CN106286634A - 液冷式风扇离合器 - Google Patents

Abstract

公开了一种液冷式风扇离合器。一种液冷式粘性风扇离合器将扭矩从由发动机曲轴驱动的驱动盘传递至连接到冷却风扇的从动盘。在工作流体中产生的热被传递至流过冷却夹套的诸如发动机冷却剂或传动液的另一流体。冷却夹套位于可固定到发动机的固定壳体内。工作流体循环通过工作区、固定壳体内的通道和驱动盘中的通道。驱动盘的旋转为流体的循环提供原动力，且独立于从动盘的旋转速度。可关闭可控阀以阻断循环而将工作流体限制于储罐中，以使离合器分离。

Description

液冷式风扇离合器

技术领域

本公开涉及汽车风扇离合器领域。更具体地，本公开涉及一种具有固定壳体和液体冷却工作流体的粘性风扇离合器。

背景技术

许多汽车发动机利用液体冷却剂进行冷却。冷却剂在发动机内循环时吸收热，然后在循环通过散热器时将所述热传递至环境空气。在要求最高的工况下操作期间，发动机驱动的风扇可用于增加通过散热器的环境空气流。在要求较低的工况下，期望不操作风扇以减少发动机上的负荷。为了实现这种间歇性的风扇运转，发动机曲轴可通过主动控制的或节温器控制的风扇离合器驱动风扇。

图1示出了风扇离合器。输入轴10由发动机曲轴直接地或通过诸如辅助传动带的某些动力传递机构驱动。输出轴12驱动风扇。输入盘(input plate)14被固定到输入轴10，而输出盘(output plate)16通过离合器盖18被固定到输出轴12。输入盘14上的肋与输出盘16上的肋穿插，以使所述肋彼此接近但不接触。为了接合离合器，工作流体从储罐20中释放出来。当流体流过肋间的狭窄间隙时，流体的粘性剪切力将扭矩施加到输入盘和输出盘上。该狭窄间隙被称为工作区。扭矩的大小取决于所述盘之间的相对转速和工作区内流体的量。当流体到达工作区的周边时，它沿周向运动。部分流体进入离合器盖内的返回通道22。如果输出轴运动得比输入轴慢，那么流体在进入返回通道时减速，从而导致压力增加。当输入盘和输出盘之间的转速差足够大时，增加的压力迫使流体流过返回通道22，克服离心力，流回到储罐20。因此，在接合状态下，流体从储罐不断地循环通过工作区，通过返回通道，并回到储罐。输出轴转速稳定在小于输入轴转速的转速。

为了分离离合器，阀24移动到阻止流体从储罐20流出的位置。一旦处于工作区内的流体离开工作区，所有的扭矩传递便停止。一旦扭矩容量降低，阻力便导致风扇减速。当风扇减速时，所有流体通过返回通道22返回到储罐20。阀24的位置可经由致动器26控制。例如，致动器26可以是通过施加磁力而将阀24拉动到图1所示的接合位置的固定式电磁致动器。当磁力移除时，回位弹簧28将阀推动到分离位置。

发明内容

一种动力传动系统包括发动机、由发动机通过粘性风扇离合器选择性地驱动的冷却风扇以及变速器。工作流体在粘性风扇离合器内循环通过驱动盘和从动盘之间的工作区。驱动盘和从动盘被支撑于固定到发动机的固定壳体中。诸如传动液或发动机冷却液的液体冷却剂可被输送经过离合器内的冷却夹套，以移除由粘性剪切力产生的热并防止离合器过热。阀可选择性地阻断工作流体的循环以使离合器分离。

一种粘性风扇离合器包括固定到输入轴的驱动盘、固定到输出轴的从动盘以及固定壳体。驱动盘上的呈圆筒形的多个肋与从动盘上的呈圆筒形的多个肋穿插以限定工作区。流过工作区的工作流体的粘性剪切力将扭矩从驱动盘传递至从动盘。驱动盘内的第一通道将入口连接到径向地位于工作区以内的出口。固定壳体内的第二通道将径向地位于工作区以外的入口连接到与第一通道的入口邻近的出口。驱动盘的旋转推动工作流体通过第一通道、工作区，然后通过第二通道。固定壳体还可限定接近第二通道的冷却夹套，以提供从工作流体至流过冷却夹套的冷却剂的热传递。

根据本发明，提供一种离合器，包括：壳体，限定有通道；从动盘，被支撑为在壳体内旋转；驱动盘，被支撑为在壳体内旋转，驱动盘接近从动盘以限定工作区，所述驱动盘被构造为使工作流体循环通过工作区和通道。

