CN113202882A - 散热型硅油离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热型硅油离合器，该硅油离合器包括前盖、后盖、主动盘、法兰轴和电控螺线管，法兰轴上设有辅助风扇，所述电控螺线管设置在辅助风扇和后盖之间。本发明的前盖和后盖均采用半固态压铸成型，前盖和后盖内部不会产生气孔，提升了硅油离合器前盖和后盖的整体强度；同时压铸过程中金属液体在模腔内的流动性能得到提升，成型过程更加灵活和精细。翅片采用多段式结构设计，相比传统翅片而言，既节约材料，降低成本；又减轻硅油离合器整体重量，降低发动机的负载；同时增加翅片的间距，加快空气在离合器表面的流动，提升了散热性能；在法兰轴上安装辅助风扇，用于后盖以及螺线管散热，大大降低硅油离合器高温失效的可能性。

Description

散热型硅油离合器

技术领域

本发明涉及一种电控硅油风扇，具体涉及一种散热型硅油离合器。

背景技术

商用车平台上的发动机冷却系统散热主要是通过各种冷却风扇来完成，冷却风扇从早期无法调速的直连风扇，升级到有限转速挡可调的电磁风扇，再到无极变速的硅油风扇，冷却风扇不断向着调速越来越准确，响应时间越来越短来发展。目前市场上的硅油风扇，包括温控和电控硅油风扇，其中电控硅油风扇因精确控制，快速响应而成为主流商用车平台的选择。

随着国Ⅵ排放的引入，各大商用车及发动机公司对于发动机冷却系统提出了更高要求：有限的舱体布置空间、更大散热量、更高散热效率以及更低的噪音，而作为电控硅油风扇的核心部件——电控硅油离合器而言需要，扭矩更大，散热更好以及可靠性更强的离合器。

由于风扇与离合器进行匹配后安装在发动机曲轴或者风扇托架上，当风扇旋转后，离合器输出的扭矩动能无法全部转化为风扇运转的消耗，势必会额外产生滑差热能量，这部分能量如果无法及时释放，就会额外提升离合器温度。离合器温度升高会导致以下问题：首先高温会导致离合器内部硅油逐步变质，硅油性能衰减，离合器扭矩转换为风扇动能的效率变低，从而产生更多滑差热能量，形成恶性循环；其次高温也传导到离合器内部轴承、密封圈等关键零部件上，造成高温失效，降低了硅油离合器的可靠性；再次高温也会传导到电控部件——电控螺线管上，造成螺线管寿命降低甚至损坏。

目前硅油离合器主要通过离合器外壳上布置的翅片来消散滑差热能量，外壳采用的是液态成型工艺，外壳中的前、后盖是通过铝合金液态压铸后，再通过机加成型。由于液态压铸工艺的限制，前、后盖表面散热翅片的密集程度以及翅片的高度均受限，无法满足大扭矩离合器散热的需求，大扭矩(≥300N.M)离合器的开发工作一直进展缓慢。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种散热型硅油离合器，可以有效避免硅油离合器高温，大大降低硅油离合器高温失效的可能性。

本发明采用的技术方案是：一种散热型硅油离合器，包括前盖、后盖、主动盘、法兰轴和电控螺线管，所述主动盘设置在前盖和后盖之间，三者装配在一起；所述法兰轴一端与发动机主轴固定连接，另一端穿过后盖与主动盘固定连接，同步旋转；所述后盖与硅油风扇扇叶固定连接；所述电控螺线管套设在法兰轴上，所述电控螺线管的轴承内圈随法兰轴旋转，其余部分通过线束与发动机支架固定连接；其特征在于：所述法兰轴上设有辅助风扇，所述电控螺线管设置在辅助风扇和后盖之间。

