CN101432507B

CN101432507B - 车辆中冷却风扇装置

Info

Publication number: CN101432507B
Application number: CN2007800150793A
Authority: CN
Inventors: Z·卡多斯
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: EP2044301B1; BRPI0710566A2; JP2009535553A; US20090159021A1; JP4790061B2; US8015954B2; EP2044301A4; WO2007126372A1; CN101432507A; EP2044301A1

Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)的散热器风扇装置，其由内燃机(2)驱动。散热器风扇装置包括至少一个用于冷却介质的冷却元件(9，13，19)，和第一散热器风扇(20，26)，适于持续产生通过冷却元件(9，13，19)的至少一个区域的强制空气流，以在内燃机(2)运行期间冷却所述介质。散热器风扇装置还包括至少一个附加的散热器风扇(22，29)，其适于在第一散热器风扇(20，26)不能提供足够的空气流冷却冷却元件(9，13，19)中的介质的情况下被启动并且产生通过所述冷却元件(9，13，19)的至少一个区域的增加的空气流。

Description

车辆中冷却风扇装置

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的散热器风扇装置。

背景技术

由内燃机驱动的车辆通常包括散热器，其用于冷却对内燃机进行冷却的冷却剂。散热器风扇通常布置得接近散热器，这样提供通过散热器的强制空气流以达到对冷却剂进行冷却的目的。传统的散热器风扇通常通过永久机械连接器由内燃机驱动。散热器风扇产生的通过散热器的空气流的大小随着内燃机的转速而改变。许多重型车辆由增压内燃机驱动。进气空气冷却器用于在增压空气被引入内燃机之前对其进行冷却。进气空气冷却器通常位于车辆的前部的普通散热器的前面。在某些情况中，空调系统的冷凝器也可以布置在接近车辆的前部，同样的用于冷却循环废气的EGR冷却器也可以这样布置。

在普通散热器的前面布置一个或多个这样的冷却元件的情况中，到达散热器的空气流的温度较高。在散热器中被冷却的冷却剂将遇到冷却作用降低的问题。为了补偿冷却作用降低，将强制更大的空气流通过冷却器。增加通过冷却器的空气流的一种方法是将普通的散热器风扇的机械连接器以较高的齿轮传动比设置到内燃机，但是由于现实的原因，只可能将齿轮传动比增加到一特定的极限值。当周围的温度较高并且内燃机在较低的速度运行时，向冷却器提供足够的空气流以主要实现冷却剂的可接受的冷却是困难的，因为这些冷却器通常相对于冷却空气流的方向位于一个或多个其它冷却元件的下游。

US3,894,521涉及一种散热器风扇，该风扇提供穿过散热器的空气流，用于冷却冷却剂和空调系统的冷凝器。如果那样的话，散热器风扇通过单独的联接机构连接到发动机和电机上，这样不论是发动机还是电机都可以用于驱动散热器风扇。当发动机的转速非常低以致于散热器风扇不能提供通过散热器所需的空气流时，电机立刻接管散热器风扇的运转并且使其达到较高的速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热器风扇的装置，其可以在需要的时候提供通过冷却元件的增加的强制空气流，这样可以相对简单和有效地达到冷却元件中的介质的需要的冷却能力。

为了达到上述目的，本发明提出了一种用于车辆的散热器风扇装置，所述车辆由内燃机驱动，散热器风扇装置包括至少一个用于冷却介质的冷却元件、和第一散热器风扇，所述第一散热器风扇适于在内燃机运行期间持续产生通过冷却元件的至少一个区域的强制空气流，以冷却所述介质，散热器风扇装置还包括：至少一个附加的散热器风扇，其适于在第一散热器风扇不能提供足够的空气流以根据需要对冷却元件中的介质进行冷却的情况下被启动，并且产生通过所述冷却元件的至少一个区域的增加的空气流；和联接机构，其可以在内燃机和附加散热器风扇之间建立连接，并且因此通过内燃机驱动附加的散热器风扇，其特征在于，散热器装置包括电机，其适于在内燃机启动时以基本恒定的速度持续地驱动第一散热器风扇。

运行包括使用持续产生通过冷却元件的强制空气流的第一散热器风扇的车辆，可以在大部分运行情况中提供冷却元件中的介质需要的冷却能力。由空气流施加在冷却元件中的温暖介质上的冷却效果取决于流过散热器的空气的温度和空气量。例如，在较高温度的周围空气或者冷却元件中的介质温度比较高的情况下，总是存在由第一散热器风扇产生的离开的空气流不能向介质提供足够的所需的冷却能力的危险。例如，介质的温度升高到超过一可接受的水平之上将引起附加散热器风扇的启动，然后与第一散热器风扇共同提供通过冷却元件的增加的强制空气流。附加散热器风扇的启动可以持续到介质的温度降低到可以接受的水平。可选择地，一旦需要介质的相对高冷却能力的部件启动，附加散热器风扇就启动。这样的部件可以是减速器，在许多情况中其由内燃机的冷却系统冷却。

