專利名稱：汽車的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸入周圍空氣使其通過內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中的散熱器的風(fēng)扇系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)驅(qū)動及液壓或電力驅(qū)動的散熱器冷卻風(fēng)扇均已被用于內(nèi)燃機(jī)達(dá)將近一個世紀(jì)。這些冷卻風(fēng)扇通常包括安裝在中央定位的馬達(dá)上的多葉片元件。專利號為5,660,149的美國專利和專利號為6,342,741的美國專利，以及公開號為US2004/0223845的已公開申請都揭示了其中馬達(dá)被安裝在風(fēng)扇排列中心的典型散熱器冷卻風(fēng)扇。這種類型的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)具有一個主要的缺點。即，如果汽車以較高或甚至中等的對地速度運行，則在散熱器前方進(jìn)入汽車的沖壓空氣會形成足夠的壓力迫使周圍空氣通過散熱器，但風(fēng)扇葉片和輪轂嚴(yán)重地阻擋了空氣流。雖然某些風(fēng)扇連接有溫度調(diào)節(jié)裝置以便節(jié)約能量，但這些離合器風(fēng)扇的葉片和輪轂阻擋空氣流到達(dá)散熱器的中心部分，從而削弱了散熱器的冷卻能力。作為對使用沖壓空氣冷卻的可能性的認(rèn)可，美國專利6,106,228公開了在散熱器背后存在高壓力時開啟以允許沖壓空氣流過散熱器的葉片裝置。遺憾的是，‘228專利中的葉片裝置并不處在散熱器中心，冷卻空氣在散熱器中心會具有最大的有益效果。同時，這樣的葉片裝置并不解決風(fēng)扇輪轂引起的阻擋空氣的問題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)利用具有基本上空心、固定、環(huán)形的輪轂的風(fēng)扇，該輪轂具有葉片裝置以允許受控的空氣流進(jìn)入。這允許風(fēng)扇在輪轂葉片裝置關(guān)閉時有效地吸入空氣通過散熱器，同時在葉片裝置開啟時允許最小的限制，相伴地允許最大的空氣流通過風(fēng)扇輪轂。這允許對發(fā)動機(jī)和散熱器進(jìn)行最優(yōu)的沖壓空氣冷卻。
一種用于內(nèi)燃機(jī)的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，包括具有在其中形成的圓孔的風(fēng)扇罩，及固定的環(huán)形輪轂，環(huán)形風(fēng)扇元件通過至少一個介于該輪轂外表面和該風(fēng)扇元件內(nèi)表面之間的軸承而軸頸連接到該輪轂上。風(fēng)扇元件從環(huán)形輪轂延伸到罩上的圓孔。若干個葉片裝置延伸否則是開啟的環(huán)形輪轂內(nèi)部，以控制通過輪轂的空氣流。驅(qū)動系統(tǒng)向環(huán)形風(fēng)扇元件提供動力。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)包括散熱器，用于排出熱量到周圍空氣中；風(fēng)扇罩，安裝到所述散熱器上并具有在其中形成的圓孔；軸流式風(fēng)扇，包括環(huán)形風(fēng)扇元件，所述環(huán)形風(fēng)扇元件具有圓形的軸承表面及多個連接到所述圓形軸承表面并延伸到所述圓孔外表面的葉片；大體上為環(huán)形的固定輪轂；多個可移動葉片裝置，延伸過所述大體上環(huán)形的輪轂的至少部分；至少一個軸承，介于所述環(huán)形輪轂的外表面和所述風(fēng)扇元件的所述環(huán)形軸承表面之間；及旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)，操作上與所述環(huán)形風(fēng)扇元件相連接。
根據(jù)本發(fā)明的又另一方面，一種內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)包括散熱器，用于排出熱量到周圍空氣中；風(fēng)扇罩，安裝到所述散熱器上并具有在其中形成的圓孔；軸流式風(fēng)扇，包括環(huán)形風(fēng)扇元件，所述環(huán)形風(fēng)扇元件延伸過所述罩中的所述圓孔，且所述風(fēng)扇元件具有內(nèi)表面；環(huán)形輪轂，安裝到所述風(fēng)扇罩上；多個可控制的、通常關(guān)閉的葉片裝置，軸頸連接到所述輪轂上且延伸過所述輪轂的內(nèi)部；多個軸承，介于所述環(huán)形風(fēng)扇元件的內(nèi)表面和所述輪轂之間；旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)，操作上與所述環(huán)形風(fēng)扇元件相連接；及控制器，用于監(jiān)視所述冷卻系統(tǒng)的至少一個操作溫度及安裝所述冷卻系統(tǒng)于其上的汽車的對地速度，所述控制器操作所述風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)及所述葉片裝置，以便如果汽車具有足夠的速度能迫使預(yù)先確定的周圍空氣流通過所述散熱器并通過所述葉片裝置，則來開啟所述葉片裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)可以包括由環(huán)形風(fēng)扇元件的動力輸入部件的至少部分牽引的彈性動力傳動構(gòu)件。