专利名称：车辆的发动机冷却剂泵驱动系统及装置的制作方法
技术领域：
本发明公开的内容通常涉及一种发动机冷却剂泵驱动系统及装置，特别涉及一种可变速发动机的冷却剂泵驱动系统及装置。
背景技术：
典型的发动机冷却系统使用例如由皮带驱动的发动机驱动水泵，以使在发动机缸体和散热器之间循环的例如水-乙二醇混合物的冷却液循环流动。由于水泵直接使用皮带由发动机驱动，因此它的速度由发动机的速度决定，并且只要发动机运行，水泵就会持续的工作，从而，由于无论发动机是否需要冷却，冷却液都将在冷却回路中持续不断的工作和循环，而造成持续的损耗。而且，所述水泵应当被设计为对在例如接近怠速或处于高坡度牵引力期间的最坏情形发动机转速提供所需的流量和压力。这将导致在更高的发动机转速情况下，水泵的流量远高于所需的流量，进而增加了冷却系统的损耗，最终导致油耗增加。
已经提出其它水泵系统用于从发动机上分离冷却剂泵并通过使用电机驱动的或电动离合器驱动的泵提供按需的冷却剂流量。上述这两种系统都可以通过提供按需的冷却剂流量以及将与发动机皮带驱动的冷却剂泵相关的附加损耗降低到最小和/或消除的方式来改善车辆的燃油经济性。但是，电机驱动的冷却剂泵需要大功率电机，控制所述电机转速的功率电子设备，和可靠的电源，其中所述电源包括发动机驱动的交流发电机和电池。典型的电机驱动冷却剂泵的总功率损耗还包括发动机交流发电机、功率电子装置、电机和水泵系统的大量损耗。例如使用电磁离合器的电动离合器驱动的冷却剂泵，可以开启或关闭，但不能连续的调节输出速度，从而会在发动机上产生很大的冲击载荷。
因此，在本领域需要一种能够克服这些缺点的发动机冷却剂泵驱动系统。
发明内容
本发明的一个实施例包括用于车辆的发动机冷却剂泵驱动系统，该车辆包括发动机，发动机冷却系统，和至少一个用于检测车辆的至少一种工作状态的传感器。冷却剂泵驱动系统包括一个磁流变流体(MRF)离合器和一个冷却剂泵。MRF离合器包括通过MRF与扭矩输出部分连接的扭矩输入部分，扭矩输入部分可以接受发动机的扭矩输入。冷却剂泵用于与MRF离合器的扭矩输出部分可操作性的连接。响应来自至少一个传感器的信号，MRF离合器被构造为由扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续可变的扭矩传递，因此通过以可连续变速的冷却剂泵，向发动机冷却系统提供可变的冷却剂流量。
本发明的另一种实施例包括用于将发动机冷却剂泵和车辆发动机连接起来的MRF离合器，车辆包括至少一个产生可代表表示发动机温度的信号的传感器。所述MRF离合器包括通过MRF与扭矩输出部分连接的扭矩输入部分，扭矩输入部分用于接收发动机的输入扭矩。扭矩输入部分包括其间具有空间的第一部分和第二部分，第一部分位于第二部分的径向外侧，所述第一部分被构造为接收来自发动机的扭矩输入，第一部分和第二部分被构造为绕相同的旋转轴线一起旋转。扭矩输出部分包括连接到轴上的转子，所述转子设置在所述第一部分和第二部分之间的空间内，以便在转子与第一和第二部分之间形成环，所述环容纳MRF，并且所述轴被构造为与冷却剂泵可操作的连接。MRF离合器还包括轴向地设置在第二部分内侧的固定的磁场发生器。响应来自至少一个传感器的信号，磁场发生器可产生变强度的磁场，该磁场与所述第一部分、第二部分、转子和MRF场联通，从而由扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续的可变扭矩传递。
参照下述示例性的附图，其中类似的元件在附图中具有类似的附图标记图1以方框图的形式描述了根据本发明的一个实施例的发动机冷却剂系统的示例性实施例；图2以剖面图的形式描绘了根据本发明的一个实施例的泵驱动系统的示例性实施例；和图3以剖面图的形式描绘了根据本发明的一个实施例的示例性泵驱动系统中所使用的磁流变流体离合器的示例性实施例。
