CN102216585A - 带有传感器反馈的风扇传动系统 - Google Patents

Abstract

一种带有传感器反馈的液压风扇传动系统。一个定位于该风扇传动组件的中心轴中的传感器提供了速度反馈信号并且消除了为传感器导线进行路径选择的需要。

Description

带有传感器反馈的风扇传动系统

技术领域

本申请与美国专利申请序列号61/117,197、名称为“带有油压力控制的风扇传动系统”(DKT 08076)以及美国专利申请序列号61/117,201、名称为“带有润滑流动系统的风扇传动系统”(DKT 08132)相关，这两个申请都是与本申请在同一天提交的。

本发明总体上涉及风扇传动系统、并且更具体地涉及带有传感器反馈的湿式摩擦风扇传动系统。

背景技术

本发明总体上涉及风扇传动系统并且更具体地涉及用于风扇传动系统的液压及湿式摩擦类型的离合器。存在着不同类型的用来传动不同装置或系统的摩擦连接装置以及流体连接装置，如用于内燃发动机的散热器冷却风扇。这些摩擦离合器装置总体上包括干式摩擦离合器组件、黏性传动离合器组件、以及湿式摩擦离合器组件。干式摩擦离合器组件仅具有两级操作：完全接合的操作或者完全脱离接合的操作。因为干式摩擦离合器组件典型地不采用流体流动冷却机构，干式摩擦离合器组件还普遍地具有低的热容量。黏性传动离合器组件具有在较高的发动机速度下进行接合的能力并且可以具有变化的接合度。黏性传动器出于内部黏性剪切的目的是从来都不完全接合的。黏性传动器总是在某种程度上滑动，致使它们不能以完全接合的峰值运行速度转动或以高于最初设计的速度转动。黏性传动器受到的进一步的限制在于，越是需要更多的发动机冷却，就越是要求更大更昂贵的黏性传动器和冷却风扇。

湿式摩擦离合器特别是由于它们在涉及苛刻服务的情况中的使用而受欢迎，在这些苛刻服务的情况中这些风扇传动器是处于不间断的服务中的并且承受恒定的负载。湿式摩擦系统具有摩擦离合器组件的优点连同提供增加的发动机冷却的能力。

例如，在美国专利号7,047,911、7,249,664以及7,178,656中示出了湿式摩擦风扇传动组件。这些系统使用通过特定接合方法的液压控制的风扇传动器。这些液压系统包括一个壳体组件，该壳体组件包含一种液压流体以及一个接合回路。这个接合回路包括一个连接于该壳体组件之内的皮托管，该壳体接收该液压流体的至少一部分。一个供能回路响应于来自皮托管的液压流体供给而将该壳体组件接合到一个风扇轴上。

尽管上述的这些湿式摩擦离合器系统提供了改进的风扇传动控制系统和组件(特别是关于接合压力和控制、以及去除内部所产生的热量)，本发明的一个目的是提供一种进一步改进的组件和系统。

发明内容

本发明提供了多种改进的方法用于控制施加到风扇传动系统的离合器组件上的压力以及随后的湿式摩擦离合器的接合。在一个实施方案中，在希望不依赖于发动机速度而对风扇速度进行调整时，对湿式摩擦离合器系统进行控制。这个实施方案还为最优控制提供了风扇速度的闭环反馈。使用了一种基于微处理器的三通阀门来调整油压力。

在本发明的另一个实施方案中，在中心轴内提供了一个独特的传感器从而消除了对于传感器导线的路径选择的需要。这个传感器在离合器系统中提供了多个速度反馈信号。这个实施方案还简化了该装置的组装。

本发明的另一个实施方案对于湿式离合器系统在高滑动区域中连续运行时对其进行冷却具有特别的适用性。湿式摩擦离合器运作在连续的高滑动条件下的应用被称为“苛刻服务”应用。为了去除在这些湿式摩擦离合器内产生的实质性热量，将离合器润滑油从离合器循环经过一个热量交换器并且然后以冷却的状态送回。一个模块式阀门机构配备有多个同轴的油通道来将润滑油输送到和输送出湿式摩擦离合器。一个同轴的润滑油路径用于围绕该控制阀门的出油管线以及进油管线二者。

