CN100458111C - 一种机械式内燃机冷却风扇离合器 - Google Patents

Abstract

本发明为内燃机配件，具体涉及一种内燃机冷却风扇离合器。镍钛形状记忆合金具有优异的形状记忆性、超弹性和高阻尼性能。即在低温马氏体状态可任意变形，当温度升高到使用温度时，元件立即恢复原状而作功。本发明利用该材料特殊的性能制作感温驱动元件，采用机械式结构，主要由主动体、从动体、传动体、驱动元件、冷却风扇组成。驱动元件配合回位弹簧同时作用于圆锥滚子，使圆锥滚子可以在从动外套的锥形导向R槽和主动轴轴端锥面形成的夹角空间内移动。从而使主、从动体结合或者分离。本发明结构简单、体积小、重量轻、灵敏度高，可完全结合、分离。具有温差小、承载扭矩大、风扇效率高的特点、可广泛适用。

Description

一种机械式内燃机冷却风扇离合器

技术领域

本发明为内燃机配件，具体涉及一种机械式内燃机冷却风扇离合器。

背景技术

汽车发动机的冷却风扇是依据该机所能遇到的最恶劣使用条件而设计的。它在额定工况下消耗的功率约占发动机额定功率的5％。目前，大部分汽车的冷却风扇都采用发动机直接驱动方式。风扇随着发动机一起转动。所以造成了冷却风扇在非设计工况条件下运行(例如：环境温度在10℃-20℃时有95％以上的时间可以不需风扇工作)。必然延长发动机升温时间导致冷态磨损和燃料的浪费。这种浪费约占汽车燃料消耗的5％。所以风扇离合器在汽车上的应用是国际上公认的四大节油措施之一。

风扇离合器的种类很多。有电磁式，电机式，硅油式等。其中硅油式离合器应用较多。

硅油式风扇离合器是以灵敏度较低，热滞后较大的双金属材料为感温驱动元件，并利用热黏度较大的硅油来传递扭距。当螺旋状双金属片受冷热变形时，带动阀片转动，开闭油腔内从动板间的进，回油孔，使硅油在储油腔与工作腔之间流动来实现离合器的离合。硅油离合器动作缓慢，风扇的转速低于主动轴转速。并且还存在着“结构复杂，加工要求高，尺寸较大，不能完全分离等缺点。”使用中易出现硅油渗漏，接合面垫片损坏，双金属片分裂等问题。影响工作寿命和可靠性。达不到最佳使用效果(摘自《汽车节能原理与措施》福建人民出版社1986年4月版)。

发明内容

本发明旨在克服目前硅油式风扇离合器因原理，结构所存在的问题和不足，找到一种更好的在内燃机上应用的冷却风扇离合器。

镍钛形状记忆合金具有优异的形状记忆性、超弹性和高阻尼性能。它可以随感受温度不同产生形状记忆效应，同时产生与温度成函数关系的力和位移，即在低温马氏体状态可任意变形，当温度升高到使用温度时，元件立即恢复原状而作功。其特点是：“重量轻，灵敏度高，热滞后小，驱动力大。”本离合器利用该材料特殊的性能制作感温驱动元件，配合回位弹簧达到互动效果。采用机械式结构，主要由主动体、从动体、传动体、驱动元件、冷却风扇组成，驱动元件为感温元件，配合回位弹簧同时作用于圆锥滚子，使圆锥滚子可以在从动外套的锥形导向R槽和主动轴轴端锥面形成的夹角空间内移动。从而使主、从动体结合或者分离。即当发动机负荷增加，散热器中的冷却液温度升高时，驱动元件恢复原状伸长作功，其产生的弹力逐渐大于回位弹簧的弹力，迫使圆锥滚子在从动外套锥形导向R槽和主动轴轴端锥面形成的夹角空间内移动，使从动体与主动体结合。冷却风扇离合器负荷工作。当温度低于发动机正常工作温度时，感温驱动元件成为可任意变形的低温马氏体，回位弹簧的弹力大于感温驱动元件的弹力，迫使圆锥滚子在从动外套锥形导向R槽和主动轴轴端锥面形成的夹角空间内向相反的方向移动，从而使从动体与主动体分离。冷却风扇离合器无负荷空转。

