專利名稱：帶有可變冷卻劑泵驅(qū)動(dòng)的粘性冷卻劑加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，并且更具體地涉及特別用于帶 有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在帶有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛中，在寒冷的環(huán)境(冬季)條件下直接在冷 起動(dòng)之后暖機(jī)階段的過程中存在著對(duì)于補(bǔ)充熱量一種需求。這在帶有柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛中特別是這種情況，因?yàn)樗鼈兣c火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)相比暖機(jī) 更慢。發(fā)動(dòng)機(jī)的快速暖機(jī)的主要好處之一是改進(jìn)的加熱器和除霜器的性
平。 — 一 一 ""'、 -、
另外，當(dāng)車輛在寒冷的環(huán)境條件下陷入交通阻塞時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)面臨 提供足夠熱量的額外的挑戰(zhàn)。在某些條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)也許不能自然地為冷 卻系統(tǒng)排放足夠的熱量以使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在其設(shè)定點(diǎn)上。在這些情況下，在 冷啟動(dòng)事件之后很長(zhǎng)時(shí)間時(shí)仍可能要求補(bǔ)充熱量。
目前已知的產(chǎn)生補(bǔ)充熱量的方法包括(1)電阻加熱；(2)額外燃料 燃燒器以及熱交換器；(3)排氣系統(tǒng)熱交換器；以及(4)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 的粘性加熱器。
已知發(fā)動(dòng)機(jī)中的一臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)的冷卻劑循環(huán)泵傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻 劑流量要多于在部分油門或部分負(fù)載時(shí)所需要的量，因?yàn)楸玫拇笮∈潜淮_ 定為在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下用于全油門或全負(fù)載。因?yàn)轭~外的泵送工作表 示附加損失，不同的系統(tǒng)已被設(shè)計(jì)為使冷卻劑泵的速度與瞬間的功率水平 相匹配而不是僅與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配。用來(lái)提供連續(xù)可變的冷卻劑泵的 速度的已知方法為(1 )電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的冷卻劑泵；(2)可變機(jī)械式驅(qū)動(dòng)器； 以及(3)可變粘性驅(qū)動(dòng)器。
由此，對(duì)于改進(jìn)的補(bǔ)充熱量來(lái)源以及用于車輛發(fā)動(dòng)才幾(具體地用于暖 機(jī)階段以及用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的系統(tǒng)存在一種需要。而且，對(duì)于一種可變的(尤其用于為車輛產(chǎn)生補(bǔ)充熱量的)冷卻劑泵存在一種需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了以上問題并且提供了 一種改進(jìn)的補(bǔ)充熱量系統(tǒng)，該系統(tǒng) 具有用于車輛中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特別用途。本發(fā)明包括組合在一個(gè)單元中
的一個(gè)粘性冷卻劑加熱器(VCH)的功能以及被一個(gè)粘性冷卻劑泵驅(qū)動(dòng)器 (VCP)的功能。本發(fā)明提供了加熱器輸出以及來(lái)自輸入功率源的冷卻劑 泵的百分比的接合的獨(dú)立控制。
提供了在每側(cè)上具有不同粘性離合器面的 一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的粘性板。該粘 性離合器的這些側(cè)面之一咬合該發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)(接地)以便產(chǎn)生熱量。該粘 性離合器的另一側(cè)咬合該冷卻劑泵并且改變?cè)摫玫尿?qū)動(dòng)。這兩側(cè)是通過一 個(gè)閥門來(lái)進(jìn)行送液和控制的，該閥門能夠獨(dú)立地改變從一個(gè)公共的儲(chǔ)存器 到兩側(cè)的粘性流體的供應(yīng)。本發(fā)明的運(yùn)行總體上由來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 (ECU又稱發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī))的多個(gè)信號(hào)所支配并且是優(yōu)選地基于瞬間所希 望的補(bǔ)充熱量和冷卻劑流量。
