JP4412830B2 - エンジン冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン冷却装置においては、ラジエータとファンとの間にシュラウドを配設し、冷却空気を効率良く流して冷却効率の向上を図っている。
ところが一般的に、ファンはエンジンにより駆動されるためエンジン側マウントに影響されるが、ラジエータはエンジンとは異なる部位にマウントされているために、ファンとラジエータとの間は相対振動が発生する。このため、ラジエータに装着されるシュラウドとファンとの間の隙間（以降、この隙間をチップクリアランスと呼ぶ）をある程度離し（通常１５〜２０ｍｍ程度）、シュラウドとファンとの干渉を防止している。
ところが、このチップクリアランスから冷却空気が漏れてしまうため、冷却効率の向上は頭打ち状態となっている。
【０００３】
チップクリアランスを小さくするために、エンジン側のマウントにシュラウドを装着することにより、ファンとシュラウドとの相対移動を小さくすることができ、これにより、チップクリアランスを小さくすることが可能となるが、エンジン側から伸ばすシュラウドを支持するステイとして頑強なものが必要となってしまう。
また、チップクリアランスを小さくするために、ファンをラジエータ側にマウントすることも考えられるが、この場合は、エンジンの駆動力をファンに伝達するためのベルトを用いた駆動力伝達機構に、ファンとエンジンとの相対振動を吸収するため、ベルトのテンショナー機構を設けなければならず、構造が複雑となり場積も大きくなる。
【０００４】
従来、チップクリアランスからの冷却空気の漏れを抑制する技術としては、実開平６-４３２２４号公報（以下、第１従来技術と呼ぶ）や特開平９-２６４１３８号公報（以下、第２従来技術と呼ぶ）に開示されている。
第１従来技術においては、図１２に示すように、ファン７１の外縁部にリング７２を装着し、シュラウド７３とのチップクリアランス７４にはリング７２の外周面に摺接するブラシ７５をシュラウド７３側に取着して、チップクリアランス７４からの冷却空気の漏れを抑制している。
第２従来技術においては、図１３に示すように、ファン８１から延出する回転軸８２に対しリング部材８３を支持部材８４によって枢設しているので、リング部材８３はファン８１の振動に倣って変位する。このため、ファン８１とリング部材８３とのチップクリアランス８５を小さくすることができ、チップクリアランス８５からの冷却空気の漏れを抑制している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
すなわち、第１従来技術では、摺接部での騒音、ブラシ７５の摩耗（特に、ファン７１とシュラウド７３との相対振動による損傷）による頻繁な部品交換等の不具合が発生する。
また、第２従来技術では、ファン８１とシュラウド８６との相対振動を吸収するためシュラウド８６とリング部材８３との間に弾性部材８７（ゴムスポンジ）を配置しなければならず、相対振動による弾性部材の損傷、経年変化による劣化により頻繁な部品交換等の不具合が発生する。
【０００６】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、チップクリアランスからの冷却空気の漏れを抑制して、冷却効率のよいエンジン冷却装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、エンジンを動力源として回転するファンを備え、ラジエータからファンの外周方を覆うシュラウドを設けたエンジン冷却装置において、ファンを囲む筒状の第１リング部材をファンの外縁部に取着し、第１リング部材の外方に離間して第１リング部材を囲む筒状の第２リング部材をシュラウドに取着し、第１リング部材の外周面に、ファンの軸方向に対し送風方向に向かってファンの回転方向とは反対に傾斜する溝を設けたことを特徴としている。さらに、第２発明は、第１リング部材の外径及び第２リング部材の内径は、送風方向に向かって漸増することを特徴としている。
【０００８】
