JP2014500824A - 空気吸入口用調節装置、調節装置を用いて空気吸入口を調節する方法及び調節装置を有する空気吸入口が設けられた自動車 - Google Patents

Abstract

少なくとも、空気吸入口がほぼ開放された第１位置と、空気吸入口がほぼ閉鎖された第２位置と、の間で自動車におけるエンジン区画の空気吸入口を調節するための調節装置であって、少なくとも第１位置と第２位置との間で空気吸入口を調節するための駆動ユニットを備え、問題が生じた場合に、空気吸入口を所定位置へ導くために空気吸入口を調節するように構成された補助ユニットであって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を備える、補助ユニットをさらに備えることを特徴とする調節装置。

Description

本発明は、自動車におけるエンジン区画の空気吸入口のための調節装置に関する。

一般的に、自動車には、１つ以上の空気吸入開口部を備えた空気吸入口が設けられている。空気吸入口は、通常、稼働中の自動車のエンジンを冷却するために用いられている。通常、空気吸入口は、自動車の前方部においてエンジンの前方に設置されている。通常、エンジンは、冷却液、例えば水またはオイルにより冷却される。これら冷却液は、熱交換器内、例えばラジエータ内で空気で冷却される。空気吸入口を通った空気流は、自動車におけるエンジン区画のラジエータへ全体的または部分的に案内されて、冷却液を介して間接的にエンジンを冷却する。空気吸入口を開放位置と閉鎖位置との間で調節することが可能である、調節可能な構造のエンジン区画の空気吸入口を形成することが公知である。

空気吸入口の閉鎖位置では、車輌の空気抵抗が下げられ、このことは、エンジンの燃費に対して有効である。さらに、エンジンの効率、燃費及び二酸化炭素排出量に関し、自動車のエンジンは最適な稼動温度を有しており、この最適な稼動温度は、通常、大気温度よりも高い。そして、閉鎖された空気吸入口は、エンジンが低温である場合にも、燃費に対して有効である。また、空気吸入口を開放させて運転する間に、エンジンの温度は、最適な稼動温度以下まで下がることがあり、このため、燃費が増大する可能性がある。また、最適な稼動温度より高い稼動温度では、エンジンの燃費が増大する可能性がある。

従って、調節可能な構造の空気吸入開口部を形成することは有利である。このために、空気吸入口は、通常、駆動ユニットを備えた調節装置と結合されている。駆動ユニットを用いて、空気吸入口は、閉鎖され且つ開放されることができる。空気吸入口が閉鎖された場合、エンジンの稼動温度が高温まで急激に上がったときに、空気吸入口は、十分な冷却を提供するために再び開放されることができる。閉鎖されているときに調節装置が故障した場合、空気吸入口を開放したままにしようとする解決法が公知である。

そこで、特許文献１は、巻戻しシャフト回りに巻戻し可能なブラインドを用いて閉鎖することができる空気吸入口を開示する。この調節装置は、ブラインドの開放中及び閉鎖中それぞれの場合に緩められ且つ開放位置に付勢されるバネを備えている。冷却液が過度に高い稼動温度である場合及び駆動ユニットの故障時には、ブラインドは、バネの影響を受けて開放位置に導かれる。

上述した調節装置の欠点は、ばねが、ブラインドの閉鎖時に毎回張力をかけられることである。従って、電気モータは、過度に重い構造となる。ばねが張力をかけられている間に電気モータが徐々に大きな荷重をかけられるので、モータの騒音が変化する。これは、不快に感じさせる可能性がある。また、機構は、比較的大きく、複雑であり且つコストがかかる。

独国特許出願公開第３７０１５８４号明細書

本発明の目的は、上述した欠点の少なくとも１つを解消する上述した型の調節装置を提供することである。

そのために、本発明は、少なくとも、空気吸入口がほぼ開放された第１位置と、空気吸入口がほぼ閉鎖された第２位置と、の間で自動車におけるエンジン区画の空気吸入口を調節するための調節装置であって、少なくとも第１位置と第２位置との間で空気吸入口を調節するための駆動ユニットを備え、問題が生じた場合に、空気吸入口を所定位置へ導くために空気吸入口を調節するように構成された補助ユニットであって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を備える、補助ユニットをさらに備えることを特徴とする調節装置を提供する。