當(dāng)根據(jù)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求來(lái)考慮一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說 明時(shí)，本發(fā)明的其他目的和特征將變得很清楚。


圖1示意地展示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。
圖2展示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。
圖3展示了在使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的一個(gè)步驟。
圖4至圖6根據(jù)這些實(shí)施方案之一展示了執(zhí)行本發(fā)明的其他步驟。
具體實(shí)施例方式
用于帶有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛的補(bǔ)充冷卻劑加熱器典型地是在2至4千 瓦的峰值功率范圍內(nèi)并且是在寒冷(冬季)的環(huán)境條件下被要求在冷啟動(dòng) 之后達(dá)到快速的加熱器/除霜器的性能。對(duì)于某些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在寒冷的環(huán) 境條件下在長(zhǎng)期的空轉(zhuǎn)狀態(tài)下同樣要求持續(xù)的補(bǔ)充熱量。
劑。在車輛中對(duì)于粘性加熱器(大概以空轉(zhuǎn)速度)的功率耗散要求與用于 粘性泵驅(qū)動(dòng)器的總功率傳輸負(fù)載(在峰值發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下)是大致相同的。
6對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)^/L的初始暖機(jī)階段，必須將粘性加熱器充滿并且滑移以 及粘性泵離合器必須是在低滑移條件與高滑移條件之間的某處運(yùn)行。冷卻 劑越冷，則泵可允許旋轉(zhuǎn)的速度就越慢。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。該實(shí)施方案總體上由參考數(shù) 字IO表示并且與具有一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)14的車輛12 —起使用。發(fā)動(dòng)機(jī)的
曲軸16運(yùn)行一個(gè)冷卻劑泵18。在泵18的相反兩側(cè)上才是供了一對(duì)粘性離合 器20和22。
在用于車輛12的初始啟動(dòng)條件之后不久并且為了提供某些粘性加熱， 粘性離合器20被充液以提供與冷卻劑泵18的一種最大連接。同時(shí)，粘性 離合器22僅被部分地接合并且起一個(gè)制動(dòng)器的作用以使該泵的速度減慢。 以此方式，粘性離合器20和22均在進(jìn)行滑移并且產(chǎn)生熱量。該泵的葉輪 僅以一個(gè)低速運(yùn)行，但該速度足以發(fā)散該熱量。
通過本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案，應(yīng)該相信對(duì)此條件所要求的流量將是接 近于正常冷卻劑泵空轉(zhuǎn)時(shí)的泵的全速。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)汽車?yán)鋮s劑泵僅是 邊際性地大得足夠用于空轉(zhuǎn)時(shí)的加熱/除霜需求。而且， 一個(gè)粘性驅(qū)動(dòng)的冷 卻劑泵是典型地略微超出尺寸的，以便補(bǔ)償最大的粘性離合器滑移，這典 型地是在2%至3%的等級(jí)。
當(dāng)不要求補(bǔ)充熱量時(shí)，粘性離合器22被排空并且冷卻劑泵的速度僅 由粘性離合器20來(lái)調(diào)節(jié)。
圖2示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案并且圖3至圖6示意性地展示了 其運(yùn)行中的幾個(gè)步驟。這個(gè)實(shí)施方案總體上由參考數(shù)字25來(lái)表示。在這 個(gè)實(shí)施方案中，冷卻劑流量和粘性熱量是獨(dú)立的。
車輛30具有一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)32,它帶有一個(gè)曲軸34。該曲軸運(yùn)行冷 卻劑泵36。鄰近泵36提供了帶有粘性離合器38和40的一個(gè)兩級(jí)粘性離 合器機(jī)構(gòu)。粘性離合器38被定位在泵36的葉輪與粘性離合器40之間， 而粘性離合器40被定位在粘性離合器38與發(fā)動(dòng)機(jī)(接地)32之間。
