CN108571371A - 一种用于内燃机的冷却系统及其方法 - Google Patents

Abstract

多个传感器(602,607,608)被用于获取两轮车辆操作数据。轴流风扇(404)安装在护罩上并适于将空气轴向引入覆盖气缸盖(201)和气缸体(202)组件的护罩(402)的内部部分中。轴流风扇由中央轮毂安装的电动机(406)驱动，电动机由控制器单元(601)控制。控制器单元被配置为连续地接收来自传感器的两轮混合动力车辆操作数据以确定内燃发动机的热状态、内燃发动机的速度和用于向电动机(406)供应受控电力的电池的容量。因此，强制冷却系统基于IC发动机冷却要求来控制冷却风扇在目标位置的运行。

Description

一种用于内燃机的冷却系统及其方法

技术领域

本发明总体上涉及两轮或三轮车座式车辆。更具体地说，本发明涉及被采用以冷却车座式车辆的内燃发动机的强制空气冷却系统。

背景技术

车辆利用来自内燃(IC)发动机和电动机两者的动力来将其驱动。通过使用氧化剂(空气)燃烧燃料的发动机将燃料的化学能转换为机械能，并且电池为电动机供电。一种类型的车辆是横跨式两轮车辆。在IC发动机操作期间，燃料和氧化剂的燃烧发生在燃烧室中并且将机械能传递到往复式活塞。该操作会在气缸盖和气缸体内及围绕气缸盖和气缸体产生大量热能。这种热能会增加IC发动机以及其周围的大气的温度。因此，需要冷却气缸盖、气缸体、其相关部件和周围空气。横跨式两轮车辆通常采用围绕IC发动机的主体面板，使得气缸盖和气缸体完全封闭在踏板车主体部分和车辆部件内。因此，对于这种两轮车辆，需要采用额外的强制空气冷却系统用来冷却IC发动机。通常，这种强制空气冷却系统包括可操作地连接到曲轴的风扇，并且风扇迫使空气流过围绕IC发动机的护罩。风扇可以是离心式或轴流式，并且可以定位于曲轴附近或者靠近气缸盖和气缸体。轴流式风扇是有利的，因为它们基于局部冷却工作并且更有效地冷却内燃机。传统上，轴流式风扇可操作地耦接到IC发动机曲轴，因此当IC发动机在操作时，轴流式风扇连续地运转，并且旋转速度取决于曲轴上的速度。这种冷却系统具有严重的缺陷并且影响汽车造型，缺陷包括不适当的冷却、更多的封装空间、额外的部件数量、难以检修。在混合动力车辆中，由于驾驶者在单次骑行周期期间的各种模式的操作，面临因为改变操作模式而造成的额外冷却问题。

附图说明

详细描述通过参考附图来说明。所有附图中相同的附图标记被用来指代相似的特征和部件。

图1a示出了采用本发明的实施例的两轮车辆的侧视图。

图1b示出了安装在采用本发明的实施例的两轮车辆的框架组件上的内燃发动机的等距视图。

图2示出了采用本发明的实施例的内燃发动机的侧视图。

图3示出了根据本发明的实施例的内燃发动机的截面视图(X-X)，其示出了轴流风扇和护罩。

图4示出了根据本发明的实施例的轴流风扇和护罩的分解图。

图5a示出了根据本发明的实施例的内燃发动机的气缸体以及轴流风扇和护罩的截面视图(Y-Y)。

图5b示出了根据本发明的实施例的内燃发动机的气缸体以及轴流风扇组件和护罩的放大等距视图(Z)，其显示了排气系统出口。

图6示出了根据本发明的实施例的轴流风扇系统的框图。

图7示出了根据本发明的实施例的用于确定内燃发动机的热状态的轴流风扇系统的方法流程图。

图7a示出了对于发动机运行状态和点火开关状态的各种条件的决定性状态。

具体实施方式

本发明的各种特征和实施例将从以下的进一步描述中清楚可辨。根据一个实施例，本文所描述的内燃(IC)发动机对于混合动力车辆以四个周期操作。这种IC发动机安装在横跨式两轮式车辆中。可以设想，在本发明的精神和范围内，本发明的概念可以适用于其它类型的车辆。而且，在所示出的实施例的随后描述中提到的“前”和“后”以及“左”和“右”指代从IC发动机的后部观察并且向前观察的前向和后向以及左向和右向。

IC发动机包括气缸盖、定位于气缸盖下方的气缸体内的往复式活塞、形成在气缸体与气缸盖之间的燃烧室、用于将机械能传递至传动系统的可旋转曲轴以及连杆，该连杆将施加给往复式活塞的能量传递给可旋转曲轴。在IC发动机操作期间，空气燃料混合物的燃烧在燃烧室内发生。该操作会在气缸盖和气缸体内部及围绕气缸盖和气缸体产生大量热能，这将增加其温度和其周围大气的温度。因此，需要通过冷却系统冷却气缸盖、气缸体以及其相关部件和周围空气。

尽管IC发动机的气缸盖和气缸体的冷却是必要的，但是过多的冷却也不是期望的，因为它降低了IC发动机的热效率。因此，任何冷却系统的目标都是让发动机保持在最有效的操作温度下操作。应该注意的是，发动机在冷的时候效率非常低，并且因此冷却系统以我们需要保持气缸体实际的整体工作温度的方式被设计。因此，冷却系统理想情况下应当在IC发动机预热或缓慢操作时降低冷却效果，并且当其在较高温度下操作时将其冷却。因此，理想情况下，冷却系统应保持最高有效工作温度。

