内燃机冷却装置的制作方法

本发明涉及一种内燃机(ic)冷却装置；更具体地说，本发明是关于一个内燃机冷却泵，其包含至少一个行星齿轮箱，其中至少有两级可根据外部信号或控制选择的齿轮传动比。
背景技术：
：内燃机有许多用处，比如可用来驱动车辆，或作为发电机使用。许多内燃(ic)机上有液体冷却系统，用来将发动机维持在最佳工作温度。这类冷却系统通常有液体媒介，用于将热能从一些有过热倾向的发动机部件上转移到发动机或车辆的其它部分(比如，一个用于散热的散热器)。这点对于重型商用车辆，比如货运车辆，尤其重要，其中对于重型货运车辆(hgv)特别重要。内燃机上通常配有冷却回路，其中装有冷却液。冷却回路从热源(比如发动机机体)延伸到一个适当的热能吸收器上(比如车辆散热器)。在回路中泵送液体，从而保证热能的传递和耗散。有一个冷却泵，冷却泵包含一个转轴驱动的叶轮。一个冷却泵皮带轮固定在转轴上。发动机曲轴上也有一个皮带轮固定在其上，一根皮带将主轴和冷却泵皮带轮箍在一起，这样，主轴能带动叶轮旋转了。尽管齿轮比是通过合适大小的皮带轮来实现的，但在这个系统中，输入轴(以及叶轮)的速度与发动机速度成比例的。同样地，皮带轮的尺寸必须进行选择，以实现为大部分工况提供足够的冷却效果。在某些情况下，人们希望降低冷却回路的冷却效果。比如，在发动时，人们希望内燃机能迅速升温到最佳工作温度。因此不希望热能从发动机机体上传导和对流出去。一旦发动机达到最佳温度，或者发动机正处于重载荷情况，很重要的是，冷却系统此时能以最大功率工作，避免发动机过热。通常人们希望能尽可能减少不必要的冷却液，因为它们会造成附加的能量损失。减少不必要的冷却液能达到节省燃料的目的。为了满足这些需求，一些现有的冷却系统通过改变曲轴和叶轮之间的传动比、或者将叶轮速度设计成完全独立于主轴速度的方法来实现。一些系统使用粘性或磁性离合器，实现曲轴和叶轮之间传动比的变化。可变速的电动机也被用于直接驱动叶轮，实现速度独立于曲轴转速。所有这些动力传动系统都相对复杂、昂贵，并有可能造成发动机效率的损失、下降。人们需要的是一种稳健的机械结构，可提供范围较宽的齿轮传动比，而能量损失少。结构的紧凑性也十分重要，适合用于内燃机典型的拥挤环境。人们需要的系统是能实现失效保护功能，能提供最大泵送功率，以防止发动机发生过热。技术实现要素：根据本发明的第一方面，本发明提出了一种内燃机冷却装置包括：一根输入轴；一根输出轴，用于驱动叶轮；以及，一个位于输入轴和输出轴之间的变速箱，变速箱包括：一个行星齿轮组，由输入轴驱动，变速箱可在以下两种工况之间切换：第一工况，行星齿轮组以第一传动比工作，以及，第二工况，行星齿轮组以比第一传动比低的第二传动比工作；以及，一个电动执行器，用于控制所述的变速箱在第一工况与第二工况之间切换；其中，变速箱在失效保护状态下，电动执行器的电源断开，切换成第一工况。较佳地，在相对高的齿轮传动比时提供失效保护功能，意味着此时切断了电动执行器的电源供应，泵送功率默认为最大功率。这样对于发动机在重载荷运行时，防止发动机过热有很好的效果。优选地，电动执行器用于驱动一个可变化的驱动元件，所述的驱动元件是位于第一工况和第二工况之间的环形驱动盘，其中，驱动元件可恢复性地偏向第一工况。环形驱动盘通过一个弹簧偏置固定。这种设置能实现失效保护功能。优选地，电动执行器包含一个电磁铁，用于推动驱动盘进入第二工况。电磁铁可以是一个螺线管，至少部分采用磁性响应材料制成，用于拉动驱动盘。驱动盘的直接驱动能实现减重和紧凑的目的。优选地，电磁铁是环形的，其中心位于齿轮组的主轴上。这能从力学上保证线性运动。优选地，驱动盘的固定方案能使其相对输入轴线性运动而不能转动，比如使用花键固定。优选地，输出轴通过行星齿轮组的齿轮架进行驱动。优选地，在驱动盘和行星齿轮架之间有一个离合器，驱动盘从第二工况切换到第一工况时，使离合器啮合。离合器可以是一个追星离合器，或一个平板离合器。通过使用离合器将输入轴的转矩直接传递到行星齿轮架上，可实现1：1的传动比，而没有任何力传递到行星齿轮上。这样，它们尺寸可以更小(它们仅需要在低传动比情况下承受载荷)。优选地，行星齿轮组上有多个绕着其主轴、在行星齿轮半径上分布的行星齿轮，其中离合器包括一对相对的接触面，其中至少部分在行星齿轮半径的径向外侧；较佳地，离合器相对的一对接触面完全位于行星齿轮半径径向外侧。这能让扭矩通过离合器更好地传递(扭矩是与半径成比例的)。