這兩個(gè)離合器被優(yōu)選地組合在一個(gè)單元或殼體中，帶有一個(gè)共同的有 機(jī)硅流體閥和一個(gè)共同的流體儲(chǔ)存器?？梢允褂萌魏纬Ｒ?guī)的粘性流體，例 如有機(jī)硅?？梢圆艈卓v該流體閥而將粘性流體送到粘性離合器38和40中的 一個(gè)或兩個(gè)上。
對(duì)于系統(tǒng)25的初始冷啟動(dòng)，泵36僅需非常慢地轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，粘性離 合器38的運(yùn)行室是空的。此時(shí)，粘性離合器40的運(yùn)行室是充滿的并且產(chǎn)生熱量而不影響泵的輸入速度。隨著熱量被產(chǎn)生，可以將泵36提高到使 加熱的冷卻劑進(jìn)行循環(huán)的速度。在此過程中，熱量將主要由粘性離合器40 并且還通過在冷卻劑泵驅(qū)動(dòng)粘性離合器38中的滑移而產(chǎn)生。
通過系統(tǒng)25,在發(fā)動(dòng)機(jī)32的暖機(jī)階段過程中存在著該粘性加熱器中 的冷卻劑泵速度的獨(dú)立控制。在正常的溫度下，當(dāng)不要求補(bǔ)充熱量時(shí)，粘 性離合器40將具有一個(gè)空的運(yùn)行室并且粘性離合器38將是在調(diào)整泵36 的速度。
通過這個(gè)實(shí)施方案，兩個(gè)粘性機(jī)構(gòu)被結(jié)合在一個(gè)單元中。 一個(gè)單個(gè)的 控制器將有機(jī)硅流體(或工作流體)按比例分配給合適的一側(cè)用于產(chǎn)生必 要的補(bǔ)充熱量。
如圖3所示，閥門構(gòu)件50被定位在工作流體儲(chǔ)存器52與兩個(gè)粘性離 合器38和40之間。閥門構(gòu)件50將該工作流體選擇性地引導(dǎo)到這些離合 器之一或二者上。圖4至圖6示意性地示出了系統(tǒng)25的運(yùn)行。
流體儲(chǔ)存器52通過閥50被連接到粘性離合器38和40上。兩個(gè)相結(jié) 合的離合器機(jī)構(gòu)38和40的輸入構(gòu)件60是通過發(fā)動(dòng)機(jī)32的曲軸34以輸 入速度驅(qū)動(dòng)的。粘性離合器38的被驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件是由參考數(shù)字62表示，而 粘性離合器40的被驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件是由參考數(shù)字64表示。冷卻劑泵36是由 粘性離合器38的被驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件62來(lái)驅(qū)動(dòng)的。由系統(tǒng)25產(chǎn)生的熱量是由 這些"Q輸出"箭頭70表示。粘性離合器40的部分66是固定的并且不 旋轉(zhuǎn)。在輸入構(gòu)件60的外徑與殼體構(gòu)件68之間存在著 一個(gè)非常緊密的公 差。這個(gè)緊密公差是由參考數(shù)字72表示。
如圖4所示，當(dāng)兩個(gè)粘性離合器的工作室充滿時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)與泵以相 同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖5示意性地示出該加熱器模式處于完全"開"的狀況下的情形。閥 門50是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)或發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)80來(lái)運(yùn)行的以允許有 機(jī)硅流體只進(jìn)入粘性離合器構(gòu)件40的輸入構(gòu)件60與旋轉(zhuǎn)輸出構(gòu)件64之 間的空間。在這個(gè)點(diǎn)處，該冷卻劑泵不運(yùn)行并且存在著由粘性離合器40 提供的全額的熱生成。
圖6示出了當(dāng)該加熱器是"關(guān)"時(shí)的情形。閥門構(gòu)件50已被電子控 制單元80運(yùn)行以便對(duì)粘性離合器38的工作室提供流體。該工作室是由參 考數(shù)字39表示的并且被定位在輸入構(gòu)件60與輸出構(gòu)件62之間。在這個(gè) 點(diǎn)處，泵構(gòu)件36將處于一種完全"開"的狀態(tài)。同樣，粘性離合器40的
8工作室是空的并且冷卻劑泵36的速度是由粘性離合器38來(lái)單獨(dú)地進(jìn)行調(diào) 整和調(diào)節(jié)。其結(jié)果是，在該暖機(jī)過程中，在粘性加熱器中實(shí)現(xiàn)了冷卻劑泵 速度的獨(dú)立控制。