即ち、冷却空気のシュラウド内方からエンジン側に抜ける流路が、筒状の第１リング部材とそれを囲む筒状の第２リング部材とに挟まれた筒状となり通風抵抗が大きくなるので、冷却空気のエンジン側への漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。また、ファンと一体になって回転する第１リング部材の外周面に、ファンの軸方向に対し送風方向に向かってファンの回転方向とは反対に傾斜する溝を設けているので、リング部材の回転に伴って溝内の空気をラジエータ方向に押し出すので、シュラウド内方からエンジン側に漏れようとする冷却空気の抵抗となるので、冷却空気のエンジン側への漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。なお、さらに第２リング部材の内周面に第１リング部材の溝とは逆方向に傾斜する溝を設けた場合には、これによってもラジエータ方向に空気を押し出すので、効果が向上する。さらに、両リング部材を送風方向に向かって径が漸増する、即ちラッパ形状にすることにより、両リング部材間の断面積はエンジン側に向かって小さくなるため、シュラウド内方からエンジン側に漏れようとする冷却空気の抵抗が大きくなるので、冷却空気のエンジン側への漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。エンジンとラジエータとの間に発生する相対振動は、第１リング部材と第２リング部材との隙間で吸収し、ファンとシュラウドとの干渉を防止することができる。
【０００９】
また、第３発明は、エンジンを動力源として回転するファンを備え、ラジエータからファンの外周方を覆うシュラウドを設けたエンジン冷却装置において、ファンを囲む筒状の第１リング部材をファンの外縁部に取着し、第１リング部材の外方に離間して第１リング部材を囲む筒状の第２リング部材をシュラウドに取着し、前記第１リング部材は磁化され、前記第２リング部材は、前記第１リング部材との間に磁気反力を生じるように磁化され、かつ径方法に遊動可能にシュラウドに遊嵌されたことを特徴としている。
【００１０】
即ち、第２リング部材をシュラウドに遊嵌しておき、第１リング部材と第２リング部材との間の磁気反力により第２リング部材を第１リング部材に倣って変位させることができる。このため、エンジンとラジエータとの間に発生する相対振動は、第２リング部材とシュラウドとの変位で吸収し、ファンとシュラウドとの干渉を防止することができる。さらに、これにより、第１リング部材と第２リング部材との隙間で上記相対振動を吸収する必要がないため、両者の隙間を極めて狭くできる。よって、冷却空気のシュラウド内方からエンジン側に抜ける流路となる該隙間は通風抵抗がきわめて大きくなるので、冷却空気のエンジン側への漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
【００１１】
さらに、第４発明は、第１発明又は第３発明のエンジン冷却装置において、ファンの回転軸を回転自在に支持する軸受けを支持部材を介してシュラウドに固定し、エンジンの駆動軸とファンの回転軸とを自在継手を介して連結したことを特徴としている。
【００１２】
即ち、エンジンとラジエータとの間に発生する相対振動は自在継手で吸収され、また、ファンはシュラウド側に支持されているため、ファンとシュラウドとの相対振動は小さく抑えられ、ファンとシュラウドとの隙間を小さくできる。これにより、冷却空気のシュラウド内方からエンジン側に抜ける流路となる該隙間は通風抵抗がきわめて大きくなるので、冷却空気のエンジン側への漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係るエンジン冷却装置の側面図を、図２はそのＡ−Ａ矢視図を示している。
一端側をエンジン１に回動自在に支持された回転軸２の他端には、エンジン１によりベルト３を介して回転されるファン４が取着されている。ファン４を挟んでエンジン１に対向して、エンジン１とは別のマウントにラジエータ５が設置されている。ラジエータ５のエンジン１側に一端開口を固定されラジエータ５からファン４の外周方を覆うシュラウド６が設けられている。
【００１６】
ファン４の外縁端部には、ファン４を囲むファンリング７が取着されている。シュラウド６のファン用開口位置でのファンリング７の外周面には周方向に矩形の溝７ａが設けられている。ファンリング７の外径はシュラウド６のファン用開口径よりもやや大きく、これにより、シュラウド６のファン用開口縁６ｃは溝７ａ内に位置している。また、組み立て可能とするためにシュラウド６は上部シュラウド６ａと下部シュラウド６ｂとからなる（図２参照）。
【００１７】
上記構造におけるチップクリアランス８は、溝７ａの底面とファン用開口縁６ｃとの隙間であり、ファン４とラジエータ５との間の相対振動による干渉を避けるために、従来と同様の隙間（通常１５〜２０ｍｍ程度）を有している。
また、ファン４とラジエータ５との間の相対振動による変位量は、軸方向の方が径方向に比べ小さいため、溝７ａの両側面とファン用開口縁６ｃとの隙間はチップクリアランス８よりも小さくてよい。
【００１８】
