[发明专利]具有涉水特征的冷却风扇组件

说明书

一种汽车冷却风扇组件包括由马达驱动的风扇。该马达由护罩的马达支撑结构支撑。马达支撑结构包括马达托架和从马达托架的外表面径向向外延伸的支撑臂。风扇包括中心毂和从毂的侧面径向向外延伸的叶片。轴向操作间隙设置在毂的端部和马达支撑结构之间。马达支撑结构包括突起，该突起轴向突出到操作间隙中，并用于在涉水事件期间控制风扇的偏转程度。

背景技术

汽车冷却风扇组件被设计成使冷却空气流通过热交换器。由于汽车可在所有天气、路况和地形下操作，因此可能会出现车辆遇到“水障碍”的情形。

当车辆遇到水障碍时，遇到的水的深度可能足以在车辆穿过或“涉过”水障碍时浸没全部或部分风扇叶片。

如果风扇在“涉水”期间操作，则旋转的叶片将在它们进入水中时产生流体动力升力(类似于船的螺旋桨)。因为水的密度是空气的近似800倍，所以被浸没的风扇叶片所产生的升力将是“正常”空中操作期间的近似800倍。由于这种显著更大的推力，风扇相对于其周围结构的轴向偏转也将会相称地更大。特别是，存在风扇叶片充分向上游偏转以接触热交换器的风险。如果风扇接触到热交换器，则会有穿孔的风险，这会导致车辆变得无法操作。

增加操作的风扇在涉水期间接触热交换器的可能性的因素包括：高水深、高风扇旋转速度、快速浸没、轴向顺应的风扇叶片、大风扇直径以及风扇和热交换器之间有限的轴向距离。

可以用来限制涉水引起的风扇偏转的对策包括(i)马达过载检测，其中在检测到与遇到水相关联的高负载的情况下关闭马达，(ii)在风扇和热交换器之间结合将防止偏转的叶片接触热交换器的固定障碍物，以及(iii)结合轴向刚性风扇叶片。

使用马达过载检测的不利方面是，如果风扇浸没足够快，那么风扇的惯性将足以在没有电力供应给马达的情况下维持风扇旋转一段时间。只要风扇在旋转，就有可能与热交换器接触。

结合上游障碍物的不利方面是障碍物在正常操作期间产生不希望的噪音的可能性、当以及如果风扇叶片接触障碍物时风扇叶片断裂的可能性、以及将障碍物结合到典型的注射成型护罩工具中的额外复杂性。

结合轴向刚性风扇叶片的不利方面是额外的重量和材料成本，以及加厚叶片带来的空气动力学效率的可能损失。

期望提供一种汽车冷却风扇组件，其防止在涉水事件期间由于风扇过度偏转而损坏热交换器，并避免上述不利方面。

发明内容

当风扇组件在涉水事件期间遇到水时，通常在空气中操作的风扇叶片将在水中操作。至少在最初，“典型的”涉水事件涉及不超过风扇中心线的水深，流体动力的力被限制在风扇盘的下面两个象限。水中操作因水的密度与空气的密度之比而极大地增加了风扇的浸没部分(包括任何浸没叶片或部分浸没叶片)上的轴向推力(例如，沿平行于风扇旋转轴线方向指向的推力)。结果，浸没叶片上的推力是未浸没叶片上的推力的近似800倍。这种力的不平衡可能导致风扇叶片的偏转、马达托架和/或马达轴的偏转、风扇毂的变形和/或毂绕垂直于风扇旋转轴线的水平枢转轴线的偏转。例如，当旋转风扇的浸没部分沿上游方向偏转时(例如，朝向热交换器，见图15)，毂可绕枢转轴线偏转。

在一些实施例中，风扇的偏转用于在枢转轴线下方的位置处增加风扇毂和相邻马达支撑结构之间的轴向操作间隙，并在枢转轴线上方的位置处减小风扇毂和相邻马达支撑结构之间的操作间隙。当枢转力矩变得足够大时，风扇毂的设置在枢转轴线上方的部分会接触相邻的马达支撑结构。

当毂22和马达支撑结构之间发生接触时，风扇浸没部分的进一步上游轴向偏转受到限制，因为固定护罩结构增加了对风扇的机械支撑。此外，由旋转的风扇和固定的护罩马达-支撑结构之间的接触产生的摩擦提供了制动作用，这可以降低风扇的旋转速度。由于轴向力与风扇速度的平方成正比，因此这种制动作用用于进一步限制风扇浸没部分的上游轴向偏转。