JP4410530B2

JP4410530B2 - 電子制御粘性ファン駆動装置

Info

Publication number: JP4410530B2
Application number: JP2003361776A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズ・ピー・メイ; ニール・イー・ロブ; デアリン・エル・グウィン
Original assignee: ボーグワーナー・インコーポレーテッド
Priority date: 2002-11-04
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: US20040084273A1; JP2004156780A; EP1418361B1; DE60303892T2; EP1418361A2; US6752251B2; DE60303892D1; EP1418361A3

Description

本発明は、全体的にはファン駆動システムに関し、詳細には電子的に制御される粘性ファン駆動装置に関する。

本発明は、流体作動室と流体リザーバ室の両方と、作動室内の流体の量を制御する弁機構とを備えている型式の流体継手装置に関する。
本発明は、様々な構成及び用途を有する流体継手装置に有用に用いることができるが、特に、内燃機関のラジエーター冷却ファンを駆動するのに使用される型式の継手装置に適しており、それと関連付けて説明する。

エンジン冷却ファンを駆動するのに粘性剪断型の流体継手装置（ファン駆動装置）を使用すると、主に、エンジンの馬力を相当に節減できるという理由で、上記装置が長年主流を占めてきた。一般的な流体継手装置は、比較的高速走行状態で冷却が必要なときにだけ係合状態で作動し、比較的低速走行状態で冷却が殆ど或いは全く必要無いときは、係合解除状態で作動する。

長年、ラジエーター冷却ファンを駆動するのに用いられる流体継手装置に関わる問題の１つは、「モーニングシックネス（ｍｏｒｎｉｎｇｓｉｃｋｎｅｓｓ）」と呼ばれる現象であった。一般的な粘性ファン駆動装置は、粘性流体がリザーバから作動室へ流れる時に通過する１つ又は複数の充填開口部と、流体が作動室からリザーバへ送り戻される時に通過する１つ又は複数の吐出開口部とを備えている。エンジン停止後ある期間ファン駆動装置が作動すると、ファン駆動装置は回転を止める。ファン駆動装置が回転を止めると、充填開口部と吐出開口部の向きは完全に予測できなくなり、即ち、充填開口部が３時の位置にあり吐出開口部が９時の位置にあるということもあり、その場合には、多分比較的少ないが「排出戻り」又は「流出戻り」、即ち、リザーバから作動室への流体の流れがある。

しかし、ファン駆動装置は、吐出開口部が６時の位置で充填開口部が１２時の位置となる状態で停止することもあり、その場合には、吐出開口部が、リザーバ内の流体の水位より下になる。この様な状態になると、通常、或る量の流体が、リザーバから吐出開口部を通って作動室へ流れ戻ることになる。その後、長い時間をおいて（例えば翌朝）、作動室内に相当量の流体がある状態でファンの作動が再開されると、エンジンが冷たくて冷却が必要ない場合でも、先ずファン駆動装置は、作動室内の流体の大部分がリザーバ内に送り戻されるまで、ある期間、係合位置で作動することになる。残念なことに、このような係合作動の結果、ファンが必要でないときに望ましくない騒音を引き起こすことになる。朝、最も一般的で且つ恐らく最も不愉快なのは、「モーニングシックネス」と呼ばれてきたこの現象である。

本発明の譲受人によって、モーニングシックネスの問題を克服する幾つかの重要な改良が開発されており、そのような解決法は、米国特許第４，３１２，４３３号と同第５，１０１，９５０号に記載、説明されており、そのどちらも、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに援用されている。引用されている両特許では、モーニングシックネスの問題に対する取り組みのほぼ全てが、エンジンの停止期間中は、ファン駆動装置の回転方向の向きに関わらず、リザーバ内の流体が吐出経路を通って作動室へ逆方向に流れることができないように、吐出流経路（即ち、作動室から送出手段を経てリザーバへ戻る経路）を構成することに向けられている。

残念ながら、上記特許における流出戻り防止の解決策を持ってしても、例えば、充填開口部が６時の位置（即ち流体水面以下）にあり吐出開口部が１２時の位置にある状態でファン駆動装置が回転を停止すると、充填開口部を通して或る量の流出戻り（ｂｌｅｅｄｂａｃｋ）又は排出戻り（ｄｒａｉｎｂａｃｋ）の起こることがある。当業者には周知のように、作動室へ充填し易くするために、充填孔はリザーバ室の半径方向外周部に近くなければならないが、その結果、充填孔は、リザーバ室内の流体水位より下になる傾向が強い。充填開口部を通って流出戻りが起きるのは、３つのケースの１つである。第１は、製造の誤差などの結果として、弁アームが充填開口部を水密シールできず、流出漏れが生じる場合である。第２は、ファン駆動装置が回転を停止したときに、ファン駆動装置の回りの周囲空気の温度が比較的高く、弁アームが開いて（又は開いたままになり）、流体がリザーバから作動室へ流れ込む場合である。第３は、「フェ-ルセーフ・オン（ＯＮ）」型の電子制御ファン駆動装置で、電力が遮断されているときには弁が開くようになっている場合である。

モーニングシックネスを防止するための１つの方法が米国特許第６，０８５，８８１号に記載されているが、当該特許は本発明の譲受人に譲渡されており、ここに援用する。引用されているこの特許では、アキュムレータ板がカバーに取り付けられていて、作動室内にアキュムレータ室を画定している。エンジンが停止すると、リザーバから充填孔を通って漏れ戻る流体は、全てアキュムレータ室内に蓄えられ、粘性剪断室内に直接流れ込まないようになっている。エンジンが始動されると、流体はアキュムレータ室から流れ戻り、通常のやり方で剪断室を満たす。
米国特許第４，３１２，４３３号米国特許第５，１０１，９５０号米国特許第６，０８５，８８１号

