CN104847473B - 用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，该参数包括一级耦合转速，该方法包括如下确定所述一级耦合转速的步骤：根据整车参数确定发动机在常规工况下的负荷曲线；根据负荷曲线确定所需要的风扇风量；根据风扇风量确定双极硅油离合器风扇的一级耦合转速。本发明能够保证双极硅油离合器风扇的顺利开发和应用，以使双极硅油离合器风扇能够在常规工况下以较低的转速运行，从而降噪节油且延长双极硅油离合器风扇的使用寿命。

Description

用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体地，涉及一种用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法。

背景技术

硅油离合器是以硅油作为介质，利用硅油高粘度的特性传递扭矩的装置。硅油离合器通过感温器来感测空气的温度，从而控制硅油离合器的分离和接合。当空气温度低时，硅油不流动，风扇离合器处于分离状态，离合器壳体不随主动板一起转动，离合器壳体仅在轴承的摩擦作用下进行跟转，与离合器壳体固定的风扇处于跟转状态。当空气温度高时，硅油进入主动板和从动板之间，由于硅油的粘度使风扇离合器接合，离合器壳体跟随主动板一起转动，从而带动与离合器壳体固定的风扇旋转，以起到调节发动机温度的作用。

在现有车辆的硅油离合器风扇中，基本上都采用单级硅油离合器风扇，即离合器在达到设定的接合温度时，硅油离合器风扇接合，去除滑差率外，可以以与驱动轴基本相同的速度进行运转。但是，硅油离合器风扇的参数设定是按能够冷却发动机的最大散热量来设置的。因此，在空气温度较低时，硅油离合器风扇全速运转，导致散热量严重过剩，使硅油离合器风扇大部分时间是在做无效的能量消耗，不仅产生较大的噪声，而且油耗也随之增大。

针对上述问题，可以采用双极硅油离合器风扇，使得硅油离合器风扇可以具有两级转速。当车辆处于常规工况时，发动机发热量较小，此时可以使硅油离合器风扇在较低的转速下运行；当车辆处于恶劣工况时，发动机发热量较大，此时可以使硅油离合器风扇在较高的转速下运行。但是，双极硅油离合器的参数设置是一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，以使双极硅油离合器风扇能够在常规工况下以较低的转速运转，从而降噪节油并且延长硅油离合器风扇的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，该参数包括一级耦合转速，该方法包括如下确定一级耦合转速的步骤：根据整车参数确定发动机在常规工况下的负荷曲线；根据负荷曲线确定所需要的风扇风量；根据风扇风量确定双极硅油离合器风扇的一级耦合转速。

优选地，从常规工况下的负荷曲线中选取最高负荷作为确定所需要的风扇风量的负荷。

优选地，常规工况为车辆在满载或部分超载情况下发动机的高速工况或7％爬坡工况。

优选地，计算所需的风扇风量的步骤包括：根据公式Q＝A×g×N×Hn/3600计算发动机散热量，其中，Q为发动机散热量，A为传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，g为常规工况的燃油油耗率，N为常规工况的发动机功率，Hn为燃油热值；根据公式V＝Q/Δt×γ×C计算所需的风扇风量，其中，V为所需的风扇风量，Δt为发动机散热器冷却空气的进出口温差，γ为空气的密度，C为空气的定压比热。

优选地，发动机散热器冷却空气的进出口温差Δt的取值为20℃至30℃。

优选地，空气的密度γ的取值范围为0.95kg/m³至1.05kg/m³，优选为1.01kg/m³，空气的定压比热C的取值范围为1001J/kg℃至1009J/kg℃，优选为1005J/kg℃。

优选地，所需的风扇风量的阻力系数为1.2～1.4。

优选地，参数还包括二级耦合转速和二级滑差率，其中，二级滑差率小于5％，二级耦合转速介于旋转驱动轴转速的0.95倍至1倍之间。

优选地，参数还包括一级耦合温度和二级耦合温度，以及一级分离温度和二级分离温度，其中，一级分离温度比一级耦合温度低20℃±3℃，二级分离温度比二级耦合温度低20℃±3℃。

