液冷式風扇離合器的製作方法

2023-05-10 19:46:01

本公開涉及汽車風扇離合器領域。更具體地，本公開涉及一種具有固定殼體和液體冷卻工作流體的粘性風扇離合器。

背景技術：

許多汽車發動機利用液體冷卻劑進行冷卻。冷卻劑在發動機內循環時吸收熱，然後在循環通過散熱器時將所述熱傳遞至環境空氣。在要求最高的工況下操作期間，發動機驅動的風扇可用於增加通過散熱器的環境空氣流。在要求較低的工況下，期望不操作風扇以減少發動機上的負荷。為了實現這種間歇性的風扇運轉，發動機曲軸可通過主動控制的或節溫器控制的風扇離合器驅動風扇。

圖1示出了風扇離合器。輸入軸10由發動機曲軸直接地或通過諸如輔助傳動帶的某些動力傳遞機構驅動。輸出軸12驅動風扇。輸入盤(input plate)14被固定到輸入軸10，而輸出盤(output plate)16通過離合器蓋18被固定到輸出軸12。輸入盤14上的肋與輸出盤16上的肋穿插，以使所述肋彼此接近但不接觸。為了接合離合器，工作流體從儲罐20中釋放出來。當流體流過肋間的狹窄間隙時，流體的粘性剪切力將扭矩施加到輸入盤和輸出盤上。該狹窄間隙被稱為工作區。扭矩的大小取決於所述盤之間的相對轉速和工作區內流體的量。當流體到達工作區的周邊時，它沿周向運動。部分流體進入離合器蓋內的返回通道22。如果輸出軸運動得比輸入軸慢，那麼流體在進入返回通道時減速，從而導致壓力增加。當輸入盤和輸出盤之間的轉速差足夠大時，增加的壓力迫使流體流過返回通道22，克服離心力，流回到儲罐20。因此，在接合狀態下，流體從儲罐不斷地循環通過工作區，通過返回通道，並回到儲罐。輸出軸轉速穩定在小於輸入軸轉速的轉速。

為了分離離合器，閥24移動到阻止流體從儲罐20流出的位置。一旦處於工作區內的流體離開工作區，所有的扭矩傳遞便停止。一旦扭矩容量降低，阻力便導致風扇減速。當風扇減速時，所有流體通過返回通道22返回到儲罐20。閥24的位置可經由致動器26控制。例如，致動器26可以是通過施加磁力而將閥24拉動到圖1所示的接合位置的固定式電磁致動器。當磁力移除時，回位彈簧28將閥推動到分離位置。

技術實現要素：

一種動力傳動系統包括發動機、由發動機通過粘性風扇離合器選擇性地驅動的冷卻風扇以及變速器。工作流體在粘性風扇離合器內循環通過驅動盤和從動盤之間的工作區。驅動盤和從動盤被支撐於固定到發動機的固定殼體中。諸如傳動液或發動機冷卻液的液體冷卻劑可被輸送經過離合器內的冷卻夾套，以移除由粘性剪切力產生的熱並防止離合器過熱。閥可選擇性地阻斷工作流體的循環以使離合器分離。

一種粘性風扇離合器包括固定到輸入軸的驅動盤、固定到輸出軸的從動盤以及固定殼體。驅動盤上的呈圓筒形的多個肋與從動盤上的呈圓筒形的多個肋穿插以限定工作區。流過工作區的工作流體的粘性剪切力將扭矩從驅動盤傳遞至從動盤。驅動盤內的第一通道將入口連接到徑向地位於工作區以內的出口。固定殼體內的第二通道將徑向地位於工作區以外的入口連接到與第一通道的入口鄰近的出口。驅動盤的旋轉推動工作流體通過第一通道、工作區，然後通過第二通道。固定殼體還可限定接近第二通道的冷卻夾套，以提供從工作流體至流過冷卻夾套的冷卻劑的熱傳遞。

根據本發明，提供一種離合器，包括：殼體，限定有通道；從動盤，被支撐為在殼體內旋轉；驅動盤，被支撐為在殼體內旋轉，驅動盤接近從動盤以限定工作區，所述驅動盤被構造為使工作流體循環通過工作區和通道。