根据本发明的优选实施例，散热器装置包括一电机，其适用于为了驱动附加散热器风扇而启动。结果是容易启动的相对简单的附加散热器风扇的动力。电机和附加散热器风扇可以设计成：当它们启动时在基本恒定的速度运转。这样附加散热器风扇可以提供基本上恒定的通过冷却元件的增强的空气流。也可以根据冷却元件中的介质需要的冷却能力的大小在不同的速度运行电机和附加散热器风扇。根据另一个可替代的方案，散热器装置可以包括联接机构，其使得可以在内燃机和附加散热器风扇之间建立连接，并且这样可以通过内燃机运行附加散热器风扇。这样的附加散热器风扇当被启动时可以随内燃机的转速的改变提供通过冷却元件的增加的空气流的数量。

根据本发明的另一个实施例，散热器装置包括位于内燃机和第一散热器风扇之间的永久连接器，这样第一散热器风扇由内燃机持续驱动，在此情况下第一散热器风扇可以采用传统的散热器风扇的形式。因此，由第一散热器风扇提供的通过冷却元件的强制空气流的大小将与内燃机的转速相关。可选择地，散热器装置可以包括当内燃机启动时适用于持续驱动第一散热器风扇的电机。这样的电机和第一散热器风扇可以采用单元的形式，运行在基本恒定的速度，这样在车辆的所有运行状态下可以产生通过冷却元件的基本恒定的强制空气流。在此情况下，对介质进行冷却将不会在内燃机怠速或者低速运转的运行情况下引起任何问题，而这可能是使用由内燃机驱动的第一散热器风扇的缺点。

根据本发明的另一个优选实施例，第一散热器风扇和附加散热器风扇相对彼此布置成使得：它们可以提供通过冷却元件的至少部分不同区域的基本平行的空气流。将附加散热器风扇相对于通过冷却元件的预定的空气流的方向布置在第一散热器风扇的旁边使得：当两个散热器风扇均启动的时候，可以产生通过冷却元件的更宽的空气流。将附加散热器风扇相对于第一散热器风扇合适布置可以使得其向冷却元件充分提供更均匀的冷却空气流，从而冷却元件中的介质收到均匀的冷却。有利地，散热器装置包括控制单元，其适于基于来自至少一个传感器检测到的与介质离开冷却元件时的温度相关的参数启动附加的散热器风扇。如果控制单元从传感器接受到的信息表明介质在离开冷却元件的时候的温度过高，控制单元将发现在冷却元件中的介质的冷却不足。因此，控制单元将启动附加的散热器风扇，这样增加的强制空气流通过冷却元件并且因此增加冷却元件的介质的冷却。当第一散热器风扇从传感器接收到介质的温度下降到可以接受的温度水平的信息，其将切断附加的散热器风扇。

根据本发明的另一个优选实施例，所述冷却元件是散热器，其用于冷却内燃机的冷却系统的冷却剂。当在车辆中使用两个或者多个冷却元件，用于冷却剂的散热器通常相对于冷却空气流的方向位于其它冷却元件的下游，因为冷却剂通常不需要冷却到像其它冷却元件中的介质的低温。因此，散热器中的冷却剂可以由高于周围环境的较高温度的空气流来冷却。这增加了冷却剂在散热器中不能受到需要的冷却的风险。因此，在用于冷却剂的散热器位于其它冷却元件的下游的情况中，根据本发明使用附加的散热器风扇提供增加的冷却空气流最有利。在空气在涡轮单元遇到大的压缩的运行情况下，其它的冷却元件例如进气空气冷却器可能需要增加的冷却空气流。重要的是如果内燃机达到高的性能，进气空气冷却器中的空气被冷却到相对较低的温度。

根据本发明的另一个优选实施例，所述冷却元件，第一散热器风扇和附加的散热器风扇位于车辆的前面部分的一区域。此区域通常作为冷却元件的安装部位，由车辆的运动也可以提供通过冷却元件的自然的空气流，因此也可以对冷却所述冷却元件中的介质有帮助。

附图说明

参考附图通过例子描述本发明的优选实施例，其中

附图1示出了根据本发明的第一实施例的带有散热器风扇装置的车辆，

附图2示出了根据本发明的第二实施例的散热器风扇装置，和

附图3示出了根据本发明的第三实施例的带有散热器风扇装置的车辆。

具体实施方式

附图1描述的是增压内燃机2驱动的车辆1。车辆1可以是由增压柴油发动机驱动的重型车辆。从内燃机2的气缸排出的废气通过排气歧管3被引导到排气管路4。将排气管路4中的高于大气压力的废气引导到涡轮单元的涡轮5。因此，向涡轮5提供驱动力，驱动力通过连接器传递到压缩机6。于是，压缩机6压缩空气，空气通过空气滤清器7被引导到进气管路8。在进气管路8中布置有进气空气冷却器9。布置进气空气冷却器9的目的是在其被引入内燃机2之前冷却压缩空气。