作为优选，所述辅助风扇过盈配合安装到法兰轴上。

进一步的，所述辅助风扇采用吹风式结构。

作为优选，所述前盖采用半固态压铸成型。

进一步的，所述前盖上均布有与翅片，每片所述翅片均沿叶片方向断开，设有翅片间隙。

更进一步的，所述后盖采用半固态压铸成型。

更进一步的，所述后盖上均布有与翅片，每片所述翅片均沿叶片方向断开，设有翅片间隙。

更进一步的，所述前盖和后盖上的翅片均采用直线型结构。

更进一步的，所述辅助风扇采用曲面叶轮或平面叶轮。

本发明取得的有益效果是：

1、传统硅油离合器前盖和后盖采用液态压铸，液态压铸过程中会混入空气，进而导致压铸件内部易产生气孔和缩孔；本发明的前盖和后盖均采用半固态压铸成型，前盖和后盖内部不会产生气孔，提升了硅油离合器前盖和后盖的整体强度，同时免除铸件的气孔检测成本；

2、本发明的前盖和后盖均采用半固态压铸成型，成型过程中对模具的热冲击小，提高模具使用寿命；

3、本发明的前盖和后盖均采用半固态压铸成型，压铸过程中金属液体在模腔内的流动性能得到提升，前盖和后盖成型过程更加灵活和精细，例如：使压铸出来的散热翅片面积更小，可在有限的前盖和后盖范围内，布置更多翅片，同时散热翅片的高度也可以拔高，散热翅片与空间接触面积加大，加强散热能力；

4、本发明的前盖和后盖均采用半固态压铸成型，每个翅片尾部可以精细化处理，例如：翅片尾部加入圆柱凸起部分，一方面可以防止翅片刮手，保障装配人员的安全；另一方面可提高单个翅片的金属强度；

5、本发明的前盖和后盖上的翅片均采用多段式结构设计(即：翅片沿叶片方向断开，设有间隙)，相比传统翅片而言，既节约了制作原材料，降低了产品成本；又减轻了硅油离合器整体重量，降低了发动机的负载；同时增加了翅片的间距，加快空气在离合器表面的流动，提升了散热性能；

6、本发明的前盖和后盖上的翅片均采用直线形设计，相比于传统曲面设计，简化了压铸模具制作的难度，降低了模具的成本；

7、本发明在法兰轴上安装辅助散热叶轮，可直接借用发动机主轴传递的扭矩，不需要额外动力源，同时辅助风扇采用平面设计，其结构简单，气流导向性好，并可通过调整叶倾角，改变风量大小，适用于多类型电控离合器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为传统离合器前盖的结构示意图；

图3为本发明离合器前盖的结构示意图；

图4为传统离合器翅片结构示意图；

图5为本发明离合器翅片结构示意图；

图6为平面叶轮结构的辅助风扇；

图7为曲面叶轮结构的辅助风扇；

附图标记：1.1、前盖；1.2、后盖；1.3、主动盘；1.4、法兰轴；1.5、电控螺线管；1.6、辅助风扇；3.1、翅片；3.2、圆柱凸起结构；3.3、翅片间隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

本发明的一种散热型硅油离合器，适用于各种主流平台的发动机冷却系统，尤其是需要大扭矩输出、高风扇转速的冷却系统。大扭矩输出意味着硅油离合器内部会有更多的硅油通过剪切力来提供扭矩，发热也会更严重，如果散热不及时就会发生硅油离合器内部零件失效；本发明的散热型硅油离合器散热能力优秀，可以有效避免硅油离合器高温，大大降低硅油离合器高温失效的可能性。

如图1所示，本发明的一种散热型硅油离合器，包括前盖1.1、后盖1.2、主动盘1.3、法兰轴1.4和电控螺线管1.5，主动盘1.3设置在前盖1.1和后盖1.2之间，前盖1.1、后盖1.2和主动盘1.3装配在一起，共同组成了硅油离合器的主体，硅油可以在主体内的工作腔与储油腔之间流动，当硅油大部分在工作腔体时，离合器进入啮合高速运行状态，反之如果储油腔内硅油较多，则离合器进入怠速分离的工作状态。当硅油在工作腔内流动时，通过前盖1.1、后盖1.2、主动盘1.3之间的齿槽间隙传递扭矩，并释放出热量，这部分热量是离合器输出扭矩做功不需要的部分，即为滑差热，该滑差热会加速硅油离合器内部硅油变质以及内部轴承、密封圈老化，因此需要通过前盖1.1和后盖1.2表面的翅片3.1将滑差热导出。

