JP2010514994A - 重負荷多速度ファンクラッチ用の機械的すべりフェールセーフシステム - Google Patents

Abstract

重負荷多速度クラッチ用のフェールセーフシステムは、クラッチパックを熱劣化から保護するクラッチ圧力管オリフィス回路内に連結された熱動弁を有する。クラッチのオイル温度が、熱劣化が発生する可能性のあるレベルに達すると、熱動弁は、最大動作圧力でのクラッチピストンシステム内への流れを可能にし、それによりクラッチ駆動装置を係合させ、クラッチを安全な状態まで冷却する。

Description

本発明は、自動車システムで使用されるもののような多速度ファンクラッチシステムに関する。より詳細には、本発明は、重負荷多速度ファンクラッチ用の機械的すべりフェールセーフシステムに関する。

粘性せん断型の流体継手装置（「ファン駆動装置」）は、主に、それを使用することによりエンジン馬力が実質的に節約されることになるため、エンジン冷却ファンを駆動するために長年にわたり普及してきた。典型的な流体継手装置は、冷却が必要な場合のみ、係合した、相対的に高速の状態で動作する。さらに、冷却がほとんどかまたは全く要求されない場合は、係合解除した、比較的より低速の状態で動作する。

現在、粘性流体ファンクラッチまたはファン駆動装置は、自動車エンジン冷却アセンブリで使用されており、さらなる応用が常に開発されている。ファンクラッチのファン速度を、内部ファンクラッチトルク伝達を制御することによって、より効率的な車両運転およびより優れた冷却に向けて制御することができる。

粘性流体ファンクラッチは、一般に、動力入力部材と動力出力部材とを有している。クラッチの動力入力部材は、エンジンによりまたは補助電源により駆動される。動力出力部材は、ファンを駆動して、冷却空気を、ラジエータ、オイルクーラおよびエアコンコンデンサの熱交換素子に通す。これらクラッチは、動力入力部材から出力部材までトルクを伝達するために粘性流体を使用する。これら装置の動作時、動力入力部材は、出力部材より高速で回転することが多い。それらの速度の差を、すべりと呼ぶ。すべりは、ファン駆動クラッチにおける動力損失を表し、極度の動作状態熱（ｅｘｔｒｅｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｈｅａｔ）の間に発生するすべり状況に対しフェールセーフシステムを提供する方法が、常に求められている。

粘性駆動装置は、常にある程度すべっており、それにより完全に係合したピーク動作速度でまたは最初に設計された速度より高速で回転することができなくなる。粘性駆動装置は、連続してすべっているため、摩擦クラッチアセンブリとは異なり、連続して熱を発生している。エンジン冷却が必要となるほど、より大きくかつコストのかかる粘性駆動装置および冷却ファンが必要となるため、粘性駆動装置にはさらに限界がある。したがって、エンジン冷却要求が増大すると、粘性駆動装置はサイズおよびコストにおいて非実用的になる可能性がある。

エンジン冷却要求が増大しているため、現在、従来のファン駆動システムより冷却量が増大するだけでなく、粘性駆動装置の関連する欠点なしに上述したような関連する利点を有することが可能な、ファン駆動システムが望まれている。また、ファン駆動システムは、サイズおよびコストが、従来のファン駆動システムとおよそ同様であるように、好ましくはそれを超えないように、実際的かつ妥当であることも望ましい。本発明は、これらを目的としている。

重負荷多速度ファンクラッチ用のフェールセーフシステムは、クラッチパックを熱劣化から保護するクラッチ圧力管オリフィス回路内に連結されている熱動弁を有する。クラッチのオイル温度が、熱劣化が発生する可能性のあるレベルに達すると、熱動弁は、最大動作圧力でのクラッチピストンシステム内への流れを可能にし、それによりクラッチ駆動装置を係合させ、クラッチを安全な状態まで冷却する。熱動弁は、熱スイッチ又はセンサとすることができる。

本発明を、さまざまな構成および用途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、それに関連して説明する。

本発明の他の特徴、利益および利点は、本発明の以下の説明を、添付図面および添付の特許請求の範囲に従って検討することによって明らかとなろう。

本発明がより完全に理解されるために、ここで、添付図面により詳細に示されておりかつ本発明の例として以下に説明されてい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液圧制御ファン駆動システムを利用する車両の斜視図である。 本発明の一実施形態による液圧制御システムの断面図である。 本発明の好ましい一実施形態による、閉鎖位置にある圧力逃し弁を利用する液圧制御システムの一部の断面図である。 本発明の好ましい一実施形態による、開放位置にある圧力逃し弁を利用する液圧制御システムの一部の断面図である。 本発明の一実施形態を概略的に開示する。

