CN102066711A - 具有套管的电子控制的粘性风扇驱动器 - Google Patents

Abstract

一种用于冷却风扇的粘性剪切型风扇驱动机构。在此提供了一种可运动的阀盘，该阀盘控制在运行室中流体的量。一个电子致动***启动多个活塞和轴构件，这些构件对抗一个复位弹簧的偏置力而使该阀盘运动以便打开注入孔、允许储存器和多个工作室之间的流体流通、并且允许冷却风扇的转动。在该电子致动***没有启动的情况下，防止了流体到工作室的流动。这些活塞和轴构件附近的一个非磁性或绝缘的套管构件防止该***在电源被除去时停滞在致动状态。

Description

具有套管的电子控制的粘性风扇驱动器

相关申请的交叉引用

本申请要求对于2008年5月13日提交的并且题为“具有套管的电子控制的粘性风扇驱动器”的申请号61/052,643的申请优先权，该申请通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及风扇驱动***，并且更具体地涉及电子控制的粘性风扇驱动***。

背景技术

本发明涉及包括流体运行室和流体储存器室二者的类型的流体连接装置，以及控制该工作室中的流体量的阀门安排。

尽管本发明可以有利地使用在具有不同配置和应用的多种流体连接装置中，但尤其有利的是使用在被用来驱动内燃机的散热器冷却风扇的这种类型的连接装置中，并且将结合这种类型对其进行说明。然而，应该理解的是本发明并不限于使用在用于汽车以及其他车辆的风扇冷却***中，而是用在任何用于发动机的任何冷却***中。

粘性剪切类型的流体连接装置(“风扇驱动器”)已广泛用于驱动发动机冷却风扇，主要是因为它们的使用造成发动机马力的实质性的节省。典型的流体连接装置只在需要冷却时在接合的、相对较高速度的状态下运行，而在要求很少或者不要求冷却时在脱离接合的、相对较低速度的状态下运行。

目前，电气启动的粘性风扇驱动器是已知的并且它们可以在接合、部分接合以及脱离接合模式之间精确地进行控制，以便将输出控制在由车辆发动机的计算机所确定的一个给定的风扇速度上。

一段时间以来，与用于驱动散热器冷却风扇的流体连接装置相关联的问题之一是被称为“晨吐”的现象。利用这些流体连接装置(风扇驱动器)，存在着相对较小的“回流”或“回血”，即，当发动机被关闭并且风扇驱动器停止转动时流体从运行室到储存器室的回流。如果一个较大量的流体没有从运行室回流到储存器，那么在长时间后(例如第二天早上)当风扇再次开始运行时，风扇驱动器将在初始时在接合位置上运行一段时间，直至工作室中的大部分流体被泵送回到储存器中。即使风扇是冷的并且不需要进行冷却时依然存在这种情况。这种接合的运行经常导致在不需要进行冷却而被驱动时的一种不希望的风扇噪音。

为了克服晨吐的问题，已经对粘性剪切型的流体连接装置做出了几种实质性的改进。例如，在美国专利号6,752,251中提供了一种阀盘，该阀盘基于发动机运行状态通过激励或取消激励致动器来对粘性流体从储存器到这种抗回流室的运动进行电子控制。

对于一些现有的粘性剪切类型的流体连接装置的潜在困难或忧虑之一是由于一种不正确的通量模式使得致动器可能粘在发动机“开启”状态，即电启动的位置。在这种情况下，在不需要冷却时风扇可能还在保持运行。这可能导致过冷却的情况并且潜在地从车辆发动机产生额外的不希望的排放。

因此，本发明的目的是提供一种改进的消除了晨吐的粘性剪切流体连接装置，并且同时最小化或防止了致动器构件不适当的冻结在“开启”位置，并且因此最小化或防止了产生额外的不希望的排放。

发明内容

本发明克服了现有的粘性剪切类型流体连接装置的潜在问题、并且提供了一种能够防止***被令人不希望地锁定在“开启”状态的电子控制粘性风扇驱动***。粘性离合器转子被定位在盖板构件以及形成外壳的本体构件的内部。一个阀盘被附装到一个轴构件上，该轴构件进而被连接到一个致动活塞上。该***受到电子控制以便允许流体从储存器室通过而进入流体运行室中并按需要启动冷却风扇。该轴和致动活塞由一个复位弹簧进行弹簧偏置，这样当发动机关闭并且不存在电启动时，在流体储存器室和流体运行室之间的通道是关闭的。

