CN1807918A - 磁力型风扇离合器的控制方法 - Google Patents

磁力型风扇离合器的控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种磁力型风扇离合器的控制方法，其能够进一步改善发动机性能、燃料燃烧效率、发动机寿命以及车辆加速性能或磁力型风扇离合器的加速性能，还可降低风扇噪音、降低风扇马力损耗、降低噪音并使离合器摩擦片寿命更长。一种磁力型风扇离合器的控制方法，其中磁性联轴节与电磁离合器结合；风扇附接于磁性联轴节一侧；磁性联轴节由电磁离合器进行开关控制；该方法包括基于散热器冷却流体温度、发动机油温、传动系油温、车辆速度、发动机转动速率、加速器(油门)开度、空调压缩机压力与空调开关信号、燃料喷射指示量、离合器致动下限温度及其较低温度和发动机转动速率设定值，开启和关闭该电磁离合器以控制风扇转动。

Description

磁力型风扇离合器的控制方法
技术领域
本发明涉及一种磁力型风扇离合器的控制方法，用于控制主要应用于车辆内燃机的冷却风扇的转动，更特别地，涉及一种磁力型风扇离合器的控制方法，其按照下述方式构造：即，磁性联轴节和电磁离合器彼此一体结合，且磁性联轴节由电磁离合器控制而开启和关闭。
背景技术
作为一种控制应用于车辆内燃机的冷却风扇的转动的磁力型风扇离合器，借助于由车辆发动机产生的驱动扭矩，传送输出驱动扭矩到散热器冷却风扇的粘性流体铰节及其控制方法在JP9-119455A中公开。这种粘性流体铰节采用一种系统，该系统用于当阀门由于双金属片响应于散热器通风温度的变形而开合时来调节供油量并改变风扇转动。为了更详细地进行解释，该系统的一个目的是在车辆停止过程中低空载条件下避免风扇噪音以及滑移热量，并且该系统由下列步骤构成：检测车辆发动机的转动速率、比较其真实测量值与预设极限值、当发动机转动速率低于极限值时检测散热器冷却风扇的转动速率、比较风扇速率与风扇速率的预设极限值、以及当风扇速率高于极限值时调整输入信号从而将阀门元件移动到闭合位置。
然而，在这种粘性流体铰节系统中，阀门由于双金属片响应于散热器通风温度的变形而开合以调节供油量并改变风扇转动，根据上述的粘性流体铰节的控制方法，不可能将决定发动机冷却性能的发动机冷却流体温度作为直接控制目标，因此该系统包括以下缺陷：由于不必要的风扇转动而产生马力损耗，导致较低的燃料燃烧效率，不能保持空调(A/C)冷凝器冷却风扇的良好转动，以及无法降低由于加速期间不必要的风扇转动中的紊乱转动(tangled rotation)而产生的风扇噪音等等。
因此，为了克服依赖上述散热器通风温度的冷却方法的缺陷，本申请提出一种外部控制系统风扇离合器，能够通过外部控制前述风扇离合器(参见US6634476B2、US6811009B2、JP2003-156072A等)，改善发动机性能及燃料燃烧效率、提高空调(A/C)冷凝器的冷却性能、降低由于紊乱转动而产生的风扇噪音。这种外部控制系统风扇离合器以下述方式构造：磁性联轴节和电磁离合器彼此一体结合，风扇附接于磁性联轴节一侧，磁性联轴节由电磁离合器控制从而开启和关闭。特别是，例如，外部控制系统风扇离合器由可转动的电磁离合器和磁性联轴节构成，该电磁离合器包括由驱动轴支承的离合器转子，以及构成与其中与其形成一体的由外表面支承的励磁线圈，和附接于通过轴承装置由驱动轴转动地支承的圆盘上的的衔铁；该磁性联轴节由驱动轴通过轴承装置可转动地支承，并具有一个附接于圆盘的磁滞材料或导体从而面向风扇附接于其外圆周的永磁转子设置并以微小间隙面向永磁体设置，由于永磁体与磁滞材料或导体之间产生的吸引作用，永磁转子和圆盘一体转动或相对转动。磁性联轴节由电磁离合器进行开关控制。
这种构造的磁力型风扇离合器可通过开关控制电磁离合器控制磁性联轴节，也即风扇转动。此外，结合冷却水的温度、油门开度、发动机转动速率、加速器(油门)开度以及空调开关，电磁离合器受到开关控制，从而该磁力型风扇离合器具有卓越的优势，能够以高精度稳定地控制风扇转动。