根據本發明的一個實施例，通道從徑向地位於工作區以外的入口延伸通過殼體，穿過殼體和驅動盤之間的間隙，通過驅動盤，到達徑向地位於工作區以內的出口。

根據本發明的一個實施例，殼體還限定有冷卻夾套，以使熱從工作流體傳遞至流過冷卻夾套的冷卻劑。

根據本發明的一個實施例，通道包括流體儲罐。

根據本發明的一個實施例，流體儲罐位於驅動盤內。

根據本發明的一個實施例，離合器還包括被構造為選擇性地阻斷通道以使流體被保持在儲罐中的閥。

根據本發明的一個實施例，離合器還包括被固定到殼體且被構造為沿第一方向偏置閥的電磁致動器。

根據本發明的一個實施例，離合器還包括被構造為沿與第一方向相反的第二方向偏置閥的回位彈簧。

根據本發明的一個實施例，電磁致動器用於打開閥以使離合器接合，而回位彈簧用於關閉閥以使離合器分離。

根據本發明，提供一種動力傳動系統，包括：發動機，具有曲軸和由曲軸驅動的輔助傳動軸；冷卻風扇；粘性離合器，被構造為選擇性地將來自輔助傳動軸的扭矩傳遞至冷卻風扇，所述粘性離合器具有固定到發動機並限定有冷卻夾套的殼體；變速器，由曲軸驅動；管道，被構造為將來自變速器的傳動液輸送通過粘性離合器。

根據本發明的一個實施例，粘性離合器還包括：從動盤，可驅動地連接到冷卻風扇並被支撐為在殼體內旋轉；驅動盤，可驅動地連接到曲軸並被支撐為在殼體內旋轉，驅動盤接近從動盤以限定工作區，所述驅動盤被構造為使工作流體循環通過工作區並通過與傳動液的熱交換界面。

根據本發明的一個實施例，動力傳動系統還包括被構造為選擇性地阻斷工作流體的流動以使離合器分離的閥。

附圖說明

圖1是現有技術的粘性風扇離合器的剖視圖。

圖2是包括利用傳動液(transmission fluid)冷卻的風扇離合器的車輛動力傳動系統的示意圖。

圖3是適用於圖2的動力傳動系統的液冷式風扇離合器的第一實施例的剖視圖。

圖4是適用於圖2的動力傳動系統的液冷式風扇離合器的第二實施例的剖視圖。

具體實施方式

在此描述本公開的實施例。然而，應理解公開的實施例僅為示例，其它實施例可以採用各種和替代的形式。附圖無需按比例繪製；可誇大或最小化一些特徵以顯示特定部件的細節。因此，在此所公開的具體結構和功能細節不應解釋為限制，而僅為用於教導本領域技術人員以多種形式利用本發明的代表性基礎。如本領域內的普通技術人員將理解的，參考任一附圖示出和描述的各個特徵可與一個或更多個其它附圖中示出的特徵組合以產生未明確示出或描述的實施例。示出的特徵的組合為典型應用提供代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特徵的各種組合和變型可以期望用於特定應用或實施方式。

圖2示意性地示出了車輛動力傳動系統。機械功率的流動用實線示出。虛線表示發動機冷卻劑的流動，而點劃線表示傳動液的流動。發動機40通過燃料燃燒產生動力來轉動曲軸。變速器42通過基於當前的車輛需求調整速度和扭矩而調節機械功率。在低速時，變速器42降低速度並使扭矩倍增以提高性能。在較高速度時，變速器42增加速度以使發動機能夠以高效的曲軸轉速運行。差速器44在左驅動輪46和右驅動輪48之間分配功率，同時允許在車輛轉彎時二者有輕微的轉速差。

通過使發動機冷卻劑循環通過發動機缸體並通過散熱器54而從發動機移除熱。每當發動機冷卻劑低於期望的工作溫度時，節溫器閥便關閉通過散熱器的循環。當請求車廂加熱時，發動機冷卻劑還可循環通過熱交換器(稱作加熱器芯)。為了控制傳動液的溫度，傳動液可循環通過散熱器54(但是與發動機冷卻劑分離)或可循環通過液-液熱交換器以將熱傳遞至發動機冷卻劑。當溫度低於正常工作溫度時，發動機和變速器都較為低效地運轉，因此期望快速升溫至正常工作溫度。在諸如牽引拖車爬坡的重負荷工況下，環境空氣通過散熱器54的自然流動可能不足以控制發動機冷卻劑的溫度。在這些工況下，可接合離合器56以驅動風扇58來增加通過散熱器54的環境空氣的流量。當離合器56被完全或部分地接合時，部分發動機功率被轉移到風扇，而不是推進車輛，從而降低車輛的性能。因此，只有在必要時且只有達到必要的程度，接合離合器56才是可取的。

當粘性風扇離合器正在傳遞扭矩時，在工作流體中產生熱。產生熱的速率與扭矩成比例，還與輸入軸和輸出軸之間的轉速差成比例。在圖1的現有技術的風扇離合器中，用於消散該熱的唯一有效機制是經由與通過輸出盤16或蓋18的環境空氣的對流。即使這些部件被設計成具有翅片以促進對流，但散熱能力仍是有限的。因此，必須仔細地控制離合器，以避免在將在工作流體中產生過多熱的轉速和扭矩容量的組合下運行。當發動機轉速高時，離合器必須被分離以減少扭矩或被充分接合以減小轉速差。必須避免在伴隨以實質打滑(substantial slip)的中間扭矩容量下運行。這限制了控制系統將風扇轉速設置為最佳水平以提供具有最小寄生損失的充足的發動機冷卻的能力。在圖1的現有技術的離合器中，使工作流體循環的原動力是基於驅動盤與從動盤之間的轉速差的。因此，需要一定程度的打滑，以保持工作流體循環通過工作區，從而保持扭矩容量。

