JP2009543007A - 注入および排出制御を行う粘性ファン駆動装置システム - Google Patents

Abstract

流体継手装置（９）用の係合システム（１０）は、第１係合部材（３１）と、第１係合部材（３１）と動作する第２係合部材（１５）と、を有してもよい。第１係合部材（３１）と第２係合部材（１５）との間に動作室（３３）が配置されており、それらによって少なくとも部分的に画定されている。動作室（３３）は入口ポート（１１８）および出口ポート（１２０）を有する。動作室（３３）には流体リザーバ（３５）が流体連結されている。動作室（３３）と流体リザーバ（３５）との間に排出バルブ（１１）が連結されており、出口ポート（１２０）を通る流体流を調整する。それに加えてまたはその代わりに、流体継手装置（９）用の係合システム（１０）は、第１係合部材（３１）の外周（１２６）に沿った動作室入口ポート（１１８）を含む動作室（３３）を有してもよい。動作室（３３）と流体リザーバ（３５）との間にバルブ（１１）が連結されており、動作室入口ポート（１１８）を通る流体流を調整する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、包括的には、ファン駆動装置システムに関する。より詳細には、本発明は、粘性ファン駆動装置とそれに関連する操作的係合・係合解除制御技法とに関する。

本発明は、流体作動室および流体リザーバ室の両方を含むタイプの流体継手装置に関する。流体継手装置は、その作動室を出入りする流体の量を制御するバルブを有することが多い。そうした装置を、電気的にまたは機械的に制御することができる。

本発明は、さまざまな構成および適用を有する流体継手装置で有利に使用することができるが、内燃機関のラジエータ冷却ファンを駆動するために使用されるタイプの継手装置において特に有利であり、本発明を、それに関連して説明する。

粘性せん断型の流体継手装置（「ファン駆動装置」）は、エンジン冷却ファンを駆動するために長年普及してきた。それは主に、それを使用することによってエンジン馬力が実質的に節約されることになるためである。流体継手装置は、通常、冷却が必要な場合にのみ、係合した比較的高速状態で動作する。流体継手装置は、冷却がほとんどかまたはまったく必要でない場合は、係合解除した比較的低速状態で動作する。今日、電気作動式粘性ファン駆動装置が一般的である。それは、車両のエンジンコンピュータによって確定されるような所与のファン速度で出力を制御するために、係合モード、部分的係合モードおよび係合解除モード間で正確に制御することができるためである。

電気ベースまたは機械ベースの制御可能粘性ファン駆動装置は、「注入（ｆｉｌｌ）」および「排出（ｓｃａｖｅｎｇｅ）」のバランスを制御することによってファン駆動装置出力速度を調整する。「注入」という用語は、流体リザーバから動作室に入る粘性流体の量および速度を指す。「排出」という用語は、動作室から流体リザーバに再び入る流体の量および速度を指す。このバランスを制御するために、回転または軸方向タイプのバルブアームを利用して、流体リザーバの１つまたは複数の注入ポートの覆いを取るかまたはそこを覆うことによって、動作室に入る粘性流体流の制限を変化させる。この制御は、エンジン動作パラメータに基づくことが多い。

ファン駆動装置を定常出力速度で制御する主な要素には、動作室形状、流体粘性、および動作室内の流体体積すなわち流体の量がある。動作室形状は設計によって確定され、流体粘性は定常速度で確定される。このため、出力速度は流体体積によって決まる。出力速度を上昇させるためには、注入速度を、排出速度を超えるように上昇させ、出力速度を低下させるためには、その反対を行う。

ファン駆動装置の係合は、所与の入力速度およびバルブアーム位置で注入ポートを通って作動室に入る粘性流体の量によって決まるため、ファン駆動装置の調整頑強性は、本質的に制限される。それは、ファン駆動装置には、粘性流体が流体作動室を出る速度に対する能動的な制御がないためである。したがって、特に低入力速度でのファン駆動装置の係合、係合解除およびポンプ出力性能が悪影響を受ける。

このため、従来技術によるシステムに関連する欠点および限界を克服する、改善された粘性ファン駆動装置システムおよび関連する制御技法が必要とされている。

本発明は、既知のファン駆動装置を改善したものであり、それらの欠点を最小限にするかまたは克服する。

本発明の一実施形態は、第１係合部材と、第１係合部材とともに動作する第２係合部材とを含む流体継手装置用の係合システムを提供する。動作室が、第１係合部材と第２係合部材との間に配置され、かつそれらによって少なくとも部分的に画定されている。動作室は、入口ポートおよび出口ポートを有する。流体リザーバが動作室に流体連結されている。排出バルブが、動作室と流体リザーバとの間に連結されており、出口ポートを通る流体流を調整する。

本発明の別の実施形態は、第１係合部材と、第１係合部材と動作する第２係合部材とを含む流体継手装置用の係合システムを提供する。動作室が、第１係合室と第２係合室との間に配置され、かつそれらによって少なくとも部分的に画定されている。動作室は、第１係合部材の外周に沿った動作室入口ポートを含む。流体リザーバが、動作室に流体連結されている。バルブが、動作室と流体リザーバとの間に連結されており、動作室入口ポートを通る流体流を調整する。

本発明の実施形態はいくつかの利点を提供する。１つのかかる利点は、流体継手装置の動作室を出る流体の流れを直接制御する機構を組み込むということである。これにより、注入速度の所望の制御を可能にしながら効率的なポンプ出力が提供される。

本発明の別の実施形態によって提供される別の利点は、流体継手装置の動作室の外周における注入および排出である。これにより、動作室からの流体のより迅速な注入およびより高速なポンプ出力が提供される。