具体实施例方式
本发明的实施例提供了一种通过使集成在发动机附件驱动装置和发动机冷却剂泵之间的磁流变流体(MRF)耦合装置(离合器)直接控制发动机驱动冷却剂泵的速度的装置。通过控制由发动机驱动轴传递到发动机冷却剂泵的扭矩，MRF离合器提供可连续调节的冷却剂泵的速度。MRF离合器可以是冷却剂泵组件的一部分或皮带轮组件的一部分。
电子控制器用于通过电子放大器与发动机传感器(例如，发动机rpm，节气门角度，进气歧管绝对压力，冷却剂温度，发动机汽缸盖温度)和车辆传感器(例如，速度，加速踏板位置，制动踏板位置)连接起来，以产生电流信号至嵌入MRF离合器的激励线圈，从而使泵的转速可以连续的方式改变。同样可以预见，集成于冷却剂泵中的速度传感器和/或冷却剂管路中的压力或流量传感器来可用于向电子控制器提供额外的控制信息，以调节MRF离合器线圈的电流。
本发明的实施例提供了一种具有与冷却剂泵整体地设置在一起的MRF离合器的发动机冷却剂泵驱动系统。另一种实施例提供了布置在冷却剂泵外部的MRF离合器。这两种冷却剂泵驱动系统构造为通过冷却剂泵提供的可变的冷却剂流量，有效地冷却车辆的发动机，所述冷却剂泵可根据车辆的工作状态连续地改变其转速。如是，本发明的实施例也可以通过提供可变速度的直接驱动或皮带轮驱动，将皮带驱动的发动机冷却剂泵中存在的附加功率损耗最小化。
图1以方框图的形式描述了发动机冷却系统100的示例性实施例，所述系统具有发动机冷却剂泵驱动系统105，可响应一种或多种车辆工作状态并可产生传递至冷却剂泵驱动系统105的控制信号的控制系统110，冷却剂回路115，例如具有冷却通道的散热器和发动机缸体(图中未示出，但为本领域所公知)，可响应来自泵驱动系统105的输出扭矩或速度，用于向泵驱动系统105提供输入扭矩的发动机辅助驱动轴120，和用于向控制系统110提供电功率的电源125。辅助驱动轴120被设置为通过任意适当的手段与车辆发动机可操作的连通，以向泵驱动系统105提供输入扭矩，以用于此处公开的目的。
在一个实施例中，控制系统110包括一系列用于接收代表不同的车辆工作状态的信号的传感器130，与传感器130信号通讯连接的控制器135，和与控制器135信号通讯连接并可产生发送至泵驱动系统105的控制信号145的电子放大器140。所述电子放大器可以是脉宽调制(PWM)型，或者线性型，并且为本领域公知。传感器130，控制器135和电子放大器140之间的连通可以是通过通信总线或CAN(控制器局域网)通信链接(通常由图1中相应装置之间的箭头线表示)。在一个实施例中，所述的系列传感器130可包括下述一个或多个传感器的任意组合可产生代表发动机温度信号的温度传感器，发动机每分钟转数(rpm)传感器，车辆节气门角度传感器，车辆MAP(进气歧管绝对压力)传感器，发动机冷却系统温度传感器，发动机汽缸盖温度传感器，车辆速度传感器，车辆加速度传感器，车辆加速踏板位置传感器，车辆制动踏板位置传感器，冷却剂泵速度传感器，冷却剂泵液体压力传感器，和冷却剂泵流量传感器。虽然前面定义了一系列的传感器形式，但是可以认识到，本发明的范围并不限于此，也可以采用其他类型的传感器或开关，例如环境温度传感器，加热器控制开关或空调控制开关。在一个实施例中，控制器135包括处理电路150和存储介质155，存储介质155可由处理电路150读取，存储由处理电路150执行的指令，以接收来自所述系列传感器130的信号，并向提供控制信号145的电子放大器140提供信号。
在一个实施例中，所述泵驱动系统105包括与冷却剂泵165可操作的连接的MRF离合器160，冷却剂泵165可以整体地与MRF离合器160布置在一起，下面将对此进行详细的描述。