然而，根据将发动机冷却流体温度用作控制参数的双态控制，当发动机冷却流体温度接近设定阈值时，离合器的开启和关闭频繁发生，并且风扇马力的损耗、噪音以及离合器摩擦片的磨损等也成为问题。例如，考虑到离合器从关闭变为开启时的马力消耗与风扇转动速率之间的关系，暂时性地，在稳定的风扇转动的基础上可以大约多次的产生风扇和风扇离合器的惯性马力(风扇转动加速度的惯性力矩)。
发明内容
本发明的目的是进一步提高发动机性能、燃料燃烧效率、发动机寿命以及车辆加速性能等，并进一步降低本申请前面提出的这种磁力型风扇离合器的噪音；以及提出一种磁力型风扇离合器的控制方法，能够通过控制风扇离合器降低离合器致动频率来降低风扇马力损耗、降低噪音、并使得离合器摩擦片的寿命更长。
根据本发明的磁力型风扇离合器的控制方法是一种磁力型风扇离合器的控制方法，其中磁性联轴节(magnet coupling)与电磁离合器结合；风扇附接于磁性联轴节一侧；磁性联轴节由电磁离合器进行开关控制；该方法包括基于散热器冷却流体温度、发动机油温、传动系油温、车辆速度、发动机转动速率、加速器(油门)开度、空调压缩机压力与空调开关信号、燃料喷射指示量、离合器致动下限温度及其较低温度和发动机转动速率设定值来开启和关闭电磁离合器以控制风扇转动。
此外，根据这种控制方法，该电磁离合器通过开启和关闭而控制风扇转动，散热器冷却流体和/或发动机油的优化温度范围被定义为边界，或者检测出基于车辆加速度的发动机转动加速度或加速器开度加速度；并且当该检测值超过预定值时，电磁离合器关闭从而控制风扇转动，或者当持续开启电磁离合器时，电磁离合器可在重复开启和关闭该离合器之后持续开启。
根据本发明的该方法，在磁力型风扇离合器中，其中磁性联轴节与电磁离合器结合；风扇附接于磁性联轴节一侧；磁性联轴节由电磁离合器进行开关控制；通过控制电磁离合器的开启时长和离合器的连接，采用散热器冷却流体温度、发动机油温、传动系油温、车辆速度、发动机转动速率、加速器(油门)开度、空调压缩机压力与空调开关信号、发动机转动加速度、加速器开度加速度和燃料喷射指示量作为控制参数，可以改善燃料燃烧效率、使得电磁离合器寿命更长、节省电磁离合器的体积(节约重量并降低成本)、改善发动机性能以及车辆的加速性能、使得发动机寿命更长、降低由于紊乱转动产生的风扇噪音、降低风扇噪音、以及清洁排出气体。此外，当车辆在斜坡上仅利用惯性(无需燃料喷射)向下移动时，通过转动风扇同时开启离合器而无需依赖于诸如发动机冷却流体温度等条件，可以将风扇转动马力用作车辆刹车能量。
附图说明
图1为显示根据本发明的一个磁力型风扇离合器实施例的纵向剖面视图；
图2为一个示意图，显示了用于执行图1所述磁力型风扇离合器之控制方法的控制系统的完整结构的一个示例；
图3为一个流程图，显示了由图2所示控制系统来控制磁力型风扇离合器的控制方法的一个实施例；
图4为显示图3所示风扇离合器控制方法的另一实施例的图表；
图5显示了一种根据采用图2所示控制系统控制风扇离合器的示例的，利用发动机转动速率或加速器开度加速度的风扇离合器控制方法；
图6A和6B显示了根据由图2所示控制系统执行的风扇离合器控制示例的，当发动机转动速率(ES)超过发动机转动速率设定值(N)或发动机转动速率(ES)低于发动机转动速率设定值(N)时，风扇离合器的优化控制方法，其中图6A显示了ES＜N的情形而图6B显示了ES＞N的情形；
图7显示了根据由图2所示控制系统执行的风扇离合器控制示例的，采用散热器冷却流体温度(ECT)和发动机转动速率(ES)的离合器开/关控制方法。
具体实施方式
图1为显示根据本发明的一个磁力型风扇离合器实施例的纵向剖面视图；图2为一个示意图，显示了用于执行图1所述磁力型风扇离合器之控制方法的控制系统的完整结构的一个示例；图3为一个流程图，显示了由图2所示控制系统来控制磁力型风扇离合器的控制方法的一个实施例；图4至7显示了这种磁力型风扇离合器的风扇转动控制示例。