上述した利点により、調整頑強性およびより短い応答時間が提供され、また言い換えれば、流体継手装置のより迅速な係合・係合解除制御が提供される。この調整は、特に低入力部材速度で有利である。

本発明はまた、上述した係合制御用のフェイルセーフ完全開始（ｑｕｉｔｅ−ｓｔａｒｔ）構成および非フェイルセーフ構成に対するオプションも提供する。

本発明自体は、さらなる目的および付随する利点とともに、添付図とともに以下の詳細な説明を参照することによってもっともよく理解されるであろう。

本発明をより完全に理解するために、ここで、添付図面においてより詳細に例示しかつ発明の例として以下に説明する実施形態を参照するべきである。

本発明の一実施形態による二重目的（ｄｕａｌ−ｐｕｒｐｏｓｅ）バルブを組み込んだ粘性流体継手装置の軸方向断面図である。 図１の流体継手装置のカバー部材のアクチュエータ側および二重目的バルブアームの斜視図である。 線３−３に沿って取り出された図２のカバー部材およびバルブアームの断面斜視図である。 図２の組立体のカバー部材の動作室側ならびに関連する注入ポートおよび排出ポートのクローズアップ斜視図である。 図２のカバー部材の動作室の図であり、電力供給のない状態でありかつデフォルトまたはフェイルセーフ構成でのバルブアームを示す。 図２のカバー部材の動作室の図であり、電力供給のない状態でありかつ非フェイルセーフ構成でのバルブアームを示す。 バイメタル制御装置を介して作動される二重目的バルブを組み込み、かつ本発明の別の実施形態による、粘性流体継手装置の軸方向断面図である。 流体継手装置のその係合を含む動作を制御する方法を示す論理フローチャートである。

以下の図では、同じ構成要素を参照するために同じ参照数字を使用する。本発明は、さまざまな構成および適用を有するクラッチ装置で有利に使用することができるが、特に、内燃機関のラジエータ冷却ファンを駆動するために使用されるタイプの電子制御式および／または機械制御式流体継手装置において有利である。簡単にするために、本発明の流体継手装置を冷却ファンに関連して説明するが、本発明はかかる使用および構造に限定されないことを理解するべきである。

また、本発明の後述する特徴の異なる組合せを有するか、本明細書で説明するもの以外の特徴を有するか、またはさらにはそれら特徴のうちの１つまたは複数がない、種々の他の実施形態が企図される。したがって、本発明をさまざまな他の適当なモードで実行することができる、ということが理解される。

以下の説明では、１つの構成された実施形態に対し、さまざまな動作パラメータおよび構成要素について説明する。これら特定のパラメータおよび構成要素は、例として含まれるものであって、限定するようには意図されていない。

ここで図１を参照すると、本発明の一実施形態による、係合システム１０を有しかつ二重目的バルブ１１を組み込んだ粘性流体継手装置９の軸方向断面図が示されている。係合システム１０は、概して１２として示す入力継手組立体と、概して１３として示す出力継手組立体と、を含む。入力継手組立体１２は、出力継手組立体１３と係合可能であり、かつ出力継手組立体１３に回転エネルギーを提供する。流体継手装置９は、エンジン（図示せず）によって駆動されるように適合されており、それにより、ラジエータ冷却ファンＦを駆動することができる。ファンＦを、出力継手組立体１３に締結具１９を介して取り付けてもよい。しかしながら、本発明の使用は、いかなる特定の流体継手装置構成またはそのいかなる特定の適用にも限定されないことが理解されよう。

入力継手組立体１２は入力軸１４を含み、それを、たとえばエンジン（図示せず）のクランク軸とロータ１５とに結合してもよい。ロータ１５は、入力軸１４に取り付けられており、出力継手組立体１３内で回転する。入力軸１４は、フランジ１６によって回転駆動され、フランジ１６は、エンジンウォーターポンプ（図示せず）の嵌合フランジにボルト留めされていてもよい。入力軸１４は、出力継手組立体１３のファン部材２１の内径に着座しているベアリングセット１８のインナレース１７用の支持体として機能する。入力軸１４の前方端２０（図１では左端）では、セレーション部２７と開口２８との間が締り嵌めになっている。開口２８は、入力継手組立体１２のハブ部２９によって画定される。その結果、入力軸１４の回転によりロータ１５が回転する。

出力継手組立体１３は、後方すなわちファン部材２１と、前方すなわちカバー部材３１とを有するハウジング３０を含む。部材２１および３１は、カバー部材３１の外周３２をファン部材２１上にロールカシメすること（ｒｏｌｌｏｖｅｒ）によって互いに固定されている。ファン部材２１およびカバー部材３１は協働して、流体作動または動作室３３を画定する。このため、ロータが動作室３３内に配置されていることが分かる。カバー部材３１は、前方に突出する環状リザーバ画定部３７を画定し、それは、回転軸Ａを中心に概して同心状に配置されている。環状部３７は、略円筒状軸支持部３９を画定し、流体リザーバ室３５を含む。軸支持部３９内には、カバー部材３１を通して外側に（図１では左に）延在するバルブ軸４１が回転可能に配置されている。本発明の続く説明に関連して、後に明らかとなる目的で、バルブ軸４１を「アーマチュアシャフト」とも呼ぶ。

