CN1088795C - 内燃机驱动车辆的总冷却组件 - Google Patents

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Abstract

一热交换器模件、一冷却风肩模件(12)、一电动冷却液泵模件(14)和一电子系统控制器模件(16)共同连接成组件，形成装有一内燃机的机动车的总冷却组件(10)，该冷却风扇模件(12)正好配置在水箱(18)后表面的后方，包含一电马达驱动风扇(36，38)，它将周围空气经水箱抽吸进来。在安装到车辆上时，该总成被“降入”车辆发动机舱内，并被固定在适当位置上。一个泵压发动机冷却使其流经发动机和水箱(18)的电马达驱动冷却液泵模件(14)和一个控制风扇和泵马达(34，38)运转的电子系统控制器模件(16)也安装在该冷却风扇模件(16)内。当车辆具有空调系统和/或涡轮增压发动机时，一个和/或两个附加的热交换器构成热交换器模件(18)的一部分。冷却风扇模件(12)可包括一轴流式风扇或一函道经流式风扇。

Description

内燃机驱动车辆的总冷却组件
发明领域
本发明涉及整个冷却组件，它包括在以内燃机为动力的机动车的内燃机机舱内进行液体循环和排热的分散模件的新颖组织与安排。
发明背景的概述
内燃机要求排热。某些内燃机为风冷却的，而另一些为液冷的。作机动车动力的内燃机在许多情况下一直是液冷的。这种冷却是由装在发动机机体上并由该发动机直接转动的发动机驱动冷却液泵(通常称作水泵)来完成的。该泵迫使发动机冷却液经发动机中的冷却液通道，随后经水箱，最后返回到该泵进口以完成流体循环，其中在冷却液通道内，冷却液吸收发动机热量，而在水箱内则排出热量。在许多情况下采用由发动机直接驱动的或由电马达驱动的风扇来抽吸周围空气使其横穿过水箱，这样，水箱内的热量由于自冷却液传热给周围空气而被排走，从而冷却了发动机。一恒温阀(常称节温器)相对于冷却液温度控制被泵送的冷却剂流经水箱的流量。节温器限制流经水箱的流量，直到冷却液达到足够的温度，使节温器允许冷却液经水箱流动，从而水箱可有效地限制发动机温度。这样，节温器构成了冷却液温度调节的结构，一旦发动机充分变暖后，它建立发动机所需的运转温度，同时在发动机冷起动时，自动允许冷却液更快地加热。
U.S.3,999,598；4,475,485；4,557,223；4,567,858；4,691,668；和4,759,316都公开了内燃机冷却系统，其中，利用一水泵，使发动机循环冷却液经热交换器的冷却液通道将冷排走，而在某些情况下，还采用一电马达驱动风扇或鼓风机迫使周围空气横穿热交换器。在这些专利的某些中，热交换器是以自燃机为动力的机动车的水箱。US3,999,598和4,475,485公开了加热器组件的加热器芯子，它加热该种车辆的乘客坐舱，也是一种热交换器，发动机冷却液经该热交换器进行循环，并且通过电马达驱动风扇迫使周围空气穿过热交换器，从而将加热的空气供给乘客坐舱。US3,999,598；4,475,485；4,557,223；和4,691,668也公开了利用电马达转动泵，从而迫使发动机冷却液流经热交换器。
欧洲专利申请0584850公开了一种整个冷却系统，包括一个具有一整体冷却液泵的水箱，该泵最好与水箱端盖制成一体。
日本专利申请07180554公开了一种摩托车发动机冷却装置，包括一水箱，节温器阀，风扇、水泵和包括一蓄热装置的旁通通道。
蓄热装置的用途是通过在发动机冷起动期间将热量辐射到流经旁通通道的低温冷却水来改善发动机的暖机特性。
本发明涉及一种新颖而独特的总冷却组件，它相对于现有技术冷却系统具有重大的优点，其中一个优点是简化了在机动车总装车间的装配作业。
本发明涉及一种新颖而独特的总冷却组件，它相对于现有技术冷却系统具有重大的优点，其中的一个优点是简化了在机动车总装车间的组装作业简单。
本发明提出一种发动机总冷却组件，包括：一个热交换器模件；一个冷却风扇模件，与热交换器模件连接，所述冷却风扇模件具有一个驱动风扇的第一电马达；一个流体泵，与热交换器成流体连通；一个转动所述泵的第二电马达；一个有选择地操作第一和第二电马达的控制器；其特征在于所述冷却风扇模件包括一个板构件，其上有一个以壁围成的直通通道，所述风扇这样配置在直通通道内，第一电马达转动风扇，产生一股经直通通道被抽吸的空气流；该板构件包括一邻近热交换器模件的板部，该板部包括以壁围成的直通通道，并泵、第二电马达和控制器均装于所述板部上。
