專利名稱：帶有可變冷卻劑泵驅動的粘性冷卻劑加熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于車輛的補充加熱系統，并且更具體地涉及特別用于帶 有柴油發動機的車輛的補充加熱系統。
背景技術：
在帶有內燃發動機的車輛中，在寒冷的環境(冬季)條件下直接在冷 起動之后暖機階段的過程中存在著對于補充熱量一種需求。這在帶有柴油 發動機的車輛中特別是這種情況，因為它們與火花點火式發動機相比暖機 更慢。發動機的快速暖機的主要好處之一是改進的加熱器和除霜器的性
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另外，當車輛在寒冷的環境條件下陷入交通阻塞時，柴油發動機面臨 提供足夠熱量的額外的挑戰。在某些條件下，發動機也許不能自然地為冷 卻系統排放足夠的熱量以使發動機保持在其設定點上。在這些情況下，在 冷啟動事件之后很長時間時仍可能要求補充熱量。
目前已知的產生補充熱量的方法包括(1)電阻加熱；(2)額外燃料 燃燒器以及熱交換器；(3)排氣系統熱交換器；以及(4)由發動機驅動 的粘性加熱器。
已知發動機中的一臺直接驅動的冷卻劑循環泵傳送給發動機的冷卻 劑流量要多于在部分油門或部分負載時所需要的量，因為泵的大小是被確 定為在所有的發動機轉速下用于全油門或全負載。因為額外的泵送工作表 示附加損失，不同的系統已被設計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動機的轉速相匹配。用來提供連續可變的冷卻劑泵的 速度的已知方法為(1 )電動機驅動的冷卻劑泵；(2)可變機械式驅動器； 以及(3)可變粘性驅動器。
由此，對于改進的補充熱量來源以及用于車輛發動才幾(具體地用于暖 機階段以及用于柴油發動機)的系統存在一種需要。而且，對于一種可變的(尤其用于為車輛產生補充熱量的)冷卻劑泵存在一種需要。
發明內容
本發明克服了以上問題并且提供了 一種改進的補充熱量系統，該系統 具有用于車輛中的柴油發動機的特別用途。本發明包括組合在一個單元中
的一個粘性冷卻劑加熱器(VCH)的功能以及被一個粘性冷卻劑泵驅動器 (VCP)的功能。本發明提供了加熱器輸出以及來自輸入功率源的冷卻劑 泵的百分比的接合的獨立控制。
提供了在每側上具有不同粘性離合器面的 一個被驅動的粘性板。該粘 性離合器的這些側面之一咬合該發動機結構(接地)以便產生熱量。該粘 性離合器的另一側咬合該冷卻劑泵并且改變該泵的驅動。這兩側是通過一 個閥門來進行送液和控制的，該閥門能夠獨立地改變從一個公共的儲存器 到兩側的粘性流體的供應。本發明的運行總體上由來自發動機控制單元 (ECU又稱發動機計算機)的多個信號所支配并且是優選地基于瞬間所希 望的補充熱量和冷卻劑流量。
當根據結合附圖和所附權利要求來考慮一個優選實施方案的詳細說 明時，本發明的其他目的和特征將變得很清楚。
圖1示意地展示了本發明的一個實施方案。
圖2展示了本發明的另一個實施方案。
圖3展示了在使用本發明的一個實施方案中的一個步驟。
圖4至圖6根據這些實施方案之一展示了執行本發明的其他步驟。
具體實施例方式
用于帶有柴油發動機的車輛的補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并且是在寒冷(冬季)的環境條件下被要求在冷啟動 之后達到快速的加熱器/除霜器的性能。對于某些柴油發動機，在寒冷的環 境條件下在長期的空轉狀態下同樣要求持續的補充熱量。
劑。在車輛中對于粘性加熱器(大概以空轉速度)的功率耗散要求與用于 粘性泵驅動器的總功率傳輸負載(在峰值發動機轉速下)是大致相同的。
6對于柴油發動^/L的初始暖機階段，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行。冷卻 劑越冷，則泵可允許旋轉的速度就越慢。
圖1示出了根據本發明的一個實施方案。該實施方案總體上由參考數 字IO表示并且與具有一臺柴油發動機14的車輛12 —起使用。發動機的
曲軸16運行一個冷卻劑泵18。在泵18的相反兩側上才是供了一對粘性離合 器20和22。
在用于車輛12的初始啟動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，粘性 離合器22僅被部分地接合并且起一個制動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均在進行滑移并且產生熱量。該泵的葉輪 僅以一個低速運行，但該速度足以發散該熱量。