エンジン１を駆動しファン４を回転してＣ方向に冷却空気を送風すると、シュラウド６内の圧力が上昇し、一部の冷却空気がファンリング７の外方からエンジン１側に逆流しようとする。しかしながら、流路がファンリング７の全周にわたって溝７ａとファン用開口縁６ｃとで構成されるラビリンス構造になると共に、溝７ａの両側面とファン用開口縁６ｃとの隙間はチップクリアランス８よりも小さくなっているので、シュラウド６からの冷却空気の漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
また、溝７ａの底面とファン用開口縁６ｃとの隙間であるチップクリアランス８は通常の間隔が確保されているので、ファン４とラジエータ５とが相対振動しても干渉をすることはない。
【００１９】
つぎに、図３を用いて第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と共通する事項については同じ符号を付し、説明を省略する。
シュラウド６のファン用開口位置でのファン１４の外縁端部には周方向に矩形の切欠き１４ａが設けられている。ファン１４の外径はシュラウド６のファン用開口径よりもやや大きく、これにより、シュラウド６のファン用開口縁６ｃは切欠き１４ａ内に位置している。切欠き１４ａの底面とファン用開口縁６ｃとの隙間であるチップクリアランスは、従来と同様の隙間を有している。
【００２０】
本実施形態においては、チップクリアランス８は従来と同様の距離を有しているが、ファン１４とファン用開口縁６ｃとがオーバラップしているので、軸方向から見た場合、見かけ上はチップクリアランスがなくなっており、ファン１４の外縁端部による送風によって、チップクリアランス８の部分はＣ方向の流れが生じているので、シュラウド６からの冷却空気の漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
また、切欠き１４ａの底面とファン用開口縁６ｃとの隙間であるチップクリアランス８は通常の間隔が確保されているので、ファン１４とラジエータ５とが相対振動しても干渉をすることはない。
【００２１】
なお、図４に示すように、ファン用開口縁６ｃが、ファン２４のラジエータ５側端部に位置するように配置し、ファン用開口縁６ｃとの干渉を避けるようにファン２４のラジエータ５側端部に切欠き２４ａを設けるように構成しても、同様の作用効果が得られる。また、この場合、シュラウド６は一体式であってもファン２４との組み立ては可能である。
以上説明した第１，２実施形態において、ファンリング７又はファン１４，２４とファン用開口縁６ｃとが僅かにオーバラップしている例にて説明したが、ファン用開口縁６ｃの径がファンリング７又はファン１４，２４の径よりもやや大きくても、同様の作用効果が得られる。
【００２２】
つぎに、図５を用いて第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と共通する事項については同じ符号を付し、説明を省略する。
ファン３４の外縁端部には、ファン３４を囲む円筒形のファンリング３７が取着されている。ファンリング３７の幅はファン３４の軸方向の幅と略等しい。ファンリング３７の幅と略等しくファンリング３７の外周面より従来と同様のチップクリアランス８の距離離間する内周面を有する円筒形のシュラウドリング３９が、シュラウドリング３９の外周に立設するフランジ３８を介して、ファンリング３７と同心位置にてシュラウド３６に取着されている。
図６に示すように、ファンリング３７の外周面及びシュラウドリング３９の内周面には、それぞれ所定の幅及び深さを有する複数本の溝３７ａ，３９ａが設けられている。ファンリング３７の外周面の溝３７ａは、ファンリング３７がファン３４と一体となってＢ方向に回転し冷却空気をＣ方向に送風している場合に、送風方向Ｃに対して回転方向Ｂとは反対に傾斜する溝であり、シュラウドリング３９の内周面の溝３９ａは、送風方向Ｃに対して回転方向Ｂに傾斜する溝である。
【００２３】
ファン３４を回転し冷却空気をＣ方向に送風すると、シュラウド３６内の圧力が上昇し冷却空気がチップクリアランス８から漏れようとする。本実施形態においては、チップクリアランス８は従来と同様の距離を有しているが、流路の幅がファンリング３７の全周にわたってチップクリアランス８の距離に保たれたままファンリング３７の全幅にわたって続くため、通風抵抗が大きくなるので、溝３７ａ，３９ａがない場合であってもシュラウド３６からの冷却空気の漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