本发明也提出一种将内燃机和该发动机的冷却系统装配的方法，包括：首先，将下列模件组装在一起构成一个总冷却组件，它限定一条通过该组件的空气流道：1)一热交换器模件，用以将热量自流体传输给正进入所述空气流道的空气，包括前、后面，空气经这些前、后面，按热交换关系，能通过所述热交换器模件，以便自流经所述热交换器模件的流体吸收热量，从而形成一股空气流；2)一冷却风扇模件，它配置在所述热交换器模件的邻近，包括一风扇/电马达组合件，用以自所述前面穿过所述热交换器模件将空气抽吸到热交换器模件的后面，以形成所述空气流；3)一泵/电马达组合体；4)一条流体导管，用以使热交换器模件和泵构成流体连通；5)一控制器，用以控制各电马达的转动，以及然后通过下列步骤，按操作开系将所述总冷却模件与内燃机连接：1)装配一条第二流体导管，使热交换器模件和发动机冷却液通道系统成流体通道；2)装配一条第三流体导管，使泵和发动机的冷却液通道系统成流体连通。
本发明还提出在一机动车冷却组件中，使用于发动机的总冷却组件的功率消耗最少的操作方法，包括根据发动机的冷却需要，使用控制模件来控制第一和第二电马达。
简言之，当应用于发动机冷却系统时，所述组件包括一个由几个分散模件组成的组件：即一个冷却风扇模件，一个电动冷却液泵模件，一个电子系统控制模件和热交换器模件。冷却风扇模件配置在热交换器模件的下游，并包括一个电马达驱动风扇，用以抽吸周围空气，使其横穿热交换器模件，这样能将热量自热交换器模件连续地传输到空气流，从而形成气流。电动冷却液泵模件包括一电马达驱动冷却液泵，用以将冷却液泵经发动机冷却液通道的整个冷却组件。电子系统控制模件包括一个电路，它接收各种输入并处理这些输入以控制冷却液泵和风扇的两电马达的运转。热交换器模件包括一水箱。当车辆具有供乘客坐舱降温的空调系统时，它还包括一空调冷凝器，与水箱串联；当车辆发动机为透平增压时，该热交换器还包括一充量空气冷却器。作为选择的方案，可在热交换器模件的上游配置一辅助冷却风扇模件，以便模跨热交换器模件的上游而建立主压力。
本发明的另一优点，当应用于内燃机时，省去了装于发动机的冷却液泵，它本来是由发动机曲轴直接驱动的，通常借助于皮带和皮带轮。这可缩小发动机包装外壳的容积，这对于封装在新机动车结构内的发动机舱来说，可能是一个重要的因素。省去皮带和皮带轮减少了发动机部件数量，同时消除了由皮带在冷却液泵轴承上的边向负荷引起的磨损问题。由于直接受发动机驱动的装于发动机的冷却液泵使泵送的冷却液流量率与发动机转速(即发动机每分钟转数)有着内在的联系，因此，当冷却液流量率不是必须高到由发动机转速强迫达到的流量率时，这种泵有时可能浪费发动机功率和/或使泵产生穴蚀。
本发明的再一个优点是省去了用以抽吸空气使其横穿水箱的装于发动机的风扇。这同样缩小了发动机包装的外壳，并无需某些装于发动机的部件。由于受发动机直接驱动的风扇自发动机上吸收功率，因为，当存在横穿水箱的冲压空气流时，这种风扇有时可浪费发动机功率。
通过阅读随后的伴有附图的说明书和权利要求书，本发明的其余的优点、益处、特点和实用性便会被公开和/或领会。这些附图公开了本发明的一个现时最佳的实施例，它相应于为实施本发明现时所考虑的最佳模式。
附图简述
图1是体现本发明原理的整个冷却系统的第一示范实施例的分解透视图；
图2是体现本发明原理的整个冷却系统的第二示范实施例的分解透视图。
优先实施例描述
图1表示一个示范性的内燃机的整体冷却系统10，该发动机被简明表示，并以字母E标记。在该分解的透视图中，从上左后方开始，冷却组件10被表明包括一冷却风扇模件12，一电动冷却液泵模件14，一电子系统控制模件16和一热交换器模件18。在工作组合中，例如在装有发动机E的机动车辆的前发动机舱的前部位中，这4个模件12、14、16和18由适当的连接件，诸如一些紧固件，被连接在一起成为组件，构成整个冷却组件。