ここで言う問題とは、調節装置における駆動ユニットの故障、及び／または、空気吸入口を迅速に開放または閉鎖することが望まれる自動車内外環境における障害を意味すると理解される。例えば、エンジン区画において出火した場合または大気中における砂または粉塵の濃度が高くなった場合である。

エネルギー貯蔵要素を備える補助ユニットを設けることによって、問題が生じた場合に補助ユニットが空気吸入口と結合されることができるとともに、空気吸入口が所定位置に迅速に導かれる。例えば、所定位置は、第１位置及び／もしくは第２位置並びに／または第１位置及び第２位置間に位置付けられた中間位置である。

エネルギー貯蔵要素を設けることによって、補助ユニットは、それ自体がエネルギー供給部を有する自立型ユニットとして構成されることができる。従って、例えば、駆動ユニットへのエネルギー供給部における故障に関連する駆動ユニットの故障の場合、補助ユニットが自動車のエネルギー供給部から分離されているので、それでも、空気吸入口が、自立型補助ユニットを用いて調節されることができる。

空気吸入口、従ってエンジン区画への酸素供給部をできる限り遮断することは、有利である。例えば、エンジンの過熱の結果として、エンジン区画で出火する場合などである。調節装置の平常使用中では、エネルギー貯蔵要素は、いかなる力も働かせず、空気吸入口に結合または接続しないが、問題が生じた場合にのみ力を働かせ、空気吸入口に結合または接続する。平常使用中には、駆動ユニットは、エネルギー貯蔵要素におけるいかなる抵抗及び／または他の影響を受けない。従って、駆動ユニット、特に駆動部は、空気吸入口を調節するためにのみ必要な大きさとすることができる。結果として、駆動ユニットは、比較的安価な構造からなることができる。平常使用中にエネルギー貯蔵要素が駆動ユニットとともに動作しないので、エネルギー貯蔵要素は、疲労及び／または摩耗しにくい。

エネルギー貯蔵要素を利用することによって、比較的大きなエネルギーが瞬時に解放されることができ、このため、空気吸入口は、第１位置もしくは第２位置または所定の中間位置へ比較的迅速に調節されることができる。空気吸入口を比較的迅速に調節することにより、エンジンを冷却するために空気をエンジンに比較的迅速に供給することができるので、例えばエンジンの過熱の場合に有利である。また、空気吸入口が、凍結または汚れに起因して固着した場合には、エネルギー貯蔵要素から瞬時に解放されるエネルギーによって、空気吸入口を再び開放または閉鎖させることができる。あるいは、空気吸入口が全開放または部分開放されている状態で例えばエンジン区画での出火した場合には、エネルギー貯蔵要素を利用することによって、比較的迅速に閉鎖されることができる。

補助ユニットは、エネルギー貯蔵要素のみを備えていてもよく、平常使用中に、エネルギー貯蔵要素は空気吸入口から自由であり、故障の場合には、エネルギー貯蔵要素は空気吸入口と結合される。

補助ユニットは、問題が生じた場合にエネルギー貯蔵要素の影響を受けて空気吸入口を調節するための操作要素をさらに備えてもよい。エネルギー貯蔵要素は、例えば、空気吸入口と直接結合されてもよく、または操作要素を介して空気吸入口と結合されてもよい。平常使用中に、エネルギー貯蔵要素は、空気吸入口及び／または駆動ユニットから自由であり、このため、駆動ユニットがエネルギー貯蔵要素のいかなる影響も受けない。問題が生じた場合には、エネルギー貯蔵要素は、さまざまな方法、例えば操作要素を介して、または駆動ユニットの動力伝達装置の一部を介して、空気吸入口を調節するために空気吸入口と結合する。