内燃机2具有用于废气再循环的EGR(废气再循环)系统。将废气加入到被引入发动机气缸的压缩空气中，导致燃烧温度降低并且因此降低在燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)的含量。用于废气再循环的回气管路10从排气管路4延伸到进气管路8。回气管路10包括EGR阀11，通过其可以将回气管路10中的废气流切断。EGR阀11还可以用于逐步地控制通过回气管路10从排气管路4被引导到进气管路8的废气的数量。回气管路10包括第一EGR冷却器12和第二EGR冷却器13，其分别用于提供排气的第一步冷却和提供排气的第二步冷却。冷却后的废气通过混合器15和进气管路中的空气混合。当废气和进气管路8中的压缩空气进行混合后，混合气体通过歧管16被分别引入内燃机2的各个气缸。

内燃机2通过传统的方式通过包括循环冷却剂的冷却系统被冷却。冷却剂在冷却系统中通过冷却剂泵17循环。冷却系统还包括自动调温器18。在冷却系统中的冷却剂设计为在散热器19中被冷却。进气空气冷却器9、第二EGR冷却器13和散热器19都布置在车辆1的前面部分的区域A中。各个冷却器9、13和散热器19设计为使空气通过其中，通过第一散热器风扇20迫使空气通过区域A。进气空气冷却器9和第二EGR冷却器13相对于通过区域A的空气流方向位于散热器19的上游。第一散热器风扇20通过简要描述的永久机械联接器21连接到内燃机2的曲轴上。这样的连接器21可以包括传动装置，其可以使得散热器风扇相对于内燃机2的转速在一特定的齿轮传动比上运转。因此，第一散热器风扇20可以以与内燃机2转速相关的一速度运转。附加的散热器风扇22布置在区域A中第一散热器风扇20的旁边。第二散热器风扇22这样布置以提供与由第一散热器风扇20提供的空气流基本平行的空气流。附加的散热器风扇22在这种情况中在与第一散热器风扇20共同的平面B中具有延伸范围(extent)。附加的散热器风扇22由电机23驱动。控制单元24用于控制电机23的启动并因此控制附加散热器风扇22。控制单元24包括适于控制附加散热器风扇22的软件24a。控制单元24适于从传感器25接收信息，传感器检测冷却剂离开散热器19后的温度。控制单元24还适于从制动单元26接收信息，制动单元26检测由冷却系统中的冷却剂冷却的减速器在车辆中是否启动。

在内燃机2运行过程中，第一散热器风扇20由内燃机2在与内燃机2的转速相关的一转速下驱动。产生的通过冷却器和散热器的空气流的大小因此与内燃机2的转速相关。在内燃机2运行时，第一散热器风扇20通过永久机械联接器21持续被驱动。当冷却剂流出散热器19时，如果控制单元24从传感器25收到冷却剂的温度高于参考温度的信息，会发现由第一散热器风扇20提供的空气流对于散热器19中所需的冷却剂的冷却来说不够。这样控制单元24启动电机23和附加散热器风扇22。因此第一散热器风扇20和附加散热器风扇22可以共同提供通过车辆1的前面部分的A区域的增加的空气流，这样可以使得散热器19中的冷却剂的冷却效果更好。当冷却剂的温度低于参考值时，控制单元24将切断附加散热器风扇22。在此实施例中，控制单元24还可以从制动单元26接收减速器是否启动的消息。当减速器启动时，减速器要求冷却系统中的冷却剂的强大的冷却能力。基于上面提到的信息，当减速器启动时，控制单元24可以直接启动附加散热器风扇22，这样以增加散热器19冷却散热器冷却剂的能力。在此情况中，即使冷却剂的温度在参考值之下，也可以启动附加散热器风扇22。

附图2描述的是第一散热器风扇20和两个附加散热器风扇22的主视图，当第一散热器风扇20不能提供散热器19中的冷却剂的要求的冷却能力的足够的空气流时，将启动附加风扇22。散热器风扇一般是轴流式风扇，其在基本上圆形的区域内提供空气流。由于传统的散热器19具有横向于空气流的方向基本上方形的形状，空气流在散热器的边缘区域，特别是边角区域，将相当的小。在这些区域中的介质的冷却常常是不够的。为了抵消这种情况，附加散热器风扇22安装成使得：当附加散热器风扇22启动时，在散热器的上部角落区域19a、b中也有足够的空气流。

