專利名稱：具有套管的電子控制的粘性風扇驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及風扇驅動系統，并且更具體地涉及電子控制的粘性風扇驅動系統。
背景技術：
本發明涉及包括流體運行室和流體儲存器室二者的類型的流體連接裝置，以及控 制該工作室中的流體量的閥門安排。盡管本發明可以有利地使用在具有不同配置和應用的多種流體連接裝置中，但尤 其有利的是使用在被用來驅動內燃機的散熱器冷卻風扇的這種類型的連接裝置中，并且將 結合這種類型對其進行說明。然而，應該理解的是本發明并不限于使用在用于汽車以及其 他車輛的風扇冷卻系統中，而是用在任何用于發動機的任何冷卻系統中。粘性剪切類型的流體連接裝置(“風扇驅動器”)已廣泛用于驅動發動機冷卻風 扇，主要是因為它們的使用造成發動機馬力的實質性的節省。典型的流體連接裝置只在需 要冷卻時在接合的、相對較高速度的狀態下運行，而在要求很少或者不要求冷卻時在脫離 接合的、相對較低速度的狀態下運行。目前，電氣啟動的粘性風扇驅動器是已知的并且它們可以在接合、部分接合以及 脫離接合模式之間精確地進行控制，以便將輸出控制在由車輛發動機的計算機所確定的一 個給定的風扇速度上。一段時間以來，與用于驅動散熱器冷卻風扇的流體連接裝置相關聯的問題之一是 被稱為“晨吐”的現象。利用這些流體連接裝置(風扇驅動器)，存在著相對較小的“回流” 或“回血”，即，當發動機被關閉并且風扇驅動器停止轉動時流體從運行室到儲存器室的回 流。如果一個較大量的流體沒有從運行室回流到儲存器，那么在長時間后(例如第二天早 上)當風扇再次開始運行時，風扇驅動器將在初始時在接合位置上運行一段時間，直至工 作室中的大部分流體被泵送回到儲存器中。即使風扇是冷的并且不需要進行冷卻時依然存 在這種情況。這種接合的運行經常導致在不需要進行冷卻而被驅動時的一種不希望的風扇 噪音。為了克服晨吐的問題，已經對粘性剪切型的流體連接裝置做出了幾種實質性的改 進。例如，在美國專利號6，752，251中提供了一種閥盤，該閥盤基于發動機運行狀態通過激 勵或取消激勵致動器來對粘性流體從儲存器到這種抗回流室的運動進行電子控制。對于一些現有的粘性剪切類型的流體連接裝置的潛在困難或憂慮之一是由于一 種不正確的通量模式使得致動器可能粘在發動機“開啟”狀態，即電啟動的位置。在這種情 況下，在不需要冷卻時風扇可能還在保持運行。這可能導致過冷卻的情況并且潛在地從車 輛發動機產生額外的不希望的排放。
因此，本發明的目的是提供一種改進的消除了晨吐的粘性剪切流體連接裝置，并 且同時最小化或防止了致動器構件不適當的凍結在“開啟”位置，并且因此最小化或防止了 產生額外的不希望的排放。
發明內容
本發明克服了現有的粘性剪切類型流體連接裝置的潛在問題、并且提供了一種能 夠防止系統被令人不希望地鎖定在“開啟”狀態的電子控制粘性風扇驅動系統。粘性離合 器轉子被定位在蓋板構件以及形成外殼的本體構件的內部。一個閥盤被附裝到一個軸構件 上，該軸構件進而被連接到一個致動活塞上。該系統受到電子控制以便允許流體從儲存器 室通過而進入流體運行室中并按需要啟動冷卻風扇。該軸和致動活塞由一個復位彈簧進行 彈簧偏置，這樣當發動機關閉并且不存在電啟動時，在流體儲存器室和流體運行室之間的 通道是關閉的。為了防止軸和活塞被粘在“開啟，，位置并且因此將風扇驅動器鎖定在冷卻狀態，提 供了多個絕緣的墊圈和/或套管。這些絕緣的構件是非傳導性的并且防止電通量模式通過 它們，這可以防止軸和活塞被復位彈簧返回到它們的休止位置。當根據附圖和所附權利要求來考慮時，本發明的其他特征、益處和優點將從本發 明的以下說明中變得清楚。
