JP3033795U - 内燃機関の無段階作動オートファンクラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の内燃機関用オートファンクラッチは、
作動と副作動においてファンの速度が急に変化されてエ
ンジンに種々の望ましくない弊害を及ぼすので非経済的
で不便な短所があった。 【解決手段】 考案の構成において折曲部（３）を持つ
バルブ（１）、オイル吐出孔（５）を持つ板体から成る
金属リング（４）を使用して解決し、円板（２０）のオ
イル通過孔（２１）は附随的な解決手段とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は内燃機関の無段階作動オートファンクラッチに関するものでファンの 作動と副作動のアクションを非常に円滑にするのが特徴であり、これは本考案を 案出した目的でもある。

【０００２】 主に内燃機関の冷却用ファンを駆動させるために使用されるもので、回転が可 能であり、空隙が微細な部材の間に粘性がある流体を注入し、流体の剪断応力を 利用して二つの部材を回転させるクラッチをオートファンクラッチと通称する。

【０００３】

【従来の技術及び考案が解決しようとする課題】

内燃機関の冷却用ファンを駆動させるための上記オートファンクラッチは既に 公知であるが、これは、入力部材と出力部材の間に微細な空隙がありその空隙の 間に粘性を持つ流体を注入し、流体を動力伝達の媒介としてプーリシャフト（４ ０）が回転するとケーシング（６０）とカバー（１０）とが回転し、これに取付 けられているファン（１００）が回転するようになっており、入力部材と出力部 材との摩擦力を増加させるため上記空隙の間に流量の供給を変化させる方法を利 用したのである。

【０００４】 以下、詳細に説明する。

【０００５】 エンジンが作動してエンジンに熱が発生すると冷却水が循環するがエンジンの 熱を奪取して循環する冷却水を冷却させるために設置されたラジエーターは当然 に熱を発生する。

【０００６】 上記のラジエーターに発生した熱がオートファンクラッチに装置されているバ イメタルを駆動させると冷却ファンは回転してエンジンを冷却させるが（これに 対する詳細な説明は以下に述べる）図４の状態と同じくエンジンの熱が６５℃に 到達した時からファンは徐々に回転し始め７０℃を越して８０℃に到達すると最 大限に回転する。

【０００７】 図４に例示したグラフは現存する一つの内燃機関をサンプルとして実験し、そ の結果を示したもので内燃機関の種類によって上記の温度は若干の差異が有り得 る。

【０００８】 しかし、本考案で提供する技術は、内燃機関の種類にかまわずに適用される。

【０００９】 これを説明する。

【００１０】 停止していた冷却エンジンが最初に回転する時、即ち冷却ファンの初期回転で はロータ（５０）とケーシング（６０）、カバー（１０）が形成する空隙の間に よどんでいた少量のオイルを摩擦媒介として徐々に回転するがオイルの量が小さ いため摩擦力が大きく発生しないので高速回転は不可能である。

【００１１】 以後カバー（１０）とケーシング（６０）が弾力を受けて回転が加速するとカ バー（１０）の内側によどんでいるオイルはカバー（１０）とケーシング（６０ ）の円周方向にもたれながらポンピング力を受けるがこのポンピング力は入出力 部材の回転数差異によって発生する。

【００１２】 従ってオイルを媒体として摩擦回転する入出力部材においておのおのの回転数 に差異があるのは当然である。

【００１３】 このポンピング力は入出力部材の回転数が同一の回転数に近づきながら弱くな る。

【００１４】 これと同時にバイメタル（９０）はラジエーターから発生する熱を感知して作 動し始めバイメタル（９０）と結合したバルブ（１）を図３の状態で時計方向に 徐々に移動させ円板（２０）のオイル通過孔（２１）を漸進的に開放させる。