优选地，相对的一对接触面在齿圈外径的径向内侧，实现结构紧凑的目的。根据本发明的第二方面，提出了一种内燃机冷却系统的运行方式，包括以下步骤：提供一个包含冷却液的冷却回路；提供一个如本发明第一方面的冷却装置；提供一个连接在输出轴上的叶轮，用于泵动冷却液在回路里流动；驱动输入轴泵动冷却液在回路里流动。优选地，还包含以下步骤：改变齿轮箱的工况，提供不同的传动比，从而改变冷却泵的泵动效果。优选地，还包含以下步骤：提供一冷却回路用于发动机冷却；监控发动机的状态；基于发动机状态，改变齿轮箱的工况。优选地，监控发动机的状态是指监控发动机或冷却液的温度，实施方法包括：当温度上升时，改变齿轮箱的工况，提高传动比。当发动机温度下降时，可降低叶轮转速(进而减少被泵动的液体流量)。优选地，输入轴由发动机驱动。根据本发明的第三方面，提出一种内燃机冷却装置，包含：一根输入轴；一根输出轴，用于驱动叶轮；以及，一个位于输入轴和输出轴之间的变速箱，变速箱包括：一个行星齿轮组，由输入轴驱动，变速箱可在以下两种工况之间切换：第一工况，行星齿轮组以第一传动比工作；以及，第二工况，行星齿轮组以比第一传动比低的第二传动比工作；以及，一个电动执行器，包括一个电磁体，用于控制变速箱在第一工况与第二工况之间切换。电磁体是一种稳健的机械结构，能快速实现齿轮传动比的切换。优选地，电磁体是一个螺线管。优选地，电动执行器用于驱动一个可变化的驱动元件离开第一工况和第二工况之间的一种状态，其中驱动元件可恢复性地偏向第一工况和第二工况之间的另一种状态。优选地，电动执行器用于驱动一个可变化的驱动元件从第一工况切换到第二工况，其中驱动元件可恢复性地偏向第一工况。优选地，驱动元件通过一个弹簧偏置固定。优选地，驱动元件包含磁性响应材料。优选地，电磁铁是环形的，其中心位于齿轮组的主轴上。优选地，驱动元件相对于输入轴可线性运动，而不能转动。优选地，驱动元件通过花键连接在输入轴上。优选地，输出轴通过行星齿轮组的行星齿轮架进行驱动。优选地，内燃机冷却装置还包含设置在驱动元件和行星齿轮架之间的一个离合器，驱动元件从第二工况切换到第一工况时，使离合器啮合。优选地，行星齿轮组上有多个绕着其主轴、在行星齿轮半径上分布的行星齿轮，其中离合器包括一对相对的接触面，其中至少部分在行星齿轮半径的径向外侧。优选地，离合器相对的一对接触面完全位于行星齿轮半径径向外侧。优选地，相对的一对接触面在齿圈外径的径向内侧。优选地，离合器是一个锥形离合器。优选地，离合器是一个平行双碟离合器。根据本发明的第四方面，提出了一种内燃机冷却系统的运行方式，包含以下步骤：提供一个包含冷却液的冷却回路；提供一个本发明第三方面的冷却装置；提供一个连接在输出轴上的叶轮，用于泵动冷却液在回路里流动；驱动输入轴泵动冷却液在回路里流动。优选地，还包含以下步骤：改变齿轮箱的工况，提供不同的传动比，从而改变冷却泵的泵动效果。优选地，还包含以下步骤：提供一冷却回路用于发动机冷却；监控发动机的状态；基于发动机状态，改变齿轮箱的工况。优选地，状态为温度，包含以下步骤：当温度上升时，改变齿轮箱的工况获得更高的传动比。优选地，输入轴受发动机驱动。根据本发明的第五方面，提出了一种内燃机冷却装置，包含：一根输入轴；一根输出轴，用于驱动叶轮；以及，一个位于输入轴和输出轴之间的变速箱，变速箱包括：一个第一行星齿轮组，由输入轴驱动；一个第二行星齿轮组，由第一行星齿轮组驱动，用于驱动输出轴。两组齿轮组相互串联，以紧凑的结构获得较大的减速传动比。同时能提供四种可选的齿轮传动比，来应对当前的冷却需求。行星齿轮组同时也稳健可靠，能量损失少。优选地，第一行星齿轮组和第二行星齿轮组均提供减速传动比，这样的好处是，如果本装置是由发动机曲轴驱动，在冷启动情况下，可大大降低转速，减少多余的损失。第一行星齿轮组和第二行星齿轮组可以是同样的传动比，或者有不同的传动比。如果齿轮箱能选择性地控制，同样的齿轮比能提供三种齿轮箱传动比，而不同的齿轮比可提供四种齿轮箱传动比。优选地，齿轮箱能提供多种可选状态，每种状态都能在输入轴和输出轴之间提供不同的传动比。这样使冷却效果和冷却液流速可以调节控制。优选地，第一行星齿轮组有多个可选状态，其中每个状态有不同的传动比。第一离合器用于在两个或多个可选状态中实现切换。优选地，离合器是可选择地转动固定在第一行星齿轮组中太阳轮、行星齿轮架和齿圈中的两个上。