优选地，一级耦合温度和二级耦合温度分别为60℃±5℃和80℃±5℃。

通过上述技术方案，本发明提供了一种用于确定双极硅油离合器风扇的参数的方法。通过该方法可以确定包括一级耦合转速和二级耦合转速，一级分离转速和二级分离转速，一级耦合温度和二级耦合温度，一级分离温度和二级分离温度，以及一级滑差率和二级滑差率等双极硅油离合器风扇的参数，从而保证双极硅油离合器风扇的顺利开发和应用，以使双极硅油离合器风扇在常规工况下以较低的转速运转，达到降噪节油且延长双极硅油离合器风扇的使用寿命的目的。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示意性地显示双极硅油离合器风扇的分解示意图；

图2示意性地显示双极硅油离合器处于一级分离状态时，从动板和阀片相配合的位置关系示意图；

图3示意性地显示双极硅油离合器处于一级耦合状态时，从动板和阀片相配合的位置关系示意图；

图4示意性地显示双极硅油离合器处于二级耦合状态时，从动板和阀片相配合的位置关系示意图。

附图标记说明

1离合器端盖 2从动板

3主动板 4离合器壳体

5扇叶 6驱动轴

7阀片 8双金属片感温器

21第一注油孔 22第二注油孔

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

参考图1，双极硅油离合器包括离合器端盖1、从动板2、主动板3和离合器壳体4。其中，离合器端盖1固定在离合器壳体4上，从动板2固定在离合器壳体4与离合器端盖1之间。主动板3位于从动板2与离合器壳体4之间，用于连接旋转驱动轴6，同时离合器壳体4还通过轴承(未显示)安装在旋转驱动轴6。上述离合器端盖1、从动板2、主动板3和离合器壳体4均为回转体结构，并且在离合器端盖1和从动板2之间形成硅油储存腔，在从动板2和主动板3之间形成硅油工作腔。

在硅油离合器处于分离状态时，硅油处于硅油储存腔中，从动板2和主动板3之间的硅油工作腔中不含硅油介质，主动板3在旋转驱动轴6的作用下转动，从动板2与主动板3分离，离合器壳体4仅在轴承的摩擦作用下进行跟转；在硅油离合器处于耦合状态时，硅油通过从动板2进入硅油工作腔中，由于硅油具有极高的粘性，因此主动板3在硅油的作用下将扭矩传递给从动板2，即从动板2与主动板3接合，使得与从动板2固定连接的离合器壳体4随之转动。

参考图2至图4，为了实现离合器壳体4具有不同的转速，以适应不同的工作状况，可以在从动板2上形成第一注油孔21和第二注油孔22，同时在离合器端盖1内可转动地安装阀片7，使得阀片7与从动板2的板面相配合以封闭第一注油孔21和第二注油孔22。并且，离合器端盖1上安装阀片旋转驱动件，该阀片旋转驱动件用于根据温度信号来驱动阀片7旋转，从而可以选择性地打开第一注油孔21和第二注油孔22中的一者或两者。

另外需要说明的是，从动板2上不限于仅设置第一注油孔21和第二注油孔22，根据实际的工况，还可以增加设置第三注油孔等，以实现硅油离合器的多级调速。虽然在本发明中提供的是双极硅油离合器的参数设定方法，但该方法也可适用于多级硅油离合器时。

如本领域技术人员所公知的，硅油离合器处于耦合状态时，位于硅油工作腔中的硅油随从动板2和主动板3一起旋转，因此在离心力的作用下将从回油孔(未显示)中甩出并回到硅油储存腔中，接合时由从动板2进入硅油工作腔，如此循环。为了避免硅油在进入硅油工作腔后立即被甩出，因而在主动板3上设置有迷宫槽(未标示)，而且设置迷宫槽，可以使硅油更加均匀地分布在从动板2和主动板3之间，使其更好地耦合。

在以上所述的硅油离合器的基础上，可以将扇叶5安装在该硅油离合器的离合器壳体上形成双极硅油离合器风扇。由于双极硅油离合器风扇具有两级耦合状态，因此扇叶5可以以两种速度运转，即在发动机发热量低的情况下，硅油离合器风扇低速运转，以进行散热；在发动机发热量较高的情况下，硅油离合器风扇高速运转，以进行散热。这样，由于硅油离合器风扇的运转速度可调，避免了在发动机发热量低时风扇散热量过剩以及进行无效能量消耗的问题，降低了油耗，节省了运行成本。