法兰轴1.4一端与发动机主轴固定连接，另一端穿过后盖1.2与主动盘1.3固定连接，当发动机主轴带动法兰轴1.4旋转时，主动盘1.2同步旋转，然后通过前盖1.1和后盖1.2表面的翅片3.1之间的齿槽间隙，带动前盖1.1和后盖1.2旋转，并带动硅油风扇的扇叶运动，对发动机冷却系统进行散热。

后盖1.2与硅油风扇扇叶固定连接；电控螺线管1.5套设在法兰轴1.4上，电控螺线管1.5的轴承内圈随法兰轴1.4旋转，其余部分通过线束与发动机支架固定连接；电控螺线管1.5是电控硅油离合器中唯一的电气部件，一方面负责接收整车ECU系统输入的风扇需求转速，整个硅油离合器将依据需求转速为目标，进行运转；另一方面硅油风扇也通过电控螺线管1.5将风扇的实际转速实时反馈给ECU系统，而ECU系统将依据反馈的转速不断修正输入的需求转速，形成闭环控制。当离合器工作时，滑差热会通过法兰轴1.4传导过来，同时电控螺线管1.5也会因内部线圈通电而产生大量热量，因而电控螺线管1.5的散热需求较高；传统的硅油风扇的电控螺线管1.5没有设置专门渠道进行散热，仅能通过硅油风扇运转时产生的风量来进行散热，一旦硅油风扇进入怠速运行，电控螺线管1.5的温度就会直线上升，目前在电控硅油离合器的售后市场上，电控螺线管1.5高温失效的故障类型屡见不鲜。

本发明通过增加辅助风扇1.6进行吹风散热，主要散热对象为电控螺线管1.5和离合器后盖1.2，辅助风扇1.6设置在法兰轴1.4上，位于电控螺线管1.5后面(即：电控螺线管设置在辅助风扇和后盖之间)，无论硅油离合器本身处于啮合还是分离状态，辅助风扇1.6将一直跟随发动机的主轴旋转，辅助风扇1.6采用吹风式设计，产生的气流将直接导入到电控螺线管1.5及后盖1.2，通过增加对流来实现散热。辅助风扇1.6仅通过发动机主轴的输出即可驱动，辅助风扇1.6本身结构较为简单，其中风扇叶倾角、扇叶数量、外径和投影宽带均可调，可以适配各种发动机冷去平台。

结合图2-3所示，本实施例中，前盖1.1和后盖1.2上均布置了大量翅片用于滑差热的散热，传统硅油风扇的前盖1.1和后盖1.2通过铝合金的液态压铸成型，其翅片布置的密度稀疏，单个翅片高度低；而本发明的前盖1.1和后盖1.2通过半固态压铸成型，其翅片布置密度以及高度均都得到了提升。

结合图4-5所示，传统的基于液态压铸成型的翅片3.1无法制作的较细小而采用一体式结构，翅片间没有间隙，空气只能沿着翅片翅面方向流动，单个翅片的散热量较为有限；依据流体力学原理，为加强空气表面流动性，翅片3.1倾斜向下设计，因此模具设计成本较高；因为液态压铸成型时，铝合金液体会在模具内快速流动，不可避免的在前盖1.1中残留有流动产生的气孔和缩孔。

本发明的基于半固态压铸成型的翅片3.1制作的较为细密并采用了多段式设计，每个翅片3.1之间存在翅片间隙3.3的，一方面空气除了沿着翅片方向流动外，还可以在翅片间隙3.3间流动，空气流动性大大增强；另一方面翅片间隙3.3可降低硅油离合器的重量，实现硅油离合器轻量化的要求，同时节省了制作成本。

本发明的基于半固态压铸成型的前盖1.1和后盖1.4，因为翅片3.1的散热能力已经足够，因而本发明的翅片3.1则可以采用直线型结构，简化了压铸模具的设计，简化工艺，降低了成本。本实施例中，在每个翅片3.1尾部进行精细化处理，加入圆柱凸起结构3.2，一方面可以防止硅油离合器翅片3.1刮手，保障了装配人员的安全；另一方面可提高硅油离合器单个翅片3.1的金属强度。

