一種用於車輛的智能風扇系統及其控制方法與流程

2023-10-19 06:18:42

本發明涉及發動機技術領域，特別是涉及一種用於車輛的智能風扇系統及其控制方法。

背景技術：

汽車發動機在高溫工作環境下必須得到適度的冷卻，以使其保持在適宜的溫度下工作，才能滿足發動機良好的工作性能、耐久性和排放環保的要求。發動機冷卻系統在此起著關鍵作用。冷卻風扇作為冷卻系統的關鍵零部件，其工作好壞、效率高低、消耗功率的多少均與其有很大的關係。目前常用的冷卻系統中，冷卻液體經過循環系統，再通過散熱器散熱來使發動機降溫，冷卻風扇用來給散熱器通過風速強制補風，以滿足發動機適度冷卻的需要。

發動機風扇風量的大小基本取決於風速的高低與過風面積的大小。過風面積相同，風速越高，風量越大；風速相同，過風面積越大，風量越大。風速的高低主要取決於風扇葉片的形狀、面積、高度以及轉速。傳統的風扇葉片形狀設計、面積、高度等均為定值，風扇轉速越快，風速越快，風速的高低會影響到風量以及噪音的大小。同樣的過風面積，風速越高，風量越大；氣流之間、空氣與風扇頁片、外框、散熱片之間的摩擦都會產生噪音，相同的風扇、散熱片設計，噪音必然會隨著風速的提升而增大。現有技術中也有改變風扇葉片扭轉角的情況，但基本為通過手動調整的方式來實現。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的一個目的是提供一種用於車輛的智能風扇系統，該智能風扇系統能夠提高風扇效率，降低發動機油耗，使風扇冷卻能力始終與發動機實際工況相匹配。

本發明的另一個目的是提供一種上述智能風扇系統的控制方法。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種用於車輛的智能風扇系統，其包括壓力源、變角度風扇以及與所述變角度風扇連接的ECU，所述變角度風扇包括風扇主體、設於所述風扇主體的葉片扭轉角調節機構和多個葉片組件，每個所述葉片組件包括葉片以及與葉片連接的扇葉轉軸，在所述扇葉轉軸的自由端設置有轉軸浮動塊，所述轉軸浮動塊與所述扇葉轉軸的軸線不共線；所述扇葉轉軸樞接於所述風扇主體；所述葉片扭轉角調節機構包括間隔設於風扇主體的上蓋、下蓋以及設置在上蓋和下蓋之間的活塞，所述上蓋朝向下蓋的一側設有壓力源凹槽，在所述上蓋設置有與壓力源凹槽連通的介質通道，所述活塞可滑動套設於所述壓力源凹槽，共同限定出用於容納介質的壓力源腔；在所述活塞與下蓋之間設有彈簧，所述彈簧的兩端分別抵接在所述活塞和所述下蓋上；在所述活塞的外壁上設置有與所述轉軸浮動塊配合的撥動部。

其中，所述活塞為頂部封閉的圓筒形，在所述圓筒形活塞的頂部設置有凹部，所述壓力源腔位於所述凹部內，在所述圓筒形活塞的外壁設置有環形軌道，所述環形軌道的圓心位於所述圓筒形活塞的軸線上，所述轉軸浮動塊滑動連接在所述環形軌道中。

其中，所述活塞為頂部封閉的圓筒形，在所述圓筒形活塞的頂部設置有凹部，所述壓力源腔位於所述凹部內，在所述圓筒形活塞的外壁設置有與各轉軸浮動塊相對應的環形軌道，每個所述轉軸浮動塊滑動連接在相對應的環形軌道中。

其中，還包括設置在車輛的發動機上的水溫傳感器，所述水溫傳感器與所述ECU連接。

其中，還包括設置在所述介質通道的入口處的比例閥，所述比例閥與所述ECU連接。

其中，所述比例閥為電氣比例閥或電液比例閥。

其中，所述彈簧的數量為多根。

本發明還公開一種用於車輛的智能風扇系統的控制方法，其包括正常工作模式，所述正常工作模式包括：

步驟S1，檢測發動機的啟動信號，如果啟動，ECU控制介質通道內的壓力為第一標定壓力，以使葉片的扭轉角調整為正向最小值；

步驟S2，當檢測到發動機冷卻水水溫上升時，ECU控制介質通道內的壓力逐漸減小，以使葉片的扭轉角逐漸增大；

步驟S3：當檢測到發動機冷卻水水溫穩定後，ECU控制介質通道內的壓力為0，以使葉片的扭轉角調整為正向最大值。

其中，所述正常工作模式還包括：

步驟S4：當檢測到發動機冷卻水水溫下降時，ECU控制介質通道內的壓力逐漸增大，以使葉片的扭轉角逐漸減小。

其中，還包括非正常工作模式：當檢測到發動機冷卻水水溫度持續上升時，ECU控制介質通道內的壓力為最大值，以使葉片的扭轉角度調整為反向最大值，並持續預定時間段。

(三)有益效果

本發明提供的用於車輛的智能風扇系統及其控制方法根據發動機實際工況通過ECU對風扇葉片的扭轉角進行適時連續的調整，以使風扇冷卻能力始終與發動機實際工況相匹配，避免風扇突然啟動引起的噪音及瞬時的功率損耗，使風扇效率和風扇噪聲達到最好，並且降低了冷卻系統的能量損失，有效降低發動機的熱負荷，提高了發動機的效率。