【００１５】 勿論バイメタル（９０）が作動する前はバルブ（１）は動かさずバルブ（１） の平面部（２）は円板（２０）のオイル通過孔（２１）を完全に塞いでいる。

【００１６】 従ってポンピング力を受けるオイルはオイル通過孔（２１）を通じて上記の空 隙に進入することが出来ない。

【００１７】 上記のオイル通過孔（２１）が開放されてオイルが上記の空隙に進入すると空 隙内のオイル量が増加するので摩擦力は上昇し、従ってケーシング（６０）とカ バー（１０）は回転速度が加重してもっと高速に回転する。

【００１８】 エンジンは始動後、時間の経過と共に熱が上昇するのでバイメタル（９０）は バルブ（１）をもっと時計方向に移動させ、結局オイル通過孔（２１）を完全に 開放させて上記の空隙にはオイルの進入量が最大になるようにするのでファンの 回転速度は最高値に到達する。

【００１９】 従って高熱が発生しているエンジンを最大に冷却させるのである。

【００２０】 ここで一つの問題点が発生する。図４でわかるように従来の装置は７０℃〜７ ８℃程度の小さい温度区間でファンの速度が急速に増加するので、エンジン熱を 急激に冷却させる。このためエンジンの効率が低下しエンジンに無理を与える短 所が有る。ファンの回転速度はエンジン熱の上昇と比例して上昇するのがもっと も望ましい。

【００２１】 従来の装置は、バルブ（１）が移動しながら円板（２０）のオイル通過孔（２ １）を開放させ、これを通じてオイルは上記の空隙に少しづつ進入し、ロータ（ ５０）の回転によって空隙の間にあったオイルはオイル出入孔（１２）（１１） を通じてカバー（１０）内の空間部を循環する。

【００２２】 即ちオイル通過孔（２１）を通じて供給されるオイルは上記の空隙の間で摩擦 力を発生させるけれども、オイル出入孔（１２）（１１）を通じて排出されるの で初期には強い摩擦力をエンジンの温度がもっと高くなってバルブ（１）がオイ ル通過孔（２１）を完全に開放して一時に多量のオイルが空隙に供給され始める 時から摩擦力が急速に上昇するのでファンの回転速度が高くなる。

【００２３】 それ故に図４に表示された上昇曲線は望ましくない。

【００２４】 次にエンジンの温度が低下して、より以上の冷却が必要ない時には（バイメタ ルに加えられる体感温度が約７５℃以下の時）ファンが迅速に停止してエンジン の熱を損失しないようにすべきだが、図４のグラフを見るとエンジンの熱が６２ ．５℃程度に達する時までもファンの回転速度は殆ど最高値を表しておりながら その後回転速度が急速に低下して５８℃程度で停止するのが理解し得る。

【００２５】 これはエンジンにより以上の冷却を与えなくてもいい時点からファンの回転速 度が正常的に緩やかに低下するのではなく、エンジンを必要以上にはなはだしく 冷却しながら瞬時に回転が激減するのである。

【００２６】 従って、エンジンの無理な冷却のため効率が低下することは勿論、エンジンに 無理を与えて性能の異常を招き、エンジンの寿命を短縮する原因になる。

【００２７】 エンジンに無理が発生して出力が突然低下すると、運転者は当惑されて軽率に 運転を操作する可能性が高まって事故発生の恐れがあり、必要以上にエンジンに 過負荷をかける可能性が高く、エンジンの急な変化のため急制動をかけるか始動 を停止させる場合も多いのでやはり合理的でない問題がある。

【００２８】 従来の装置においてファンの回転速度が正常的に緩やかに減少しない理由は次 の通りである。

【００２９】 上記空隙の間にあるオイルは、入力部材と出力部材との間で強い摩擦力を維持 してとどまりながらファンの回転を正常的に減少させる場合には、比較的迅速に 空隙の間から脱出してカバー（１０）内の空間部にもどらなければならないが、 カバー（１０）内の空間部、空隙、オイル出入孔（１２）（１１）が貫通されて いる状態であるからオイルに加えられた強い遠心力が弱まらないのでオイルをカ バー（１０）内の空間部に早くもどし得る方法がない。

