯200的周侧，相邻流道口220沿着预设圆周方向等距分布，且每一流道口220(包括虚体的连通口和实体的侧壁)对应的圆心角均等于90°/n。

需要说明的是，每个连通位120对应的圆心角均的计算方法为360°/(4n)＝90°/n。

由于每一流道口220对应的圆心角均等于90°/n，且流道口220的数量为2n，则所有流道口220对应的圆心角之和为(90°/n)*2n＝180°，又因为相邻流道口220沿着预设圆周方向等距分布，因此，相邻流道口220之间的部分对应的圆心角为180°/(2n)＝90°/n。结合每个流道口220均能够对应连通一个连通位120，可知，2n个流道口220能够连通间隔设置的2n个连通位120，并且，此时，剩下的2n个连通位120不与流道口220连通。

又因为连通位120包括双通连接位和包含两个单通连接位的可变通位组150，并且，双通连接位对应的圆心角为2*90°/n＝180°/n，因此，双通连接位对应的圆心角等于一个流道口220对应的圆心角和相邻流道口220之间的部分对应的圆心角之和，如此，当阀芯200相对阀体100转动角度为m*90°/n时(m为小于n的正整数)，可确保每一个双通连接位均能连通一个流道口220，也即，每一个双通连接位均能够通过一个贯穿流道210连通其他连通位120(包括双通连接位和单通连接位)。

同样的，由于两个相邻的单通连接位组成一组可变通位组150，可变通位组150对应的圆心角等于一个流道口220对应的圆心角和相邻流道口220之间的部分对应的圆心角之和，如此，当阀芯200相对阀体100转动角度为m*90°/n时(m为小于n的正整数)，可确保可变通位组150中的一个单通连接位和流道口220保持连通，且可变通位组150中的另一个单通连接位和流道口220处于关闭状态。并且，可根据实际需求增减可变通位组150的数量，进而控制每次处于封闭状态的单通连接位的数量。

综上可知，如此设置，在任何连通模式下，所有的阀芯200上的贯穿流道210均处于工作状态，对于阀体100的连通位120，除了必要的需要在某些工作模式下保持封闭状态的单通连接位，其他的单通连接位和所有的双通连接位均处于工作状态。也即，本申请提供的控制阀大大降低了冗余设计的数量，优化了控制阀的结构，减小了控制阀的体积。

具体地，在一实施例中，如图3和图4所示，n等于4，且双通连接位的数量为7，可变通位组150的数量为1。

如此，贯穿流道210的数量为4，流道口220的总数为8，连通位120的总数为16，其中，包含7个双通连接位和1组可变通位组150，每次有一个单通连接位保持关闭，并且另一个单通连接位保持连通状态。