圖1是一個流體連接裝置的透視圖，該流體連接裝置包含本發明的一個優選的實 施方案。圖2是如圖1所示的流體連接裝置的截面視圖。圖3是根據沒有電力開啟并且閥盤是處于其休止位置時的當前情況下的一個流 體連接裝置的電致動部分的放大視圖。圖4是當致動器系統被電激勵而由此將流體儲存器室與流體運行室之間的通道 打開時的根據本發明的一個粘性風扇驅動器的放大視圖。
具體實施例方式現在參見這些附圖(它們并非旨在限制本發明)，圖1展示了使用本發明的一種類 型的流體連接裝置10 ( “粘性風扇驅動器”)的一種優選形式。流體連接裝置10包括一個 蓋板構件12以及一個本體構件14，它們由螺栓、墊圈、或其他固定裝置16固定在一起以便 形成具有內腔22的殼體20。如本領域內所熟知的，該本體以及蓋板構件還能夠被該蓋板構 件的外周的一個翻轉件緊固在一起。流體連接裝置10被附裝到一個支架構件18上，該支架構件被用于將該流體連接 裝置安裝到車輛或汽車的發動機或其他部分的所希望的位置上。電引線19被用于向致動 器25提供電力以將其致動。流體連接裝置10被適配為由一個液體冷卻的發動機來驅動，并進而驅動一個散 熱器冷卻風扇，這兩者都未在附圖中示出。在本實施方案中，該風扇被附裝到本體構件14 上。該風扇可以通過任何適當的手段而附裝到該本體構件上，如通常在本領域中所熟知的。然而，應該理解的是除了在此確切指出的之外，本發明的使用不限于流體連接裝置的任何 具體的配置、或者風扇安裝安排、或者用于風扇驅動器的任何具體的應用。例如，本發明可 以與被適配為散熱器冷卻風扇類型的風扇驅動器一起使用，這種冷卻風扇被附裝到該蓋板 構件上而不是該本體構件上。為了節省重量并且散熱，蓋板構件12和本體構件14典型地由鋁材料制成。同時 為了幫助從粘性離合器10上散熱，該蓋板構件和本體構件上都對應地具有多個徑向葉片 13和15。優選地，該蓋板和本體是由壓鑄材料制成的，但應當理解的是本發明不限于使用 該材料，而是本發明還可以與使用沖壓蓋板構件類型的粘性風扇驅動器一起使用。例如，在 美國專利號7，293, 636中示出了一種具有壓鑄部件的風扇驅動器。殼體構件20被適配為來自車輛發動機的輸入速度下轉動。該殼體構件可由一個 皮帶輪連接至附裝到發動機的曲軸(未示出)上的一條皮帶或類似物上并因此以與該曲軸 相同的速度轉動。該殼體還可以由發動機水泵可轉動地驅動。用于轉動風扇驅動器的這兩 種系統在本領域中都是已知的并且不需要在此更詳細地說明。現在參見圖2和3，示出了圖1的流體連接裝置10的截面視圖，連同它的中央部分 的放大或分解的視圖。殼體20繞中央軸構件觀轉動。為此目的，支承件組30和32被定 位在該殼體與軸構件之間。在中央軸構件28中提供了多個空腔41和43。致動活塞構件40和致動器軸構件 42對應地被定位在空腔41和43中。致動器軸構件42延伸至殼體20的內腔22中。插頭 構件45將活塞構件和致動器軸構件保持在位。轉子構件50被壓力裝配在本體構件觀上，這樣當該系統需要冷卻并且粘性離合 器被電啟動時，這兩個構件一起轉動。