现在参照图2，其以剖面图的形式描述了冷却剂泵驱动系统105的示例性实施例，其包括以在冷却剂泵165和辅助驱动轴120之间的毂布置连接到冷却剂泵165上的MRF离合器160，该冷却剂泵165可以是本领域公知的类型。皮带轮的布置形式将参照附图3在下文中说明。
参照图2，在一个实施例中，MRF离合器160包括通过MRF 180连接到扭矩输出部分175的扭矩输入部分170，扭矩输入部分170被构造为例如通过辅助驱动轴120接收来自发动机的输入扭矩。扭矩输入部分170布置在外壳190的腔185中，其通常呈圆形，由铁质材料制成，并以任意适当的方式固定在驱动轴120上。扭矩输出部分175也布置在腔185内，它通常也呈圆形，由铁质材料制成，并以任意适当的方式固定在中间轴195上。中间轴195以公知的方式与冷却剂泵165可操作地连接。MRF离合器160还包括布置在腔185内，并环绕着扭矩输入部分170和扭矩输出部分175的激励线圈200，线圈200从扭矩输入部分170和扭矩输出部分175间隔开预定的距离，并且以合适的方法，例如导线，连接到电子放大器140。在腔185内还包括布置在扭矩输入部分170和扭矩输出部分175之间的MRF 180。在一个实施例中，MRF 180包括例如直径为1到50微米的诸如球状羰基铁的可磁化颗粒，所述可磁化颗粒分散在粘性大约为10-10000cP(厘泊)的诸如合成烃油的粘性流体中。但是，可以预见，MRF 180也可以是本领域公知的类型并且还可包括表面活化剂、流动改性剂、润滑剂、粘性增强剂和/或其它添加剂。
响应于来自传感器130系列的信号，电子放大器140向MRF离合器160提供控制信号145，该信号激励线圈200提供穿越扭矩输入部分170、MRF 180和扭矩输出部分175的磁场，从而激励MRF 180以将扭矩从扭矩输入部分170传递至扭矩输出部分175。响应于连续变化的控制信号145，可以提供从扭矩输入部分170到扭矩输出部分175的连续可变的扭矩传递，从而通过冷却剂泵165内的叶轮215，将可变的冷却剂流205引导至发动机体210，其中所述冷却剂泵165在连续可变的速度下运行。
现在参照图3，其以剖面图的形式描述了用于冷却剂泵驱动系统105中的MRF离合器160的示例性实施例，MRF离合器160连接到冷却剂泵165上。在图3中，冷却剂泵165没有明确地描绘出来，但可以与图2中所描绘的类型相似。此处，扭矩输入部分170包括具有第一部分225和第二部分230的皮带轮220，并且在所述第一和第二部分具有空间235。第一部分225位于第二部分230的径向外侧。第一部分225构造为通过例如与皮带轮220的径向表面240协作的驱动皮带(图中未示出，但为本领域所公知)接收来自发动机的输入扭矩。所述第一和第二部分225，230被构造为绕相同的旋转轴线245旋转。扭矩输出部分175包括连接到轴255的转子250。转子250位于皮带轮220的第一部分225和第二部分230之间的空间235内，以在转子250与第一和第二部分225、230之间形成环260。环260可确定尺寸以容纳MRF(图3中未具体示出，但是与前面参照图2描述的MRF 180类似)。轴255构造为与冷却剂泵165之间可以采用例如花键轴布置等任意适当的方式可操作地连接。转子250和轴255构造为绕旋转轴线245一起旋转。扭矩输入部分170和扭矩输出部分175通过轴承265相互配合。