可以使用简单的轴向爪式或摩擦盘式离合器。优选地，第二行星齿轮组有多个可选状态，其中每个状态有不同的传动比。这能让齿轮箱的总传动比有更多的选择。优选地，齿轮箱包括一个第二离合器用于在第二行星齿轮组的两个或多个可选状态中实现切换。优选地，第二离合器是可选择地转动固定在第二行星齿轮组中太阳轮、行星齿轮架和齿圈中的两个上。优选地，输入轴驱动第一行星齿轮组的太阳轮。优选地，第一行星齿轮组的行星齿轮架驱动第二行星齿轮组的太阳轮，而第二行星齿轮组的行星齿轮架驱动输出轴。这能获得较高的减速比(采用固定齿圈)。优选地，第一二行星齿轮组和/或第二行星齿轮组的太阳轮和行星齿轮架可被选择性地固定在一起，获得1:1的传动比(比如通过离合器)。优选地，内燃机冷却装置还包括一个壳体，其中第一二行星齿轮组和/或第二行星齿轮组的齿圈通过离合器固定在壳体上，使得齿圈能沿着第一转动方向转动，而在相反的第二转动方向不能转动。采用一种单向离合器(比如超越离合器)可实现这种效果。这意味着，当太阳轮与行星齿轮架锁定在一起时，齿圈能发生转动，并输出1:1的传动比。优选地，采用皮带轮驱动输入轴，较佳地，通过皮带由发动机曲轴驱动。本发明同时提出一种发动机，其上有冷却回路，根据本发明的第三方面的冷却装置推动冷却液在冷却回路中流动。优选地，有发动机控制单元，冷却装置是可选传动比的冷却装置，发动机控制单元可选择冷却装置的不同状态。根据本发明的第六方面，提出了一种内燃机冷却系统的运行方式，包含以下步骤：提供一个包含冷却液的冷却回路；提供一个冷却装置，其上有叶轮，用于泵动冷却液在回路里流动，冷却装置包括一根输入轴，一根驱动叶轮的输出轴，以及一个位于输入轴和输出轴之间的变速箱，变速箱包括一个由输入轴驱动的第一行星齿轮组，以及一个第二行星齿轮组，由第一行星齿轮组驱动，用于驱动输出轴；驱动输入轴泵动冷却液在回路里流动。优选地，齿轮箱能提供多种可选状态，其中每种状态都能在输入轴和输出轴之间提供不同的传动比，运行方式包括以下步骤：改变齿轮箱的工况，提供不同的传动比，从而改变冷却泵的泵动效果。优选地，还包含以下步骤：提供一冷却发动机的冷却回路；监控发动机的状态；基于发动机状态，改变齿轮箱的工况。优选地，状态是指温度，运行方式包含以下步骤：当发动机温度上升时，改变齿轮箱的工况获得更高的传动比，从而增加冷却液流动。在一些实施例中，内燃机用在汽车上。在另一些实施例中，内燃机是发电机的一部分。附图说明图1为冷却回路一部分结构的示意图，是根据本发明的第一种冷却泵集成；图2a是图1所示冷却泵的第一外观图；图2b是图2a所示冷却泵的第二外观图；图3是图2a所示冷却泵沿着直线iii-iii的截面图；图4是图2a所示冷却泵沿着直线iv-iv的截面图；图5是图3所示冷却泵沿着直线v-v的剖面图；图6是图3所示冷却泵沿着直线vi-vi的剖面图；图7是图2a所示冷却泵沿着直线vii-vii的剖面图；图8a是图3所示冷却泵沿着直线viii-viii(a)的剖面图；图8b是图3所示冷却泵沿着直线viii-viii(b)的剖面图；图9a是图3所示冷却泵在第一工作状态时的部分结构示意图；图9b是图3所示冷却泵在第一工作状态时的部分结构示意图；图9c是图3所示冷却泵在第一工作状态时的部分结构示意图；图9d是图3所示冷却泵在第一工作状态时的部分结构示意图；图10为冷却回路一部分结构的示意图，是根据本发明的第二种冷却泵集成；图11是图10所示冷却泵的外观图；图12是图10所示冷却泵沿着直线xii-xii的截面视图；图13a是图10所示冷却泵在第一种工作状态时的部分结构示意图；以及，图13b是图10所示冷却泵在第二种工作状态时的部分结构示意图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。如图1所示，内燃机冷却回路10用于输送冷却液12从发动机14的热源部分到散热器16。冷却液12在冷却回路10中是循环的。发动机14受一个电子控制单元(ecu)18的控制，如现有技术那样。冷却泵100包含一根输入轴102，驱动皮带轮104固定在其上。输入轴102驱动齿轮箱106。一根输出轴108从齿轮箱106伸出到叶轮110上。叶轮110用于泵动冷却液12沿着内燃机冷却回路10流动。电子控制单元18用于通过数据线112产生控制信号到齿轮箱上，这将在下文中进行描述。图2a和2b中所示的是一种冷却泵100。