以下の図面では、同じ参照数字を用いて同じ構成要素を参照する。本発明を、ファンクラッチフェールセーフシステム１３用の方法およびシステムに関して説明するが、本発明を、車両システム、冷却システム、ファン駆動システム、摩擦駆動システムまたは他のシステムを含むさまざまなシステムに適合させかつ適用することができる。

以下の説明では、１つの構成された実施形態に対して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。これら所定のパラメータおよび構成要素は、例として含まれており、限定するように意図されるものではない。

また、以下の説明では、さまざまなファン駆動装置構成要素およびアセンブリを、例示的な一例として説明している。用途に応じて、ファン駆動装置構成要素およびアセンブリを変更することができる。

ここで図１を参照すると、本発明の一実施形態によるファンクラッチフェールセーフシステム１３（図２、図３Ａおよび図３Ｂにさらに示す）を有するファンクラッチシステム１２を利用する車両１０の斜視図が示されている。システム１２は、率が上昇する液体冷却エンジン１４からの回転エネルギーを使用して、ラジエータ１８に空気流を提供するためにラジエータ冷却ファン１６を回転させる。システム１２は、プーリ２２に固定されているハウジングアセンブリ２０を有し、プーリ２２は、エンジンルーム２５内で、一対のベルト２４を介して、エンジン１４のクランクシャフト（図示せず）に結合されかつそれに対して回転する。当然ながら、本発明は、さまざまな構成要素に関連して、かつタイミングチェーン等、任意の数のベルトまたは他の連結装置を介して、相対的に動作可能であり得る。

ハウジングアセンブリ２０は、取付ブラケット２６を介してエンジン１４に取り付けられている。ハウジングアセンブリ１０は、所望の冷却間隔中に液圧式にファン１６を係合させて、エンジン１４の温度を低下させるかまたは後述する他のタスクを実行する。ファンクラッチフェールセーフシステム１３は、システム構成要素の熱劣化をさらに防止するためにファンクラッチシステム１２に含まれている。

ファン１６を、当該技術分野において一般的に既知であるような任意の好適な手段によって、ハウジングアセンブリ２０に取り付けることができる。しかしながら、本発明の使用は、以下に特に言及する以外は、システム１２またはファン取付機構のいかなる構成にも、あるいはシステム１２に対するいかなる特定の用途にも限定されない、ということが理解されるべきである。

ここで図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明の一実施形態によるシステム１２の断面図の第１部分および第２部分が示されている。システム１２は、ファンクラッチフェールセーフシステム１３と、入力回路３０と、ハウジングアセンブリ２０と、ピストンアセンブリ３４と、機械的部分３８を有する係合回路３６と、電気的部分４０と、可変冷却・潤滑回路４２と、を有している。

重負荷多速度クラッチ１６用のフェールセーフシステム１３は、クラッチ圧力管オリフィスシステム２２１内に連結されている一対の熱動弁２１８、２１９を有しており、クラッチ圧力管オリフィスシステム２２１は、クラッチパック１５６を熱劣化から保護するクラッチ圧力管１５２に連結されている。クラッチ１６のオイル温度が、熱劣化が発生する可能性のあるレベルに達すると、熱動弁２１８がクラッチピストン領域またはピストンシステム１１６内への最大動作圧力での流れを可能にし、それにより、クラッチ板アセンブリ１３４のクラッチ駆動装置を係合させ、クラッチ１６を安全な状態まで冷却する。

圧力管オリフィスシステム２２１は、第１弁路２２６および第２弁路２２８に至る入口２２４を画定するハウジング２２２を有している。言い換えれば、圧力管オリフィスシステム１５２は、ブラケットアセンブリ２６に連結されており、ブラケットアセンブリ２６からのオイル流を受け取る流れ分岐部（ハウジング２２２、入口２２４、第１弁路２２６、第２弁路２２８）を有している。

第１弁路２２６は、入口２２４からオイル流を受け取る第１電磁弁制御オリフィス２３０を画定している。第１オリフィス２３０は、第１電磁弁２３２によって制御され、第２電磁弁２３２を、それに対する制御ロジックを含む流体コントローラ１１８によって制御することができる。