一個閥盤構件46被附裝在致動器軸構件42的遠端 或在其附近。閥盤構件46被適配為當致動器軸構件42被粘性離合器的電子機構25致動 時與該致動器軸構件一起運動。致動器軸構件42還被彈簧構件60以圖2、3和4中的方向 垂直向上偏置。(在圖3中示出了沒有電致動情況下該致動器軸構件的電子致動的位置。) 鎖緊螺母48被用來將閥盤構件46牢固地固定在致動器軸構件42的末端上。在空腔41中可以提供一個墊圈構件55以便輔助活塞構件40的運動(參見圖4)。 例如，墊圈構件55可以是由特氟綸涂敷的鋼或青銅材料制成。儲存器蓋板27被定位在空腔22中。儲存器蓋板27與轉子構件50配合形成了流 體儲存器室70。如圖3和4中示出的致動器軸構件42在垂直方向的運動所起的作用是使 閥盤構件46在相同的方向運動、并且因此使流體儲存器室70和流體工作室72之間的閥門 機構74打開或者關閉、并且允許它們之間的聯通并允許流體在它們之間流動。閥門機構74 優選地包括一對沿直徑相對的孔或開口 75。閥盤構件46的相對定位是由復位彈簧構件60和粘性離合器的電子機構25控制 的。彈簧構件60被致動器活塞40偏置或不偏置，該致動器活塞由電子系統25磁性地驅動。 這進而控制了在運行室和儲存器室中所含有的粘性流體的量。粘性離合器的基本操作是眾所周知的，并且不必在此詳細說明。總體上講，致動組 件被連接到冷卻風扇上，當系統需要冷卻時會啟動該冷卻風扇。工作室的外周具有一個刮 片元件，該刮片元件產生具有較高流體壓力的一個局部區域，并且通過一個徑向通道(未 示出)以本領域眾所周知的一種方式連續地將少量的流體從工作室輸送回到儲存器室中。工作室區域中的轉子構件50的徑向外周部分具有多個環形凸臺51，這些環形凸臺與本體 或蓋板構件或兩者的相鄰表面52相配合。這些環形凸臺相互交錯以在它們之間限定一個 蛇形粘性剪切空間。再一次，這種安排在粘性離合器領域中是眾所周知的，并且相信本領域 普通技術人員將會完全理解所示出的流體連接裝置的構造和運行。致動器25與一個外部控制器76電氣連接并受其控制。多個傳感器78 (例如包括 發動機溫度傳感器和/或到空調器的壓力傳感器)被電氣連接到控制器76上并且提供關 于一個具體的發動機運行參數的電信號。控制器76解釋來自這些傳感器的電信號并且向 致動器25發送一個電信號以控制閥盤46的相對位置從而控制風扇構件的相對接合或脫離 接合。為了接合風扇驅動器，如圖4所示，由電子致動系統25啟動的線圈80產生圍繞支 承件組32并且穿過致動活塞構件40傳播的磁通量。圖4中示出了這個通量回路90。金屬 性的致動器活塞構件40響應于該磁通量做出反應以便在對抗彈簧構件60的偏置力的方向 上軸向地運動(即沿在圖3和4中軸向向下的方向)。由于致動器軸構件42與閥盤構件 46被連接到致動器活塞構件40上，它們一起運動(在圖4中以垂直向下的方向上)，由此 致使閥盤構件46打開低壓注入孔75并允許粘性流體從儲存器室70向工作室72的運動。 這啟動了轉子構件50以及冷卻風扇構件的旋轉運動。當電子致動系統25的電源“關閉”時，復位彈簧60向其自然位置偏置，由此向上 拉動閥盤構件46 (在圖3中垂直向上)。這覆蓋了低壓注入孔75并且防止粘性流體從儲存 器室70進入工作室72。由于這種刮片系統，在運行室(以及工作室)中的流體隨后將被返 回到儲存器室，并且轉子及風扇構件將停止轉動。