附图说明

附图1是冷却风扇离合器结构示意图。

附图2是冷却风扇离合器A向剖视图。

图中：1、主动轴；2、滚动轴承；3、从动外套；4、滚动体圆锥滚子；5、实体保持架；6、骨架油封；7、镂空端盖；8、微型轴承；9、感温驱动元件；10、导向轴销；11、回位弹簧；12、微型推力球轴承；13、轴用挡圈；14、孔用挡圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

在图1中，主动轴1的轴颈与滚动轴承2的内圈配合连接，由轴用挡圈13紧固。导向轴销10一端伸进主动轴1内腔，销座与主动轴1配合连接；另一端与微型轴承8内圈相连。主动轴1与发动机输出的传动部位相连接，在发动机运转时，主动轴1和导向轴销10与发动机同步转动，二者构成主动体。

从动外套3一端与滚动轴承2外圈配合相连，并由孔用挡圈14紧固；另一端由螺纹连接镂空端盖7。镂空端盖7为冷却风扇离合器的感温区域，其内圈与骨架油封6及微型轴承8的外圈配合相连。从动外套3和镂空端盖7分别依靠滚动轴承2和微型轴承8与主动体连接，二者构成从动体，被动于主动体。

其中主动轴1轴端为锥形面，从动外套3内腔具有N个锥形导向R槽。两者之间形成锥形面夹角空间，夹角空间内包容N个圆锥滚子4，圆锥滚子4锥角角度与从动外套3锥形导向R槽、主动轴1轴端锥面角度相同。圆锥滚子4可同时在锥形导向R槽内轴向位移和径向转动。

微型轴承8、感温驱动元件9、实体保持架5、回位弹簧11和微型推力球轴承12依次串连在导向轴销10上。一端的微型轴承8与镂空端盖7的内圈接触，另一端的微型推力球轴承12与主动轴1的内腔相接触。其中实体保持架5的外径一端与骨架油封6的内圈相接触，另一端为镂空的锥形孔。锥形孔中包容滚动体圆锥滚子4并可以带动其同步运动。感温驱动元件9为截锥形镍钛形状记忆合金弹簧，回位弹簧11为圆柱形压缩弹簧。其中回位弹簧11的弹力小于感温驱动元件9在使用温度时其恢复原状产生的弹力；且大于感温驱动元件在低温马氏体状态时的弹力。如图1所示：由于微型轴承8和主动轴1的内腔之间的位置和距离固定，所以置于实体保持架5两侧的感温驱动元件9和回位弹簧11相拮抗。在温度发生变化时，感温驱动元件9产生的弹力发生变化，从而引起感温驱动元件9和与其相拮抗的回位弹簧11长度都发生变化，进而推动实体保持架5带动滚动体圆锥滚子4在导向轴销10上发生轴向位移。感温驱动元件9和回位弹簧11组成互动元件。实体保持架5和被其集约包容的滚动体圆锥滚子4组成传动体。在分离状态时，由于锥形导向R槽对滚动体圆锥滚子的制约使传动体被动于从动体。

冷却风扇由预埋的螺纹连接在从动外套3上，构成冷却风扇离合器。

工作过程如下：

当发动机在正常工作温度以下启动或运转时，主动体随发动机输出转速同步转动。从动体、传动体、互动元件、冷却风扇分离于主动体，仅因滚动轴承摩擦力带动而无负荷空转。

当发动机负荷增加，散热器中的冷却液温度升高时，通过散热器中的气流温度随之升高。吹向镂空端盖7的气流使感温驱动元件9立即恢复原状伸长作功，其产生的弹力逐渐大于回位弹簧11的弹力，迫使实体保持架5带动滚动体圆锥滚子4向从动外套3锥形导向R槽和主动轴1轴端锥面形成的夹角位移、与主、从动体接触、压紧、结合成一体。使从动体与主动体同步转动，冷却风扇离合器负荷工作。