在上述双极硅油离合器风扇的结构设计的基础上，本发明提供一种用于确定该双极硅油离合器风扇的参数的方法。双极硅油离合器风扇的参数包括一级耦合温度和二级耦合温度，一级分离温度和二级分离温度，一级耦合转速和二级耦合转速，一级分离转速和二级分离转速，以及一级滑差率和二级滑差率，等。由于双极硅油离合器风扇的最佳效果是能够根据车辆的工况的不同在不同的转速下运行，因此如何确定双极硅油离合器风扇的一级耦合转速和二级耦合转速显得尤为关键。

根据本发明的实施例，在确定一级耦合转速时，首先根据整车参数确定发动机在常规工况下的负荷曲线。也就是说，确定一级耦合转速的原则是让双极硅油离合器风扇在整车常规工况(此工况为发动机工作的大部分工作时间)的工作时间内，以较低一级的转速运转，从面达到降噪和节能的目的。根据本发明的实施例，例如但不限于当车辆为轻卡时，常规工况为车辆在满载或部分超载情况下发动机的高速工况或7％爬坡工况。可以在这种工况下通过测试手段获得发动机的负荷曲线。

接下来，根据本发明的实施例，根据上述所获得的负荷曲线确定所需要的风扇风量。考虑到在一级耦合转速下必须保证发动机在常规工况下的散热效果，本发明在负荷曲线中优选选取最高负荷作为确定所需要的风扇风量的负荷。这样，只要发动机是在常规工况下运行，即使运行在较为恶劣的条件下，也可以保证发动机的散热量。例如，当计算获得的负荷曲线为发动机额定负荷的25％～80％时，此处采用发动机额定负荷的80％的负荷值作为确定所需要的风扇风量的负荷值。

根据本发明的实施例，计算所需的风扇风量的步骤包括计算发动机散热量的步骤和计算所需的风扇风量的步骤。发动机散热量即为发动机在预设负荷下需要冷却系统带走的散热量。根据本发明的实施例，计算方法为Q＝A×g×N×Hn/3600。其中，Q为发动机散热量，即需要冷却系统带走的热量，单位是KJ/S；A为传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比；g为所述常规工况的燃油油耗率，即整车满载、常用档位、常规工况下最大负荷下的油耗，单位为kg/kWh；N为常规工况的发动机功率，即整车满载、常用档位、常规工况下最大负荷下的功率，单位为kW；Hn为燃油热值，使用柴油和使用汽油的情况下该燃油热值有所不同，可根据具体情况确定，单位为kJ/kg。

获得发动机散热量后，接下来可以计算所需的风扇风量。根据本发明的实施例，计算方法为V＝Q/Δt×γ×C。其中，V为所需的风扇风量；Q为发动机散热量；Δt为发动机散热器冷却空气的进出口温差，根据本发明的优选实施例，该温差的取值为20℃至30℃；γ为空气的密度，根据本发明的优选实施例，空气的密度γ的取值范围为0.95kg/m³至1.05kg/m³，优选为1.01kg/m³；C为空气的定压比热，根据本发明的优选实施例，空气的定压比热C的取值范围为1001J/kg℃至1009J/kg℃，优选为1005J/kg℃。这些取值是经过多次试验后获得的经验值，能够较为准确地计算所需的风扇风量，从而使后续获得的一级耦合转速更加接近理想值。

根据上述计算获得的所需的风扇风量为理论计算值。实际上由于不同车型的造型及结构布置的影响，需要在计算过程中考虑阻力系数的影响。根据本发明的实施例，阻力系数优选为1.2～1.4左右。也就是说，在理论计算获得的所需的风扇风量的值的基础上，实际的设置值优选乘以1.2～1.4的系数，以充分考虑风扇在转动过程中所遇到的阻力。

根据本发明的实施例，在上述计算基础上，可以根据风扇风量确定双极硅油离合器风扇的一级耦合转速。通常，风扇的生产厂家会提供风扇的特性曲线，可以从风扇的特性曲线上通过风扇风量来查找所对应的一级耦合转速。

