JP2017067265A - 冷却ファンの制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温時にバルブを閉じてもトルク伝達室に残存する油によって生じる連れ回りを抑制でき、冷却ファンの連れ回りによる駆動損失を減らすことが可能な冷却ファンの制動装置を提供する。【解決手段】駆動軸２に流体クラッチ４を介して冷却ファン３を設け、流体クラッチ４を、駆動軸２に設けられたディスク７と、ディスク７との間にトルク伝達室８を形成するファンホイール１０と、トルク伝達室８内の油をディスク７とファンホイール１０との回転差で排出するポンプ１１と、ポンプ１１から排出された油をトルク伝達室８に供給するバルブ１２とを備えて構成した冷却ファン３の制動装置において、ファンホイール１０の外面に設けられた制動パッド２７と、バルブ１２が閉じられているときファンホイール１０の遊転を阻止すべく制動パッド２７に当接するアクチュエータ２８とを備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの駆動軸に設けられる冷却ファンの制動装置に関するものである。

図６に示すように、エンジン冷却水（以下、冷却水）等を冷却する冷却ファン６０は、エンジンの駆動軸２に流体クラッチ６１を介して設けられている。

流体クラッチ６１は、駆動軸２に設けられたディスク６２と、ディスク６２との間にトルク伝達室６３を形成するファンホイール６４と、ディスク６２とファンホイール６４との回転差でトルク伝達室６３内の油を油溜り室６５に排出するポンプ６６と、油溜り室６５から油をトルク伝達室６３に供給するバルブ６７とを備える。

ポンプ６６は、駆動軸２とファンホイール６４との間に回転差がある間は常に作動される。また、バルブ６７は、弁体６８を駆動するためのバイメタル６９を有し、図示しないラジエータからの空気が高温のときには開弁し、低温のときには閉弁するようになっている。

特開平８−０９３７９８号公報 特開２００１−１２４１１２号公報 特開昭５９−２２６２２３号公報 特公平０１−０４７６０５号公報

ところで、ポンプ６６は、ディスク６２とファンホイール６４との回転差で作動するものであるため、ディスク６２とファンホイール６４との回転差が小さいときトルク伝達室６３から油を排出する機能も低下する。このため、低温時にバルブ６７を閉じてもディスク６２とファンホイール６４との回転差が小さければトルク伝達室６３内に油が残りやすくなり、残った油の粘性による連れ回り現象によって冷却ファン６０が継続して回転してしまう。このため、駆動損失を減らすことができない場合があった。特にエンジンを加速すると冷却ファン６０の回転速度が上昇するという特性から、上記傾向が顕著であった。

そこで、本発明の目的は、低温時にバルブを閉じてもトルク伝達室に残存する油によって生じる連れ回りを抑制でき、冷却ファンの連れ回りによる駆動損失を減らすことが可能な冷却ファンの制動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、駆動軸に流体クラッチを介して冷却ファンを設け、前記流体クラッチを、トルク伝達室を形成すると共に油溜り室を形成するファンホイールと、前記トルク伝達室内の油を前記駆動軸と前記ファンホイールとの回転差で前記油溜り室に排出するポンプと、前記油溜り室から油を前記トルク伝達室に供給するバルブとを備えて構成した冷却ファンの制動装置において、前記ファンホイールの外面に設けられた制動パッドと、前記バルブが閉じられているときファンホイールの遊転を阻止すべく前記パッドに当接するアクチュエータとを備えたものである。

本発明の冷却ファンの制動装置によれば、低温時にバルブを閉じてもトルク伝達室に残存するシリコンオイルによって生じる連れ回りを抑制でき、冷却ファンの連れ回りによる駆動損失を減らすことができる。

