CN107956572B - 一种硅油风扇离合器控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种硅油风扇离合器控制装置，包括发动机、机械离合器、电控硅油离合器，机械离合器包括花键套以及同轴的一号花键轴、二号花键轴，一号花键轴的一端通过风扇皮带轮与发动机相连接，一号花键轴的另一端通过花键套与二号花键轴的一端相连接，二号花键轴的另一端与电控硅油离合器相连接，电控硅油离合器上连接有风扇，一号花键轴上位于风扇皮带轮与花键套之间的部位设置有一号止推片，二号花键轴上位于花键套与电控硅油离合器之间的部位设置有二号止推片，二号止推片与花键套之间设置有复位弹簧，花键套的外部设置有安装拨叉的拨叉槽。本设计解决了电控硅油风扇离合器不能完全分离的问题，从而提高了车辆的经济性与发动机的可靠性。

Description

一种硅油风扇离合器控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种硅油风扇离合器，尤其涉及一种硅油风扇离合器控制装置及其控制方法，主要适用于解决电控硅油风扇离合器不能完全分离的问题，从而提高车辆的经济性与发动机的可靠性。

背景技术

发动机冷却风扇的冷却风量是基于发动机的最大热负荷工况所需冷却风量确定的，为确保汽车正常行驶，实际设计的冷却风量更大。汽车在其他工况运行时，冷却风量存在过剩，甚至会造成发动机过冷。因此，为降低冷却风扇功率消耗、防止发动机过冷，汽车多采用风扇离合器来控制冷却风扇的冷却风量。关于风扇离合器，目前技术主要有四种形式，分别如下：

（1）硅油风扇离合器。利用双金属感温器感知散热器后面的空气温度，自动控制硅油风扇离合器的进油阀门开闭，实现分离和啮合；但因其是使用硅油传动，所以当离合器完全啮合时，会产生转速滑差，另外，因其是利用双金属感温器感知散热器后面的空气温度，来自动控制风扇离合器的进油阀门开闭，而非利用真实水温，所以不能精确控制风扇转速；

（2）气动风扇离合器。读取散热器水温数据，利用电信号控制气动风扇离合器产生气动力克服弹簧力实现分离和啮合；但该装置结构复杂，重量重，成本高，同时，该装置为刚性传动，转速冲击较大，而且不可与发动机主轴直连，需第三轴传动；

（3）电磁风扇离合器。读取散热器水温数据，利用电信号控制电磁风扇离合器产生电磁力克服弹簧力实现分离和啮合；但该装置结构复杂，重量重，成本高，同时，该装置刚性传动，冲击较大；而且不可与发动机主轴直连，需第三轴传动；

（4）电控硅油风扇离合器。读取散热器水温数据，利用电信号控制电控硅油风扇离合器的进油阀开闭实现分离和啮合；但因硅油的粘性，当离合器完全分开时，转速有滑差，即当发动机运转时，不能做到风扇零转速，当车辆运行于寒区时，会导致水温偏低，有损车辆的经济性和发动机的可靠性。

