带有可变冷却剂泵驱动的粘性冷却剂加热器

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。

说明书

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能。而且，与冷发动机相比热发动机运行更有效率并且产生更低的排放水平。

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机(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。

附图说明

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。

要求用于柴油发动机的冷却剂泵泵送与所产生的功率成比例的冷却剂。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。

对于柴油发动机的初始暖机阶段，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10表示并且与具有一台柴油发动机14的车辆12一起使用。发动机的曲轴16运行一个冷却剂泵18。在泵18的相反两侧上提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。可以操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。