为了防止轴和活塞被粘在“开启”位置并且因此将风扇驱动器锁定在冷却状态，提供了多个绝缘的垫圈和/或套管。这些绝缘的构件是非传导性的并且防止电通量模式通过它们，这可以防止轴和活塞被复位弹簧返回到它们的休止位置。

当根据附图和所附权利要求来考虑时，本发明的其他特征、益处和优点将从本发明的以下说明中变得清楚。

附图说明

图1是一个流体连接装置的透视图，该流体连接装置包含本发明的一个优选的实施方案。

图2是如图1所示的流体连接装置的截面视图。

图3是根据没有电力开启并且阀盘是处于其休止位置时的当前情况下的一个流体连接装置的电致动部分的放大视图。

图4是当致动器***被电激励而由此将流体储存器室与流体运行室之间的通道打开时的根据本发明的一个粘性风扇驱动器的放大视图。

具体实施方式

现在参见这些附图(它们并非旨在限制本发明)，图1展示了使用本发明的一种类型的流体连接装置10(“粘性风扇驱动器”)的一种优选形式。流体连接装置10包括一个盖板构件12以及一个本体构件14，它们由螺栓、垫圈、或其他固定装置16固定在一起以便形成具有内腔22的壳体20。如本领域内所熟知的，该本体以及盖板构件还能够被该盖板构件的外周的一个翻转件紧固在一起。

流体连接装置10被附装到一个支架构件18上，该支架构件被用于将该流体连接装置安装到车辆或汽车的发动机或其他部分的所希望的位置上。电引线19被用于向致动器25提供电力以将其致动。

流体连接装置10被适配为由一个液体冷却的发动机来驱动，并进而驱动一个散热器冷却风扇，这两者都未在附图中示出。在本实施方案中，该风扇被附装到本体构件14上。该风扇可以通过任何适当的手段而附装到该本体构件上，如通常在本领域中所熟知的。然而，应该理解的是除了在此确切指出的之外，本发明的使用不限于流体连接装置的任何具体的配置、或者风扇安装安排、或者用于风扇驱动器的任何具体的应用。例如，本发明可以与被适配为散热器冷却风扇类型的风扇驱动器一起使用，这种冷却风扇被附装到该盖板构件上而不是该本体构件上。

为了节省重量并且散热，盖板构件12和本体构件14典型地由铝材料制成。同时为了帮助从粘性离合器10上散热，该盖板构件和本体构件上都对应地具有多个径向叶片13和15。优选地，该盖板和本体是由压铸材料制成的，但应当理解的是本发明不限于使用该材料，而是本发明还可以与使用冲压盖板构件类型的粘性风扇驱动器一起使用。例如，在美国专利号7,293,636中示出了一种具有压铸部件的风扇驱动器。

壳体构件20被适配为来自车辆发动机的输入速度下转动。该壳体构件可由一个皮带轮连接至附装到发动机的曲轴(未示出)上的一条皮带或类似物上并因此以与该曲轴相同的速度转动。该壳体还可以由发动机水泵可转动地驱动。用于转动风扇驱动器的这两种***在本领域中都是已知的并且不需要在此更详细地说明。

现在参见图2和3，示出了图1的流体连接装置10的截面视图，连同它的中央部分的放大或分解的视图。壳体20绕中央轴构件28转动。为此目的，支承件组30和32被定位在该壳体与轴构件之间。

在中央轴构件28中提供了多个空腔41和43。致动活塞构件40和致动器轴构件42对应地被定位在空腔41和43中。致动器轴构件42延伸至壳体20的内腔22中。插头构件45将活塞构件和致动器轴构件保持在位。

转子构件50被压力装配在本体构件28上，这样当该***需要冷却并且粘性离合器被电启动时，这两个构件一起转动。一个阀盘构件46被附装在致动器轴构件42的远端或在其附近。阀盘构件46被适配为当致动器轴构件42被粘性离合器的电子机构25致动时与该致动器轴构件一起运动。致动器轴构件42还被弹簧构件60以图2、3和4中的方向垂直向上偏置。(在图3中示出了没有电致动情况下该致动器轴构件的电子致动的位置。)锁紧螺母48被用来将阀盘构件46牢固地固定在致动器轴构件42的末端上。