中国专利，授权公告号为CN202468002U，授权公告日为2012年10月3日的实用新型公开了一种发动机冷却风扇电磁离合器结构，包括风扇托架、风扇驱动皮带轮、电磁离合器总成，电磁离合器总成包括电磁离合器壳体、线圈、温度传感器和风扇连接盘及散热盘组件，风扇托架安装在发动机的前端，风扇驱动皮带轮通过螺栓安装在风扇托架上，由曲轴皮带轮通过一条多楔带驱动，电磁离合器总成通过风扇驱动皮带轮与风扇托架固定在一起。虽然该实用新型能满足发动机的工作需求，但是其仍然存在以下缺陷：该实用新型中风扇离合器为电磁离合器，电磁离合器的结构与电控硅油离合器的结构完全不同，是两种不同类型的风扇离合器，故而上述结构并不能解决电控硅油风扇离合器不能完全分离的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的经济性差、可靠性低的缺陷与问题，提供一种经济性好、可靠性高的硅油风扇离合器控制装置及其控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种硅油风扇离合器控制装置，包括发动机、风扇皮带轮、电控硅油离合器，所述风扇皮带轮的一端通过轴与发动机相连接，风扇皮带轮的另一端与电控硅油离合器相连接，所述硅油风扇离合器控制装置还包括机械离合器，所述机械离合器包括花键套以及同轴的一号花键轴、二号花键轴，所述一号花键轴的一端与风扇皮带轮相连接，一号花键轴的另一端与花键套的一端相连接，花键套的另一端与二号花键轴的一端相连接，二号花键轴的另一端与电控硅油离合器相连接，电控硅油离合器上连接有风扇，所述一号花键轴上位于风扇皮带轮与花键套之间的部位设置有一号止推片，所述二号花键轴上位于花键套与电控硅油离合器之间的部位设置有二号止推片，二号止推片与花键套之间设置有复位弹簧，复位弹簧套设在二号花键轴上，复位弹簧的一端与花键套相接触，复位弹簧的另一端与二号止推片相接触，所述花键套的外部设置有拨叉槽，拨叉槽内安装有拨叉。

所述硅油风扇离合器控制装置还包括风扇支架，风扇支架安装在发动机的前端，所述风扇皮带轮、机械离合器均位于风扇支架内，所述二号花键轴穿经风扇支架后与电控硅油离合器相连接。

所述拨叉的一端安装在拨叉槽内，拨叉上位于远离拨叉槽的部位与风扇支架相连接，拨叉的另一端位于风扇支架外。

所述拨叉位于风扇支架外的一端连接有气动装置。

所述一号止推片通过轴承套设在一号花键轴上，所述二号止推片通过轴承套设在二号花键轴上。

一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

当散热器水温高于设定温度时，花键套接通一号花键轴与二号花键轴之间的动力传动，此时，发动机驱动风扇运转，风扇的转速由电控硅油离合器控制；

当散热器水温低于设定温度，或者发动机处于起动阶段时，推动拨叉，拨叉将花键套向二号花键轴方向拨动，此时，一号花键轴与二号花键轴之间的动力传动被切断，风扇无外力驱动，风扇的转速为零。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种硅油风扇离合器控制装置及其控制方法中风扇皮带轮的一端通过轴与发动机相连接，风扇皮带轮的另一端通过机械离合器与电控硅油离合器相连接；当不需要风扇运转时，通过机械离合器切断发动机与电控硅油离合器之间的动力传递，不仅解决了发动机工作温度过低，机油粘度大，摩擦功增大的问题，提高了车辆的经济性，而且解决了发动机摩擦副之间磨损大的问题，提高了发动机的可靠性。因此，本发明提高了车辆的经济性与发动机的可靠性。

2、本发明一种硅油风扇离合器控制装置及其控制方法中风扇支架安装在发动机的前端，风扇皮带轮、机械离合器均位于风扇支架内，二号花键轴穿经风扇支架后与电控硅油离合器相连接，不仅结构简单，而且占用空间小；拨叉位于风扇支架外的一端连接有气动装置，采用气动装置控制拨叉，不仅结构简单，而且成本低；一号止推片通过轴承套设在一号花键轴上，二号止推片通过轴承套设在二号花键轴上，提高了机械离合器工作的可靠性。因此，本发明结构简单、占用空间小、成本低、可靠性高。

3、本发明一种硅油风扇离合器控制装置及其控制方法中拨叉的一端安装在拨叉槽内，拨叉上位于远离拨叉槽的部位与风扇支架相连接，拨叉的另一端位于风扇支架外，上述设计使得拨叉与风扇支架形成一个杠杆，当散热器水温低于设定温度，或者发动机处于起动阶段时，推动拨叉，拨叉将花键套向二号花键轴方向拨动，此时，一号花键轴与二号花键轴之间的动力传动被切断，风扇无外力驱动，风扇的转速为零，这样的设计不仅结构简单、成本低，而且操作简便。因此，本发明结构简单、成本低、操作简便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中机械离合器的结构示意图。