参见图3，冷却泵100有更详细的展示。输入轴102是一根固体柱形部件，其上有第一端120。临近第一端120处，有一圈环形的轴圈122及轴肩124面向第一端120方向。输入轴102的第二端126处，有一个轴肩128，连接着一个较小直径的部分130，其上有中心孔132。皮带轮104是一个开放式的圆柱形基体，有一侧密闭端壁114，其上有一个与中心轴的啮合部分116。皮带轮104形成了一个圆柱形的外表面118，与一根皮带(图中未示出)连接并在使用过程中进行驱动。输出轴108与叶轮110在图中一起进行显示，这只是个示意图，事实上它们通常是分别独立的部分，便于装配和更换。输出轴108是固体圆柱部件，其上有第一端134，形成了一个直径较小的轴颈136。叶轮110位于输出轴108的第二端138处。齿轮箱106包括一个壳体140，一个第一可操作离合器162，一个齿轮组164，一个第二可操作离合器166，一个输入轴轴承156，以及一个输出轴轴承168。壳体140包括第一壳体部分142，第二壳体部分144，以及支撑部分145。第一壳体部分142通常是一个中空的圆柱形，其上有端壁146。端壁146上有中心孔148。第二壳体部分144形成了一个环状端壁150，其上有中心孔152。一个圆柱部分154从中心孔152延伸出去。支撑部分145上有环形圆盘部分250，圆盘上有孔252，一个圆柱部分254从孔252延伸出去。圆盘部分250的外径与第一壳体部分142匹配嵌入，并紧靠壁端146，这样圆柱形部分254可插入到壳体中。环形端壁150的外径尺寸与第一壳体部分142的内径匹配，可压入第一壳体部分。这样，壳体部分能装配形成一个封闭的腔体，用于容纳支撑结构145。第一可操作离合器162包括花键轴174，以及第一离合器套筒184。花键轴174通常是圆柱形的，其上有外凸键体176以及端壁178。在端壁178的中间有一个孔180，其上轴向延伸一个中空的轴颈182。在花键轴174上端壁178相对的另一端，有径向向外延伸的环形法兰179。第一离合器套筒184是一根中空的圆柱轴，有端壁185，在第一端上有数个斜齿形成了离合器的基本结构186。在第一离合器轴的径向内侧，有内花键188。这样，第一离合器套筒184上的内花键188可与花键轴上的外花键176啮合，两个部分可轴向相对运动但不可相互转动。参见图4，花键轴174和第一离合器套筒184之间设有一系列可回弹原件——压缩弹簧175。弹簧支撑在端壁185的内表面和法兰179上，推动第一离合器套筒184如图4中的左侧方向移动。齿轮组164包括一个第一行星齿轮组190和一个第二行星齿轮组192。第一行星齿轮组190结合图3及图5所示。第一行星齿轮组190包括一个太阳轮194，一组行星轮198，一个齿圈200，以及一个齿圈离合器202。太阳轮194是一个直齿圆柱齿轮，如现有技术已知的那样，轮齿位于外圈上。太阳轮上是s1型轮齿，并有一个中心孔196。行星齿轮组198包括三个行星齿轮204(每个都是直齿圆柱齿轮)。行星齿轮204在一个行星齿轮架206上运行，行星齿轮架上有第一侧面208及第二侧面210。行星齿轮架206上的第一侧面208包括一个环形圈212，其上有离合器结构214，包括在其上一侧有数个斜齿。在离合器结构214的相对侧，有一组三个相间的部分，轴向延伸的弓形支撑部分216和行星齿轮轴217。行星架的第二侧面210包括一个环形圈218，其上有轴向延伸的轴220。齿圈200是一个内直齿圆柱齿轮，是r1型轮齿。齿圈离合器202是一个单向离合器，允许齿圈沿着第一方向r1转动，而不允许沿着相反方向r2转动。太阳轮194绕着轴x进行转动，其上的轮齿与行星轮204的每个齿轮啮合。行星齿轮通过行星齿轮架固定，行星齿轮架通过与太阳轮两侧相对的第一侧面208和第二侧面210定位。第一侧面208和第二侧面210通过支撑部分216及行星齿轮轴217连接，行星齿轮204可绕着行星齿轮轴转动。行星齿轮204同时也受到齿圈200的定位。在本实施例中，可实现太阳轮到行星齿轮架的减速传动比。结合图3和图6所示，可最佳展示第二行星齿轮组192。第二行星齿轮组192包括一个太阳轮222，一组行星轮224，一个齿圈226，以及一个齿圈离合器228。太阳轮222是一个直齿圆柱齿轮，轮齿位于外圈上，如现有技术已知的那样。太阳轮上是s2型轮齿，并有一个中心孔230。