CN101580046A - 车桥温度控制器 - Google Patents

Abstract

一种调节并控制车辆车桥组件温度的设备。导管连接到内燃机的加热/冷却流体回路。加热/冷却流体经由入口导管循环到所述车桥组件。所述入口导管穿过所述组件的壁并终止于热交换器。所述热交换器位于由所述车桥组件的润滑流体形成的池以下。在冷启动条件下并且也在低速运行条件下，冷却剂在车辆初始运行过程中加热所述润滑流体。冷却剂还用来在车辆高温高速运行过程中冷却所述润滑流体。所述加热/冷却流体经由出口导管返回到所述冷却流体回路。

Description

车桥温度控制器

技术领域

本发明涉及一种通过流体飞溅润滑来润滑的车桥组件(axleassembly)或其它扭矩传递设备。更具体地说，本发明涉及一种装置，通过向所述车桥组件或扭矩传递设备提供加热的介质来改善车桥效率。

背景技术

车桥效率部分依赖于车桥润滑剂温度。通常，通过油底壳内的油储存器来润滑车桥，所述油借助运动部件来循环。这被称为飞溅润滑。润滑剂温度升高，则车桥效率升高。这在如下表所示的低扭矩水平时，基本上正确。

车桥效率(输出扭矩/输入扭矩)

               在35mph(ft-lbs)的输出扭矩

车桥油底壳温度 100    150    300

100°F         85.1％ 89.2％ 93.6％

175°F         93.8％ 95.1％ 96.5％

250°F         94.0％ 94.8％ 95.6％

以上数据显示，相对于100°F来说，在175°F和250°F之间运行，效率增益介于2.0和8.9％之间。最大增益出现在最低扭矩水平。效率增益被认为主要是随着温度升高而润滑剂粘性自然降低的结果。飞溅润滑的车桥组件或者其他扭矩传递设备的运行温度通常取决于所传送的扭矩、环境温度、旋转速度和所述设备上方的气流。运行温度可以刚刚高于环境温度，直至比环境温度高200°F。远高于250°F的运行温度开始导致车桥中部件耐久性问题，以及导致润滑剂本身出现问题。通常在较高的速度和/或扭矩，诸如高速路驾驶或拖车牵引时会达到这些温度。因此，希望尽可能避免这些温度。较低的运行温度通常不会导致耐久性担忧，但是如上所示，低于175°F的运行温度将导致效率较低并且燃料消耗较大。通常在低速和/或扭矩情况下，诸如市区低速驾驶时会到达这种较低的运行温度。本发明旨在使这种低运行温度最少出现。

已知在车桥组件内提供冷却导管，以避免较高的运行温度。这些导管定位在差速器组件主要部分周围，并包含来自其他设备的液压流体，这些液压流体可以冷却车桥中的组件。

还已知存在一种齿轮驱动的冷却系统，其包含热交换器，该热交换器具有管道回路，多个翅片定位在这些管道回路上，在运行过程中吸收热量并打碎抛起的油滴。

此外，已知存在一种传动装置冷却系统，该冷却系统经由位于传动装置油底壳中的热交换器循环来自散热器的发动机冷却剂。当冷却剂在发动机冷却系统中处于可能的最低温度时，从散热器抽取冷却剂，并且所述冷却剂最后才被加热，这对于冷却传动装置来说最为有效。

还已知存在一种车辆尾气暖热系统加热器系统，该加热器系统通过位于尾气系统中的热交换器来循环发动机冷却剂。这样能更快地暖热发动机冷却剂并且能在暖热过程中提升发动机效率。由于燃料雾化更为不良且要求更富集的燃料空气混合物，所以效率在该过程中下降。一旦发动机暖热起来，则由恒温设备控制温度，且温度相对恒定。利用泵使发动机润滑油、传动装置润滑油或车桥润滑油经由位于尾气系统中的热交换器进行循环，这种系统还能暖热它们。在传动装置和车桥的情况下，虽然发动机已经有现存的泵，但是还需要单独的泵来经过热交换器循环润滑油。此外，在环境温度非常低的情况下，润滑油将不容易经由线路流到热交换器中，直到润滑油被摩擦或者来自尾气的热量加热为止。

本发明将向车桥组件或其他扭矩传递设备提供热量，而不需要将润滑剂泵送到车桥外侧的单独热交换器中。还可以将润滑剂的温度保持在约200°F，以在低于约175°F的正常操作的条件下提升车桥的效率。

