CN109667655A - 车用发动机散热风扇及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用发动机散热风扇及控制方法，所述车用发动机散热风扇包括散热风扇皮带轮，电磁离合器，行星齿轮排，电动机和散热风扇；所述发动机与所述散热风扇皮带轮连接；所述电磁离合器为单结合位置式离合器，所述电磁离合器的主动端与所述散热风扇皮带轮相连，所述电磁离合器的被动端与所述行星齿轮排的齿圈相连；所述行星齿轮排的行星轮经所述行星齿轮排的行星架与所述电动机的转子相连；所述电动机的转子为空心轴，其通过轴承套在所述行星齿轮排的太阳轮与所述散热风扇之间的转轴上。本发明解决了传统车用散热风扇在工作过程中无法主动调速且动力源单一等问题。该散热风扇通过灵活的控制策略可实时进行散热风扇动力源的切换及调速。

Description

车用发动机散热风扇及控制方法

技术领域

本发明涉及属于汽车零部件领域，尤其涉及一种基于行星齿轮排的双动力源主动调速车用发动机散热风扇及控制方法。

背景技术

发动机散热风扇，以风扇旋转时吸进空气，使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却，为发动机工作环境提供合理的温度范围，对发动机正常工作起到重要作用，是发动机冷却系统的核心。

目前常见的车用发动机散热风扇通过皮带轮与发动机相关皮带相连，其动力源为发动机，散热风扇的转速与发动机转速成正比关系。由于在车辆行驶过程中发动机转速有较宽的变化范围，散热风扇在工作过程中很难兼顾较宽转速范围的效率，由此导致散热风扇的平均效率较低，发动机油耗增加；同时由于散热风扇工作过程中有较大的转速波动，对其机械部件寿命等影响较大。

散热风扇在工作过程中，通过电磁离合器实现与发动机动力的接通与断开操作实现散热风扇的间歇工作以实现温度控制，此时发动机工作的环境温度呈阶梯状变化，温度控制不够精确，无法主动调节散热风扇的转速。由于常规散热风扇的动力源为发动机，当发动机熄火时，散热风扇失去动力而无法正常工作，在发动机起停功能开启或者停车熄火状态下散热风扇无法继续工作，若此时发动机各部件温度过高而又得不到有效冷却，有可能会损坏发动机。

因而，迫切需要一种既能够使用发动机动力，又能够使用蓄电池电能进行工作，同时可实现独立调速的发动机散热风扇，既提高了散热风扇的效率，又实现发动机温度的精确控制，同时保证了在发动机熄火状态后某一段时间内散热风扇继续工作，实现整车燃油经济性及安全性的提升。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种车用发动机散热风扇及控制方法，来解决传统车用散热风扇在工作过程中无法主动调速且动力源单一等问题。该散热风扇通过灵活的控制策略可实时进行散热风扇动力源的切换及调速。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种车用发动机散热风扇，其包括散热风扇皮带轮，电磁离合器，行星齿轮排，电动机和散热风扇；

所述发动机的发动机皮带轮通过所述发动机皮带与所述散热风扇皮带轮连接；

所述电磁离合器为单结合位置式离合器，所述电磁离合器的主动端与所述散热风扇皮带轮相连，所述电磁离合器的被动端与所述行星齿轮排的齿圈相连；

所述行星齿轮排的行星轮经所述行星齿轮排的行星架与所述电动机的转子相连；

所述电动机的转子为空心轴，其通过轴承套在所述行星齿轮排的太阳轮与所述散热风扇之间的转轴上。

可选的，所述车用发动机散热风扇还包括控制单元，所述控制单元控制所述电磁离合器的接合与断开，以及控制所述电动机的转子的转速。

可选的，所述控制单元根据空调开关信号、ECU控制信号、空调控制目标温度信号、散热风扇转速信号、驾驶室温度信号、发动机冷却液温度信号、环境温度信号、发动机转速信号、发动机扭矩信号以及油门踏板开度信号控制所述电磁离合器和电动机。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种车用发动机散热风扇，其包括散热风扇皮带轮，电磁离合器，行星齿轮排，电动机和散热风扇；

所述发动机的发动机皮带轮通过所述发动机皮带与所述散热风扇皮带轮连接；

所述电磁离合器为双结合位置式离合器，所述双结合位置式离合器的被动端与所述行星齿轮排的齿圈相连，所述双结合位置式离合器的前端主动端与所述散热风扇皮带轮相连，所述双结合位置式离合器的后端主动端固定于固定部件上；

