JP4614842B2

JP4614842B2 - 密封部材を支持する本体及びカバーとして機能する入力部材を備えるクラッチ無し粘性式ファン駆動装置

Info

Publication number: JP4614842B2
Application number: JP2005222388A
Authority: JP
Inventors: チャールズ・イー・サウンダース，ザ・サード
Original assignee: ボーグワーナー・インコーポレーテッド
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: US20060021843A1; US7044282B2; EP1621787B1; JP2006046658A; DE602005006352T2; CN1727650A; EP1621787A1; DE602005006352D1; CN1727650B

Description

本発明は、概して粘性式流体継手装置に係り、特に、クラッチ無し粘性式ファン駆動装置であって、入力部材が密封部材を支持する本体とカバーとして機能するものに関する。

今日、ほとんどの自動車はラジエータ冷却ファンを駆動するために、粘性式流体継手装置を用いている。従来からの粘性式流体継手装置は、入力連結部材と出力連結組立体を備えている。出力連結組立体は、ダイカストハウジング部材（本体）と、ダイカストカバー部材（包囲体）とを備え、これらの部材はカバー部材の外周部で折曲げ(rollover)によって一体に固定されている。

流体継手装置は、エンジンによって駆動されるようになっており、転じて、ラジエータ冷却ファンを駆動する。ファンは、適切な手段によってハウジング部材に取り付けられている。

入力連結組立体は、一般的に中心軸を備えており、そこにクラッチ、即ちクラッチプレートが取り付けられている。入力連結組立体は、一般的に直接エンジンクランク軸に連結されるか、ベルトやプーリシステムを介してクランク軸に間接的に連結され、ここでプーリは入力連結組立体に連結されるハブに連結されている。プーリは、外周が螺旋状になった水ポンプ軸に連結されている。組立体は、軸受の内部溝に対する支持体として機能し、軸受はハウジング部材の内径に着座している。入力連結部材の回転は、こうして入力連結組立体と水ポンプ軸（用いる場合には）を回転させることとなる。

ハウジング部材及びカバー部材は流体チャンバを画成するために協働し、これはクラッチと貯留部プレートによって流体作動チャンバと流体貯留チャンバとに分離されている。流体貯留チャンバはこうしてカバー部材と貯留部プレートによって画成されると共に、流体作動チャンバはクラッチとハウジング部材とによって画成される。貯留部プレートは、アクチュエータ軸の最も内側の端部に動作可能に連結され、流体貯留チャンバから流体作動チャンバへ粘性流体が流れる充填ポートを備えている。

作動チャンバの半径方向外周部の近傍には、「ワイパ」部材とも称されるポンピング部材を備えたカバー部材を備えており、これは、作動チャンバ内で相対的に回転している流体を係合するように動作し、比較的高い流体圧力の局所領域を作り出す。その結果、ポンピング部材は継続的に作動チャンバからの少量の流体を加圧して、広く知られた態様で、カバー部材によって画成される半径方向通路を通して貯留チャンバへ戻す。

従って、当業者が認識するように、これらのシステムにおける本体及びカバーに対する出力、或いはトルクは、クラッチの回転速度及び作動チャンバ内に収容される粘性流体の量に比例する。更に、バイメタル部材即ち電子制御可能な弁アームは、貯留部プレートの充填ポートの近くに位置決めされ、貯留チャンバから作動チャンバへの粘性流体の流れの量を制御する。これにより、与えられたエンジン速度において、連結されたファン羽根に対するファン駆動装置のトルク出力の精密な制御を可能にする。

従来のファンを駆動するのに使用される粘性式の流体継手装置の問題は、システムの複雑さである。クラッチは、本体及びカバー内に収容されており、出力部材を駆動しなければならない。クラッチ及び何れの付随する部品も、製造して組み立てるには費用がかかり、また自動車の故障の原因となりやすい。従って、粘性式ファン駆動装置の設計を簡略化することが非常に求められる。