しかし、この設計の弱点は、アキュムレータとリザーバを閉じるのに、アキュムレータ板が必要なことである。アキュムレータ板は、漏れを起こす可能性がある。更に、アキュムレータの位置は、背面機械加工が必要なので、ファン駆動装置のコストが上がる。

従って、漏れを起こす箇所を無くし、コストの嵩む機械加工を省くことのできる粘性剪断板を提供することが強く望まれている。
本発明の目的は漏れを起こす箇所を無くしかつ加工コストを低くできる粘性ファン駆動装置を提供することである。

本発明による内燃機関に用いられる電子制御粘性ファン駆動装置は、
磁束を発生させることのできるアクチュエータと、
ハウジング部材と、
前記ハウジング部材に連結されているカバー部材と、
前記アクチュエータに連結されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材内に部分的に配置されているアクチュエータ軸と、
前記アクチュエータ軸に連結されており、入力速度で回転することのできる入力継手組立体と、
前記入力継手組立体に連結されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材内に配置されている入力継手部材であって、前記入力継手部材と前記カバー部材とが、その間に動作室を画定する入力継手部材と、
前記入力継手組立体に連結されており、前記入力継手部材にシールされていて、内側円形リング及び外側円形リングと平板部分とを有しているアキュムレータであって、前記内側円形リングと前記外側円形リングは流出戻り防止室を画定しており、前記流出戻り防止室は一対の外部領域を有するアキュムレータと、
前記内側円形リングと、前記平板部分と、前記入力継手部材とによって画定されており、前記動作室と流体的に連通している流体リザーバ室と、
前記動作室と前記流体リザーバ室との間に前記カバー部材を通して連結されているポンプ要素と、
前記アキュムレータ、前記カバー部材及び前記入力継手部材によって画定されており、前記動作室及び前記一対の外部領域のそれぞれと流体的に連通している流体作動室と、
前記内側円形リング内に設けられており、或る量の粘性流体を前記リザーバ室から前記流出戻り防止室へ移動させることができるようになっている低圧充填孔と、
前記内側円形リング内に設けられており、或る量の粘性流体を前記リザーバ室から前記流出戻り防止室へ移動させることができるようになっている高圧充填孔と、
前記アクチュエータ軸に連結され、前記流体リザーバ室内に配置されており、内側段領域と外側段領域とを有している弁ディスクと、
前記アクチュエータ軸の一部の回りに連結されており、前記磁束に応えて、前記入力継手組立体の長さに沿って軸方向に運動し、前記弁ディスクを、係合位置か、部分係合位置か、又は係合解除位置の何れかに位置決めすることができるようになっているアクチュエータピストンと、
前記アクチュエータ軸の回りでかつ前記弁ディスクに、前記弁ディスクと前記アクチュエータピストンの間に配置されるように連結されているばねであって、前記アクチュエータの前記磁束が無いときには、前記弁ディスクを前記係合位置に普通は付勢するようになっているばねと、を備えている。

本発明は、クラッチの上側に配置されている一体のアキュムレータとリザーバを有する電子制御式粘性ファン駆動システムを提供することによって、上記課題の幾つかに取り組んでいる。アキュムレータは、通常作動の間に、粘性流体が、リザーバから流出戻り防止室へ、そして継手の作動室及び動作室へ流れることができるようにするための、低圧及び高圧充填孔を有している。ばねとアクチュエータに連結されており、段付き構造を有している半径方向平衡弁ディスクは、エンジンの作動状態に基づいてばねに力を働かせるか又は働かせないことによって、リザーバから充填孔を通して流出戻り防止室へ流れる粘性流体の動きを電子的に制御する。弁ディスクの段付き構造によって、弁ディスクの位置の関数として低圧充填孔及び高圧充填孔を別々に開放できるようにすることにより、粘性流体を更に制御された状態で流せるようになる。例えば、エンジンが掛かっていて、エンジンの作動状態がクラッチの係合を要しない（即ち、粘性ファン駆動装置から冷却が求められていない）場合は、アクチュエータが電子的に起動されてばねを下方向に引っ張り、それによって高圧及び／又は低圧充填孔を閉じ、粘性流体が作動室へ流れないようにしてもよい。

更に、エンジンが掛かっており且つ電力が供給されていない場合には、粘性流体が低圧充填孔及び高圧充填孔を通過できるように弁ディスクを付勢することによって、本発明は、アクチュエータの誤作動、又はアクチュエータへの電力供給が失われた際に、エンジン構成要素への損傷を防止するフェールセーフ機能を備えている。

アキュムレータ内の流出戻り防止室は、更に、エンジンが停止しているときのアキュムレータの位置に関係なく、流体継手装置のモーニングシックネスを防止する。
本発明による入力継手部材と出力部材との間に画定されている動作室を有している電子制御粘性ファン駆動装置の出力速度を制御して、内燃機関の温度を、所与の入力速度における所望の作動範囲内に制御するための方法において、
前記ファン駆動装置は、
電子制御粘性ファン駆動装置の入力継手組立体に連結されたアキュムレータであって、前記アキュムレータは低圧充填孔と高圧充填孔とを有しており、前記アキュムレータと入力継手部材とは流体リザーバ室を画定し、前記流体リザーバ室は、前記低圧充填孔及び前記高圧充填孔を通して前記動作室に流体接続されている、アキュムレータと、
前記入力継手組立体に連結されたアクチュエータ軸と、
前記流体リザーバ室内で前記アクチュエータ軸に連結された弁ディスクと、
アクチュエータピストンと前記弁ディスクの間で前記アクチュエータ軸の回りに連結されたばねと、を備え、
前記アクチュエータピストンはアクチュエータに連結され、前記アクチュエータピストンは、前記アクチュエータを電気的に起動させて作り出された磁束強度の増加量に応じて、実際に、入力継手組立体の長さに沿って、前記ばねから離れる方向に動くことができ、それによって前記ばねに抗する前記アクチュエータピストンの前記動きに応じて、前記弁ディスクが引っ張られるようになっており、
前記方法は、前記アクチュエータから前記アクチュエータピストンまでの前記磁束の量を制御し、それによって前記弁ディスクの位置を制御して前記流体リザーバ室から動作室まで流れる粘性流体の量を制御し、それにより前記動作室内の前記入力継手部材と出力部材との間の滑り量を制御して前記出力部材を駆動する段階を備えている。