所述行星齿轮排的行星轮经所述行星齿轮排的行星架与所述电动机的转子相连；

所述电动机的转子为空心轴，其通过轴承套在所述行星齿轮排的太阳轮与所述散热风扇之间的转轴上。

可选的，所述车用发动机散热风扇还包括控制单元，所述控制单元控制所述电磁离合器的接合与断开，以及控制所述电动机的转子的转速。

可选的，所述控制单元根据空调开关信号、ECU控制信号、空调控制目标温度信号、散热风扇转速信号、驾驶室温度信号、发动机冷却液温度信号、环境温度信号、发动机转速信号、发动机扭矩信号以及油门踏板开度信号控制所述电磁离合器和电动机。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种车用发动机散热风扇的控制方法，所述车用发动机散热风扇是上述的车用发动机散热风扇，其包括：

所述控制单元上电后开始自检，检测发动机冷却液温度是否超过安全上限值；

当检测到发动机冷却液温度在安全范围内时，所述控制单元控制所述电磁离合器分离，控制所述电动机的转子为自由状态；

当检测到发动机冷却液温度超过安全上限值时，判断发动机是否处于工作状态：

当所述发动机处于停机状态时，所述控制单元控制所述电磁离合器结合，控制所述电动机的转子旋转；此时所述行星齿轮排的齿圈经所述电磁离合器、所述散热风扇皮带轮、所述发动机皮带与所述发动机皮带轮连接，所述散热风扇的转速与所述电动机的转子的转速相同，所述控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号和空调控制目标温度信号控制所述电动机的转子的转速，所述控制单元实时监测发动机冷却液温度信号，当发动机冷却液温度达到安全范围时，所述控制单元控制所述电磁离合器断开，控制所述电动机的转子为自由状态，散热风扇停止工作；

当所述发动机处于工作状态时，所述控制单元控制所述电磁离合器结合，控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、蓄电池电压信号和空调控制目标温度信号计算所述散热风扇的目标转速，并控制电动机的转子的转速，使得所述散热风扇的转速达到目标转速。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种车用发动机散热风扇的控制方法，所述车用发动机散热风扇是上述的车用发动机散热风扇，其包括：

所述控制单元上电后开始自检，检测发动机冷却液温度是否超过安全上限值；

当所述控制单元检测到发动机冷却液温度在安全范围内时，控制所述电磁离合器处于后结合位置，控制所述电动机的转子为自由状态；

当检测到发动机冷却液温度超过安全上限值时，判断发动机是否处于工作状态：

当所述发动机处于停机状态时，所述控制单元控制所述电磁离合器后结合位置，控制所述电动机的转子旋转；此时所述行星齿轮排的齿圈转速为零，所述散热风扇的转速与所述电动机的转子的转速相同；所述控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号和空调控制目标温度信号控制所述电动机的转子的转速；所述控制单元实时监测发动机冷却液温度信号，当发动机冷却液温度达到安全范围时，所述控制单元控制所述电磁离合器断开，控制所述电动机的转子为自由状态，散热风扇停止工作；

当所述发动机处于工作状态时，根据发动机转速、发动机扭矩、油门踏板开度等信息判断发动机的负荷状态；当发动机负荷较高时，所述控制单元控制所述电磁离合器后位置结合，控制所述电动机的转子进行转速调节；当发动机负荷较低时，所述控制单元控制所述电磁离合器前位置结合，控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、蓄电池电压信号和空调控制目标温度信号计算所述散热风扇的目标转速，并控制电动机的转子的转速，使得所述散热风扇的转速达到目标转速。

本发明具有如下有益效果：

1、使用该散热风扇，在车辆发动机工作状态下，开启散热风扇后，通过所述行星齿轮排及所述电动机的调速控制实现发动机转速与散热风扇转速的解耦，散热风扇的转速可根据发动机适宜工作温度需求实时调节；

2、散热风扇的转速不再跟随发动机快速变化，减少散热风扇因为转速频繁变化而造成的磨损，提高散热风扇寿命；

3、使用该散热风扇，在车辆发动机熄火状态后。若发动机部件温度较高，该散热风扇会继续工作，直到达到设定安全值；

4、散热风扇通过主动调速进行温度的调节，避免常规系统机构通过电磁离合器离合操作造成发动机环境温度的频繁波动，同时散热风扇主动转速调节可实现整车的节能；

5、该散热风扇具有结构紧凑，可在原车散热风扇位置处进行布置，降低了车辆适配难度，提高通用性。

附图说明

图1是本发明所述的车用发动机散热风扇的结构示意图(单结合位置式电磁离合器)；

图2是本发明所述的车用发动机散热风扇的结构示意图(双结合位置式电磁离合器)；

图3是本发明所述的车用发动机散热风扇的控制方法的流程图(单结合位置式电磁离合器)；

图4是本发明所述的车用发动机散热风扇的控制方法的流程图(双结合位置式电磁离合器)；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种车用发动机散热风扇；包括：散热风扇皮带轮，电磁离合器，行星齿轮排，电动机，散热风扇和控制单元。

