CN213776376U - 电控节流阀 - Google Patents

Abstract

一种电控节流阀，包括阀体、阀芯和控制传动机构。阀芯可转动地设置于阀体，阀芯具有流体入口、第一流体开口和第二流体开口；阀体包括阀体本体、大循环接头和小循环接头，阀体本体在与流体入口相对应的位置设有流体进口，大循环接头和小循环接头分别与阀体相连本体相连；控制传动机构安装于阀体，控制传动机构与阀芯相连，用于驱动阀芯转动；控制传动机构为蜗轮蜗杆机构。本实用新型可精准控制冷却流体流量，满足发动机大循环和小循环的流量要求。

Description

电控节流阀

技术领域

本实用新型涉及阀门技术。

背景技术

为了降低燃油消耗率（CO₂排放）、缩短发动机暖机时间、提高发动机的可靠性，需要采用电控节流阀对发动机进行热管理。电控节流阀通常安装在发动机缸体上，其采用机电一体化设计，系统紧凑且集成度高。它通过直流电机驱动的高效执行器和高精度的感应式位置传感器，精确地控制低流阻的球阀的转角，从而实现冷却系统各个支路中流量的按需控制。通过精确的温度控制，电控节流阀可以提高发动机等部件的工作效率，从而最大限度地降低摩擦损失并提高热效率、降低燃油消耗及二氧化碳排放、缩短发动机暖机时间、提高发动机的可靠性。

现有的节温器采用石蜡膨胀来控制阀门的开启，但是石蜡结构存在响应延迟和滞回特性的特点，无法满足冷却系统精准控制的要求。

此外，在现有的电控节流阀中，大多使用密封圈实现阀芯与阀体之间的密封。工作时，密封圈受到阀体和阀芯的挤压力。由于密封圈在高低温下会发生硬化，且压缩力随尺寸变化较大，因此在高低温工况下出现密封效果变差的现象。此外，现有的电控节流阀无装配方向调节结构，在存在装配和零件累积偏差较大的情况下，会发生密封圈的中心轴线与阀芯通孔的中心轴线不在一条直线上的现象，进而导致密封失效。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可精准控制冷却流体流量、满足发动机大循环和小循环流量要求的电控节流阀。

本实用新型所要解决的另一技术问题在于提供一种电控节流阀，其在高低温环境及存在装配和零件尺寸累积偏差的情况下也能保持良好的密封效果。

本实用新型所要解决的又一技术问题在于提供一种电控节流阀，其在存在装配和零件尺寸累积偏差的情况下，可以调节密封圈的位置，以使密封圈的中心轴线与阀芯流体开口的中心轴线保持一致。

本实用新型实施例的一种电控节流阀，包括阀体、阀芯和控制传动机构；所述阀芯可转动地设置于所述阀体，阀芯具有流体入口、第一流体开口和第二流体开口；阀体包括阀体本体、大循环接头和小循环接头，阀体本体在与流体入口相对应的位置设有流体进口，大循环接头和小循环接头分别与阀体本体相连；控制传动机构安装于阀体，控制传动机构与阀芯相连，用于驱动阀芯转动，以使阀芯转动到大循环开度最大位置时，从流体入口流入的冷却流体全部通过第一流体开口流入大循环接头，阀芯转动到小循环开度最大位置时，从流体入口流入的冷却流体全部通过第二流体开口流入小循环接头，其特点在于，控制传动机构为蜗轮蜗杆机构。

进一步地，流体入口设置于阀芯本体的底部，第一流体开口和第二流体开口分别设置阀芯本体的侧面；大循环接头和小循环接头分别与阀体本体的侧面相连。

进一步地，阀芯本体包括上阀芯本体部和下阀芯本体部，上阀芯本体部的底端与下阀芯本体部的顶端相连，流体入口设置于下阀芯本体部的底部，上阀芯本体部和下阀芯本体部的侧面为球面；第一流体开口和第二流体开口的数量均为两个，其中一个第一流体开口和其中一个第二流体开口设置于上阀芯本体部，另一个第一流体开口和另一个第二流体开口设置于下阀芯本体部。

