JP2019535961A - 電磁ファンクラッチを備えたエンジン用冷却システム - Google Patents

Abstract

冷却ファン（８）及び駆動シャフト（４）を備え、前記ファン（８）が、連結システムによって前記駆動シャフト（４）に接続された内燃機関（１）の冷却システム（２０）であって、前記連結システムが、駆動シャフト（４）又はファン（８）に軸線方向に移動可能に、かつ、ねじり接続された第一クラッチ部材（１１）及びファン（８）又は駆動シャフト（４）に接続された軸方向に固定された第二クラッチ部材（１４）を備えたクラッチ（５）と、前記第一クラッチ要素（１１）に配置された磁気要素（１８）と、吸気口（１９）に配置され、ファン（８）に向かって突出し、内燃機関温度が基準値より高い場合に、駆動シャフト（４）にファン（８）を係合させるよう電力を供給した時に、前記磁気要素（１８）を引き付けるように構成されている電磁石（２２）と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、スクータ用の空冷式エンジンのようなエンジン用冷却システムに関し、該システムでは、冷却ファンは、エンジンのクランクシャフトによって回転される補助シャフトによって制御されるか、又は、クランクシャフト自身によって直接的に制御される。

しかしながら、同様の解決手段が、ラジエーターが、クランクシャフトを用いて直接的に又は間接的に駆動されるファンによって冷却される、液体作動式空冷システム、即ち、水冷エンジンに対しても適用可能であることは理解される。

また、この冷却システムは、オートバイ用エンジンにおいて効果的に使用され、空気ファン及び電気モータ発電機の両方がモータ軸に固定され、新鮮な空気をエンジン内に吸い込み、かつ、バッテリを充電し、内燃機関を始動し、さらに、必要に応じて、オートバイが、所謂、ハイブリット推進式の場合に動力を供給する。

内燃機関のクランクシャフトは、オートバイの長手方向に対して横方向であり、かつ、地面に対して水平であり、さらに、オートバイが直線に従って前進する時に、固定された、即ち、操舵されない後輪の回転面によって実質的に画定される垂直面に対して直交している。

好都合なことに、エンジンの冷却を可能にするファンは、クランクシャフトの一端によって直接的に駆動されるか、又はクランクシャフトに隣接し、かつ、これと平行な他のシャフトによって駆動され得る。

それを通して空気が吸引される保護ガードの位置決めによって、空気流は前記ガードに正面ではなく接線方向に当たるようになる。その後、エンジンの冷却のために必要な空気流は、その軸線が、オートバイの前進運動による空気流に対して実質的に直交するファンによって吸い込まれる。

従って、ファンは、エンジン冷却要求を満たすために所定のヘッドを有するべきである。

公知の冷却システムでは、ファンは、例えば、電気モータを用いて、クランクシャフトの回転によって独立して駆動されることはなく、該ファンの回転状態は、冷却要求に直接依存せずに、エンジンの回転状態によって決定される。

しかしながら、エンジンは、例えば、その始動時、又は、寒い気候では、エンジンの回転状態に依存しない冷却要求を有し得ることは明らかである。

これら不利な条件でもファンが停止されることはなく、実際には、ファンは、エンジンシャフトの回転状態に応じて一定のヘッドで空気流を吸い込み続け、このような状況では何の利益も生み出さないばかりか、エンジンの燃料消費を増加させる。

この欠点は、冷却ファンが、その回転とエンジン速度との間に直接的な相関関係をもって回転させられるかぎり生じることに注意するべきである。

例えば、欧州特許出願EP 1, 248, 007 Aに開示されているシステムでは、クランクシャフトによって駆動されるファンは、電磁石によって作動される。さらに、同様に解決手段が、欧州特許出願EP 1,577,142 Aにも開示されている。

これらの解決手段では、電磁石が、ファンを回転シャフトに接続し、それらを、モータとの係合位置と、前記モータからの離脱位置との間で移動させる。

これらの解決手段には、ファンが二つの位置の間で軸線方向に動くので、係合位置と離脱位置との間の軸線方向の摺動が、粉塵や堆積物によって妨げられる危険を伴うという欠点がある。加えて、これらの解決手段は、電磁作動システムを交換する時に、冷却システムを完全に分解する必要があるので維持が困難である。

最後に、これらの解決手段では、作動モータとファンとの間に電磁石を配置するところ、この種の電磁石の配置は、クランクシャフト上に小さい体積で冷却システムを搭載することとは両立しない。

本発明の根底にある技術的課題は、従来技術を参照して説明した欠点を克服するエンジン用冷却システムを提供することにある。

この問題点は、添付の特許請求の範囲の請求項１において限定された冷却システムに関する。

特定の空冷式内燃機関の場合、エンジン基準温度はエンジンオイルの温度であり、それは、エンジンによって内部的に検知される。その結果、この場合には、エンジンオイル、ファンクラッチ及び内燃機関温度の間で、直接的な相関関係が確立される。加えて、エンジンは、その動作温度に短時間で達することができ、オイルポンプ動作における省エネルギー化をさらに可能にする。