所述发动机201的发动机皮带轮202通过所述发动机皮带203与所述散热风扇皮带轮204连接，此时所述发动机201的转速与所述散热风扇皮带轮204的转速成正比。

所述电磁离合器205为单结合位置式离合器(用于发动机起动阻力较大，散热风扇工作扭矩较小的车型)，所述电磁离合器205的主动端与所述散热风扇皮带轮204相连，所述电磁离合器205的被动端与所述行星齿轮排的齿圈206相连，当所述电磁离合器205结合时，所述行星齿轮排的齿圈206转速与所述散热风扇皮带轮204转速相同；即，所述散热风扇皮带轮204通过电磁离合器连接于所述行星齿轮排的齿圈。

所述行星齿轮排的行星轮207经所述行星齿轮排的行星架209与所述电动机的转子211相连，所述电动机的转子211为空心轴，其通过轴承套在所述行星齿轮排的太阳轮208与所述散热风扇212之间的转轴上，所述行星齿轮排的行星架209转速与所述电动机的转子211的转速相同；即，所述行星齿轮排的太阳轮的转轴穿过所述电动机的转子，与所述散热风扇的输入端传动连接。

所述电动机的定子210固定于固定部件，例如与相关壳体连接，其相对壳体保持固定。

所述控制单元213接收并处理驾驶室内空调控制面板、ECU控制信号、相关温度传感器、发动机等部件传输的相关信号，该信号包括但不局限于空调开关信号、ECU控制信号、空调控制目标温度信号、散热风扇转速信号、驾驶室温度信号、发动机冷却液温度信号、环境温度信号、发动机转速信号、发动机扭矩信号、油门踏板开度信号等，控制所述电磁离合器205的接合与断开，控制所述电动机的转子211的转速实现散热风扇工作状态的控制。

所述电磁离合器可以为双结合位置式离合器(用于发动机起动阻力较小，散热风扇工作扭矩较大的车型)，其被动端与所述行星齿轮排的齿圈206相连，前端主动端与所述散热风扇皮带轮204相连，后端主动端与固定部件(例如相关壳体)固定，当所述电磁离合器205处于前端结合位置时，所述行星齿轮排的齿圈206经其与所述散热风扇皮带轮204同转速转动，当所述电磁离合器205处于后端接合位置时，所述行星齿轮排的齿圈206处于零转速锁止状态。

即所述离合器位于前结合位置时，所述皮带轮上的主动端与所述电磁离合器的从动端结合，此时当发动机运行时，所述行星齿轮排的齿圈转速与发动机转速成正比，当所述电磁离合器位于后结合位置时，其从动端与固定在机体上的固定主动盘结合，所述行星齿轮排的齿圈处于锁止状态。

实施例2

本实施例提供了一种车用发动机散热风扇的控制方法，所述车用发动机散热风扇可以采用实施例1中所述的车用发动机散热风扇，并且：

当所述电磁离合器为单结合位置式离合器时：

所述控制方法包括：

所述控制单元213上电后开始自检，检测来自发动机冷却液温度是否超过安全上限值；

当检测到发动机冷却液温度在安全范围内时，所述控制单元213控制所述电磁离合器206分离，控制所述电动机的转子211为自由状态，此时所述散热风扇212无动力输入，所述散热风扇212停止工作；

当检测到发动机冷却液温度超过安全上限值时，判断发动机是否处于工作状态：

当所述发动机201处于停机状态时，所述控制单元213控制所述电磁离合器205(单结合位置式离合器)结合，控制所述电动机的转子211旋转；此时所述行星齿轮排的齿圈206经所述电磁离合器205、所述散热风扇皮带轮204、所述发动机皮带203与所述发动机皮带轮202连接，由于等效到所述行星齿轮排的齿圈206上的所述发动机201的起动阻力远大于使所述散热风扇212工作时等效到所述行星齿轮排的齿圈206上的锁止转矩，所述行星齿轮排的齿圈206与所述发动机201转速均为0，此时所述散热风扇212的转速与所述电动机的转子211的转速相同，所述控制单元213根据包括但不局限于环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、空调控制目标温度信号等进行所述电动机的转子211的转速的调节，从而进行散热风扇对发动机冷却液温度的调节，所述控制单元213实时监测发动机冷却液温度信号，当发动机冷却液温度达到安全范围时，所述控制单元213控制所述电磁离合器205断开，控制所述电动机的转子211为自由状态，散热风扇停止工作。