进一步地，在阀芯与大循环接头之间设有与第一流体开口的数量相同的密封结构，在阀芯与小循环接头之间设有与第二流体开口的数量相同的密封结构，各密封结构均包括密封圈、安装支架、弹性圈、波形弹簧和压力施加部，密封圈、安装支架、弹性圈、波形弹簧和压力施加部分别设置于阀体中；密封圈安装于安装支架，安装支架沿轴向方向设有流体通孔；弹性圈设置于安装支架与波形弹簧之间，弹性圈的前端面与安装支架的后端密封接触，所述弹性圈的外周面与所述阀体的内表面密封接触；波形弹簧呈波纹管状，波形弹簧的前端抵接弹性圈的后端；压力施加部抵接波形弹簧的后端，以向波形弹簧施加一轴向压力，该轴向压力通过弹性圈、安装支架被传导至密封圈，以使密封圈紧贴阀芯的表面；当阀芯转动到大循环开度最大位置时，第一流体开口被对应密封结构的密封圈包围；当阀芯转动到小循环开度最大位置时，第二流体开口被对应密封结构的密封圈包围。

进一步地，安装支架的后端面设有第二环形凹槽，第二环形凹槽环绕流体通孔；弹性圈的前端面设有向前凸出的环形凸缘，环形凸缘伸入第二环形凹槽中，环形凸缘的宽度小于第二环形凹槽的槽宽，以使安装支架可相对于弹性圈沿径向方向移动。

本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型实施例的电控节流阀通过蜗轮蜗杆的自锁以及位置传感器的闭环控制反馈，可以精准地控制球阀的转动角度，从而满足发动机冷却系统精准控制冷却流体（通常为冷却水）流量的要求；

2、本实用新型实施例的电控节流阀可根据发动机的不同运行状况和冷却水温度的高低，调节冷却流体进入散热器的流量改变冷却流体的循环范围，以调节冷却系统的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。通过大循环和小循环的互补结构设计，确保发动机在不同的工作状态下都能处于合适的冷却状态，不会因为温度过低或过温度过高而导致发动机不能处于最佳运行状态；

3、本实用新型实施例的阀芯具有上阀芯本体部和下阀芯本体部，上阀芯本体部和下阀芯本体部上分别设有流体开口，起到调节冷却流体的进出流量的作用，以满足发动机不同大小循环流量的要求，防止发动机因冷却流体流量不足而导致发动机温度过高而损坏；

4、本实施例的密封结构采用了波形弹簧配合弹性圈压缩密封圈密封的方式，一方面波形弹簧的弹性系数K值小，受装配和零件尺寸累积偏差而导致压缩量变动而引起的力值波动小，另一方面，波形弹簧采用金属材料，在高低温条件下弹性模量变化小，因此波形弹簧经过压缩后给密封圈提供了稳定的预紧力，密封圈在预紧力的作用下紧紧贴合阀芯，确保密封圈与阀芯之间的摩擦力矩不会因为高低温和装配和零件尺寸累积偏差的情况下发生变化，从而保证了密封的可靠性；

5、弹性圈的前端面设有向前凸出的环形凸缘，环形凸缘伸入安装支架的第二环形凹槽中，以使安装支架可相对于弹性圈沿径向双向方向移动调节，确保了阀芯在装配过程中的累计偏差以及零件的累积偏差能够被移动调节量所补偿，不会出现由于装配偏差导致密封圈的中心轴线与阀芯流体开口的中心轴线不一致所造成的泄漏；

