车辆用热管理模块及其工作方法与流程

[0001]
本发明涉及车辆领域，更具体地涉及车辆用热管理模块及其工作方法。


背景技术：

[0002]
在车辆领域内，热管理模块不论是在传统的纯发动机驱动系统中，还是在纯电机驱动系统中或者混合动力驱动系统中都变得越来越重要。但是现有的热管理模块通常采用转动阀等来对流体介质的流量进行控制，这种热管理模块中的转动阀与出口管道之间采用转动密封的方式，因而存在如下的缺点：
[0003]
1.对振动非常敏感，容易由振动导致故障；
[0004]
2.对例如塑料的材料的性能和加工参数要求较高；
[0005]
3.在轴密封和接口密封方面存在较高的泄漏风险；
[0006]
4.要求相对更大的空间；以及
[0007]
5.成本更高。


技术实现要素：

[0008]
鉴于上述现有技术的缺点而做出本发明。本发明的一个发明目的在于提供一种能够克服上述缺点中的至少一个缺点的车辆用热管理模块。本发明的另一个发明目的在于提供上述的车辆用热管理模块的工作方法。
[0009]
为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案。
[0010]
本发明提供了一种如下的车辆用热管理模块，所述车辆用热管理模块包括：
[0011]
模块主体，所述模块主体形成有内部空间；
[0012]
多个管道，所述多个管道彼此间隔开地固定连接于所述模块主体的不同部位且均与所述模块主体的内部空间连通；以及
[0013]
一个柱塞组件，所述柱塞组件以能够沿着所述模块主体的轴向在预定范围内运动的方式设置于所述模块主体的内部空间，随着所述柱塞组件的运动所述柱塞组件能够选择性地与所述模块主体的所述轴向上的多个部位实现静态密封，使得在所述柱塞组件与所述模块主体的不同部位密封接触时所述多个管道中的至少一部分管道彼此不连通并且在所述柱塞组件不与所述模块主体密封接触时所述多个管道彼此连通，
[0014]
所述柱塞组件包括塞头，所述塞头的至少沿着所述轴向截取的截面的外轮廓为具有预定曲率的曲线，使得所述塞头的外表面为曲面，当所述多个管道中的至少一部分管道连通时流体介质能够经由所述塞头的外表面与所述模块主体的内表面之间所形成的通道流入相应的所述管道中。
[0015]
优选地，所述模块主体的内表面中的至少与所述塞头相对的部分形成为具有预定曲率的曲面，当所述多个管道彼此连通时隔着所述通道彼此相对的所述塞头的外表面和所述模块主体的内表面彼此大致平行。
[0016]
更优选地，所述塞头的形状为球状、椭球状或水滴状。
[0017]
更优选地，所述多个管道包括第一管道、第二管道和第三管道，
[0018]
所述模块主体形成有用于与所述柱塞组件实现静态密封的第一密封部位和第二密封部位，并且
[0019]
在所述模块主体上，所述模块主体的与所述第一管道连接的部位、所述第一密封部位、所述模块主体的与所述第二管道连接的部位、所述第二密封部位和所述模块主体的与所述第三管道连接的部位从轴向一侧向轴向另一侧依次布置。
[0020]
更优选地，所述模块主体包括内径渐变的主体大径部以及位于所述主体大径部的轴向两侧的主体小径部，所述第一密封部位和所述第二密封部位位于所述主体大径部，所述塞头位于所述主体大径部的内部。
[0021]
更优选地，所述柱塞组件还包括：
[0022]
连杆，所述连杆从轴向另一侧与所述塞头固定连接；以及
[0023]
两个密封圈，所述两个密封圈分别固定于所述塞头并用于抵接于所述主体大径部以实现静态密封。
[0024]
更优选地，各所述密封圈包括：
[0025]