雖然本發(fā)明已經(jīng)與一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案相結(jié)合而進(jìn)行了說明，應(yīng)該理 解已經(jīng)說明的特定的機(jī)構(gòu)和技術(shù)僅僅是對(duì)本發(fā)明的原理的解釋，可以對(duì)所 說明的這些方法和裝置做出很多修改而無(wú)需脫離由所附權(quán)利要求限定的 本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，這些車輛具有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)以及由該發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一根曲軸，所述系統(tǒng)包括一個(gè)泵構(gòu)件，用于冷卻提供給該發(fā)動(dòng)機(jī)的液體；一個(gè)粘性機(jī)構(gòu)，該粘性機(jī)構(gòu)與所述曲軸以及泵構(gòu)件可運(yùn)行地相關(guān)聯(lián)而定位并且被定位在該發(fā)動(dòng)機(jī)與所述泵構(gòu)件之間；所述粘性機(jī)構(gòu)包括一對(duì)粘性離合器面以及被定位在所述一對(duì)粘性離合器面之間的一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的粘性板；一個(gè)粘性流體儲(chǔ)存器；一個(gè)第一工作室，該第一工作室用于在所述被驅(qū)動(dòng)的粘性板與這些粘性離合器面的一個(gè)面之間提供的粘性流體，以及一個(gè)第二工作室，該第二工作室用于在所述被驅(qū)動(dòng)的粘性板與另一個(gè)粘性離合器面之間提供的粘性流體；以及一個(gè)與所述儲(chǔ)存器可運(yùn)行的相關(guān)聯(lián)的閥門構(gòu)件，所述閥門構(gòu)件將來(lái)自所述儲(chǔ)存器的粘性流體選擇性地提供給所述工作室中的一個(gè)或兩個(gè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)是一種柴油發(fā) 動(dòng)機(jī)。
3. 如權(quán)利要求1所述的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)要求補(bǔ)充熱量時(shí)，在 所述被驅(qū)動(dòng)的粘性板與鄰近該發(fā)動(dòng)機(jī)的粘性離合器面之間的該第 一 工作之間的該第二工作室是空的。
4. 如權(quán)利要求1所述的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)不要求補(bǔ)充熱量時(shí)，之間的該第二工作室是基本上充滿粘性流體的。
5. —種對(duì)帶有一臺(tái)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛提供補(bǔ)充熱量的粘性離合器機(jī) 構(gòu)，所述才幾構(gòu)包括一個(gè)殼體構(gòu)件；一個(gè)在所述殼體構(gòu)件內(nèi)的被驅(qū)動(dòng)的粘性板構(gòu)件；一個(gè)第一粘性離合器面構(gòu)件，該第一粘性離合器面構(gòu)件被定位在所述粘性板構(gòu)件的形成 一 個(gè)第 一 工作室的 一 側(cè)上；一個(gè)第二粘性離合器面構(gòu)件，該第二粘性離合器面構(gòu)件被定位在所述粘性板構(gòu)件的形成 一 個(gè)第二工作室的相反側(cè)上； 一個(gè)粘性流體的儲(chǔ)存室；以及一個(gè)閥門構(gòu)件，該閥門構(gòu)件用于將粘性流體選擇性地提供給所述第一 和第二工作室。
6. 如權(quán)利要求5所述的粘性離合器機(jī)構(gòu)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)是一種柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)。
7. 如權(quán)利要求5所述的粘性離合器機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括用于控制所述閥 門構(gòu)件的選擇性運(yùn)行的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。
8. 如權(quán)利要求7所述的粘性離合器機(jī)構(gòu)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 至少部分地基于表示所希望的補(bǔ)充熱量和冷卻劑流量的多個(gè)信號(hào)來(lái)控制 所述閥門構(gòu)件的選擇性運(yùn)行。