6、本实用新型结构简单，体积紧凑，满足了汽车的紧凑化设计。

附图说明

图1和图2分别示出了根据本实用新型实施例的电控节流阀的爆炸示意图和整体外观示意图。

图3和图4分别示出了根据本实用新型实施例的电控节流阀处于小循环工作状态和大循环工作状态时的纵向剖面示意图。

图5示出了根据本实用新型实施例的电控节流阀在拿掉顶盖后的俯视示意图。

图6示出了根据本实用新型实施例的电控节流阀的阀芯本体的示意图。

图7和图8分别从不同的位置示出了根据本实用新型实施例的电控节流阀的横截面示意图。

图9和图10分别示出了根据本实用新型实施的密封结构的整体示意图和局部放大示意图。

图11示出了根据本实用新型实施例的电控节流阀的密封圈的中心轴线与球阀通孔的中心轴线存在偏差的示意图。

图12示出了冷却流体小循环及冷却流体大循环的开度曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1至图8。根据本实用新型一实施例的电控节流阀，包括阀体1、控制传动机构2、电机3、阀芯位置传感器4和阀芯5。

阀体1包括阀体本体12、大循环接头13和小循环接头14。大循环接头13和小循环接头14分别与阀体本体12的侧面相连。阀体本体12设有电气腔121和流体腔122，电气腔121用于容置控制传动机构2和电机3，流体腔122用于输送流体，电气腔121与流体腔122通过隔板彼此隔开。在本实施例中，电气腔121位于流体腔122的上方，并用顶盖123罩住。

阀芯5可转动地设置于阀体本体12。阀芯5包括阀芯本体51和阀杆52，阀芯本体51与阀杆52相连。阀芯本体51具有第一流体开口5a、第二流体开口5b以及流体入口5c。流体入口5c设置于阀芯本体51的底部，阀体本体12在与流体入口5c相对应的位置设有流体进口12c。第一流体开口5a和第二流体开口5b分别设置于阀芯本体51的侧面。第一流体开口5a与第二流体开口5b沿周向间隔90°。

在本实施例中，阀芯本体51包括上阀芯本体部511和下阀芯本体部512，上阀芯本体部511的底端与下阀芯本体部512的顶端相连，流体入口5c设置于下阀芯本体部512的底部，上阀芯本体部511和下阀芯本体部512的侧面均为球面。第一流体开口5a和第二流体开口5b的数量均为两个，其中一个第一流体开口5a和其中一个第二流体开口5b设置于上阀芯本体部511，另一个第一流体开口5a和另一个第二流体开口5b设置于下阀芯本体部512。两个第一流体开口5a沿阀芯本体的轴向排成一列，两个第二流体开口5b沿阀芯本体的轴向排成一列。

阀芯位置传感器4和控制传动机构2分别安装于阀体本体12，阀芯位置传感器4用于检测阀芯5的位置，并将位置检测信号传送给控制器（例如外部的行车电脑）。可选地，阀芯位置传感器4为霍尔传感器。控制传动机构2与阀芯5相连，用于根据所述控制器的控制信号驱动阀芯5转动。在本实施例中，控制传动机构为蜗轮蜗杆机构。电机3为直流电机。蜗杆24与电机3的输出端相连，蜗轮23与阀杆52相连，阀杆52跟随蜗轮23同步转动。可选地，蜗轮23与阀杆52通过激光焊焊接连接，阀杆52与阀芯本体51注塑成一个整体。

电控节流阀通过电气插头17接收行车电脑的信号，控制直流电机3转动，直流电机3转动后带动蜗杆24转动，蜗杆24带动与蜗杆24相啮合的蜗轮23转动。行车电脑根据发动机行驶状态和发动机其他传感器数据，控制阀芯5转动到指定角度，同时阀芯位置传感器4反馈阀芯当前的实际角度给行车电脑，行车电脑修正直流电机3的转动，达到需要的角度。当阀芯5到达指定位置时，行车电脑控制直流电机3断电，由于蜗杆24和蜗轮23具有自锁功能，所以蜗杆24不能驱动蜗轮23，即阀芯5能在直流电机3停电后保持当前位置。

图12示出了冷却流体小循环及冷却流体大循环的开度曲线示意图。发动机控制小循环开度曲线为α，大循环开度曲线为β，其中大、小循环流量可以满足互补的要求，即任何状态下大小循环的流量的和为定值，如小循环全开，大循环全闭或小循环开1/3，大循环开2/3。