但不限于此，在其他实施例中，n还可以是其他正整数，可变通位组150的数量还可以是大于1的自然数，在此不一样限定。

进一步地，在一实施例中，如图3和图4所示，每一贯穿流道210的两个流道口220之间的部分对应的圆心角t满足，2*90°/n≤t≤(2n-1)*90°/n。

如此设置，可使每一贯穿流道210的两个流道口220之间间隔较大的距离，进而可使每一贯通流道能够连通距离较远的两个连通位120。

在本实施例中，如图3和图4所示，每一贯穿流道210的两个流道口220之间的部分对应的圆心角t为270°/n。

在一实施例中，如图3、图4和图6所示，n＝2r，其中，r为正整数，并且，阀芯200沿着自身轴向分成r层，每一层设有2个贯穿流道210。

如此设置，可以避免处于同一层的贯穿流道210的数量太多导致贯穿流道210容易相互干涉。

进一步地，在一实施例中，连通位120沿着阀芯200的轴向贯穿r层阀芯200，并且，不同层的流道口220不与同一连通位120连通。

如此，可避免不同层的流道口220发生串液。

进一步地，在一实施例中，如图3和图4所示，每一层的贯穿流道210关于阀腔110中心轴呈旋转对称。

如此，降低了用于加工阀芯200的模具的加工难度。

更进一步地，在一实施例中，每一层的两个贯穿流道210关于阀腔110中心轴呈180°旋转对称设置。

如此，有利于每一层的贯穿流道210能够在阀芯200的周侧具有更多的覆盖面。

但不限于此，在其他实施例中，每一层的两个贯穿流道210关于阀腔110中心轴呈其他角度的旋转对称设置，在此不一一列举。

在一实施例中，如图6所示，阀芯200包括层板230和层间分隔板240，多个层板230沿着阀腔110中心轴间隔设置，多个层间分隔板240设于相邻层板230之间并与相邻层板230围设形成多个贯穿流道210。

如此，降低了阀芯200的生产难度，并且，通过层板230和层间分隔板240围设形成贯通流道，降低了整个阀芯200的重量，使得阀芯200得壁厚一致，进而使得阀芯200尺寸稳定性更好。

在一实施例中，如图1、图2和图6所示，控制阀还包括驱动器300和连接轴400，连接轴400一端连接阀芯200，另一端连接驱动器300，驱动器300能够驱动连接轴400带动阀芯200围绕自身轴向相对阀体100转动。

如此，提高了阀芯200和阀体100相对转动角度的转动精度。

进一步地，在一实施例中，连接轴400和阀芯200为一体注塑成型件，阀芯200的连接轴400插在驱动器300的输出端上，如此，保证了阀芯200的转动精度。

进一步地，在一实施例中，如图6和图7所示，阀芯200靠近驱动器300的一端设有第一止转凸起250，驱动器300对应第一止转凸起250设有第二止转凸起310，当阀芯200相对阀体100围绕自身轴向转动预设角度时，第一止转凸起250和第二止转凸起310能够相互止挡配合，以阻止阀芯200继续转动。

如此，可以避免阀芯200发生过度转动。

在本申请提供的控制阀中，贯穿流道210的数量为4，流道口220的总数为8，并且，每一贯穿流道210的两个流道口220之间的部分对应的圆心角t为67.5°。连通位120的总数为16，其中，包含7个双通连接位和1组可变通位组150。

如图3和图4所示，定义四个贯穿流道210分别为第一流道211、第二流道212、第三流道213和第四流道214，定义七个双通连接位依次为第一双通位131、第二双通位132、第三双通位133、第四双通位134、第五双通位135、第六双通位136和第七双通位137，两个单通连接位依次为第一单通位141和第二单通位142。并且，阀芯200分为2层，第一流道211和第二流道212在一层，第三流道213和第四流道214在一层。

具体地，控制阀包括以下六种连通模式：

模式一：第一双通位131通过第一流道211连通第二双通位132，第三双通位133通过第二流道212连通第四双通位134，第五双通位135通过第三流道213连通第二单通位142，第七双通位137通过第四流道214连通第六双通位136，第一单通位141保持封闭状态。

模式二：第一双通位131通过第一流道211连通第二双通位132，第三双通位133通过第二流道212连通第四双通位134，第五双通位135通过第三流道213连通第一单通位141，第七双通位137通过第四流道214连通第六双通位136，第二单通位142保持封闭状态。

模式三：第一双通位131通过第一流道211连通第三双通位133，第二双通位132通过第二流道212连通第四双通位134，第五双通位135通过第三流道213连通第二单通位142，第七双通位137通过第四流道214连通第六双通位136，第一单通位141保持封闭状态。

模式四：第一双通位131通过第一流道211连通第三双通位133，第二双通位132通过第二流道212连通第四双通位134，第五双通位135通过第三流道213连通第一单通位141，第七双通位137通过第四流道214连通第六双通位136，第二单通位142保持封闭状态。

模式五：第一双通位131通过第一流道211连通第二双通位132，第三双通位133通过第二流道212连通第四双通位134，第五双通位135通过第三流道213连通第六双通位136，第二单通位142通过第四流道214连通第七双通位137，第一单通位141保持封闭状态。