第２弁路２２８は、流れ分岐部からオイル流を受け取る第２電磁弁制御オリフィス２３４（第２オリフィス）を画定している。第２オリフィス２３４は第２電磁弁２３６によって制御され、第２電磁弁もまた流体コントローラ１１８によって制御することができる。

ピストンシステム１１６は、第１弁路２２６または第２弁路２２８のうちの少なくとも一方からピストンシステム１１６内へのオイル流圧力の増大に応じて係合するクラッチ駆動装置を有している。

第１熱動弁２１８（バイメタルコイル弁）が、ハウジング２２２内で入口２２４と第１ソレノイド制御オリフィス２３０との間に連結されており、それにより、熱温度が所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それによって、ピストンシステム１１６内へのオイル流圧力を変化させる。第１熱動弁２１８は、低温の場合、第１オリフィスへのオイル流を可能にし、高温の場合、完全に係合することによって流れを阻止する。第１熱動弁２１８は、その熱温度が所定量を下回るまで完全に係合したままである。

第２熱動弁２１９（バイメタルコイル弁）は、第１熱動弁と同様に、ハウジング２２２内で入口２２４と第２ソレノイド制御オリフィス２３４との間に連結されており、それにより、熱温度が所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それによって、ピストンシステム１１６内へのオイル流圧力を変化させる。第２熱動弁２１９は、低温の場合、第２オリフィス２３４へのオイル流を可能にし、高温の場合、完全に係合することによって流れを阻止する。第２熱動弁２１８は、その熱温度が所定量を下回るまで完全に係合したままである。

入力回路３０は、ハウジングアセンブリ２０に対して回転エネルギーを提供する。係合回路３６は、ハウジングアセンブリ２０を、ピストンアセンブリ３４を介してファンシャフト４４に係合させることにより、ファン１６を回転させる。ファン１６を、ファンシャフト４４内に挿入されているスプライン４６を介して、またはファンハブ４７に連結する等、当該技術分野において既知である他の技法により、ファンシャフト４４に連結することができる。ファンシャフト４４は、図示するように単体であってもよく、またはファンシャフト部とクラッチシャフト部とに分割されてもよい。可変冷却回路４２は、ハウジングアセンブリ２０内の部品を通して液圧流体４８を分散させ、それによりそれらを冷却し潤滑する。液圧流体は、オイルベース流体であってもよく、または当該技術分野において既知である同様の流体であってもよい。

入力回路３０は、一組のプーリベアリング５０上で取付ブラケット２６を中心に回転するプーリ２２を有している。プーリベアリング５０は、プーリ２２の段付き内部流路５４内のプーリベアリング切欠き５２と、プーリ２２の内壁６０のプーリリングスロット５８内に延在するプーリベアリング保持リング５６と、の間に保持されている。プーリ２２は、当該技術分野において既知であるようなさまざまなタイプおよび方式のものであり得る。内部流路５４は、ハウジングアセンブリ２０の第１中心開口６２に対応している。液圧流体４８は、中心開口６２を通って内部流路５４内に流れ込み、ベアリング５０を冷却しかつ潤滑する。ハウジングアセンブリ２０内で液圧流体４８を保持するために、内部流路５４内のプーリ２２のエンジン側６６に第１シール６４がある。

ハウジングアセンブリ２０は、ダイカスト本体部材７０とダイカストカバー部材７２とを有しており、それらを、ダイカスト部材７０およびカバー部材７２の外縁７４の溝７３を通るボルト（図示せず）によって、互いに固定することができる。ダイカスト部材７０およびカバー部材７２を、当該技術分野において既知である他の方法を使用して互いに固定することも可能である。本発明は、鋳造されたカバー部材と使用することに限定されず、打抜き加工されたカバー部材等、他の部材と使用することも可能である、ということが理解されるべきである。ハウジングアセンブリ２０は、カバー部材２０を通ってプーリ２２の指定された固定具孔７６内に延在する固定具（図示せず）を介して、プーリ２２に固定されている。ハウジングアセンブリ２０は、プーリ２２と直接関連して回転し、ハウジングアセンブリ２０とファンシャフト４４との間に存在するハウジングベアリング７８に乗っている。ハウジングベアリング７８は、ハウジングアセンブリ２０内で本体部材７０の対応するハウジングベアリング切欠き８０と、ハウジングリングスロット８４内に延在するハウジングベアリング受けリング８２と、の間で保持されている。