请参考图3。小循环时，冷却水从流体入口5c处进，阀芯5旋转至第一指定角度（即阀芯转动到小循环开度最大位置），此时两个第二流体开口5b与小循环接头14处于开度最大状态，与此同时第一流体开口5a与大循环接头13处于全关状态，液体沿着图3中的箭头方向分别从两级阀芯本体部的第二流体开口5b汇拢后从小循环接头14流出，此时大循环接头13处无液体流出。

请参考图4。大循环时，冷却水从流体入口5c处进，阀芯5旋转至第二指定角度（即阀芯转动到大循环开度最大位置），此时两个第一流体开口5a与大循环接头13处于开度最大状态，与此同时第二流体开口5b与小循环接头14处于全关状态，液体沿着图4中的箭头方向分别从两级阀芯本体部的第一流体开口5a汇拢后从大循环接头13流出，此时小循环接头14处无液体流出。

为了实现上述两个循环时，另一个接头处无液体流出，需要在阀芯5和大循环接头13、小循环接头14间设置流体密封结构来实现与外界的密封，即保证在小循环时，阀芯5与大循环接头13之间无冷却液体流出，保证全关；在大循环时，阀芯5与小循环接头14之间无冷却液体流出，保证全关。

在本实施例中，在阀芯5与大循环接头13之间设有与第一流体开口5a的数量相同的密封结构6，在阀芯5与小循环接头14之间设有与第二流体开口5b的数量相同的密封结构6。各密封结构6均包括密封圈61、安装支架62、弹性圈63、刚性衬圈64、波形弹簧65和压力施加部66。

密封圈61、安装支架62、弹性圈63、波形弹簧65和压力施加部66分别设置于阀体1中。

密封圈61安装于安装支架62，安装支架62沿轴向方向设有流体通孔62a。在本实施例中，安装支架62的前端面设有第三环形凹槽623，密封圈61的后端设有与第三环形凹槽623相适配的第三环形凸起613，第三环形凸起613嵌入第三环形凹槽623内，实现密封圈61的固定安装。

弹性圈63设置于安装支架62与波形弹簧65之间，弹性圈63的前端面与安装支架62的后端密封接触，弹性圈63的外周面与阀体1的内表面11a密封接触。在本实施例中，弹性圈63的外周面设有第一环形凸起631，阀体1的内表面11a设有与第一环形凸起631相配合的第一环形凹槽111，第一环形凸起631嵌入第一环形凹槽111中。弹性圈63的前端面设有第二环形凸起632，第二环形凸起632抵接安装支架62的后端。

刚性衬圈64包括衬圈本体641和从衬圈本体641的底端沿径向向外延伸的底部凸环642。衬圈本体641的外周面与弹性圈63的内周面密封接触，底部凸环642的前端面与弹性圈63的后端面密封接触。在本实施例中，弹性圈为橡胶圈，刚性衬圈为金属衬圈。

波形弹簧65呈波纹管状，波形弹簧65的前端抵接底部凸环642的后端面。在本实施例中，波形弹簧65的材质为金属，例如不锈钢。采用刚性衬圈64的优点在于支撑弹性圈63，防止弹性圈63在受到轴向压力后产生径向变形从而影响径向密封的效果，在其它实施例中，也可不采用刚性衬圈64，此时波形弹簧65的前端直接抵接弹性圈63的后端。

压力施加部66抵接波形弹簧的后端，以向波形弹簧65施加一轴向压力。在本实施中，压力施加部为设置于大循环接头13或小循环接头14的台阶。在本实施例中，该台阶为腰形台阶，该腰形台阶环绕于作为中间过水通道的腰形孔的周围，用于均匀地支撑上、下两个波形弹簧。波形弹簧65在大循环接头13或者小循环接头14装配后受到压力施加部66的挤压而被压缩，产生轴向压力F，轴向压力F传递给刚性衬圈64和弹性圈63，使得第二环形凸起632被压缩。刚性衬圈64的前端面与安装支架62的后端接触，将轴向压力F传递给安装支架62，安装支架62将轴向压力F传递给密封圈61，最终由于轴向压力F使得密封圈61与阀芯本体51始终有预紧力地保持接触，从而实现密封。同时，弹性圈63的第一环形凸起631（本实施例中设有两圈第一环形凸起）装配到阀体1的内孔中后，第一环形凸起631被挤压后与阀体1的第一环形凹槽111产生过盈密封，保证了径向的密封性，使得冷却流体不能从弹性圈63的外周面与阀体1的内表面11a之间通过。同时，弹性圈63前端面的第二环形凸起 632被挤压后与安装支架62的后端面62c之间形成端面密封，使得冷却流体不能从安装支架62的后端面62c与弹性圈63的前端面之间通过。