バルブ軸４１の後端４２（図１では右端）に隣接してかつ流体リザーバ室３５内に、二重目的バルブまたはバルブアーム１１が配置されている。バルブアーム１１を、注入バルブまたは排出バルブと呼ぶことができる。バルブアーム１１は、リザーバ室３５と動作室３３との間の流体の流れを制御する。後端４２は、小径部８９を含み、それは、スパイラルワイヤねじりばね９３の内端９１に対するアーバを形成する。ばね９３は、バルブアームをデフォルト位置に付勢する。内端９１は、任意の適当な方法で小径部８９に機械的に基づいている。ばね９３は、半径方向に延在する外端９５を含み、それはシート部材９７にもたれて着座し、そこから軸方向に延在している。シート部材９７は、バルブアーム１１から打ち抜いてもよいタブを含む。シート部材９７を、バルブアーム１１の開口を通して延在するアーマチュア９８からの突起によって形成してもよい。

入力継手組立体１２は、ロータ１５がカバー部材３１に係合することによって出力継手組立体１３と係合可能である。ロータ１５は、複数の環状ランド１００を画定する前方面９９を含む。カバー部材３１の隣接する面１０１は、複数の環状ランド１０２を形成している。ランド１００および１０２は、互いに噛み合うことによりそれらの間に蛇行形状の粘性せん断空間を画定し、それを、以下、参照数字１００および１２０によって参照することができる。入力軸１４からロータ１５にトルクが伝達されると、その結果、せん断空間１００、１０２に収納されている粘性流体がせん断し、それにより、出力継手組立体１３および冷却ファンＦにトルクが伝達される。トルクの伝達は、せん断空間１００、１０２における粘性流体の量および状態によって決まる。

ここで、図２〜図６もまた参照すると、カバー部材および二重目的バルブアームの斜視図、断面図、クローズアップ図および側面図が示されている。カバー部材３１は、動作室側すなわち入力側１０５と、リザーバ側すなわち出力側１０６とを備えたディスク形状の内部部材１０３を有している。カバー部材３１を、カストアルミニウムまたは他の何らかの適当な材料から形成してもよい。入力側１０５には、二重目的ワイパ部材１０４があり、それは、流体が内部部材１０３の円周方向外部溝１１１に向かって外側に方向付けられかつそれを中心に循環している時、流体を、動作室３３から流体リザーバ３５に向けるように構成されている。ワイパ１０４は、内部部材１０３の回転とともに、外部溝１１１内の動作室入口ポート１１８近くに低圧を形成し、それによりそこにかつ動作室３３に流体が引き込まれる。ワイパ１０４はまた、流体を動作室３３から出るように方向付けるダムとしての役割も果たす。ワイパ１０４は、図示するように単一の連続ユニットであってもよく、または複数ユニットに分割されてもよい。入力側１０５は、環状ランド１０２を含む係合部１０７を有する。出力側１０６において環状ランド１０２に近接して、冷却フィン１０８が軸方向に位置している。係合部１０７内において、内部部材１０３の指定制御部分１０９の環状ランド１０２と冷却フィン１０８との間において、注入溝１１０および排出溝１１２が半径方向に延在している。注入溝１１０および排出溝１１２は、内部部材１０３を通して流体を半径方向に循環させる。注入溝１１０および排出溝１１２は、流体リザーバ３５と動作室３３との間に延在している。注入溝１１０は、リザーバ出力開口１１６が関連しているリザーバ出口ポート１１４と、動作室入口ポート１１８とを有している。リザーバ出口ポート１１４および動作室入口ポート１１８を注入ポートと呼んでもよい。排出溝１１２は、動作室出口ポート１２０と、リザーバ入口開口１２４が関連するリザーバ入口ポート１２２とを有する。動作室出口ポート１２０およびリザーバ入口ポート１２２を排出ポートと呼んでもよい。動作室３３内の流体は、概して、流体リザーバ３５内の流体より高圧である。このため、動作時、流体リザーバ３５内の流体は、注入溝１１０を通って動作室３３内に入り、排出溝１１２を介して流体リザーバ３５に戻る。

単一注入溝および単一排出溝を示しているが、各々任意の数のものが含まれてもよい。また、溝のサイズは異なってもよい。一実施形態では、排出溝１１２のサイズは注入溝１１０より大きい。別の実施形態例では、単一注入溝と複数の排出溝とが利用される。説明する実施形態は、効率的なポンプ出力を提供し、排出溝を部分的にまたは完全に閉鎖することができるため、所望の注入を提供することができる。

リザーバポート１１４および１２２ならびに動作室ポート１１８および１２０は、指定制御部分１０９において互いに近接するかまたは近くに位置している。なお、リザーバポート１１４および１２２は、係合部１０７の内周１２４にまたはそれに沿って位置し、動作室ポート１１８および１２０は、係合部１０７の外周１２６にまたはそれに沿って位置することに留意されたい。これにより、動作室３３へのより低速での流体の流量が増大し、それによって、より迅速な係合が可能になる。これにより、動作室３３から出る流体の流量も増大し、それによってより迅速な係合解除が可能になる。