密封圈主体，所述密封圈主体嵌入所述塞头；以及
[0026]
凸起部，所述凸起部从所述密封圈主体朝向径向外侧凸出并且所述凸起部的用于与所述主体大径部接触密封的密封面的延伸趋势与所述主体大径部的相应的内表面的延伸趋势相同。
[0027]
更优选地，所述车辆用热管理模块还包括弹性件，
[0028]
所述弹性件的一端相对于所述模块主体固定，所述弹性件的另一端抵接于所述柱塞组件使得所述柱塞组件在所述弹性件的弹性力的作用下能够朝向轴向另一侧运动。
[0029]
更优选地，所述车辆用热管理模块还包括用于固定所述弹性件的固定组件，所述固定组件包括轴向支撑杆和多个径向支撑杆，所述轴向支撑杆的轴向一侧端与所述多个径向支撑杆的径向内侧端固定连接，所述轴向支撑杆的轴向另一侧端伸入所述柱塞组件以支撑所述柱塞组件，并且
[0030]
所述弹性件外套于所述轴向支撑杆且所述弹性件的所述一端抵接于所述径向支撑杆。
[0031]
本发明还提供了一种以上技术方案中任意一项技术方案所述的车辆用热管理模块的工作方法，所述车辆用热管理模块的多个管道中的至少一个管道作为入口管道并且其余管道作为出口管道，所述工作方法包括：
[0032]
零流量阶段，其中通过控制所述车辆用热管理模块的柱塞组件的运动和/或所述入口管道内的流量，使得所有所述出口管道内的流量均保持为零；
[0033]
小流量阶段，其中通过控制所述车辆用热管理模块的柱塞组件的运动和/或所述入口管道内的流量，使得所述出口管道中的至少一个出口管道的流量逐渐增大到最大值并且其余出口管道的流量为零；
[0034]
部分加载阶段，其中通过控制所述车辆用热管理模块的柱塞组件的运动和/或所述入口管道内的流量，使得所述至少一个出口管道的流量保持所述最大值并且所述其余出口管道的流量逐渐增大；以及
[0035]
全加载阶段，其中通过控制所述车辆用热管理模块的柱塞组件的运动和/或所述
入口管道内的流量，使得所有所述出口管道的流量均保持最大值。
[0036]
通过采用上述技术方案，本发明提供了一种新型的车辆用热管理模块及其工作方法。
[0037]
首先，该车辆用热管理模块采用在模块主体的内部空间往复运动的柱塞组件实现对流体介质的流量的控制，并且该柱塞组件能够在不同的部位处与模块主体实现静态密封。这样，该车辆用热管理模块所实现的静态密封相对于现有技术的转动阀的动态密封对振动的敏感程度较小、对材料的性能和加工参数要求较低、泄漏风险也较小。
[0038]
其次，该车辆用热管理模块采用仅一个柱塞组件，这与现有技术的车辆用热管理模块相比整体结构相对简单，因而所需的空间小且成本低。
[0039]
再次，该车辆用热管理模块的柱塞组件的塞头的至少沿着轴向截取的截面的外轮廓为具有预定曲率的曲线，使得塞头的外表面采用具有预定曲率的曲面，这样使得在该热管理模块工作时流经该塞头的流体介质作用于塞头的液压力降低，从而节省了驱动柱塞组件的驱动力。
附图说明
[0040]
图1a是根据本发明的第一实施方式的车辆用热管理模块的沿着轴向截取的截面图；图1b是图1a中的车辆用热管理模块的局部放大图。
[0041]
图2是用于说明图1a中的车辆用热管理模块的工作方法的曲线图，其中示出了介质经由两个出口管道的流量随着时间变化的曲线。
[0042]
图3是用于说明图1a中的车辆用热管理模块进行流体动力试验的结果的示意图，其中填充颜色的部分表示流经图1a中的车辆用热管理模块中形成的流路的流体介质。
[0043]
图4是用于说明根据本发明的第二实施方式的车辆用热管理模块进行流体动力试验的结果的示意图，其中填充颜色的部分表示流经根据本发明的第二实施方式的车辆用热管理模块中形成的流路的流体介质。