本发明实现了上述效果或者比上述效果更好的效果。

发明内容

因此，本发明的优势在于提出一种用于差速器组件的温度调节设备，采用了来自汽车发动机区域的冷却剂。优选，直接从发动机缸体抽取冷却剂，以快速向车桥组件提供加热效果。本发明旨在向飞溅润滑的车桥组件或其他类似扭矩传递设备提供热量，以减小或消除正常运行温度范围的较低部分，从而使效率最大化。

在优选实施例中，来自内燃机或其他动力源的冷却剂通过带有中空通路的护套盖板循环，所述护套盖板连接到车桥承载件；或者通过位于车桥承载件底部的适当热交换器循环，其中润滑剂在所述车桥承载件底部形成池。理论上，盖板的设计要使向车桥组件内的润滑剂的热传递最大化。在内燃机的情况下，借助发动机水泵泵送冷却剂，并从恒温器后面的发动机缸体抽取冷却剂，所述冷却剂将在恒温器处尽可能快地加热并达到约200°F。在需要将冷却剂用于其他更重要的用途时，诸如用于除去乘坐舱窗户的霜时，还可以用逻辑控制器和阀来防止冷却剂流到所述车桥。如果运行温度试图升高到超过冷却剂的温度，本发明还会冷却所述车桥。

在一种实施例中，动力装置冷却剂通过铸造或制造在车桥承载件盖的壁中的中空通路循环。来自动力装置的热空气通过适当导管引导，流过车桥承载件上方或周围。热管道用于从动力装置向车桥传递热量。可以通过铸造或制造在车桥单元的壁中的中空通路循环尾气。

本发明的另一项优势在于，提供一种用于加热和/或冷却机动车中的车桥组件的设备，所述车桥组件包括限定有腔的壳体，润滑剂包含在所述腔中，且差速器组件定位在所述腔中，所述设备包括设置在所述腔中的热交换器，所述热交换器包括流体导管，该流体导管具有入口和出口，用来流体连接到内燃机的冷却流体回路。

另一种实施例通过位于车桥小齿轮承载腔中的适当热交换器来循环冷却剂，润滑剂在车桥小齿轮承载腔中形成池；或者通过位于车桥承载件内的适当热交换器来循环冷却剂，润滑剂在车桥承载件内飞溅或流过其上。

在另一种实施例中，来自内燃机或其他动力源的热尾气通过带有中空通路的护套盖板循环，所述护套盖板连接到车桥承载件。理想的情况下，所述盖板的设计将使向车桥组件内的润滑剂的热传递最大化。可以用逻辑控制器和阀来控制尾气流动，以防止润滑剂温度变得过高。

尾气还可以通过车桥承载件的壁中的中空通路循环。

尾气还可以通过位于承载件底部的适当热交换器循环，润滑剂在承载件底部形成池。

尾气还可以通过位于小齿轮承载腔中的适当热交换器循环，润滑剂在小齿轮承载腔中形成池。

尾气还可以通过位于所述承载件内的适当热交换器循环，润滑剂在所述承载件内飞溅或流经其上。

在另一种实施例中，电加热元件置于铸造或制造在车桥盖板中的中空通路内，所述车桥盖板连接到所述车桥承载件。理想的情况下，所述盖板的设计要使向车桥组件内的润滑剂的热传递最大化。可以用逻辑控制器来控制供给加热元件的电力，以保持润滑剂处于适当的温度。

电加热元件还可以置于铸造或制造在所述车桥承载件壁中的中空通路内。

电加热元件还可以置于所述承载件底部，润滑剂在所述承载件底部形成池。

电加热元件还可以置于小齿轮承载腔中，润滑剂在小齿轮承载腔中形成池。

电加热元件还可以置于所述车桥承载件内，润滑剂在所述车桥承载件内飞溅或流经其上。

在另一种实施例中，由动力装置或动力源加热的空气通过适当导管引导，流过所述车桥承载件上方或周围。可以使用阀和风扇，以控制气体流动和车桥温度。

在另一种实施例中，利用热管道从动力装置或动力源向车桥组件传导热量。在动力装置或动力源处于紧邻车桥组件位置的情况下，且车桥在运行过程中不能相对于动力装置或动力源移动的情况下，热管道能最好地工作。这是前独立车桥设计的情况。在该情况中，热管道能够努力使得车桥和动力装置或动力源具有相同的温度。