在空腔41中可以提供一个垫圈构件55以便辅助活塞构件40的运动(参见图4)。例如，垫圈构件55可以是由特氟纶涂敷的钢或青铜材料制成。

储存器盖板27被定位在空腔22中。储存器盖板27与转子构件50配合形成了流体储存器室70。如图3和4中示出的致动器轴构件42在垂直方向的运动所起的作用是使阀盘构件46在相同的方向运动、并且因此使流体储存器室70和流体工作室72之间的阀门机构74打开或者关闭、并且允许它们之间的联通并允许流体在它们之间流动。阀门机构74优选地包括一对沿直径相对的孔或开口75。

阀盘构件46的相对定位是由复位弹簧构件60和粘性离合器的电子机构25控制的。弹簧构件60被致动器活塞40偏置或不偏置，该致动器活塞由电子***25磁性地驱动。这进而控制了在运行室和储存器室中所含有的粘性流体的量。

粘性离合器的基本操作是众所周知的，并且不必在此详细说明。总体上讲，致动组件被连接到冷却风扇上，当***需要冷却时会启动该冷却风扇。工作室的外周具有一个刮片元件，该刮片元件产生具有较高流体压力的一个局部区域，并且通过一个径向通道(未示出)以本领域众所周知的一种方式连续地将少量的流体从工作室输送回到储存器室中。工作室区域中的转子构件50的径向外周部分具有多个环形凸台51，这些环形凸台与本体或盖板构件或两者的相邻表面52相配合。这些环形凸台相互交错以在它们之间限定一个蛇形粘性剪切空间。再一次，这种安排在粘性离合器领域中是众所周知的，并且相信本领域普通技术人员将会完全理解所示出的流体连接装置的构造和运行。

致动器25与一个外部控制器76电气连接并受其控制。多个传感器78(例如包括发动机温度传感器和/或到空调器的压力传感器)被电气连接到控制器76上并且提供关于一个具体的发动机运行参数的电信号。控制器76解释来自这些传感器的电信号并且向致动器25发送一个电信号以控制阀盘46的相对位置从而控制风扇构件的相对接合或脱离接合。

为了接合风扇驱动器，如图4所示，由电子致动***25启动的线圈80产生围绕支承件组32并且穿过致动活塞构件40传播的磁通量。图4中示出了这个通量回路90。金属性的致动器活塞构件40响应于该磁通量做出反应以便在对抗弹簧构件60的偏置力的方向上轴向地运动(即沿在图3和4中轴向向下的方向)。由于致动器轴构件42与阀盘构件46被连接到致动器活塞构件40上，它们一起运动(在图4中以垂直向下的方向上)，由此致使阀盘构件46打开低压注入孔75并允许粘性流体从储存器室70向工作室72的运动。这启动了转子构件50以及冷却风扇构件的旋转运动。

当电子致动***25的电源“关闭”时，复位弹簧60向其自然位置偏置，由此向上拉动阀盘构件46(在图3中垂直向上)。这覆盖了低压注入孔75并且防止粘性流体从储存器室70进入工作室72。由于这种刮片***，在运行室(以及工作室)中的流体随后将被返回到储存器室，并且转子及风扇构件将停止转动。

在这些“打开”和“关闭”位置之间，粘性离合器能够在部分接合的位置中运行并且因此允许风扇构件以任何希望的速度转动。通过降低电子致动器***25的电量(或仅仅部分地将其提高)，便改变了可供用于使致动器活塞构件40运动的磁通量。这将转子定位在部分打开/关闭位置中，并且对允许进入运行室中的粘性流体的量以及保留在工作室中的粘性流体的量进行计量。实际上，转子构件进行脉动或振动从而使注入口75交互地打开和关闭必要的时间量以便允许工作室中存在必要的流体的量并且因此精确地控制风扇构件的速度。本领域的普通技术人员理解输入构件与输出构件之间的滑移量依据输入速度而驱动的风扇构件(该输入速度是随工作室中含有的粘性流体量而变)。这就是所谓的部分接合或中速位置。

当到电致动器机构25的电源完全被关闭时，由此除去对抗复位弹簧60的力而驱动致动器活塞40的磁通量，复位弹簧60被设计为迫使阀盘构件46、致动器轴构件42以及致动器活塞构件40返回到它们的休止位置(在图3中垂直向上)。