当阀芯5转动到大循环开度最大位置（或小循环开度最大位置）时，第一流体开口5a被对应密封结构的密封圈包围（或第二流体开口5b被对应密封结构的密封圈包围），冷却流体只能从第一流体开口5a（或第二流体开口5b）经过密封圈61的中心孔61a、安装支架62的流体通孔62a、刚性衬圈的中心孔64a以及波形弹簧65的中心通孔65a，最终到达大循环接头13（或者小循环接头14）。

由于波形弹簧65的弹性系数K值小，受装配及零件的累积偏差导致的力值偏差小，使得最终作用在密封圈61上的力F比较稳定。同时由于波形弹簧65采用不锈钢材料，其弹性模量大，受到温度波动变化时弹性模量变化小，使得最终作用在密封圈61上的力F比较稳定。

请参考图11。由于装配过程或者零件的累计偏差导致了密封圈的中心轴线X1与阀芯的第一流体开口的中心轴线X2存在偏差L（图11中以第一流体开口5a举例，第二流体开口5b的中心轴线与密封圈的中心轴线的偏差原理与此类似），偏差值L可以是正值或负值。

请参考图10。在本实施例中，安装支架62的后端面62c设有第二环形凹槽622，第二环形凹槽622环绕流体通孔62a。弹性圈63的前端面设有向前凸出的环形凸缘633，环形凸缘633伸入第二环形凹槽622中，环形凸缘633的宽度小于第二环形凹槽622的槽宽，以使安装支架62可相对于弹性圈63沿径向方向移动。第二环形凸起632设置于环形凸缘的顶端，第二环形凸起632抵接第二环形凹槽622的底面。

密封圈61和安装支架62装配后形成一个整体，弹性圈63、刚性衬圈64和波形弹簧65装配后与大循环接头13形成一个整体，同时弹性圈63和刚性衬圈64与安装支架62存在双向各s的移动量，即当存在大小为L的偏差值后，可以通过s的移动量使密封圈61和安装支架62相对于弹性圈63和刚性衬圈64移动小于s的位移后，满足密封圈的中心轴线X1与第一流体开口的中心轴线X2在一条直线上，从而保证密封。

本实施例的电控节流阀的工作原理是：行车电脑根据发动机的实际使用工况，控制直流电机3转动，同时阀芯位置传感器4反馈阀芯当前位置角度，行车电脑修正直流电机3的转动角度，达到设定位置后，阀芯 5控制大循环接头13和小循环接头14的开度，实现对大循环、小循环的流量精准控制。密封结构6可以实现对冷却水的内部泄漏控制，防止冷却水从内部泄漏，影响流量控制精度。

以上描述是结合具体实施方式和附图对本实用新型所做的进一步说明。但是，本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本实用新型确定的保护范围。

Claims (11)

1.一种电控节流阀，包括阀体、阀芯和控制传动机构；所述阀芯可转动地设置于所述阀体，所述阀芯具有流体入口、第一流体开口和第二流体开口；所述阀体包括阀体本体、大循环接头和小循环接头，所述阀体本体在与所述流体入口相对应的位置设有流体进口，所述大循环接头和所述小循环接头分别与所述阀体本体相连；所述控制传动机构安装于所述阀体，所述控制传动机构与所述阀芯相连，用于驱动所述阀芯转动，以使阀芯转动到大循环开度最大位置时，从所述流体入口流入的冷却流体全部通过所述第一流体开口流入所述大循环接头，阀芯转动到小循环开度最大位置时，从所述流体入口流入的冷却流体全部通过所述第二流体开口流入所述小循环接头，其特征在于，所述控制传动机构为蜗轮蜗杆机构。

