电控硅油风扇离合器功率损失研究

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Research on Friction Power Loss of Electromagnetic ControlledSilicon 0il Fan ClutchWANG Tian...1i，ZHENG Fu.xin ，ZHANG Dian-zhong ，LI Ni(1.Automobile& Transportation Engineering College，Liaoning University ofTechnology，Jinzhou 121001，China；2.Dong Feng Automobile CO.，LTD，Shiyan 442002，China；3.Zhuanghe Mtmicipal Peoples Government，Zhuanghe，1 16400，China)Abstract：By analyzing factors on the power loss of electromagnetic controlled silicon oil fanclutch，power loss of the clutch was calculated，and the coefi cient of the power loss was worked out，and then the rnaximum point was naturally ascertaineck Through bench test，the correctness ofthe calculationand analysis is verified，which provides the theoretical basis for the design of silicon oil fan clutch。

Key words：electromagn etic controlled silicon oil fan clutch；engine；power loss；test analysis风扇总成是汽车发动机冷却系统的核心部件之-，直接影响发动机的运转工况。运用电控硅油风扇离合器(以下简称离合器)的发动机冷却系统可以根据发动机的工况及温度自动调节风扇转速，并具有节能、降噪、保持发动机水温基本稳定、提高发动机寿命等优点。由于输入与输出端的转速差，离合器在分离、耦合以及过渡状态下不可避免地存在-定功率的损失。如果功率损失过大将会使离合器本身的温度过高，导致硅油加快老化，影响离合器的工作性能和使用寿命。

由于离合器是通过硅油的高黏度特性来传递扭矩，则由滑差产生的热量将导致离合器整体温度升高，因此如何减少功率损失是离合器的关键技术之-，并对提高离合器质量具有重要意义。

收稿日期：2012-12-24作者简介：王天利 (1957-)，男，辽宁朝阳人，教授。

1 离合器功率损失因素分析1.1 离合器的结构原理离合器的结构如图 1所示。根据发动机水温信号，离合器自动控制电控总成 2通断电，从而控制阀片9与进油孔 8的相对位置，并实现进油量的控制，从而控制风扇转速。发动机水温-般工作温度在 85～95℃，起动时，控制离合器处于分离状态，风扇转速低，冷起动效果好。当温度高于 95℃时，控制离合器处于耦合状态，风扇转速高，发动机散热条件好；当温度低于 85℃时，控制离合器处于分离状态，风扇转速低，防止发动机温度过低。循环往复，使发动机在适当的水温下工作，并保证发动机使用性能。

辽宁工业大学学报(自然科学版) 第33卷l-主动轴；2- 电控总成；3-壳体；4-主动盘；5-回油孔；6-盖体；7-回油通道；8-进油孔；9-阀片总成；lO-磁环镶间；1 1-轴承；l2-储油室；13-油池盖；l4-工作腔；15-散热片图 1 电控硅油风扇离合器结构图离合器工作时，主动轴 1带动主动盘 4旋转；主动盘 4通过工作腔 l4内的高黏度硅油带动从动盘(盖体 6和壳体 3)旋转，安装在壳体 3上的风扇随着转动。当阀片 9开启时，硅油由储油室 l2通过进油孔 8进入工作腔 l4，在离心力的作用下向边缘流动；在回油孔 5处有泵油机构，由回油孔 5、回油通道 7进入储油室 12，此时离合器处于耦合状态；当阀片9闭合时，硅油在离心力和泵油机构的作用下，由工作腔 14通过回油孔 5、回油通道 7回到储油室 12内，此时离合器处于分离状态。

1.2 离合器功率损失的影响因素根据工作原理和具体结构可以推断，影响离合器功率损失的主要因素有以下几点2J：(1)硅油黏度。硅油黏度越高离合器传递扭矩能力越强，耦合时滑差越小，功率损失越校(2)主、从动盘环槽径向间隙。间隙越小传递扭矩能力越强，功率损失越校(3)主、从动盘环槽相对面积。表面积越大传递扭矩能力越强，耦合时滑差越小，功率损失越校(4)泵油机构。泵油机构性能会影响离合器分离后的稳定转速，分离时风扇转速越低，功率损失越校(5)硅油量。硅油量过多或过少会影响分离和耦合的灵敏度，使得分离或耦合不完全，功率损M 兰 二 2 兰-兰 2 - 2。