根据本发明的一个实施例，通道从径向地位于工作区以外的入口延伸通过壳体，穿过壳体和驱动盘之间的间隙，通过驱动盘，到达径向地位于工作区以内的出口。

根据本发明的一个实施例，壳体还限定有冷却夹套，以使热从工作流体传递至流过冷却夹套的冷却剂。

根据本发明的一个实施例，通道包括流体储罐。

根据本发明的一个实施例，流体储罐位于驱动盘内。

根据本发明的一个实施例，离合器还包括被构造为选择性地阻断通道以使流体被保持在储罐中的阀。

根据本发明的一个实施例，离合器还包括被固定到壳体且被构造为沿第一方向偏置阀的电磁致动器。

根据本发明的一个实施例，离合器还包括被构造为沿与第一方向相反的第二方向偏置阀的回位弹簧。

根据本发明的一个实施例，电磁致动器用于打开阀以使离合器接合，而回位弹簧用于关闭阀以使离合器分离。

根据本发明，提供一种动力传动系统，包括：发动机，具有曲轴和由曲轴驱动的辅助传动轴；冷却风扇；粘性离合器，被构造为选择性地将来自辅助传动轴的扭矩传递至冷却风扇，所述粘性离合器具有固定到发动机并限定有冷却夹套的壳体；变速器，由曲轴驱动；管道，被构造为将来自变速器的传动液输送通过粘性离合器。

根据本发明的一个实施例，粘性离合器还包括：从动盘，可驱动地连接到冷却风扇并被支撑为在壳体内旋转；驱动盘，可驱动地连接到曲轴并被支撑为在壳体内旋转，驱动盘接近从动盘以限定工作区，所述驱动盘被构造为使工作流体循环通过工作区并通过与传动液的热交换界面。

根据本发明的一个实施例，动力传动系统还包括被构造为选择性地阻断工作流体的流动以使离合器分离的阀。

附图说明

图1是现有技术的粘性风扇离合器的剖视图。

图2是包括利用传动液(transmission fluid)冷却的风扇离合器的车辆动力传动系统的示意图。

图3是适用于图2的动力传动系统的液冷式风扇离合器的第一实施例的剖视图。

图4是适用于图2的动力传动系统的液冷式风扇离合器的第二实施例的剖视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其它实施例可以采用各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域内的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。

图2示意性地示出了车辆动力传动系统。机械功率的流动用实线示出。虚线表示发动机冷却剂的流动，而点划线表示传动液的流动。发动机40通过燃料燃烧产生动力来转动曲轴。变速器42通过基于当前的车辆需求调整速度和扭矩而调节机械功率。在低速时，变速器42降低速度并使扭矩倍增以提高性能。在较高速度时，变速器42增加速度以使发动机能够以高效的曲轴转速运行。差速器44在左驱动轮46和右驱动轮48之间分配功率，同时允许在车辆转弯时二者有轻微的转速差。

通过使发动机冷却剂循环通过发动机缸体并通过散热器54而从发动机移除热。每当发动机冷却剂低于期望的工作温度时，节温器阀便关闭通过散热器的循环。当请求车厢加热时，发动机冷却剂还可循环通过热交换器(称作加热器芯)。为了控制传动液的温度，传动液可循环通过散热器54(但是与发动机冷却剂分离)或可循环通过液-液热交换器以将热传递至发动机冷却剂。当温度低于正常工作温度时，发动机和变速器都较为低效地运转，因此期望快速升温至正常工作温度。在诸如牵引拖车爬坡的重负荷工况下，环境空气通过散热器54的自然流动可能不足以控制发动机冷却剂的温度。在这些工况下，可接合离合器56以驱动风扇58来增加通过散热器54的环境空气的流量。当离合器56被完全或部分地接合时，部分发动机功率被转移到风扇，而不是推进车辆，从而降低车辆的性能。因此，只有在必要时且只有达到必要的程度，接合离合器56才是可取的。

当粘性风扇离合器正在传递扭矩时，在工作流体中产生热。产生热的速率与扭矩成比例，还与输入轴和输出轴之间的转速差成比例。在图1的现有技术的风扇离合器中，用于消散该热的唯一有效机制是经由与通过输出盘16或盖18的环境空气的对流。即使这些部件被设计成具有翅片以促进对流，但散热能力仍是有限的。因此，必须仔细地控制离合器，以避免在将在工作流体中产生过多热的转速和扭矩容量的组合下运行。当发动机转速高时，离合器必须被分离以减少扭矩或被充分接合以减小转速差。必须避免在伴随以实质打滑(substantial slip)的中间扭矩容量下运行。这限制了控制系统将风扇转速设置为最佳水平以提供具有最小寄生损失的充足的发动机冷却的能力。在图1的现有技术的离合器中，使工作流体循环的原动力是基于驱动盘与从动盘之间的转速差的。因此，需要一定程度的打滑，以保持工作流体循环通过工作区，从而保持扭矩容量。

图2中的风扇离合器56提供了一种通过将来自变速器的传动液经由回路60输送至离合器再经由回路62输送回变速器的另外的散热机制。图3和图4显示了被构造为将来自工作流体的热传递至传动液的可选的风扇离合器。这些实施例中的每个实施例均包括工作流体和传动液两者都会流过从而为热传递提供机会的固定离合器壳体。在可选实施例中，不同于传动液，发动机冷却剂可被输送通过离合器56。