在這些“打開”和“關閉”位置之間，粘性離合器能夠在部分接合的位置中運行并 且因此允許風扇構件以任何希望的速度轉動。通過降低電子致動器系統25的電量(或僅 僅部分地將其提高)，便改變了可供用于使致動器活塞構件40運動的磁通量。這將轉子定 位在部分打開/關閉位置中，并且對允許進入運行室中的粘性流體的量以及保留在工作室 中的粘性流體的量進行計量。實際上，轉子構件進行脈動或振動從而使注入口 75交互地打 開和關閉必要的時間量以便允許工作室中存在必要的流體的量并且因此精確地控制風扇 構件的速度。本領域的普通技術人員理解輸入構件與輸出構件之間的滑移量依據輸入速度 而驅動的風扇構件(該輸入速度是隨工作室中含有的粘性流體量而變)。這就是所謂的部 分接合或中速位置。當到電致動器機構25的電源完全被關閉時，由此除去對抗復位彈簧60的力而驅 動致動器活塞40的磁通量，復位彈簧60被設計為迫使閥盤構件46、致動器軸構件42以及 致動器活塞構件40返回到它們的休止位置(在圖3中垂直向上)。來自外部控制器76以及電源以脈寬調制(PWM)形式提供的電動力的量(用于增 強所產生的驅動致動器活塞40的磁通量)是由一個外部控制器確定的。如以上所表明的， 控制器76接收來自不同的發動機傳感器78 (它們監控與發動機溫度有關的不同的發動機 運行狀態)的一組電輸入。因此，例如，如果外部控制器76確定發動機冷卻劑溫度過高，就 從該控制器向致動器25發送一個信號以便致動線圈80。這使注入孔保持打開以便將所有 的粘性流體提供到運行和工作室中。在另一方面，當控制器76確定這些傳感器中的一個或多個感應到發動機在所希望的范圍內運行時，該外部控制器和電源將不向線圈80提供任何電力并且因此防止風扇 運行。在這種情況下，將沒有粘性流體進入運行室或工作室，并且在轉子構件與用來驅動該 轉子構件的蓋板構件和/或本體構件之間的凸臺中的滑移量將降低到脫離接合的速度。同 樣，當發動機被關閉并且因此沒有實現能夠使致動器活塞40運動的磁通量時，復位彈簧60 將使閥盤46保持在注入孔上。這允許粘性流體從運行室流入儲存器室。這將使被稱為“晨 吐”的情況最小化或得到防止。如本領域的普通技術人員所理解的，激勵線圈80所必需的脈寬調制PWM的實際量 取決于很多因素，包括復位彈簧60的強度。另外，注入孔75的大小可能影響所必需的偏置量。在這種類型的一個典型的粘性流體離合器裝置中，致動器軸構件42是由不銹鋼 材料制成的，中央軸構件觀是由碳鋼材料制成的，并且致動器活塞構件40是由碳鋼構件制 成的。軸構件觀還可以具有一個不銹鋼的部分四。還將一個墊圈或套管構件100安置在 致動器軸構件42上，在此它進入中央孔或腔43。對于本發明，該套管構件是由非磁性(或 絕緣的)材料制成的，以便防止磁通量路徑90穿過該套管構件，并且它包括套管構件100。 如果該通量路徑包括該套管構件，那么有可能使致動器軸構件42和致動器活塞構件40被 “粘住”，即被磁性地鎖定在垂直向上的位置(在圖3中)，由此使風扇構件脫離接合并且可 能使發動機過熱。圖3和圖4示出了一個有套環的套管構件100，并且它是根據本發明的絕緣非磁性 墊圈的一個優選的實施方案。其他可接受的套管構件包括扁平不銹鋼墊圈或類似物。