バルブアーム１１は、軸端１３０およびポート端１３２を有している。バルブアーム１１１が作動されると、ポート端１３２は、リザーバ出口ポート１１４の上に完全に、部分的に、またはそれから離れて配置される。ポート端１３２が流体リザーバ出口ポート１１４を完全に覆う場合、バルブアーム１１は「完全係合解除」位置にある。したがって、バルブアーム１１は、入力継手組立体１２が出口継手組立体１３と係合するようにある量の粘性流体がリザーバ室３５から動作室３３に入らないようにする。ポート端１３２が流体リザーバ入口ポート１２２を完全に覆う時、バルブアーム１１は「完全係合」位置にある。完全に係合すると、粘性流体は、作動室３３に入ることは可能になるが、作動室３３から出ることは阻止される。これにより、所与の入力継手組立体回転速度での、出力継手組立体１３の最大トルク係合、したがって最大ファン回転が提供される。ポート端１３２は、流体リザーバ出口ポート１１４または流体リザーバ入口ポート１２２を部分的に覆ってもよく、または両ポートを同時に部分的に覆ってもよい。これを、「部分的係合」と呼ぶ。さらに、部分的係合状態は、バルブアーム１１によって、出力継手組立体１３に係合するように、ある量の粘性流体がリザーバ室３５から作動室３３に入ることと作動室３３を出てリザーバ室３５に入ることとがともに可能になる状態である。部分的係合の量は、開口１１６および１２４の覆われる量またはサイズに直接関連する。係合、部分的係合および係合解除の行為を、調整すなわち流体継手装置９の調整と呼んでもよい。部分的係合の無限の多様性により、流体継手装置９の正確な制御が可能になる。

図示するようなバルブアーム１１の移動により、リザーバ室３５からリザーバ出口ポート１１４および動作室入口ポート１１８を介する動作室３３までの流体の流れが制御される。動作室３３への流体流を「注入」と呼び、それに関連して行われる制御およびタスクを「注入プロセス」と呼ぶ。バルブアーム１１の移動により、同時に、動作室３３から動作室出口ポート１２０およびリザーバ入口ポート１２２を介するリザーバ室３５への流体の流れも制御される。動作室３３を出てリザーバ室３５に入る流体流を「排出」と呼び、それに関連して行われる制御およびタスクを「排出プロセス」と呼ぶ。流体流注入態様および流体流排出態様の両方を制御するために単一バルブアームを示すが、任意の数のバルブアームまたはバルブを利用してもよい。また、特定数の注入溝および排出溝ならびに注入ポートおよび排出ポートを示すが、各々任意の数のものが含まれてもよい。

ここで主に図１を参照すると、カバー部材３１には、概して１４０として示すアクチュエータ組立体が取り付けられており、カバー部材１３の前方面１４２に隣接して配置されている。アクチュエータ組立体１４０は一例として提供されており、図示するように、制御回路１４４および電磁回路１４６を有している。別のアクチュエータ組立体例については、図７に関連して提供し説明する。組立体１４０は、電気入力信号の変化に応じてバルブアーム１１を作動し、無限の位置多様性が関連している。したがって、流体継手装置９には無限の係合多様性がある。

アクチュエータ組立体１４０の機能は、バルブアーム１１をそのデフォルト位置から離れるように回転させることである。アクチュエータ組立体１４０は、所定状態の変化が検知される遠隔位置から送信される電気入力信号に応答してもよい。所定状態の変化は、アクチュエータ組立体１４０に送信される電気信号の変化によって表される。検知対象である１つまたは複数の所定状態は、用途によって異なってもよい。一例として、所定状態は、車両エンジンブロックにおける冷却液の温度を指してもよい。しかしながら、当業者は、車両ステータスパラメータ、エンジンステータスパラメータ、環境関連パラメータまたは本技術分野において既知である他のパラメータに関連してもよい、検知され得る無限数の他の状態があることを理解するであろう。

アクチュエータ組立体は、バルブアーム１１を、係合状態に対応して、ポート端１３２がリザーバ入口ポート１２２を覆いリザーバ出口ポート１１４の覆いを取る位置に向かって付勢してもよい。この係合付勢を「フェイルセーフ付勢」と呼ぶ。電力が供給されない場合、流体は、動作室３３に移動することにより、たとえばエンジンを冷却することができる。しかしながら、本発明はそのように限定されず、本発明の範囲内では、バルブアーム１１を、リザーバ出口ポート１１４を覆いリザーバ入口ポート１２２の覆いを取る位置に向かって付勢してもよい、ということが理解されるべきである。かかる装置を、「非フェイルセーブ」であると呼び、それは、電力が供給されない場合、バルブアーム１１は、流体が動作室３３を充填しないようにする係合解除位置に向かって付勢されるためである。フェイルセーフ構成および非フェイルセーフ構成を図５および図６に示す。

制御回路１４４は、電磁回路１４６に結合されているコントローラ１４８を含む。コントローラ１４８は、電源１５０から電力を受け取り、電磁回路１４６を介してバルブアーム１１の作動を制御する。コントローラ１４８は、センサ１５２から、エンジン作動状態および車両作動状態に関する電気信号を受け取る。コントローラ１４８は、これら信号を解釈して、電源１５０に対し電流を電磁コイル１５６に送出するように指示して、後により詳細に説明するように流体継手装置９からの出力を制御する。

コントローラ１４８は、中央処理装置、メモリ（ＲＡＭおよび／またはＲＯＭ）および関連する入出力バスを有するコンピュータ等、マイクロプロセッサベースであってもよい。コントローラ１４８は、特定用途向け集積回路であってもよく、または本技術分野において既知である他の論理デバイスおよび回路から形成されていてもよい。コントローラ１４８は、中央車両主制御ユニットの一部であっても、流体継手装置にまたはその他の部分に位置する、単一統合コントローラに結合された、電源を有する制御回路の一部であってもよく、スタンドアロンコントローラであってもよく、または複数のコントローラの組合せであってもよい。

図１の実施形態の場合の電磁回路１４６は、カバー部材３１に近接して取り付けられている略環状強磁性体ハウジング部材１５８を有する。ハウジング部材１５８は、軸方向断面において略Ｃ字型であり、その中に、ボビン１６０に巻回される電磁コイル１５６を収容していることが分かる。ハウジング部材１５８は、ボールベアリング１６４のセットのアウタレース１６２と係合している。ベアリングセット１６４は、軸４１を中心に配置されるインナレース１６６を含む。インナレース１６６の右側には、カバー部材３１内に鋳造され得るインサート１６８が配置されている。インサート１６８の機能は、軸４１が圧入される硬化面を提供することである。