存在两种通常使用的空气冷却系统。强制空气冷却系统和自然空气冷却系统。在自然空气冷却系统中，传导到气缸体外部的热量通过在车辆行驶过程中从大气中自然获得的空气流被辐射并传导出去。为了通过大气空气进行有效的冷却，在气缸盖和气缸体周围设置了翅片，这增加了暴露于大气的接触面积。在强制空气冷却系统中，通过使用冷却风扇，大气从外部大气通过入口被吸入到冷却系统内。冷却风扇的旋转与可旋转曲轴的旋转一体。围绕气缸盖、气缸体和IC发动机的护罩引导大气空气，从而对其进行冷却。因此，由于燃烧产生的热量将在空气流过翅片时被传导至翅片，并且热量将散发至空气流。护罩可以由多个部分组成，并且通常容纳冷却风扇并且可以具有多个导流板以引导大气空气。护罩还具有用于热气离开的通气孔。

典型地，在横跨式车辆中，IC发动机定位于座椅下方、车辆下后部处。在车辆的左右侧存在两个围绕IC发动机的侧通风帽。IC发动机由后悬架系统可摆动地支撑并且附接到车辆的框架。这种内燃机的气缸体、气缸盖和其它相关部件被封闭并在其操作期间被加热。由于周围缺乏适当的空气循环，这种内燃机通常采用强制空气冷却系统进行冷却。

通常，为了冷却气缸体，强制空气冷却系统被使用结合，其中离心式风扇与可旋转曲轴的旋转一体。但是，这种离心风扇组件具有许多缺陷，诸如具有更多的封装空间、利用更多数量的部件从而导致高成本。另外，离心式强制空气冷却系统具有暴露到恶劣的外部环境的护罩和冷却风扇，因此可能受到进入灰尘、水溅和石头的影响。封闭IC发动机和冷却风扇的外部护罩的出现也会影响车辆造型和外观。因此，为了避免这些缺陷，可以使用轴流风扇系统。

在轴流风扇式强制空气冷却系统中，轴流风扇被布置成面向气缸盖和气缸体的侧部。护罩围绕气缸盖和气缸体，并且轴流风扇安装在护罩上，使得空气流在护罩内被轴向导向。风扇罩被使用沿气缸体的轴向方向延伸，并固定在覆盖轴流风扇的护罩上。轴流风扇通常通过传动系统可操作地连接到可旋转曲轴，所述传动系统诸如连接到曲轴的齿轮系、柔性带和诸如V型带驱动装置的带驱动装置、或者甚至借助于轴流风扇上的轴向齿轮的驱动传动装置，该轴向齿轮与固定到由可旋转曲轴驱动的磁发电机组件的驱动齿轮啮合。

如上所强调的，有效的冷却系统应该将气缸体的温度保持在最佳工作温度。太多的热量去除会降低发动机的热效率，并且无效的去除导致过热。但是，通常在强制空气冷却系统中，冷却风扇可操作地连接到曲轴，并且因此随着IC发动机速度增加而不考虑发动机温度，这增加了用于冷却的空气流的吸力。在许多情况下，如果冷却风扇耦接到可旋转曲轴，则需要控制冷却速度，这是困难的。在车辆行驶穿过拥挤交通的交通状况下，IC发动机和牵引电机可以被连续切换并且启动和停止。而且，在寒冷的大气条件下，不希望以较高的吸入速率循环冷空气，因为可能无法保持操作温度。即使在IC发动机冷启动条件下，增加的冷空气量也会导致IC发动机预热延迟。另外，在这些条件下，较大量的功率被用来驱动冷却风扇，并且冷却也不均匀。因此，希望基于IC发动机冷却要求来控制冷却风扇的操作。

现有技术中的轴流风扇式强制空气冷却系统是已知的。在轴流风扇式强制空气冷却系统中，可以实现有效的冷却并且可以形成紧凑的结构并减轻与离心式强制空气冷却系统相关的缺陷。然而，这种轴流风扇式强制空气冷却系统也面临着不能基于IC发动机冷却要求控制冷却风扇的缺陷。轴流风扇式强制空气冷却系统还有与其相关的其它缺陷。存在传递动力来驱动轴流风扇的传动机构。这种传动系统增加了复杂性并需要频繁的维修和额外的润滑。而且，使用带和带轮传输动力的传动系统存在缺陷，包括带打滑和带张力随着频繁使用而损失。为了防止这种滑动，可以使用带张紧机构，但这只会增加成本并且会导致部件的复杂性。另外，将所有的传动系统容纳在小型且受限制的布局(诸如踏板车)中是困难的。而且，轴流风扇的操作有时会导致噪音，这是不希望的。而且，轴流风扇式强制空气冷却系统可能具有很多气缸体的局部部分，这些部分具有较高的温度但是无效地被冷却。