太阳轮222上设有一个爪式离合器231。所述行星齿轮组224包括三个行星齿轮232(每个都是直齿圆柱齿轮)。行星齿轮232在一个行星齿轮架234上运行，行星齿轮架234上有第一侧面236及第二侧面238。行星齿轮架234上的第一侧面236包括一个环形圈240。第一侧面236上有三个相互独立地，轴向延伸的支撑柱242，以及行星齿轮轴244。行星齿轮架234的第二侧面238包括一个环形圈246，其上有数个通孔248。支撑柱242将第一侧面236及第二侧面238相互限定间隔一定距离。齿圈226是一个内直齿圆柱齿轮，是r2型轮齿。齿圈离合器228是一个单向离合器，允许齿圈226沿着第一方向r1转动，而不允许沿着相反方向r2转动。太阳轮222绕着轴x进行转动，其上的轮齿与行星轮232的每个齿轮啮合。行星齿轮232通过行星齿轮架234固定，行星齿轮架234通过与太阳轮222两侧相对的第一侧面236和第二侧面238定位。第一侧面236和第二侧面238通过支撑部分242及行星齿轮轴244连接，行星齿轮232可绕着行星齿轮轴转动。行星齿轮232同时也受到齿圈226的定位。在本实施例中，可实现太阳轮到行星齿轮架减速传动比。参见图3和图7，第二可操作离合器166包括一个滑动接触板256，其上有中心孔258。滑动接触板256上有三个轴向延伸的弹簧支撑260，以及三个从上面轴向伸出的接触销261。每个弹簧支撑260有一个直径较大的尾端平台262，形成了面向滑动接触板256的轴肩264。压缩弹簧266在支撑260上，并紧邻轴肩264。接触销261位于弹簧支撑260之间。输入轴轴承156是双列角接触球轴承，其上的内轴158和外轴160可发生相对转动。输出轴轴承168是单排深槽滚珠轴承，其上有内轴170和外轴172。冷却泵结构安装如下描述。如图7所示，输出轴轴承168的外轴172嵌入外壳支撑结构145上的圆柱部分254。输出轴108嵌入输出轴轴承168的内轴170内。第二可操作离合器166的滑动接触板256通过孔258与外壳支撑结构145上圆柱部分254平行。滑动接触板256可沿轴向滑动并旋转。第二行星齿轮组192位于行星齿轮架第二侧面238的同侧，行星齿轮架支撑在输出轴108的外径上。第二可变离合器166的滑动接触板256上弹簧支撑260及接触销261穿过行星齿轮架第二侧面238上的孔248，如图8a所示。弹簧266支撑在行星齿轮架第二侧面238上，用于推动尾端平台262(以及接触板256)如图3中的右侧方向移动。齿圈离合器228与第一外壳部分142的内表面装配接触。第一行星齿轮组190中的轴220位于行星齿轮架206的第二侧面210，装配于第二行星齿轮组192的太阳轮222上的孔230内侧。这样，第一行星齿轮组190的行星齿轮架206随着第二行星齿轮组192的太阳轮222转动。齿圈离合器202与第一外壳部分142的内表面装配接触。如图4所示，第一可操作离合器162有花键轴174，第二壳体部分144的圆柱部分154嵌入其中(尽管它们相互并不接触)。输入轴102上的较小直径部分130上有孔132，输出轴108的轴颈136插入其中。太阳轮194固定在输入轴102上，从而使得它们一起转动。此外，第一可操作离合器162的花键轴174可转动固定在输入轴102上。输入轴102通过输入轴轴承156可转动连接在壳体140上。轴承的内轴158内插入输入轴102，而轴承的外轴160不可转动地插入第二壳体部分144上的孔152中。输入轴102插入皮带轮104中心轴接触部分116(固定在上面)，中心轴接触部分向叶轮110方向延伸，部分包围壳体140。冷却泵的运行过程如下文描述。第一可操作离合器的第一离合器套筒184及第二行星齿轮架234的接触板256通过一个齿轮选择装置，可实现沿轴向运动。这类装置在现有技术中已经成熟了，在此不再赘述。需要说明的是，在第一离合器套筒184上可选择性地施加一个沿着远离第一行星齿轮组190方向的轴向力，在接触盘256上可施加一个沿着远离第二行星齿轮组192方向(图3的左侧方向)轴向力。该装置通过ecu18连出的数据线112进行控制。在第一工况下，两个可操作离合器都是分离状态，如图9a所示。第一离合器套筒184沿着图4中向右侧方向移动，第一可操作离合器162上的弹簧175受到压缩，离合器套筒184与行星齿轮架206之间可发生相对转动。