在结合附图考虑时，本发明的这些优势以及其他新颖特征将在以下本发明的详细说明中显露出来。

附图说明

在参照附图讨论时，将会更好地理解本发明，其中相同的部件由相同的附图标记指代，且其中：

图1是车辆底架的平面图；

图2是图1所示车辆底架的侧视图；

图3是带有差速器的车桥组件的截面图；

图4是车桥组件另一种实施例的截面图；

图5是车桥组件另一种实施例的截面图；

图6是车桥组件的截面图；

图7是车桥组件壳体的截面图；

图8是车桥组件盖的截面图；

图9是车桥组件的截面图；

图10是另一种实施例中的车桥组件的截面图；

图11是带有变速箱和前差速器的发动机缸体的侧视图；

图12是发动机缸体、变速箱和后差速器的侧视图；

图13a是另一种实施例的车桥组件的截面图；

图13b是另一种实施例的车桥组件的截面图；

图13c是另一种实施例的车桥组件的截面图；

图13d是另一种实施例的车桥组件的截面图；

图13e是另一种实施例的车桥组件的截面图。

具体实施方式

以上解释的本发明的特征提供了一种用于车桥组件的温度调节设备(即，加热和/或冷却装置)，所述温度调节设备采用发动机缸体中的加热/冷却流体在冷启动环境中初始温热所述车桥组件中的润滑剂，然后在其开始过热时，冷却所述车桥组件。

本发明的车桥组件加热和冷却系统要求内部发动机驱动的液体冷却系统，优选集成的发动机驱动的液体冷却系统，位于发动机缸体8内。发动机驱动的液体冷却系统包含发动机冷却流体和连接件，该连接件用于连接到内部车桥组件热交换器18的入口连接件的流体导管14以及用于连接流体导管16的流体连接件，所述流体导管16一端连接到内部车桥组件热交换器18的出口连接件。因此，内部车桥组件热交换器与车辆受压液体冷却系统串联连接，以限定发动机冷却流体回路。车辆冷却系统中的冷却流体也将流经所述车桥组件。

车辆扭矩传递设备，诸如车桥组件，要求润滑流体37，从而允许这些组件中的活动齿轮正常发挥作用。车桥组件20内的润滑流体37的温度根据若干条件发生变化，包括但不限于环境温度、速度、扭矩等。在车辆初始驱动条件下，并且在低速运行过程中，车桥组件20相对较冷，这导致运行不充分。通常，通过活动齿轮提供的摩擦来加热润滑流体37。在车辆高速运行时，车桥组件20内齿轮之间的摩擦产生巨大的热量。已经发现，将润滑流体37的温度保持在介于150-250华氏度的温度范围内，对车桥组件20产生最为有效的结果，例如部件寿命。车桥组件的理想运行温度为200华氏度左右。

在冷启动环境下，通过直接从动力装置或发动机循环冷却剂，经由车桥组件20内的热交换器18来为车桥组件20提供热量。参照图1，一对流体导管14、16固紧连接到发动机10，允许将冷却剂供应到位于车桥组件20内的热交换器。流体入口导管14从发动机缸体8沿着车身向车桥组件20供应冷却剂。类似地，流体出口导管16用作冷却剂从车桥组件20返回发动机缸体8内的发动机或散热器的返回线路。在优选实施例中，直接从发动机抽取冷却剂，以最为有效和迅速地向车桥组件20传递热量。

可以选择的是，从发动机散热器或向发动机散热器传输冷却剂的入口导管和出口导管形成单个渠道。两个通道形成在该渠道中，一个通道将向车桥组件供应冷却剂，而另一个通道将冷却剂从车桥组件返回到发动机。

从图1和2可以最佳看出，两条导管14、16靠近车架从发动机缸体8到车桥组件20的位置经历车辆12的长度。导管14、16从发动机缸体8到车桥组件20沿着车辆底架遵循弯曲路径。在制造过程中，车身可以模制有凹陷凹部，从而允许额外地保护导管线路。导管14、16借助本领域技术人员已知的装置固紧到车辆。虽然不是绝对必要，但是使导管14、16绝缘将保持冷却剂的温度，并且使得从发动机缸体8到车桥组件20的热损失最小。

以下说明车桥组件20。参照图3，示出了车辆12的车桥组件20，该车桥组件包括了本发明的特征。车桥组件20包括壳体22。壳体22进一步包括入口通路24和出口通路26

壳体22还包括驱动轴开口(未示出)和车桥开口30、32。壳体22进一步包括由该壳体限定的腔36。差速器组件38以熟知的方式安装在壳体22的腔36内。所述壳体具有一对用于接收入口导管和出口导管14、16的通路。