图3示出了具有固定壳体70和利用液体冷却的粘性风扇离合器56。输入轴10和输出轴12都由轴承支撑而旋转。输入轴10由发动机曲轴直接地或通过诸如辅助传动带的某些动力传递机构驱动。输出轴12驱动风扇。输入盘14被固定到输入轴10，而输出盘16被固定到输出轴12。输入盘14上的肋与输出盘16上的肋穿插，以使输入盘14上的肋与输出盘16上的肋彼此接近但不接触。为了接合离合器，工作流体从储罐20中释放出来。当流体流过肋间的狭窄间隙时，流体的粘性剪切力将扭矩施加到输入盘和输出盘上。扭矩的大小取决于盘之间的相对转速和工作区内流体的量。当流体到达工作区的周边时，输入盘和输出盘围绕壳体70的内部沿周向推动流体。流体进入靠近壳体70的顶部的返回通道72。重力导致流体行进经过返回通道72，朝着旋转轴线返回。由输入盘施加的流体的动量也推动流体通过返回通道72。使工作流体循环的这种机制不依赖于输入轴和输出轴之间的打滑(即，输入轴和输出轴之间的转速差)。由于壳体70是不旋转的，因此使工作流体返回到储罐20不必克服离心力。流体从返回通道72经过壳体70和输入轴10之间的间隙流入到输入轴10内的通道中，所述通道使流体返回到储罐20。密封件限定了壳体70和输入轴10之间的间隙，并引导流体流入到输入轴通道中。因此，在接合状态下，流体从储罐不断地循环通过工作区，通过返回通道，并回到储罐。随着输出轴转速接近于输入轴转速，由于工作区的剪切速率减小而使得扭矩容量降低。然而，工作区内工作流体的量不减少。输出轴转速稳定在略低于输入轴转速的转速。

冷却夹套74形成于壳体70中。传动液从回路60被输送通过冷却夹套74，然后返回到回路62。可选地，发动机冷却剂可循环通过冷却夹套。返回通道72经过冷却夹套74，从而为有效的热传递提供机会。尽管只示出了单个直线路径，但是返回通道72可分为多条路径，可采取迂回路线通过冷却夹套，以使可用于热传递的表面面积最大化。

为了分离离合器，阀24移动到阻止流体从储罐20流出的位置。一旦处于工作区内的流体离开工作区，所有的扭矩传递便停止。阀24的位置可由位于固定壳体70内的固定式电磁致动器控制，所述固定式电磁致动器通过施加磁力而将阀24拉动到接合位置。当磁力移除时，回位弹簧28将阀推动到图3所示的分离位置。

图4示出了利用液体冷却的另一粘性风扇离合器56。在该实施例中，储罐20位于固定壳体70内，而不是旋转的输入轴10内。由于阀24不是位于旋转部件内，所以致动器可被简化。当阀打开时，重力使得工作流体流入到输入轴10内的供给通道76中，从而接合离合器。清除流体使其返回储罐20及传热至冷却夹套74如在图3的实施例中那样完成。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下能够进行各种变化。如前所述，各个实施例的特征可组合以形成本发明的可能没有明确描述或示出的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的总体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例不在本公开的范围之外，且可期望用于特定应用。

Claims (7)

1.一种粘性风扇离合器，包括：

输入轴和输出轴；

驱动盘，固定到输入轴且具有呈圆筒形的多个第一肋，驱动盘和输入轴限定从第一入口至第一出口的第一流体通道，所述第一出口径向地位于所述多个第一肋中的最里面的肋以内；

从动盘，固定到输出轴且具有呈圆筒形的多个第二肋，所述多个第二肋与所述多个第一肋穿插，从而作用于所述多个第一肋和所述多个第二肋之间的工作流体上的粘性剪切力将扭矩施加到从动盘上；以及

固定壳体，限定从第二入口至第二出口的第二流体通道，以使驱动盘的旋转推动工作流体通过第一通道，通过所述多个第一肋和所述多个第二肋之间，并通过第二通道，所述第二入口径向地位于第一出口以外，所述第二出口与第一入口邻近。

2.如权利要求1所述的粘性风扇离合器，其中，固定壳体还限定靠近第二通道的冷却夹套，以提供从工作流体到冷却夹套内的冷却剂的热传递。

3.如权利要求1所述的粘性风扇离合器，其中，第一通道包括流体储罐。

4.如权利要求3所述的粘性风扇离合器，还包括被构造为选择性地阻断第一通道以使流体被保持在储罐中的阀。

5.如权利要求4所述的粘性风扇离合器，还包括固定到固定壳体且被构造为沿第一轴向方向偏置阀的电磁致动器。

6.如权利要求5所述的粘性风扇离合器，还包括被构造为沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向偏置阀的回位弹簧。

7.如权利要求6所述的粘性风扇离合器，其中，电磁致动器用于打开阀以使离合器接合，而回位弹簧用于关闭阀以使离合器分离。