本发明旨在缓解上述缺陷，并提出了一种用于车辆的新型轴流风扇式强制空气冷却系统，其可以为IC发动机的气缸盖和气缸体提供独立且间歇的局部强制空气冷却系统。这是通过使用轴流风扇系统来实现的，该系统利用通过使用轴流风扇系统提供的优势，并基于IC发动机的热状态和速度以及电力牵引电机的操作状态控制其操作。轴流风扇系统通过消除将轴流风扇系统可操作地连接到可旋转曲轴的任何传动机构来实施。本发明还旨在通过增强内部护罩面积、将空气朝向气缸盖和气缸体中的关键冷却区域偏向来提高冷却系统效率，并且旨在改善热气排放并优化以减少压力损失来。

通过上述设计变化，可以获得以下优点：诸如关键区域的有效冷却、护罩内改进的空气循环、避免了使用机械连接并且避免那些机械部件的润滑、减少的冷却空间内的气流损失、改进的散热效果、更加紧凑耐用的结构、结构简单、操作自动便捷、易于移除安装和维护，并且通过避免将冷却系统暴露在大气中而增加了美学价值，以助于车辆造型。

本发明以及所有随附的实施例及其其它优点将结合以下段落中的附图更详细地描述。

图1a示出了根据本发明一个实施例的两轮车辆。该车辆包括通常为U形框架的框架，该框架提供大体上敞开的中心区域以允许骑乘者进行“跨步”上车。通常，框架包括头管102、主管107和一对侧管109(仅示出了一个)。主管107的一端向下和向后倾斜延伸以形成朝向两轮车辆后部延伸并与一对侧管109连接的平坦“跨步”区段117。该跨步区段包括在两端的两个支撑支架120(仅示出了后部支撑支架)。一对侧管(109a和109b)在支撑支架120上附接到主管的跨步区段，使得一对侧管大致平行于彼此地布置在两端，如从两轮车辆的前方所观察的。主管107的另一端有头管102，头管102构造成可转动地支撑转向管(未示出)。角撑板116将头管102与主管107连接。前悬架系统121连接在转向管(未示出)的下端。车把支撑构件(未示出)连接到转向管(未示出)的上端并且支撑车把组件106，后者可以两侧转动。上支架(未示出)的上部包括遮护组件124，该遮护组件包围车把106、后视镜组件105、前头灯104和仪表组(未示出)。两个伸缩式前悬架系统121(仅示出一个)附接到其上支撑前轮119的转向管(未示出)的下部上的支架(未示出)。前轮119的上部被安装到转向轴(未示出)的下部的前挡泥板103覆盖。当从两轮车辆的前方观察时，一对侧管109在一端附接到主管107并且在另一端以大致水平方向向后延伸。包括桥式安装支架114的多个横支架被固定在一对侧管109之间以支撑车辆附件，包括实用箱(未示出)、座椅108和燃料箱组件(未示出)。

两轮车辆还包括后轮113、燃料箱(未示出)、后座扶手118和座椅108。左和右后摆臂支架(未示出)在跨步结构117的后部处枢转安装在U形框架上，并且支撑摆臂组件。摆臂组件包括枢转安装至左和右后摆臂支架(未示出)的左和右摆臂115(仅示出一个)，并且能够围绕枢转点竖直摆动并且通过在摆臂组件的后部布置的两个后轮悬架111支撑。另外，摆臂组件包括附接在左和右摆臂115之间的前发动机安装横管(未示出)，以及后发动机安装横管125。IC发动机101安装在前发动机安装横管(未示出)和后发动机安装横管125之间，使得IC发动机101被可摆动地支撑在摆臂组件上。后轮113连接到摆臂组件的后端，并且构造成通过经由来自IC发动机101的带驱动装置(未示出)传递的IC发动机101的驱动力旋转。后挡泥板110覆盖后轮113的至少一部分，并位于燃料箱(未示出)的下方。电力牵引电机130(见图6)连接到后轮113，形成可驱动后轮113的轮毂。电力牵引电机130从布置在混合动力车辆上适当位置的电池汲取电力。电池可以由IC发动机101充电并且也可以从外部充电。两轮车辆还包括多个电气和电子组件，包括头灯104、尾灯112、晶体管受控点火(TCI)单元(未示出)、起动电机(未示出)。

图1b示出了安装在附接到车辆的U形框架组件上的摆臂组件上的IC发动机的等距视图。示出了根据本发明的实施例的轴向式强制空气冷却系统，其被布置成覆盖IC发动机101的一部分。示出了桥式安装支架114，其被固定在一对侧管(109a和109b)之间以支撑车辆附件，车辆附件包括实用箱(未示出)、座椅108和燃料箱组件(未示出)。桥式安装支架114朝向一对侧管109的前方安装，并且紧靠IC发动机101定位，并且被设计成使得它是U形的，并且IC发动机101的气缸盖和气缸体组件101大致占据了弯曲的U形桥式安装支架114下方的空间。轴向式强制空气冷却系统安装在气缸盖和气缸体202组件上方(参见图3、图6)；因此桥式安装支架114安装在轴向式强制空气冷却系统上方。为了使轴向式强制空气冷却系统有效地工作，系统应有足够的气隙可用以吸取护罩内的空气。但目前的布置阻止系统周围有足够的气隙。因此，在桥式安装托架114中设置开口114a以允许系统接近在车辆的车体面板与一对侧管109之间的气隙。另外，由于在车体面板与一对侧管109之间的气隙中产生的低压，来自车辆下方的大气被从大气吸取并占据其位置。