来自外部控制器76以及电源以脉宽调制(PWM)形式提供的电动力的量(用于增强所产生的驱动致动器活塞40的磁通量)是由一个外部控制器确定的。如以上所表明的，控制器76接收来自不同的发动机传感器78(它们监控与发动机温度有关的不同的发动机运行状态)的一组电输入。因此，例如，如果外部控制器76确定发动机冷却剂温度过高，就从该控制器向致动器25发送一个信号以便致动线圈80。这使注入孔保持打开以便将所有的粘性流体提供到运行和工作室中。

在另一方面，当控制器76确定这些传感器中的一个或多个感应到发动机在所希望的范围内运行时，该外部控制器和电源将不向线圈80提供任何电力并且因此防止风扇运行。在这种情况下，将没有粘性流体进入运行室或工作室，并且在转子构件与用来驱动该转子构件的盖板构件和/或本体构件之间的凸台中的滑移量将降低到脱离接合的速度。同样，当发动机被关闭并且因此没有实现能够使致动器活塞40运动的磁通量时，复位弹簧60将使阀盘46保持在注入孔上。这允许粘性流体从运行室流入储存器室。这将使被称为“晨吐”的情况最小化或得到防止。

如本领域的普通技术人员所理解的，激励线圈80所必需的脉宽调制PWM的实际量取决于很多因素，包括复位弹簧60的强度。另外，注入孔75的大小可能影响所必需的偏置量。

在这种类型的一个典型的粘性流体离合器装置中，致动器轴构件42是由不锈钢材料制成的，中央轴构件28是由碳钢材料制成的，并且致动器活塞构件40是由碳钢构件制成的。轴构件28还可以具有一个不锈钢的部分29。还将一个垫圈或套管构件100安置在致动器轴构件42上，在此它进入中央孔或腔43。对于本发明，该套管构件是由非磁性(或绝缘的)材料制成的，以便防止磁通量路径90穿过该套管构件，并且它包括套管构件100。如果该通量路径包括该套管构件，那么有可能使致动器轴构件42和致动器活塞构件40被“粘住”，即被磁性地锁定在垂直向上的位置(在图3中)，由此使风扇构件脱离接合并且可能使发动机过热。

图3和图4示出了一个有套环的套管构件100，并且它是根据本发明的绝缘非磁性垫圈的一个优选的实施方案。其他可接受的套管构件包括扁平不锈钢垫圈或类似物。

如所表明的，为了防止致动器轴构件和致动器活塞构件被“粘住”，套管构件应由非磁性材料制成，如新泽西州Thorofare的GGB北美公司提供的DP4无铅干套管。这些套管由与黄铜成为合金并且覆盖有特氟纶材料的锈钢材料制成。当然，只要满足本发明的目的及效果，还有可能使用其他绝缘的或非磁性材料用于套管构件。例如，用于套管构件的材料可以是青铜、特氟纶、不锈钢、铝、复合材料、或塑料聚合物材料。绝缘套管构件100防止了来自线圈的通量线将套管磁化，而这在施加电流时可能使活塞40处于不正确的位置。通量模式可能寻求最小阻力路径，这将是让电枢到输入轴28上并且磁性地将他们粘在一起。因此，绝缘套管或垫圈100产生了防止此类情况发生的“磁中断”。

作为本发明的另一个实施方案，可以提供一个“故障安全”实施方案。在本实施方案中，将一个偏置构件定位为提供一个打开储存器和运行室之间的流通的偏置力。在这个替代的实施方案中，当该***不再需要冷却时一个电致动器机构于是可以由一个控制器来致动。该致动器将会产生驱动该致动器活塞对抗弹簧力的磁通量路径，并由此致使风扇停止转动。本实施方案产生了一种“故障安全”模式，因为如果车辆的电力***发生故障或以其他原因停止运行时，冷却风扇将继续运行。这将防止车辆冷却***过热并且允许驾驶员将车辆驾驶到到一个安全的地方进行维修。

虽然结合不同实施方案说明了本发明，但应理解，本发明并非限于这些实施方案。相反，本发明覆盖可以包括在所附权利要求的精神与范围之内的所有替代方案、改进、以及等效物。

Claims (9)