上記目的は、ファンを駆動するのに使用される粘性式流体連結装置の設計を簡略化することによって成し遂げられる。本発明の望ましい実施形態において、クラッチ無し粘性式ファン駆動システムが形成され、その内部でファン駆動装置の本体が入力軸へ直接取り付けられ、完全な入力速度で回転させる。密封部材は、出力駆動部でカバーに押し付けられ、本体の密封リングを密封する。ファン駆動装置はクラッチ無しで形成され、従って、本体とカバーとの間の粘性流体チャンバの内部に熱を蓄えない。本体は、入力軸と共に完全な入力速度で回転し、本体側フィンを通る空気流を改善し、ファン駆動冷却能力を向上させる。

本発明の他の特徴、恩恵、利点は、添付図面及び請求項に従って俯瞰すれば、本発明に関する以下の説明から明らかになるであろう。

図１〜５は、本発明の望ましい一実施形態に従って作られたクラッチ無し粘性式ファン駆動装置１０を示す。
ファン駆動装置１０は、エンジンのクランク軸（図示略）に直接或いは間接的に連結された入力軸１２を備えている。入力軸１２は、ファン駆動装置１０の本体１４と、フランジ部１３を介して（反対側の端部でエンジンの）回転要素と直接連結されている。こうして、複数の本体側ファンを有する本体１４は、回転運動としてエンジンクランク軸に伝達された場合にエンジン速度の関数として回転し、ファン駆動装置１０に冷却空気流を提供する。

ファン駆動装置１０は、軸受ハウジング２１を有する軸受２０を適用する入力軸１２へ回転自在に取り付けられたカバー１８も有している。環状バネクリップ２２は入力軸１２が軸受２０及び本体１４が抜け出ないように保持する。

カバー１８は密封部材、望ましくはカバーの外周部２６に押し付けられるバリリップ(Varilip)式（登録商標）密封部材２４を備えている。バリリップ(登録商標）式密封部材２４は、本体１４の一部分に形成された鋳造鋼リング２８に対して密封する。従ってカバー１８と本体１４とは、内部にチャンバ７０を画成する。カバー１８は複数のファン羽根（図示略）を有する関連のファン（図示略）と連結される。カバー１８は、ラジエータ（図示略）を冷却するために使用される複数の冷却サイドフィン１９も有している。

１又はそれ以上の充填ポート３４（図２に最もよく示されている）を有するポンププレート３２は、チャンバ７０内のカバー１８の内面４０と軸受ハウジング２１（図３にも示されている）の端部２３の間に連結されている。こうして、チャンバ７０はポンププレート３２とカバー１８によって画成される流体貯留部７２へ更に分割される。

チャンバ７０は、カバー１８の一部分に形成された平坦部７６及び溝部７８と、本体１４の一部分に形成された平坦部８０及び溝部８２との間に画成された作動チャンバに更に分割される。充填ポート３４は流体貯留部７２を作動チャンバへ流体連通させる。

作動チャンバの半径方向外周部の近傍には、「ワイパー」部材としても称されるポンピング部材９０を含むカバー部材１８が配置されており、このカバー部材１８は作動チャンバ７４内で相対回転する流体を係合するように動作でき、相対的に高い流体圧の局所領域を作り出す。その結果、ポンプ部材９０は作動チャンバ７４からの少量の流体を継続的に加圧し、従来から知られている態様で、カバー部材１８によって画成される半径方向通路９２を通って貯留チャンバ７２に戻す。

カバー１８内で回転自在に取り付けられた弁軸４２は、弁アーム４４をバイメタル制御部材４６に連結する。Oリング４８は弁軸４８をカバー１８に対して密封する。弁アーム４４の端部４６は、バイメタル制御部材４６によって決定される弁アームの相対回転位置に応じて、充填ポート３４を覆ったり覆わなかったりする。弁アーム４４は充填ポート３４を覆う位置に保持されていることが望ましい。