[0044]
图5是用于说明根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的车辆用热管理模块工作时流量与液压力之间的关系的曲线图。
[0045]
附图标记说明
[0046]
1模块主体 1a第一主体分体部 1b第二主体分体部 11主体大径部 12第一主体小径部 13第二主体小径部 131支撑部 2a第一管道 2b第二管道 2c第三管道 3柱塞组件 31塞头 31h盲孔 32连杆 33密封圈 331密封圈主体 332凸起部 332s密封面 4固定组件 41轴向支撑杆 42径向支撑杆 43挡圈 5弹性件
[0047]
s内部空间 p1第一轴向部位 p2第二轴向部位 p3第三轴向部位p4第四轴向部位 p5第五轴向部位
[0048]
a轴向 r径向。
具体实施方式
[0049]
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
[0050]
首先需要说明的是，在以下的具体实施方式中，该车辆用热管理模块的模块主体1具有大致圆筒形状，如无特殊说明，“轴向”、“径向”、“周向”分别是指该模块主体1的轴向、径向和周向，并且“轴向一侧”是指图1a中的左侧，“轴向另一侧”是指图1a中的右侧。
[0051]
以下将结合说明书附图说明根据本发明的车辆用热管理模块的具体结构。
[0052]
(根据本发明的第一实施方式的车辆用热管理模块的具体结构)
[0053]
如图1a所示，根据本发明的第一实施方式的车辆用热管理模块包括模块主体1、三个管道(第一管道2a、第二管道2b和第三管道2c)、柱塞组件3、固定组件4和弹性件5。
[0054]
具体地，在本实施方式中，模块主体1整体具有大致圆筒形状，该模块主体1形成为中空结构并且形成有用于安装柱塞组件3等的内部空间s。
[0055]
进一步地，模块主体1包括主体大径部11以及位于该主体大径部11的轴向一侧的第一主体小径部12和位于主体大径部11的轴向另一侧的第二主体小径部13，该主体大径部11的最大外径大于第一主体小径部12的外径和第二主体小径部13的外径，并且该主体大径部11的最大内径大于第一主体小径部12的内径和第二主体小径部13的内径。主体大径部11的外径和内径均从轴向一侧朝向轴向另一侧逐渐增大之后再逐渐减小。第一主体小径部12的外径和内径均是大致恒定不变的。第二主体小径部13的外径是大致恒定不变的，但是由于第二主体小径部13形成有向径向内侧凸出的支撑部131，因此第二主体小径部13的内径在支撑部131处阶梯式减小。
[0056]
另外，为了便于在模块主体1的内部空间s中安装柱塞组件3等，在本实施方式中，该模块主体1还形成为分体结构，使得该模块主体1由第一主体分体部1a和第二主体分体部1b组装而成。第一主体分体部1a包括主体大径部11的大部分和第一主体小径部12，第二主体分体部1b包括主体大径部11的剩余部分和第二主体小径部13，这样使得第一主体分体部1a和第二主体分体部1b之间的分界面位于主体大径部11的靠第二主体小径部13的部分。
[0057]
在本实施方式中，三个管道(第一管道2a、第二管道2b和第三管道2c)优选均由截面为圆形的中空管形成并且三个管道2a、2b、2c与模块主体1优选形成为一体。
[0058]