当所述发动机201处于工作状态时，所述控制单元213控制所述电磁离合器205(单结合位置式离合器)结合，此时所述行星齿轮排的齿圈206的转速与所述发动机201的转速成正比，比值为所述发动机皮带轮202与所述散热风扇皮带轮204的直径比，控制单元213根据包括但不局限于环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、蓄电池电压信号、空调控制目标温度信号等进行所述散热风扇212目标转速计算，即进行所述行星齿轮排的太阳轮208的转速计算，根据行星齿轮机构一般运动规律特性方程：

n₁+kn₂-(1+k)n₃＝0

其中：n₁——太阳轮转速；

n₂——齿圈转速；

n₃——行星架转速；

k——齿圈与太阳轮齿数比

已知所述行星齿轮排的齿圈206的转速，通过调节所述电动机的转子211的转速即所述行星齿轮排的行星架209的转速，获取所述行星齿轮排的太阳轮208的目标控制转速，从而实现散热风扇对发动机冷却液温度的调节。

当所述电磁离合器为双结合位置式离合器时：

所述控制方法包括：

所述控制单元213上电后开始自检，检测来自发动机冷却液温度是否超过安全上限值；

当所述控制单元213检测到发动机冷却液温度在安全范围内时，控制所述电磁离合器205处于后结合位置，控制所述电动机的转子211为自由状态，此时所述散热风扇212无动力输入，所述散热风扇212停止工作；

当检测到发动机冷却液温度超过安全上限值时，判断发动机是否处于工作状态：

当所述发动机201处于停机状态时，所述控制单元213控制所述电磁离合器205后结合位置，控制所述电动机的转子211旋转；此时所述行星齿轮排的齿圈206转速均为零，所述散热风扇212的转速与所述电动机的转子211的转速相同；所述控制单元213根据包括但不局限于环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、空调控制目标温度信号等进行所述电动机的转子211的转速的调节，从而进行散热风扇对发动机冷却液温度的调节，所述控制单元213实时监测发动机冷却液温度信号，当发动机冷却液温度达到安全范围时，所述控制单元213控制所述电磁离合器205断开，控制所述电动机的转子211为自由状态，散热风扇停止工作。

当所述发动机201处于工作状态时，根据发动机转速、发动机扭矩、油门踏板开度等信息判断发动机的负荷状态；当发动机负荷较高时，散热风扇切换到纯电驱动模式下，此时所述控制单元213控制所述电磁离合器205后位置结合，控制所述电动机的转子211进行转速调节；当发动机负荷较低时，散热风扇为混合驱动模式，此时所述控制单元213控制所述电磁离合器205前位置结合，同实施例一，控制单元213根据包括但不局限于环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、蓄电池电压信号、空调控制目标温度信号等进行所述散热风扇212目标转速计算，即进行所述行星齿轮排的太阳轮208的转速计算，根据行星齿轮机构一般运动规律特性方程：

n₁+kn₂-(1+k)n₃＝0

其中：n₁——太阳轮转速；

n₂——齿圈转速；

n₃——行星架转速；

k——齿圈与太阳轮齿数比

已知所述行星齿轮排的齿圈206的转速，通过调节所述电动机的转子211的转速即所述行星齿轮排的行星架209的转速，获取所述行星齿轮排的太阳轮208的目标控制转速，从而实现散热风扇对发动机冷却液温度的调节。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种车用发动机散热风扇，其特征在于，包括散热风扇皮带轮，电磁离合器，行星齿轮排，电动机和散热风扇；

所述发动机的发动机皮带轮通过所述发动机皮带与所述散热风扇皮带轮连接；

所述电磁离合器为单结合位置式离合器，所述电磁离合器的主动端与所述散热风扇皮带轮相连，所述电磁离合器的被动端与所述行星齿轮排的齿圈相连；

所述行星齿轮排的行星轮经所述行星齿轮排的行星架与所述电动机的转子相连；

所述电动机的转子为空心轴，其通过轴承套在所述行星齿轮排的太阳轮与所述散热风扇之间的转轴上。

2.根据权利要求1所述的车用发动机散热风扇，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元控制所述电磁离合器的接合与断开，以及控制所述电动机的转子的转速。