後方端４２の周囲には、概して９８として示すアーマチュア組立体またはアーマチュアが配置されており、それは、流体リザーバ３５内に配置されている。アーマチュア９８は、強磁性体であってもよく、かつ単一の単体部材から形成されていてもよく、粉末金属部品を含んでもよい。アーマチュア９８は中央ハブ部１７０を含み、そこから、複数のアーマチュアセグメント１７２が放射状に延在している。軸４１とアーマチュア９８との間には、非鉄または非導電性ベアリング面またはベアリングスリーブ１７４が配置されている。ベアリングスリーブ１７４を、青銅またはセラミック材料等の低摩擦材料から形成してもよい。

バルブアーム１１は、一対のリベット１７６を用いてアーマチュア組立体９８の横方向面に取り付けられており、それにより、バルブアーム１１は、後述するように、アーマチュア組立体９８に固定されそれとともに回転する。バブルアーム１１は、平衡アーム部を含んでもよく、大きい円形開口１７８を画定する。開口１７８の直径は、少なくとも軸４１の直径ほどの大きさであり、それにより、コイル１５６が励磁された時、軸４１とバルブアーム１１との間に電磁「結合」がない。

カバー部材には磁束リング１８０が取り付けられており、それはアーマチュアセグメント１７２と磁束連通している。一実施形態では、磁束リング１８０は、強磁性材料から形成されている。磁束リング１８０は、前方の環状部１８２を含み、それは、前方面１４２に向かってかつそこから軸方向に突出している。磁束リング１８０は、極片１８４を含み、それらは各々、環状部１８２と一体的に形成されている。一例として、８つのアーマチュアセグメントに対応する８つの極片があってもよい。極片１８４の各々が、半径方向に隣接するアーマチュアセグメント１７２と少なくとも部分的にオーバラップする関係で配置されており、かつそれらから近接して隔置されていることが留意されるべきである。しかしながら、各セグメント１７２とその夫々の極片１８４とが最初にオーバラップしていることは必須ではない。当業者は、それらの間の間隙が、結果としての磁束経路（後述する）の電磁気抵抗を最小限にするように最小化されることを理解するであろう。必要なのは、各セグメント１７２およびその極片が所望の結果を達成するように互いに「動作関係」にあることのみである。極片１８４の内面は、リザーバ室３５の外部境界を画定してもよい。本実施形態では、コイル１５６が完全に励磁されると、アーマチュア組立体９８は、各セグメント１７２とその夫々の極片１８４とが完全にオーバラップするまでおよそ２２°左回りに回転してもよい。当然ながら、回転の角度は用途毎に異なってもよい。このため、バルブアーム１１およびアーマチュア９８の角回転の所望の量は、セグメントおよび極片の数および間隔の選択における一要素である。

アーマチュア９８およびバルブアーム１１が非作動位置にある時、各極片１８４はその隣接するアーマチュアセグメント１７２に関してわずかにオーバラップする。このオーバラップは、磁束リング１８０とアーマチュア９８との間の好ましい電磁磁束経路を画定し、それはまた、アーマチュア９８の回転の方向も画定する。したがって、電磁コイル１５６を励磁すると、アーマチュア９８は左周りに回転する。各極片１８４とその隣接するアーマチュアセグメント１８０との間にわずか数度の円周方向オーバラップしかない場合、磁束経路の電磁気抵抗はその最大値にある。コイル１５６が励磁されると、アーマチュア９８における結果としてのトルクはオーバラップを増大させる傾向にあり、このため、磁束経路の磁気抵抗が低減する。したがって、コイル１５６に供給される電流の量は、バルブアーム１１の相対位置、したがって出力継手組立体１３の係合の量を確定する。いかなる瞬間においても、所与の入力速度に対し、出力速度は、動作室３３に存在する粘性流体の量に比例する。動作室３３内の粘性流体の量は、注入速度と排出速度との差の時間積分に比例する。

環状ハウジング部材１５８はまた、環状部１９０も含み、それは電磁コイル６９の周囲の大部分を包囲する。環状部１９０は、環状磁束リング部１８２と、狭いエアギャップを介して向い合せの関係で配置されている。さらに、環状部１８２および１９０は、実質的に同じ半径方向寸法を有し、それによりそれらの間の磁束経路が最適化される。

コイル１５６を励磁すると、磁束経路ＦＰで表される磁束により、アーマチュア９８およびバルブアーム１１が係合位置から、流体継手装置が部分的係合状態または完全係合解除状態である位置に向かって回転する。コイル１５６に対する電流が増大すると、アーマチュア９８にトルクが印加され、それはねじりばね９３の付勢力に対して回転する。磁束経路ＦＰは、環状部材１５８を通り、軸４１に沿って軸方向に環状部３７およびアウタレース１６２を通り、半径方向にハブ部１７０およびアーマチュアセグメント１７２を通り、軸方向に磁束リング１８０を通って環状部材１５８に戻るように進む。アクチュエータ組立体１４０を、概して磁気可変磁気抵抗トルクアクチュエータと呼ぶ。電磁トルクが生成され、それは、アーマチュア９８が回転すると、アーマチュアセグメント１７２と極片１８４とのオーバラップが最大である点まで、アーマチュア９８に対して作用してもよい。これは、リザーバ出口ポート１１４がバルブアーム１１に完全に覆われる点である。