操作要素は、例えばバネ、レバー、形状記憶合金、ラック、火工要素、モータ、バイメタル、圧縮空気式操作部、真空操作部、液圧式操作部を備えてもよい。操作要素における多くの実施形態が考えられる。

有利には、エネルギー貯蔵要素は、操作要素が空気吸入口を調節するために空気吸入口と結合することができるように、操作要素へエネルギーを解放するように構成される。

補助ユニットは、エネルギー貯蔵要素を作動するための作動要素をさらに備えてもよい。作動要素は、故障または故障に関する通知を受領し、且つ／または記録し、且つ／または作動を立ち上げる。駆動ユニットの故障の場合には、作動ユニットが作動される。作動ユニットは、例えば温度センサーを用いて故障自体を検知するか、または、作動ユニットは、例えばエンジン管理システムまたは駆動ユニット自体から故障の通知を受ける。そして、作動要素は、エネルギー貯蔵要素を作動させ、続いてエネルギー貯蔵要素は、空気吸入口と結合させて空気吸入口を調節するためのエネルギーを操作要素に提供する。作動要素は、例えば熱電対、温度センサー、エンジン管理システムからの信号部、バネ、バイメタル要素、ニチノール要素、二酸化炭素警報器などを備えてもよい。

エネルギー貯蔵要素を付勢することによって、空気吸入口は、エネルギー貯蔵要素の作動を通じて容易且つ確実に開放または閉鎖されることができる。任意に、２つのエネルギー貯蔵要素が設けられてもよく、これらの一方が第１位置または所定の中間位置へ調節するために付勢され、一方が第２位置または所定の中間位置へ調節するために付勢される。状況及び／または故障に応じて、空気吸入口を、第１位置または第２位置へ比較的迅速且つ確実に調節することができる。

有利なことに、エネルギー貯蔵要素は、弾性要素、例えばバネ、ゴム要素または圧力を受ける液体を有する要素を備えている。バネは、トーションバネ、らせんバネ、ドローバネ(draw spring)または板バネとして構成されてもよい。バネにおける異なる実施形態及びその組み合わせが考えられる。

また、エネルギー貯蔵要素は、キャパシタ要素、または、電気及び／または電磁エネルギーが蓄えられたバッテリーもしくはコイル要素を備えている。また、エネルギー貯蔵要素は、例えば形状記憶合金及び／またはバイメタル要素及び／または火工要素を備えてもよい。さまざまなエネルギー貯蔵要素が考えられる。エネルギー貯蔵要素は、例えば運動エネルギー、電気エネルギー、電磁エネルギー、位置エネルギー、熱エネルギー、化学エネルギーなどを蓄えるように構成されてもよい。

有利には、駆動ユニットは、電気的駆動部、例えば電気的アクチュエータを備えている。しかしながら、調節装置は、圧縮空気式駆動部、真空駆動部及び／または水圧式駆動部を用いて駆動されてもよい。任意に、車輌内に存在する圧縮空気式設備及び／または真空設備及び／または水圧式設備を用いるようにしてもよい。電気的駆動部は、単独型駆動部であってもよく、且つ／または自動車内に存在する電気システムを利用することができる。

好ましくは、駆動部は、動力伝達装置を介して空気吸入口と接続される。有利には、動力伝達装置は、エボロイド歯機構 (evoloid toothing) を備えている。エボロイド歯機構を設けることによって、比較的高い伝達率が比較的コンパクトな型で得られる。エボロイド歯機構は、ピニオン上に、制限された複数の歯、好ましくは４つよりも少ない歯を有する加工された縮閉歯機構（evolute toothing）である。エボロイド歯機構は、当業者には公知であり、本明細書ではさらに説明しない。従って、動力伝達装置は、比較的コンパクトな構造からなることができる。有利な実施形態では、駆動ユニットは、ハウジング内に収容されている。ハウジングは、駆動ユニットが、例えば汚れからある程度保護されるように、ある程度防塵型であり且つ耐水性型である。ハウジング内に駆動ユニットを収容することによって、駆動ユニットは、自動車内に比較的簡単に組み込まれることができる。