模式六：第一双通位131通过第一流道211连通第二双通位132，第三双通位133通过第二流道212连通第四双通位134，第五双通位135通过第三流道213连通第六双通位136，第一单通位141通过第四流道214连通第七双通位137，第二单通位142保持封闭状态。

如此，本申请提供的控制阀替代了两个四通阀和一个三通水阀，而一个三通阀和一个四通阀集成形成了一个五通阀，因此，也可以认为是，本申请提供的控制阀集成一个四通阀和一个五通阀。

本申请还提供一种热管理系统，该热管理系统包括以上任意一个实施例所述的控制阀。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种控制阀，其特征在于，包括阀体(100)和单个阀芯(200)，所述阀体(100)设有阀腔(110)，定义围绕所述阀腔(110)中心轴的方向为预设圆周方向，所述阀体(100)沿着所述预设圆周方向设有4n个连通所述阀腔(110)的连通位(120)，其中，n为正整数，每个所述连通位(120)对应的圆心角均等于90°/n，一部分相邻的两个所述连通位(120)沿着所述预设圆周方向相连通形成双通连接位，另一部分所述连通位(120)沿着所述预设圆周方向不连通形成单通连接位，并且，所述单通连接位两两相邻分布，定义相邻分布的两个所述单通连接位为一组可变通位组(150)，所述双通连接位和所述可变通位组(150)沿着所述预设圆周方向分布于所述阀芯(200)的周侧；

所述阀芯(200)可转动地设于所述阀腔(110)内，所述阀芯(200)设有n个贯穿自身的贯穿流道(210)，每一所述贯穿流道(210)在所述阀芯(200)的侧面具有两个间隔设置的流道口(220)，每个所述流道口(220)均能够对应连通一个所述连通位(120)，2n个所述流道口(220)沿着所述预设圆周方向分布于所述阀芯(200)的周侧，相邻所述流道口(220)沿着所述预设圆周方向等距分布，且每一所述流道口(220)对应的圆心角均等于90°/n。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，每一所述贯穿流道(210)的两个流道口(220)之间的部分对应的圆心角t满足，2*90°/n≤t≤(2n-1)*90°/n。

3.根据权利要求2所述的控制阀，其特征在于，每一所述贯穿流道(210)的两个流道口(220)之间的部分对应的圆心角t为270°/n。

4.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，n＝2r，其中，r为正整数，并且，所述阀芯(200)沿着自身轴向分成r层，每一层设有2个所述贯穿流道(210)。

5.根据权利要求4所述的控制阀，其特征在于，每一层的所述贯穿流道(210)关于所述阀腔(110)中心轴呈旋转对称。

6.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，n等于4，且所述双通连接位的数量为7，所述可变通位组(150)的数量为1。

7.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯(200)包括层板(230)和层间分隔板(240)，多个所述层板(230)沿着所述阀腔(110)中心轴间隔设置，多个所述层间分隔板(240)设于相邻所述层板(230)之间并与相邻所述层板(230)围设形成多个所述贯穿流道(210)。

8.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，还包括驱动器(300)和连接轴(400)，所述连接轴(400)一端连接所述阀芯(200)，另一端连接所述驱动器(300)，所述驱动器(300)能够驱动所述连接轴(400)带动所述阀芯(200)围绕自身轴向相对所述阀体(100)转动。

9.根据权利要求8所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯(200)靠近所述驱动器(300)的一端设有第一止转凸起(250)，所述驱动器(300)对应所述第一止转凸起(250)设有第二止转凸起(310)，当所述阀芯(200)相对所述阀体(100)围绕自身轴向转动预设角度时，所述第一止转凸起(250)和所述第二止转凸起(310)能够相互止挡配合，以阻止所述阀芯(200)继续转动。

10.一种热管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-权利要求9任意一项所述的控制阀。

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