また、ファンリング３７の外周面に設けられ送風方向Ｃに対して回転方向Ｂとは反対に傾斜する溝３７ａにより、ファンリング３７のＢ方向への回転に伴って溝３７ａ内の空気はＢ方向に回転しながらＣ方向に押し出され、シュラウドリング３９の内周面に設けられ送風方向Ｃに対して回転方向Ｂに傾斜する溝３９ａにより、チップクリアランス８内でＢ方向に回転する空気はＣ方向に押し出される。このため、チップクリアランス８内においては溝３７ａ，３９ａによりＣ方向の流れが生じているので、シュラウド６からの冷却空気の漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
また、ファンリング３７とシュラウドリング３９との隙間であるチップクリアランス８は通常の間隔が確保されているので、ファン３４とラジエータ５とが相対振動しても干渉をすることはない。
【００２４】
なお、本実施形態において、ファンリング３７とシュラウドリング３９とを円筒形の例にて説明したが、図７に示すように、送風方向Ｃに対して径が大きくなる形状（中空の円錐台）のファンリング４７とシュラウドリング４９であっても、同様の作用効果が得られる。さらにこの場合、逆流方向に向かって流路面積が狭くなる（幅はチップクリアランス８の距離で一定であるが、径が小さくなって行く）ので、逆流方向に向かっての通風抵抗が大きくなりシュラウド４６からの冷却空気の漏れをさらに抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
また、図７において、ファンリング４７がない構成を採った場合には、ファン４４からの半径方向の成分を有する空気がシュラウドリング４９に衝突し、傾斜したシュラウドリング４９の内周面に沿ってラジエータ５側に流れるため、逆流を抑制することができる。
【００２５】
つぎに、図８，９を用いて第４実施形態について説明する。なお、図８はファン５４の先端付近の断面図で、図９は第８図におけるＺ視図であり、その他の個所は第１実施形態と共通であるので説明を省略する。
ファン５４の外縁端部には、ファン５４を囲む円筒形のファンリング５７が取着されている。ファンリング５７は、幅がファン５４の軸方向の幅と略等しく、外周面がＳ極に、そして内周面がＮ極にそれぞれ磁化されている。ファンリング５７の幅と略等しくファンリング５７の外径よりわずかに大きい内径を有する円筒形のシュラウドリング５９は、外周面がＮ極に、そして内周面がＳ極にそれぞれ磁化されている。そしてシュラウドリング５９は、シュラウドリング５９の外周に立設するフランジ５８をシュラウド５６に取着したブラケット５１に遊嵌することにより、ファンリング５７を囲む位置に配される。
ブラケット５１は、シュラウドリング５９が配置中心に対して所定距離（例えば２０ｍｍ程度）半径方向に移動してもフランジ５８が外れないような掛止部５１ａを有している。
【００２６】
エンジン１が駆動してファン５４とシュラウド５６との間に相対振動が発生した場合、対向する面を同極に磁化されたファンリング５７とシュラウドリング５９との間には接近するにつれて大きくなる磁気反力が作用するため、シュラウドリング５９はファンリング５７に倣って変位する。シュラウドリング５９はフランジ５８を介して、シュラウド５６に取着したブラケット５１に遊嵌状態で支持されており、ファン５４とシュラウド５６との間の相対振動はここで吸収されるので、チップクリアランス８にて相対振動を吸収する必要はなく、チップクリアランス８を極めて狭くすることができる。これにより、チップクリアランス８からの冷却空気の漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。
【００２７】
例えば外周面をＳ極、内周面をＮ極というように半径方向に磁化した例にて説明したが、図１０（ａ）に示すように、ファンリング５７Ａとシュラウドリング５９Ａとを、周方向にＮ極とＳ極とが繰り返すように磁化してもよい。この場合、ファンリング５７Ａとシュラウドリング５９Ａとの磁気反力を確保するため、同図に示すように、例えばＮ極の割合を大きく採ればよい。
また、図１０（ｂ）に示すように、ファンリング５７Ｂとシュラウドリング５９Ｂとを、ラジエータ５側をＮ極、エンジン１側をＳ極となるように軸方向に磁化して磁気反力を確保してもよい。
【００２８】
つぎに、図１１を用いて第５実施形態について説明する。
ファン６４の回転軸６２Ｂのラジエータ５側の端部は、軸受６３に回動自在に支持されており、軸受６３は軸受６３から径方向に延設された複数のステイ６９によりシュラウド６６に固定されている。回転軸６２Ｂのエンジン１側の端部は、金属積層板ばね型のフレキシブルカップリング６１を介してエンジン１に回動自在に装着されたファン用の回転軸６２Ａと結合されている。
ファン６４とシュラウド６６とのチップクリアランス８は、通常の距離よりも狭く、例えば５〜８ｍｍ程度である。