图3是某四缸发动机在不同温度下的摩擦扭矩示意图。

图4是某四缸发动机在不同温度下的摩擦功示意图。

图5是风扇附件功随风扇转速变化的示意图。

图6是车辆使用本发明所描述的装置后发动机润滑油粘度随油温变化的示意图。

图中：发动机1、风扇皮带轮2、电控硅油离合器3、轴4、机械离合器5、花键套51、一号花键轴52、二号花键轴53、一号止推片54、二号止推片55、复位弹簧56、拨叉槽57、拨叉58、风扇6、风扇支架7。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1与图2，一种硅油风扇离合器控制装置，包括发动机1、风扇皮带轮2、电控硅油离合器3，所述风扇皮带轮2的一端通过轴4与发动机1相连接，风扇皮带轮2的另一端与电控硅油离合器3相连接，所述硅油风扇离合器控制装置还包括机械离合器5，所述机械离合器5包括花键套51以及同轴的一号花键轴52、二号花键轴53，所述一号花键轴52的一端与风扇皮带轮2相连接，一号花键轴52的另一端与花键套51的一端相连接，花键套51的另一端与二号花键轴53的一端相连接，二号花键轴53的另一端与电控硅油离合器3相连接，电控硅油离合器3上连接有风扇6，所述一号花键轴52上位于风扇皮带轮2与花键套51之间的部位设置有一号止推片54，所述二号花键轴53上位于花键套51与电控硅油离合器3之间的部位设置有二号止推片55，二号止推片55与花键套51之间设置有复位弹簧56，复位弹簧56套设在二号花键轴53上，复位弹簧56的一端与花键套51相接触，复位弹簧56的另一端与二号止推片55相接触，所述花键套51的外部设置有拨叉槽57，拨叉槽57内安装有拨叉58。

所述硅油风扇离合器控制装置还包括风扇支架7，风扇支架7安装在发动机1的前端，所述风扇皮带轮2、机械离合器5均位于风扇支架7内，所述二号花键轴53穿经风扇支架7后与电控硅油离合器3相连接。

所述拨叉58的一端安装在拨叉槽57内，拨叉58上位于远离拨叉槽57的部位与风扇支架7相连接，拨叉58的另一端位于风扇支架7外。

所述拨叉58位于风扇支架7外的一端连接有气动装置。

所述一号止推片54通过轴承套设在一号花键轴52上，所述二号止推片55通过轴承套设在二号花键轴53上。

一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

当散热器水温高于设定温度时，花键套51接通一号花键轴52与二号花键轴53之间的动力传动，此时，发动机1驱动风扇6运转，风扇6的转速由电控硅油离合器3控制；

当散热器水温低于设定温度，或者发动机1处于起动阶段时，推动拨叉58，拨叉58将花键套51向二号花键轴53方向拨动，此时，一号花键轴52与二号花键轴53之间的动力传动被切断，风扇6无外力驱动，风扇6的转速为零。

本发明的原理说明如下：

本设计涉及汽车行业，适用于所有以发动机作为风扇动力源的车辆，具体涉及一种提升硅油风扇离合器控制性能的装置，该装置是建立在电控硅油风扇离合器的基础上，用于解决电控硅油风扇离合器不能完全分离的问题，其原理如下：

在风扇皮带轮与风扇离合器间加装一个机械离合器，该离合器由气动装置或其它能使机械离合器的拨叉来回运动的装置控制；当设定风扇转速为0转/分时，该装置将机械离合器完全分离；当设定风扇转速大于0转/分时，该装置操作机械离合器使其啮合；风扇转速依然由电控硅油离合器进行调节。

该装置可完全解决电控硅油离合器不能完全分离的问题。当车辆运行于寒冷地带时，环境温度过低，此时根本不需要过大的散热效率来降低冷却液温度，过大的散热效率，反而会使冷却液温度不能达到发动机的理想工作温度（88℃）；发动机工作温度过低，会导致机油粘度过大，从而增大了摩擦功，恶化了车辆的经济性；同时粘度过大的机油不易形成有效油膜，增大了发动机摩擦副之间的磨损，从而降低发动机的可靠性。因此，使用该装置后，可有效改善车辆在寒区环境中的经济性和可靠性。