圖2中的風扇離合器56提供了一種通過將來自變速器的傳動液經由迴路60輸送至離合器再經由迴路62輸送回變速器的另外的散熱機制。圖3和圖4顯示了被構造為將來自工作流體的熱傳遞至傳動液的可選的風扇離合器。這些實施例中的每個實施例均包括工作流體和傳動液兩者都會流過從而為熱傳遞提供機會的固定離合器殼體。在可選實施例中，不同於傳動液，發動機冷卻劑可被輸送通過離合器56。

圖3示出了具有固定殼體70和利用液體冷卻的粘性風扇離合器56。輸入軸10和輸出軸12都由軸承支撐而旋轉。輸入軸10由發動機曲軸直接地或通過諸如輔助傳動帶的某些動力傳遞機構驅動。輸出軸12驅動風扇。輸入盤14被固定到輸入軸10，而輸出盤16被固定到輸出軸12。輸入盤14上的肋與輸出盤16上的肋穿插，以使輸入盤14上的肋與輸出盤16上的肋彼此接近但不接觸。為了接合離合器，工作流體從儲罐20中釋放出來。當流體流過肋間的狹窄間隙時，流體的粘性剪切力將扭矩施加到輸入盤和輸出盤上。扭矩的大小取決於盤之間的相對轉速和工作區內流體的量。當流體到達工作區的周邊時，輸入盤和輸出盤圍繞殼體70的內部沿周向推動流體。流體進入靠近殼體70的頂部的返回通道72。重力導致流體行進經過返回通道72，朝著旋轉軸線返回。由輸入盤施加的流體的動量也推動流體通過返回通道72。使工作流體循環的這種機制不依賴於輸入軸和輸出軸之間的打滑(即，輸入軸和輸出軸之間的轉速差)。由於殼體70是不旋轉的，因此使工作流體返回到儲罐20不必克服離心力。流體從返回通道72經過殼體70和輸入軸10之間的間隙流入到輸入軸10內的通道中，所述通道使流體返回到儲罐20。密封件限定了殼體70和輸入軸10之間的間隙，並引導流體流入到輸入軸通道中。因此，在接合狀態下，流體從儲罐不斷地循環通過工作區，通過返回通道，並回到儲罐。隨著輸出軸轉速接近於輸入軸轉速，由於工作區的剪切速率減小而使得扭矩容量降低。然而，工作區內工作流體的量不減少。輸出軸轉速穩定在略低於輸入軸轉速的轉速。

冷卻夾套74形成於殼體70中。傳動液從迴路60被輸送通過冷卻夾套74，然後返回到迴路62。可選地，發動機冷卻劑可循環通過冷卻夾套。返回通道72經過冷卻夾套74，從而為有效的熱傳遞提供機會。儘管只示出了單個直線路徑，但是返回通道72可分為多條路徑，可採取迂迴路線通過冷卻夾套，以使可用於熱傳遞的表面面積最大化。

為了分離離合器，閥24移動到阻止流體從儲罐20流出的位置。一旦處於工作區內的流體離開工作區，所有的扭矩傳遞便停止。閥24的位置可由位於固定殼體70內的固定式電磁致動器控制，所述固定式電磁致動器通過施加磁力而將閥24拉動到接合位置。當磁力移除時，回位彈簧28將閥推動到圖3所示的分離位置。

圖4示出了利用液體冷卻的另一粘性風扇離合器56。在該實施例中，儲罐20位於固定殼體70內，而不是旋轉的輸入軸10內。由於閥24不是位於旋轉部件內，所以致動器可被簡化。當閥打開時，重力使得工作流體流入到輸入軸10內的供給通道76中，從而接合離合器。清除流體使其返回儲罐20及傳熱至冷卻夾套74如在圖3的實施例中那樣完成。

雖然以上描述了示例性實施例，但並不意味著這些實施例描述了權利要求包含的所有可能的形式。在說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應該理解，在不脫離本公開的精神和範圍的情況下能夠進行各種變化。如前所述，各個實施例的特徵可組合以形成本發明的可能沒有明確描述或示出的進一步的實施例。雖然各個實施例可能已被描述為提供優點或者在一個或更多個期望特性方面優於其它實施例或現有技術實施方式，但是本領域的普通技術人員認識到，根據具體應用和實施方式，一個或更多個特徵或特性可被折衷以實現期望的總體系統屬性。因此，被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例或現有技術實施方式合意的實施例不在本公開的範圍之外，且可期望用於特定應用。