液圧流体４８がハウジングベアリング７８を循環し、冷却し、潤滑することができるように、本体部材７０に第２中心開口８６がある。液圧流体４８をハウジングアセンブリ２０内に保持するために、ハウジングアセンブリ２０のファン側９０に第２シール８８がある。

本体部材７０は、液圧流体４８を収容する流体リザーバ９２を有している。冷却フィン９４が本体部材７０の外側９６に連結されており、液圧流体４８から熱を除去し、それをエンジンルーム２５内に放出することにより、熱交換器として機能する。カバー部材７２を、当該技術分野において既知であるさまざまな方法を使用して本体部材７０に固定することができる。ハウジングアセンブリ２０のさらなる説明については、参照により本明細書に援用される「成形冷却ファン（Ｍｏｌｄｅｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｆａｎ）」と題する米国特許出願第０９／７１１，７３５号明細書を参照されたい。なお、ファン１６を、本体部材７０に取り付けられているように示すが、カバー部材７２に連結することも可能である。

ピストンアセンブリ３４は、分配ブロック１０２に堅固に連結されているピストンハウジング１００を有しており、分配ブロック１０２はブラケット２６の第１端１０４に堅固に連結されている。分配ブロック１０２は、ファンシャフトベアリング１０６に連結されており、ファンシャフト４４の第２端１０８を中心とする回転を可能にする。ピストンハウジング１００は、主ピトー管流路１１０を有しており、それは、液圧流体４８の並進ピストン１１６および液圧流体コントローラ１１８それぞれへの流れのためのピストン分岐１１２およびコントローラ分岐１１４を有している。ピストン１１６は、ハウジング１００のトロイド状流路１２０内に連結されており、それぞれ圧力ポケット１２６および駆動装置ポケット１２８がある圧力側１２２および駆動側１２４を有している。ピストンは、中心軸１３０に沿って並進することにより、ピストン分岐１１２からの液圧流体圧力を介してハウジングアセンブリ２０をファンシャフト４４に係合させる。

係合回路３６は、液圧流体供給回路１３２、クラッチ板アセンブリ１３４、戻りアセンブリ１３６および制御回路１３８を有している。液圧回路１３２は、ピストン１１６に圧力を加えることにより、エンドプレート１４０（エンドプレート１４０とピストン１１６との間の分離ベアリング１４２上に乗っている）を、クラッチ板アセンブリ１３４内のクラッチ板１４４に接するように駆動し、ファン１６を係合させる。制御回路１３８は、ピストン１１６の動作とファン１６の係合とを制御する。当然ながら、いかなる数のクラッチ板を使用することも可能である。また、ファン１６を係合させるために一連のクラッチ板を利用しているが、当該技術分野において既知である他の係合技法を利用することも可能である。

液圧回路１３２は、相対的高温空隙側１４８を、流体リザーバ９２および圧力ピトー管１５２の相対的低温空隙側１５０から分離するバッフル１４６を有することができる。圧力管１５２は、管状の形状で示されているが、さまざまなサイズおよび形状であってもよい。圧力管１５２は、低温側１５０内から液圧流体４８を受け取り、流体４８がハウジングアセンブリ２０の回転から流れることにより係合回路３６に対して冷却を提供し、流体４８を、ハウジングアセンブリ２０の内縁１５４にわたって放射状パターンで支持する。圧力管１５２は、主流路１１０内に堅固に連結されており、したがって固定されている。流体４８は内縁１５４の周囲を循環しているため、流体４８の一部は圧力管１５２に入り、ピストン１１６の圧力側１２２に圧力を加える。流体４８により圧力管１５２内に発生した速度差を、式１として示すベルヌーイの法則に従って表すことができる。

式１を使用して、クラッチ板アセンブリ１３４に対する結果としての速度Ｖが、速度圧Ｐ、密度ρおよび重力ｇに関して表される。したがって、ハウジングアセンブリ２０の回転速度が上昇すると、後述するように、クラッチアセンブリ１３４に加えられる圧力もまた増大し、ファン１６の可変駆動速度が提供される。圧力管１５２内の圧力Ｐは、速度Ｖの二乗に比例して変化し、ファン１６のトルクもまた速度Ｖの二乗で変化するため、ファン１６は、入力速度すなわち速度Ｖのおよそ比例する一定割合で回転する。