MRF离合器160还包括具有线圈200和定子275的磁场发生器270，该磁场发生器270位于皮带轮220的第二部分230的径向内侧。与前文结合图2的描述类似，响应于来自一系列传感器130的信号和电子放大器140发出的控制信号145，磁场发生器270的线圈200可产生与定子275、第一部分225、第二部分230、转子250和环260中的MRF 180场连通(field communication)的可变强度磁场，从而将连续可变扭矩从扭矩输入部分170传递至扭矩输出部分175。
通常，一系列传感器130用于提供代表发动机的可变温度的可变信号，MRF离合器160可以对从传感器130中至少一个产生的非零可变控制信号145作出响应，从而对冷却剂泵165进行连续可变速度控制。
在一个实施例中，定子275、第一部分225、第二部分230和转子250是用磁性或非磁性材料构造的，用于引导线圈200产生的磁场，使之有效地激励环260中的MRF180，从而有效的将扭矩传递至冷却剂泵165。
在发动机冷操作过程中，例如启动时或环境温度极冷的情况下，本发明的实施例可以产生一很小的控制信号145传递至线圈200，从而导致由扭矩输入部分170向扭矩输出部分175传递低扭矩，并且泵165的工作速度也很低，从而发允许动机的温度迅速升高。在暖发动机操作过程中，例如发动机处于预期的工作温度的情况下，本发明的实施例可以产生一大控制信号145传递至线圈200，从而导致扭矩输入部分170向扭矩输出部分175传递大扭矩，冷却剂泵165的运转速度也很高，从而，允许大冷却剂流量穿过散热器以维持所期望的发动机运转温度。当车辆高速行驶，例如在高速公路上行驶的过程中，穿过车辆散热器的增大的气流可提供发动机至周围环境更大的热传递，本发明的实施例可仅产生适度的控制信号145至线圈200，从而由扭矩输入部分170向扭矩输出部分175传递适度的扭矩，并产生适度的冷却剂泵165转速，从而，发动机的冷却有效而且效率很高。可以看到，用于感知车辆的多种工作特性的有策略地布置的传感器130结合控制器135中的适当算法，可以根据特定发动机的冷却需要，产生控制信号145的多种特性。
虽然前面已经提及过传感器130的特定组合，但是这些组合仅仅是为了具体说明本发明的目的，传感器130的任一种组合都可以按照本发明的实施例来使用。任何一种组合都在本发明的预期之中并落入本发明的保护范围之内。
本发明的实施例可以通过计算机执行的处理和实现这些处理的装置的形式来实现。本发明也可以通过具有包含指令的计算机程序代码的计算机程序产品来实现，程序代码在有形介质中实现，例如软盘、光盘、硬盘驱动器、USB(通用串行总线)驱动器、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)或者其它任何一种计算机可读的存储介质，其中当计算机程序代码被加载并由计算机执行后，计算机可以成为实现本发明的装置。本发明也可以由计算机程序代码形式来实现，例如存储在存储介质中，可由计算机加载和/或执行，或在例如电线路或电缆的传输介质中传输，通过光纤或通过电磁辐射传导，其中当计算机程序代码被计算机加载和执行后，计算机就成为实现本发明的装置。当计算机程序代码片断在通用微处理器上执行时，可以配置微处理器以产生特定的逻辑电路。可执行指令的技术效果是可变化地控制发动机冷却剂泵的速度。
如上所述，本发明的一些实施例可以包括下述优点电动泵中存在的加倍能量转化可以消除损耗，从而提高了燃油经济性；减少MRF离合器集成到发动机冷却剂泵皮带轮中的封装问题；由于用简单的低电流控制器替代电驱动系统中昂贵的高电流功率电子设备，从而降低了成本；通过控制冷却剂泵速度而产生可变的冷却剂流，允许发动机更快暖机和减少潜在排放；由于电驱动系统中少了电机和高电流的功率电子设备，从而减轻了质量；由于部件数量的减少从而提高了可靠性。