本発明の一実施の形態に係る冷却ファンの制動装置の断面図である。 ポンプを模式的に説明する説明図である。 冷却ファンの制動装置の断面図であり、（ａ）はバルブが開いてトルク伝達室に油が供給された状態を示し、（ｂ）はバルブが閉じると共にソレノイドピンが制動パッドに当接された状態を示す。 他の実施の形態に係る冷却ファンの制動装置の断面図である。 図４に示す冷却ファンの制動装置の断面図であり、（ａ）はバルブが開いてトルク伝達室に油が供給された状態を示し、（ｂ）はバルブが閉じると共にソレノイドピンが制動パッドに当接された状態を示す。 従来の冷却ファンの制動装置を模式的に説明する説明断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１に示すように、冷却ファンの制動装置１は、駆動軸２と冷却ファン３を断接可能に接続する流体クラッチ４と、冷却ファン３の連れ回りを抑制するためのファン制動機構５とを備える。

駆動軸２は、クランクシャフト等からなり、図示しないエンジンからの動力で駆動される。また、後述する流体クラッチ４に臨むファン制動機構５のアクチュエータ２８は、エンジン等の固定系に設けられたブラケット６に支持されている。

流体クラッチ４は、シリコンオイル等からなる粘性を有する油を介して駆動軸２からの動力を冷却ファン３に伝達するものである。流体クラッチ４は、駆動軸２に設けられたディスク７と、ディスク７との間にトルク伝達室８を形成すると共にトルク伝達室８から排出された油を溜める油溜り室９を有するファンホイール１０と、ファンホイール１０内に設けられトルク伝達室８内の油をディスク７とファンホイール１０との回転差で油溜り室９に排出するポンプ１１と、ファンホイール１０内に設けられ油溜り室９から油をトルク伝達室８に供給するバルブ１２とを備える。

ファンホイール１０は、ディスク７、ブラケット６間の駆動軸２に回転自在に設けられディスク７の一方のディスク面（以下、ディスク裏面）７ｂを間隔を隔てて覆うケース１３と、ディスク７より外周側のケース１３に取り付けられディスク７の他方のディスク面（以下、ディスク表面）７ａを間隔を隔てて覆うカバー１４とを備える。

ケース１３は、ディスク７より大径の円盤状に形成される。

カバー１４は、ケース１３と略同径の円盤状に形成され、外周に図示しないファンブレードが複数設けられる。カバー１４には、ディスク７を収容する凹部１５が形成されている。また、凹部１５には、凹部１５内の空間を軸方向に分割する隔壁２２が設けられている。隔壁２２と凹部１５の底面１５ａとの間には、油を溜める油溜り室９が形成されており、隔壁２２とディスク表面７ａとの間にはトルク伝達室８が形成されている。

トルク伝達室８は、ディスク７からの駆動力を油を介してカバー１４に伝達するためのものであり、隔壁２２とディスク７とを近接させて形成されている。ディスク７の外周部とカバー１４との間には、ディスク７とカバー１４の対向面積を広くするためのラビリンス部１６が形成されている。

図１及び図２に示すように、ポンプ１１は、ディスク７の外周面と凹部１５の内周面１５ｂとの間に形成されたポンプ室１７と、凹部１５の内周面１５ｂに径方向内方に突出して形成されたベーン１８と、凹部１５の内面にベーン１８と隣接して形成された油吐出口１９と、カバー１４に形成され油吐出口１９と油溜り室９とをつなぐ油排出孔２０とを備える。油吐出口１９は、ベーン１８を基準としたときディスク７の回転方向とは反対側のポンプ室１７に開口されている。これにより、ポンプ室１７内でディスク７の回転方向に沿って流れる油がベーン１８によって油吐出口１９から油溜り室９に掻き出されるようになっている。

バルブ１２は、隔壁２２に形成された油供給孔２３と、油供給孔２３を開閉可能に塞ぐ弁体２４と、弁体２４を駆動するバイメタル２５とを備える。油供給孔２３は、ラビリンス部１６より径方向内方に形成されている。弁体２４は、板バネからなり、一端が隔壁２２に固定され、他端部が油供給孔２３を塞ぐ。弁体２４は、自身のバネ力で油供給孔２３から離れるように形成されている。バイメタル２５は、ケース１３とは反対側のカバー１４に両端が固定して設けられている。バイメタル２５は、周囲の温度が高温（エンジン冷却を要する温度）のとき中央が弁体２４から離間する方向に湾曲し、低温（エンジン冷却を要しない温度）のとき直線状の形状に戻って中央が弁体２４に近接するようになっている。バイメタル２５の中央には、弁体２４を閉弁方向（隔壁２２方向）に押すための押しピン２６が設けられている。