ファン１６は、圧力管１５２内の比例圧力により可変駆動速度を有するため、アイドル状態の間等、低エンジン速度では、低速で回転している。エンジン１４の電源がオフとなると、従来技術によるシステムとは異なり、ファン１６には、ベルト２４によって吸収され得る最小トルクが存在する。従来のファンクラッチシステムでは、ファンは、回転すなわち係合している時、通常、高速で回転している。エンジンの電源がオフとなると、従来のファンおよびファンクラッチシステムに存在するトルクはエンジンベルト内に伝達され、ベルトを劣化させかつベルトに損傷を与える。従来のシステムによっては、点火システムの電源がオフとなると、エンジンの電源がオフとなる前にファンクラッチシステムが係合解除するように、電子制御装置を組み込んでいる。追加の電子制御装置により、複雑性およびコストが加わる。また、一般に、点火装置の電源がオフとなった後のある期間、エンジンを運転させ続けることは望ましくない。本発明は、上述したようなファンクラッチシステムの比例ファン回転速度設計により、追加の電子装置およびファンクラッチシステムの初期係合解除を不要にする。

クラッチ板アセンブリ１３４は、ドラムハウジング１５８内にクラッチパック１５６を有している。クラッチパック１５６は、ドラムハウジング１５８に連結された第１列１６０とファンシャフト４４に連結された第２列１６２とに分離される複数のクラッチ板１４４を有している。ピストン１１６は、エンドプレート１４０を駆動して、クラッチ板１４４に圧力を加え、それによりファン１６が係合する。ファンシャフト４４は、ファンシャフトチャンバ１６６と内部ドラムチャンバ１６８との間に延在してそれらの中の流体４８の通過を可能にする、複数の冷却通路１６４を有している。ドラムチャンバ１６８に入った後の流体４８は、板１４４を横切って直接冷却し、ドラムハウジング１５８のスロット１７０を通って流体リザーバ９２に戻る。スロット１７０は、さまざまなサイズおよび形状であってもよく、中心軸１３０に対してさまざまな向きであってもよい。冷却通路１６４は、中心軸１３０に対して垂直に延在しているように示しているが、スロット１７０と同様に中心軸１３０に対して平行に延在してもよい。

戻りアセンブリ１３６は、一組の戻りばね１７２およびばね受け１７４を有している。ばね１７２は、ファンシャフトチャンバ１６６内にあり、ファンシャフト４４とばね受け１７４との間に連結されている。ばね受け１７４は、「Ｌ」字型の１／４断面を有し、駆動側１２４とエンドプレート１４０との間に連結されている。ばね１７２は、圧縮されており、圧力側１２２の流体圧力が所定レベルを下回ると、クラッチ板１４４を係合解除するように、ピストン１１６に力を加える。

制御回路１３８は、分配ブロック１０２、流体コントローラ１１８および主コントローラ１７６を有している。分配ブロック１０２は、流体コントローラ１１８のタイプおよび方式に応じてさまざまな構成を有することができ、１つのみが示されている。分配ブロック１０２は、コントローラ分岐１１４に連結されている戻り流路１７７を含む。流体コントローラ１１８は、ブロック１０２の主中心流路１７８に連結され、戻り流路１７７を通る流体流を調整してもよく、ブラケット２６内に連結されていてもよく、またはブロック１０２およびブラケット２６の外部であってもよい。流体コントローラ１１８がブラケット２６内に連結されているかまたはブラケット２６の外部である場合、管（図示せず）が、コントローラ分岐１１４から流体コントローラ１１８に、主中心流路１７８を介して、外部に連結されている場合はおそらくブラケット２６の中心部１８０を介して、連結しかつ延在することができる。図示するように、流体コントローラ１１８は、戻り流路１７７を介して、コントローラ分岐１１４を通り主中心流路１７８を横切る流体流を調整し、その後、流体はリザーバ９２に戻る。コントローラ分岐１１４を通る流体流を調整する際、流体コントローラ１１８は、ピストン１１６によって受け取られる圧力を調整する。流体コントローラ１１８が、コントローラ分岐１１４を通る流体流を低減する場合、ピストン分岐１１２およびピストン１１６における圧力が増大する。

