专利名称：带有可变冷却剂泵驱动的粘性冷却剂加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆的补充加热系统，并且更具体地涉及特别用于带 有柴油发动机的车辆的补充加热系统。
背景技术：
在带有内燃发动机的车辆中，在寒冷的环境(冬季)条件下直接在冷 起动之后暖机阶段的过程中存在着对于补充热量一种需求。这在带有柴油 发动机的车辆中特别是这种情况，因为它们与火花点火式发动机相比暖机 更慢。发动机的快速暖机的主要好处之一是改进的加热器和除霜器的性
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另外，当车辆在寒冷的环境条件下陷入交通阻塞时，柴油发动机面临 提供足够热量的额外的挑战。在某些条件下，发动机也许不能自然地为冷 却系统排放足够的热量以使发动机保持在其设定点上。在这些情况下，在 冷启动事件之后很长时间时仍可能要求补充热量。
目前已知的产生补充热量的方法包括(1)电阻加热；(2)额外燃料 燃烧器以及热交换器；(3)排气系统热交换器；以及(4)由发动机驱动 的粘性加热器。
已知发动机中的一台直接驱动的冷却剂循环泵传送给发动机的冷却 剂流量要多于在部分油门或部分负载时所需要的量，因为泵的大小是被确 定为在所有的发动机转速下用于全油门或全负载。因为额外的泵送工作表 示附加损失，不同的系统已被设计为使冷却剂泵的速度与瞬间的功率水平 相匹配而不是仅与发动机的转速相匹配。用来提供连续可变的冷却剂泵的 速度的已知方法为(1 )电动机驱动的冷却剂泵；(2)可变机械式驱动器； 以及(3)可变粘性驱动器。
由此，对于改进的补充热量来源以及用于车辆发动才几(具体地用于暖 机阶段以及用于柴油发动机)的系统存在一种需要。而且，对于一种可变的(尤其用于为车辆产生补充热量的)冷却剂泵存在一种需要。
发明内容
本发明克服了以上问题并且提供了 一种改进的补充热量系统，该系统 具有用于车辆中的柴油发动机的特别用途。本发明包括组合在一个单元中
的一个粘性冷却剂加热器(VCH)的功能以及被一个粘性冷却剂泵驱动器 (VCP)的功能。本发明提供了加热器输出以及来自输入功率源的冷却剂 泵的百分比的接合的独立控制。
提供了在每侧上具有不同粘性离合器面的 一个被驱动的粘性板。该粘 性离合器的这些侧面之一咬合该发动机结构(接地)以便产生热量。该粘 性离合器的另一侧咬合该冷却剂泵并且改变该泵的驱动。这两侧是通过一 个阀门来进行送液和控制的，该阀门能够独立地改变从一个公共的储存器 到两侧的粘性流体的供应。本发明的运行总体上由来自发动机控制单元 (ECU又称发动机计算机)的多个信号所支配并且是优选地基于瞬间所希 望的补充热量和冷却剂流量。
当根据结合附图和所附权利要求来考虑一个优选实施方案的详细说 明时，本发明的其他目的和特征将变得很清楚。
图1示意地展示了本发明的一个实施方案。
图2展示了本发明的另一个实施方案。
图3展示了在使用本发明的一个实施方案中的一个步骤。
图4至图6根据这些实施方案之一展示了执行本发明的其他步骤。
具体实施例方式
用于带有柴油发动机的车辆的补充冷却剂加热器典型地是在2至4千 瓦的峰值功率范围内并且是在寒冷(冬季)的环境条件下被要求在冷启动 之后达到快速的加热器/除霜器的性能。对于某些柴油发动机，在寒冷的环 境条件下在长期的空转状态下同样要求持续的补充热量。
剂。在车辆中对于粘性加热器(大概以空转速度)的功率耗散要求与用于 粘性泵驱动器的总功率传输负载(在峰值发动机转速下)是大致相同的。
6对于柴油发动^/L的初始暖机阶段，必须将粘性加热器充满并且滑移以 及粘性泵离合器必须是在低滑移条件与高滑移条件之间的某处运行。冷却 剂越冷，则泵可允许旋转的速度就越慢。
图1示出了根据本发明的一个实施方案。该实施方案总体上由参考数 字IO表示并且与具有一台柴油发动机14的车辆12 —起使用。发动机的
曲轴16运行一个冷却剂泵18。在泵18的相反两侧上才是供了一对粘性离合 器20和22。
在用于车辆12的初始启动条件之后不久并且为了提供某些粘性加热， 粘性离合器20被充液以提供与冷却剂泵18的一种最大连接。同时，粘性 离合器22仅被部分地接合并且起一个制动器的作用以使该泵的速度减慢。 以此方式，粘性离合器20和22均在进行滑移并且产生热量。该泵的叶轮 仅以一个低速运行，但该速度足以发散该热量。