附图说明

当考虑附图和附加权利要求时，本发明的多个实施方案的这些目标、目的、益处和细节、连同本发明的其他方面和特征将从本发明的以下说明中变得清楚。

图1是根据本发明的一个实施方案的一种湿式摩擦离合器组件的透视图。

图2是图1中所示的湿式摩擦离合器组件的一个截面。

图3是根据本发明的一个实施方案的模块式同轴阀门设计的透视图。

图4展示了根据本发明的一个实施方案的这些润滑流动联通路径。

图5展示了根据本发明的一个实施方案的这些润滑油通路。

图6展示了根据本发明的一个控制阀门子组件。

图7展示了根据本发明的一个风扇速度传感器模块。

图8是如图7所示的风扇速度传感器模块的一个截面。

图9展示了根据本发明的一个实施方案的一个包覆模制的引线架组件。

图10展示了根据本发明的一个实施方案的一个三通阀门回路。

图11展示了一个替代风扇速度传感器实施方案。

图12是在图11中圆圈包围的部分12的一个放大视图。

具体实施方式

在以下附图中，相同的参考数字将用来指代相同的部件。虽然本发明是相对于一个液压控制的风扇传动系统的一种方法和系统来说明的，但本发明可以被适配为和应用于不同的系统，这些系统包括：车辆系统、冷却系统、风扇传动系统、摩擦传动系统、或其他对于本领域普通技术人员将是显而易见的系统。

在以下说明中，不同的运行参数和部件被用于说明本发明的一种构建的实施方案。这些特殊的参数和部件仅作为实例包括在内，且并不意味着是限制性的。本发明在车辆以及非车辆环境中均具有应用。非车辆应用包括发电机组、泵送站、等等。同样，在以下说明中，不同的风扇传动部件和组件是仅作为一个示意性实例进行说明的。这些风扇传动部件和组件可以根据本领域普通技术人员的能力和知识、根据应用来进行修改。

图1展示了根据本发明的一个优选的实施方案的一种湿式摩擦风扇离合器组件10。该组件包括壳体构件12，该壳体构件在一侧上具有一个风扇安装板14并且在另一侧上具有一个驱动皮带轮16。提供了多个开口15用于将一个风扇18紧固到安装板14上。皮带轮16是一个输入皮带轮并且是一个风扇传动系统的一部分，该风扇传动系统是由与发动机(优选是车辆的)处于操作性连接的一条皮带驱动的。来自输入皮带轮16的转矩经过离合器组件10转移到安装于安装板14上的风扇上。风扇18的速度是由离合器组件10来控制的，并且该风扇被用来按需要提供冷却。

湿式摩擦离合器组件10被安装在一个静止的基座构件20上。基座构件20被适配为安装于车辆上或者本领域已知的车辆的发动机气缸体上。为此目的，提供了多个安装孔22。

如以下更详细地说明的，润滑油被循环通过其上安装了湿式摩擦离合器组件的安装轴以便冷却该组件。为此目的，提供了一个油的流出装配件24以及一个油的流入配件26。热的润滑油经过油装配件24到达一个冷却该润滑油的外部热交换器(未示出)。冷却的油然后经过油的输入装配件26而循环返回进入该离合器组件中。

如图1所示并且如本领域已知的，这个壳体优选地是由一种金属材料(如铝或镁)制成的并且包含多个鳍片构件17，这些鳍片构件被用来将热量耗散到大气中并且由此帮助冷却离合器组件10。壳体构件12被固定地连接到输入皮带轮16上并且因而以与该皮带轮相同的速度(即到达风扇传动组件的输入速度)进行旋转。

如所表明的，风扇安装板14以及由此附接到该板上的叶片式风扇构件是通过湿式摩擦离合器组件来运行的以便按照需要旋转并且提供冷却。在苛刻的服务应用中，该风扇构件典型地是以某种方式持续地转动或运行的。这提供了离合器机构的恒定滑动并且由此提供了需要耗散的恒定的热量生成。如果不耗散这些热量，离合器机构的寿命和耐久性将显著地降低。