【００２９】
エンジン１が駆動してエンジン１とラジエータ５とが相対振動した場合、相対振動による変位はフレキシブルカップリング６１で吸収される。ファン６４はラジエータ５側に支持されているために、ファン６４とシュラウド６６との間の相対振動は小さく抑えられ、チップクリアランス８が通常よりも狭くてもファン６４とシュラウド６６とが干渉することはない。
チップクリアランス８を狭くすることができるので、チップクリアランス８からの冷却空気の漏れを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。また、ファンをラジエータ側にて支持する場合には、従来、ファン駆動用のベルトに振動吸収用のテンショナー機構を設けていたが、本実施形態によれば、テンショナー機構が不要となり、場積を小さくできると共にコストを抑えることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は実施形態に限定するものではなく、同様の機能を有するものであれば、形状や個数などは任意に変更してもよいのは勿論である。また、押し出し式の冷却装置を例に挙げて説明したが、吸い込み式の冷却装置に適用してもよい。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、エンジンとラジエータとの間に相対振動が発生してもファンとシュラウドとの干渉を防止することができる。また、チップクリアランスからの冷却空気の漏れを抑制することができるので、冷却効率のよいエンジン冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るエンジン冷却装置の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】第２実施形態に係るエンジン冷却装置の側面図である。
【図４】第２実施形態の別態様の側面図である。
【図５】第３実施形態に係るエンジン冷却装置の側面図である。
【図６】ファンリングとシュラウドリングの斜視図である。
【図７】第３実施形態の別態様の側面図である。
【図８】第４実施形態に係るエンジン冷却装置の側面図ある。
【図９】図８のＺ視図である。
【図１０】第４実施形態の別態様を示す図である。
【図１１】第５実施形態に係るエンジン冷却装置の側面図である。
【図１２】従来技術のエンジン冷却装置の側面図である。
【図１３】従来技術のエンジン冷却装置の側面図である。
【符号の説明】
１…エンジン、４，１４，２４，３４，４４，５４，６４…ファン、５…ラジエータ、６，３６，４６，５６，６６…シュラウド、６ｃ…開口縁、７，３７，４７，５７…ファンリング、７ａ…溝、８…チップクリアランス、１４ａ，２４ａ…切欠き、６１…フレキシブルカップリング、６２Ａ…駆動軸、６２Ｂ…回転軸。

Claims (4)

1. エンジンを動力源として回転するファンを備え、ラジエータからファンの外周方を覆うシュラウドを設けたエンジン冷却装置において、
   ファンを囲む筒状の第１リング部材をファンの外縁部に取着し、
   第１リング部材の外方に離間して第１リング部材を囲む筒状の第２リング部材をシュラウドに取着し、
   第１リング部材の外周面に、ファンの軸方向に対し送風方向に向かってファンの回転方向とは反対に傾斜する溝を設けたことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 請求項１に記載のエンジン冷却装置において、
   第１リング部材の外径及び第２リング部材の内径は、送風方向に向かって漸増することを特徴とするエンジン冷却装置。
3. エンジンを動力源として回転するファンを備え、ラジエータからファンの外周方を覆うシュラウドを設けたエンジン冷却装置において、
   ファンを囲む筒状の第１リング部材をファンの外縁部に取着し、
   第１リング部材の外方に離間して第１リング部材を囲む筒状の第２リング部材をシュラウドに取着し、
   前記第１リング部材は磁化され、
   前記第２リング部材は、前記第１リング部材との間に磁気反力を生じるように磁化され、かつ径方法に遊動可能にシュラウドに遊嵌されたことを特徴とするエンジン冷却装置。
4. 請求項１又は請求項３に記載のエンジン冷却装置において、
   ファンの回転軸を回転自在に支持する軸受けを支持部材を介してシュラウドに固定し、
   エンジンの駆動軸とファンの回転軸とを自在継手を介して連結したことを特徴とするエンジン冷却装置。

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