图2示出了根据本发明实施例的IC发动机101的侧视图。IC发动机101由气缸盖201、气缸体202(参见图3和图6)和曲轴箱203组成。轴向式强制空气冷却系统安装在气缸盖201和气缸体202上方，使得轴流风扇404定位成与诸如火花塞309的高热区对准以管理火花塞温度。这导致冷却空气一旦被轴流风扇404吸入内部就直接冲击火花塞。因此，可以获得有效的冷却。

图3示出了沿着IC发动机101的线X-X截取的截面图，示出了主要部分。在运行期间，燃烧室中发生燃料和氧化剂的燃烧，并将机械能传递到往复式活塞306。在燃烧之后，产生排出气缸体202的热排气。空气-燃料混合物在气缸体202中的燃烧产生大量的热能，这增加了气缸体和气缸体202周围的空气的温度。气缸体202具有以增加用于有效散热的表面面积的延伸的表面，其称为翅片。翅片增加了从燃烧室到外部的热量传递，然后通过强制空气循环将其移除。燃烧之后的燃烧气体也非常热，并通过气缸盖201上的排气口从气缸体202排出。排气管(未示出)连接到气缸盖201上，并且排气通过排气管(未示出)被排出气缸盖201。因此，连接到气缸盖201的排气管周围的区域也处于升高的温度下并需要有效的冷却。

图4示出了根据本发明实施例的强制轴流风扇空气冷却的分解图。在该实施例中，该系统包括安装在LH护罩402上的轴流风扇组件400。LH护罩402被改型为具有圆形升高突出区域402a，多个突起部分402b围绕其外周布置。圆形升高突出区域402a使得在LH护罩402的内周边处形成有空间以便容纳轴流风扇404。在本发明的一个实施例中，存在三个突起部分402b，其在圆形升高突出区域402a的外周边上彼此等距分布。突起部分402b具有位于其中心的具有内螺纹的孔。风扇罩401被安装以从外部封闭开口。风扇罩401由塑料树脂材料制成，并具有尺寸与圆形投影区域402a的外周边尺寸类似的轮廓。风扇罩401适于抵接圆形升高突出区域402a的外周边。风扇罩401还具有从风扇罩的外周表面轴向突起的凸起部分401a。凸起部分401a还具有带内螺纹的孔，并且凸起部分能够完美地抵接LH护罩402的突起部分402b。凸起部分401a上的孔和突起部分402b完美匹配，使得它们可以通过使用诸如螺母和螺栓、紧固件417、418等的连接装置附接。风扇罩401还包括封闭风扇罩的格栅401b，以保护轴流风扇叶片免受外部干扰并且防止石头和其他颗粒的进入。

轴流风扇404包括轮毂，在该轮毂内容纳电动机406。多个扭转的导向叶片从轮毂突出，并且径向地突出轮毂外。多个扭转的导向叶片连接外锥体。该外锥体是环形带，其包围中心轮毂，其中导向叶片位于外锥体的内部。导向叶片扭转成使得当电动机406旋转时，处于低压的风扇后面的空气与处于高压的风扇外面的空气之间产生压力差。该压力差导致空气被吸入轴流风扇404内部。导向叶片的扭转形状和风扇罩格栅的形状扭转，将该空气引导并吸入内部，然后将空气朝向护罩的内部部分引导。

轴流风扇的轮毂包括位于下游的衬套部分。轮毂套管配合在风扇安装支架407的突起部分内。风扇安装支架407是单个金属支架，其包括中央环形部分407a。中央环形部分407a的内圆周表面具有适于与轴流风扇轮毂的衬套部分配合的突起表面。中央环形部分407a具有多个径向向外突出并且彼此等距离定位的臂，并且在其端部具有上孔。这些臂还具有带有内螺纹的下孔，其紧靠每个臂的基部定位，靠近中央环形部分407a。下孔用于通过诸如螺栓、紧固件411等连接装置将轴流风扇404与风扇安装支架407牢固地固定在一起。上孔具有内螺纹并且三个臂等距分布，使得上孔恰好抵接在LH护罩402的内表面上的突起部分的内表面上。臂还具有提供额外的强度和刚度的切口，并且还用作偏离气流的偏转器。风扇安装支架407通过插入上孔和突起部分中的紧固件410、412固定到LH护罩402。包括轴流风扇404、风扇罩401和风扇安装支架407的轴流风扇系统与LH护罩402集成为子系统或组装为单独的部件。下孔还用于将火花塞偏转器405安装在LH护罩402的内部部分内。

火花塞偏转器405用于将冷却空气流315转向到气缸体202的关键部分。这些关键部分包括火花塞309周围的区域和其中排气管连接气缸体202的部分周围的热区区域505。本实施例中的系统包括火花塞偏转器405和排气偏转器503。火花塞偏转器405包括具有弯曲轮廓的中心主体，曲率角几乎垂直。中心主体的一端具有弯曲的轮廓以将冷却气流315朝向气缸体202的中心偏转，并且另一端具有两个在其端部具有孔的臂。这两个臂彼此平行布置并具有切口以提供强度和刚度。臂上的孔与发动机安装支架407上设置的下孔相对应地配合。排气偏转器503通过朝向气缸体202壁引导冷却气流而进一步提高冷却效率。