【００３０】 即ちエンジンの熱が６２．５℃程度に達し、バイメタルが元の位置に戻って、 バルブがオイル通過孔（２１）を完全に塞がない状態までは、ポンピングの均衡 を破る原因がないのでファンは最高速度を維持しながら回転する外はないのであ る。

【００３１】 この時の入出力部材の回転速度は殆ど同一である。

【００３２】 次にバルブがオイル通過孔（２１）を完全に遮断するとポンピング力の均衡が 破れるので、空隙の間にあったオイルは迅速にカバー内の空間部に帰還して摩擦 力を急に減少させることによりファンの回転も急激に減少されるので図４の状態 と同じく急激な下降曲線を形成する。

【００３３】 それ故に上述の如き望ましくない結果が招来される。

【００３４】

【考案の実施の形態】

本考案は、このような従来装置の短所を解決するために案出されたものでその 構成を添付した図面に依って説明する。

【００３５】 上記の如き従来のオートファンクラッチにおいて、カバー（１０）のオイル出 入孔（１１）の端部が露出される端の円周面にはまるように板体から成る金属リ ング（４）をはめるが、これには

【外３】 の形状をなすオイル吐出孔（５）を形成してオイル吐出孔（５）がオイル出入孔 （１１）と一致する位置になるようにした後、両端に折曲部（３）が対称形成さ れ、平面部（２）が対称形成されたバルブ（１）を、板体から成る金属リング （４）の内部に位置させ、折曲部（３）が下を向くようにしながら折曲部（３） の外面が板体から成る金属リング（４）の内面と接触するようにし、その上には

【外４】 の形状をなすオイル通過孔（２１）が対称形成された円板（２０）を位置させ、 バルブ（１）の平面部（２）がオイル通過孔（２１）を密閉するようにし、オイ ル通過孔（２１）とオイル出入孔（１１）との位置はバルブ（１）が作動した時 、オイル通過孔（２１）が開放されればオイル出入孔（１１）は密閉されるよう に距離を持つ位置にし、バルブ（１）の中心には既存のバイメタル（９０）を設 置して、装置が作動する時、バルブ（１）の平面部（２）がオイル通過孔（２１ ）を開放すると、折曲部（３）はオイル出入孔（１１）を密閉するようにしてフ ァンの回転速度が無理なく増加し、無理なく減少するようにする。本考案の作用 と効果を説明すると次の通りである。

【００３６】 従来の装置は、図２を基準として見る時、板体から成る金属リング（４）が構 成されずバルブ（１）には折曲部（３）がなく平面部（２）だけ形成されている 。

【００３７】 従って、従来の装置は、バルブ（１）はオイル出入孔（１１）に出入するオイ ル量を調節または統制する機能はなく、ただオイル通過孔（２１）を通過するオ イル量を調節あるいは統制する機能しかない。

【００３８】 次に本考案が構成されたオートファンクラッチの作動を説明する。

【００３９】 本考案のオートファンクラッチもやはり図５の状態と同じくエンジンの温度が ５８℃程度から作動を始めるがバイメタル（９０）の運動によって図３のように バルブ（１）が時計方向に緩やかに移動する。

【００４０】 この時からカバー（１０）の内部のオイルはオイル通過孔（２１）を通じて上 記空隙の間に進入し入出力部材の間には摩擦力が増加し始める。

【００４１】 ここで本考案の要部技術が表出されるがこれを詳細に説明する。

【００４２】 バルブ（１）が移動して平面部（２）がオイル通過孔（２１）を開放し始める と、それと同時に折曲部（３）は板体から成る金属リング（４）に形成されてい るオイル吐出孔（５）の水平部分みぞを左側から緩やかに密閉し始める。

【００４３】 勿論、平面部（２）がオイル通過孔（２１）を完全に開放すると折曲部（３） はオイル吐出孔（５）を完全に密閉する。

【００４４】 本考案の装置は、ファンの回転速度が図５のようにエンジンの温度上昇に釣合 いよく比例して上昇するがその理由は次の通りである。

【００４５】 オイルがオイル通過孔（２１）を通過して入出力部材の空隙に進入した後、摩 擦力が発生するとロータ（５０）の回転力によってオイル出入孔（１２）（１１ ）を経て帰還しまた循環するのは当然である。