環状ハウジング部材１５８の半径方向内部に、速度センサ２００を配置してもよい。速度センサ２００は、図示するようにホール効果センサの形態であってもよく、または本技術分野において既知である他の何らかの形態であってもよい。バルブ軸４１の前方端の周囲に、環状リング２０２が配置され、インナレース１６６に対して堅固に保持されている。リング２０２には、一連の円周方向に隔置された磁気極片２０４が成形されている。速度センサ２００は、通過する極片２０４を検知し、出力継手組立体１３の速度を示す速度信号を送信する。速度信号はコントローラ１４８に送信される。コントローラ１４８は、速度信号に応じてコイル１５６に対する入力信号を生成してもよい。

流体継手装置９ではまた、注入溝１１０の外端２１２にチェックバルブ２１０が配置されていてもよい。チェックバルブ２１０は、スプリングボールバルブの形態であってもよく、バルブ２１０のボール２１４が動作室入口ポート１１８を閉鎖するデフォルト位置があってもよい。出力継手組立体１３が回転すると、チェックバルブ２１０が開放する。回転力により、ボール２１４は付勢ばね２１６に打ち勝つ。出力継手組立体１３が回転を停止すると、付勢ばね２１６はボール２１４を動作室入口ポート１１８の上に押す。これにより、関連する車両またはエンジンが停止した時に、流体が動作室３３内に排出されない。流体が動作室３３内に排出されることにより、再始動した時、流体継手装置９の望ましくない係合がもたらされる可能性がある。電気制御式ファン駆動装置の場合、コントローラ１４８等のコントローラは、チェックバルブ２１０をエンジン停止中に、流体継手装置９が回転を停止することができるように十分長く閉鎖したまま保持する。したがって、コントローラ１４８をチェックバルブ２１０に電気的に結合することができる。

ここで図５および図６を参照すると、カバー部材３１の背面図が示されており、そこでは、フェイルセーフ構成の場合の「電力供給なし」状態におけるバルブアームと、非フェイルセーフ構成の場合の「電力供給なし状態」におけるバルブアームとを示す。フェイルセーフ構成では、バルブアーム１１にトルクが印加されていない時、図５に示すように、バルブアーム１１は、排出ポート１２０を覆う位置にある。非フェイルセーフ構成では、バルブアーム１１にトルクが印加されていない時、図６に示すように、バルブアーム１１は、注入ポート１１８を覆う位置にある。矢印２２０および２２２は、夫々、カバー部材３１に対して回転する時のバルブアーム１１の回転を示している。

ここで図７を参照すると、バイメタル制御装置２４５を介して作動されかつ本発明の別の実施形態による、二重目的バルブまたはバルブアーム２４４を組み込んだ粘性流体継手装置９’の軸方向断面図が示されている。バイメタル制御装置２４５は、電磁回路とは対照的に、バルブアーム２４４を作動するために使用される。バイメタル制御装置２４５は、感温性であってもよいバイメタル制御素子２４６を含む。バイメタル制御素子２４６は、図示するように温度変化のみに応じて、上述したコントローラ１４８等、コントローラからの電気信号に応じて、またはそれらの組合せに応じて、バルブアーム２４４を作動してもよい。図示する実施形態では、バイメタル制御素子２４６は、軸２４８に結合されており、カバー部材３１’の動作室カバー部２５０の外側にある。制御素子の温度が上昇すると、制御素子の物理的配向が変化し、それによりバルブアームが回転する。Ｏリング２４２がバルブ軸２４８をカバー部材２５０に封止している。

本明細書ではバイメタルコイルとして示すバイメタル制御素子２４６は、伝導を通してエンジン温度を検知する。エンジン温度が上昇すると、バイメタル制御素子２４６が加熱され膨張するかまたは伸長し、それにより軸２４８およびバルブアーム２４４が回転する。これにより、ある量の粘性流体がリザーバ室３５’から動作室３３に入ることと動作室３３からリザーバ室３５’に出ることとの両方が可能になり、出力継手組立体１３’の係合の制御が可能になる。バイメタル制御素子２４６は、温度が低下すると、その元の形状まで収縮し、それにより、バルブ軸２４８およびバルブアーム２４４が反対方向に回転してデフォルト位置まで戻る。

当業者は理解するように、バイメタル制御素子２４６を膨張させかつ伸長させる閾値エンジン温度は、多数の要素によって決まる。たとえば、バイメタル制御素子２４６および概して流体継手装置のエンジンブロックに対する相対位置は、著しい影響を与える。さらに、バイメタル制御素子２４６の組成、厚さおよび形状もまた、関連する閾値温度に影響を与える。たとえば、素子は薄いほどより容易に膨張し回転する。このため、当業者は、流体継手装置の相対的な係合または係合解除を正確に制御されるエンジン温度で正確に制御することができる。

さらに、当業者は理解するように、流体継手装置の制御は逆転してもよく、その場合、ファン駆動装置は、本明細書で開示したようにフェイルセーフ「オフ」位置ではなくフェイルセーフ「オン」位置で維持される。

図１および図７の上記実施形態から、当業者は、さまざまな作動および起動回路およびシステムを使用して、流体継手装置の動作室に入りかつそこから出る流体の流れを制御してもよい、ということを理解することができる。また、さまざまな制御バルブを使用してもよい。図１および図７には回転制御バルブを示すが、軸方向、可変係合、オン／オフバルブおよび無限に調整可能な制御バルブを含む他の制御バルブを、本明細書で示し説明したものの代りにまたはそれに加えて利用してもよい。