图5a示出了气缸体202的俯视截面图。该图示出了流经护罩的内部部分的冷却空气315所采取的可能路径。轴流风扇404将冷却空气315吸入护罩内并且冷却空气进入护罩的内部部分。在护罩的内部部分中，冷却空气分成两条路径，即围绕气缸盖和气缸体组件、冷却气缸盖和气缸体组件的两个边缘的的长路径506，以及基本上冷却气缸盖201的排气热区505的短路径507。冷却空气流的长路径506通过出口通气孔502被引导出护罩。出口通风孔502位于RH护罩403的以下边缘的一个角落中，该边缘围绕排气管连接气缸盖201的位置505。冷却空气流的短路径507冷却容纳在排气管和气缸盖201之间的连接的另一个剩余边缘。短空气路径507冷却这些区域并通过排气通风孔501退出。通过具有在LH护罩的进气附近的较少热区上的更多空间和在诸如火花塞309的较多热区上的更少空间，关于IC发动机在所有侧之间的空隙来优化整个护罩。通过产生隆起部(402a和403b以通过避免流动反转而使空气流与热区更好地接触，而进一步优化更多的空间区域。护罩(402)包括紧靠热区区域(505)定位的在护罩(402)的一个边缘处形成的热空气出口，所述热空气出口具有第一边缘和第二边缘，所述第一边缘适于从护罩(402)的外表面向外突出，使得所述第一边缘的宽度大于第二边缘的宽度，以形成当从内燃发动机(101)的侧视图观察时成角度倾斜的轮廓。

图5b示出了IC发动机101的气缸盖201和气缸体202以及轴流风扇404和护罩的放大等距视图，其显示了根据本发明的实施例的排气系统出口。短空气路径507流过靠近排气系统出口的热区505并且热空气通过排气通风孔501从护罩离开。然而，当短空气路径507中的冷却空气流经热区区域505以提取热量时，冷却空气的温度缓慢升高并且变热，这一位置处出现问题。该热空气的密度更轻，并且由于采取了短空气路径507，空气的速度显著降低并且更轻的热空气的密度增大，由此热空气在热区区域505的部位附近累积并且无法离开排气通风孔501。为了解决这一问题，护罩的轮廓在出口通风孔(参见403a)下方弯曲，如从RH护罩403的内部部分可见。该形状将冷却空气流从长路径506朝向排气通风孔501部分地引导。朝向排气通风孔501被引导的该空气流伴随提高的速度发生。这主要是由于在冷却空气流过长路径506期间提供的更多空间以及由于设置在使流成流线型的出口附近的隆起部403b，这有助于排出累积在排气通风孔505附近的热空气，从而帮助避免气流偏离并减少压力损失。隆起部(402a和403b)设置在进口和出口区域以用于空气流和发动机之间更佳的热传递以及空气流的更流线型运动。

出口通风孔(502)进一步被布置在气缸体和气缸盖表面的底角边缘处。这提供了期望的弯曲轮廓(403a)以提高从长路径506离开的速度并且还防止来自IC发动机的前部的热空气进入出口通风孔(502)和产生倒流。出口通风孔502被设计为具有成角度的开口，朝向前部突出和倾斜，以避免冷却空气流315进入和热空气离开从而避免混合、流回和增加压力损失。该设计确保热空气出口大致在两轮车辆下方并且帮助改变热空气出口的方向。出口通风孔502还得以维持平坦，以朝向底部排放出更多热空气。这避免了热空气流朝向舱室区域加热实用箱(未示出)。

图6示出了根据本发明实施例的系统的系统框图，该系统用以确定IC发动机101的热状态和电力牵引电机130的操作状态。该系统的操作包括供应和调节给电动机406的电力的多个阶段，以基于IC发动机的热状态和电力牵引电机130的操作状态来控制强制空气冷却。

系统的主要元件包括IC发动机101、空气器单元601、用作控制开关的点火开关603、电力牵引电机130以及电池604。在操作点火开关时，混合动力车辆的骑乘者在驱动模式选择器上选择混合动力车辆的操作模式。基于该选择，驱动模式选择器起动IC发动机101或者电力牵引电机。IC发动机101通过端传动装置606驱动混合动力车辆的后轮113。磁发电机组件301可操作地连接至可旋转的曲轴305并且被配置成产生发送至位于车辆中合适位置处的电池604以为其充电的电流。来自电池604的该电力被用于驱动冷却系统控制器单元601，其进一步驱动电动机406和电力牵引电机130，电动机406形成轴流风扇404的轮毂的一部分。从电池604到电动机406的电力由控制器单元601调节。电池604还驱动电力牵引电机130并且能够在外部充电。控制器单元601包括处理器和存储器。除了其他能力之外，处理器被配置为提取和执行存储在存储器中用以指示操作上述系统的方法的计算机可读指令。控制器单元601还由电池604提供电力，并且整个系统只有在两轮车辆的骑乘者操作点火开关603时才被接通从而进行操作。IC发动机101还包括被配置为提取IC发动机操作数据以检测IC发动机的热状态的一个或多个传感器。磁发电机组件301包括用以检测车辆的速度的速度传感器607。电池604还包括用以测量电池容量的电池电压测量设备608。在本实施例中，在紧靠位于气缸体202的中的润滑油循环装置定位有温度传感器602，其能够持续测量润滑油温度。应当注意，本实施例决不是在位于IC发动机和/或两轮车辆的任意位置处的一个传感器或多个传感器的帮助下对任何参数的限制或测量，在不偏离本发明的范围的情况下，其能够实现对IC发动机的热状态的确定。