1.一种电子控制的流体连接装置，包括：

一个输出构件，该输出构件包括一个中央轴；

围绕所述输出构件安装的一个输入构件，所述输入构件包括一个本体构件以及一个盖板构件；

一个转子构件，该转子构件被安装在所述输出构件上并被包含在所述盖板以及所述本体构件之中；

安装在所述输入构件上的一个储存器盖板构件，所述储存器盖板构件具有至少一个注入口；

一个流体储存器室，该流体储存器室被限定在所述储存器盖板构件与所述转子构件之间，所述流体储存器室具有一定量的粘性流体；

一个流体工作室，该流体工作室被限定在所述转子构件与所述本体构件之间，所述流体运行室通过所述注入口流体地连接到所述流体储存器室上；

一个中央轴构件，所述中央轴构件响应于一个磁场是在轴向上可运动的；

与所述中央轴构件连接的一个阀盘构件，当所述阀盘构件处于一个第一位置时所述阀盘构件能够覆盖所述注入口，从而在此防止所述量的粘性流体从所述流体储存器室流动到所述流体工作室；当所述可旋转阀门构件处于一种中间水平的位置时所述阀盘构件能够部分覆盖所述注入口，从而在此允许所述量的粘性流体从所述流体储存器室到所述流体工作室的部分流动以便使所述转子与所述输出构件部分地接合，并且当所述阀门构件处于一个第二位置时，所述阀盘构件能够完全不覆盖所述注入口，从而在此允许所述量的粘性流体向所述流体工作室的全部流动；

一个非磁性的套管构件，该非磁性的套管构件与所述中央轴构件处于运作性关联；

一个电磁子组件，该电磁子组件被安装到所述输入构件上；

一个控制器，该控制器电气连接到所述电磁子组件上，并且被适配为向所述电磁子组件提供一个电流，所述电磁子组件能够选择性地引发一个磁场，其中所述阀门构件子组件根据所述磁场的强度在所述第一位置、所述中间水平位置、以及所述第二位置之间轴向运动。

2.如权利要求1所述的流体连接装置，进一步包括一个偏置弹簧构件，所述弹簧构件在没有所述磁场的情况下将所述阀盘构件子组件保持在所述第一位置。

3.如权利要求1所述的流体连接装置，其中所述输入构件进一步包括一个皮带驱动的皮带轮构件。

4.如权利要求1所述的流体连接装置，其中所述输入构件进一步包括一个水泵轴。

5.如权利要求1所述的流体连接装置，进一步包括电气连接到所述控制器上的至少一个传感器，所述至少一个传感器依据一种所希望的发动机工作状态向所述控制器发送一种电信号。

6.如权利要求1所述的流体连接装置，进一步包括一个偏置弹簧构件，所述弹簧构件在没有所述磁场的情况下将所述阀盘构件子组件保持在所述第二位置中。

7.一种电子控制的流体连接装置，包括：

一个输出构件，该输出构件包括一个中央轴；

围绕所述输出构件安装的一个输入构件，所述输入构件包括一个本体构件以及一个盖板构件；

一个转子构件，该转子构件被安装在所述输出构件上并被包含在所述盖以及所述本体构件之中；

安装在所述输入构件上的一个储存器盖板构件，所述储存器盖板构件具有至少一个注入口；

一个流体储存器室，该流体储存器室被限定在所述储存器盖板构件与所述转子构件之间，所述流体储存器室具有一定量的粘性流体；

一个流体工作室，该流体工作室被限定在所述转子构件与所述本体构件之间，所述流体工作室通过所述注入口流体地连接到所述流体储存器室上；

一个中央轴构件，所述中央轴构件响应于一个磁场在轴向上是可运动的；

一个阀盘构件，该阀盘构件连接到所述中央轴构件上，当所述阀门构件处于一个第一位置时所述阀盘构件能够覆盖所述注入口，并且当所述阀门构件处于一个第二位置时所述阀盘构件能够不覆盖所述注入口；

一个非磁性的套管构件，该非磁性的套管构件与所述中央轴构件处于运行性关联；

一个电磁子组件，该电磁子组件被安装到所述输入构件上；

一个控制器，该控制器被电气连接到所述电磁子组件上、并且被适配为向所述电磁子组件提供一个电流，所述电磁子组件能够选择性地引发一个磁场，其中所述阀构件子组件根据所述磁场的强度在所述第一位置、所述中间水平位置、以及所述第二位置之间轴向运动；以及

一个偏置弹簧构件，所述弹簧构件在没有所述磁场的情况下将所述阀盘构件子组件保持在所述第一位置中。

8.如权利要求7所述的流体连接装置，进一步包括电气连接到所述控制器上的至少一个传感器，所述至少一个传感器依据一种希望的发动机工作状态向所述控制器发送一个信号。

9.如权利要求7所述的流体连接装置，其中所述阀门构件能够被定位在所述第一和第二位中之间的多个中间水平位置中。

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