通过本发明的这个实施方案，应该相信对此条件所要求的流量将是接 近于正常冷却剂泵空转时的泵的全速。这是因为大多数汽车冷却剂泵仅是 边际性地大得足够用于空转时的加热/除霜需求。而且， 一个粘性驱动的冷 却剂泵是典型地略微超出尺寸的，以便补偿最大的粘性离合器滑移，这典 型地是在2%至3%的等级。
当不要求补充热量时，粘性离合器22被排空并且冷却剂泵的速度仅 由粘性离合器20来调节。
图2示出了本发明的另一个实施方案并且图3至图6示意性地展示了 其运行中的几个步骤。这个实施方案总体上由参考数字25来表示。在这 个实施方案中，冷却剂流量和粘性热量是独立的。
车辆30具有一台柴油发动机32,它带有一个曲轴34。该曲轴运行冷 却剂泵36。邻近泵36提供了带有粘性离合器38和40的一个两级粘性离 合器机构。粘性离合器38被定位在泵36的叶轮与粘性离合器40之间， 而粘性离合器40被定位在粘性离合器38与发动机(接地)32之间。
这两个离合器被优选地组合在一个单元或壳体中，带有一个共同的有 机硅流体阀和一个共同的流体储存器。可以使用任何常规的粘性流体，例 如有机硅。可以才喿纵该流体阀而将粘性流体送到粘性离合器38和40中的 一个或两个上。
对于系统25的初始冷启动，泵36仅需非常慢地转动。这样，粘性离 合器38的运行室是空的。此时，粘性离合器40的运行室是充满的并且产生热量而不影响泵的输入速度。随着热量被产生，可以将泵36提高到使 加热的冷却剂进行循环的速度。在此过程中，热量将主要由粘性离合器40 并且还通过在冷却剂泵驱动粘性离合器38中的滑移而产生。
通过系统25,在发动机32的暖机阶段过程中存在着该粘性加热器中 的冷却剂泵速度的独立控制。在正常的温度下，当不要求补充热量时，粘 性离合器40将具有一个空的运行室并且粘性离合器38将是在调整泵36 的速度。
通过这个实施方案，两个粘性机构被结合在一个单元中。 一个单个的 控制器将有机硅流体(或工作流体)按比例分配给合适的一侧用于产生必 要的补充热量。
如图3所示，阀门构件50被定位在工作流体储存器52与两个粘性离 合器38和40之间。阀门构件50将该工作流体选择性地引导到这些离合 器之一或二者上。图4至图6示意性地示出了系统25的运行。
流体储存器52通过阀50被连接到粘性离合器38和40上。两个相结 合的离合器机构38和40的输入构件60是通过发动机32的曲轴34以输 入速度驱动的。粘性离合器38的被驱动的构件是由参考数字62表示，而 粘性离合器40的被驱动的构件是由参考数字64表示。冷却剂泵36是由 粘性离合器38的被驱动的构件62来驱动的。由系统25产生的热量是由 这些"Q输出"箭头70表示。粘性离合器40的部分66是固定的并且不 旋转。在输入构件60的外径与壳体构件68之间存在着 一个非常紧密的公 差。这个紧密公差是由参考数字72表示。
如图4所示，当两个粘性离合器的工作室充满时，该发动机与泵以相 同的速度转动。
图5示意性地示出该加热器模式处于完全"开"的状况下的情形。阀 门50是由发动机控制单元(ECU)或发动机计算机80来运行的以允许有 机硅流体只进入粘性离合器构件40的输入构件60与旋转输出构件64之 间的空间。在这个点处，该冷却剂泵不运行并且存在着由粘性离合器40 提供的全额的热生成。
图6示出了当该加热器是"关"时的情形。阀门构件50已被电子控 制单元80运行以便对粘性离合器38的工作室提供流体。该工作室是由参 考数字39表示的并且被定位在输入构件60与输出构件62之间。在这个 点处，泵构件36将处于一种完全"开"的状态。同样，粘性离合器40的
8工作室是空的并且冷却剂泵36的速度是由粘性离合器38来单独地进行调 整和调节。其结果是，在该暖机过程中，在粘性加热器中实现了冷却剂泵 速度的独立控制。
虽然本发明已经与一个或多个实施方案相结合而进行了说明，应该理 解已经说明的特定的机构和技术仅仅是对本发明的原理的解释，可以对所 说明的这些方法和装置做出很多修改而无需脱离由所附权利要求限定的 本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于车辆的补充加热系统，这些车辆具有一台发动机以及由该发动机驱动的一根曲轴，所述系统包括一个泵构件，用于冷却提供给该发动机的液体；一个粘性机构，该粘性机构与所述曲轴以及泵构件可运行地相关联而定位并且被定位在该发动机与所述泵构件之间；所述粘性机构包括一对粘性离合器面以及被定位在所述一对粘性离合器面之间的一个被驱动的粘性板；一个粘性流体储存器；一个第一工作室，该第一工作室用于在所述被驱动的粘性板与这些粘性离合器面的一个面之间提供的粘性流体，以及一个第二工作室，该第二工作室用于在所述被驱动的粘性板与另一个粘性离合器面之间提供的粘性流体；以及一个与所述储存器可运行的相关联的阀门构件，所述阀门构件将来自所述储存器的粘性流体选择性地提供给所述工作室中的一个或两个。