热交换器模件18包括一水箱19和一空调冷凝器21，它们成串联配置。水箱是普通的，包括左、右侧集水管槽20K、20L和一个配置在两侧集水管槽之间的芯部22。在侧集水管槽20K是进水槽，它包括一个靠近其上端的向后突出的进水管24，而左侧集水管槽20L是出水槽，它包括一个靠近其下端的向后突出的出水管26。一过滤器颈部28配置在槽20L的顶壁，由一个可取下的水箱盖(未示)封闭在该工作系统中。
冷却风扇模件12包括板构件30，并垂直和水平的宽度大致相当于热交换器模件18的相应垂直和水平宽度。所示的板构件基本上是一种具有垂直和水平宽度的带壁的板。电动冷却液泵模件14和电子系统控制模件16两者可拆卸地牢固地安装在板构件30上，在该示范性的实施例中，靠近其左垂直边缘。电动冷却液泵模件14包括一冷却液泵32和一转动泵32的电马达34。冷却风扇模件12包括一风扇36和一转动风扇36电马达38。冷却液泵32包括一进水管42和一出水管44。进水管42经一连接管，即连接件45，与水箱出水口26成液体连通。转动泵32的内部泵压机构的泵轴经一适当的连接器与马达34的一根轴相连接。
风扇36包括一中心轮毂，它经一适当的连接器与马达38的根轴相连接，因此，风扇的旋转轴线与马达轴线重合。风扇36被同心配置在板构件30的带有围绕的圆周壁的通孔46内。撑条48的配置自通孔46的壁延伸到中心马达座50，马达38的本体以这样方式安装在马达座上，使马达轴向前伸出马达本体，与开孔46同心，以便和风扇36同心连接。该实施描述一轴流风扇。
在装备乘客坐舱空气系统的车辆中，空调冷凝器21与水箱12成串联配置，通常处在水箱19的前方。水箱19的冷凝器21分别是相应系统的热交换器，分别是相应系统中的一个部件，用于将热量排到周围空气。在发动机冷却系统情况下的发动机冷却液和在空调系统情况下的致冷剂，流经其相应热交换器内的通道，而周围空气沿图1中箭头A的方向，自热交换器模件18的前面，横越这些通道流到后面，连续通过冷凝器和水箱。跨越该热交换器模件的周围空气流形成一股气流，这种流动既可用马达38转动风扇36以抽吸空气使其横穿热交换器来产生，也可在车辆前进运动时由冲压空气效应来产生，或者由两者共同产生。
电子系统控制模件16自车辆电力系统上接收电功率，并还从各种信号源接收各种信号。模件16包括电子控制电路，后者根据这些信号起作用，以控制电马达34、38的转动，从而控制冷却液泵32和风扇36的转动。这些信号源的例子包括设置在相应的冷却和空调系统内各预定位置上的温度和/或压力传感器和/或来自发动机控制计算机的数据，和/或在车辆电气系统的电子数据总线上的数据。模件16的电子控制电路处理来自各种信息源的这些信号和/或数据，以转动泵和风扇，在发动机冷却系统的情况下，将冷却液的温度，而在空调系统的情况下，将致冷剂的压力分别调节到所希望的温度和压力。
马达34，38通常为直流马达，以便和机动车的一般直流电气系统相兼容。流到各马达的电流由相应的固态或机电开关控制，这些开关由模件16操作，并可处在那个模件的内部。图1表示出自模件16通至相应电马达34，38的导线54，56。
构成该示范性实施例的这些模件构成一个组件，通过将它“降落”到车辆发动机舱内，并将其固定就位来安装于车辆中。然后进行各种连接，诸如自泵出口44和槽进口分别将软管58、60连接到发动机E，并将模件16例如经自模件16延伸的电连接器62与车辆电气系统及上述各信号源相连。
图1所示的实施例控制将发动机冷却液自泵出口44经软管58泵入发动机E，冷却液流经发动机冷却液通道以吸收发动机热量。然后经软管60流到水箱19，在那里将热量排出，而后经连接管45返回到泵进口42。板构件30的前面面对水箱19的后面，并最好将其成形为带一周边突缘，好与水箱19的后面匹配，以便以最小的不横穿过热交换器模件18的空气抽吸来形成最大的穿越该热交换器模件的空气抽吸。板构件30除了通孔46外一般是不穿孔的，因此它包括一个壁70，模件14和16安装于其上通孔的一侧。壁70是用来适当安置模件14和16的任一特殊结构的。根据各种设计考虑，该板构件可用各种方法制造。一种方法将适当的塑料通过注模法来制成整块板，其中，用壁围成的通孔46、撑条48和马达座50是整体形成的。另一方法是采用板材模制复合物和工艺。图1实施例还表示壁70包括垂直一排带铰链的门71，它们通常是关闭的，但当冲压空气压力超过某一值时才打开，这样，冲压空气可经这些门流动。这可允许风扇马达的运转间断地进行，以节约能量。