图2是如图1所示的湿式摩擦风扇传动组件10的截面视图。这个截面视图展示了风扇传动组件自身的细节，以及根据本发明的一体化的三通控制阀门机构25的一个优选的实施方案。

这种湿式摩擦风扇传动组件是一种液压控制的风扇传动系统，该传动系统用来自车辆发动机(优选的是一台液体冷却的发动机)的旋转能量以一种增速比来转动被附接于风扇板14上的冷却风扇，以便提供经过散热器的空气流。壳体构件或组件12被固定到皮带轮上，这个皮带轮通过典型地使用在车辆发动机室内的一条风扇皮带而连接到发动机的曲轴(未示出)上并且相对于该曲轴进行旋转。当然，如以上提到的，本发明可以关于不同的部件并且通过任何数量的皮带或其他连接装置(如一个正时链条)相对地运行。

本发明的关键特征包括一个具有独特的风扇速度传感器的湿式摩擦风扇传动系统；一种独特的液压阀门设计，该液压阀门设计使来自风扇速度传感器的电信号能够经过阀门本体的中心；以及一种独特的用来冷却该风扇传动组件的润滑系统。该润滑系统环绕该阀门本体的壳体同中心地传送润滑油。根据本发明的一个优选的实施方案，这种阀门设计是独立于该离合器轴子组件的并且可以用在基本轴设计的无穷数量的排列组合之中。

在美国专利号7,047,911、7,249,664和7,178,656中描述了湿式摩擦离合的基本运行，这些专利的披露内容特此通过引用结合在此。一般而言(如图2所示)，壳体构件12包括一个本体构件30和一个盖构件32，它们被可靠地附接在一起，如通过多个螺栓33或者其他紧固件。本体构件30还被可靠地附接到输入皮带轮16上(如通过多个紧固件34)并且二者以相同的速度旋转。如图所示，输入皮带轮16通过多个轴承构件40附接到基座构件20上。基座构件20包括一个中心轴构件50，如以下描述的，该中心轴构件包括用于阀门机构的一体化的控制器。风扇板构件14通过轴承构件52安装在壳体构件12中并且仅在离合器机构被启动时才启动和旋转。在这个方面，离合器机构60包括如图2所示的多个离合器片并且被一个离合器活塞构件62启动。当活塞构件62被启动时，摩擦离合器机构60将壳体构件12的旋转能量转移到风扇板构件14上并且由此使风扇旋转。

壳体12包括一个用于存储和保留液压流体的流体储存器。一个活塞机构具有一个皮托管70，该皮托管被连接到活塞壳体组件上并且接收该液压流体的一部分。

如本领域已知的，离合器机构60包括一个离合器组61以及一个鼓壳体63。离合器组61包括连接到鼓壳体63上的多个离合器片和连接到轴上并且连接到风扇板14上的第二系列的离合器片。可以使用任何数量的离合器片并且取决于所希望的接合效果并且取决于空间局限性这可以从一个到几个离合器片而变化。一个控制回路控制着活塞的运行及其与活塞机构的接合。

液压流体在进入鼓壳体之后穿过并且冷却这些摩擦片并且然后回到流体储存器。图3示出了根据本发明的优选实施方案的模块式同轴阀门机构25的更详细的视图。阀门机构25执行以下几个功能：它控制着供给离合器活塞62的液压压力、为润滑油的流动提供通道、并且容纳了离合器控制回路板以及传感器互连机构。

通过螺线管电机77对阀门柱塞76的位置进行调整来控制施加到离合器活塞62上的液压压力。该液压压力在皮托管70内得以发展并且然后沿通过轴的多个入口80的路径进入阀门区域79。当螺线管电机77失去激励时，阀门回位弹簧81将阀门柱塞76向后推靠在向前的阀门座82上。在这个位置中，阀门关闭了由皮托管70供给的压力并且允许压力室83中的任何压力通过活塞壳体供给通道84、轴压力端口85以及这些阀门头部件阀门端口86而泄放回去。