附圖說明

圖1為根據本發明的一種用於車輛的智能風扇系統的示意圖；

圖2為圖1中的變角度風扇的局部剖視圖；

圖3示出了圖2中的活塞與轉軸浮動塊的連接關係的一個實施例的爆炸示意圖；以及

圖4示出了圖2中的活塞與轉軸浮動塊的連接關係的另一個實施例的爆炸示意圖。

圖中，1：風扇主體；2：發動機；3：ECU；4：壓力源；5：比例閥；6：水溫傳感器；10：下蓋；11：介質通道；12：介質流入接頭組件；13：活塞；14：彈簧；15：轉軸浮動塊；16：扇葉轉軸；17：葉片；18：上蓋；19：壓力源腔；20：偏心軸。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

圖1和圖2示出了根據本發明的一種用於車輛的智能風扇系統的一個優選實施例。如圖所示，該智能風扇系統包括壓力源4、變角度風扇以及與該變角度風扇1連接的ECU3。其中，變角度風扇包括風扇主體1、設於風扇主體1的葉片扭轉角調節機構和多個葉片組件。每個葉片組件包括葉片17以及與葉片17連接的扇葉轉軸16，在扇葉轉軸16的自由端設置有轉軸浮動塊15，該轉軸浮動塊15與扇葉轉軸16的軸線不共線。該扇葉轉軸16樞接於風扇主體1。葉片扭轉角調節機構包括間隔設於風扇主體1的上蓋18、下蓋10以及設置在上蓋18和下蓋10之間的活塞13，上蓋18朝向下蓋10的一側設有壓力源凹槽，在上蓋18設置有與壓力源凹槽連通的介質通道11，活塞13可滑動套設於該壓力源凹槽，共同限定出用於容納介質的壓力源腔19；具體地，在上蓋18上設置有接頭12，在該接頭12上設置有介質通道11，該介質通道11的一端與壓力源腔19連通，該介質通道11的另一端用於與壓力源4連通。在活塞13和下蓋10之間設有彈簧14，該彈簧14的兩端分別抵接在活塞13和下蓋10上，使得彈簧14的作用力方向與活塞13受壓力源腔的作用力方向相反。並且，在活塞13的外壁上設置有與轉軸浮動塊15配合的撥動部。優選風扇主體1與上蓋18為一體結構。。

具體地，如圖3所示，活塞13採用頂部封閉的圓筒形，在該圓筒形活塞的頂部設置有凹部，壓力源腔19位於凹部內，在圓筒形活塞13的外壁上設置有形成撥動部的環形軌道，該環形軌道的圓心位於圓筒形活塞13的軸線上，轉軸浮動塊15滑動連接在該環形軌道中。

轉軸浮動塊15通過偏心軸20與扇葉轉軸16連接，在該實施例中，轉軸浮動塊15套設在偏心軸20上。優選轉軸浮動塊15採用尼龍等非金屬材質，以避免與環形軌道直接剛性摩擦。

此外，該變角度風扇1還包括設置在介質通道11的入口處的比例閥5，該比例閥5與ECU3連接，以便通過ECU3控制比例閥5的開度。當壓力源4採用液壓源時，該比例閥5優選採用電液比例閥或其他能控制液體壓力、流量可調的裝置，當壓力源4採用氣壓源時，該比例閥5優選採用電氣比例閥或其他能控制氣體壓力、流量可調的裝置。

需要說明的是，雖然在該實施例中在活塞13和下蓋10之間布置有多根彈簧14，這些彈簧14繞下蓋10的中心軸線均勻分布，以使得活塞13受力均勻，然而本領域的技術人員應當理解，彈簧14也可以設置一根，這一根彈簧14優選設置在下蓋10的中心軸線上。

葉片17的扭轉角變化實現過程及原理如下：

液壓油(或壓縮空氣)從壓力源4經過介質通道11進入壓力源腔19，當油壓(或氣壓值)大於彈簧14的彈力時，在壓力的作用下，推動活塞13下行，活塞13的下行直線運動通過轉軸浮動塊15和活塞13的相互配合轉化為扇葉轉軸16的旋轉運動，從而使連接於扇葉轉軸16上的葉片17的扭轉角度發生變化。當液壓油(或壓縮空氣)壓力減小，在彈簧14的彈力作用下，推動活塞13上行，活塞13的上行直線運動通過轉軸浮動塊15和活塞13的相互配合轉化為扇葉轉軸16的旋轉運動，從而使連接於扇葉轉軸16上的葉片17的扭轉角度回位。通過ECU3調整比例閥5的開度來調整壓力源腔19的壓力，進而調整葉片17的扭轉角。葉片17的扭轉角初始角度為正向最大值，該值為風扇風量最大時的工作角度此時彈簧14處於初始狀態。