動力傳動構(gòu)件從動力輸入部件延伸到原動機(jī)，該原動機(jī)可以是動力軸，如與發(fā)動機(jī)聯(lián)合的曲軸或凸輪軸，或馬達(dá)，如液壓或電動馬達(dá)。作為另一種選擇，風(fēng)扇元件可以在其外表面由用齒輪連接到風(fēng)扇元件的馬達(dá)驅(qū)動。這有時被稱為“環(huán)形馬達(dá)”。作為又一種選擇，風(fēng)扇元件自身可以充當(dāng)電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子或電樞，而馬達(dá)的平衡裝置位于風(fēng)扇罩中。
安裝在冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的輪轂內(nèi)的葉片裝置是可移動的，且具有至少一個允許軸向空氣流通過葉片裝置并通過輪轂的開啟位置，及在其中不允許或只允許最小限度的空氣流通過葉片裝置的關(guān)閉位置。葉片裝置可以具有矩形的構(gòu)形，或半圓形，或弓形的構(gòu)形，或熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人已知及由本發(fā)明暗示的其他構(gòu)形。葉片裝置較佳地鉸接到環(huán)形輪轂，且可以由彈性元件控制，或由控制器通過如齒條和小齒輪裝置這樣的機(jī)械聯(lián)動裝置來控制。或者，葉片裝置可以由直接連接到放氣孔的電動馬達(dá)驅(qū)動。
在葉片裝置由如扭轉(zhuǎn)彈簧這樣的彈性元件控制時，葉片裝置通常是關(guān)閉的，但是將具有響應(yīng)于跨輪轂的空氣壓力差的開啟特性。在空氣壓力差使得開啟葉片裝置將導(dǎo)致附加的空氣流通過散熱器或其他熱交換器的情況下，葉片裝置被開啟。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)包括用于監(jiān)視冷卻系統(tǒng)或動力系統(tǒng)的至少一個操作參數(shù)，以及其他參數(shù)如其上安裝冷卻系統(tǒng)的汽車的對地速度?？刂破鞑僮黠L(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)以降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，同時如果汽車具有足夠的速度則開啟葉片裝置來迫使預(yù)先確定量的周圍空氣通過葉片裝置穿過散熱器。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)可以包括由安裝在環(huán)形風(fēng)扇元件內(nèi)表面處的滑輪牽引的彈性動力傳動構(gòu)件，而該動力傳動構(gòu)件延伸到馬達(dá)。在這方面，術(shù)語“馬達(dá)”同樣不僅包括液壓或電動馬達(dá)，還包括曲軸或其他連接到發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸。
根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的一個優(yōu)點是可以實現(xiàn)增強(qiáng)的發(fā)動機(jī)冷卻而運轉(zhuǎn)冷卻風(fēng)扇不需消耗額外的能量。
根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的又一個優(yōu)點是在特定的情況下，可以縮小冷卻系統(tǒng)散熱器的尺寸，因為沖壓空氣得到了更有效的利用。
本發(fā)明的其他優(yōu)點以及特征和目標(biāo)對本說明書的讀者來說會是顯而易見的。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的局部示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的透視圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的一組半圓形葉片裝置。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于操作冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇的控制系統(tǒng)。