通过推动接触板沿着图3中向左方向移动，第二可操作离合器166上的弹簧266受到压缩。通过皮带轮104施加在输入轴102上沿r1方向的扭矩，驱动第一行星齿轮组190中的太阳轮194沿着r1方向转动(如图5所示)。进而带动行星轮组204，使行星齿轮架206沿着r1方向转动。由于产生的扭矩(反扭矩)沿着r2方向，离合器202抑制了齿圈200的转动。第一行星齿轮组190的行星齿轮架206的转动，使得第二行星齿轮组192的太阳轮222沿着方向r1(如图6所示)转动。进而使得太阳轮222周围一圈行星齿轮232转动，推动行星齿轮架234转动。由于产生的扭矩(反扭矩)沿着r2方向，离合器228抑制了齿圈226的转动。第二行星齿轮组192的行星齿轮架234旋转，带动输出轴108转动，进而带动叶轮110转动。在第一工作状态时，皮带轮(以及输入轴102)的转动经过了两组行星齿轮组190，192的减速齿轮比，最终传递到输出轴108和叶轮110上。传动比是第一和第二齿轮组的共同作用结果，也即：在第二工作状态下(如图9b所示)，通过放开第一离合器轴与第一齿轮组190的行星齿轮架206啮合，使得第一可操作离合器162啮合(第二可操作离合器仍然分离)。这使得第一齿轮组190的太阳轮194和行星齿轮架206相对转动锁死(如图8b中虚线所示)。这样，第一齿轮组传动比固定在1:1，整个齿轮箱的传动比仅仅通过第二齿轮组来确定(比如1∶0.4)。需要指出的是，第一齿轮组的太阳轮和行星齿轮架是会发生转动的。由于在齿圈上产生的转矩从r2方向变到了r1，离合器允许齿圈随着太阳轮和行星齿轮架沿着r1方向转动。在第三工作状态(如图9c所示)，通过放开接触板256，使得第二可操作离合器166啮合。弹簧266伸长，拖动接触销261通过行星齿轮架234上的第二侧面238(如图8a所示)与爪式离合器231(图8b所示)啮合。这样通过接触板256(如图8b中虚线所示)将第二齿轮组192的太阳轮222和行星齿轮架234相对转动锁死。这样，第二齿轮组传动比固定为1:1。在第三工作状态下，第一可操作离合器162分离，整个齿轮箱的传动比仅仅通过第一齿轮组来确定(比如1∶0.4)。需要指出的是，第二齿轮组的太阳轮和行星齿轮架是会发生转动的。由于在齿圈上产生的转矩从r2方向变到了r1，离合器允许齿圈随着太阳轮和行星齿轮架沿着r1方向转动。在第四工作状态，如图9d所示，第一可操作离合器162和第二可操作离合器166都被推动而后啮合，齿轮箱传动比固定在1:1。这是“失效保护”模式，此时提供最大冷却液流量，虽然需要消耗能量为代价。四种工作状态可总结如下：工况状态第一离合器第二离合器传动比1(图8a)分离分离1:0.162(图8b)啮合分离1:0.43(图8c)分离啮合1:0.44(图8d)啮合啮合1:1显然，对于本实施例而言，发动机ecu只需要选择第二工作状态或第三工作状态中的一种(因为这两种状态提供了相同的齿轮传动比)。在使用过程中，当发动机启动时，需要降低叶轮110的速度，从而减少从冷的发动机上带走的热量(让发动机迅速升温)。因此，可以选择工况1来实现回路10中的低流速。当发动机温度升上来后，ecu将会探测这个状态(通过适合的传感器)，可以选择第二工作状态(或第三工作状态，减小降速比)，实现在正常发动机工况下稳定的冷却状态。当发动机载荷变大，温度将急剧上升，此时，可选择第四工作状态来提升冷却效果。当叶轮110在工况第一工作状态，第二工作状态或第三工作状态时，能为当下工况提供足够的冷却效果，较之于第四工作状态，ecu将优先选择前三种工作状态。这能提高工作效率从而达到节省燃料的目的。如图10所示，并结合图1，使用一个内燃机冷却回路10可将冷却液12从发动机14所示的热源部分，输送到散热器16上。冷却液12在冷却回路10中是可循环的。发动机14通过一个电子控制单元(ecu)18进行控制，如现有技术已知那样。冷却泵300包括一根输入轴302，其上支撑驱动皮带轮304。输入轴302带动齿轮箱306。一根输出轴308从齿轮箱306中伸出，连到叶轮310上。叶轮310用于推动冷却液12沿着冷却回路10流动。使用ecu18通过数据线312将命令信号传递给齿轮箱，这将在下文中进行描述。冷却泵300外观如图11所示，并参见图12，冷却泵300通过截面视图方式更详细地说明。输入轴302与皮带轮304是一体的。输入轴302有第一端320(皮带轮304连接在这端)，以及与第一端相对的第二端322。