2- 2 15(r - )式中： 为离合器传递的扭矩，N·11； 为硅油动力黏度，m2/s；CO1、∞2分别为主动盘角速度、从动盘角速度，s～； 。、t"2分别为主动盘半径、从动盘半径，m；An为离合器滑差，r/Inin3由于离合器在耦合、分离以及过渡工况不可避免地存在主、从动盘间的滑差，并产生滑摩功而导致离合器发热，因此主、从动盘问的滑摩功即是离合器的损失功率，如式(2)所示。

墨：-2nM-An： (2) --- -·- l，IP 2式中： 为离合器损失功率；P为风扇功率。

： 2rcMA，z： △，z (3)225(r - )显然损失的功率与滑差的平方呈正比，因此应尽量减少滑差，否则发热量将按滑差平方关系增加，功率损失将更加严重。滑差太小也不行，因为滑差与离合器灵敏度有直接关系，滑差越小分离时所用时间越长，则离合器调节风扇转速的能力与响应速度下降，所以滑差是-个关键参数，应选取最佳值。由式(2)可知，滑差率 An/n还可以表示损失功率所占风扇功率的比例。由此可以用滑差率来计算离合器损失功率，为离合器的优化设计提供重要的思路和依据。

2.2 功率损失系数设离合器的输入转速为 l，输入转矩为 ，则离合器的输入功率为刀lM ；设离合器输出转速为2， 风扇扭矩为 M2，同理风扇功率为 2Jjl ，因此功率损失为由风扇定律有算得代入式(4)得失增加[3o2 离合器的功率损失规律 变换得P M 2An： ( )： --：--lM l nl ( )： △ ( . ) ( )去 c(4)(5)(6)(7)2J.仃 玎 亩 - 似 云其中 Mln1表示损失功率贴 D pT 宝宝 主 妻衾霎 对应于输入 。时的风扇功率 舭 将 醐 栖雠贼 贼雠 凳 笑如式(1)。 ” - 5 6 7 8 9 m ! n M46 辽宁工业大学学报(自然科学版) 第33卷情况下，离合器功率损失随滑差变化的规律如图 5≥己料辎/ -、/ If 7 f/风扇输出转速 r.mif )图5 功率损失曲线由图 5可见，开始阶段损失功率随输出转速增加，当转速增加到 1 684 r/min时损失功率达到最大值 5.63 l kW 左右；当输出转速继续增加时，损失功率开始下降。显然曲线上升的速率要小于下降的速率，并且与图2所示的功率损失规律曲线-致。

由式(10)分析可知，当输入转速为2 600 r/min，输 出转速为 1 733 r/rain时功率损失最大，即x5.476 kW.显然理论分析与实验结果基本吻合，由此可见输出转速 1 684 r/min左右时功率损失严重。因此在离合器开发过程中，要尽量使风扇的工作转速远离功率损失最大点，即离合器分离和耦合转速应该尽量向两端靠近。

4 结 论(1)离合器工作时，主、从动盘间存在的滑差是离合器产生功率损失的根本原因，同时对离合器的灵敏度有直接影响，因此必须合理控制。(2)由于损失功率影响离合器的使用性能和寿命，因此需要通过合理调整或改进硅油性能与数量，主、从动盘环槽的结构尺寸，泵油机构的性能等多个要素来减少离合器的功率损失。(3)功率损失系数的变化规律可以直观描述离合器功率损失的变化规律，因此可以通过合理匹配影响离合器功率损失的各个因素，使离合器耦合、分离工作点远离功率损失系数最大点。(4)离合器的功率损失无法避免，因此需要通过改善离合器的通风、散热结构减少功率损失的不利影响。