如所表明的，為了防止致動器軸構件和致動器活塞構件被“粘住”，套管構件應由 非磁性材料制成，如新澤西州Thorofare的GGB北美公司提供的DP4無鉛干套管。這些套 管由與黃銅成為合金并且覆蓋有特氟綸材料的銹鋼材料制成。當然，只要滿足本發明的目 的及效果，還有可能使用其他絕緣的或非磁性材料用于套管構件。例如，用于套管構件的材 料可以是青銅、特氟綸、不銹鋼、鋁、復合材料、或塑料聚合物材料。絕緣套管構件100防止 了來自線圈的通量線將套管磁化，而這在施加電流時可能使活塞40處于不正確的位置。通 量模式可能尋求最小阻力路徑，這將是讓電樞到輸入軸觀上并且磁性地將他們粘在一起。 因此，絕緣套管或墊圈100產生了防止此類情況發生的“磁中斷”。作為本發明的另一個實施方案，可以提供一個“故障安全”實施方案。在本實施方 案中，將一個偏置構件定位為提供一個打開儲存器和運行室之間的流通的偏置力。在這個 替代的實施方案中，當該系統不再需要冷卻時一個電致動器機構于是可以由一個控制器來 致動。該致動器將會產生驅動該致動器活塞對抗彈簧力的磁通量路徑，并由此致使風扇停 止轉動。本實施方案產生了一種“故障安全”模式，因為如果車輛的電力系統發生故障或以 其他原因停止運行時，冷卻風扇將繼續運行。這將防止車輛冷卻系統過熱并且允許駕駛員 將車輛駕駛到到一個安全的地方進行維修。雖然結合不同實施方案說明了本發明，但應理解，本發明并非限于這些實施方案。 相反，本發明覆蓋可以包括在所附權利要求的精神與范圍之內的所有替代方案、改進、以及 等效物。
權利要求
1.一種電子控制的流體連接裝置，包括一個輸出構件，該輸出構件包括一個中央軸；圍繞所述輸出構件安裝的一個輸入構件，所述輸入構件包括一個本體構件以及一個蓋 板構件；一個轉子構件，該轉子構件被安裝在所述輸出構件上并被包含在所述蓋板以及所述本 體構件之中；安裝在所述輸入構件上的一個儲存器蓋板構件，所述儲存器蓋板構件具有至少一個注 入口 ；一個流體儲存器室，該流體儲存器室被限定在所述儲存器蓋板構件與所述轉子構件之 間，所述流體儲存器室具有一定量的粘性流體；一個流體工作室，該流體工作室被限定在所述轉子構件與所述本體構件之間，所述流 體運行室通過所述注入口流體地連接到所述流體儲存器室上；一個中央軸構件，所述中央軸構件響應于一個磁場是在軸向上可運動的；與所述中央軸構件連接的一個閥盤構件，當所述閥盤構件處于一個第一位置時所述閥 盤構件能夠覆蓋所述注入口，從而在此防止所述量的粘性流體從所述流體儲存器室流動到 所述流體工作室；當所述可旋轉閥門構件處于一種中間水平的位置時所述閥盤構件能夠部 分覆蓋所述注入口，從而在此允許所述量的粘性流體從所述流體儲存器室到所述流體工作 室的部分流動以便使所述轉子與所述輸出構件部分地接合，并且當所述閥門構件處于一個 第二位置時，所述閥盤構件能夠完全不覆蓋所述注入口，從而在此允許所述量的粘性流體 向所述流體工作室的全部流動；一個非磁性的套管構件，該非磁性的套管構件與所述中央軸構件處于運作性關聯；一個電磁子組件，該電磁子組件被安裝到所述輸入構件上；一個控制器，該控制器電氣連接到所述電磁子組件上，并且被適配為向所述電磁子組 件提供一個電流，所述電磁子組件能夠選擇性地引發一個磁場，其中所述閥門構件子組件 根據所述磁場的強度在所述第一位置、所述中間水平位置、以及所述第二位置之間軸向運動。
