CN206625888U - 电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统，它包括散热器、冷却风扇、冷却水泵、发动机曲轴、从动轴、转速传感器、温度传感器、流量传感器和控制器。所述发动机曲轴驱动所述从动轴，所述从动轴驱动所述冷却风扇和所述冷却水泵，所述控制器根据发动机冷却液的温度、流量以及发动机的转速，自动选择对所述冷却风扇和所述冷却水泵进行增速驱动、等速驱动或降速驱动，增大、保持或减小冷却风速、冷却风量和冷却液流量，自动多级调节冷却强度。所述控制器还可以控制所述冷却风扇和所述冷却水泵停止运转，节约发动机能量，提高发动机效率，降低发动机燃油消耗率和排放。

Description

电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统

技术领域

本发明涉及一种车用发动机冷却装置，具体涉及一种电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统。

背景技术

随着石油危机和大气环境污染日趋严重，车用发动机的燃油经济性和排放越来越受到关注。发动机冷却系统的作用是使发动机在所有工况下都得到适度的冷却，并保持在最适宜的温度范围内工作。发动机温度过高，会使燃烧不正常，发动机功率下降，磨损加剧；发动机温度过低，会使散热损失大，发动机功率下降，混合气燃烧不完全。

因此，为了保证发动机性能最佳，发动机冷却液的温度必须维持在适宜的温度范围内。传统发动机冷却系统由散热器、冷却水泵、冷却风扇和发动机冷却水套等组成，其中发动机曲轴通过齿轮驱动冷却水泵运转，冷却水泵对冷却液加压，加速冷却液在发动机冷却水套中的流动，保证可靠冷却。同时发动机曲轴通过风扇离合器或直接驱动冷却风扇旋转，使流经散热器的空气流速和风量增大，对散热器内部的冷却液进行风冷，增强散热器的散热能力。冷却系统的冷却强度应该随着发动机热工况的变化而相应调节，但是传统冷却系统的冷却强度受到发动机转速的影响。例如车辆爬长坡时，发动机处于低速大负荷状态，发动机的冷却液温度很高，需要加大冷却强度，但是由于发动机曲轴驱动冷却水泵和冷却风扇的传动比是固定的，当发动机低速运转时，发动机曲轴转速很低，因此冷却风扇和冷却水泵的转速也很低，因此冷却强度也很低，无法满足加大冷却强度的实际冷却需求，造成发动机冷却液温度过高，对发动机造成危害。再如，当发动机处于高速小负荷时，发动机的冷却液温度不高，需要减小冷却强度，但是发动机高速运转，发动机曲轴转速也很高，因此冷却风扇和冷却水泵的转速均很高，因此冷却强度很高，无法满足减小冷却强度的实际冷却需求，造成能量浪费。

经过对现有技术文献和授权发明专利的检索发现，专利名称冷却风扇，申请号200980115138.3，该发明专利是一种用于车辆发动机的冷却风扇，包括风扇壳体和在运行期间可相对于风扇壳体沿轴向移动的风扇转子。采用该技术方案，基于当前的风扇速度和车辆速度，风扇转子可以移动到相距风扇壳体的端部伸出量的各个程度，从而使风扇的抽吸能力和效率最优。但该发明只是针对冷却风扇设计，没有涉及到冷却水泵的设计，因此其冷却强度仍然受到限制；而且在冷却风扇的设计中，风扇转子相对于风扇壳体沿轴向移动，其移动位移受到相距风扇壳体的端部伸出空间的限制，移动位移有限；更重要的是该风扇转子的旋转仍然依靠发动机曲轴的驱动，其传动比是固定不可变得，无法满足高低转速的调节；因而其冷却强度的调节能力十分有限，无法满足发动机各运行工况对冷却强度的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对上述现有技术的不足，设计一种结构简单、调节方法简易可靠，能够自动逐级调节冷却风扇和冷却水泵的电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统。

本发明的技术方案是：

一种电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统，包括发动机和散热器，所述发动机的水套出水口通过连通管与所述散热器的进水口相连，所述散热器的出水口通过连通管与所述发动机的水套进水口相连，所述散热器和所述发动机之间的所述连通管上设置有冷却水泵，所述冷却水泵与从动轴上的水泵驱动轮连接，所述从动轴靠近所述散热器的一端设置有冷却风扇，所述从动轴和发动机曲轴上安装有变速齿轮组，所述变速齿轮组设置有离合控制机构，所述发动机曲轴上安装有转速传感器，所述转速传感器和离合控制机构分别与控制器连接。

所述变速齿轮组包括减速齿轮组、等速齿轮组和增速齿轮组，所述离合控制机构包括压盘、弹簧和电磁线圈，所述变速齿轮组中的每一齿轮的内部均装有滚动轴承，能够相对于发动机曲轴或从动轴自由转动，所述压盘的内部均开有花键槽且与所述发动机曲轴或从动轴保持花键连接。