因为模件16是以按冷却需要的转速而不是按发动机转速来转动风扇36和泵32的，因此，发动机功率被更加有效地利用，有助于改善燃料经济性。如前所述，能节省一定量的安装于发动机的部件，也消除了有关磨损问题。在被装配到车辆上之前，可对整个冷却系统进行检验，以确保正确的功能，如前所述，创建这样一个组件便于装入车辆发动机舱，减少了在车辆总装车间的工作量。
图1还表示辅助冷却风扇模件80的一部分，它可配置在热交换器模件18的上游，可任意选择地作为整个冷却组件的一部分，以便跨于热交换器模件的上游面建立主压力。风扇模件12和80两者均表示为轴流式风扇，它们的电马达均处在模件16的控制下。
图2表示二实施例。其中，相应于第一实施例的部件用相同的标号标记。该实施例的不同之处在于其冷却风扇模件12′包括如在共同转让的专利NO.4,979,584中的双函道径流式风扇，而不是如图1中的轴流式风扇。模件12′的板构件30′包括一双函道护罩，具有面对热交换器模件18的两个并排的正面通孔。每个正面通孔配置在热交换器模的大致一半的后面。该护罩的内部被成形为具有两个并排的函道罩空间，各径向风扇叶轮配置在该空间内。图2表示破半的函道罩壁的一部分，以揭示一部分正面通孔88，函道罩空间90以及左函道风扇的径向叶轮36B。该护罩包括一侧向排出口92。右函道风扇也包括一径流式风扇叶轮，处在其函道罩空间内，在其正面开孔的后面，还包括一侧向排出口94，但右函道风扇基本上按左函道风扇的镜影来构造和工作。
护罩30′的后壁包括马达座50A，50B，用以安装各电马达38A、38B，使各马达轴轴向向前对准相应的函道罩空间，在那里装有相应风扇叶轮的轮毂。电子系统控制模件16安装在护罩30′后壁的外部，在两马达的中上部位。导线56A，56B自模件16通至各马达。
电动冷却液泵模件14安装在护罩30′的外部，于侧向排出口92底壁上。导线54自模件16延伸至模件14。
模件12′、14、16和18构成一组件，用“降落”到发动机舱内并固定就位的办法将它安装在车辆中，正如第一实施例的模件12、14、16和18构成一组件被“降落”到合适的位置一样。发动机E和水箱19的连接相同于第一实施例。该双函道风扇实施例的工作方式和第一实施例相同，只是两风扇叶轮按相反方向转动，因此，被抽吸到防罩30′各正面通孔内的气流沿相反自各侧向排出口排出，即排到右侧和左侧。
图2还表示了任选的辅助风扇模件80，它可以是整个冷却组件的一部分。
虽然已图示并叙述了本发明的目前最佳实施例，然而，应当理解其他的构造和实施例可落在下述权利要求书的保护范围内。

Claims (23)

1.一种发动机总冷却组件，包括：
一个热交换器模件；
一个冷却风扇模件，与热交换器模件连接，所述冷却风扇模件具有一个驱动风扇的第一电马达；
一个流体泵，与热交换器成流体连通；
一个转动所述泵的第二电马达；
一个有选择地操作第一和第二电马达的控制器；
其特征在于所述冷却风扇模件包括一个板构件，其上有一个以壁围成的直通通道，所述风扇这样配置在直通通道内，第一电马达转动风扇，产生一股经直通通道被抽吸的空气流；
该板构件包括一邻近热交换器模件的板部，该板部包括以壁围成的直通通道，并
泵、第二电马达和控制器均装于所述板部上。
2.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于所述泵包括一进口和一出口，该流体流道将热交换器模件的一出口联接到的所述泵的进口。
3.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于所述发动机包括一台装在机动车的发动机舱内的内燃机，
其中，所述发动机舱限定了通过所述总冷却组件的空气流道，因而流经热交换器模件的流体将热量传输给流道内的空气。
4.按权利要求3所述的总冷却组件，其特征在于所述内燃机包括一个冷却液体通道系统，一条在所述冷却液通道系统和所述热交换器模件之间提供流体连通的流体通道，并一条在所述泵和所述冷却液通道系统之间提供流体连通的辅助流体通道。