3.根据权利要求2所述的车用发动机散热风扇，其特征在于，所述控制单元根据空调开关信号、ECU控制信号、空调控制目标温度信号、散热风扇转速信号、驾驶室温度信号、发动机冷却液温度信号、环境温度信号、发动机转速信号、发动机扭矩信号以及油门踏板开度信号控制所述电磁离合器和电动机。

4.一种车用发动机散热风扇，其特征在于，包括散热风扇皮带轮，电磁离合器，行星齿轮排，电动机和散热风扇；

所述发动机的发动机皮带轮通过所述发动机皮带与所述散热风扇皮带轮连接；

所述电磁离合器为双结合位置式离合器，所述双结合位置式离合器的被动端与所述行星齿轮排的齿圈相连，所述双结合位置式离合器的前端主动端与所述散热风扇皮带轮相连，所述双结合位置式离合器的后端主动端固定于固定部件上；

所述行星齿轮排的行星轮经所述行星齿轮排的行星架与所述电动机的转子相连；

所述电动机的转子为空心轴，其通过轴承套在所述行星齿轮排的太阳轮与所述散热风扇之间的转轴上。

5.根据权利要求4所述的车用发动机散热风扇，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元控制所述电磁离合器的接合与断开，以及控制所述电动机的转子的转速。

6.根据权利要求5所述的车用发动机散热风扇，其特征在于，所述控制单元根据空调开关信号、ECU控制信号、空调控制目标温度信号、散热风扇转速信号、驾驶室温度信号、发动机冷却液温度信号、环境温度信号、发动机转速信号、发动机扭矩信号以及油门踏板开度信号控制所述电磁离合器和电动机。

7.一种车用发动机散热风扇的控制方法，所述车用发动机散热风扇是权利要求2所述的车用发动机散热风扇，其特征在于，包括：

所述控制单元上电后开始自检，检测发动机冷却液温度是否超过安全上限值；

当检测到发动机冷却液温度在安全范围内时，所述控制单元控制所述电磁离合器分离，控制所述电动机的转子为自由状态；

当检测到发动机冷却液温度超过安全上限值时，判断发动机是否处于工作状态：

当所述发动机处于停机状态时，所述控制单元控制所述电磁离合器结合，控制所述电动机的转子旋转；此时所述行星齿轮排的齿圈经所述电磁离合器、所述散热风扇皮带轮、所述发动机皮带与所述发动机皮带轮连接，所述散热风扇的转速与所述电动机的转子的转速相同，所述控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号和空调控制目标温度信号控制所述电动机的转子的转速，所述控制单元实时监测发动机冷却液温度信号，当发动机冷却液温度达到安全范围时，所述控制单元控制所述电磁离合器断开，控制所述电动机的转子为自由状态，散热风扇停止工作；

当所述发动机处于工作状态时，所述控制单元控制所述电磁离合器结合，控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、蓄电池电压信号和空调控制目标温度信号计算所述散热风扇的目标转速，并控制电动机的转子的转速，使得所述散热风扇的转速达到目标转速。

8.一种车用发动机散热风扇的控制方法，所述车用发动机散热风扇是权利要求5所述的车用发动机散热风扇，其特征在于，包括：

所述控制单元上电后开始自检，检测发动机冷却液温度是否超过安全上限值；

当所述控制单元检测到发动机冷却液温度在安全范围内时，控制所述电磁离合器处于后结合位置，控制所述电动机的转子为自由状态；

当检测到发动机冷却液温度超过安全上限值时，判断发动机是否处于工作状态：

当所述发动机处于停机状态时，所述控制单元控制所述电磁离合器后结合位置，控制所述电动机的转子旋转；此时所述行星齿轮排的齿圈转速为零，所述散热风扇的转速与所述电动机的转子的转速相同；所述控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号和空调控制目标温度信号控制所述电动机的转子的转速；所述控制单元实时监测发动机冷却液温度信号，当发动机冷却液温度达到安全范围时，所述控制单元控制所述电磁离合器断开，控制所述电动机的转子为自由状态，散热风扇停止工作；

当所述发动机处于工作状态时，根据发动机转速、发动机扭矩、油门踏板开度等信息判断发动机的负荷状态；当发动机负荷较高时，所述控制单元控制所述电磁离合器后位置结合，控制所述电动机的转子进行转速调节；当发动机负荷较低时，所述控制单元控制所述电磁离合器前位置结合，控制单元根据环境温度信号、散热风扇转速信号、发动机冷却液温度信号、蓄电池电压信号和空调控制目标温度信号计算所述散热风扇的目标转速，并控制电动机的转子的转速，使得所述散热风扇的转速达到目标转速。