形成轴流风扇404的轮毂的部分的冷却风扇电动机406的控制取决于气缸盖201和气缸体202的温度、车辆的速度以及电池容量。气缸体202的温度和车辆的速度进而取决于两轮车辆的操作条件以及外部大气条件。这些条件例如在交通拥挤、梯度表面上移动以及冷起动条件下缓慢移动期间发生。该操作温度状态由温度传感器602通过测量润滑油而持续测量，并且速度由速度传感器607持续测量。当混合动力车辆在电动模式下操作时还持续监测电池容量。这些测量结果被持续传送至控制器单元601。基于这些输入信号，控制器单元601将通过切断电源来断开电动机406。轴流风扇404将停止操作并且冷却不会发生。这将对IC发动机有积极效果并且在排热停止时帮助提高操作温度。所需操作温度达到，润滑油温度提高，这由控制器单元601通过温度传感器602监测。一旦达到最佳操作温度，控制器单元601接通电动机406，由此接通轴流风扇404并且开始空气冷却。进一步，基于来自速度传感器607和电池容量测量设备608的输入，轴流风扇404的旋转速度也能够被控制和监测。由此，在轴流风扇404的间歇操作下，与持续操作相比，IC发动机冷却变得高效并且性能得以改进。

图7示出了测量具有轴流风扇强制空气冷却系统的IC发动机的热状态的方法。该方法可以在计算机可执行指令以及发送至系统中其他元件并由系统中其他元件接收的通信的一般环境下描述。通常，计算机可执行指令能够包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、方法、程序、对象、部件、数据结构、过程、模块、功能等。该方法描述的顺序并不意在理解为限制，并且任意数量的所描述的方法框能够以任何顺序组合来实现该方法或替代方法。另外，在不偏离本文所述本发明的精神和范围的情况下，个别框可以从该方法中删除。而且，该方法能够以任何合适的硬件、软件、固件或其组合来实现，如将以另一实施例所解释的。而且，如本领域技术人员所能够最佳理解的，虽然存在少许变型，该方法能够以其他类似系统实现。

图7a示出了发动机运行状态和点火开关状态的各种条件的确定状态。图7a示出了轴流风扇被接通所处于的各种条件。根据本发明的一个实施例，在温度高于预定值或者发动机起动时，轴流风扇接通。

在方法框701中，点火开关由两轮车辆的驾驶员致动，控制器单元601被通电以控制轴流风扇404的操作。该方法包括两个必须采取的主要步骤，即，测量条件702、703以及检查条件710。测量条件包括多个方法框，其中在方法框702中，控制器单元601从温度传感器602、速度传感器607以及电池测量设备608接收IC发动机操作数据，例如发动机温度数据、发动机速度数据以及电池容量数据。控制器单元601之后执行检查条件710。检查条件710总体上包括表示为方法框的多个步骤。在检查条件中，控制器单元601将所接收的温度数据与第一预定值进行比较，第二，控制器单元601确定混合动力车辆的IC发动机模式或电动模式，并且基于速度数据和电池容量控制轴流风扇404的速度。基于所确定的状态，控制器单元601将发送合适的信号以将轴流风扇切换成接通状态或断开状态，并且还控制其速度。由这两个步骤所表示的该方法有效地控制轴流风扇，由此提供对气缸体的间歇和独立的局部冷却(spot cooling)。

检查条件710包括以下步骤。在框703中，控制器单元603确定在框702所接受的温度是否大于第一预定值。在本发明的一个实施例中，第一预定值是90摄氏度。理论上已知，对于具有可摆动地支撑的单缸发动机并且具有封闭在侧通风帽内的气缸体的两轮车辆而言，在标准操作下产生的温度在90摄氏度至120摄氏度的范围内。因此，如果冷却系统在以上温度范围下被致动，那么IC发动机被维持在操作工作温度。如果针对框703中的确定答案为否，继续至框711。在框711，控制器单元601传送第一信号以断开轴流风扇。在框712，轴流风扇404接收第一信号并且断开。随后，离开检查条件，并且在框702重复测量条件。如果针对框703中的确定答案为是，下一步继续至框704。在框703，应当注意，不管IC发动机是接通或是断开或者是在电动模式下运行，只要点火开关接通，框703中的条件环就执行。在框704，控制器单元601通过接收驱动选择器信号来确定车辆处于IC发动机模式还是电动模式。