2.如权利要求1所述的电控节流阀，其特征在于，所述阀芯设有两个第一流体开口和两个第二流体开口。

3.如权利要求1所述的电控节流阀，其特征在于，所述阀芯包括阀芯本体和阀杆；所述阀杆与所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮相连，以跟随所述蜗轮转动；所述阀芯本体与所述阀杆相连；

所述电控节流阀包括电机，所述电机安装于所述阀体，所述电机的输出端与所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接。

4.如权利要求1所述的电控节流阀，其特征在于，所述流体入口设置于阀芯本体的底部，所述第一流体开口和所述第二流体开口分别设置于所述阀芯本体的侧面；

所述大循环接头和所述小循环接头分别与所述阀体本体的侧面相连。

5.如权利要求4所述的电控节流阀，其特征在于，所述第一流体开口与所述第二流体开口沿周向间隔90°。

6.如权利要求4所述的电控节流阀，其特征在于，所述阀芯本体包括上阀芯本体部和下阀芯本体部，所述上阀芯本体部的底端与所述下阀芯本体部的顶端相连，所述流体入口设置于下阀芯本体部的底部，上阀芯本体部和下阀芯本体部的侧面为球面；

所述第一流体开口和所述第二流体开口的数量均为两个，其中一个第一流体开口和其中一个第二流体开口设置于所述上阀芯本体部，另一个第一流体开口和另一个第二流体开口设置于所述下阀芯本体部。

7.如权利要求4或6所述的电控节流阀，其特征在于，在阀芯与大循环接头之间设有与第一流体开口的数量相同的密封结构，在阀芯与小循环接头之间设有与第二流体开口的数量相同的密封结构，各所述密封结构均包括密封圈、安装支架、弹性圈、波形弹簧和压力施加部，所述密封圈、所述安装支架、所述弹性圈、所述波形弹簧和所述压力施加部分别设置于所述阀体中；

所述密封圈安装于所述安装支架，所述安装支架沿轴向方向设有流体通孔；

所述弹性圈设置于所述安装支架与所述波形弹簧之间，所述弹性圈的前端面与所述安装支架的后端密封接触，所述弹性圈的外周面与所述阀体的内表面密封接触；

所述波形弹簧呈波纹管状，波形弹簧的前端抵接所述弹性圈的后端；

所述压力施加部抵接所述波形弹簧的后端，以向所述波形弹簧施加一轴向压力，所述轴向压力通过所述弹性圈、所述安装支架被传导至所述密封圈，以使密封圈紧贴所述阀芯的表面；

当阀芯转动到所述大循环开度最大位置时，第一流体开口被对应密封结构的密封圈包围；当阀芯转动到所述小循环开度最大位置时，第二流体开口被对应密封结构的密封圈包围。

8.如权利要求7所述的电控节流阀，其特征在于，所述弹性圈的外周面设有第一环形凸起，所述阀体的内表面设有与所述第一环形凸起相配合的第一环形凹槽，所述第一环形凸起嵌入所述第一环形凹槽中。

9.根据权利要求7所述的电控节流阀，其特征在于，所述安装支架的后端面设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽环绕所述流体通孔；

所述弹性圈的前端面设有向前凸出的环形凸缘，所述环形凸缘伸入所述第二环形凹槽中，环形凸缘的宽度小于所述第二环形凹槽的槽宽，以使安装支架可相对于弹性圈沿径向方向移动。

10.根据权利要求9所述的电控节流阀，其特征在于，所述环形凸缘的顶端设有第二环形凸起，所述第二环形凸起抵接所述第二环形凹槽的底面。

11.根据权利要求1所述的电控节流阀，其特征在于，所述电控节流阀包括阀芯位置传感器，所述阀芯位置传感器安装于所述阀体，用于检测所述阀芯的位置。

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