ここではバイメタルコイルとして示されているバイメタル制御部材４６は、熱伝導によってエンジン温度を感知する。エンジン温度が所定の閾値温度より上昇した場合、バイメタル制御部材４６はこれに連れて加熱される。過剰な加熱はコイルを伸ばし又は巻き戻し、連結された弁軸４２と弁アーム４４とが充填ポート３４を覆わない位置に対応して回転させる結果となり、これにより、流体貯留部７２から作動チャンバ７４へ流体を流すことができる。この充填ポート３４を通した流速による作動チャンバ７４への粘性流体の流入量の増大により、カバー１８を駆動するためのせん断力を作り出す。カバー１８及びそのフィン１９はより素早く回転し、近傍に連結されたラジエータ内の冷却液を冷却するのに役立つ空気流を作り出し、こうしてエンジンを冷却する。

エンジン温度が閾値以下の場合では、バイメタル制御部材４６はその元の位置に留まっており、充填ポート３４を覆うように弁軸４２と弁アーム４４を回転させ、これにより、流体貯留部７２から作動チャンバ７４への粘性流体の流れを阻止する。この粘性流体の量の減少により、作動チャンバ７４内のせん断力も減少する。このことにより、カバー１８とフィン１９を回転させるために作り出されるトルクの大きさが減少する。このことは、ラジエータ内の冷却液を冷却するために使用される空気流の減少を意味する。

当該技術分野の当業者であれば、バイメタル制御部材を延ばし巻き戻すためのエンジン温度の閾値は、様々な要因に依存していることは理解できるであろう。例えば、バイメタル制御部材４６及びクラッチ無しファン駆動装置１０とエンジンブロックとの相対位置は一般的に、顕著な効果を有している。更に、バイメタル制御部材の組成、厚さ、及び形状もエンジン温度閾値に影響を与える。例えば、薄いバイメタル制御部材は、より迅速に延びて回転する。従って、当業者であれば、精密に制御されたエンジン温度で弁アーム４４によって充填ポート３４の開閉を精密に制御できる。

もちろん、代替的な実施形態（図示略）においては、弁アーム４４は充填ポートを覆ったり覆わなかったりする代わりに、戻しラインを介して作動チャンバ７４から流体貯留部７２へ粘性流体が流れるのを阻止したり許容したりするように配置することもでき、これの本発明の範囲内に含まれる。

本発明の主な利点は、本体やカバー内でクラッチを無くすことで、実質的にクラッチ内部での熱の増大を避けることである。クラッチ無しファン駆動装置は、既存のクラッチ付ファン駆動装置のように、粘性流体を通してファン駆動装置やフィンから熱を放出する必要がない。また、本体は完全に入力速度で回転するので、本体側フィンを通る改善された空気流が、クラッチ付ファン駆動装置と比較して改善された冷却効率を実現する。

本発明を実施するための最良の形態は個々に説明したが、本発明が関連する分野に詳しい者は、請求項によって定義されるような発明を実施するための様々な代替的な設計および実施形態に気づくであろう。これらの実施形態及び変形例の全ては本発明の範囲内であり、現状の請求項の意味は本発明の範囲内に含まれる。

本発明の望ましい実施形態に係るクラッチ無し粘性式ファン駆動組立体の断面図を示す。図１に開示したポンププレートの正面図を示す。図１に開示したポンププレートの側面図を示す。図１に開示した軸受ハウジングの斜視図を示す。図４の線５−５に沿った断面図を示す。