通過本發明的這個實施方案，應該相信對此條件所要求的流量將是接 近于正常冷卻劑泵空轉時的泵的全速。這是因為大多數汽車冷卻劑泵僅是 邊際性地大得足夠用于空轉時的加熱/除霜需求。而且， 一個粘性驅動的冷 卻劑泵是典型地略微超出尺寸的，以便補償最大的粘性離合器滑移，這典 型地是在2%至3%的等級。
當不要求補充熱量時，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來調節。
圖2示出了本發明的另一個實施方案并且圖3至圖6示意性地展示了 其運行中的幾個步驟。這個實施方案總體上由參考數字25來表示。在這 個實施方案中，冷卻劑流量和粘性熱量是獨立的。
車輛30具有一臺柴油發動機32,它帶有一個曲軸34。該曲軸運行冷 卻劑泵36。鄰近泵36提供了帶有粘性離合器38和40的一個兩級粘性離 合器機構。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與發動機(接地)32之間。
這兩個離合器被優選地組合在一個單元或殼體中，帶有一個共同的有 機硅流體閥和一個共同的流體儲存器。可以使用任何常規的粘性流體，例 如有機硅。可以才喿縱該流體閥而將粘性流體送到粘性離合器38和40中的 一個或兩個上。
對于系統25的初始冷啟動，泵36僅需非常慢地轉動。這樣，粘性離 合器38的運行室是空的。此時，粘性離合器40的運行室是充滿的并且產生熱量而不影響泵的輸入速度。隨著熱量被產生，可以將泵36提高到使 加熱的冷卻劑進行循環的速度。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動粘性離合器38中的滑移而產生。
通過系統25,在發動機32的暖機階段過程中存在著該粘性加熱器中 的冷卻劑泵速度的獨立控制。在正常的溫度下，當不要求補充熱量時，粘 性離合器40將具有一個空的運行室并且粘性離合器38將是在調整泵36 的速度。
通過這個實施方案，兩個粘性機構被結合在一個單元中。 一個單個的 控制器將有機硅流體(或工作流體)按比例分配給合適的一側用于產生必 要的補充熱量。
如圖3所示，閥門構件50被定位在工作流體儲存器52與兩個粘性離 合器38和40之間。閥門構件50將該工作流體選擇性地引導到這些離合 器之一或二者上。圖4至圖6示意性地示出了系統25的運行。
流體儲存器52通過閥50被連接到粘性離合器38和40上。兩個相結 合的離合器機構38和40的輸入構件60是通過發動機32的曲軸34以輸 入速度驅動的。粘性離合器38的被驅動的構件是由參考數字62表示，而 粘性離合器40的被驅動的構件是由參考數字64表示。冷卻劑泵36是由 粘性離合器38的被驅動的構件62來驅動的。由系統25產生的熱量是由 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。在輸入構件60的外徑與殼體構件68之間存在著 一個非常緊密的公 差。這個緊密公差是由參考數字72表示。
如圖4所示，當兩個粘性離合器的工作室充滿時，該發動機與泵以相 同的速度轉動。
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是由發動機控制單元(ECU)或發動機計算機80來運行的以允許有 機硅流體只進入粘性離合器構件40的輸入構件60與旋轉輸出構件64之 間的空間。在這個點處，該冷卻劑泵不運行并且存在著由粘性離合器40 提供的全額的熱生成。
圖6示出了當該加熱器是"關"時的情形。閥門構件50已被電子控 制單元80運行以便對粘性離合器38的工作室提供流體。該工作室是由參 考數字39表示的并且被定位在輸入構件60與輸出構件62之間。在這個 點處，泵構件36將處于一種完全"開"的狀態。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來單獨地進行調 整和調節。其結果是，在該暖機過程中，在粘性加熱器中實現了冷卻劑泵 速度的獨立控制。
雖然本發明已經與一個或多個實施方案相結合而進行了說明，應該理 解已經說明的特定的機構和技術僅僅是對本發明的原理的解釋，可以對所 說明的這些方法和裝置做出很多修改而無需脫離由所附權利要求限定的 本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種用于車輛的補充加熱系統，這些車輛具有一臺發動機以及由該發動機驅動的一根曲軸，所述系統包括一個泵構件，用于冷卻提供給該發動機的液體；一個粘性機構，該粘性機構與所述曲軸以及泵構件可運行地相關聯而定位并且被定位在該發動機與所述泵構件之間；所述粘性機構包括一對粘性離合器面以及被定位在所述一對粘性離合器面之間的一個被驅動的粘性板；一個粘性流體儲存器；一個第一工作室，該第一工作室用于在所述被驅動的粘性板與這些粘性離合器面的一個面之間提供的粘性流體，以及一個第二工作室，該第二工作室用于在所述被驅動的粘性板與另一個粘性離合器面之間提供的粘性流體；以及一個與所述儲存器可運行的相關聯的閥門構件，所述閥門構件將來自所述儲存器的粘性流體選擇性地提供給所述工作室中的一個或兩個。