ここで図８を参照すると、流体継手装置９または９’のうちの１つ等の流体継手装置の、その係合を含む動作を制御する方法を示す論理フローチャートが示されている。

ステップ３００において、バルブアーム１１および２４４のうちの１つ等、１つまたは複数のバルブアームを、作用を受けるまでデフォルト位置で維持する。ステップ３０２において、車両、エンジン、ならびにセンサ１５２および２００等の流体継手装置センサが、コントローラによって受け取られるセンサ信号を生成する。コントローラは、たとえばコントローラ１４８であってもよい。

ステップ３０４において、コントローラはバルブアームを作動させる。コントローラは、動作室３５または３５’等の動作室に流れ込む流体の量を計量し制限する。ステップ３０４Ａ１において、作動を、電磁回路１４６等の電磁回路を使用して行う。コントローラは、センサ信号に応じて制御信号を生成し、それは、作動回路１４０等の作動回路に渡される。ステップ３０４Ａ２において、作動を、バイメタル制御装置２４５等のバイメタル制御装置を使用して行う。バルブアームを、単に温度変化に応じて、またはコントローラから受け取られる制御信号に応じて作動させてもよい。ステップ３０４Ａ３において、作動を、センサ信号を利用してもよい本技術分野において既知である何らかの他の制御技法を使用して行う。

ステップ３０４Ｂ１において、流体の計量を、注入ポート１１４等の１つまたは複数の注入ポートを覆うかまたはその覆いを取ることによって制御する。流体継手装置のデフォルト構成に応じて、これにより、動作室へのかつ動作室からの流体の流れを増大させるかまたは制限することができる。たとえば、関連するバルブアームのデフォルト位置が注入ポートの上である場合、バルブアームの移動により流体流が増大する。一方、関連するバルブアームのデフォルト位置が排出ポートの上である場合、バルブアームの移動により動作室への流体流が制限される。

ステップ３０４Ｂ２において、流体の計量を、排出ポート１２２等、１つまたは複数の排出ポートを覆うかまたはその覆いを取ることによって制御する。同様に、これにより、動作室へのかつ動作室からの流体流を増大させるかまたは低減させることができる。流体継手装置構成に応じて、動作室へのかつ動作室からの流体流の計量を、排出ポートの開放サイズを制御することのみによって行ってもよい。かかる構成では、排出回路は、注入回路より優勢であるとみなされる。

ステップ３０６において、コントローラは、停止プロセスを開始し実行する。これは、流体継手係合がもはや望まれない場合、エンジンが停止する前かまたは停止する時、冷却がもはや望まれない場合、もしくは他の何らかの適当な条件が存在する場合に発生してもよい。ステップ３０６Ａにおいて、動作室入口ポート１１８等の動作室入口ポートを閉鎖する。この閉鎖は、チェックバルブ２１０等のチェックバルブの結果によってもよい。ステップ３０６Ｂにおいて、バルブアームはデフォルト位置まで回転する。

上述したステップは、単に例示的な例であるように意図されており、ステップを、用途に応じて逐次、同期して、同時に、または異なる順序で実行してもよい。

本発明により、流体継手調整中に注入することとは対照的に、排出システムまたは排出制御を使用することができる。排出量が高いほど、動作室ポンプ出力時間が改善される。また、動作室の外周注入と組み合わせて排出速度を制御することができることにより、調整安定性および頑強性が向上する。その裏付けとして、トルク生成とバルブ制御コマンド信号との遅延が最小限になる。

本発明を１つの実施形態に関連して説明したが、本発明はその実施形態に限定されないことが理解されよう。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれうるすべての代替物、変更形態および等価物を包含する。

Claims (32)