这三个管道2a、2b、2c固定于模块主体1的在轴向a上彼此间隔开的不同部位(第一轴向部位p1、第三轴向部位p3和第五轴向部位p5)且均与模块主体1的内部空间s连通。具体地，第一管道2a沿着轴向a延伸并且该第一管道2a以其中心轴线与模块主体1的中心轴线一致的方式固定连接于第一主体小径部12的轴向一侧端，第二管道2b沿着径向r延伸并且该第二管道2b固定连接于主体大径部11的大致中央部分，第三管道2c沿着径向r延伸并且该第三管道2c固定连接于第二主体小径部13。
[0059]
在本实施方式中，柱塞组件3整体的中心轴线与模块主体1的中心轴线一致，该柱塞组件3包括塞头31、连杆32和两个密封圈33，其中塞头31与连杆32形成为一体。
[0060]
具体地，塞头31位于主体大径部11的内部。随着柱塞组件3沿着轴向a运动，使得该塞头31能够在主体大径部11的内部进行预定范围的往复运动。在本实施方式中，该塞头31的形状为水滴状。这样，塞头31的沿着轴向a截取的任意截面的外轮廓和沿着径向r截取的任意截面的外轮廓均为具有预定曲率的曲线，也就是说塞头31的外表面为具有预定曲率的曲面，当三个管道2a、2b、2c中的至少一部分管道连通时流体介质能够经由塞头31的外表面与模块主体1的内表面之间所形成的通道流入相应的管道中。相对应地，模块主体1的内表面中的与塞头31相对的部分形成为具有预定曲率的曲面。由此，如图3所示，当三个管道2a、
2b、2c彼此连通时隔着上述通道彼此相对的塞头31的外表面和模块主体1的内表面彼此大致平行。这样，如图5所示，流过上述通道的流体介质对塞头31的液压力较小以减小驱动柱塞组件3的驱动力的消耗。另外，塞头31还形成有朝向轴向一侧开口的且中心轴线与塞头31的中心轴线一致的盲孔31h，该盲孔31h用于供固定组件4的轴向支撑杆41插入并且用于安装挡圈43。
[0061]
连杆32从轴向另一侧与塞头31固定连接并从轴向一侧抵接或固定于例如电磁阀组件等的驱动组件的推杆，连杆32的中心轴线与塞头31的中心轴线一致。连杆32伸入模块主体1的第二主体小径部13的支撑部131，该支撑部131位于比第三管道2c靠轴向另一侧的位置。支撑部131与连杆32的伸入支撑部131的部分之间通常设置有密封部(未示出)。这样，该支撑部131一方面起到防止在模块主体1的内部空间s中流动的介质继续朝向轴向另一侧流动的作用，另一方面还起到对柱塞组件3进行支撑的作用。
[0062]
两个密封圈33分别固定于塞头31的凹部，并能够随着柱塞组件3的运动而抵接于模块主体1的主体大径部11的第二轴向部位p2和第四轴向部位p4，以实现柱塞组件3与模块主体1之间的静态密封。如图1a和图1b所示，各密封圈33包括形成为一体的密封圈主体331和从密封圈主体331朝向径向外侧凸出的凸起部332。密封圈主体331嵌入塞头31的凹部内，凸起部332则从塞头31的凹部伸出。各凸起部332的密封面332s和与其相对的模块主体1的内表面延伸趋势相同。也就是说，位于轴向一侧的密封圈33的凸起部332的密封面332s朝向径向外侧延伸的同时朝向轴向另一侧延伸，位于轴向另一侧的密封圈33的凸起部332的密封面332s朝向径向外侧延伸的同时朝向轴向一侧延伸。这样，能够提高密封圈33的密封面332s与模块主体1的对应的内表面接触密封时的密封效果。
[0063]
在本实施方式中，固定组件4以过盈配合的方式固定于模块主体1的第一主体小径部12的内部，该固定组件4用于安装弹性件5并用于对柱塞组件3进行支撑。具体地，固定组件4包括一个轴向支撑杆41、多个径向支撑杆42和挡圈43，其中轴向支撑杆41与径向支撑杆42形成为一体。
[0064]