流体コントローラ１１８は、電子的に、機械的に、またはそれらの組合せにより、流体圧力を調整することができる。流体コントローラ１１８は、電子的に制御される定比弁として示すが、当該技術分野において既知であるさまざまなタイプおよび方式のものであってもよい。流体コントローラ１１８は、ソレノイド、バイメタルコイルデバイス、弁の形態、または流体コントローラの他の何らかの形態であってもよい。流体コントローラ１１８は、流体流をいつ変更すべきかを確定する内部ロジックまたは反応メカニズムを有することができ、または図示するように、かかる判断を行う別個のコントローラに連結されていることも可能である。流体コントローラ１１８は、電源信号を受け取らない時、すなわちデフォルトモードの時、閉鎖状態であって、それによりピストン１１６の圧力を増大させクラッチ板１４４を係合させることが好ましい。したがって、エンジン１４が動作状態である時、流体コントローラ１１８は、非動作状態にある場合であってもデフォルトとして閉鎖状態になり、冷却を提供する。閉鎖状態がデフォルトであることにより、システム１２の診断テストが、単に流体コントローラ１１８が電源信号を受け取らないようにする（コントローラ１１８のプラグを電気的に抜くことによって容易に達成され得る）か、または診断ツールまたはコントローラ（図示せず）を使用することによって、容易に達成される。

主コントローラ１７６は、さまざまなエンジン動作センサ１７９に電気的に連結されており、システム１２内に収容されていてもよく、または図示するようにシステム１２と別個であってもよい。主コントローラ１７６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、マイクロコントローラベースであることが好ましい。主コントローラ１７６は、中央車両主制御ユニット、対話式車両動特性モジュール（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｍｏｄｕｌｅ）、冷却システムコントローラの一部であってもよく、または図示するようにスタンドアロンコントローラであってもよい。主コントローラ１７６は、冷却が望まれる時および望ましい冷却の量等の情報を含む冷却信号を、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流またはアナログ電流の形式で生成する。

電流がコントローラ１７６からコイル２５０内を流れる時、磁束が発生し、それは、電機子２３６、エアギャップ２４７、磁極片２４６、磁束管２５４および弁本体２４０内に広がる。発生した磁束により、電機子アセンブリ２３２はばね２５０に向かって軸方向に移動するように付勢され、その移動の量は、発生する磁束のサイズによって決まる。図３Ｂに示すような弁２３４の右方向の移動により、排出口２４８の封止が解かれ（開放位置としても知られる）、そこで流体４８がピトー管１５２から管状領域２４３を通って排出口２４８から液圧回路１３２に漏出することができ、そこで液圧流体４８は流体リザーバ９２に戻る。これにより、ピトー管１５２内の流体圧力が低下する。排出の結果としてピトー管１５２の流体圧力が低下することにより、ピストン１１６がクラッチパック１５６から離れる方向に移動することができ、そこで板１４４が係合解除し、ファン１６の回転速度が低下する。

当然ながら、図３Ｂは、完全開放位置にある電機子アセンブリを示しているが、コイルに送られる電流の強度に応じて、任意の数の中間部分開放位置を達成することができる。したがって、弁２３４が部分的に排出口を封止していない部分開放位置により、流体圧力をより精密に制御することができる。

ＰＷＭシステム設計には、逃し弁アセンブリ２２５の平均「開放」時間を制御するデューティサイクルの制御が必要である。ファン駆動装置の固有のアキュムレータ効果により、弁アセンブリ２２５が閉鎖している時、圧力を上昇させることができ、弁アセンブリ２２５が開放している時、圧力を低下させることができる。ピストン１１６およびクラッチパック１５６に対して周期的流体圧力が平均化され、その結果、出力シャフトに対するトルクが制御される。

アナログシステム設計は、ＰＷＭ設計と実質的に同様に動作するが、周期的流体圧力を「平均化」しない。代りに、ソレノイド設計は、所与の電流信号に対して所与の流速を提供する。この設計では、組込みコントローラまたは主コントローラ１７６に対して何らかのタイプの弁位置フィードバックが必要である。

図２、図３Ａおよび図３Ｂにはまた、本発明の別の実施形態による内部温度保護装置２７０も示されている。装置２７０は、排出口２４８によって形成される空隙内にかつ磁束管２５４内に配置されている。装置は、双方向ダイオードパック２５６および抵抗器２５８に電気的に連結されており、それらはまた、コイル２５０および主コントローラ１７６と直列に電気的に連結されている。

装置２７０は、液圧流体４８の温度が所定温度レベルを超えた時に、電流が主コントローラ１７６からコイル２５０に流れないようにするという意味で感温性である。これにより、アセンブリ２２５は閉鎖位置に維持され、圧力管１５２内の流体の大部分が、ピストン分岐を通るように向けられ、板１４４を完全に係合させることができる。板１４４を完全に係合させることにより、板１４４間にすべりが存在せず、板１４ならびに流体４８およびシステム１２の温度が低下する。