本发明借助半固态压铸技术，优化了前盖1.1和后盖1.2的设计，加密、加高了单个翅片3.1，同时优化了翅片3.1的结构，加大了翅片3.1间的间隙，加强了离合器的散热能力；同时通过半固态压铸技术制作出来的前盖1.1和后盖1.2内部无气孔，大大加强了离合器零件的强度。

结合图6-7所示，辅助风扇1.6的叶片结构一般有两种主流方式，曲面叶轮(如图7)以及平面叶轮(如图6)，叶轮参数包括：叶轮直径、叶轮厚度和叶倾角。

本实施例中，采用的是平面轮，因为按照风量模拟的结果，平面叶轮的风量比曲面叶轮的风量大；制作平面叶轮不需要额外的冲压过程，也降低了制作工艺的难度。叶轮直径描述的是叶片整体直径，一般直径越大，叶轮风量就大，但叶轮的直径越大，其动不平衡量就越大，转动产生的振动就越大，工作噪音也越大，因此直径的选择需要根据实际离合器的滑差热而定；叶轮宽度的是轴向叶片的厚度，一般厚度越大，风量就越大，但是越大的辅助叶轮重量就越大，不利于轻量化设计，同时越大也意味着制作成本越高；叶倾角描述的是径向与轴向叶片间的夹角，该参数的选择关系到风量效率以及辅助叶轮整体风量的紊流影响，该角度可以通过风量模拟计算得出最优解。

本发明中的辅助叶轮1.6采用普通冲压成型，可采用冷轧钢板冲压，叶轮厚度可根据不同型号的离合器及法兰轴调节厚度，在法兰轴1.4上安装时，需要避免与电控螺线管1.5的干涉。本发明的辅助叶轮1.6的一种优选设计，其由8个叶片组成，每个叶片折弯角度为90°，叶轮厚度为10mm；通过风量模拟仿真对比可知，本发明的平面叶轮与传统的曲面叶轮相比，在相同输入转速2300rpm下两者风量的差异如下表，风量提高10倍左右，可以有效进行散热。

	转速(rpm)	流量(kg/s)
			发明的叶轮	2300	1.13
同类风扇	2300	0.13

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种散热型硅油离合器，包括前盖(1.1)、后盖(1.2)、主动盘(1.3)、法兰轴(1.4)和电控螺线管(1.5)，所述主动盘(1.3)设置在前盖(1.1)和后盖(1.2)之间，三者装配在一起；所述法兰轴(1.4)一端与发动机主轴固定连接，另一端穿过后盖(1.2)与主动盘(1.3)固定连接，同步旋转；所述后盖(1.2)与硅油风扇扇叶固定连接；所述电控螺线管(1.5)套设在法兰轴(1.4)上，所述电控螺线管(1.5)的轴承内圈随法兰轴(1.4)旋转，其余部分通过线束与发动机支架固定连接；其特征在于：所述法兰轴(1.4)上设有辅助风扇(1.6)，所述电控螺线管(1.5)设置在辅助风扇(1.6)和后盖(1.2)之间。

2.根据权利要求1所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述辅助风扇(1.6)过盈配合安装到法兰轴(1.4)上。

3.根据权利要求1或2所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述辅助风扇(1.6)采用吹风式结构。

4.根据权利要求1所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述前盖(1.1)采用半固态压铸成型。

5.根据权利要求4所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述前盖(1.1)上均布有与翅片(3.1)，每片所述翅片(3.1)均沿叶片方向断开，设有翅片间隙(3.3)。

6.根据权利要求5所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述后盖(1.2)采用半固态压铸成型。

7.根据权利要求6所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述后盖(1.2)上均布有与翅片(3.1)，每片所述翅片(3.1)均沿叶片方向断开，设有翅片间隙(3.3)。

8.根据权利要求7所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述前盖(1.1)和后盖(1.2)上的翅片(3.1)均采用直线型结构。

9.根据权利要求7所述的散热型硅油离合器，其特征在于：所述辅助风扇(1.6)采用曲面叶轮或平面叶轮。

Images