轴向支撑杆41沿着轴向a延伸且轴向支撑杆41的中心轴线与模块主体1的中心轴线一致。该轴向支撑杆41的轴向一侧端与所有的径向支撑杆42的径向内侧端均固定连接，该轴向支撑杆41的轴向另一侧端伸入塞头31的盲孔31h中。通过上述轴向支撑杆41和支撑部131能够有效地保证柱塞组件3整体的中心轴线与模块主体1的中心轴线一致。进一步地，通过多个径向支撑杆42使得轴向支撑杆41相对于模块主体1固定。优选地，多个径向支撑杆42在模块主体1的周向上均匀分布。
[0065]
挡圈43外套于轴向支撑杆41且位于塞头31的盲孔31h中，这样，轴向支撑杆41经由挡圈43能够对柱塞组件3起到支撑作用。挡圈43的轴向一侧端抵接于弹性件5而轴向另一侧端抵接于盲孔31h的底部。
[0066]
在本实施方式中，弹性件5为套装于轴向支撑杆41的圆柱螺旋弹簧，该圆柱螺旋弹簧的轴向一侧端抵接于径向支撑杆42，而轴向另一侧端则抵接于挡圈43。这样，当柱塞组件3在例如电磁阀组件的驱动组件的作用下朝向轴向一侧运动时，挡圈43能够随着柱塞组件3朝向轴向一侧运动而压缩弹性件5；当柱塞组件3失去驱动组件的作用时挡圈43能够在弹性件5的作用下推动柱塞组件3朝向轴向另一侧运动。
[0067]
在本实施方式中，在支撑部131的轴向另一侧的空间可以设置驱动组件(未示出)，
该驱动组件的推杆能够与连杆32传动联接，使得通过驱动组件能够带动柱塞组件3沿着轴向a运动。该驱动组件可以采用现有技术的电磁阀组件，在此对其详细构造不再赘述了。
[0068]
这样，通过采用具有上述结构的车辆用热管理模块，随着柱塞组件3的运动柱塞组件3能够选择性地与模块主体1的在轴向a上的两个部位(第二轴向部位p2和第四轴向部位p4)实现接触式的静态密封，使得在柱塞组件3与模块主体1的两个部位实现静态密封时三个管道2a、2b、2c实现不同的连通模式。
[0069]
进一步地，为了实现三个管道2a、2b、2c的多种不同的连通模式，三个管道2a、2b、2c与模块主体1连接的部位和柱塞组件3与模块主体1实现静态密封的部位在轴向a上交替地布置。具体地，如图1a所示，模块主体1的与第一管道2a连接的部位为第一轴向部位p1，模块主体1的用于与柱塞组件3实现静态密封的第一密封部位为第二轴向部位p2，模块主体1的与第二管道2b连接的部位为第三轴向部位p3，模块主体1的用于与柱塞组件3实现静态密封的第二密封部位为第四轴向部位p4，模块主体1的与第三管道2c连接的部位为第五轴向部位p5，第一轴向部位p1、第二轴向部位p2、第三轴向部位p3、第四轴向部位p4和第五轴向部位p5在轴向a上从轴向一侧朝向轴向另一侧依次布置。
[0070]
需要说明的是，由于第二管道2b和第三管道2c在轴向a上具有一定尺寸，因此第三轴向部位p3和第五轴向部位p5应当理解为与上述尺寸对应的范围。
[0071]
以上详细说明了根据本发明的第一实施方式的车辆用热管理模块的具体结构，以下将说明根据本发明的第二实施方式的车辆用热管理模块的具体结构。
[0072]
(根据本发明的第二实施方式的车辆用热管理模块的具体结构)
[0073]
根据本发明的第二实施方式的车辆用热管理模块的具体结构与根据本发明的第一实施方式的车辆用热管理模块的具体结构大致相同，两者之间的区别仅在于塞头31的形状和模块主体1的内表面的与塞头31相对的部分的形状不同。
[0074]
具体地，在第二实施方式中，塞头31的形状为椭球状。相对应地，模块主体1的内表面中的与塞头31相对的部分没有形成具有预定曲率的曲面。这样，如图4所示，当三个管道2a、2b、2c彼此连通时隔着供流体介质流过的通道彼此相对的塞头31的外表面和模块主体1的内表面并不平行。
[0075]