从图3中最佳看出，导管14、16穿过壳体22外表面上的通路24、26插入并固紧，所以在腔36及其外部环境之间形成气密密封件。入口和出口导管14、16沿着壳体22内表面定位。车桥组件的润滑流体37位于壳体22内，填充腔36，且润滑流体37的水平大约为插入差速器组件38之后腔36内开放空间体积的一半。在腔36内，润滑流体37在壳体22底部形成池。

在图4最佳示出的另一种实施例中，入口导管414和出口导管416插入位于壳体422底部的通路中。在该实施例中，入口导管和出口导管414、416两者以及热交换器418都位于润滑流体437的池以下。

在另外一种实施例中，入口导管514进入车桥组件，如图5最佳示出。入口导管514的位置靠近车桥组件520的内壁。热交换器518位于润滑流体518池以下，且出口导管516穿过壳体522，如图5所示。

在另外一种可以选择的实施例中，从图6最佳看出，入口导管614穿过用于承载件或壳体622的车桥组件盖650上半部中的通路。出口导管616经由车桥组件盖650下半部中的类似通路离开车桥组件620。车桥组件盖650则固紧到壳体622。热交换器618位于腔636内，如图6所示。热交换器618还具有沿着热交换器618主体的冷却翅片619。在差速器组件638旋转的同时，润滑流体637在腔636内飞溅。在润滑流体637接触冷却翅片619时，润滑流体637或者被冷却或者被加热，取决于由流经热交换器618的流体所调节的冷却翅片619温度。

现在参照图7，在另一种实施例中，冷却剂通过沿着车桥壳体722外表面铸造或制造的通路718循环。壳体722制造或铸造有入口连接件714，其位于壳体722前端附近。出口连接件716位置靠近车桥组件盖(未示出)。入口线路牢固地紧固到入口连接件714，以允许来自发动机的冷却剂由此流过。冷却剂填充壳体722内的通路718。冷却剂或者冷却或者加热所述车桥壳体722，取决于冷却剂和壳体722的相对温度。润滑流体的温度通过壳体722的温度来调节。

类似地，车桥组件内的温度调节可以进一步通过铸造或制造在车桥组件盖850中的通路来调节，如图8最佳示出。同样，车桥组件盖具有入口连接件814和出口连接件816。从发动机供应冷却剂的导管与入口连接件814连接。冷却剂经由通路818流过车桥组件盖850。冷却剂或者温热或者冷却车桥组件盖850，其反过来类似地影响所述组件内的润滑流体的温度。

在图7和8所示的实施例中论述的原理可以部分结合，以建立如图9最佳示出的实施例。在该实施例中，通路918铸造或制造在车桥组件壳体922和车桥组件盖950两者之内。当盖950与壳体922配合时，单个通路918形成在两个元件中。壳体922具有入口连接件914和出口连接件916，它们在壳体922前端上彼此对置。冷却剂经由连接到入口连接件914的导管进入，并填充通路918。随着冷却剂进入通路918，由冷却剂的温度调节车桥组件920的温度。

再次参照图3，入口导管14将冷却剂输送到热交换器18。热交换器18由卷绕成一系列环路的导管管路构成。所述环路允许传递热量，或者温热或者冷却润滑流体37。热交换器18定位在车桥组件内，以使所述环路位于腔36内的润滑流体37的池以下。

在车辆初始运行或以相对较低的速度运行时，通过加热润滑流体37来改善车桥组件的效率。冷却剂经由入口导管14向腔36循环。起初，车桥组件内的润滑流体37温度大约与外部环境的周围温度相同。随着冷却剂从发动机缸体8向车桥组件20循环，发动机的运行使冷却剂温热。一旦现在温热的冷却剂通过车桥组件20内的热交换器18循环，则润滑流体37就被加热。

在高速公路上，随着以更高的速度驱动车辆，车桥组件20因摩擦产生巨大的热量。润滑流体37的性能受到这样产生的摩擦热量的不良影响。在该接合处，冷却剂处于比润滑流体37更低的温度。随着冷却剂经由入口导管14循环到车桥组件20内的热交换器18中，润滑流体37被冷却。现在被加热的冷却剂经由出口导管16被输送回发动机缸体8内的散热器10。