经济性提升通过以下两个方面来实现：

（1）提高出水温度，降低发动机摩擦功。由于电控硅油离合器不能完全分离的原因，在大气温度较低的环境中，风扇的运转会导致冷却液温度偏低（某卡车在-35℃环境温度下，冷却液温度仅平衡至65℃左右），如图3、图4所示，某四缸柴油机随着冷却液温度的升高，其摩擦功逐渐减小，该发动机摩擦功的减小幅度约为各转速下全负荷功率的2﹪。

（2）降低风扇转速，减小风扇附件功。在不必要的情况下，使用该装置完全分离风扇离合器，从而使风扇转速降至0转/分，减小了风扇的附件功；风扇附件功随着风扇转速的变化情况如图5所示，根据某车辆寒区试验结果，当风扇设定转速为0时，由于电控硅油风扇离合器不能完全分离，风扇的实际转速约为400转/分。

此外，车辆使用本设计所描述的装置后，发动机的可靠性水平也会有相应提升。发动机润滑油的粘度随着油温的变化趋势如图6所示，当发动机温度较低时，机油粘度相应较大，这对于发动机内部摩擦副之间的摩擦表面来说，形成有效油膜相对困难，从而影响润滑效果，缩短了发动机的使用寿命，影响车辆可靠性。

花键套，套在一号花键轴、二号花键轴的花键上，用于传动，其上带拨叉槽，拨叉可以操纵花键套滑动，当其向二号花键轴方向滑动时，切断一号花键轴、二号花键轴之间的动力，不传动；当复位弹簧将其推回至一号花键轴方向时，花键套与一号花键轴的花键接通，一号花键轴、二号花键轴动力接通，传动。一号花键轴与风扇皮带轮硬连接，可以是焊接在风扇皮带轮上的一根轴，但有垂直度的要求。二号花键轴与风扇离合器硬链接，可以是焊接，二号花键轴可以使用支架固定在发动机上，但与一号花键轴有同轴度的要求。一号止推片、二号止推片分别需要与一号花键轴、二号花键轴有相对转动。复位弹簧用于花键套的复位，切断传动。拨叉是一个杠杆，支点在风扇支架上、发动机上或整车其他部位，其目的是拨动花键套。

工作过程描述：

当水温高于设定温度，需要风扇以一定的转速运转，此时，拨叉不动作，花键套接通一号花键轴、二号花键轴之间的动力，风扇转速与其他发动机一样，通过控制风扇离合器的占空比来控制；

当水温低于设定温度，或发动机处于起动阶段，不需要风扇运转，此时，拨叉被推动，将花键套向二号花键轴方向拨动，切断一号花键轴、二号花键轴之间的动力传动，此时风扇无外力驱动，转速为零。

实施例：

参见图1与图2，一种硅油风扇离合器控制装置，包括发动机1、风扇皮带轮2、电控硅油离合器3、机械离合器5，所述风扇皮带轮2的一端通过轴4与发动机1相连接，风扇皮带轮2的另一端通过机械离合器5与电控硅油离合器3相连接，所述机械离合器5包括花键套51以及同轴的一号花键轴52、二号花键轴53，所述一号花键轴52的一端与风扇皮带轮2相连接，一号花键轴52的另一端与花键套51的一端相连接，花键套51的另一端与二号花键轴53的一端相连接，二号花键轴53的另一端与电控硅油离合器3相连接，电控硅油离合器3上连接有风扇6，所述一号花键轴52上位于风扇皮带轮2与花键套51之间的部位设置有一号止推片54，所述二号花键轴53上位于花键套51与电控硅油离合器3之间的部位设置有二号止推片55，二号止推片55与花键套51之间设置有复位弹簧56，复位弹簧56套设在二号花键轴53上，复位弹簧56的一端与花键套51相接触，复位弹簧56的另一端与二号止推片55相接触，所述花键套51的外部设置有拨叉槽57，拨叉槽57内安装有拨叉58；所述硅油风扇离合器控制装置还包括风扇支架7，风扇支架7安装在发动机1的前端，所述风扇皮带轮2、机械离合器5均位于风扇支架7内，所述二号花键轴53穿经风扇支架7后与电控硅油离合器3相连接；所述拨叉58的一端安装在拨叉槽57内，拨叉58上位于远离拨叉槽57的部位与风扇支架7相连接，拨叉58的另一端位于风扇支架7外；所述拨叉58位于风扇支架7外的一端连接有气动装置；所述一号止推片54通过轴承套设在一号花键轴52上，所述二号止推片55通过轴承套设在二号花键轴53上。