压力通过这些通道以及端口而泄放回到离合器壳体内部的油池。

当螺线管电机77受到激励时，它对抗阀门回位弹簧81而拉动阀门柱塞76并且经过阀门柱塞76与阀门头部件88之间的圆锥形流动调节通道87来对油流进行节流。因为经过流动调节通道87的流动区域是随阀门柱塞76的位置而变化的，所以经过流动调节通道87的压力降以及随后在轴压力端口85处发展的压力可以通过控制阀门柱塞76的位置来进行调节。

阀门柱塞76在一端上被在阀门柱塞76与安装轴50内的一个导向孔89之间的一个径向支撑表面所支撑。阀门柱塞76的相反端被压入一个螺线管衔铁91中，这个衔铁被导向孔92和经由一个非磁性的套管93的阀门头部件88所径向地支撑。螺线管衔铁91进一步结合了一个阶梯形的圆锥形磁阻空隙94，这个空隙有助于使螺线管电机77的力-位移曲线线性化。通过一个非磁性的垫圈96防止了在螺线管衔铁91与后部螺线管磁极95之间的磁性静摩擦。

螺线管电机77包括一个线圈97，该线圈围绕一个绕线筒98缠绕，该线圈发展了在阶梯形的圆锥形磁阻空隙94内的磁场，以便产生一个力。一个用于螺线管电机的磁路是通过一个机械地连接到阀门头部件88上的通量罐99以及后部螺线管磁极95完成的。

在本发明的一个实施方案中，风扇的速度是通过风扇速度传感器模块100来检测的。模块100还在图7和图8中示出。模块100容纳了一个向后偏置的霍尔效应齿轮齿传感器101，该传感器感测在风扇速度目标环件102上的这些齿的通过。传感器模块100是一个模块式子组件，该子组件被连接到安装轴110的一侧上并且被通过多个夹持耳构件103(如图7和图8中所示)所夹持。

传感器模块100通过一组弹簧接触构件116而与同轴的电引线架组件114形成电接触。这还在图9中示出。电引线架组件114进一步将风扇速度传感器电学地连接到阀门控制印刷电路板120上(图3)。如图11和图12中所示，传感器模块还可以定位在框组件的末端处。引线架组件114还采用了一个热敏电阻118，用于直接测量离合器机构内的流体的温度，如液压油或者自动变速器流体(ATF)。热敏电阻118被连接为跨过风扇速度传感器的地线和输出，其方式为使得风扇速度传感器的输出与同一条信号线上的热敏电阻温度叠加。

阀门控制印刷电路板120通过一个O型环密封的电端帽构件122与环境隔绝地密封。这在图3中示出。端帽构件122进一步与一个密封的电连接器124相遇，该电连接器将离合器连接到车辆线束上。这种配置允许一种安装在PCB上的连接器接头，该连接器接头使车辆线束电连接的复杂性最小化并且提供了一种牢靠的电互连。

图11和图12示出了风扇速度传感器系统的一个替代实施方案。在电引线架构件110’末端处的一个电触点170被定位在插座172中，该插座被安装在印刷电路板190中。插座172保持了具有多个弹簧指形构件的电触点170，这个电触点允许了对引线架构件与其他部件的热膨胀和收缩的补偿。一个帽盖构件176被定位在中心轴构件50’的末端上方。帽盖构件176被多个螺钉180或其他紧固构件紧固在位。伸出构件182和184从电引线架构件110’的末端延伸并且在印刷电路板构件190中被对应地定位在相应的开口183和185中。

一个印刷电路板190被优选地模制在帽盖构件176中。电路板190被连接到电触点170上。一个表面安装的霍尔效应装置192与一个通量集中器194(flux concentrator)一起被定位在电路板190上。

一个具有交替的N和S构件的磁性环196被模制或者粘合在构件198中，它进而被连接或者紧固到风扇安装板141上。以此方式，当由该阀门机构引起该风扇旋转时，风扇的速度是由霍尔效应装置192来感测和确定的。