现在参照图10，说明了本发明的一种可以选择的实施例。车桥组件1020具有车桥壳体1022和车桥盖1050。差速器组件1038设置在车桥壳体1022内。车桥盖1050和车桥壳体1022两者具有形成在盖1050和壳体1022最下端的通道1060。挠性尾气线路1070从主尾气线路1080馈送，并经由通道1060插入。加热的尾气从发动机舱沿着主尾气线路1080流动。控制阀1072用来控制尾气通过挠性尾气线路1070流动。在车辆初始运行时或者车桥组件的温度低于优选值的时候，控制阀1072打开，允许热的尾气流过挠性尾气线路1070。在通过车桥壳体1022和盖1060之后，挠性尾气管道再次连接主尾气线路。通过耦接到控制阀1072的传感器来控制尾气量，以检测车桥组件1020的运行状态。一旦车桥组件1020被尾气加热，控制阀1027就闭合，且加热的尾气仅流过主尾气线路1080。虽然没有详细说明，但是应该理解，本发明的精神包括在流体水平之上穿过车桥组件的挠性尾气管道，以使在运行过程中，车桥组件中的流体飞溅到挠性尾气线路上，加热所述流体。

现在参照图11，从内燃机1108运行产生的热量还可以用来加热车桥组件1120内的润滑流体。热管道1114和1116将热量从发动机1108传递到车桥组件1120。必须理解，由于发动机和前车桥组件彼此独立悬挂，所示热管道1114和1116必须具有足够的挠性，从而在任何给定的时间都覆盖从发动机1108到车桥组件1120的最大行程距离。在车辆初始运行过程中，发动机1108内产生的热量传递到车桥组件1120。

在如图12所示的另一种实施例中，如图中箭头所示的空气在其经过发动机1208上方的时候被加热。车身具有通道1213，该通道铸造成接收来自发动机1208的空气流并将浓缩空气重新导向车桥组件1220。由于空气在其经过发动机1208上方时被加热了，所以输出到车桥组件1220上的浓缩空气具有温热效果，因此提升了车桥组件1220内润滑流体的温度。

本发明的另一种实施方式包括在车桥组件1320内使用电加热元件1301，如图13a-13c所示。在图13a中，电加热元件1301穿过承载件1322插入，并定位于润滑流体1337水平以下。在图13b中，电加热元件1301缠绕在承载件1322的小齿轮承载腔内的轴周围。图13c描绘了将电加热元件1301穿过车桥壳体盖1350插入。然后，电加热元件1301设置在润滑流体1337池内。在图13d中，电加热元件1301设置有通过铸造或钻孔形成在车桥承载件1322内的通路。而图13e采用铸造在车桥盖1350内的通路来收容电加热元件1301，以预热润滑流体。在图13的上述实施例中，电加热元件连接到车辆上的动力源。车辆产生电力。

虽然参照若干优选实施例示出和说明了前述的本发明，但是应该理解，在不背离本发明精神和范围的条件下，可以对形式和细节做各种改变。例如，虽然上述实施例采用了来自发动机缸体8的冷却剂，但是也可以采用来自发动机的尾气作为热交换器中的介质。这里，尾气经由入口导管和出口导管传递到热交换器。可以通过适当的恒温设备和逻辑控制器调节热源。可以选择的是，铸造或制造在车身以及车桥组件壁上的通路也可以输送尾气。

Claims (15)

1.一种用于调节机动车中的车桥系统温度的组件，包括：

限定腔的壳体，在所述腔中容纳有润滑剂，且差速器组件定位在所述腔中，且一对车轴沿着共用旋转轴线对准并从所述差速器组件中伸出；

设置在所述腔中的热交换器，所述热交换器包括流体导管，该流体导管具有入口和出口，用来流体连接到内燃机的流体回路，

其中，所述热交换器提高所述车桥系统的运行效率。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热交换器浸没在所述润滑剂中。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热交换器包括所述流体导管的至少一个回路。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体导管具有弯曲形状。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热交换器靠近所述差速器组件并与其轴向隔开。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热交换器浸没在所述润滑剂中。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体导管铸造在车架中。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述导管具有至少一对贯通延伸的通道。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导管包括多条导管。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，在所述车桥组件内由所述润滑剂形成的池的上方，所述多条导管穿过所述车桥组件的外表面。

11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多条导管包括入口导管和出口导管。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述入口导管在所述润滑剂形成的池的上方穿过所述车桥组件的外表面，且所述出口导管在所述车桥组件内由所述润滑剂形成的池的下方穿过所述车桥组件的外表面。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，在所述车桥组件内由所述润滑剂形成的池的下方，所述多条导管穿过所述车桥组件的外表面。

14.如权利要求11所述的设备，其特征在于，一加热元件定位在所述多条导管中的至少一个导管内。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述加热元件是电加热元件。

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