当吹向感温区域镂空端盖7的气流温度低于发动机正常工作温度时，感温驱动元件9出现可任意变形的低温马氏体，力量随之减弱。此时回位弹簧11的弹力大于感温驱动元件9的弹力，迫使实体保持架5带动滚动体圆锥滚子4脱离从动外套3锥形导向R槽和主动轴1轴端锥面形成的夹角。使从动体与主动体分离，冷却风扇离合器无负荷空转。

实验证明：本风扇离合器与目前国内外使用较多的硅油式风扇离合器相比结构简单、体积小、重量轻、灵敏度高，可完全结合、分离。具有温差小、灵敏度高、承载扭矩大、风扇效率高、可广泛适用的特点。在缩短发动机升温时间、减少发动机冷状态磨损及尾气污染、提高发动机有效功率和风扇效率、节省能源消耗、降低风扇引起的噪音、延长风扇皮带的使用寿命等方面效果显著。适用于内燃机冷却系统的温度调节。

Claims (2)

1、一种机械式内燃机冷却风扇离合器，采用机械式结构，主要由主动体、从动体、传动体、驱动元件、冷却风扇组成，驱动元件为感温元件，其特征是：配合回位弹簧同时作用于圆锥滚子，使圆锥滚子可以在从动外套的锥形导向R槽和主动轴轴端锥面形成的夹角空间内移动，从而使主、从动体结合或者分离，即主动轴(1)的轴颈与滚动轴承(2)的内圈配合连接，由轴用挡圈(13)紧固，导向轴销(10)一端伸进主动轴(1)内腔，销座与主动轴(1)配合连接；另一端与微型轴承(8)内圈相连，主动轴(1)与发动机输出的传动部位相连接，在发动机运转时，主动轴(1)和导向轴销(10)与发动机同步转动，二者构成主动体；

从动外套(3)一端与滚动轴承(2)外圈配合相连，并由孔用挡圈(14)紧固；另一端由螺纹连接镂空端盖(7)，镂空端盖(7)为冷却风扇离合器的感温区域，其内圈与骨架油封(6)及微型轴承(8)的外圈配合相连，从动外套(3)和镂空端盖(7)分别依靠滚动轴承(2)和微型轴承(8)与主动体连接，二者构成从动体；

其中主动轴(1)轴端为锥形面，从动外套(3)内腔具有N个锥形导向R槽，两者之间形成锥形面夹角，夹角内包容N个圆锥滚子(4)，圆锥滚子(4)锥角角度与从动外套(3)锥形导向R槽、主动轴(1)轴端锥面角度相同，圆锥滚子(4)可同时在锥形导向R槽内轴向位移和径向转动；

微型轴承(8)、感温驱动元件(9)、实体保持架(5)、回位弹簧(11)和微型推力球轴承(12)依次串连在导向轴销(10)上，一端的微型轴承(8)与镂空端盖(7)的内圈接触，另一端的微型推力球轴承(12)与主动轴(1)的内腔相接触，其中实体保持架(5)的外径一端与骨架油封(6)的内圈相接触，另一端为镂空的锥形孔，锥形孔中包容滚动体圆锥滚子(4)并可以带动其同步运动，感温驱动元件(9)为截锥形镍钛形状记忆合金弹簧，回位弹簧(11)为圆柱形压缩弹簧，其中回位弹簧(11)的弹力小于感温驱动元件(9)在使用温度时其恢复原状产生的弹力，且大于感温驱动元件(9)在低温马氏体状态时的弹力。

2、按权利要求1所述的一种机械式内燃机冷却风扇离合器，其特征是：从动外套(3)内腔具有8个锥形导向R槽，主动轴(1)轴端锥形面与从动外套(3)内腔锥形导向R槽之间夹角空间内包容8个圆锥滚子(4)，冷却风扇由预埋的螺纹连接在从动外套(3)上。

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