如果确定车辆处于电动模式，那么条件继续至框709。此处，控制器单元601基于电池容量传感器确定电池容量。电池容量与第二预定范围进行比较。如果电池容量超过第二预定范围，那么控制器单元601将使轴流风扇的速度以最大能力(full capacity)运行。在一个实施例中，第二预定范围在电压V1至V2之间，其中V2大于V1，并且风扇的最大能力以“S”rpm运行。因此，如果电池容量超过V2，那么风扇将以最大能力“S”rpm运行。如果电池容量在第二预定范围内、V1和V2之间，那么轴流风扇以少于其最大能力“S”“d1”％由控制器单元601驱动。此处，风扇速度以“S1”rpm运行。如果电池容量低于第二预定范围V1，那么轴流风扇以少于其最大能力“S”“d2”％由控制器单元601驱动。此处，当电池容量低于V1时，风扇速度以“S2”rpm运行。在本发明的实施例中，电池电压能够从12.5V至48V范围内变化。因此，在框708，控制器单元601相应地发动第二信号，以接通轴流风扇404并且使轴流风扇404的速度变化。在另一实施例中，如果温度过高(例如温度超过值“T”摄氏度)则分析温度输入，并且即使电池容量在第二预定范围内、V1和V2之间，风扇也将以最大能力“S”rpm运行。

如果在框704中确定为IC发动机模式，那么继续至框705。此处，控制器单元601基于发动机速度传感器607确定发动机速度。发动机速度与第三预定范围“U3”进行比较。如果发动机速度超过第三预定范围“U3”，那么控制器单元601使轴流风扇的速度以最小能力(风扇速度“S3”RPM)运行。此处，第三预定范围从“U1”rpm至“U2”rpm的范围内变化(U2大于U1)。因此，如果发动机速度超过U2rpm，那么风扇将以其最小能力S3rpm运行。如果车辆速度在第三预定范围U3内，那么轴流风扇以其少于最大能力“S”d3％由控制器单元601驱动。如果车辆速度低于第三预定范围U3，那么轴流风扇以其最大能力(Srpm的风扇速度)由控制器单元601驱动。因此，在框706，控制器单元601相应地发动第三信号，以接通轴流风扇404并且使轴流风扇404的速度变化。随后，离开检查条件，并且在框702重复测量条件。有必要提及，参数d1、d2以及d3可以基于发动机尺寸、车辆布局变化，并且参数d1、d2以及d3可以不同以基于电池电压、发动机温度和发动机速度控制风扇速度。

通过以上方法可以看出，在全部条件下，其中IC发动机处于提高的热状态下，轴流风扇能够被接通和断开，并且其速度能够被控制。轴流风扇的控制完全取决于发动机热状态和发动机速度/电池容量。因此，在例如发动机停机条件期间(其中IC发动机停机但温度较高)，或者在发动机浸没条件期间(其中发动机通过点火开关(不处于点火锁定状态)或切断开关的操作而断开)，气缸体的热状态能够超过操作温度并且因此可能需要冷却。本发明也设想这些条件下的操作，其与现有技术中提出的取决于曲轴旋转的冷却系统不同。因此，由于控制器单元601的温度数据的持续监测，可以实现发动机气缸体的间歇和独立的局部冷却。

根据上述公开，本主题的很多修改和变型是可能的。因此，在本主题所要求保护的范围内，本公开可以以除了具体描述的其他方式实施。

Claims (20)

1.一种用于对车座式车辆的内燃(IC)发动机(101)的气缸盖(201)和气缸体(202)组件进行冷却的强制空气冷却系统，所述强制空气冷却系统包括：

护罩(402)，布置成覆盖包括所述气缸盖(201)和气缸体(202)组件所述内燃发动机(101)的至少一部分；

一个或多个传感器(602,607,608)，用于获取两轮车辆操作数据；

安装在所述护罩(402)上的轴流风扇(404)，所述轴流风扇(404)适于将空气轴向引入覆盖所述气缸盖(201)和气缸体(202)组件的所述护罩(402)的内部部分中；

其特征在于：

所述轴流风扇(404)由中心轮毂安装的电动机(406)驱动，所述电动机(406)由控制器单元(601)控制，所述控制器单元(601)配置为连续地接收来自所述一个或多个传感器(602,607,608)的两轮车辆操作数据，以确定所述内燃发动机(101)的热状态、所述内燃发动机(101)的速度以及向所述电动机(406)供电的电池的容量，并且所述控制器单元(601)基于从所述一个或多个传感器(602,607,608)接收的所述车辆操作数据来选择性地控制所述电动机(406)。

2.根据权利要求1所述的强制空气冷却系统，其中，所述护罩(402)将来自所述轴流风扇(404)的强制空气朝向所述气缸盖的火花塞(309)侧引导。

3.根据权利要求1所述的强制空气冷却系统，其中，所述护罩(402)具有一体式风扇安装支架(407)以安装所述轴流风扇(404)，并且所述风扇安装支架(407)利用合适的紧固件(410,412)固定到所述护罩(402)。

4.根据权利要求1所述的强制空气冷却系统，其中，所述控制器单元(601)选择性地控制所述轴流风扇(404)的启用和禁用中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的强制空气冷却系统，其中，除了选择性地控制所述轴流风扇(404)的启用和禁用中的一种之外，所述控制器单元(601)还控制所述轴流风扇(404)的旋转速度。

6.根据权利要求1或2所述的强制空气冷却系统，其中，所述传感器(602,607,608)中的至少一个选自包括设置在所述内燃发动机(101)的磁发电机组件(301)上的发动机速度传感器(607)、设置在所述内燃发动机(101)的曲轴箱(203)内的发动机油温传感器(602)、以及设置在所述电池(604)上的电池容量传感器(608)的组。