圖5示出圖2所示葉片裝置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
具體實施例方式
如圖1所示，冷卻系統(tǒng)10包括散熱器12，散熱器12具有安裝于其上的風(fēng)扇罩14。軸流式風(fēng)扇元件22安裝在風(fēng)扇罩14中形成的圓孔30內(nèi)。風(fēng)扇元件22包括若干個安裝到圓形軸承表面24上的風(fēng)扇葉片26，軸承表面24是在其上安裝每個風(fēng)扇葉片26的環(huán)形結(jié)構(gòu)。軸承表面24定義了風(fēng)扇元件22的內(nèi)表面。軸承表面24和風(fēng)扇元件22用軸承32而軸頸連接到輪轂18，而輪轂18是固定的。輪轂18可以安裝在風(fēng)扇罩14上，或安裝在另一個固定的發(fā)動機(jī)部件或汽車部件上。重要的是輪轂18并不旋轉(zhuǎn)。相反，風(fēng)扇元件22在輪轂18上旋轉(zhuǎn)。依靠可安裝到旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)軸，如曲軸80，或風(fēng)扇馬達(dá)112(圖4)上的滑輪74、皮帶78和滑輪76為此旋轉(zhuǎn)提供動力。皮帶78從而充當(dāng)由滑輪74牽引的彈性動力傳動構(gòu)件，滑輪74充當(dāng)環(huán)形風(fēng)扇元件22的動力輸入部件。作為一種選擇，風(fēng)扇馬達(dá)112可以包括用齒輪連接到安裝在風(fēng)扇元件22上的外圍環(huán)形齒輪的電動或液壓馬達(dá)。作為又一種選擇，可以通過將風(fēng)扇元件22用作馬達(dá)中的轉(zhuǎn)子或電樞，將風(fēng)扇馬達(dá)112部分地結(jié)合到風(fēng)扇元件22中，而馬達(dá)的平衡裝置安裝到風(fēng)扇罩14上。
圖1示出多個用樞軸52連接到輪轂18的葉片裝置40。樞軸52與小齒輪64同心。在用齒條34開啟葉片裝置40時，其中齒條34對小齒輪64進(jìn)行操作，葉片裝置40開啟以允許基本上不受限制的空氣流通過輪轂18。用操縱索36操作齒條34，操縱索36是葉片裝置操縱機(jī)構(gòu)108(圖4)的一部分。
在圖2和5的實施例中，葉片裝置44在其外側(cè)端用短軸55以可在樞軸上轉(zhuǎn)動的方式連接到輪轂18，短軸穿過樞軸56延伸(圖5)。葉片裝置44中的每個都具有安裝在短軸55上的小齒輪68。小齒輪68與通過如圖1中的索36這樣的操作索(未示出)可旋轉(zhuǎn)地定位在輪轂18上的環(huán)形齒輪38嚙合。葉片裝置44在處于開啟位置時提供通過輪轂18的暢通無阻的空氣流路徑，但是在它們關(guān)閉時阻止任何明顯的空氣流通過輪轂18。
圖3示出這樣的葉片裝置排列，其中用在樞軸60安裝的扭轉(zhuǎn)彈簧62將葉片裝置48保持在通常關(guān)閉的位置。響應(yīng)于輪轂18前方的動態(tài)空氣壓力即風(fēng)扇元件22和散熱器12之間的壓力，該壓力超出風(fēng)扇元件22和輪轂18下游的壓力時，葉片裝置48將被開啟，允許空氣流通過輪轂18。
如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)使用多個傳感器100，這些傳感器檢測如汽車速度、冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，及其他汽車、發(fā)動機(jī)和冷卻系統(tǒng)溫度這樣的操作參數(shù)?？刂破?04使用檢測到的信息來控制風(fēng)扇的葉片裝置和風(fēng)扇馬達(dá)112，風(fēng)扇馬達(dá)如上所述可以包括電力驅(qū)動或液壓馬達(dá)，或熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人已知及由本發(fā)明暗示的其他類型的馬達(dá)。控制器104操作葉片裝置操縱機(jī)構(gòu)108。起作用的葉片裝置操縱機(jī)構(gòu)的兩個示例在圖1和圖2中示出。總的來說，如果足夠的空氣流通過輪轂18而不從風(fēng)扇葉片26中產(chǎn)生抽吸，則控制器104將開啟葉片裝置40或44。
控制器使用所監(jiān)視的參數(shù)，如冷卻系統(tǒng)和動力系統(tǒng)溫度、汽車速度，及可能的其他參數(shù)和信息來驅(qū)動風(fēng)扇驅(qū)動機(jī)構(gòu)及葉片裝置40、44兩者，以對特定的情況獲得所需的空氣流。也可以使用控制器來最小化風(fēng)扇的能耗并最小化風(fēng)扇系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲和振動。這使使用四種風(fēng)扇系統(tǒng)狀態(tài)成為必要，其中1)未向風(fēng)扇驅(qū)動器提供動力且葉片裝置關(guān)閉；2)未向風(fēng)扇驅(qū)動器提供動力且葉片裝置如果不是完全也至少部分開啟；3)向風(fēng)扇驅(qū)動器提供動力且葉片裝置關(guān)閉；4)向風(fēng)扇驅(qū)動器提供動力且葉片裝置如果不是完全也至少部分開啟。