上述したように、逃し弁アセンブリ２２５はまた、使用中にファンアセンブリへの損傷を防止するように設計された別個のフェールセーフメカニズムを利用する。ピトー管１５２内の流体圧力は、通常動作中に上昇すると、管状領域２４３を通して弁２３２の端部２６６に圧力を加える。一定の閾値圧力で、流体圧力は、ばね２６０の力を十分に上回り、弁２３２をばね２５０に向かって軸方向に開放位置まで付勢し、それにより、ピトー管１５２内の流体４８の一部が、管状領域２４３および排出口２４４を通って漏出し、流体リザーバ９２に戻ることができる。弁アセンブリ２２５は、ピトー管１５２内の流体圧力が所定閾値圧力以下のレベルとなるような時まで開放位置であり続ける。したがって、この軸方向移動は、コイル２８０が電気的に作動されていない場合であっても発生することができる。

当然ながら、当業者が理解するように、閾値圧力は、弁２３２に排出口２４８を覆わせるばね２６０の強度によって決まる。ばね２６０の強度が高いほど、排出口２４８を露出させるために高い流体圧力が必要となる。したがって、必要な閾値圧力排出が低いシステムほど、弱いばねを利用することになる。したがって、ばね２６０のサイズおよび強度を制御することにより、逃し弁アセンブリ２２５を、高いファン速度でのシステム１２に対する損傷を防止するように、任意のファン速度に対応する任意の所定閾値圧力で開放するように設定することができる。

本発明は、従来技術によるファン駆動システムに対して内部冷却能力が向上したファン駆動システムを提供する。本発明は、より高いエンジンｒｐｍ速度での係合を周期的に繰り返すことができ、係合の度合が可変であり、完全に係合するかまたは完全に係合解除することが可能な、摩擦クラッチアセンブリと粘性駆動装置との両方の利点を組み込んでいる。ファン動作速度が可変であることにより、本発明は、車両燃料の利用をより効率的にし、エンジン冷却をより一定にし、ラジエータ冷却ファンが完全係合モードで動作している時間を短縮する。

さらに、本発明は、ピトー管を使用することにより、全体として単一ハウジングアセンブリに含まれる安価な係合回路および冷却・潤滑回路を提供する。本発明はまた、主コントローラが非動作である時に、デフォルトとして係合状態すなわちファン動作状態になることができるという点でフェールセーフ機能を提供する。

さらに、本発明は、完全な係合速度が不要である場合に、完全係合速度ではなく複数の選択されたかまたは所定のより低速な部分的係合速度で液圧的にラジエータ冷却ファンを係合させることができることにより、ファン駆動システム動作ノイズを最小限にする。

また、本発明は、アナログまたはパルス幅変調作動を介して、ファンを係合させるために使用されるピトー管内の流体圧力を制御する、精密な電子回路を提供する。

本発明はまた、いかなるタイプの動作中にも、ピトー管内の流体圧力を最大閾値流体圧力に制限して、流体圧力上昇中にファン、最も重要なことにはカバー／ハウジング構造を損傷から保護するのに役立つようにすることにより、さらなるフェールセーフ方法を提供する。

本発明を一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。反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれ得るすべての代替形態、変更形態および等価形態を包含する。

Claims (20)