根据本发明的一个优选的实施方案，离合器润滑油供给通过一个热交换器被连接引出该风扇传动器，并且然后返回进入该风扇传动器中。在本实施方案中，润滑油流是经过静止的皮托管70来发展的。如在图4中更好地示出的，润滑油路径被路径选择为通过活塞壳体热油路径131、通过活塞壳体间隔构件132、通过在安装轴50中的一个孔并且进入热油通道133中。热油通道133是在安装轴50的内径与外部润滑油管134之间产生的。从热油通道133，热ATF经过在安装轴20中的热油出口24而流出该离合器组件。在将热油从风扇传动组件中移除之后，它在外部被管道连接通过一个热交换器(未示出)，其中它在进行冷却之后再被循环到输入油返回口26。

冷却的油在进入入口26之后，它在外部润滑油管134与通量罐99之间同轴地流动。冷却的油一旦到达阀门头部件88，它就经过阀门头部件通道137(图3)流动穿过该阀门头部件。冷却的油然后流过在安装轴50中的一个冷油端口138、向回通过活塞壳体间隔构件132并且通过活塞壳体冷油通道139而返回进入在离合器机构60中的这些摩擦片中。

控制阀门子组件150还包括一个定向槽口151(图3和图6)，该定向槽口与一个弹簧销构件152配合以便确保控制阀门子组件150在安装轴50内的正确的角度定向。子组件150被压入到这些阀门头部件端口86中的两个弹簧销构件153保持在安装轴50之内。

用于控制在湿式摩擦风扇离合器中的压力的一些已知的液压阀门组件是两向提升阀门的设计。它们调节在离合器组致动活塞与液压油池之间的流动限制。因为施加到活塞上的压力是随着输入速度的平方而变化的，所以要求通过阀门的较大的流动通道以便防止离合器在高输入速度下由于通过泄放路径的流动限制而引起的自激励。相比之下，本发明使用了一个三通阀门设计200(图10)，其中该阀门调节着活塞与泄放口之间的流动并且能够使用较小的油通道并且允许风扇离合器实现用于能量转换的较低的脱离接合速度。这还允许在其最小与最大转动速度条件之间(即完全脱离接合、完全接合、以及在其间以无限方式)所述风扇速度的实质上无限的控制。

这种液压阀门机构是一种常闭的阀门设计。这意味着当失去电力时，离合器将完全脱离接合。这个特征适合于许多未来风扇离合器应用，这些应用将用高皮带轮速比来传动离合器，离合器速比是大于1.4∶1的。在这个水平的高皮带轮速比的情况下，假若在已经失去电力时阀门要完全接合的话，那么在高发动机速度下的风扇转矩将超过发动机附件传动器的额定值。此外，假若阀门要完全接合该离合器时失去电力话，那么在高发动机速度下的风扇扭矩将超过发动机附件传动器的额定值。通过使该离合器机构在电力被移除时的脱离接合，在大部分车辆传动周期的过程中就根本不需要接合该冷却风扇。在这些条件下，本发明将节约电能。

本发明的在此示出的实施方案的另一个优点涉及对速度传感器的布线。因为控制阀门使用了轴构件的大部分内部空间，所以难于将速度传感器导线的路径选择为围绕该阀门。通过如在附图中示出的本发明的实施方案，传感器的这些导线的路径被选择为通过阀门的中心，而不是围绕着它，这消除了复杂的布线路径。另外，在风扇速度传感器子组件与阀门组件之间的用于产生电接触的弹簧接触系统简化了最终的组装。

通过本发明，一个车载微控制器执行所有这些必要的控制功能。借助于这种方法，仅要求四条控制导线(CAN+，CAN-，+V电池，-V电池)。这些控制导线中没有一条需要被直接连接到发动机控制单元(“ECU”)上，这为原设备制造厂家(“OEM”)腾出了多个接头插脚以用于其他功能。

对于其他已知的系统，典型地有五个插脚用于风扇传动控制。然而，当风扇速度反馈被加到系统上时，五个插脚不足以提供所希望的所有控制功能性。例如，为了实现所希望的控制，将会要求七条导线(线圈+，线圈-，热开关+，热开关-，风扇速度输出，+5VDC，以及Gnd)。在本发明中使用一个热敏电阻118还减少了噪声和能耗。已知的重载多速控制系统(“HDMS”)使用一个热开关来测量离合器中的ATF的温度并且在达到一个温度极限时将信号发送回给车辆的ECU。ECU然后典型地将完全接合该离合器以便消除滑动热量的产生并且允许ATF冷却。然而，这种策略代表了在无需发动机冷却时以高速转动风扇所要求的大量浪费的能量。它还可以发展高水平的不希望噪声。相比之下，通过本发明，与微控制器相结合使用一个热敏电阻来测量ATF的温度实现了一种更加完备的滑动热量保护策略。