对于二级耦合转速，可以通过计算获得。具体来讲，二级滑差率＝(旋转驱动轴转速－二级耦合转速)/旋转驱动轴转速×100％。根据本发明的优选实施例，二级滑差率控制在5％以内，以确保二级耦合转速的输出能够符合要求。因此，(旋转驱动轴转速－二级耦合转速)/旋转驱动轴转速×100％＜5％，并且由此，可以确定二级耦合转速介于旋转驱动轴转速的0.95倍至1.0倍。旋转驱动轴转速已知时，即可计算出二级耦合转速。

对于一级分离转速，其由轴承、密封圈与传动轴间的摩擦作用决定，因此可以不进行严格控制。对于二级分离转速，其实际上与一级耦合转速是一致的。

根据本发明的实施例，在确定一级耦合温度和二级耦合温度时，从降噪和降油耗的角度出发，希望将硅油离合器的一级耦合温度在现有温度的基础上尽可能提高，以减少双极硅油离合器风扇的工作时间，来达到降噪和降油耗的目的。例如对于轻卡车型来说，发动机出水温度和硅油离合器的双金属感温器间前端的温差在15℃～20℃左右。按照这个经验，从发动机散热要求出发，根据硅油离合器自身的工作原理，需要将一级耦合温度设定在75℃左右，二级耦合温度设定在90℃左右。但是，双极硅油离合器风扇不仅仅对散热器进行降温，还要对散热器前面的中冷器进行降温，当将一级耦合温度设定得过高时，可能出现的情况是虽然散热系统满足了散热要求，但由于双极硅油离合器风扇的工作时间的延后，使得在双极硅油离合器风扇不转的时间段内发动机的温升超过了标准要求。因此，通过提高一级耦合温度来减少双极硅油离合器风扇的工作时间的方案不甚合理。根据本发明的上述方案，已经通过将一级耦合转速设置为较低的转速来达到降噪和降油耗的目的，因此双级硅油离合器风扇的一级耦合温度不必设置过高。根据本发明的优选实施例，一级耦合温度大致与现有技术中的耦合温度相同，而二级耦合温度比一级耦合温度高大致20℃。具体地，一级耦合温度和二级耦合温度分别大致为60℃±5℃和80℃±5℃。

另外，根据本发明的实施例，双级硅油离合器风扇的参数还包括一级分离温度和二级分离温度，即风扇5退出一级运行方式的温度和退出二级运行方式的温度。根据本发明的优选实施例，一级分离温度比一级耦合温度大致低20℃±3℃，二级分离温度比二级分离温度大致低20℃±3℃。

在实施了上述的理论计算后，为保证双级硅油离合器风扇开发的成功率，可以根据上述方式确定的参数制作试验样件进行整车热平衡试验。制作样件时，可以先不考虑二级设计参数，只考虑一级设计参数。也就是说，让样件始终工作在一级工作状态，看其是否能够满足整车常规工况、常用档位下的散热需求。

以下提供的是根据本发明的上述实施方式确定一级耦合转速后，对一级耦合转速的合理性进行验证的试验方法。

1)动平衡试验

动不平衡量不大于0.15Gmg.m(其中G为无量纲，其值为双极硅油离合器风扇总成以克为单位的质量数)。

2)温度特性试验

将输入转速调整到3500rpm,并使其稳定。调节温度控制装置使空气温度上升至一级耦合温度以上，然后使空气温度下降至一级分离温度以下。测量双极硅油离合器风扇在一级耦合状态和一级分离状态时的温度及转速，重复3次。取其平均值。要求与设定温度差值≤5℃。

3)转速特性试验

将双极硅油离合器风扇分别稳定在一级耦合状态和一级分离状态的工作温度下，输入转速范围为700rpm～3500rpm。从700rpm的规定转速开始，选取7个转速工况，以均匀的间隔递增到3500rpm，在每个转速工况下测定输入转速与扇叶转速以及温度。要求扇叶转速与设定值差值为±50rpm。