任意に、エネルギー貯蔵要素が駆動ユニットのハウジング内に収容されてもよいが、エネルギー貯蔵要素が独立したハウジング内に収容されてもよい。独立したハウジング内にエネルギー貯蔵要素を収容することによって、エネルギー貯蔵要素は、例えば自動車内における他の場所に組み込まれることができる。

空気吸入口は、例えば互いに隣りあって設置された２つの空気吸入開口部を備えることができる。それぞれの空気吸入開口部には、これら各空気吸入開口部に隣接して形成された独立したハウジングに収容された個別の駆動ユニットが設けられてもよい。本発明によれば、空気吸入口には、一方または双方の駆動ユニットが故障した場合に空気吸入口を調節するためのエネルギー貯蔵要素が設けられる。エネルギー貯蔵要素は、独立したハウジング内に収容されてもよく、故障した場合に、隣接する空気吸入開口部双方を同時に調節するために、２つの空気吸入開口部間に組み込まれてもよい。

さらに有利な実施形態は、従属請求項に表される。

本発明は、自動車の空気吸入口を調節するための方法にさらに関する。

本発明は、上記調節装置が設けられた空気吸入口と、上記空気吸入口が設けられた自動車と、にさらに関する。

本発明は、図面に示される調節装置の例示的な実施形態に基づいてより詳細に説明される。

本発明による調節装置の例示的な第１実施形態の概略的な斜視図を示す。 調節装置の平常使用中の、図１の実施形態の概略的な平面図を示す。 エネルギー貯蔵要素と空気吸入口との結合中の、図１の実施形態の概略的な平面図を示す。 空気吸入口を調節するために空気吸入口と結合されたエネルギー貯蔵要素を有する、図１の実施形態の概略的な平面図を示す。 本発明による調節装置の例示的な第２実施形態の概略的な斜視図を示す。

図において、同一または対応する部分は、同一の参照符号で示されている。図は、例示的な実施形態のために示されるにすぎず、何らかを限定するものとして解釈されるべきではないことに留意する。

図１は、自動車におけるエンジン区画の空気吸入口を調節するための調節装置１を示している。調節装置１を用いて、空気吸入口は、少なくとも、空気吸入口がほぼ開放された第１位置、いわゆる開放位置と、空気吸入口がほぼ閉鎖された第２位置、いわゆる閉鎖位置と、の間で調節されることができる。また、その形態に応じて、空気吸入口は、開放位置と閉鎖位置との間に位置付けられる１つ以上の中間位置に調節されてもよい。中間位置は、離散的な位置として規定されてもよく、または、調節装置は、連続的に第１位置と第２位置との間で調節可能であってもよい。

空気吸入口における多くの実施形態が考えられる。空気吸入口は、１つ以上の空気吸入開口部を備えており、この空気吸入開口部に沿って、外気が、自動車のエンジン区画の前方部にある冷却液が設けられた熱交換器、例えばラジエータ要素へ全体的にまたは部分的に案内される。そして、エンジン区画内のエンジンは、ラジエータ要素の冷却液で冷却される。例として、単一の空気吸入開口部が自動車の前方部に設けられてもよく、または互いに隣りあって設置された２つの空気吸入開口部が、自動車の前方部に設けられてもよい。また、１つ以上の空気吸入口が、自動車の側面に位置付けられてもよい。

本発明による空気吸入口は、調節可能な構造からなる。そのために、空気吸入口には、図示しない遮断要素、例えば垂直薄板及び水平薄板、ブラインド、カーテン、折重式カーテン、ローラ式ブラインド、膨張可能な要素などを有する、遮断装置が設けられてもよい。