本發明還公開了一種用於車輛的智能風扇系統的控制方法，其包括正常工作模式，該正常工作模式包括以下步驟：

步驟S1，檢測發動機2的啟動信號，如果啟動，ECU3控制介質通道11的壓力為第一標定壓力，以將葉片17的扭轉角調整至正向最小值α(可以等於或接近0°)；具體地，通過ECU3控制比例閥5的開度處於第一開度，從而使介質通道11內的壓力調整為第一標定壓力，以將葉片17的扭轉角調整至正向最小值α。由於發動機2啟動時，水溫很低，散熱器散熱基本不需要風扇補風散熱，此時ECU3控制比例閥5至第一開度，進而使進入風扇的油壓(或者氣壓)控制在第一標定壓力，在該狀態下，彈簧14被壓縮至使葉片17的扭轉角正向最小值的位置，在該狀態下，風扇功耗、噪聲、風量最小。

步驟S2，當檢測到發動機2冷卻水水溫上升時，ECU3控制介質通道11的壓力逐漸減小，以使葉片17的扭轉角逐漸增大；具體地，發動機2水溫上升過程中，ECU根據水溫傳感器6的信號反饋，通過ECU3控制比例閥5的開度逐漸減小，進而使進入風扇的油壓(或氣壓)減小，彈簧14逐漸復位，進而控制葉片17的扭轉角逐漸變大，風扇風量隨著水溫上升逐漸變大，冷卻能力逐漸增強。

步驟S3：當檢測到發動機2冷卻水的溫度穩定後，ECU3控制介質通道11的壓力為0，以使葉片17的扭轉角調整至初始角度(即正向最大值)；具體地，當發動機2進入最佳工作狀態，達到熱平衡後，ECU3控制比例閥5開度變為0，此時風扇的進油(或進氣)被切斷，彈簧14復位完畢，葉片17的扭轉角變為初始角度，此時風扇風量最大，冷卻能力最強。

優選地，該正常工作模式還包括步驟S4：當檢測到發動機2冷卻水的水溫下降時，ECU3控制介質通道11的壓力逐漸增大，以使葉片17的扭轉角逐漸減小；具體地，當發動機2負荷減小，水溫逐漸下降時，ECU3根據水溫傳感器6的信號反饋，控制比例閥5的開度從0逐漸增大，進而使進入風扇的油壓(或氣壓)逐漸增大，彈簧14再次被逐漸壓縮，進而使葉片17的扭轉角逐漸變小，使風扇風量逐漸變小，從而使風扇的冷卻能力始終與發動機2的工作狀態相匹配。

進一步地，該控制方法還包括非正常工作模式：當檢測到發動機2冷卻水的溫度持續上升時，ECU3控制介質通道11的壓力為最大值，以使葉片17的扭轉角調整為反向最大值，並持續預定時間段。具體地，在農機等特殊使用環境下，當發動機2的散熱器被雜物堵塞，使水溫持續上升時，當水溫達到標定的警戒值時，ECU3控制比例閥5開度到最大值，進而使進入風扇的液壓(或氣壓)為最大，此時彈簧14被完全壓縮，這時使葉片17的扭轉角變為反向最大值，使風向發生變化，風扇由吸風狀態轉化為吹風狀態，散熱器堵塞被吹散；同時ECU3可控制比例閥5開啟預定時間段，雜物清除完畢後ECU3控制比例閥5的開度變為0，彈簧14復位，使葉片17的扭轉角復位至正向最大值，繼續冷卻發動機2。

實施例2：

本實施例與實施例1基本相同，為了描述的簡要，在本實施例的描述過程中，不再描述與實施例1相同的技術特徵，僅說明本實施例與實施例1不同之處：

如圖4所示，活塞13採用頂部封閉的圓筒形，在該圓筒形活塞的頂部設置有凹部，壓力源腔19位於凹部內，在圓筒形活塞13的外壁上設置有多個環形軌道，每個環形通道分別與相應的一個轉軸浮動塊15配合，也就是說，每個轉軸浮動塊15滑動連接在相應的環形軌道中。為了保證轉軸浮動塊15在預設的位置能夠固定，在環形軌道相應的位置處設置有彈性凸起(未示出)，當活塞13的直線運動通過轉軸浮動塊15和活塞13的相互配合轉化為扇葉轉軸16的旋轉運動，當扇葉轉軸16到達預設位置，通過彈性凸起將轉軸浮動塊15固定，以使得葉片在預設的角度固定。

綜上所述，本發明提供的用於車輛的智能風扇系統根據發動機實際工況通過ECU3對葉片17的扭轉角進行適時連續的調整，以使風扇冷卻能力始終與發動機實際工況相匹配，避免風扇突然啟動引起的噪音及瞬時的功率損耗，使風扇效率和風扇噪聲達到最好，並且降低了冷卻系統的能量損失，有效降低發動機的熱負荷，提高了發動機的效率。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。