虽然本发明是参照示例性实施例进行说明的，但是本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的范围的情况下，可作出各种变化和进行等效的元件替换。此外，在不背离本发明的实质范围的情况下，可做出许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，本发明不应当只限定为作为最佳或用于实施本发明的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。而且，在附图和说明书中公开的本发明的示例性实施例，虽然使用了许多专业术语，除非另有说明，它们都仅仅是属于不失通常性的描述，而不起限定作用，本发明的保护范围也没有因此受到限制。此外，例如“第一”、“第二”等的用语也并不表示顺序或重要程度，而是用来区分部件的。此外，术语“一(a)”，“一个(an)”等的使用也并不是对数量的限制，而是表示至少存在一个所提及的部件。
权利要求
1.一种用于车辆的发动机冷却剂泵驱动系统，该车辆具有发动机、发动机冷却系统和至少一个用于检测车辆的至少一种工作状态的传感器，该泵驱动系统包括磁流变流体(MRF)离合器，其包括通过MRF连接到扭矩输出部分上的扭矩输入部分，扭矩输入部分构造为接收来自发动机的扭矩输入；冷却剂泵，构造为与MRF离合器的扭矩输出部分可操作的相连；其中，响应于来自至少一个传感器的信号，MRF离合器构造为从扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续可变的扭矩传递，从而通过可连续地改变转速的冷却剂泵在发动机冷却系统中提供可变的冷却剂流量。
2.如权利要求1所述的泵驱动系统，其中扭矩输入部分包括具有第一部分和第二部分的皮带轮，在第一和第二部分之间具有空间，第一部分位于第二部分的径向外侧，用于接收来自发动机的扭矩输入，第一部分和第二部分构造为绕相同的旋转轴线一起旋转；并且扭矩输出部分包括连接于轴上的转子，所述转子位于皮带轮的第一部分和第二部分之间的空间内，从而在转子与第一和第二部分之间形成环，所述环容纳MRF，所述轴被构造为与冷却剂泵可操作的相连。
3.如权利要求2所述的泵驱动系统，还包括设置在滑轮的第二部分径向内侧的磁场发生器；其中，响应于来自至少一个传感器的信号，磁场发生器可产生可变强度的磁场，所述磁场与第一部分、第二部分、转子和磁流变流体之间场连通，从而由扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续可变的扭矩传递。
4.如权利要求2所述的泵驱动系统，其中所述皮带轮构造为由与发动机可操作的连接的皮带驱动。
5.如权利要求1所述的泵驱动系统，其中扭矩输入部分包括第一部分和第二部分，第一和第二部分之间存有空间，第一部分位于第二部分的径向外侧，第一部分构造为接收来自发动机的扭矩输入，第一部分和第二部分构造为绕相同的旋转轴线一起旋转；扭矩输出部分包括连接到轮轴的转子，转子位于第一部分和第二部分之间的空间内，以在转子与第一和第二部分之间形成环，环容纳MRF，轴构造为与冷却剂泵可操作地连接。
6.如权利要求5所述的泵驱动系统，还包括设置在第二部分径向内侧的磁场发生器；其中响应于来自至少一个传感器的信号，磁场发生器可产生可变强度的磁场，所述磁场与第一部分、第二部分、转子和MRF场连通，从而由扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续可变的扭矩传递。
7.如权利要求6所述的泵驱动系统，其中所述磁场发生器包括定子和线圈，线圈构造为可响应来自至少一个传感器的控制信号，并可产生可变强度的磁场，所述磁场与所述定子场连通。