ファン制動機構５は、ファンホイール１０の外面に設けられた制動パッド２７と、バルブ１２が閉じられているときファンホイール１０の遊転を阻止すべく制動パッド２７に当接するアクチュエータ２８とを備える。

制動パッド２７はゴム等の摩擦係数が高い樹脂からなり、環状に形成されている。制動パッド２７は、ケース１３のブラケット６側の端面にケース１３の回転中心と同軸上に設けられる。

アクチュエータ２８は、制動パッド２７に対して略垂直に延びる制動ピン２９と、制動ピン２９を制動パッド２７に係脱可能に押し付けるためのソレノイド３０とを備える。ソレノイド３０は、制御装置３１からの命令で作動されるようになっている。なお、アクチュエータ２８は、制動ピン２９を制動パッド２７に係脱可能に押し付けることができればよく、電気、エアー等で駆動されるシリンダであってもよく、バキューム式のものであってもよい。

制御装置３１は、例えば冷却水の温度が所定温度（例えば８０℃以下）になるとアクチュエータ２８に通電する。この所定温度は、バイメタル２５が直線状の形状に戻って弁体２４を押すときの冷却水の温度より低くなるように設定されている。これにより、冷却水及び周囲の温度が低下したときにはバルブ１２が閉じて流体クラッチ４が切断された後でアクチュエータ２８が制動パッド２７に当接するようにでき、ファンホイール１０の回転が落ちた後で制動ピン２９を制動パッド２７に押し付けることができ、制動ピン２９と制動パッド２７との摩擦によってファンの連れ回り回転を抑えることができる。

また、制御装置３１は、冷却水の温度が所定温度（例えば８５℃以上）になるとアクチュエータ２８の通電を止めて制動ピン２９を制動パッド２７から離間させる。この所定温度は、バイメタル２５が湾曲してバルブ１２を開弁するときの冷却水の温度より低くなるように設定されている。これにより、冷却水及び周囲の温度が上昇したときにはアクチュエータ２８が制動パッド２７から離れた後でバルブ１２が開いて流体クラッチ４が繋がるようにでき、流体クラッチ４が繋がる前に制動パッド２７から制動ピン２９を離すことができ、制動ピン２９と制動パッド２７とが不必要に摩擦されるのを防ぐことができる。

また、アクチュエータ２８への通電をオンオフする温度が、冷却水の温度が低下しているときと上昇しているときとで異なるようにするため、ヒステリシスを持たせることができる。

なお、制御装置３１は、エンジンの燃料噴射量、回転数等の運転状態情報から冷却水への入熱量を算出し、入熱量に基づいてアクチュエータ２８をオンオフ制御するものであってもよく、他の情報に基づいてアクチュエータ２８をオンオフ制御するものであってもよい。

次に本実施の形態の作用を述べる。

図１に示すように、エンジン及び制御装置３１が停止されているとき、バルブ１２は閉じられた状態となっており、油は自重により低い位置のトルク伝達室８内に溜まっている。この状態でエンジンが冷間始動されると、冷却水は所定温度以下であることから、図３（ｂ）に示すように、制御装置３１は、エンジン始動と同時にアクチュエータ２８に通電して制動ピン２９を制動パッド２７に押し付ける。これにより、ファンホイール１０は、制動され、停止又は略停止された状態となる。ディスク７とファンホイール１０との間に大きな回転差が生じることから、ポンプ室１７内の油は、ディスク７の回転方向に流され、ベーン１８に堰き止められて油吐出口１９から油溜り室９に掻き出される。またトルク伝達室８内の油は、ディスク７の回転によって外周側のポンプ室１７に排出される。バルブ１２は閉じられているため、トルク伝達室８への油の供給はなく、トルク伝達室８内からは油が速やかに無くなる。これにより、ディスク７からファンホイール１０へのトルク伝達は切断され、低温時であっても冷却ファン３の連れ回りによる駆動損失を解消又は低減できると共に、油の粘性抵抗による駆動損失を低減できる。