7.一种用于车座式车辆的强制空气冷却系统，其中所述车座式车辆包括：

排气管，所述排气管连接到所述气缸盖(201)并适于允许从所述内燃发动机(101)排出废气，由此在所述排气管附接到所述气缸盖(201)的接合处周围产生热区区域；

框架组件，所述框架组件包括主管(107)和一对侧管(109)，所述一对侧管(109)中的每一个彼此平行且通过横杆附接到所述主管(107)的一端，并且所述内燃发动机(101)以可摆动的方式安装在所述一对侧管(109)上；

座椅组件(108)；

实用箱；以及

设置在所述一对侧管(109)中的每一个之间的桥式安装支架(114)；

所述桥式安装支架(114)设置在安装于所述护罩(402)上的轴流风扇(404)附近，所述桥式安装支架(114)配置成支撑所述实用箱和所述座椅组件(108)；

其特征在于：

所述桥式安装支架(114)包括进气开口(114a)，以在所述轴流风扇(404)运行时允许空气容易进入所述护罩(402)的内部部分。

8.根据权利要求1所述的强制空气冷却系统，其中，所述护罩(402)包括形成在所述护罩(402)的紧靠所述热区区域(505)定位的一个边缘处的热气出口，所述热气出口具有第一边缘和第二边缘，所述第一边缘适于从所述护罩(402)的外表面向外突出，使得所述第一边缘的宽度大于所述第二边缘的宽度，以形成当从所述内燃发动机(101)的侧视图观察时成角度倾斜的轮廓。

9.根据权利要求1或5所述的强制空气冷却系统，其中，所述护罩(402)还包括排气开口以允许所述排气管的通过和附接，所述排气开口基本上大于所述热区区域(505)。

10.根据权利要求1所述的强制空气冷却系统，其中，至少一个偏转构件(405)在所述护罩(402)的内部部分上安装在所述轴流风扇(404)的下游，并且所述至少一个偏转构件(405)适于改变所述护罩(402)的内部部分中的空气的路径。

11.一种用于控制两轮车辆的强制空气冷却系统的轴流风扇(404)的方法，所述方法包括以下步骤：

由控制器单元(601)从内燃发动机(101)上的一个或多个传感器(602,607,608)接收车辆操作数据，

由所述控制器单元(601)接收由驱动模式选择器致动的发动机功率信号；

由所述控制器单元(601)确定所述温度是否大于第一预定值，并且如果所述温度不大于第一预定值，则传送第一信号以将轴流风扇(404)切换为“关”；

由所述控制器单元(601)确定所述温度是否大于第一预定值，当所述内燃发动机(101)中的至少一个被供电而“接通”并且点火开关为“接通”时，则所述控制器单元(601)传送信号以切换为“接通”并控制所述轴流风扇(404)的速度。

12.根据权利要求11所述的用于控制两轮车辆的强制空气冷却系统的轴流风扇(404)的方法，其中，接收车辆操作数据并且向所述电动机(406)提供信号是在实时的基础上进行的。

13.根据权利要求11所述的用于控制两轮车辆的强制空气冷却系统的轴流风扇(404)的方法，其中，所述发动机的操作者致动驱动模式选择器以选择所述车辆的驱动模式。

14.根据权利要求11或12所述的用于控制两轮车辆的强制空气冷却系统的轴流风扇(404)的方法，其中，所述控制器单元(601)基于所述车辆操作数据来决定将被发送到所述电动机的电功率的量。

15.根据权利要求11所述的用于控制两轮车辆的强制空气冷却系统的轴流风扇(404)的方法，其中，所述控制器单元(601)通过安装在所述气缸体和气缸盖(202,202a)中的至少一个上的传感器来接收温度参数，通过安装在磁发电机(301)处的传感器来接收发动机速度参数，并且通过安装在电池管理系统(608)中的传感器来接收电池的电荷状态。

16.根据权利要求7所述的用于车座式车辆的强制空气冷却系统，其中，所述开口(114a)设置在所述桥式安装支架(114)中，以允许所述系统接近所述车辆的车身面板与所述一对侧管(109)之间的气隙。

17.一种用于对车座式车辆的内燃(IC)发动机(101)的气缸盖(201)和气缸体(202)组件进行冷却的强制空气冷却系统，所述强制空气冷却系统包括：

护罩(402)，布置成覆盖包括所述气缸盖(201)和气缸体(202)组件所述内燃发动机(101)的至少一部分；

其特征在于：

所述护罩(402)具有安装在该护罩(402)上的轴流风扇(404)，并且所述轴流风扇(404)适于将空气轴向引入覆盖所述气缸盖(201)和气缸体(202)组件的所述护罩(402)的内部部分中；以及

所述轴流风扇(404)安装在所述气缸盖(201)和气缸体(202)上方，并且所述轴流风扇(404)定位成与火花塞(309)对准。

18.根据权利要求16所述的强制空气冷却系统，其中，轴流风扇(404)包括轮毂和衬套部分，所述衬套部分位于气流的下游，并且所述衬套部分配合在风扇安装支架(407)的所述凸台部分内。

19.根据权利要求16所述的强制空气冷却系统，其中，所述轴流风扇(404)包括作为子系统与护罩(402)的一部分成一体的风扇罩(401)和风扇安装支架(407)。

20.根据权利要求17所述的强制空气冷却系统，其中，所述风扇罩(401)适于抵接所述护罩(402)的圆形升高突出区域(402a)的外周边。