所述散热器和所述发动机之间的所述连通管上设置有温度传感器和流量传感器，所述温度传感器和流量传感器分别与所述控制器连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明中控制器根据发动机的实际冷却需要和发动机转速从降速驱动、等速驱动、增速驱动三种驱动模式中选取最优的驱动模式，将发动机曲轴的转速降速传递、等速传递或增速传递给冷却风扇，从而使冷却风扇在同一个发动机转速下，实现多种转速旋转，具有多级冷却风量，实时改变冷却系统的冷却强度，改善发动机燃油经济性和排放性。

2、本发明中控制器根据发动机的实际冷却需要和发动机转速，自动选择冷却水泵的驱动模式，将发动机曲轴的转速降速传递、等速传递或增速传递给冷却水泵，从而使冷却水泵在同一个发动机转速下，实现多种转速旋转，多级调节冷却液的流量，实时改变冷却系统的冷却强度，改善发动机燃油经济性和排放性。

3、本发明中当需要减弱冷却强度时，冷却风扇和冷却水泵可以同时停止运转，节约了发动机能量，提高了发动机效率，从而降低发动机的燃油消耗率。

4、本发明结构和调节方法简单，工作可靠性高，可以充分满足发动机高、中、低转速和各种负荷工况下对冷却液温度和冷却液流量的要求，可以优化发动机功率，改善燃油经济性和排放，使发动机的性能最佳。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例：参见图1，图中，1-散热器，2-转速传感器，3-降速驱动轮，4-双向驱动装置A，5-等速驱动轮，6-双向驱动装置B，7-增速驱动轮，8-发动机，9-冷却风扇，10-降速传递轮，11-等速传递轮，12-增速传递轮，13-水泵驱动轮，14-冷却水泵，15-双向驱动装置C，16-双向驱动装置D，17-发动机曲轴，18-从动轴，19-温度传感器，20-流量传感器，21-控制器。图中箭头所示为冷却液流动方向，虚线为控制线路。

电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统包括散热器1、转速传感器2、冷却风扇9、冷却水泵14、发动机曲轴17、从动轴18、温度传感器19、流量传感器20和控制器21。发动机曲轴17上依次安装有降速驱动轮3、双向驱动装置A4、等速驱动轮5、双向驱动装置B6和增速驱动轮7；其中双向驱动装置A4和双向驱动装置B6内部开有花键槽，与发动机曲轴17保持花键连接，与发动机曲轴17保持相同转速转动，也可以沿发动机曲轴17左右移动。降速驱动轮3、等速驱动轮5和增速驱动轮7内部均装有滚动轴承，安装在发动机曲轴17上，可以相对于发动机曲轴17自由转动，不能沿发动机曲轴17左右移动。转速传感器2测量发动机曲轴17的转速。从动轴18上依次安装有冷却风扇9、降速传递轮10、双向驱动装置C15、等速传递轮11、双向驱动装置D16、增速传递轮12和水泵驱动轮13；其中冷却风扇9、双向驱动装置C15、双向驱动装置D16和水泵驱动轮13内部开有花键槽，与从动轴18保持花键连接，与从动轴18保持相同转速转动。冷却风扇9、水泵驱动轮13不能沿从动轴18左右移动；双向驱动装置C15、双向驱动装置D16可以沿从动轴18左右移动。降速传递轮10、等速传递轮11、增速传递轮12和水泵驱动轮13内部均装有滚动轴承，安装在从动轴18上，可以相对于从动轴18自由转动，不能沿从动轴18左右移动。

发动机8的水套出水口与散热器1的进水口相连，散热器1的出水口与冷却水泵14的进水口相连，冷却水泵14的出水口与发动机8的水套进水口相连。发动机曲轴17通过降速驱动轮3与降速传递轮10降速驱动从动轴18运转；或者通过等速驱动轮5与等速传递轮11等速驱动从动轴18运转；或者通过增速驱动轮7与增速传递轮12增速驱动从动轴18运转。从动轴18驱动冷却风扇9运转，对散热器1内部的冷却液进行风冷。从动轴18驱动水泵驱动轮13运转，水泵驱动轮13驱动冷却水泵14运转，对冷却液施加压力,使冷却液在发动机8的水套内快速流动，带走发动机8燃烧做功产生的热量，使发动机8保持正常工作温度。

温度传感器19和流量传感器20设置在散热器1和发动机8之间，其中温度传感器19测量了从发动机8的水套里流出的冷却液的温度，流量传感器20测量了从发动机8的水套里流出的冷却液的流量。控制器21 分别与转速传感器2、双向驱动装置A4、双向驱动装置B6、双向驱动装置C15、双向驱动装置D16、温度传感器19和流量传感器20连接。

当发动机8运转时，发动机曲轴17以同样转速旋转，转速传感器2测量发动机曲轴17的转速，温度传感器19、流量传感器20分别测量从发动机8的水套里流出的冷却液的温度和流量。