5.按权利要求4所述的总冷却组件，其特征在于所述热交换器模件包括一水箱，经流体通道与发动机和泵成流体连通，并热交换器模件还包括一个与水箱成装配关系配置的热交换器，水箱和热交换器这样串联配置，使风扇抽吸周围空气，穿过水箱和热交换器。
6.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于控制器根据发动机冷却要求有选择地控制第一和第二电马达。
7.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于控制器有选择地控制第一和第二电马达的转动来调节其功率消耗。
8.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于控制模件有选择地控制第一和第二电马达的转动，同时也调节热交换器、发动机内冷却液和在由所述冷却组件提供的空气流道内流动的空气之间的总对流换热。
9.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于还包括至少一个传感器，它为控制器产生一种指示机动车运转状况的信号，以便在运转中利用第一和第二电马达中的一个。
10.按权利要求9所述的总冷却组件，其特征在于所述信号是指示发动机冷却液温度和压力、车辆空调系统致冷剂温度和压力、发动机控制计算机数据和车辆电子系统数据主线的数据中的至少一种。
11.按权利要求9所述的总冷却组件，其特征在于控制器力图以这样方式来控制第一和第二马达：以最少的功率消耗来达到作为目标的总对流换热。
12.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于所述以壁围成的直通通道包括一个以壁围成的圆形开孔，与风扇的旋转轴心同心，所述板构件包括一个板部，构成安装第一电马达的马达座。
13.按权利要求12所述的总冷却组件，其特征在于所述板部包括一个撑条结构，并所述撑条结构、马达座和板部是一个整体单件结构。
14.按权利要求13所述的总冷却组件，其特征在于所述控制器也配置于板构件上，电线是自控制器分别延伸到第一和第二电马达上。
15.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于所述板构件包括面对所述热交换器模件后面的一板部，所述板部包含一个用壁围成的限定所述直通通道的开孔，和将所述泵/马达组合件和所述控制器安装在所述板部上于所述壁孔旁边的装置。
16.按权利要求15所述的总冷却组件，其特征在于该板部还包括一些配置于板部上的带铰链门的装置，与所述壁孔留有间隔。
17.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于该板构件的宽度大致相当于热交换器模件的宽度，并包括一周边突缘，和热交换器模件基本上成密封配合。
18.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于其特征在于所述泵包括一进口和一出口，该流体流道将热交换器模件的一出口联接到所述泵的进口。
19.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于冷却风扇模件包括导管装置，其中，风扇为径流式风扇，配置于所述导管装置内。
20.按权利要求1所述的冷却组件，其特征在于控制器联接第一和第二电马达，有选择地控制其转动，用以调节其功率消耗，同时也调节发动机冷却液、热交换器和空气之间总的对流换热。
21.按权利要求1所述的总冷却组件，其特征在于还包括至少一个传感器，用以产生一种指示机动车运转状况的信号，以便在运转中利用第一和第二电马达中的一个。
22.按权利要求21所述的总冷却组件，其特征在于相应的传感器信号指示发动机冷却液温度和压力、车辆空调系统致冷剂温度和压力、发动机控制计算机数据和车辆电子系统数据主线的数据中的至少一种。
23.按权利要求20～22之一所述的总冷却组件，其特征在于控制器力图以这样方式来控制第一和第二马达：以最少的功率消耗来达到作为目标的总对流换热。
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