Claims

入力軸と本体を有する入力部材を備え、その本体が密封リングを有し、前記入力部材が与えられたエンジン速度に比例して回転する入力部材と、
前記入力軸の回りに軸受支持されカバーを備える出力部材と、
前記カバーの外周部に押し付けられ前記本体に密封係合する密封部材と、
前記本体、カバー及び密封部材により画成されるチャンバと、
前記出力部材に連結され前記チャンバ内に収容される、充填ポートを備えたポンププレートと、
前記ポンププレートとカバーとによって画成される流体貯留部と、
前記カバー及び本体によって画成され、前記充填ポートを介して前記流体貯留部に液体連通される作動チャンバと、
前記流体貯留部と作動チャンバ内に収容される所定量の粘性流体とを備え、
前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量は、前記入力部材の与えられた回転速度で前記出力部材のトルク係合を制御することを特徴とする粘性式ファン駆動装置。
前記カバーに連結され、エンジン動作温度に応じて変形できるバイメタル制御部材と、
前記バイメタル制御部材に連結され、前記カバーを通って前記チャンバに延び、前記バイメタル制御部材の変形によって回転できる弁軸と、
前記弁軸の回りとカバーとへ密封連結されたOリング密封部材と、
前記弁軸に連結され、前記充填ポートを覆ったり覆わなかったりするために前記弁軸と共に回転できる弁アームとを更に備え、
前記弁アームの相対位置は、前記入力部材の与えられた回転速度で、前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を制御することを特徴とする請求項１に記載の粘性式ファン駆動装置。
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より低い場合に前記充填ポートを実質的に覆い、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より高い場合に前記充填ポートを実質的に覆わないことを特徴とする請求項２に記載の粘性式ファン駆動装置。
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より低い場合に前記流体貯留部から作動チャンバへの粘性流体のある量の流れを阻止するために前記充填ポートを実質的に覆い、前記作動チャンバ内の粘性流体の量の相対量を最低にし、前記入力部材の与えられた回転速度での前記出力部材のトルク係合を最低にすることを特徴とする請求項２に記載の粘性式ファン駆動装置。
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より高い場合に前記流体貯留部から作動チャンバへの粘性流体のある量の流れを最大にするために前記充填ポートを実質的に覆わず、前記作動チャンバ内の粘性流体の量の相対量を最大にし、前記入力部材の与えられた回転速度での前記出力部材のトルク係合を最高にすることを特徴とする請求項２に記載の粘性式ファン駆動装置。
前記バイメタル制御部材はコイルを備えていることを特徴とする請求項２に記載の粘性式ファン駆動装置。
前記本体は複数の本体側フィンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の粘性式ファン駆動装置。
前記カバーは複数のカバー側フィンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の粘性式ファン駆動装置。
与えられたエンジン速度でエンジン温度を制御する方法であって、
(a)入力軸と本体を有する入力部材を備え、その本体が密封リングを有し、前記入力部材が与えられたエンジン速度に比例して回転する入力部材と、
前記入力軸の回りに軸受支持されカバーを備える出力部材と、
前記カバーの外周部に押し付けられ前記本体に密封係合する密封部材と、
前記本体、カバー及び密封部材により画成されるチャンバと、
前記出力部材に連結され前記チャンバ内に収容される、充填ポートを備えたポンププレートと、
前記ポンププレートとカバーとによって画成される流体貯留部と、
前記カバー及び本体によって画成され、前記充填ポートを介して前記流体貯留部に液体連通される作動チャンバと、
前記流体貯留部と作動チャンバ内に収容される所定量の粘性流体とを備えた粘性式ファン駆動装置を構成し、
(b)前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量であって、直接前記出力部材のトルク応答に比例する相対量を、与えられたエンジン速度で制御することを特徴とするエンジン温度制御方法。
前記粘性式ファン駆動装置は、
前記カバーに連結され、エンジン動作温度に応じて変形できるバイメタル制御部材と、
前記バイメタル制御部材に連結され、前記カバーを通って前記チャンバに延び、前記バイメタル制御部材の変形によって回転できる弁軸と、
前記弁軸の回りとカバーへ密封連結されたOリング密封部材と、
前記弁軸に連結され、前記充填ポートを覆ったり覆わなかったりするために前記弁軸と共に回転できる弁アームとを更に備え、前記弁アームの相対位置は、前記入力部材の与えられたエンジン速度で、前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を制御する弁アームを更に備えることを特徴とする請求項９に記載のエンジン温度制御方法。
与えられたエンジン速度で前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を制御するステップ(b)において、
前記弁アームで、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より低い場合に前記充填ポートを実質的に覆い、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より高い場合に前記充填ポートを実質的に覆わないことを特徴とする請求項１０に記載のエンジン温度制御方法。