本発明のこの他の特徴、恩恵及び利点は、本発明の以下の説明を、添付図面及び特許請求の範囲と合わせて見ることにより明らかになるであろう。

発明の実施の形態

図１は、本発明を適用した或る型式の流体継手装置１０（粘性ファン駆動装置）の好適な形態を示している。なお、各図面は本発明を限定するものではない。図１の流体継手装置は、全体を参照番号１１で示す入力継手部材と、全体を参照番号１３で示す出力継手組立体を含んでいる。組立体１３は、ダイカストハウジング部材（本体）１５とダイカストカバー部材（包囲体）１７を含んでおり、部材１５と１７は、周知技術であるカバー部材１７の外周部をロールカシメすることによって、１つに固定されている。本発明は、鋳造カバー部材と共に使用するよう制限するものではなく、打抜カバー部材を含む型式の粘性ファン駆動装置に用いてもよい。

流体継手装置１０は、液体冷却エンジンによって駆動され、ラジエーター冷却ファンを駆動するようになっているが、そのどちらも図示していない。ファンは、当該技術分野では広く知られている、例えば先に援用した特許に示されているような、何らかの好適な手段でハウジング部材１５に取り付けられている。しかしながら、本発明の使用は、以後特記する場合を除き、流体継手装置、ファン取り付け装置、又はファン駆動用の特定の装置の何らかの特定の構成に限定されるものでないと理解頂きたい。例えば、本発明は、ラジエーター冷却ファンが、本体部材ではなくカバー部材に取り付けられるようになっている型式のファン駆動装置と共に用いることもできる。

流体継手装置１０は、入力継手組立体３８を含んでおり、入力継手組立体３８に入力継手部材１１又はクラッチが取り付けられている。入力継手組立体３８は、通常はエンジンのウォータポンプから伸張している外側ねじ付き軸に締め込まれた六角形の内側ねじ付き部分２１のような手段によって、回転駆動される。入力継手組立体３８は、更に、ステンレス鋼の台形部品２７とノーズ端部２２を備えており、部品２７は、ねじ付き部分２１とノーズ端部２２の間に摩擦溶接されているのが望ましい。別の実施形態では、部品２７は、ねじ付き部分２１とノーズ端部２２の間に、蝋付け、又は単に溶接されていてもよい。組立体３８は、ハウジング部材１５の内周に着座している軸受けセット２５のインナーレースの支持部材として機能している。アクチュエータ軸１９の前方端部（図１の左端）は、ノーズ端部２２と、入力継手部材１１のハブ部分２９によって画定される開口部との間が締まり嵌めになっている。その結果、組立体３８が回転すると、アクチュエータ軸１９と入力継手部材１１が回転するようになっている。アクチュエータピストン２３も、アクチュエータ軸１９の部分と連結されており、アクチュエータ軸組立体４１（図２を見るとよく分かる）を形成している。

ハウジング部材１５とカバー部材１７とは、協働して流体室を画定し、流体室は、実質的に円形の弁板すなわち弁ディスク３１とアキュムレータ５９とによって、流体作動室３３と流体リザーバ室３５に分けられている。弁ディスク３１は、アクチュエータ軸１９の最内端部１９ｂ（図１の左端）と作動的に連結されている。図１に示すように、流体作動室３３は、カバー部材１７とアキュムレータ５９によって画定され、流体リザーバ室３５は、アキュムレータ５９とハウジング部材１５によって画定されている。図示のように、弁ディスク３１は、アキュムレータ５９及び入力継手部材１１の内側に配置されている。アキュムレータ５９に対する弁ディスク３１の相対位置は、作動装置すなわちアクチュエータ２０によって磁気的に駆動されるアクチュエータピストン２３によって付勢されたり、付勢されなかったりする弁ディスク３１に接続されている戻しばね５０によって制御されるが、これが本発明の重要な特徴であり、作動室３３及びリザーバ室３５それぞれの中に入っている粘性流体（図示せず）の量を制御するのに用いられ、これについて以下、詳細に説明する。

カバー部材１７は、作動室３３の半径方向外周部に隣接して配置されており、「ワイパー」要素とも呼ばれるポンプ要素４７を備え、そのポンプ要素は、作動室３３内の相対回転運動している流体と係合して局所的に流体圧が相対的に高い領域を作るように作動することができる。その結果、ポンプ要素４７は、当該技術分野では周知の方法で、少量の流体を、作動室３３から、カバー部材１７に形成されている半径方向経路２６を通して、リザーバ室３５へ連続して送り返すことになる。

本発明の当実施形態では、一例として、入力継手部材１１は、複数の環状のランド部５３の形成された前方面を有している。カバー部材１７の隣接する面は、複数の環状のランド部５５を形成している。環状ランド５３と５５は互いに噛み合わされ、その間に、Ｓ字型の粘性剪断空間５４を形成している。先に援用した複数の米国特許に鑑み、当業者は、図１に示す流体継手装置の構造及び作用、並びに粘性流体に関する各種流路を、完全に理解できるものと思われる。本発明の排出戻り防止構造は、入力継手部材とハウジング（本体）部材との間にランドと溝が形成されているファン駆動装置に用いることもできる。