1. ピストンシステムと、前記ピストンシステム内への粘性流体流圧力の変化に応じて係合する応答する駆動装置と、を有する車両システム用のクラッチフェールセーフシステムであって、
   入口を画定するハウジングを備え第１弁路に連結される圧力管オリフィスシステムを備え、
   前記第１弁路が前記入口から粘性流体流を受け取る第１オリフィスを画定し、前記駆動装置が、前記第１弁路から前記ピストンシステム内への粘性流体流圧力の変化に応じて係合し、
   前記ハウジング内で前記入口と前記第１オリフィスとの間に連結される第１熱動弁であって、熱温度が所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それにより前記ピストンシステム内への前記粘性流体流圧力を変化させる、第１熱動弁をさらに備える、クラッチフェールセーフシステム。
2. 前記第１オリフィスを制御する第１ソレノイドをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記圧力管オリフィスシステムが第２弁路をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第２弁路が、前記入口から前記粘性流体流を受け取る第２オリフィスをさらに画定する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記駆動装置が、前記第１弁路または前記第２弁路のうちの少なくとも一方から前記ピストンシステム内への粘性流体流圧力の変化に応じて係合する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第２オリフィスを制御する第２ソレノイドをさらに備える、請求項５に記載のシステム。
7. 熱温度が前記所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それにより前記ピストンシステム内への前記粘性流体流圧力を変化させるように、前記ハウジング内で前記入口と前記第２オリフィスとの間に連結される、第２熱動弁をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
8. 前記ピストンシステムに連結されかつそこからの前記粘性流体流を受け取るブラケットアセンブリをさらに備え、前記圧力管オリフィスシステムが、前記ブラケットアセンブリに連結されかつそこから前記粘性流体流を受け取る、請求項１に記載のシステム。
9. 前記第１熱動弁がバイメタルコイルを含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記駆動装置がファンを駆動する、請求項１に記載のシステム。
11. 前記ピストンシステム内へのオイル流圧力の増大に応じて係合するクラッチ駆動装置を備えるピストンシステムと、
    前記ピストンシステムからオイル流を受け取る流れ分岐部を備える圧力管オリフィスシステムと、
    前記流れ分岐部から前記オイル流を受け取る第１電磁弁制御オリフィスを画定する第１弁路と、
    前記流れ分岐部から前記オイル流を受け取る第２電磁弁制御オリフィスを画定する第２弁路と、
    熱温度が前記所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それにより前記ピストンシステム内への前記オイル流圧力を増大させかつ前記クラッチ駆動装置を係合させるように、前記流れ分岐部と前記第１電磁弁制御オリフィスとの間に連結された、第１熱動弁
    を備える、クラッチフェールセーフシステム。
12. 熱温度が前記所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それにより前記ピストンシステム内への前記オイル流圧力を変化させるように、前記流れ分岐部と前記第２オリフィスとの間に連結された、第２熱動弁をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記熱動弁がバイメタルコイルまたは熱センサを含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ピストンシステムに連結されかつそこから前記粘性流体流を受け取るブラケットアセンブリをさらに備え、前記圧力管オリフィスシステムが、前記ブラケットアセンブリに連結されかつそこから前記粘性流体流を受け取る、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記クラッチ駆動装置がファンを駆動する、請求項１１に記載のシステム。
16. 前記第１電磁弁制御オリフィスと前記第２電磁弁制御オリフィスとを制御するコントローラをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記第１熱動弁が、低温の場合に前記第１オリフィスへの前記流れを可能にし、高温の場合に完全に係合することによって前記流れを阻止し、前記熱温度が前記所定量を下回るまで完全に係合し続ける、請求項１１に記載のシステム。
18. エンジン冷却ファンを駆動する重負荷多速度クラッチシステムであって、
    前記ピストンシステム内へのオイル流圧力が増大した場合にそれに応じて係合するクラッチ駆動装置を備えたピストンシステムと、
    前記ピストンシステムに連結されかつそこからオイル流を受け取るブラケットアセンブリと、
    前記ブラケットアセンブリに連結され、かつ入口を通して前記オイル流を受け取る流れ分岐部を備える圧力管オリフィスシステムと、
    を備え、
    前記流れ分岐部が第１弁路および第２弁路を部分的に封入するハウジングを備え、
    前記第１弁路が前記入口から前記オイル流を受け取る第１電磁弁制御オリフィスを備え、
    前記第２弁路が前記入口から前記オイル流を受け取る第２電磁弁制御オリフィスを画定し、
    熱温度が所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それにより前記ピストンシステム内への前記オイル流圧力を増大させかつ前記クラッチ駆動装置を係合させるように、前記ハウジング内で前記入口と前記第１電磁弁制御オリフィスとの間に連結された第１バイメタル弁と、
    熱温度が前記所定量を超えた場合にそれに応じて完全に閉鎖し、それにより前記ピストンシステム内への前記オイル流圧力を変化させるように、前記ハウジング内で前記入口と前記第２オリフィスとの間に連結された前記第２バイメタル弁と、
    をさらに備える、クラッチシステム。
19. 前記第１電磁弁制御オリフィスと前記第２電磁弁制御オリフィスとを制御するコントローラをさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記第１バイメタル弁が、低温の場合に前記第１オリフィスへの前記流れを可能にし、高温の場合に完全に係合することによって前記流れを阻止し、前記熱温度が前記所定量を下回るまで完全に係合し続ける、請求項１８に記載のシステム。