本発明による冷却システムの主たる利点は、ファンをエンジンの内部温度が上昇した場合のみ駆動することを可能にすることにあり、低い温度では、ファンが回転せずに、エネルギー消費を最適化することにある。

本発明による冷却システムを組み込んだオートバイの内燃機関の一部の断面図である。 本発明による冷却システムを組み込んだオートバイの内燃機関の一部の断面図である。

以下、添付図面を参照して、制限的な目的はなく、実施例として提供される好ましい実施の形態に従って、本発明を説明していく。

図１及び図２を参照すると、駆動ユニット１が部分的に示されている。この実施例では、この駆動ユニット１は、空冷式単気筒内燃機関、並びに、動力伝達部材に動作を伝達するクランクシャフト４に属するクランク３及びピストンロッド２を備えている。

クランクシャフト４は、各固定子巻線を有する電気モータ（図示せず）にも接続され得る。電気モータは、電流発生装置であり得、内燃機関及び任意の他の部材へ動力を供給し、及び／又はバッテリを充電する。また、この電気モータは、エンジンの始動を実行し得ることも意図されており、かつ、この電気モータは、内燃機関が始動される時にバッテリを充電し、かつ、オートバイが、所謂、ハイブリッド推進式である場合にオートバイに動力を供給し得る電気発電装置でもあり得る。

クランクシャフト４は、オートバイの長手方向に対して横方向であり、地面に対して水平であり、かつ、オートバイが直線に沿って前進している時に、固定された、即ち、相だされない後輪の回転面によって実質的に確定される垂直面に対して直交している。

図１及び図２は、本発明によるシステムの概略断面図を示しており、特に、冷却システム２０を備えた推進ユニット１を示し、前記冷却システム２０は、スイベル連結１４'を用いてクランクシャフト４に固定された冷却ファンを有し、その結果、クランクシャフトがファンの駆動軸として作用する。

ファン８は、容器９の内部に配置され、容器９はファンを径方向に囲み、かつ、吸気口１０及び部分的に示された分配通路１９を画定し、該分配通路１９は、例えば、空冷式エンジンの場合には、エンジンブロックの方向に空気流を向ける。前記吸気口は、ファン８を保護するためにファン８の前方に配置されたガードを有し得る。

エンジンが水冷式の場合、上述の幾何学的構造は殆どが維持されるが、吸気口は、オートバイの一側に配置されたラジエーターに面し、かつ、空気は、ラジエーター及び保護ガードを通して吸い込まれることになる。

ファンが、クランクシャフトからファンを切り離すために、クランクシャフトではなく、それによって駆動され得る駆動シャフトに接続され得ることは理解される。

第一実施例では、シャフト４は、その遠位端部１２の近くに、ファン８を備えた連結システムを有し、この実施例では、連結システムは、クランクシャフト４の前記遠位端部１２に軸線方向に接続された第一の移動可能なクラッチ部材１１を備えたクラッチ５で形成されており、その結果、それは、第一クラッチディスク１３を支持するシャフト４によって回転状態にされ得る。第一クラッチ部材１１は、シャフト４に捩じり結合されており、シャフト４と比較すると軸線方向に移動可能である。この種の連結は、第一クラッチ部材１１の対称軸と平行な方向に向けられた、第一クラッチ部材１１のスロット１１ａの中で軸線方向に摺動するシャフト４と一体のピン１１ｂを用いて実行され得る。

さらに、クラッチ５は、第二クラッチ部材１４を有し、この第二クラッチ部材１４は、軸線方向に固定され、第一摩擦部材１１と面しているが、そこから解放されている。第二クラッチ部材１４は、第二クラッチディスク１５を支持し、該第二クラッチディスク１５は、それが前記第一クラッチディスク１３と接触した時にファン８を駆動する。

連結システムは、さらに、磁気要素１８を備え、この磁気要素１８は、前記第一クラッチ部材１１によって支持され、好ましくは、リンク型である。磁気要素１８には、その対向する面の間に、一方がファン８に向かい、他方が反対側に向かう極性が設けられている。

吸気口１０の位置で容器９に配置された、冷却システムの電磁石２２による磁気引力又は磁気反発力を、磁気要素に作用することが可能である。詳細には、電磁石２２はファン８と面しており、ファン８は、磁気要素１８を形成するリングと同軸である。ファンに対して電磁石２２を片持ち式に配置することにより、クランクシャフト４の長さを相当コンパクトにすることができ、かつ、冷却システム２０の全体寸法を小さくすることができる。