（1）当冷却液温度正常时，控制器21发出保持冷却强度指令，向双向驱动装置D16、双向驱动装置B6发出左移指令，双向驱动装置D16、双向驱动装置B6上的电磁铁上电，在电磁力的作用下均向左移动，双向驱动装置D16与等速传递轮11贴紧在一起转动，双向驱动装置B6与等速驱动轮5贴紧在一起转动。发动机曲轴17通过等速驱动轮5与等速传递轮11等速驱动从动轴18运转，即发动机曲轴17旋转一圈，从动轴18也旋转一圈，冷却风扇9和水泵驱动轮13与从动轴18保持相同转速转动，从而保证冷却风速、冷却风量、冷却液的温度和流量保持不变，维持现有的冷却强度。

（2）当冷却液温度较高时，控制器21发出加强冷却强度指令，向双向驱动装置D16、双向驱动装置B6发出右移指令，双向驱动装置D16、双向驱动装置B6上的电磁铁上电，在电磁力的作用下均向右移动，双向驱动装置D16与增速传递轮12贴紧在一起转动，双向驱动装置B6与增速驱动轮7贴紧在一起转动。发动机曲轴17通过增速驱动轮7与增速传递轮12增速驱动从动轴18运转，即发动机曲轴17旋转一圈，从动轴18旋转多圈，从动轴18的转速得到了提高。冷却风扇9和水泵驱动轮13与从动轴18保持相同转速转动，从而保证在发动机8和发动机曲轴17转速不变的情况下，冷却风扇9和水泵驱动轮13的转速显著提高，冷却风速、冷却风量、冷却液流量显著增加，冷却强度加强，冷却液温度降低。

（3）当冷却液温度较低时，需要减弱冷却强度时，控制器21有两级控制模式：降速冷却模式和停止冷却模式。

降速冷却模式：当控制器21发出降速冷却指令，向双向驱动装置A4、双向驱动装置C15发出左移指令，双向驱动装置A4、双向驱动装置C15上的电磁铁上电，在电磁力的作用下均向左移动，双向驱动装置A4与降速驱动轮3贴紧在一起转动，双向驱动装置C15与降速传递轮10贴紧在一起转动。发动机曲轴17通过降速驱动轮3与降速传递轮10降速驱动从动轴18运转，即发动机曲轴17旋转多圈，从动轴18旋转一圈，从动轴18的转速得到了降低。冷却风扇9和水泵驱动轮13与从动轴18保持相同转速转动，从而保证在发动机8和发动机曲轴17转速不变的情况下，冷却风扇9和水泵驱动轮13的转速适当降低，冷却风速、冷却风量、冷却液流量适当减小，冷却强度减弱。

停止冷却模式：当冷却液温度在降速冷却模式下仍然较低时，控制器21发出停止冷却指令，双向驱动装置A4、双向驱动装置B6、双向驱动装置C15、双向驱动装置D16、上的电磁铁都没有上电，从而只有发动机曲轴17旋转，从动轴18不旋转，冷却风扇9和水泵驱动轮13都不转动。

与常规发动机的热管理系统相比，本发明具有三个显著特点：第一，可以根据发动机的具体转速和发动机的实际冷却需要，自动对冷却风扇增速驱动、等速驱动和降速驱动，在同一个发动机转速下，实现冷却风扇高、中、低多种转速运行，逐级改变冷却风量；第二，可以根据发动机的具体转速和发动机的实际冷却需要，自动调节冷却水泵的运转速度，实现冷却水泵增速驱动、等速驱动和降速驱动，逐级改变冷却液的流量；第三，当需要减弱冷却强度时，控制器可以控制冷却风扇和冷却水泵停止运转，节约发动机能量，从而降低发动机燃油消耗率。因此，本发明可以在发动机高、中、低转速和各种负荷工况下，既可以提高发动机的冷却强度，也可以降低发动机的冷却强度，还可以停止冷却，始终保证发动机冷却液的温度维持在合适的温度下，使发动机的性能最佳，从而优化发动机功率，改善燃油经济性和排放。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统，包括发动机和散热器，所述发动机的水套出水口通过连通管与所述散热器的进水口相连，所述散热器的出水口通过连通管与所述发动机的水套进水口相连，其特征是：所述散热器和所述发动机之间的所述连通管上设置有冷却水泵，所述冷却水泵与从动轴上的水泵驱动轮连接，所述从动轴靠近所述散热器的一端设置有冷却风扇，所述从动轴和发动机曲轴上安装有变速齿轮组，所述变速齿轮组设置有离合控制机构，所述发动机曲轴上安装有转速传感器，所述转速传感器和离合控制机构分别与控制器连接。

2.根据权利要求1 所述的电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统，其特征是：所述变速齿轮组包括减速齿轮组、等速齿轮组和增速齿轮组，所述离合控制机构包括压盘、弹簧和电磁线圈，所述变速齿轮组中的每一齿轮的内部均装有滚动轴承，能够相对于发动机曲轴或从动轴自由转动，所述压盘的内部均开有花键槽且与所述发动机曲轴或从动轴保持花键连接。

3.根据权利要求1 所述的电磁式多级可变冷却强度的发动机冷却系统，其特征是：所述散热器和所述发动机之间的所述连通管上设置有温度传感器和流量传感器，所述温度传感器和流量传感器分别与所述控制器连接。