与えられたエンジン速度で前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を制御するステップ(b)において、
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より低い場合に前記流体貯留部から作動チャンバへの粘性流体のある量の流れを阻止するために前記充填ポートを実質的に覆い、前記作動チャンバ内の粘性流体の量の相対量を最低にし、前記入力部材の与えられた回転速度での前記出力部材のトルク応答を最低にすることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン温度制御方法。
与えられたエンジン速度で前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を制御するステップ(b)において、
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より高い場合に前記流体貯留部から作動チャンバへの粘性流体のある量の流れを最大にするために前記充填ポートを実質的に覆わず、前記作動チャンバ内の粘性流体の量の相対量を最大にし、前記入力部材の与えられた回転速度での前記出力部材のトルク応答を最高にすることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン温度制御方法。
改善された空気流特性及び最低蓄熱特性を有する粘性式ファン駆動装置を動作させる方法であって、
(a)入力軸と本体を有する入力部材を備え、その本体が密封リングを有し、前記入力部材が与えられたエンジン速度に比例して回転する入力部材と、
前記入力軸の回りに軸受支持されカバーを備える出力部材と、
前記カバーの外周部に押し付けられ前記本体に密封係合する密封部材と、
前記本体、カバー及び密封部材により画成されるチャンバと、
前記出力部材に連結され前記チャンバ内に収容される、充填ポートを備えたポンププレートと、
前記ポンププレートとカバーとによって画成される流体貯留部と、
前記カバー及び本体によって画成され、前記充填ポートを介して前記流体貯留部に液体連通される作動チャンバと、
前記流体貯留部と作動チャンバ内に収容される所定量の粘性流体とを備えた粘性式ファン駆動装置を形成し、
(b)与えられたエンジン速度に比例して回転する回転要素と共に前記入力部材が回転するように前記エンジンの回転要素に入力部材を連結し、
(c)前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量であって、直接前記出力部材のトルク応答に比例する相対量を、与えられたエンジン速度で制御することを特徴とする方法。
前記粘性式ファン駆動装置は、
前記カバーに連結され、エンジン動作温度に応じて変形できるバイメタル制御部材と、
前記バイメタル制御部材に連結され、前記カバーを通って前記チャンバに延び、前記バイメタル制御部材の変形によって回転できる弁軸と、
前記弁軸の回りとカバーへ密封連結されたOリング密封部材と、
前記弁軸に連結され、前記充填ポートを覆ったり覆わなかったりするために前記弁軸と共に回転できる弁アームとを更に備え、
前記弁アームの相対位置は、前記入力部材の与えられた回転速度で、前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項１４に記載の粘性式ファン駆動装置を動作させる方法。
前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を、与えられたエンジン速度で制御するステップ(c)において、
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より低い場合に前記充填ポートを実質的に覆い、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より高い場合に前記充填ポートを実質的に覆わないこと特徴とする請求項１４に記載の粘性式ファン駆動装置を動作させる方法。
前記エンジンの回転要素に前記入力部材を連結するステップ(b)において、前記入力軸を前記エンジンの回転要素に連結することを特徴とする請求項１４に記載の粘性式ファン駆動装置を動作させる方法。
前記エンジンの回転要素に前記入力部材を連結するステップ(b)において、前記入力軸のフランジ部を前記エンジンの回転要素に連結することを特徴とする請求項１４に記載の粘性式ファン駆動装置を動作させる方法。
前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を、与えられたエンジン速度で制御するステップ(c)において、
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より低い場合に前記流体貯留部から作動チャンバへの粘性流体のある量の流れを阻止するために前記充填ポートを実質的に覆い、前記作動チャンバ内の粘性流体の量の相対量を最低にし、前記入力部材の与えられた回転速度での前記出力部材のトルク応答を最低にすることを特徴とする請求項１４に記載の粘性式ファン駆動装置を動作させる方法。
前記作動チャンバ内に収容される粘性流体の量の相対量を、与えられたエンジン速度で制御するステップ(c)において、
前記弁アームは、前記エンジン動作温度が所定の閾値温度より高い場合に前記流体貯留部から作動チャンバへの粘性流体のある量の流れを最大にするために前記充填ポートを実質的に覆わず、前記作動チャンバ内の粘性流体の量の相対量を最大にし、前記入力部材の与えられた回転速度での前記出力部材のトルク応答を最高にすることを特徴とする請求項１４に記載の粘性式ファン駆動装置を動作させる方法。