図３を見るとよく分かるように、アキュムレータ５９は、成形プラスチック材料で作られ、内側円形リング１０４及び外側円形リング１０６と入力継手部材１１とによって画定される流出戻り防止室１０２を含んでいるのが望ましい。内側円形リング１０４は、内側上部領域１０５を有している。内側円形リング１０４は、更に、低圧充填孔１１２と高圧充填孔１１４を有している。内側円形リング１０４の内側部分１０８内には、平板領域１１０が含まれている。平板領域１１０、内側部分１０８及び入力継手部材１１は、リザーバ室３５を画定している。平板領域１１０は、更に、半径方向経路２６を経由して粘性流体を戻すための開口部１１０ａを含む中央領域１１１を有している。

外側円形リング１０６は、作動室３３と開放連通し、外側円形リング１０６の外周１２２回りに互いに反対側に配置されている一対の開口領域１２０を有している。外側円形リング１０６は、上部領域１０７を有している。連結されると、内側上部領域１０５と外側上部領域１０７は、入力継手部材１１を実質的にシールし、更に、流体リザーバ室３５と流出戻り防止室１０２とを画定する。

図４に示すように、弁板すなわち弁ディスク３１は、外側段領域１５２と内側段領域１５４を有している。弁ディスク３１は、成形プラスチック材料で作られているのが望ましい。段領域１５２、１５４は、継手部材１０の動作の間に、アキュムレータ５９の充填孔１１２、１１４を経由して出る流体圧の量を調整して、カバー部材１７の回転を制御するのに用いられる。

図１を見るとよく分かるように、継手装置１１が回転しており、且つ係合解除位置にある（即ち、低圧及び高圧充填孔１１２、１１４が、内側段領域１５４及び外側段領域１５２それぞれで覆われている）場合、装置１０内の実質的に全ての粘性流体は、流体リザーバ室３５内に入っている。係合解除位置では、粘性流体は、環状ランド５３、５５内には含まれておらず、カバー部材１７を駆動しない。

ファン駆動装置を係合解除する際には、図１に示すように、作動装置すなわちアクチュエータ２０（図２でよく見ることができる）の外部制御装置部分（図示せず）が電気コイル７７を起動させ、粘性ファン駆動装置１０内に、入力継手組立体３８を貫通する磁束を作る。アクチュエータ２０は、当該技術分野では周知の方法で、電線４９を有している電気継手４５を通して、外部電源（図示せず）と外部センサー制御装置（図示せず）に電気的に接続されている。金属製のアクチュエータピストン２３は、磁束に反応して、ばね５０から離れる方向（図１の右）に軸方向に移動する。アクチュエータ軸１９（及びアクチュエータ継手組立体３８）と弁ディスク３１は、アクチュエータピストン２３に連結されているので、同じく右方向に引かれ、それによって内側段領域１５４が低圧充填孔１１２を覆い、外側段領域１５２が高圧充填孔１１４を覆うようになり、リザーバ室３５から流出戻り防止室への粘性流体の動きが阻止される。

アクチュエータ２０へ送る電力の量を減らして、アクチュエータピストン２３を動かすのに使える磁束を減少させると、図５に示すように、ばね５０は、付勢状態を解かれて自然な位置に向かって戻り、弁ディスク３１を上方向（図１、図５で左方向）に押す。これにより、内側段領域１５４は、アキュムレータ５９の低圧孔１１２を覆えないほど上方向に押し上げられる。これにより、粘性流体が作動室３３に流入できるようになる。この粘性流体は、次に、ランド５３と５５の組の間の動作室５４に入る。これにより、当業者には理解できるように、入力継手部材１１とカバー部材１７の間に滑りが生じ、カバー部材１７が、入力継手部材１１への入力速度の関数として、そして動作室５４内に入っている粘性流体の量の関数として、駆動されることになる。これは、図５に示す、いわゆる部分的係合、又は中間速度位置である。

アクチュエータ２０への電力を完全に遮断し、アクチュエータピストン２３をばね５０から離れる方向に駆動する磁束を取り除くと、戻しばね５０は、弁ディスク３１、アクチュエータ軸１９及びアクチュエータピストン２３を更に上方向（図１、図５で左方向）に押し、外側段領域１５２を、アキュムレータ５９の高圧充填孔１１４を露出させるほど上方向に押し上げ完全係合位置に至る。これを図６に示している。当業者には理解できるように、これにより、最大量の粘性流体が作動室３３及び動作室５４に流入できるようになり、ランド５３と５５の間で、入力速度における最大の滑りが可能となり、カバー部材１７を最大速度で回転させる。これは、係合位置とも呼ばれる。

パルス幅変調に関して外部制御装置及び電源から供給される電力の量、従ってこれに応じてアクチュエータピストン２３を右方向へ駆動するよう生起される磁束の量は、外部制御装置によって決められる。制御装置は、エンジンの温度に関係する様々なエンジンの作動状態を監視する様々なエンジンセンサー（図示せず）から一式の電気入力を受け取る。例えば、これらのセンサーは、エンジンに取り付けられた冷却液センサーでも、空調機器に取り付けられている圧力センサーでもよい。制御装置が、１つ又は複数のこれらのセンサーが望ましい範囲外のエンジン作動状態を感知していると判断すれば、外部制御装置と電源は、この電気信号の関数として、電力をコイル７７へ供給する。このように、例えば、外部制御装置が、エンジン冷却液温度が高すぎると判断すれば、信号が制御装置からアクチュエータ２０へ送られ、コイル７７を所望のパルス幅で作動させ、アクチュエータピストン２３とばね５０を駆動して低圧充填孔１１２を開くか、又は低圧及び高圧充填孔１１２及び１１４の両方を開き、動作室５４へ流れ込む粘性流体の量を増やす。