控制器將以這四種狀態(tài)之一操作風(fēng)扇系統(tǒng)。應(yīng)進(jìn)一步注意，葉片裝置的位置可以是完全開啟、完全關(guān)閉，或其間的任何位置。在某些系統(tǒng)中，控制器也可以在離散或連續(xù)的水平范圍內(nèi)操作風(fēng)扇驅(qū)動器。然后控制的領(lǐng)域擴(kuò)展到葉片裝置和風(fēng)扇驅(qū)動兩者完整的組合操作空間，從而滿足汽車?yán)鋮s及可能的其他目標(biāo)，如最小限度的能耗和靜音操作。
雖然已結(jié)合其具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)理解，各種修改、替換及改編可以由熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人做出而不偏離在所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，包括風(fēng)扇罩，具有在其中形成的圓孔；固定的環(huán)形輪轂；在所述輪轂上軸頸連接的環(huán)形風(fēng)扇元件，所述風(fēng)扇元件在所述罩中從所述輪轂延伸到所述圓孔；多個葉片裝置，延伸并跨過所述環(huán)形輪轂內(nèi)部，以控制通過所述輪轂的空氣流；及驅(qū)動系統(tǒng)，用于向所述環(huán)形風(fēng)扇元件提供動力。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)扇元件是軸流式風(fēng)扇。
3.如權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片裝置是可移動的且具有至少一個開啟位置來允許軸向空氣流通過所述葉片裝置并通過所述輪轂，及關(guān)閉位置在其中只允許最小限度的空氣流通過所述葉片裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括與所述環(huán)形風(fēng)扇元件的動力輸入部件嚙合的動力傳動構(gòu)件，所述動力傳動構(gòu)件延伸到原動機(jī)。
5.一種內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，包括散熱器，用于排出熱量到周圍空氣中；風(fēng)扇罩，安裝到所述散熱器上并具有在其中形成的圓孔；軸流式風(fēng)扇，包括環(huán)形風(fēng)扇元件，所述環(huán)形風(fēng)扇元件具有圓形的軸承表面及多個連接到所述圓形軸承表面并延伸到所述圓孔外表面的葉片；大體上為環(huán)形的固定輪轂；多個可移動葉片裝置，延伸并跨過所述大體上環(huán)形的輪轂的至少部分；至少一個軸承，介于所述環(huán)形輪轂的外表面和所述風(fēng)扇元件的所述環(huán)形軸承表面之間；及旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)，操作上與所述環(huán)形風(fēng)扇元件相連接。
6.如權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片裝置通常是關(guān)閉的且鉸接到所述輪轂。
7.如權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片裝置是弓形的且鉸接到所述輪轂。
8.如權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片裝置鉸接到所述環(huán)形輪轂并由彈性元件推至關(guān)閉位置。
9.如權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片裝置通常是關(guān)閉的且具有響應(yīng)于跨所述輪轂的空氣壓力差的開啟特性。
10.如權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于監(jiān)視所述冷卻系統(tǒng)的至少一個操作參數(shù)及其上安裝所述冷卻系統(tǒng)的汽車的至少一個操作參數(shù)的控制器，所述控制器操作所述風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)以控制所述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及所述葉片裝置的開啟位置。