【００４６】 ところが、バルブ（１）の折曲部（３）がオイル通過孔（２１）の開放速度に 比例する速度でオイル吐出孔（５）を塞ぎながら運動をするので空間部に帰還し ようとするオイルの量を統制する。

【００４７】 従って入出力部材間の空隙とオイル出入孔（１２）（１１）との間にとどまり ながら帰還しようとするオイルの帰還力が押えられるので、オイルは弾力的に（ 帰還を妨害する圧力が加えられるので）とどまりながら摩擦力を低下させず、持 続的に上昇させる。

【００４８】 バルブ（１）がさらに移動してオイル通過孔（２１）を完全に開放するとオイ ルの供給量は最大になり帰還オイル孔は完全に塞がるのでオイルの摩擦力が最上 になりながらファンの回転速度は最高値に達する。

【００４９】 換言すれば本考案のバルブ（１）はオイル通過孔（２１）にオイルを供給する と同時に帰還するオイルの量を緩やかにまた持続的に統制するので入出力部材間 の空隙とオイル出入孔（１２）（１１）の内部には常に正圧（プラス圧力）が作 用する。

【００５０】 それ故に流線の断続現象が発生しないので摩擦力は緩やかに増加し、これによ ってファンの回転速度も緩やかに増加するので結局図５のグラフと同じ結果の値 が得られる。

【００５１】 これはエンジンの効率を低下させないのは勿論、エンジンに過負荷がかけられ たり、無理が加えられる現象を完全になくす画期的効果を含蓄するので、今後内 燃機関全体の性能と耐久性に大きく寄与する。

【００５２】 次にエンジンが冷却されながらより以上の冷却が必要でない場合における本考 案の作用を説明する。

【００５３】 エンジンが冷却されより以上の冷却が必要でない温度点である７８〜８０℃に 達するとバイメタルが作動してバルブ（１）を元位置に戻らせようとする。

【００５４】 バルブ（１）が作動して図３の状態で反時計方向に移動するとバルブ（１）の 折曲部（３）はオイル吐出孔（５）の縦の穴の部分から開放させるが開放される と同時に上記の空隙とオイル出入孔（１２）（１１）内部に正圧状態にあったオ イルは迅速に吐出されて帰還する。

【００５５】 これは上述の如くバルブ（１）の折曲部（３）がオイル吐出孔（５）を完全に 密閉させるのでその内部では正圧が作用したためである。

【００５６】 それ故に正圧が静止すると同時に、オイルは負圧（マイナス圧力）状態にあっ たカバー内部の空間部に迅速に帰還するが、オイル吐出孔（５）は一時に開放さ れずバイメタルとバルブによって緩やかに開放されるので正圧状態は緩やかに減 圧されながら結局負圧状態と均衡を保つようになる。

【００５７】 従って空隙間の摩擦力は強制的に緩やかに減少するので図５の状態のように理 想的なグラフを創出し得るのである。

【００５８】 それ故にエンジンの冷却速度とうまく調和しながらファンの回転速度ももっと も理想的に減少され前述した従来の装置が持つ問題点と短所を完全に解消するこ とが出来る。

【００５９】 円板（２０）に形成されたオイル通過孔（２１）はその形状が

【外５】 の如くなり、この新規の形状が本考案で提供されるが図３を基準として見る時、 右側に行くに従って高さが徐々に大きくなる形状を採択した。

【００６０】 従来装置のオイル通過孔は主に

【外６】 、“○”または

【外７】 等のような形状を持つためオイルの注入量が徐々に増加し得ないので望ましくな かったし、本考案に従来のオイル通過孔形状を適用して見たが本考案で提供され たオイル通過孔（２１）の形状よりは効果が少なかった。