图1所示磁力型风扇离合器由与驱动轴11一体设置的电磁离合器12和磁性联轴节13构成。电磁离合器12由驱动轴11的端部一体支承的离合器转子12-1、通过轴承装置15彼此可转动地装配于离合器转子12-1内并通过支架12-3固定于外部的励磁线圈12-2、以及在通过轴承装置15由驱动轴11可转动地支承的圆盘13-3的励磁线圈12-2处可前后移动的衔铁12-4构造而成。衔铁12-4外部配合于驱动轴11且其一端侧通过一端固定于锁紧片12-7的弹簧12-6附接于离合器转子12-1，该锁紧片12-7通过螺钉12-5固定于圆盘13-3。此外，磁性联轴节13以下述方式构造：风扇16附接于永磁转子13-1，该永磁转子通过轴承装置15可转动地支承于驱动轴11相对于电磁离合器12的驱动侧，以微小间隙面向安装在永磁转子13-1上的永磁体13-2设置的导体13-4通过心板13-5附接于圆盘13-3，由于永磁体13-2和导体13-4之间产生的引力作用，圆盘13-3相对于永磁转子13-1一体转动或相对转动。附图标记13-6表示散热片。
在具有图1所示构造的磁力型风扇离合器中，如果电磁离合器12随着驱动轴11的转动而开启，由磁性联轴节13侧面的圆盘13-3所保持的衔铁12-4被位于随驱动轴11一体转动的离合器转子12-1内的励磁线圈12-2吸引而被吸至离合器转子12-1，从而该离合器转子12-1、衔铁12-4和圆盘13-3一体转动。如果该圆盘13-3转动，永磁转子13-1由于安装在该圆盘13-3上的导体13-4和永磁转子13-1的永磁体13-2之间的吸引作用而开始转动，且风扇16开始转动。这时，由于磁性联轴节13变为缓冲启动，电磁离合器12开启时载荷小且风扇噪音可显著降低。此外，如果电磁离合器12关闭，当衔铁12-4由于弹簧12-6的弹簧作用力而从离合器转子12-1上脱离时，圆盘13-3的转动速率大大降低或停止，然后，风扇16的转动速率大大降低或停止。换句话说，通过开启和关闭电磁离合器12可以控制风扇16的转动。
接下来，将基于图2描述作用于磁力型风扇离合器的上述控制系统。
也就是说，在该控制系统中，将散热器21的冷却流体温度、发动机油、传动系油温、发动机油的车辆速度23、和发动机23的转动速率、空调压缩机压力与开关信号、加速器(油门)开度、燃料喷射指示量、离合器致动下限温度、离合器致动上限温度以及空调的发动机转速设定值引入主计算控制器24中；判断散热器冷却流体和发动机油的优化温度范围以及由主计算控制器确定的发动机转动加速度范围；将必要的信号从主计算控制器24传送到继电器箱25内以调节风扇的转动；然后实现开关切换；将电源供给到磁力型风扇离合器22的电磁离合器12；该电磁离合器受控从而开启和关闭；执行散热器冷却流体温度和发动机油温度的优化控制、基于车辆加速度的风扇离合器的优化控制、以及风扇离合器的开关致动控制。在该附图中，附图标记26表示一个电池。
其中，显然磁力型风扇离合器22不仅限于图1所示的离合器。
接着，将基于图3描述根据本发明的图2所示的控制系统的控制方法的一个实施例。
图3描述了一种基于车辆移动时散热器冷却流体温度(发动机冷却流体温度)(ECT)、离合器致动下限温度T1、离合器致动温度T2、离合器致动上限温度T3、发动机转动速率(ES)、发动机转动速率上限设定值(ESmax)发动机转动加速度(ESA)、发动机转动加速度上限设定值(ESAmax)、加速器开度加速度(AcA)、加速器开度加速度上限设定值(AcAmax)、燃料喷射指示量(FJ)、燃料喷射指示量上限设定值(FJmax)、A/C压缩机压力(ACP)、以及A/C压缩机压力上限设定值(ACPmax)的风扇离合器的控制方法。车辆移动时，在ECT、ES、ESA、AcA、FJ和ACP的数据都引入主计算控制器24内的基础上，首先，诸如ECT＞T2且ES＜ESAmax或者ECT＞T3且ES≥ESmax、ECT＞T1、ESA＜ESAmax或者AcA＜AcAmax、FJ＜FJmax或者ACP＜ACPmax、ES≥ESmax的每个条件均满足的情况下，电磁离合器12开启(步进连接)，在上述每个条件都不满足的情况下，电磁离合器12关闭，而在ES≥ESmax这一条件不满足的情况下，电磁离合器12开启(直接连接)。