8.如权利要求1所述的泵驱动系统，还包括控制系统，可响应车辆的至少一种工作状况，并可向MRF离合器产生控制信号，从而由扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续可变的扭矩传递。
9.如权利要求8所述的泵驱动系统，其中，所述控制系统包括该至少一个传感器；与所述至少一个传感器信号通信的控制器；和与所述控制器信号通信的电子放大器，该电子放大器构造为提供该控制信号。
10.如权利要求9所述的泵驱动系统，其中，所述控制器包括处理电路；存储介质，可被处理电路读取，存储由所述处理电路执行的指令以便接收来自所述至少一个传感器的信号；和将信号传递至电子放大器以提供控制信号。
11.如权利要求1所述的泵驱动系统，其中，所述至少一个传感器包括可产生代表发动机温度的信号的温度传感器。
12.如权利要求1所述的泵驱动系统，其中，所述至少一个传感器包括发动机的每分钟转数传感器，车辆节气门角度传感器，车辆进气歧管绝对压力传感器，发动机冷却系统温度传感器，发动机汽缸盖温度传感器，车辆速度传感器，车辆加速度传感器，车辆加速踏板位置传感器，车辆制动踏板位置传感器，冷却剂泵速度传感器，冷却剂泵流体压力传感器，冷却剂泵液体流量传感器，或至少一种上述传感器的任意组合。
13.如权利要求1所述的泵驱动系统，其中所述至少一个传感器构造为提供表示发动机可变温度的可变信号；和所述MRF离合器可响应所述至少一个传感器产生的非零可变控制信号，从而对冷却剂泵进行连续可变的速度控制。
14.一种用于连接发动机冷却剂泵和车辆发动机的磁流变流体(MRF)离合器，其中所述车辆具有至少一个可产生代表发动机温度的信号的传感器，所述MRF离合器包括通过MRF连接到扭矩输出部分的扭矩输入部分，所述扭矩输入部分构造为接收来自发动机的扭矩输入；所述扭矩输入部分包括第一和第二部分，所述第一和第二部分之间具有一空间，所述第一部分设置在第二部分的径向外侧，所述第一部分构造为接收来自发动机的扭矩输入，所述第一和第二部分被构造为绕相同的旋转轴线一起旋转；所述扭矩输出部分包括连接到轴上的转子，所述转子设置在所述第一和第二部分之间的空间中，以形成位于所述转子与第一和第二部分之间的环，所述环容纳MRF，所述轴构造为与冷却剂泵可操作地连接；和设置在第二部分径向内侧的固定的磁场发生器；其中，响应于来自所述至少一个传感器的信号，磁场发生器可产生可变强度的磁场，所述磁场与第一部分、第二部分、转子和磁流变流体场连通，从而由扭矩输入部分向扭矩输出部分提供连续可变的扭矩传递。
15.如权利要求14所述的MRF离合器，其中所述扭矩输入部分包括具有第一和第二部分的皮带轮，所述皮带轮构造为由与发动机可操作地连接的皮带驱动。
全文摘要
一种车辆发动机冷却剂泵驱动系统，所述车辆包括发动机，发动机冷却系统和至少一个用于检测车辆的至少一种工作状态的传感器。所述泵驱动系统包括磁流变流体(MRF)离合器和冷却剂泵。所述MRF离合器包括通过MRF与扭矩输出部分连接的扭矩输入部分，扭矩输入部分用于接收发动机的扭矩输入。冷却剂泵构造为与MRF离合器的扭矩输出部分可操作地连接。响应于来自至少一个传感器的信号，MRF离合器构造为提供由扭矩输入部分向扭矩输出部分的连续可变的扭矩传递，从而通过可连续变速的冷却剂泵在发动机冷却系统中提供可变的冷却剂流量。
文档编号F01P7/14GK101067395SQ200710109758
公开日2007年11月7日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月6日
发明者C·S·纳穆杜里, D·S·鲁尔, B·V·穆尔蒂 申请人:通用汽车环球科技运作公司