在第一端320与第二端322之间，有一个轴承接触区324，中间一侧是环形法兰326。紧邻着环形法兰326是凹槽328，凹槽另一侧是花键轴部分330。紧邻着花键轴部分330，在输入轴302的第二端322，有一个太阳轮轴部分332。输入轴302上有一个盲孔334，盲孔334包括位于第二端322的第一部分336，往下是直径小一些的第二部分338，最后是直径最小的第三部分340，其上有几个径向通风孔342。皮带轮304是一个半开放的圆柱体，一端是封闭的端壁314连接着轴302的第一端320。皮带轮304形成的圆柱形外表面318(如图11所示)在使用过程中与一根皮带(图中未示出)接触，并被驱动。输出轴308是一根圆柱实体，其上有第一端344，形成了第一轴颈346，以及第二端348，形成了第二轴颈350。输出轴308上还有一个环状法兰352。齿轮箱306包括一个壳体354，一个离合器356，一组齿轮组358，一个输入轴轴承360，以及一个输出轴轴承362。壳体354包括第一壳体部分364和第二壳体部分366。第一壳体部分364是中空的，通常为圆柱形，有端壁368。端壁368上有中心孔370。第二壳体部分366上有一个环状轴壁372，其上有中心孔374以及一个外侧的轴肩376。圆柱部分378从中心孔374延伸出去。环状轴壁372的外径尺寸使得它能压入第一壳体部分364内圈。这样，壳体部分能形成一个封闭的空腔。离合器356包括一个盘状的驱动盘380，一个螺线管388，一个压缩弹簧390，以及行星齿轮架410的环形圈。驱动盘380通常是圆环状的，并有花键孔382。內轴部分384从驱动盘380的一端延伸出去。与內轴部分384相对的另一方向，第一离合器结构386从驱动盘380的边缘延伸出去，形成了一个径向逐渐向内收缩的圆锥摩擦面。螺线管388包括一个电磁线圈389，位于一个钢盒子391内，其可选择性地通电，产生磁性，拉动驱动盘380。在螺线管388不通电的情况下，压缩弹簧390限定驱动盘380远离螺线管(这将在下文中进行描述)。齿轮组358是行星齿轮组。它包括一个太阳轮392，一组行星齿轮394，一个齿圈396以及一个齿圈离合器398。太阳轮392是一个直齿圆柱齿轮，轮齿位于外圈上，如现有技术已知的那样。太阳轮上是s1型轮齿，并有一个中心孔400。行星齿轮组394包括三个行星齿轮402(每个都是直齿圆柱齿轮)。行星齿轮402在一个行星齿轮架404上运行。行星齿轮架404上有第一侧面406及第二侧面408。行星齿轮架404上的第一侧面406包括一个环形圈410，其上有第二离合器结构412，形成了外锥形摩擦面。相对于第二离合器结构412，在第一侧面406和第二侧面408之间，一组三个相互分开的部分，轴向延伸的弓形支撑414以及行星齿轮轴416。行星齿轮架404的第二侧面410包括一个环形圈418，其上有一根轴向延伸的轴420。齿圈396是一个内直齿圆柱齿轮，是r1型轮齿。齿圈离合器398是一个单向离合器，允许齿圈沿着第一方向转动，而不允许沿着相反方向转动。太阳轮392绕着轴x进行转动，其上的轮齿与行星轮402的每个齿轮啮合。行星齿轮通过行星齿轮架固定，行星齿轮架通过与太阳轮两侧相对的第一侧面406和第二侧面408定位。第一侧面406和第二侧面408通过支撑部分414及行星齿轮轴416连接，行星齿轮402可绕着行星齿轮轴转动。行星齿轮402同时也受到齿圈396的定位。在本实施例中，可实现太阳轮到行星齿轮架的减速传动比。输入轴轴承360是双列角接触球轴承。输出轴轴承362是单排深槽滚珠轴承。冷却泵结构安装如下描述。如图12所示，输出轴轴承362插入第一壳体部分364，输出轴308插入轴承362，使得轴308和壳体部分364能产生相对转动。输出轴308穿过第一壳体部分364的中心孔370，并伸出壳体354之外，这样叶轮310可连接在上面。通过将行星齿轮架404的轴420固定在输出轴308上，齿轮组358连接在输出轴308上。离合器358固定在第一壳体部分354上，限制齿圈只能往一个方向相对转动。通过后端花键轴部分330与前端花键孔382的装配，离合器驱动盘380轴向可滑动地固定在输入轴302上。这允许两个结构发生相对轴向运动，但不能发生相对转动，可让输入轴302上的扭矩传递到离合器驱动盘380上。