1. 流体継手装置用の係合システムであって、
   第１係合部材と、
   前記第１係合部材と動作する第２係合部材と、
   前記第１係合部材と前記第２係合部材との間に配置されてそれらによって少なくとも部分的に画定され、かつ
   少なくとも１つの入口ポートと、
   少なくとも１つの出口ポートと、
   を備える動作室と、
   前記動作室に流体連結される流体リザーバと、
   前記動作室と前記流体リザーバとの間に結合され、かつ前記少なくとも１つの出口ポートを通る流体流を調整する排出バルブと、
   を具備する、係合システム。
2. 前記動作室と前記流体リザーバとの間に連結され、かつ前記少なくとも１つの入口ポートを通る流体流を調整する注入バルブをさらに具備する、請求項１に記載の係合システム。
3. 前記排出バルブが、前記少なくとも１つの入口ポートのうちの少なくとも１つを通り、かつ前記少なくとも１つの出口ポートのうちの少なくとも１つを通る流体流を制御する、請求項１に記載の係合システム。
4. 前記排出バルブが電磁的に作動される、請求項１に記載の係合システム。
5. 前記排出バルブが電気的に作動される、請求項１に記載の係合システム。
6. 前記排出バルブがバイメタルコイルを含む、請求項１に記載の係合システム。
7. 前記少なくとも入口ポートおよび前記少なくとも１つの出口ポートが、前記動作室の指定制御部分において互いに近接している、請求項１に記載の係合システム。
8. 前記少なくとも１つの入口ポートを通る流体のドレインバックを防止するチェックバルブをさらに具備する、請求項１に記載の係合システム。
9. ハウジングと、
   前記ハウジング内で回転可能であり、かつ前記ハウジングと係合可能な入力ロータと、
   少なくとも部分的に前記ハウジングと前記入力ロータとの間に配置され、かつ
   少なくとも１つの入口ポートと、
   少なくとも１つの出口ポートと、
   を備える動作室と、
   前記動作室と流体連通する流体リザーバと、
   前記少なくとも１つの入口ポートおよび前記少なくとも１つの出口ポートを通る流体流を直接調整する少なくとも１つのバルブと、
   を具備する、流体継手装置。
10. 前記少なくとも１つのバルブが、前記少なくとも１つの入口ポートを通る流体流を調整する際、前記少なくとも１つの入口ポートと関連する少なくとも１つの入口開口のサイズを調整する、請求項９に記載の流体継手装置。
11. 前記少なくとも１つのバルブが、前記少なくとも１つの出口ポートを通る流体流を調整する際、前記少なくとも１つの出口ポートに関連する少なくとも１つの出口開口のサイズを調整する、請求項９に記載の流体継手装置。
12. 前記少なくとも１つの入口ポートが、前記動作室の外周に沿って配置される入口ポートを含み、前記少なくとも１つの出口ポートが、前記動作室の外周に沿って配置される出口ポートを含む、請求項９に記載の流体継手装置。
13. 前記少なくとも１つのバルブが、関連するデフォルト構成を有し、それにより前記少なくとも１つの入口ポートが開放し、前記少なくとも１つの出口ポートが閉鎖する、請求項９に記載の流体継手装置。
14. 前記少なくとも１つの入口ポートを通って前記動作室に戻る流体のドレインバックを防止するチェックバルブをさらに具備する、請求項９に記載の流体継手装置。
15. 前記チェックバルブが、前記ハウジングが回転する時に開放する、請求項１４に記載の流体継手装置。
16. 前記チェックバルブに電気的に結合され、かつ停止プロセス中に前記チェックバルブを閉鎖するコントローラをさらに具備する、請求項１４に記載の流体継手装置。
17. 流体継手装置の係合を制御する方法であって、
    少なくとも部分的に複数の係合可能部材間に配置される動作室への、流体リザーバへの流体流を制限するステップと、
    前記動作室の少なくとも１つの排出ポートを通る前記流体流を直接計量することにより、前記複数の係合可能部材の係合を制御するステップと、
    を含む、方法。
18. 前記流体流を計量するステップが、前記少なくとも１つの排出ポートの少なくとも１つの排出ポート開口に対するバルブの位置決めを制御することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記動作室の少なくとも１つの注入ポートを通る流体流を計量するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記動作室の少なくとも１つの注入ポートを通る流体流を計量するステップが、前記少なくとも１つの注入ポートの少なくとも１つの注入ポート開口に対するバルブの位置決めを制御することを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの注入ポートが完全に閉鎖されると、前記少なくとも１つの排出ポートを完全に開放するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
22. 前記少なくとも１つの注入ポートが完全に開放されると、前記少なくとも１つの排出ポートを完全に閉鎖するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
23. 前記複数の係合可能部材の係合を、前記少なくとも１つの注入ポートを通る流体流を直接制御することを介してではなく、前記少なくとも１つの排出ポートを通る流体流を直接制御することを介して調整するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
24. ハウジングと、
    前記ハウジング内で回転可能であり、かつ前記ハウジングと係合可能な入力ロータと、
    少なくとも部分的に前記ハウジングと前記入力ロータとの間に配置され、かつ複数のポートを備える動作室と、
    前記動作室と流体連通する流体リザーバと、
    前記ハウジング内に結合され、かつ前記流体リザーバと前記複数のポートとの間を半径方向に延在する少なくとも１つの溝であって、当前記流体継手装置を係合させるように流体を前記動作室内に向ける、少なくとも１つの溝と、
    を具備する、流体継手装置。
25. 前記少なくとも１つの溝が、
    注入溝と、
    排出溝と、
    を備える、請求項２４に記載の流体継手装置。
26. 前記動作室の内周の流体リザーバ出口ポートと、前記第１係合部材の外周に沿った入口ポートとの間に延在する注入溝を具備する、請求項２４に記載の流体継手装置。
27. 前記第１係合部材の外周に沿った動作室出口ポートと、前記動作室の内周の流体リザーバ入口ポートとの間に延在する排出溝を具備する、請求項２４に記載の流体継手装置。
28. 前記複数のポートのうちの少なくとも１つを通る流体流を直接調整する少なくとも１つのバルブをさらに具備する、請求項２４に記載の流体継手装置。
29. ハウジングと、
    前記ハウジング内で回転可能であり、かつ前記ハウジングと係合可能な入力ロータと、
    少なくとも部分的に前記ハウジングと前記入力ロータとの間に配置され、かつ複数のポートを備える動作室と、
    前記動作室と流体連通する流体リザーバと、
    前記ハウジングに連結され、かつ前記動作室内に流体を方向付ける少なくとも１つのワイパと、
    を具備する、流体継手装置。
30. 前記少なくとも１つのワイパが、流体を前記動作室から出るように方向付ける、請求項２９に記載の流体継手装置。
31. 前記少なくとも１つのワイパが、流体を前記動作室内に入るようにかつ前記動作室から出るように方向付ける単一ワイパを含む、請求項２９に記載の流体継手装置。
32. 前記ハウジングが、
    動作室入口ポートと、
    動作室出口ポートと、
    前記動作室入口ポートと前記動作室出口ポートとの間の前記ハウジングの外周に沿って延在する外部溝と、
    を備え、
    前記少なくとも１つのワイパが、前記動作室入口ポートと前記動作室出口ポートとの間に連結され、前記ハウジングが、回転すると、流体を前記少なくとも１つのワイパを介して前記動作室内に引き込みかつ前記動作室から出るように方向付ける、請求項２９に記載の流体継手装置。