この後、冷却水温度が所定温度を超えると、図３（ａ）に示すように制御装置３１はアクチュエータ２８への通電を止めてファンホイール１０の制動を解除する。しかる後、周囲の温度が上昇してバイメタル２５が弁体２４から離間する方向に湾曲すると、バルブ１２が開き、油溜り室９内の油がトルク伝達室８に供給される。これにより、ディスク７のトルクはトルク伝達室８内の油を介してファンホイール１０に伝達され、冷却ファン３が回転される。

このように、ファンホイール１０の外面に設けられた制動パッド２７と、バルブ１２が閉じられているときファンホイール１０の遊転を阻止すべく制動パッド２７に当接するアクチュエータ２８とを備えるものとしたため、冷却水を冷却する必要がないときに冷却ファン３を強制的に止めることができ、流体クラッチ４の伝達媒体である油をトルク伝達室８から迅速に排出することができ、冷却ファン３の連れ回りや油の粘性抵抗による駆動損失を低減させることができる。特にエンジンの駆動損失の中でも冷却ファン３の占める割合は高いので、燃費改善に大きく寄与することができる。そして、冷却ファン３が不必要に回転することもなくなるため、冷却ファン３の回転騒音を低減でき、エンジン表面から熱が奪われることによる水温上昇の遅延を防ぐことができ、冬場等にヒータの効きが悪くなるのを防ぐことができる。

また、エンジンが冷えているときはエンジン油の温度も低く、粘度も高くピストン回りや軸受部の摩擦抵抗も大きいので、本発明により冷間時にファンが回転することによって、ラヂエータやエンジン表面から無駄に熱を奪うことを避けることにより、暖機前の燃料消費量を少なくすることができる。

また、制動パッド２７は、ファンホイール１０の端面に設けられ、アクチュエータ２８は、駆動軸２を回転自在に支持するブラケット６に設けられるものとしたため、簡易な構造で安価に冷却ファン３を制動することができる。

制動パッド２７は参考例としてゴムとしたが、摩擦係数が高く長寿命であれば、金属やセラミックス及び複合材料でも良い。

なお、制動パッド２７は、ファンホイール１０の外周面に設けられてもよく、ファンホイール１０の反ブラケット６側の端面に設けられてもよい。この場合、アクチュエータ２８は制動パッド２７の位置に応じて配置するとよい。

また、流体クラッチ４は、上述のものに限るものではない。流体クラッチ４は、ディスク７とファンホイール１０との回転差で作動されるポンプ１１を有するものであれば他のものであってもよい。

次にバルブが電磁コイルで開閉されるオンオフ電子制御式である他の実施の形態について述べる。なお、上述と同様の構成については説明を省き、上述と同符号を付す。また、上述と同様の機能を有する構成の名称は上述と同じとし、機能の説明を省略する。

図４に示すように、冷却ファンの制動装置４０の流体クラッチ４１は、ディスク４２と、ファンホイール４５と、ポンプ４６と、バルブ４７とを備える。

ファンホイール４５のケース４８の内周部には、油溜り室４４が形成されている。

ファンホイール４５のカバー４９の外周には、図示しないファンブレードが複数設けられる。カバー４９にはディスク４２を収容するための凹部５０が形成されている。また、凹部５０の底面５０ａとディスク表面４２ａとの間にはトルク伝達室４３が形成されている。

バルブ４７は、ディスク裏面５０ｂ、ケース４８間の隙間５１と油溜り室４４とを隔てる隔壁５２に形成された油供給孔５３と、油供給孔５３を開閉可能に塞ぐ弁体５４と、弁体５４を駆動する電磁コイル５５とを備える。油供給孔５３は、ラビリンス部１６より径方向内方に形成されている。これにより、油供給孔５３から隙間５１に入った油は、ディスク４２の回転で外周側に送られ、隙間５１、ポンプ室１７を経てトルク伝達室４３に供給されるようになっている。弁体５４は、板バネからなり、一端がケース４８に固定され、他端部が油供給孔５３を塞ぐ。弁体５４は、自身のバネ力で油供給孔５３を塞ぐように形成されている。電磁コイル５５は、ブラケット６に設けられ通電されることで弁体５４を吸引して開弁させるようになっている。なお、ディスク４２の内周側に形成された孔５６はトルク伝達室４３と隙間５１の圧力を等しくするためのものである。