11.如權(quán)利要求10所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)的操作參數(shù)包括所述冷卻系統(tǒng)的至少部分的溫度，而所述汽車的操作參數(shù)包括汽車的對地速度。
12.一種內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，包括散熱器，用于排出熱量到周圍空氣中；風(fēng)扇罩，安裝到所述散熱器上并具有在其中形成的圓孔；軸流式風(fēng)扇，包括環(huán)形風(fēng)扇元件，所述環(huán)形風(fēng)扇元件延伸并跨過所述罩中的所述圓孔，且所述風(fēng)扇元件具有內(nèi)表面；環(huán)形輪轂，安裝到所述風(fēng)扇罩上；多個可控制的、通常關(guān)閉的葉片裝置，軸頸連接到所述輪轂上且延伸過所述輪轂的內(nèi)部；多個軸承，介于所述環(huán)形風(fēng)扇元件的內(nèi)表面和所述輪轂之間；旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)，操作上與所述環(huán)形風(fēng)扇元件相連接；及控制器，用于監(jiān)視所述冷卻系統(tǒng)的至少一個操作溫度及安裝所述冷卻系統(tǒng)于其上的汽車的對地速度，所述控制器操作所述風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)及所述葉片裝置，以便如果汽車具有足夠的速度能迫使預(yù)先確定的周圍空氣流通過所述散熱器并通過所述葉片裝置，則來開啟所述葉片裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括與所述環(huán)形風(fēng)扇元件的外表面嚙合的動力傳動構(gòu)件，所述動力傳動構(gòu)件延伸到馬達(dá)。
14.如權(quán)利要求12所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括由所述環(huán)形風(fēng)扇元件的動力輸入部件的至少部分牽引的彈性動力傳動構(gòu)件，所述動力傳動構(gòu)件延伸到原動機(jī)。
15.如權(quán)利要求14所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述原動機(jī)包括所述發(fā)動機(jī)的曲軸。
16.如權(quán)利要求12所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還控制所述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，通過將所述轉(zhuǎn)速作為汽車對地速度的函數(shù)來控制所述轉(zhuǎn)速。
17.如權(quán)利要求12所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片裝置由可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述輪轂上并由所述控制器操作的環(huán)形齒輪控制，所述環(huán)形齒輪與連接到所述葉片裝置中每個的多個小齒輪嚙合。
18.如權(quán)利要求12所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括由安裝在所述環(huán)形風(fēng)扇元件的所述內(nèi)表面處的滑輪牽引的彈性動力傳動構(gòu)件，所述動力傳動構(gòu)件延伸到馬達(dá)。
19.如權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達(dá)包括液壓馬達(dá)。
20.如權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達(dá)包括電動馬達(dá)。
全文摘要
一種用于安裝在汽車內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，包括用于排出熱量到周圍空氣中的散熱器及安裝在與散熱器聯(lián)合的風(fēng)扇罩內(nèi)的軸流式風(fēng)扇。該風(fēng)扇具有裝備有葉片裝置的固定輪轂，可以控制該輪轂以阻擋或允許空氣流通過該輪轂從而通過散熱器。以此方式，在汽車以較高的對地速度運行時，可以極大地增加通過風(fēng)扇的空氣流，同時減少由風(fēng)扇消耗的能量。
文檔編號F04D25/04GK101000006SQ200610153779
公開日2007年7月18日 申請日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月11日
發(fā)明者威廉·施瓦茲 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司