【００６１】 従って円板（２０）におけるオイル通過孔（２１）の形状は一側に高さが次第 に増加するタイプがもっとも望ましいという結果を得たのである。

【００６２】 その理由は温度上昇による流体の粘度低下と断面積の変化量によって随伴され る流量変化係数を理想的に補充し得るためである。

【００６３】 オイル吐出孔（５）の全体の長さはオイル出入孔（１１）の直径よりやや小さ くするのが望ましいが、オイル出入孔（１１）の端部を拡げてそれに比例するよ うにオイル吐出孔（５）の長さを増すことも出来る。

【００６４】 これは設計変更の事項に該当するが、内燃機関の特徴あるいは性能に従ってオ イル吐出孔（５）の

【外８】 は断面積を変化することが出来る。

【００６５】 但し重要であるのは、オイル吐出孔（５）の形状は水平部分に全体長さの６０ ％程度を越える長さのみぞを持ち垂直みぞの高さは水平みぞ幅の５〜１５倍の高 さであり垂直みぞ幅は水平みぞ幅より最小５倍以上でなければならない。

【００６６】

【考案の効果】

本考案は上述の如き作用と効果以外にもっと経済的に内燃機関を運転出来るの みならず機関の寿命も延長することが出来るし、機関の瞬間異常現象が発生しな いので産業全分野で広く適用され得る利点が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の使用状態を表示する分解斜視図。

【図２】本考案の使用状態を表示する分解断面図。

【図３】本考案の使用状態を表示する参考図。

【図４】従来のオートファンクラッチの性能を表示した
グラフ。

【図５】本考案のオートファンクラッチの性能を表示し
たグラフ。

【符号の説明】

１ バルブ ２ 平面部 ３ 折曲部 ４ 板体から成る金属リング ５ オイル吐出孔 １０ カバー １１ オイル出入孔 １２ オイル出入孔 ２０ 円板 ２６ オイル通過孔 ３０ 円板 ３１ オイル通過孔 ４０ プーリシャフト（Ｐｕｌｌｅｙ ｓｈａｆｔ） ５０ ロータ（Ｒｏｔｏｒ） ６０ ケーシング（Ｃａｓｉｎｇ） ７０ ベアリング ８０ バイパスストッパ（Ｂｉ−ｐａｓｓ ｓｔｏｐ
ｐｅｒ） ９０ バイメタル １００ ファン

【手続補正書】

【提出日】平成８年９月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 オートファンクラッチにおいて、カバー
   （１０）のオイル出入孔（１１）の端部が露出される端
   の円周面にはまるように板体から成る金属リング（４）
   をはめるが、これには 【外１】 の形状をなすオイル吐出孔（５）を形成してオイル吐出
   孔（５）がオイル出入孔（１１）と一致する位置になる
   ようにした後、両端に折曲部（３）が対称形成され、平
   面部（２）が対称形成されたバルブ（１）を、板体から
   成る金属リング（４）の内部に位置させ、折曲部（３）
   が下を向くようにしながら折曲部（３）の外面が板体か
   ら成る金属リング（４）の内面と接触するようにし、そ
   の上には 【外２】 の形状をなすオイル通過孔（２１）が対称形成された円
   板（２０）を位置させ、バルブ（１）の平面部（２）が
   オイル通過孔（２１）を密閉させるようにし、オイル通
   過孔（２１）とオイル出入孔（１１）との位置はバルブ
   （１）が作動した時、オイル通過孔（２１）が開放され
   ればオイル出入孔（１１）は密閉されるように距離を持
   つ位置にし、バルブ（１）の中心にはバイメタルを設置
   して、装置が作動する時、バルブ（１）の平面部（２）
   がオイル通過孔（２１）を開放すると、折曲部（３）は
   オイル出入孔（１１）を密閉するようにしてファンの回
   転速度が無理なく増加し、無理なく減少出来るようにす
   るのを特徴とする内燃機関の無段階作動オートファンク
   ラッチ。