压缩弹簧390位于输入轴302的法兰326与驱动盘380的接触面之间，使它们两者保持分离。输入轴302连接到齿轮组358上，这样太阳轮392固定在太阳轮轴部分332上。需要指出的是，输出轴308的轴肩346插入到输入轴302的盲孔334中。在离合器驱动盘380上的第一离合器结构386与行星齿轮架404上的第二离合器结构412是相对的，这样前者的轴向运动能使离合器连接或断开。通过第一离合器结构386和第二离合器结构412组成的离合器是一个锥形离合器。螺线管388连接在第二壳体部分366上，临近离合器驱动盘380的位置。通过输入轴轴承360的作用，输入轴302装配到第二壳体部分366上，可发生相对转动。冷却泵的运行过程如下描述。螺线管388可选择性地通电(通过本地控制器，或直接通过ecu18控制)，产生电磁力拉动驱动盘380，将第一离合器结构386和第二离合器结构412分离。断开螺线管388电源，使得驱动盘380移动，从而使第二离合器结构412与第一离合器机构386结合。当离合器连接时，驱动盘380和行星齿轮架404固定在一起，不能发生相对转动。当离合器断开时，驱动盘380和行星齿轮架404能自由相对转动。在离合器连接的情况下，输入轴302受到皮带带动皮带轮304的驱动。随后通过花键部分330的作用带动驱动盘380，以及通过太阳轮轴部分332带动太阳轮392转动。在行星齿轮402的作用下，齿圈396与输入轴302同一个方向转动(离合器356允许在第一方向发生转动)由于行星齿轮架404固定在输出轴308上，且不能相对转动，所以输出轴308直接以1:1的传动比，受到输入轴302的驱动。需要指出的是，这是“失效保护”模式，此时是最大的齿轮传动比(提供了最大的发动机冷却效果)。这种失效保护模式可以是主动切换，也可以是任何切断螺线管388电源的情况实现。如果螺线管388通电，拉动驱动盘380从行星齿轮架404脱离，与离合器结构断开。在这种情况下，皮带轮304传递给输入轴302的转动作用，通过花键轴330传递给离合器驱动盘380，并通过太阳轮轴332传递给太阳轮392。因为离合器驱动盘380与行星齿轮架404断开，齿轮组358仅通过一条路径传递运动，也即，太阳轮392的转动。太阳轮392的转动带动行星齿轮402绕着各自的轴420转动。由于在齿圈396上产生的反作用力与输入轴302转动方向相反，齿圈离合器398抑制了转动，将齿圈396固定在静止位置。这样，行星齿轮402绕着旋转的太阳轮392的转轴发生移动，进而推动行星齿轮架404向同一个方向转动，但以一个相对于输入轴302较低的转速转动(也即，齿轮减速比)。由于行星齿轮架404与输出轴308结合，输出轴也发生转动，带动叶轮310以输入齿轮转速40％的速度转动。两种工况状态可总结如下：当发动机温度升上来后，ecu18将会探测这个状态(通过适合的传感器)，可以选择工况1(减小降速比)，实现在正常发动机工况下稳定的冷却状态。当发动机载荷变大，温度将急剧上升，此时，可选择工况2来提升冷却效果。本发明范围内的一些案例变化。本发明实施例中最大的共同点在上文中已经表述，也即，齿轮箱与叶轮设计为同轴，通过发动机带动的皮带进行驱动。需要指出的是，齿轮箱也有可能与发动机输出轴同轴，并通过输出轴上的皮带(或其它运动传递形式)进行对叶轮的驱动。在第一实施例中，两组行星齿轮组的传动比相同，提供了三个齿轮箱传动比。可以设想的是，行星齿轮组的传动比可以不同，从而实现四种齿轮箱传动比。在第一实施例中，设计了两个行星齿轮组，但可以设想的是，也可以使用三个或更多行星齿轮组，提供更多变的齿轮传动比。在上述实施例中，太阳轮通过固定的齿圈推动行星齿轮架，也可以根据传动比选择不同方案。可以设想的是，在每个行星齿轮组中可采用超过三个行星齿轮。在上述实施例中，采用爪式离合器将部件固定在一起，是相互不发生转动，也可以采用别的离合器实现这种功能，包括但不局限于采用摩擦离合器或磁性离合器。在第二实施例中的离合器结构(也即，通过离合器，可滑动驱动盘提供了一个输入轴/太阳轮与行星齿轮架之间的力传递路径)也可使用在第一实施例的一个或全部齿轮组中。压缩弹簧组175可采用单个压缩弹簧替代。尽管在上述第二实施例中描述ecu的控制是基于发动机温度的，需要指出的是，也可采用其他控制方式(比如一种专用控制器)，输入参数可以是发动机温度、冷却液温度、发动机载荷或其它适当的发动机参数。当前第1页12