同様に、外部制御装置が、エンジン冷却液温度は望ましくない高い領域より低いと判断すれば、制御装置からコイル７７へ最大パルス幅変調とする信号が送られ、内側及び外側段領域１５２、１５４が低圧及び高圧充填孔１１２、１１４の両方を完全に覆うことになる。こうなると、粘性流体は、充填孔１１２、１１４を通って作動室３３又は動作室５４に入ることはないので、カバー部材１７を駆動するための入力継手装置１１とカバー部材１７の間のランド５３、５５における滑りの量は低下し、係合解除速度に到ることになる。

エンジンが停止され、従ってアクチュエータ２３を押す磁束が無くなると、戻しばね５０が弁ディスク３１を上方向（図５で左方向）に押し上げて、充填孔１１２、１１４の両方を開く。しかし、流出戻り防止室１０２によって、アキュムレータ５９の最終的な向きに関係なく、粘性流体は作動室３３へ戻らないような構造になっている。これは、アキュムレータ５９の最終的な向きに関係なく、両充填孔１１２、１１４が、アキュムレータ５９内の粘性流体の水位より上にはないからである。従って、本発明は、モーニングシックネスの問題を解決している。

例えば、低圧充填孔１１２が６時の位置にあり高圧充填孔１１４が１２時の位置にある（或いは逆の）場合、粘性流体は、低圧充填孔を通って流出戻り防止室１０２へ流れることになる。しかし、流出戻り防止室１０２に設けられている開放領域１２０は、常に室１０２内の粘性流体の水位より上にあるので、粘性流体の作動室３３への流れが防止される。充填孔１１２、１１４の一方が粘性流体の水位より下にあれば、どんな向きでも、同じ展開になる。

例えば、低圧充填孔１１２が３時の位置にあり高圧充填孔１１４が９時の位置にある場合、どちらの充填孔１１２、１１４も粘性流体で覆われない。従って、全ての粘性流体がリザーバ室３５内に残る。

別のケースで、アクチュエータ２０への電力が遮断されるか、又は、エンジンが掛かっている状態でアクチュエータ２０が機能不全に陥った場合、粘性ファン駆動装置は係合位置のままとなり、カバー部材１７は最高速度で回転することになる。これにより、高温に関わるエンジンの損傷が防止される。

勿論、当業者には理解できるように、コイル７７を作動させるのに必要なパルス幅変調の実際の量は、多くの因子に依って決まる。例えば、ばね５０の大きさ及び形状そのものが、アクチュエータピストン２３を動かすのに必要なパルス幅変調の量の大きな因子である。ばね５０が硬いか大きい場合、柔らかいか小さいばねと比べると、ばね５０と同じ付勢力を作り出すのに大きなパルス幅が必要となる。

更に、充填孔１１２、１１４の大きさも、必要な付勢力に影響を与えることがある。例えば、アキュムレータ５９の充填孔１１２、１１４が大きければ、弁ディスク３１を動かして充填孔１１２、１１４の一方又は両方を僅かに開くだけで、動作室に適切な量の粘性流体を流し込むことができる。

図７及び図８は、本発明の別の好適な実施形態を示しており、一体型の弁ディスク３１に代えて２部品型の弁ディスク２３１が用いられている。
図８を見るとよく分かるように、２部品型の弁ディスク２３１は、内側ディスク２３３と外側ディスク２３５で構成されている。内側ディスク２３３は、図１−６の弁ディスク３１の内側段領域１５４と同様な構造であり、低圧充填孔１１２を覆うか又は開く機能を有している。内側ディスク２３３は、ばね５０に連結されており、図１−６の弁ディスクの内側段領域１５４と実質的に同じ様式で係合解除位置から、部分係合位置、係合位置へと動く。

外側ディスク２３５は、外側段領域１５２と同様な構造であり、図７に示すように、入力継手部材１１近くに位置する高圧充填孔１１４を覆い又は開く機能を有している。外側ディスク２３５は、外周部に配置されている複数のばねフィンガ２３７も備えている。ばねフィンガ２３７は、低圧充填孔の段１１３（図８を見るとよく分かる）に対して作用し、外側ディスク２３５を、高圧充填孔１１４を覆う位置に保持する。外側ディスク２３５は、アクチュエータ２３が内側ディスク２３３を外側ディスク２３５に向かってその行程の上部付近に押す場合にだけ動く。すると、内側ディスク２３３は外側ディスク２３５のばねフィンガ２３７と係合して、外側ディスクをアクチュエータピストン２３に向かって押し、高圧充填孔１１４を開く。当業者には理解できるように、ばねフィンガ２３７は、外側ディスク２３５を動かすためには、それに向けて動かすために追加の力を必要とする（即ち、内側ディスク２３３が外側ディスク２３５と係合して動き高圧充填孔１１４を開く前に、内側ディスク２３３と外側ディスク２３５の間には遊びがある）。これは、周囲温度が僅かに変化し、それに付随してコイル７７の電気的励起という形での起動（アクチュエータピストン２３の運動）の量が僅かに変化しても、図１−６の外側段領域１５２の相対位置の変化に比べると、外側ディスク２３５の相対位置をさほど変化させないので好都合である。この様に、２部品型の弁ディスク２３１は、実際に、一体型の弁ディスク３１よりも、充填孔１１２、１１４を覆いそして開くのを容易に制御できる。