此外，车载微控制器还使之更容易地将HDMS风扇离合器应用在一些应用中，其中ECU不具有能够传动该控制阀门螺线管线圈的脉冲宽度调制(“PWM”)传动器，或者其中OEM不具有可供实施用于运行该风扇离合器的新的控制逻辑的工程资源。

在此说明的本发明的实施方案还将电子部件密封而免于在极端热循环状态以及典型的是机动车辆应用的环境条件下湿气的进入。将一个电连接器模制并整合到阀门子组件的后帽盖中。然后使用一个O型环来将该帽盖密封在该外部阀门套管上。在将匹配的连接器插入到该模制的连接器帽盖中时将这些导线密封。此外，这种连接器帽盖将这些连接器插脚构件实施为将这些连接器插脚构件直接焊到印刷电路板(PCB)上并且然后经过连接器帽盖中的一个开孔而伸出。在最终组装时，这些电子器件的空腔被通过连接器帽盖孔填充了灌注混合物来为该连接器插脚提供振动鲁棒性和刚性。

本发明还解决了对于螺线管而言典型的非线性的力-移位曲线。这是通过在以下结构中这种阶梯形衔铁到该后部通量帽盖的界面来实现的，该结构在衔铁接近其完全收缩的或者自然地最高力量的位置时有意地增加了磁阻。本发明因此能够在阀门冲程上确保一个近似平坦的力-移位曲线的，该冲程在长度上典型地是四毫米。这明显地改善了阀门的开环可控制性。

虽然在此已经示出并且描述了本发明的多个优选的实施方案，但本领域那些普通技术人员将会想到众多的变体以及替代性实施方案。因此，在此的意图是本发明并不限于在此说明的这些优选实施方案而是受限于所附权利要求的条款。

Claims (10)

1.一种湿式摩擦离合器组件，包括：

一个壳体构件，该壳体构件具有一个本体、一个盖件、以及在其中的一个中心空腔；

一个皮带轮构件，该皮带轮构件固定地连接到所述壳体上，其中所述壳体与皮带轮构件均以输入速度进行旋转；

一个静止的基座构件，该基座构件用于将所述壳体安装于一个表面上，所述基座构件具有定位于所述壳体内的所述空腔中的一个轴构件；

一个风扇构件，该风扇构件被可转动地附接于所述壳体构件上；

一个合器机构，该离合器机构定位于所述壳体构件内并且被适配为选择性地旋转所述风扇构件；

一个阀门构件，该阀门构件用于对用来选择性地启动该离合器机构的启动油压力进行调节；

其中，所述风扇构件的旋转是可以被控制在最小速度与最大速度之间并且处于两者之间的任何速度；以及

一个定位于所述轴构件上的传感器机构以及一个定位于所述离合器机构上的目标环件，其中，所述风扇构件的所述旋转速度是可以确定的。

2.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述传感器包括一个霍尔效应传感器。

3.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述传感器是一种模块式子组件并且是被卡扣紧固于所述轴构件上。

4.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述轴构件具有用于接收所述传感器模块式子组件的多个保持构件。

5.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，进一步包括被连接到一个速度传感器引线架构件上的一个热敏电阻，所述热敏电阻用于测量所述启动油的温度。

6.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述离合器机构是一种液压流体皮托管式离合器机构。

7.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述传感器机构是具有一个通量集中器的一个包覆模制的模块。

8.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述传感器机构是一个模块，该模块具有用于连接到所述引线架构件上的多个弹簧加载的连接器插座。

9.如权利要求5所述的湿式摩擦离合器组件，其中，所述引线架构件包括一个包覆模制的模块。

10.如权利要求1所述的湿式摩擦离合器组件，进一步包括定位于所述轴构件上的一个传感器以及定位于所述离合器机构上的一个配合的目标环件。

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