遮断要素を用いて、空気吸入開口部は、全体的にまたは部分的に閉鎖または開放される。

調節装置１は、空気吸入口を調節するための駆動ユニット２を備えている。駆動ユニット２は、出力シャフト３と結合されている。出力シャフト３は、空気吸入口を調節するために空気吸入口と結合されている。平常稼働中に、駆動ユニット２は、エンジンにおける所望の冷却に応じて、遮断要素を調節するために空気吸入口の遮断要素を稼働させる。

平常稼働では、駆動ユニット２は、空気吸入口を所定位置へ調節する。問題が生じたとき、例えば駆動ユニットの故障、エンジンの過熱またはエンジン区画内での出火が生じた場合にも、空気吸入口を調節することが望ましい。そのために、調節装置１には、駆動ユニット２が故障した場合に空気吸入口と結合するように構成された補助ユニット４が設けられている。補助ユニット４は、エネルギー貯蔵要素５を備えている。さらに、この例示的な実施形態において、補助ユニット４には、図示しない作動要素が設けられている。

図２には、補助ユニット４を用いる空気吸入口の調節が示されている。

図２ａは、平常使用中の調節装置１を示している。駆動ユニット２は、出力シャフト３と結合されており、出力シャフト３は、対応する所定位置、例えば空気吸入口がほぼ開放された開放位置にある空気吸入口とともに所定位置にある。駆動ユニット２は、動力伝達装置８を介して出力シャフト３と結合されたモータ７を備えている。本実施形態において、動力伝達装置８は、互いに結合された複数の歯車８ａを備えており、歯車８ａの中において、ピニオン８ｂには、コンパクトな構成で高い伝達率を得るためにエボロイド歯機構(evoloid toothing)が設けられている。

さらに、調節装置１は、エネルギー貯蔵要素５、本実施形態においてトーションバネを有する補助ユニット４を備えている。この例示的な実施形態では、補助ユニット４は、作動要素９、本実施形態において付勢された圧縮バネも備えている。この例示的な実施形態において、独立した操作要素が設けられていない。

トーションバネ５の一端５ａは、トーションバネ５が付勢されるように、ブリッジ１０の凹部１２内に収容されている。平常使用中に、トーションバネ５は、出力シャフト３の周囲に自由に配置されており、出力シャフト３または出力シャフト３に結合された歯車８ｃは、トーションバネ５からいかなる妨害も受けない。

図２ｂには、作動要素９が、問題が生じたとの通知を受け且つ／または問題が生じたことを感知した場合に何が起こるかが示されている。付勢された圧縮バネ９が緩み、この結果、ブリッジ１０がシャフト１１回りに回動する。結果として、バネ５の端部５ａは、凹部１２と接触しなくなり、バネ５は、出力シャフト３と結合することができる。バネ５の付勢に起因して、図２ｃに示すように、出力シャフト３は回動され、空気吸入口は別の所定位置に調節される。図２ｃには、出力シャフト３が回動し、この結果として空気吸入口が図２ａに示す位置に対して調節されたことが示されている。

図３は、本発明による調節装置１の別の実施形態を示している。駆動ユニット２は、アクチュエータ７と、複数の歯車及びエボロイド歯機構を有するピニオンを備えた動力伝達装置８と、を備えている。また、動力伝達装置８は、本実施形態において簡素化して表された出力ウォーム１４を備えている。駆動ユニット２は、ウォーム１４により出力シャフト３と結合され、ウォーム１４は、動力伝達装置８の一部である歯車８ｃに回転ロックされて受けられている。平常使用中に、アクチュエータ７は、動力伝達装置８を駆動する。ウォーム１４と歯車８ｃとの回転ロックを介して、ウォーム１４は回転し始める。出力シャフト３の歯（図示せず）はウォーム１４と係合し、この結果、出力シャフト３が調節される。