本発明は、従来の流体継手装置１０に比べ多くの改良点を提案している。先ず、アキュムレータ５９は、熱硬化性成形材料から容易に製造することができるので、実質的なコスト節減となる。更に、エンジンを切った状態での弁ディスク３１、２３１の位置に関係なく、モーニングシックネスを防ぐ様に設計されているので、弁ディスク３１、２３１には、向きを心配する必要が無い。第３に、入力継手装置１１の速度変化による圧力変動は、バランスが取られるか、又は削除される。更に、本発明は、現在入手可能なリザーバよりも軸方向長さを短くできるので、エンジンルーム内で、流体継手装置１０に要する空間が減る。更に、本発明は、コイル７７に単に電力供給するか又は電力遮断して、高圧及び低圧充填孔１１２及び１１４を覆うか又は開くことによって、瞬時に制御可能であり、それにより、燃料節減を行うことができる。更に、各構成要素を、フェ−ルセーフで係合位置となるように配置しているので、電力供給停止又はアクチュエータ２０の機能不全が発生した場合でも、粘性流体を動作室５４内に維持することによって、エンジン構成部品を保護することができる。

以上、本発明を１つの実施形態と関連付けて説明してきたが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。逆に、本発明は、特許請求の範囲に述べる精神及び範囲内に含まれる全ての代替、修正及び等価物を含むものとする。

本発明の或る好適な実施形態による流体継手装置の斜視図であり、係合解除位置にある状態を示している。図１の拡大図である。図２のアキュムレータの側面斜視図である。図２の円形弁ディスクの側面斜視図である。図１の流体継手装置の斜視図であり、部分係合位置にある状態を示している。図１の流体継手装置の斜視図であり、完全係合位置にある状態を示している。本発明の別の好適な実施形態による流体継手装置の斜視図であり、係合解除位置にある状態を示している。図７の２部品型円形弁ディスクの側面斜視図である。

符号の説明

１０流体継手装置１１流体継手部材
１３出力連結組立体１５ハウジング部材
１７カバー部材１９作動軸
２０アクチュエータ３１弁ディスク
３３作動室３５リザーバ室
３８入力継手組立体４７ポンプ要素
５０ばね５４動作室
５９アキュムレータ７７電気コイル
１０２流出戻り防止室１０４内側円形リング
１０６外側円形リング１１０平板領域
１１２低圧充填孔１１４高圧充填孔
１５２外側段領域１５４内側段領域
２３１弁ディスク２３３内側ディスク
２３５外側ディスク