因此，如图5所示，与第一实施方式类似地，流过上述通道的流体介质对塞头31的液压力仍然较小以减小驱动柱塞组件3的驱动力的消耗。但是，在流体介质的同样的流量下，流体介质在第二实施方式中对塞头31的液压力比在第一实施方式中对塞头31的液压力大。
[0076]
以上详细说明了根据本发明的车辆用热管理模块的具体结构，以下将说明该车辆用热管理模块的工作方法。
[0077]
(车辆用热管理模块的工作方法)
[0078]
当上述的车辆用热管理模块例如用于发动机的冷却系统时，如图2所示，该车辆用热管理模块的工作方法主要包括四个阶段，即零流量阶段、小流量阶段、部分加载阶段和全加载阶段。
[0079]
在零流量阶段中，通过控制车辆用热管理模块的柱塞组件3的运动和/或入口管道内的流量，使得所有管道2a、2b、2c内的流量均保持为零，此时发动机可以在冷启动状态下快速升温。
[0080]
在小流量阶段中，选择三个管道2a、2b、2c中的一个管道(例如管道2a)作为入口管道，另外两个管道(例如管道2b、2c)作为出口管道，通过控制车辆用热管理模块的柱塞组件3的运动和/或入口管道内的流量，使得出口管道中的第一出口管道的流量逐渐增大到最大值并且第二出口管道的流量保持为零。
[0081]
在部分加载阶段中，在发动机温度上升之后发动机需要进入温度控制模式，此时发动机需要较高的恒定温度，通过控制车辆用热管理模块的柱塞组件3的运动和/或入口管道内的流量，使得上述第一出口管道的流量保持最大值并且第二出口管道的流量逐渐增大值。
[0082]
在全加载阶段中，发动机需要从较高的恒定温度尽快转换到较低的恒定温度，通过控制车辆用热管理模块的柱塞组件3的运动和/或入口管道内的流量，使得所有出口管道的流量均保持为最大。
[0083]
虽然在以上内容中对本申请的具体实施方式进行了详细地的说明，但是还需要说明的是：
[0084]
i.虽然在以上的具体实施方式中说明了塞头31的形状为水滴状或椭圆状，也就是说塞头31的沿着轴向a截取的任意截面的外轮廓和沿着径向r截取的任意截面的外轮廓是曲线，但是本发明不限于此，塞头31的形状还可以是例如球状等的其它形状，只要满足塞头31的至少沿着轴向截取的截面的外轮廓为具有预定曲率的曲线以能够减小流体介质对塞头31的液压力即可。
[0085]
ii.虽然在以上的具体实施方式中说明了根据本发明的实施方式的车辆用热管理模块的管道的数量为三个，但是本发明不限于此，可以根据需要设置大于三个的管道。而且，在本发明中，多个出口管道共用一个柱塞组件，这与每个出口管道分别使用一个柱塞组件的情况相比结构更加简单。
[0086]
iii.在根据本发明的车辆用热管理模块的工作方法的小流量阶段中，在发动机经由冷启动之后，可以在外部环境温度较低的冬季中使经由出口管道流出的介质流到车厢内来为车厢供热或者还可以对汽油进行预热。
[0087]
iv.与现有技术的采用转动阀的热管理模块相比，根据本发明的热管理模块通过柱塞组件3和模块主体1实现了静态密封，该静态密封对材料的性能要求较低，并且对抗磨耗性能的要求也较低，而且该静态密封对振动不敏感从而避免了由于振动导致的泄漏问题，而且省略了现有技术的车辆用热管理模块的轴密封。具体地，在第一密封部位(第二轴向部位p2)能够通过强电磁力实现良好的静态密封，在第二密封部位(第四轴向部位p4)能够通过流体压力实现良好的静态密封。
[0088]
另外，根据本发明的热管理模块的结构简单，成本较低并且相比现有技术的热管理模块节省了空间。

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