電磁石２２内に電流を流すことによって電場が形成され、磁気要素１８を吸引するか又は反発して、クラッチ５を作動又は離脱する。特に、電磁石２２が、第一摩擦要素１１と連結する磁気要素１８に吸引磁力を及ぼすと、第一摩擦要素１１はファンに向かって軸線方向に移動し、第二クラッチ要素１４と接触する。特に、第一及び第二摩擦ディスク１３及び１５が接触して、クランクシャフト４の運動をファン８に伝達する。

反対に、バンパー磁力を及ぼすことにより、前記第一及び第二クラッチ要素１１及び１４を離脱することができる。二つの摩擦要素１１及び１４を離れる方向に動かすために、スプリング（図示せず）が、それらの間に設けられ得る。

好ましくは、磁気要素１８は強磁性であり、それにより、回転要素に電力供給がされずに、電気的な衝突接点や同様の解決手段が不要になり、冷却システムの耐久性及び信頼性の点で相当有利であることは理解されるべきである。

外部温度に対するエンジン温度、即ち、エンジンオイル温度が、クラッチを接続してファン８を動作させるような温度の場合、環状コイル式電磁石２２は、クラッチを接続して作動させるように制御ユニット２０によって給電される（図２参照）。これに関し、制御ユニット２０は、図面に概略的に示された温度センサ２１に接続され、温度センサ２１は、エンジン内部の内部温度を測定する。

反対に、エンジン温度が低い場合、電磁石２２は、クラッチ５を切断し、即ち、磁気要素１８に吸引力を及ぼさないようにし、クランクシャフト４がファン８から離脱される（図１参照）。これにより、エンジンは必要がない時に冷却されず、従って、利用可能な出力が増加し、燃料消費量が低減し、特に、寒冷地において、エンジン温度を動作温度に素早く上昇させることが可能になる。

エンジン温度が、エンジンの内部温度の基準値である所定の閾値を超えて上昇し、それが第一センサ２１によって検知されると、制御ユニット２０がクラッチ５を接続し、ファン８を動作させて回転させ、エンジンを冷却する。

電磁石２２は、容器９、特に、吸引口格子１０上に配置される。これは、電磁石２２が外部から容易にアクセスすることができる領域に配置され、従って、システムの保守が容易になることを意味する。

さらに、本発明によって提供される解決手段では、磁化された要素は移動せず、従って、構造が簡単であり、経済的であり、かつ、故障し難い。冷却システムの主たる構成要素、即ち、ファン８、クランクシャフト４及び吸引口１０を備えた容器９が軸線方向に固定されているので、システムに故障を生じさせる衝撃や傷の危険性が制限される。

また、本発明によるクラッチ５は、ファンの容積の範囲内に形成されるファン８の一部分に配置することができるので、寸法を大幅に低減し、かつ、表面詰まりの危険を大幅に低減することができる。

当業者は、追加の条件付きの要求を満たす満たす目的で、上述した冷却システムに対して、幾つかの改良及び変更を加えることができ、前記改良及び変更は、添付した特許請求の範囲によって定義された本発明の保護範囲内に全て含まれる。

Claims (7)

1. 冷却ファン（８）及び駆動シャフト（４）を備え、前記ファン（８）が、連結システムによって前記駆動シャフト（４）に接続された内燃機関（１）の冷却システム（２０）であって、
   前記連結システムが、
   ・・駆動シャフト（４）又はファン（８）に軸線方向に移動可能に、かつ、ねじり接続された第一クラッチ部材（１１）及び、
   ・・ファン（８）又は駆動シャフト（４）に接続された軸方向に固定された第二クラッチ部材（１４）
   を備えたクラッチ（５）と、
   前記第一クラッチ要素（１１）に配置された磁気要素（１８）と、
   吸気口（１９）に配置され、ファン（８）に向かって突出し、内燃機関温度が基準値より高い場合に、駆動シャフト（４）にファン（８）を係合させるよう電力を供給した時に、前記磁気要素（１８）を引き付けるように構成されている電磁石（２２）と
   を備えている
   ことを特徴とする冷却システム。
2. 駆動シャフトが、冷却すべきエンジンのクランクシャフト（４）と一致するか、又は、それに接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
3. 電磁石（２２）が、モータ内の内部温度を測定する温度センサ（２１）に接続された制御ユニット（２０）によって給電される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却システム（２０）。
4. 前記第一クラッチ部材（１１）が軸（１１ａ）を備え、該軸（１１ａ）に、クランクシャフト（４）と一体のピン（１１ｂ）が貫通し、軸線方向の相対摺動を可能にし、かつ、円周方向への回転を防止するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷却システム。
5. 第二摩擦部材（１４）が、ファン（８）に堅固に接続されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
6. 前記電磁石（２２）が、前記吸気口（１０）を有する容器（９）に接続されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の冷却システム（２０）を備えたオートバイ。

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