Claims

内燃機関に用いられる電子制御粘性ファン駆動装置において、
磁束を発生させることのできるアクチュエータと、
ハウジング部材と、
前記ハウジング部材に連結されているカバー部材と、
前記アクチュエータに連結されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材内に部分的に配置されているアクチュエータ軸と、
前記アクチュエータ軸に連結されており、入力速度で回転することのできる入力継手組立体と、
前記入力継手組立体に連結されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材内に配置されている入力継手部材であって、前記入力継手部材と前記カバー部材とが、その間に動作室を画定する入力継手部材と、
前記入力継手組立体に連結されており、前記入力継手部材にシールされていて、内側円形リング及び外側円形リングと平板部分とを有しているアキュムレータであって、前記内側円形リングと前記外側円形リングは流出戻り防止室を画定しており、前記流出戻り防止室は一対の外部領域を有するアキュムレータと、
前記内側円形リングと、前記平板部分と、前記入力継手部材とによって画定されており、前記動作室と流体的に連通している流体リザーバ室と、
前記動作室と前記流体リザーバ室との間に前記カバー部材を通して連結されているポンプ要素と、
前記アキュムレータ、前記カバー部材及び前記入力継手部材によって画定されており、前記動作室及び前記一対の外部領域のそれぞれと流体的に連通している流体作動室と、
前記内側円形リング内に設けられており、或る量の粘性流体を前記リザーバ室から前記流出戻り防止室へ移動させることができるようになっている低圧充填孔と、
前記内側円形リング内に設けられており、或る量の粘性流体を前記リザーバ室から前記流出戻り防止室へ移動させることができるようになっている高圧充填孔と、
前記アクチュエータ軸に連結され、前記流体リザーバ室内に配置されており、内側段領域と外側段領域とを有している弁ディスクと、
前記アクチュエータ軸の一部の回りに連結されており、前記磁束に応えて、前記入力継手組立体の長さに沿って軸方向に運動し、前記弁ディスクを、係合位置か、部分係合位置か、又は係合解除位置の何れかに位置決めすることができるようになっているアクチュエータピストンと、
前記アクチュエータ軸の回りでかつ前記弁ディスクに、前記弁ディスクと前記アクチュエータピストンの間に配置されるように連結されているばねであって、前記アクチュエータの前記磁束が無いときには、前記弁ディスクを前記係合位置に普通は付勢するようになっているばねと、
を備えているファン駆動装置。
前記アキュムレータは、成形プラスチックアキュムレータから成る、請求項１に記載のファン駆動装置。
前記係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側段部分によって覆われず、前記高圧充填孔が前記上段部分によって覆われないように前記弁ディスクが位置決めされることを特徴とする、請求項１に記載のファン駆動装置。
前記部分係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側段部分によって覆われず、前記高圧充填孔が前記上段部分によって部分的に覆われることを特徴とする、請求項１に記載のファン駆動装置。
前記部分係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側段部分によって覆われず、前記高圧充填孔が前記上段部分によって覆われることを特徴とする、請求項１に記載のファン駆動装置。
前記部分係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側段部分によって部分的に覆われ、前記高圧充填孔が前記上段部分によって覆われることを特徴とする、請求項１に記載のファン駆動装置。
前記係合解除位置では、前記低圧充填孔が前記内側段部分によって覆われ、前記高圧充填孔が前記上段部分によって覆われることを特徴とする、請求項１に記載のファン駆動装置。
外部制御装置と、
前記外部制御装置と電気的に接続されており、前記外部制御装置によって電気的に起動されて、磁束を発生させることができる電気コイルと、を更に備えており、
前記磁束の量が相対的に増加すると、前記相対的な増加に応じて、前記アクチュエータピストンが前記ばねから離れる方向に動き、前記磁束の量が相対的に減少すると、前記相対的な減少に応じて、前記アクチュエータピストンが前記ばねに向かって動くようになっている、請求項１に記載のファン駆動装置。
前記外部制御装置に電気的に接続されており、内燃機関の温度を感知することができる少なくとも１つのセンサー入力部を更に備えており、前記外部制御装置は、前記エンジンを所望の作動範囲内に維持するために、前記感知された温度を解釈し、前記感知されたエンジン作動状態に応じて、前記電気コイルに送る電気信号の量を決定する、請求項８に記載のファン駆動装置。
入力継手部材と出力部材との間に画定されている動作室を有している電子制御粘性ファン駆動装置の出力速度を制御して、内燃機関の温度を、所与の入力速度における所望の作動範囲内に制御するための方法において、
前記ファン駆動装置は、
電子制御粘性ファン駆動装置の入力継手組立体に連結されたアキュムレータであって、前記アキュムレータは低圧充填孔と高圧充填孔とを有しており、前記アキュムレータと入力継手部材とは流体リザーバ室を画定し、前記流体リザーバ室は、前記低圧充填孔及び前記高圧充填孔を通して前記動作室に流体接続されている、アキュムレータと、
前記入力継手組立体に連結されたアクチュエータ軸と、
前記流体リザーバ室内で前記アクチュエータ軸に連結された弁ディスクと、
アクチュエータピストンと前記弁ディスクの間で前記アクチュエータ軸の回りに連結されたばねと、を備え、
前記アクチュエータピストンはアクチュエータに連結され、前記アクチュエータピストンは、前記アクチュエータを電気的に起動させて作り出された磁束強度の増加量に応じて、実際に、入力継手組立体の長さに沿って、前記ばねから離れる方向に動くことができ、それによって前記ばねに抗する前記アクチュエータピストンの前記動きに応じて、前記弁ディスクが引っ張られるようになっており、
前記方法は、前記アクチュエータから前記アクチュエータピストンまでの前記磁束の量を制御し、それによって前記弁ディスクの位置を制御して前記流体リザーバ室から動作室まで流れる粘性流体の量を制御し、それにより前記動作室内の前記入力継手部材と出力部材との間の滑り量を制御して前記出力部材を駆動する段階を備える方法。
前記ばねは、前記アクチュエータからの前記磁束が無ければ、前記弁ディスクを自然に付勢して、前記弁ディスクが完全係合位置にくるようにし、前記完全係合位置では、前記弁ディスクは、前記低圧充填孔と前記高圧充填孔が覆われないように配置され、それによって、所与の入力速度における前記粘性流体の前記流体リザーバ室から前記動作室までの流量が最大になることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
前記アクチュエータピストンは、前記アクチュエータからの第１の磁束に応えて、前記弁ディスクを前記完全係合位置から係合解除位置まで動かし、前記弁ディスクが前記高圧充填孔と前記低圧充填孔を覆うようにし、それによって、所与の入力速度における前記粘性流体の前記流体リザーバ室から前記動作室への流れが阻止される、請求項１１に記載の方法。
前記アクチュエータピストンは、前記アクチュエータからの第１の磁束に応えて、前記弁ディスクを前記完全係合位置から部分係合解除位置まで動かし、前記部分係合位置では、所与の入力速度における前記粘性流体の前記流体リザーバ室から前記動作室への流れが、阻止はされないが制限される、請求項１１に記載の方法。
前記アクチュエータピストンは、前記第１の磁束の量よりも大きい第２の磁束に応えて、前記弁ディスクを前記部分係合位置から係合解除位置まで動かし、前記弁ディスクが前記高圧充填孔と前記低圧充填孔を覆うようにし、それによって、所定の入力速度における、前記粘性流体の前記流体リザーバ室から前記動作室への流れが阻止される、請求項１３に記載の方法。