2. 如权利要求1所述的补充加热系统，其中所述发动机是一种柴油发 动机。
3. 如权利要求1所述的补充加热系统，其中，当要求补充热量时，在 所述被驱动的粘性板与邻近该发动机的粘性离合器面之间的该第 一 工作之间的该第二工作室是空的。
4. 如权利要求1所述的补充加热系统，其中，当不要求补充热量时，之间的该第二工作室是基本上充满粘性流体的。
5. —种对带有一台内燃发动机的车辆提供补充热量的粘性离合器机 构，所述才几构包括一个壳体构件；一个在所述壳体构件内的被驱动的粘性板构件；一个第一粘性离合器面构件，该第一粘性离合器面构件被定位在所述粘性板构件的形成 一 个第 一 工作室的 一 侧上；一个第二粘性离合器面构件，该第二粘性离合器面构件被定位在所述粘性板构件的形成 一 个第二工作室的相反侧上； 一个粘性流体的储存室；以及一个阀门构件，该阀门构件用于将粘性流体选择性地提供给所述第一 和第二工作室。
6. 如权利要求5所述的粘性离合器机构，其中，所述发动机是一种柴 油发动机。
7. 如权利要求5所述的粘性离合器机构，进一步包括用于控制所述阀 门构件的选择性运行的一个发动机控制单元。
8. 如权利要求7所述的粘性离合器机构，其中，所述发动机控制单元 至少部分地基于表示所希望的补充热量和冷却剂流量的多个信号来控制 所述阀门构件的选择性运行。
9. 一种用于车辆的补充加热系统，该车辆具有一台发动机、 一个由该 发动机驱动的曲轴、一个冷却泵以及一个电子控制单元，所述系统包括一个第一粘性离合器构件，该第一粘性离合器构件被定位为与所述曲 轴以及所述冷却泵处于运行性关联；一个第二粘性离合器构件，该第二粘性离合器构件被定位为与所述曲 轴处于运行性关联；一个粘性流体的储存器；以及一个阀门构件，该阀门构件用于将粘性流体选择性地提供给所述第一 和第二粘性离合器构件中的一个或两个。
10. 如权利要求9所述的补充加热系统，其中所述发动机是一种柴油 发动机。
11. 如权利要求9所述的补充加热系统，其中，所述阀门构件的运行 是由该电子控制单元控制。
12. 对带有一台内燃发动机以及由该发动才几驱动的一个曲轴的车辆提 供补充热量的一种方法，所述方法包括提供一个粘性离合器机构，该粘性离合器机构包括一个壳体构件； 在所述壳体构件中的 一 个被驱动的粘性板构件； 被定位在所述粘性板构件的 一侧上、形成一个第 一 工作室的 一个第一 粘性离合器面构件；被定位在所述粘性板构件的相反侧上、形成一个第二工作室的一个第 二粘性离合器面构件；一个粘性流体的储存器；用于将粘性流体选择性地提供给所述第 一和第二工作室的 一个阀门 构件；所述粘性离合器机构与该曲轴处于可运行的关联；并且 用一种粘性流体充入所述第一室同时使所述第二工作室保持基本上 没有粘性流体。
13. 如权利要求12所述的对车辆提供补充热量的一种方法，其中，在 该发动机的初始启动过程中对所述第 一工作室提供流体。
14. 如权利要求12所述的对车辆提供补充热量的一种方法，其中，该 发动机是一种柴油发动机。
15. 如权利要求12所述的对车辆提供补充热量的一种方法，进一步包 括一个电子控制单元并且进一步包括通过所述电单元对所述粘性离合器 机构进行控制的步骤。
全文摘要
一种对车辆(特别是带有柴油发动机的车辆)提供补充热量的系统。在发动机与冷却剂泵之间提供了在每侧上带有不同的粘性离合器面的被驱动的一个粘性板。一侧咬合在发动机结构(接地)上以产生热量，而另一侧咬合冷却剂泵上以便改变泵的驱动。这两侧是由来自发动机计算机的信号所运行的一个阀门来进行控制。该阀门独立于被驱动的粘性板的两侧而改变来自一个共同的储存器的粘性流体的供应。来自发动机控制单元的信号是基于瞬间的所希望的补充热量和冷却剂流量。在另一个实施方案中，两个分离的粘性离合器被使用并且被定位在该冷却剂泵的相反的两侧上。
文档编号F16D35/02GK101668960SQ200880003294
公开日2010年3月10日 申请日期2008年2月14日 优先权日2007年2月15日
发明者大卫·B·罗斯, 奥拉夫·E·韦伯 申请人:博格华纳公司