按上述方案，一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

当散热器水温高于设定温度时，花键套51接通一号花键轴52与二号花键轴53之间的动力传动，此时，发动机1驱动风扇6运转，风扇6的转速由电控硅油离合器3控制；

当散热器水温低于设定温度，或者发动机1处于起动阶段时，通过气动装置推动拨叉58，拨叉58将花键套51向二号花键轴53方向拨动，此时，一号花键轴52与二号花键轴53之间的动力传动被切断，风扇6无外力驱动，风扇6的转速为零。

Claims (5)

1.一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，所述硅油风扇离合器控制装置包括发动机（1）、风扇皮带轮（2）、电控硅油离合器（3），所述风扇皮带轮（2）的一端通过轴（4）与发动机（1）相连接，风扇皮带轮（2）的另一端与电控硅油离合器（3）相连接，其特征在于：所述硅油风扇离合器控制装置还包括机械离合器（5），所述机械离合器（5）包括花键套（51）以及同轴的一号花键轴（52）、二号花键轴（53），所述一号花键轴（52）的一端与风扇皮带轮（2）相连接，一号花键轴（52）的另一端与花键套（51）的一端相连接，花键套（51）的另一端与二号花键轴（53）的一端相连接，二号花键轴（53）的另一端与电控硅油离合器（3）相连接，电控硅油离合器（3）上连接有风扇（6），所述一号花键轴（52）上位于风扇皮带轮（2）与花键套（51）之间的部位设置有一号止推片（54），所述二号花键轴（53）上位于花键套（51）与电控硅油离合器（3）之间的部位设置有二号止推片（55），二号止推片（55）与花键套（51）之间设置有复位弹簧（56），复位弹簧（56）套设在二号花键轴（53）上，复位弹簧（56）的一端与花键套（51）相接触，复位弹簧（56）的另一端与二号止推片（55）相接触，所述花键套（51）的外部设置有拨叉槽（57），拨叉槽（57）内安装有拨叉（58）；

所述控制方法包括以下步骤：

当散热器水温高于设定温度时，花键套（51）接通一号花键轴（52）与二号花键轴（53）之间的动力传动，此时，发动机（1）驱动风扇（6）运转，风扇（6）的转速由电控硅油离合器（3）控制；

当散热器水温低于设定温度，或者发动机（1）处于起动阶段时，推动拨叉（58），拨叉（58）将花键套（51）向二号花键轴（53）方向拨动，此时，一号花键轴（52）与二号花键轴（53）之间的动力传动被切断，风扇（6）无外力驱动，风扇（6）的转速为零。

2.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，其特征在于：所述硅油风扇离合器控制装置还包括风扇支架（7），风扇支架（7）安装在发动机（1）的前端，所述风扇皮带轮（2）、机械离合器（5）均位于风扇支架（7）内，所述二号花键轴（53）穿经风扇支架（7）后与电控硅油离合器（3）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，其特征在于：所述拨叉（58）的一端安装在拨叉槽（57）内，拨叉（58）上位于远离拨叉槽（57）的部位与风扇支架（7）相连接，拨叉（58）的另一端位于风扇支架（7）外。

4.根据权利要求3所述的一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，其特征在于：所述拨叉（58）位于风扇支架（7）外的一端连接有气动装置。

5.根据权利要求1–4中任意一项所述的一种硅油风扇离合器控制装置的控制方法，其特征在于：所述一号止推片（54）通过轴承套设在一号花键轴（52）上，所述二号止推片（55）通过轴承套设在二号花键轴（53）上。

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