前記アクチュエータピストンは、前記第１の磁束の量よりも小さい第２の磁束に応えて、前記弁ディスクを前記部分係合位置から完全係合位置まで動かし、前記完全係合位置では、前記弁ディスクが、前記低圧充填孔と前記高圧充填孔とを覆わないように配置され、それによって、所定の入力速度における前記粘性流体の前記流体リザーバ室から前記動作室への流量が最大になることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
前記アクチュエータピストンをアクチュエータに連結する段階は、
前記アクチュエータピストンをアクチュエータに連結する段階と、
前記アクチュエータを外部制御装置に連結する段階とから成り、前記外部制御装置は、電気コイルに電気的に連結されており、前記外部制御装置は、前記電気コイルを電気的に励起することができ、前記電気コイルは、電気的励起の程度に比例して磁束の量を作り出し、磁束の量が増加すると、前記相対的な増加に応じて、前記アクチュエータピストンを前記ばねから離れる方向に動かす、請求項１０に記載の方法。
少なくとも１つの入力センサーを前記外部制御装置に電気的に連結する段階を更に含んでおり、前記少なくとも１つの入力センサーは、内燃機関の温度を判定し、電気信号を、前記感知された温度の関数として前記外部制御装置へ送るのに使用され、前記外部制御装置は、前記電気信号を解釈して、内燃機関を所望の作動温度範囲内に維持するための前記電気コイルの電気的励起の量を定める、請求項１６に記載の方法。
入力継手部材と出力部材の間に画定されている動作室を有しており、前記出力部材は入力継手部材と連結され、所定の入力速度で前記入力継手部材の回りを回転しており、前記入力継手部材はアクチュエータ軸に連結されており、前記出力部材は、所与の入力速度及び動作室内に含まれる粘性流体の量の関数として駆動されるように構成されている電気制御粘性ファン駆動装置のモーニングシックネスを防止するための方法において、
内側平板領域と、内側上部面を有する内側円形リングと、外側上部面を有する外側円形リングと、一対の外側開放領域とを備えているアキュムレータを提供する段階と、
前記内側上部面と前記外側上部面とが前記入力継手部材に実質的にシールされるように、前記アキュムレータを前記粘性ファン駆動装置の入力継手組立体に連結して、流体リザーバ室と流出戻り防止室を画定し、前記流体リザーバ室が、低圧充填孔及び高圧充填孔によって前記流出戻り防止室と流体的に連結されるようにする段階と、を備え、
前記アキュムレータを連結することは、更に、前記アキュムレータと、前記入力継手部材と、前記カバー部材との間に流体作動室を画定し、前記流体作動室は、前記アキュムレータの前記一対の外側開放領域を前記動作室に流体的に連結し、
前記一対の外側領域と前記低圧充填孔及び高圧充填孔との相対的な位置は、所与の入力速度がゼロのときには、粘性流体の前記流体リザーバ室から前記流体作動室への流れが阻止されるように設計されている方法。
前記アキュムレータを提供する段階は、内側平板領域と、内側上部面を有する内側円形リングと、外側上部面を有する外側円形リングと、一対の外側開放領域とを備えているアキュムレータを成形する段階を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
内燃機関に用いられる電子制御粘性ファン駆動装置において、
磁束を発生させることのできるアクチュエータと、
ハウジング部材と、
前記ハウジング部材に連結されているカバー部材と、
前記アクチュエータに連結されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材内に部分的に配置されているアクチュエータ軸と、
前記アクチュエータ軸に連結されており、入力速度で回転することのできる入力継手組立体と、
前記入力継手組立体に連結されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材内に配置されている入力継手部材であって、前記入力継手部材と前記カバー部材との間に動作室を画定する入力継手部材と、
前記入力継手部材にシールされていて、内側円形リング、外側円形リング及び平板部分を有しているアキュムレータであって、前記内側円形リングと前記外側円形リングは流出戻り防止室を画定しており、前記流出戻り防止室は一対の外部領域を有するアキュムレータと、
前記内側円形リングと、前記平板部分と、前記入力継手部材とによって画定されており、前記動作室と流体的に連通している流体リザーバ室と、
前記動作室と前記流体リザーバ室との間で前記カバー部材を通して連結されているポンプ要素と、
前記アキュムレータと、前記カバー部材と、前記入力継手部材とによって画定されており、前記動作室及び前記一対の外部領域のそれぞれと流体的に連通している流体作動室と、
前記内側円形リング内に設けられており、或る量の粘性流体を前記リザーバ室から前記流出戻り防止室へ移動させることができる低圧充填孔と、
前記内側円形リング内に設けられており、或る量の粘性流体を前記リザーバ室から前記流出戻り防止室へ移動させることができる高圧充填孔と、
前記アクチュエータ軸に連結され、前記流体リザーバ室内に配置されており、内側ディスクと外側ディスクとを有している２部品型弁ディスクと、
前記アクチュエータ軸の一部の回りに連結されており、前記磁束に応えて、前記入力継手組立体の長さに沿って軸方向に運動し、前記２部品型弁ディスクを、係合位置か、部分係合位置か、又は係合解除位置の何れかに位置決めすることができるアクチュエータピストンと、
前記アクチュエータ軸の回りで、前記内側ディスクに、前記内側ディスクと前記アクチュエータピストンの間に配置されるように連結されているばねであって、前記アクチュエータの前記磁束が無いときには、通常前記内側ディスクを前記係合位置に付勢するばねと、
を備えているファン駆動装置。
前記アキュムレータは、成形プラスチックアキュムレータから成る、請求項２０に記載のファン駆動装置。
前記係合位置では、前記内側ディスクは、前記低圧充填孔が覆われずかつ前記高圧充填孔が前記外側ディスクによって覆われないように位置決めされることを特徴とする、請求項２０に記載のファン駆動装置。
前記部分係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側ディスクによって覆われず、前記高圧充填孔が前記外側ディスクによって部分的に覆われることを特徴とする、請求項２０に記載のファン駆動装置。
前記部分係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側ディスクによって覆われず、前記高圧充填孔が前記外側ディスクによって覆われることを特徴とする、請求項２０に記載のファン駆動装置。
前記部分係合位置では、前記低圧充填孔が前記内側ディスクによって部分的に覆われ、前記高圧充填孔が前記外側ディスクによって覆われることを特徴とする、請求項２０に記載のファン駆動装置。
前記係合解除位置では、前記低圧充填孔が前記内側ディスクによって覆われ、前記高圧充填孔が前記外側ディスクによって覆われることを特徴とする、請求項２０に記載のファン駆動装置。
外部制御装置と、
前記外部制御装置と電気的に接続されており、前記外部制御装置によって電気的に起動されて、磁束を発生させることができる電気コイルと、を更に備えており、
前記磁束の量が相対的に増加すると、前記相対的な増加に応じて、前記アクチュエータピストンが前記ばねから離れる方向に動き、前記磁束の量が相対的に減少すると、前記相対的な減少に応じて、前記アクチュエータピストンが前記ばねに向かって動くようになっている、請求項２０に記載のファン駆動装置。
前記外部制御装置に電気的に接続されており、内燃機関の温度を感知することができる少なくとも１つのセンサー入力部を更に備えており、前記外部制御装置は、前記エンジンを所望の作動範囲内に維持するために、前記感知された温度を解釈し、前記感知されたエンジン作動状態に応じて、前記電気コイルに送る電気信号の量を決定する、請求項２７に記載のファン駆動装置。