图4描述了采用上述散热器冷却流体温度(ECT)作为风扇离合器控制参数进行开/关控制离合器的方法，在散热器冷却流体温度(ECT)超过离合器致动上限温度T2的情况下，离合器致动信号由关闭变为开启。另一方面，当致动为开的电磁离合器12低于离合器致动下限温度(T1)时，电磁离合器12被致动为关。这种控制方法中，为了使电磁离合器的开关时间间隔更长，由散热器冷却流体温度(ECT)的温度上升和温度下降来划分阈值以执行开/关控制，从而无需在短时间内重复电磁离合器12的开/关，且电磁离合器的寿命变得更长。
图5描述了进行开/关控制离合器的方法，其采用发动机转动加速度(加速器开度加速度)作为风扇离合器控制参数，在车辆速度、发动机转动速率、以及加速器开度的数据都引入主计算控制器24的基础上，检测发动机转动加速度或加速器开度加速度，然后当检测值超过一个不小于预定值A的值时，电磁离合器12被强制关闭一段预定时间。因此，可以暂时减少风扇转动马力的损失并改善车辆的加速性能。
图6A和6B描述了当发动机转动速率(ES)超过发动机转动速率设定值(N)或低于该值时风扇离合器的优化控制方法。图6A显示了ES＜N的情况而图6B显示了ES＞N的情况。换句话说，当图6A所示，发动机转动速率(ES)低于发动机转动速率设定值(N)时，电磁离合器12立即致动为开，然而在图6B所示电磁离合器12致动为开的情况下，当发动机转动速率(ES)超过发动机转动速率设定值(N)时，如实线所示，通过电磁离合器12的多次重复开启和关闭，风扇转动速率表现出平滑上升的特性而非快速提高到最高转动速率，例如以30msec的间隔重复。因此由于风扇转动的快速增长而引起的马力惯性损失可以减小且电磁离合器12的寿命可以延长。
图7描述了采用上述散热器冷却流体温度(ECT)和发动机转动加速度(ES)作为风扇离合器控制参数进行开/关控制离合器的方法。当发动机转动速率(ES)低于发动机转动速率设定值(N)(ES＜N)，且当散热器冷却流体温度(ECT)超过离合器致动下限温度T2时，离合器致动信号从关闭变为开启，且当致动为开的电磁离合器12低于离合器致动下限温度(T1)时，电磁离合器12致动为关。然而，当发动机转动加速度(ES)超过发动机转动速率设定值(N)(ES＞N)时，用于开启电磁离合器12的设定值(离合器致动上限温度)从T2变为T3(处于高温侧)。通过降低开/关频率，风扇噪音的减少和马力惯性损耗得到控制成为可能，且电磁离合器12的尺寸可减小同时电磁离合器12的寿命可以延长。
本发明不仅可应用于可转控制用在车辆内燃机上的冷却风扇的磁力型风扇离合器，还可应用于传送扭矩的普通工业机器以及普通多用途机器的可变扭矩离合器等。

Claims (4)

1、一种磁力型风扇离合器的控制方法，其中磁性联轴节与电磁离合器结合；风扇附接于磁性联轴节一侧；磁性联轴节由电磁离合器进行开关控制；该方法包括基于散热器冷却流体温度、发动机油温、传动系油温、车辆速度、发动机转动速率、加速器(油门)开度、空调压缩机压力与空调开关信号、燃料喷射指示量、离合器致动下限温度及其下限温度和发动机转动速率设定值，开启和关闭电磁离合器以控制风扇转动。
2、根据权利要求1所述的磁力型风扇离合器的控制方法，其中散热器冷却流体和/或发动机油的优化温度范围被定义为边界，使电磁离合器被开启和关闭从而控制风扇转动。
3、根据权利要求1所述的磁力型风扇离合器的控制方法，其中检测出基于车辆加速度的发动机转动加速度或加速器开度加速度；当该检测值超过预定值时，电磁离合器关闭从而控制风扇转动。
4、根据权利要求1所述的磁力型风扇离合器的控制方法，其中当持续开启电磁离合器时，电磁离合器在重复开启和关闭该离合器之后持续开启。
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