9. 一種用于車輛的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，該車輛具有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、 一個(gè)由該 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲軸、一個(gè)冷卻泵以及一個(gè)電子控制單元，所述系統(tǒng)包括一個(gè)第一粘性離合器構(gòu)件，該第一粘性離合器構(gòu)件被定位為與所述曲 軸以及所述冷卻泵處于運(yùn)行性關(guān)聯(lián)；一個(gè)第二粘性離合器構(gòu)件，該第二粘性離合器構(gòu)件被定位為與所述曲 軸處于運(yùn)行性關(guān)聯(lián)；一個(gè)粘性流體的儲(chǔ)存器；以及一個(gè)閥門構(gòu)件，該閥門構(gòu)件用于將粘性流體選擇性地提供給所述第一 和第二粘性離合器構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)。
10. 如權(quán)利要求9所述的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)是一種柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)。
11. 如權(quán)利要求9所述的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，其中，所述閥門構(gòu)件的運(yùn)行 是由該電子控制單元控制。
12. 對(duì)帶有一臺(tái)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及由該發(fā)動(dòng)才幾驅(qū)動(dòng)的一個(gè)曲軸的車輛提 供補(bǔ)充熱量的一種方法，所述方法包括提供一個(gè)粘性離合器機(jī)構(gòu)，該粘性離合器機(jī)構(gòu)包括一個(gè)殼體構(gòu)件； 在所述殼體構(gòu)件中的 一 個(gè)被驅(qū)動(dòng)的粘性板構(gòu)件； 被定位在所述粘性板構(gòu)件的 一側(cè)上、形成一個(gè)第 一 工作室的 一個(gè)第一 粘性離合器面構(gòu)件；被定位在所述粘性板構(gòu)件的相反側(cè)上、形成一個(gè)第二工作室的一個(gè)第 二粘性離合器面構(gòu)件；一個(gè)粘性流體的儲(chǔ)存器；用于將粘性流體選擇性地提供給所述第 一和第二工作室的 一個(gè)閥門 構(gòu)件；所述粘性離合器機(jī)構(gòu)與該曲軸處于可運(yùn)行的關(guān)聯(lián)；并且 用一種粘性流體充入所述第一室同時(shí)使所述第二工作室保持基本上 沒有粘性流體。
13. 如權(quán)利要求12所述的對(duì)車輛提供補(bǔ)充熱量的一種方法，其中，在 該發(fā)動(dòng)機(jī)的初始啟動(dòng)過程中對(duì)所述第 一工作室提供流體。
14. 如權(quán)利要求12所述的對(duì)車輛提供補(bǔ)充熱量的一種方法，其中，該 發(fā)動(dòng)機(jī)是一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
15. 如權(quán)利要求12所述的對(duì)車輛提供補(bǔ)充熱量的一種方法，進(jìn)一步包 括一個(gè)電子控制單元并且進(jìn)一步包括通過所述電單元對(duì)所述粘性離合器 機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的步驟。
全文摘要
一種對(duì)車輛(特別是帶有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛)提供補(bǔ)充熱量的系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)與冷卻劑泵之間提供了在每側(cè)上帶有不同的粘性離合器面的被驅(qū)動(dòng)的一個(gè)粘性板。一側(cè)咬合在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)(接地)上以產(chǎn)生熱量，而另一側(cè)咬合冷卻劑泵上以便改變泵的驅(qū)動(dòng)。這兩側(cè)是由來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)的信號(hào)所運(yùn)行的一個(gè)閥門來(lái)進(jìn)行控制。該閥門獨(dú)立于被驅(qū)動(dòng)的粘性板的兩側(cè)而改變來(lái)自一個(gè)共同的儲(chǔ)存器的粘性流體的供應(yīng)。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的信號(hào)是基于瞬間的所希望的補(bǔ)充熱量和冷卻劑流量。在另一個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)分離的粘性離合器被使用并且被定位在該冷卻劑泵的相反的兩側(cè)上。
文檔編號(hào)F16D35/02GK101668960SQ200880003294
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者大衛(wèi)·B·羅斯, 奧拉夫·E·韋伯 申請(qǐng)人:博格華納公司