2.如權利要求1所述的流體連接裝置，進一步包括一個偏置彈簧構件，所述彈簧構件 在沒有所述磁場的情況下將所述閥盤構件子組件保持在所述第一位置。
3.如權利要求1所述的流體連接裝置，其中所述輸入構件進一步包括一個皮帶驅動的 皮帶輪構件。
4.如權利要求1所述的流體連接裝置，其中所述輸入構件進一步包括一個水泵軸。
5.如權利要求1所述的流體連接裝置，進一步包括電氣連接到所述控制器上的至少一 個傳感器，所述至少一個傳感器依據一種所希望的發動機工作狀態向所述控制器發送一種 電信號。
6.如權利要求1所述的流體連接裝置，進一步包括一個偏置彈簧構件，所述彈簧構件 在沒有所述磁場的情況下將所述閥盤構件子組件保持在所述第二位置中。
7.一種電子控制的流體連接裝置，包括一個輸出構件，該輸出構件包括一個中央軸；圍繞所述輸出構件安裝的一個輸入構件，所述輸入構件包括一個本體構件以及一個蓋板構件；一個轉子構件，該轉子構件被安裝在所述輸出構件上并被包含在所述蓋以及所述本體 構件之中；安裝在所述輸入構件上的一個儲存器蓋板構件，所述儲存器蓋板構件具有至少一個注 入口 ；一個流體儲存器室，該流體儲存器室被限定在所述儲存器蓋板構件與所述轉子構件之 間，所述流體儲存器室具有一定量的粘性流體；一個流體工作室，該流體工作室被限定在所述轉子構件與所述本體構件之間，所述流 體工作室通過所述注入口流體地連接到所述流體儲存器室上；一個中央軸構件，所述中央軸構件響應于一個磁場在軸向上是可運動的；一個閥盤構件，該閥盤構件連接到所述中央軸構件上，當所述閥門構件處于一個第一 位置時所述閥盤構件能夠覆蓋所述注入口，并且當所述閥門構件處于一個第二位置時所述 閥盤構件能夠不覆蓋所述注入口 ；一個非磁性的套管構件，該非磁性的套管構件與所述中央軸構件處于運行性關聯；一個電磁子組件，該電磁子組件被安裝到所述輸入構件上；一個控制器，該控制器被電氣連接到所述電磁子組件上、并且被適配為向所述電磁子 組件提供一個電流，所述電磁子組件能夠選擇性地引發一個磁場，其中所述閥構件子組件 根據所述磁場的強度在所述第一位置、所述中間水平位置、以及所述第二位置之間軸向運 動；以及一個偏置彈簧構件，所述彈簧構件在沒有所述磁場的情況下將所述閥盤構件子組件保 持在所述第一位置中。
8.如權利要求7所述的流體連接裝置，進一步包括電氣連接到所述控制器上的至少一 個傳感器，所述至少一個傳感器依據一種希望的發動機工作狀態向所述控制器發送一個信號。
9.如權利要求7所述的流體連接裝置，其中所述閥門構件能夠被定位在所述第一和第 二位中之間的多個中間水平位置中。
全文摘要
一種用于冷卻風扇的粘性剪切型風扇驅動機構。在此提供了一種可運動的閥盤，該閥盤控制在運行室中流體的量。一個電子致動系統啟動多個活塞和軸構件，這些構件對抗一個復位彈簧的偏置力而使該閥盤運動以便打開注入孔、允許儲存器和多個工作室之間的流體流通、并且允許冷卻風扇的轉動。在該電子致動系統沒有啟動的情況下，防止了流體到工作室的流動。這些活塞和軸構件附近的一個非磁性或絕緣的套管構件防止該系統在電源被除去時停滯在致動狀態。
文檔編號F16D35/02GK102066711SQ200980115797
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月30日 優先權日2008年5月13日
發明者J·P·梅 申請人:博格華納公司