附图3描述了本发明的可选择的实施例。在此情况中，当内燃机2启动时，第一冷却风扇26持续地由电机27驱动。在这种情况下，附加散热器风扇29由内燃机2驱动。这里连接机构30位于简要描述的连接器31中，其处于内燃机2和附加散热器风扇29之间。在第一散热器风扇26不能提供足够的通过进气空气冷却器9、EGR冷却器13和散热器19的冷却空气流的情况中，附加散热器风扇29可以通过连接机构30驱动地连接到内燃机2上。当不需要启动附加散热器风扇29时，可以通过连接机构30断开内燃机2和附加散热器风扇29之间的连接器31。控制单元24适于基于第一传感器25检测到的流出散热器19的冷却剂的温度信息控制连接机构30。控制单元24还适于基于第二传感器28检测到的流出进气空气冷却器9的进气空气的温度信息、和第三传感器29检测到的流出第二EGR冷却器13的再循环废气的温度信息控制连接机构30。因此在内燃机2运行期间，第一散热器风扇26持续地由电机27驱动。这样，第一散热器风扇26可以以基本上恒定的速度运转，其产生与电机27产生的能量相关的最佳空气流。结果是流过冷却器9、13和散热器19的基本上恒定的空气流，与车辆的运行状态无关。如果控制单元24从传感器25、28、29中的一个获得介质通过各个冷却器9、13和散热器19后的温度高于参考温度的信息，会发现第一散热器风扇26不能提供足够的空气流以达到需要的所述介质的冷却能力。于是控制单元24触发连接机构30的启动，这样内燃机2连接到附加散热器风扇29。第一散热器风扇26和附加散热器风扇29将共同提供通过冷却器9、13和散热器19的增加的空气流。在各个冷却器9、13和散热器19中的介质的冷却能力增加。当所述介质的温度退回到低于参考温度时，控制单元24将触发连接机构30的脱离，这样附加散热器风扇29的运行停止。

本发明不是局限于参考附图所描述的实施例，可以在权利要求的范围内自由变化。例如，当第一散热器风扇不能提供足够的空气流以达到冷却元件中的介质的要求的冷却能力时，可以驱动任何适合数量的附加散热器风扇。两个附加散热器风扇可以同时启动。可选择地，只有当第一散热器风扇和第一附加散热器风扇所产生的空气流不能提供冷却元件中的介质需要的冷却能力时，可以启动第二附加散热器风扇。

Claims

1.一种用于车辆(1)的散热器风扇装置，所述车辆由内燃机(2)驱动，散热器风扇装置包括至少一个用于冷却介质的冷却元件(9，13，19)、和第一散热器风扇(20，26)，所述第一散热器风扇适于在内燃机(2)运行期间持续产生通过冷却元件(9，13，19)的至少一个区域的强制空气流，以冷却所述介质，散热器风扇装置还包括：至少一个附加的散热器风扇(22，29)，其适于在第一散热器风扇(20，26)不能提供足够的空气流以根据需要对冷却元件(9，13，19)中的介质进行冷却的情况下被启动，并且产生通过所述冷却元件(9，13，19)的至少一个区域的增加的空气流；和联接机构(30)，其可以在内燃机(2)和附加散热器风扇(29)之间建立连接(31)，并且因此通过内燃机(2)驱动附加的散热器风扇(29)，其特征在于，散热器风扇装置包括电机(27)，其适于在内燃机(2)启动时以基本恒定的速度持续地驱动第一散热器风扇(26)。

2.如前述任一项权利要求所述的散热器风扇装置，其特征在于：第一散热器风扇(20，26)和附加散热器风扇(22，29)相对彼此布置成使得它们可以提供通过冷却元件(9，13，19)的至少部分不同区域的基本平行的空气流。

3.如前述任一项权利要求所述的散热器风扇装置，其特征在于：散热器风扇装置包括控制单元(24)，其适于基于来自至少一个传感器(25，28，29)的信息启动附加的散热器风扇(22，29)，所述传感器检测与介质离开冷却元件(9，13，19)时的温度相关的参数。

4.如权利要求1或2所述的散热器风扇装置，其特征在于：所述冷却元件是散热器(19)，其用于冷却内燃机(2)的冷却系统中的冷却剂形式的介质。

5.如权利要求1或2所述的散热器风扇装置，其特征在于：所述冷却元件是进气空气冷却器(9)，其冷却压缩空气形式的介质。

6.如权利要求1或2所述的散热器风扇装置，其特征在于：所述冷却元件(9，13，19)、第一散热器风扇(20，26)和附加的散热器风扇(22，29)装配在位于车辆(1)的前面部分的一区域(A)中。