2. 如權利要求1所述的補充加熱系統，其中所述發動機是一種柴油發 動機。
3. 如權利要求1所述的補充加熱系統，其中，當要求補充熱量時，在 所述被驅動的粘性板與鄰近該發動機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. 如權利要求1所述的補充加熱系統，其中，當不要求補充熱量時，之間的該第二工作室是基本上充滿粘性流體的。
5. —種對帶有一臺內燃發動機的車輛提供補充熱量的粘性離合器機 構，所述才幾構包括一個殼體構件；一個在所述殼體構件內的被驅動的粘性板構件；一個第一粘性離合器面構件，該第一粘性離合器面構件被定位在所述粘性板構件的形成 一 個第 一 工作室的 一 側上；一個第二粘性離合器面構件，該第二粘性離合器面構件被定位在所述粘性板構件的形成 一 個第二工作室的相反側上； 一個粘性流體的儲存室；以及一個閥門構件，該閥門構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. 如權利要求5所述的粘性離合器機構，其中，所述發動機是一種柴 油發動機。
7. 如權利要求5所述的粘性離合器機構，進一步包括用于控制所述閥 門構件的選擇性運行的一個發動機控制單元。
8. 如權利要求7所述的粘性離合器機構，其中，所述發動機控制單元 至少部分地基于表示所希望的補充熱量和冷卻劑流量的多個信號來控制 所述閥門構件的選擇性運行。
9. 一種用于車輛的補充加熱系統，該車輛具有一臺發動機、 一個由該 發動機驅動的曲軸、一個冷卻泵以及一個電子控制單元，所述系統包括一個第一粘性離合器構件，該第一粘性離合器構件被定位為與所述曲 軸以及所述冷卻泵處于運行性關聯；一個第二粘性離合器構件，該第二粘性離合器構件被定位為與所述曲 軸處于運行性關聯；一個粘性流體的儲存器；以及一個閥門構件，該閥門構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件中的一個或兩個。
10. 如權利要求9所述的補充加熱系統，其中所述發動機是一種柴油 發動機。
11. 如權利要求9所述的補充加熱系統，其中，所述閥門構件的運行 是由該電子控制單元控制。
12. 對帶有一臺內燃發動機以及由該發動才幾驅動的一個曲軸的車輛提 供補充熱量的一種方法，所述方法包括提供一個粘性離合器機構，該粘性離合器機構包括一個殼體構件； 在所述殼體構件中的 一 個被驅動的粘性板構件； 被定位在所述粘性板構件的 一側上、形成一個第 一 工作室的 一個第一 粘性離合器面構件；被定位在所述粘性板構件的相反側上、形成一個第二工作室的一個第 二粘性離合器面構件；一個粘性流體的儲存器；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 一個閥門 構件；所述粘性離合器機構與該曲軸處于可運行的關聯；并且 用一種粘性流體充入所述第一室同時使所述第二工作室保持基本上 沒有粘性流體。
13. 如權利要求12所述的對車輛提供補充熱量的一種方法，其中，在 該發動機的初始啟動過程中對所述第 一工作室提供流體。
14. 如權利要求12所述的對車輛提供補充熱量的一種方法，其中，該 發動機是一種柴油發動機。
15. 如權利要求12所述的對車輛提供補充熱量的一種方法，進一步包 括一個電子控制單元并且進一步包括通過所述電單元對所述粘性離合器 機構進行控制的步驟。
全文摘要
一種對車輛(特別是帶有柴油發動機的車輛)提供補充熱量的系統。在發動機與冷卻劑泵之間提供了在每側上帶有不同的粘性離合器面的被驅動的一個粘性板。一側咬合在發動機結構(接地)上以產生熱量，而另一側咬合冷卻劑泵上以便改變泵的驅動。這兩側是由來自發動機計算機的信號所運行的一個閥門來進行控制。該閥門獨立于被驅動的粘性板的兩側而改變來自一個共同的儲存器的粘性流體的供應。來自發動機控制單元的信號是基于瞬間的所希望的補充熱量和冷卻劑流量。在另一個實施方案中，兩個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上。
文檔編號F16D35/02GK101668960SQ200880003294
公開日2010年3月10日 申請日期2008年2月14日 優先權日2007年2月15日
發明者大衛·B·羅斯, 奧拉夫·E·韋伯 申請人:博格華納公司