4)可靠性试验

4.1)、台架试验

将双极硅油离合器风扇安装于可靠性试验台上。通过在双极硅油离合器风扇输入法兰和试验台传动轴法兰面处加装薄垫片，使得双极硅油离合器风扇输入法兰在旋转时有0.15mm～0.2mm的端面跳动。输入转速为100％规定转速。控制最高温度比一级耦合温度上限高5℃，以保证双极硅油离合器风扇能够处于耦合状态。控制最低温度比一级分离温度低5℃，以保证双极硅油离合器风扇能够处于分离状态。要求每次循环为20min，其中分离为12min，耦合为8min。运转3000个循环(累计1000h)。

4.2)高、低温密封性试验

将双极硅油离合器风扇置于高、低温箱内，放置方式与双极硅油离合器风扇实际工作安装方式相同，按“放置到-35℃±5℃低温箱内1h，然后放置在25℃±5℃室温下1h，再放置到155℃±5℃高温箱内1h，最后放置在25℃±5℃室温下1h”为一个循环，共进行8个循环(静态)，然后检查是否有渗漏。

为提高开发效率，可以制作三个样件同时试验。一件进行性能试验；一件在试验台上进行可靠性试验；一件在随整车进行性能和可靠性试验。

以下提供产品开发完成后，对双极硅油离合器风扇最终效果进行测试(也就是对噪声和油耗的影响进行测试)的测试结果。由于大部分时间内双极硅油离合器风扇以现有技术转速的60％～70％左右的转速工作，所以其对噪声降低的贡献非常显著。对于油耗的测试，可以对单级硅油离合器风扇和双级硅油离合器风扇进行等速百公里油耗对比试验。试验结果显示：在常用车速下(50km/h～90km/h)下，安装双级硅油离合器风扇比安装单级硅油离合器风扇等速百公里油耗可降低(3～6)％。节油效果非常显著。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，所述参数包括一级耦合转速，其特征在于，所述方法包括如下确定所述一级耦合转速的步骤：

根据整车参数确定发动机在常规工况下的负荷曲线；

根据所述负荷曲线确定所需要的风扇风量；

根据所述风扇风量确定所述双极硅油离合器风扇的一级耦合转速；其中，

所述参数还包括一级耦合温度和二级耦合温度，所述二级耦合温度比所述一级耦合温度高大致20℃；

所述一级耦合温度和二级耦合温度分别为60℃±5℃和80℃±5℃；

从所述常规工况下的负荷曲线中选取最高负荷作为确定所需要的风扇风量的负荷。

2.根据权利要求1所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述常规工况为车辆在满载或部分超载情况下发动机的高速工况或7％爬坡工况。

3.根据权利要求1所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，计算所述所需的风扇风量的步骤包括：

根据公式Q＝A×g×N×Hn/3600计算发动机散热量，其中，Q为发动机散热量，A为传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，g为所述常规工况的燃油油耗率，N为所述常规工况的发动机功率，Hn为燃油热值；

根据公式V＝Q/Δt×γ×C计算所述所需的风扇风量，其中，V为所需的风扇风量，Δt为发动机散热器冷却空气的进出口温差，γ为空气的密度，C为空气的定压比热。

4.根据权利要求3所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述发动机散热器冷却空气的进出口温差Δt的取值为20℃至30℃。

5.根据权利要求3所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述空气的密度γ的取值范围为0.95kg/m³至1.05kg/m³，所述空气的定压比热C的取值范围为1001J/kg℃至1009J/kg℃。

6.根据权利要求5所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述空气的密度γ的取值为1.01kg/m³。

7.根据权利要求5所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述空气的定压比热C的取值为1005J/kg℃。

8.根据权利要求3所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述所需的风扇风量的阻力系数为1.2～1.4。

9.根据权利要求1所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述参数还包括二级耦合转速和二级滑差率，其中，所述二级滑差率小于5％，所述二级耦合转速介于旋转驱动轴转速的0.95倍至1倍之间。

10.根据权利要求1所述的用于确定车辆的双极硅油离合器风扇的参数的方法，其特征在于，所述参数还包括一级分离温度和二级分离温度，其中，所述一级分离温度比所述一级耦合温度低20℃±3℃，所述二级分离温度比所述二级耦合温度低20℃±3℃。