補助ユニット４は、エネルギー貯蔵要素５、本実施形態において付勢された圧縮バネ５を備えている。問題が生じた場合、バネ５は、例えば本実施形態において図示しない作動要素により緩められる。緩んだバネ５は、本実施形態においてウォーム１４の一部である操作要素１３と結合する。平常使用中に、バネ５は、駆動ユニット２及び出力シャフト３に影響しない。平常使用中に、駆動ユニット２は、バネ５からのいかなる妨害、抵抗または力を受けない。バネ５が緩くなるので、ウォーム１４は、矢印Ａの方向に軸方向に移動し、同様のラックが出力シャフト３を駆動し、これにより空気吸入口が調節される。好ましい実施形態では、バネ５は、ニチノール（形状記憶合金）からなるバネとして構成される。そして、周囲温度の上昇は、バネ５を緩くさせるのに十分である。

多くの変形が可能であり、当業者には明らかである。例として、補助ユニットは、例えば過度の高温を検出することができる形状記憶合金要素のみを備えていてもよく、この結果として、補助ユニットが回転してエネルギーが解放されて出力シャフトが調節されることができる。そして、例えばレバーとして構成された上記形状記憶合金要素は、作動要素、エネルギー貯蔵要素及び操作要素の機能を備える。従って、補助ユニットは、コンパクト且つ効率的に構成されることができる。また、上記形状記憶合金要素は、作動すると、例えば歯車あるいは別のものを介して出力シャフトと結合されてもよい。これら及び他の変更は、以下の特許請求の範囲内に収まると理解される。

２ 駆動ユニット、４ 補助ユニット、５ エネルギー貯蔵要素、９ 作動要素、１３ 操作要素

Claims (16)

1. 少なくとも、空気吸入口がほぼ開放された第１位置と、前記空気吸入口がほぼ閉鎖された第２位置と、の間で自動車におけるエンジン区画の前記空気吸入口を調節するための調節装置であって、
   少なくとも前記第１位置と前記第２位置との間で前記空気吸入口を調節するための駆動ユニットを備え、
   問題が生じた場合に、前記空気吸入口を所定位置へ導くために前記空気吸入口を調節するように構成された補助ユニットであって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を備える補助ユニットをさらに備えることを特徴とする調節装置。
2. 前記補助ユニットは、前記エネルギー貯蔵要素の影響を受けて前記空気吸入口を調節するための操作要素を備えていることを特徴とする請求項１に記載の調節装置。
3. 前記エネルギー貯蔵要素は、前記操作要素へエネルギーを解放するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の調節装置。
4. 前記補助ユニットは、前記エネルギー貯蔵要素を作動させるための作動要素をさらに備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の調節装置。
5. 前記エネルギー貯蔵要素は、前記第１位置及び／または前記第２位置へ調節するように付勢されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の調節装置。
6. 前記エネルギー貯蔵要素は、少なくとも１つの弾性要素を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の調節装置。
7. 前記弾性要素は、バネ要素を備えていることを特徴とする請求項６に記載の調節装置。
8. 前記エネルギー貯蔵要素は、以下の要素：キャパシタ要素、コイル要素、形状記憶合金要素、バイメタル要素、火工要素のうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の調節装置。
9. 前記駆動ユニットは、電気的駆動部及び／または圧縮空気式駆動部及び／または真空駆動部及び／または液圧式駆動部を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の調節装置。
10. 前記駆動部は、動力伝達装置を介して前記空気吸入口に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の調節装置。
11. 前記動力伝達装置は、エボロイド歯機構を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の調節装置。
12. 前記駆動ユニットは、ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の調節装置。
13. 前記エネルギー貯蔵装置は、前記ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項１２に記載の調節装置。
14. 駆動ユニットを備え且つ補助ユニットをさらに備えた調節装置により、少なくとも、空気吸入口がほぼ開放された第１位置と、前記空気吸入口がほぼ閉鎖された第２位置と、の間で自動車の前記空気吸入口を調節するための方法であって、
    前記補助ユニットは、前記駆動ユニットが故障した場合に、空気吸入口を所定位置へ動かすために前記空気吸入口と結合し、
    前記補助ユニットは、エネルギー貯蔵要素を備えていることを特徴とする方法。
15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の調節装置が設けられたことを特徴とする空気吸入口。
16. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の調節装置を有する空気吸入口が設けられたことを特徴とする自動車。

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