制御装置５７は、例えば冷却水の温度が所定温度（例えば９０℃）以下であるとき、冷却ファン５８の回転を止めるべく電磁コイル５５への通電を止める。更に冷却温度が下がり所定温度（例えば８０℃以下）になるとアクチュエータ２８に通電する。電磁コイル５５への通電が止まることで弁体５４は自身のバネ力で油供給孔５３を塞ぐ。アクチュエータ２８は通電されることで制動ピン２９を制動パッド２７に押し付ける。

また、制御装置５７は、冷却水の温度が所定温度（例えば８５℃以上）になるとアクチュエータ２８の通電を止めて、更に冷却水温度が上昇して所定の温度（例えば９０℃以上）になると、冷却ファン５８を回転させるべく電磁コイル５５に通電する。電磁コイル５５は通電されることで弁体５４を吸引して油供給孔５３を開く。アクチュエータ２８は通電が止められることで制動ピン２９を制動パッド２７から離間させる。

次に本実施の形態の作用を述べる。

図５（ｂ）に示すように、エンジンが冷間始動されると、制御装置５７は、エンジン始動と同時にアクチュエータ２８に通電して制動ピン２９を制動パッド２７に押し付ける。ファンホイール４５は、停止又は略停止された状態となることからディスク４２とファンホイール４５との間に大きな回転差が生じ、ポンプ室１７内の油は、油吐出口１９から油溜り室４４に掻き出される。これにより、トルク伝達室４３内からは油が速やかに無くなり、ディスク４２からファンホイール４５へのトルク伝達は切断され、低温時であっても冷却ファン５８の連れ回りによる駆動損失を解消又は低減できると共に、油の粘性抵抗による駆動損失を低減できる。

この後、冷却水温度が所定温度を超えると、図５（ａ）に示すように制御装置５７はアクチュエータ２８への通電を止めてファンホイール４５の制動を解除すると共に、電磁コイル５５への通電を開始してバルブ４７を開く。油溜り室４４内の油は隙間５１、ポンプ室１７を通じてトルク伝達室４３に供給される。これにより、ディスク４２のトルクはトルク伝達室４３内の油を介してファンホイール４５に伝達され、冷却ファン５８が回転される。

このように、冷却ファン５８がバルブが電磁コイルで開閉されるオンオフ電子制御式であっても、制動パッド２７と、アクチュエータ２８とを備えることで、冷却水を冷却する必要がないときに冷却ファン３を強制的に止めることができ、冷却ファン３の連れ回りや油の粘性抵抗による駆動損失を低減させることができる。

１ 冷却ファンの制動装置
２ 駆動軸
３ 冷却ファン
４ 流体クラッチ
７ ディスク
８ トルク伝達室
１０ ファンホイール
１１ ポンプ
１２ バルブ
２７ 制動パッド
２８ アクチュエータ

Claims (3)

1. 駆動軸に流体クラッチを介して冷却ファンを設け、前記流体クラッチを、前記駆動軸に設けられたディスクと、前記ディスクとの間にトルク伝達室を形成するファンホイールと、前記トルク伝達室内の油を前記ディスクと前記ファンホイールとの回転差で排出するポンプと、前記ポンプから排出された油を前記トルク伝達室に供給するバルブとを備えて構成した冷却ファンの制動装置において、
   前記ファンホイールの外面に設けられた制動パッドと、前記バルブが閉じられているとき前記ファンホイールの遊転を阻止すべく前記制動パッドに当接するアクチュエータとを備えたことを特徴とする冷却ファンの制動装置。
2. 前記制動パッドは、前記ファンホイールの端面に設けられ、前記ソレノイドピンは、前記駆動軸を回転自在に支持するブラケットに設けられた請求項１に記載の冷却ファンの制動装置。
3. 前記制動パッドは樹脂からなる請求項１又は２に記載の冷却ファンの制動装置。

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