JPS5925859B2 - 自動切換式ファンの係合離反方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用冷却系統内のファンの係合離反方法
、さらに詳しくは温度が予め定めた値を超えて上昇した
とき係合状態となる自動流度調節的に制御される摩擦ク
ラッチの係合離反方法に関する。

内燃機関を装備した乗物において、すべての駆動状態の
下で必要な熱放散を達成すもために冷却系統内にファン
を配置しなければならないが、この場合ファンによる空
気の強制運動に必要とするのはわずかに作動範囲の約１
５〜２０係である。

もしファンがモータと強固に結合されまたもしファンへ
の入力が回転速度の３乗にほぼ比例するならば、モータ
動力の約８係の大きさの程度の動力損失となる。

そのうえ、モータをファンに強固に結合することはこれ
らが過大な空気量を高い回転速度で排出しこれによって
モータの過冷を生ぜしめ、さらに不必要にして極めて妨
害になる騒音を発生するから不利である。

上述の不都合を避けるために、ファンとモータとの間に
摺動可能な摩擦クラッチを提供するため種々の提案がな
されてきた。

そのうえ別個の電気モータを用いてファンを駆動するこ
とおよび調節可能な羽根を有するファンを用いることが
既に提案されている。

これらの提案ならびに構造はすべて、技術上、□操作上
および価格の点で不利点をもつから基本的な要求事項を
極めて部分的に満たすか、或は全く満足し得ないもので
ある。

普通型電磁式作動ファンクラッチは一般に高価で、かつ
切換操作が困難であって駆動要素に負荷をかける。

また、スリップリングを介する電流の供給は必ずしも信
頼できず、スリップリングを具備しないものは、価格の
点から特別な場合に使用に供せられるのみである。

別個の電気モータを有するファンは乗物用には比較的小
型の電気装置が使用されるから極めて小動力をもち得る
に過ぎず、従って高価な冷却器構造となり、そのうえさ
らに別個の切換装置およびサーモスタットを必要とする
。

液体式滑りクラッチが温度自動調節的に制御される構造
および非制御構造に用いることが知られて来たが、温度
自動調節的に制御される構造は一般の使用上高価過ぎ、
また非制御構造は実際上の要求事項にはほとんど或は全
く適合しない。

加えて絶え間なく起る滑りのため、多量の熱が放出され
なければならずその結果可成り高い作用温度を生ずるか
ら、普通の熱可塑性プラスチックで造られたファンの使
用は高価な構造上の手段を施さずには可能ではなくかつ
両方の構造に対して極めて不利点を有する。

既に既知である機械的摩擦クラッチはその構造が所期の
目的に対し敏感過ぎるから作動機能上信頼性に欠けかつ
満足できず、かつ制御が困難であるからそれらの実際の
使用は成功しない。

本発明の基本目的は上述の不利点を待たず流量制御され
た冷却空気流を生じかつ構造および製造が特に廉価かつ
簡単である前述の目的を果すファンの係合方法を提供す
ることにある。

この目的は対向する壁面と該壁面で囲繞される腔内に充
填された感熱部材からなり、ファンに担持されており駆
動軸上でかつ該駆動軸から離れた同心円上に配置されて
おり、該駆動軸とファンの係合時のみ該ファンと共に回
転するサーモスタットを備えており、前記壁は冷却空気
湯度の上昇による前記腔内の気体圧力上昇に応動して摩
擦クラッチ部材を作動させファンと駆動軸とを係合させ
る、特に内燃機関の自動切換式ファンに於て、前記サー
モスタットの腔内の感熱部材は、摩擦クラッチ部材が作
動すべき所望の冷却空気温度範囲内に沸点を有しかつ最
高冷却温度に於ても液体−気体の２相状態を保つ量の液
体を充填することにより、前記摩擦クラッチの係合離反
動作を前記腔内の感熱部材の気体部分の圧力変化で行な
い、更に該摩擦クラッチの係合又は離反動作維持を前記
摩擦クラッチの係合によるサーモスタットの回転による
サーモスタット腔内の液体部分の遠心力による軸方向力
の有無によることにより達成することができる。

添図を参照しつつ以下に本発明を詳述する。

図において通常の方法でモータに結合された水ポンプの
ハウジングを１で示す。

水ポンプ軸２は玉軸受装置３によってハウジング１内に
回転可能に支持されている。

さらに、ポンプインペラ４は水ポンプ軸２に押嵌めされ
ている。

軸周シール５がモータの水室を軸受部から隔離する。

バブ６もまた水ポンプ軸２に押嵌めされかつ２部品７，
８から成るＶベルト滑車を取付けている。

円板９がリベット１０によって部品８に固定されており
接手の部分を形成する。

ファンはポンプ軸２の肩部１１上で自由に回転可能に支
持された内側バブ部分１７から成る。

この支持方法は種々の方法で行われ、例えば自己潤滑式
減磨軸受の形態または球軸受として（この両型式とも本
図では図示されていない）、或は第１図に示すように自
己潤滑式減磨軸受部１３および１４間に位置する棒状軸
受１２として用いることができる。

円板１５およびばねリング１６がファンを軸２に対して
相対軸移動を固定する。

ファンは羽根３０〜３３が取付けられる環状外側部１８
をもつ。

これらの部品は熱可塑性可塑材で造ることが好ましくか
つサーモスタット１９．２０に結合される。

図示の実施例において、外側ファン部１８はサーモスタ
ットに鋳込まれ、また所望の材料で製造できる内側通風
機部１７はスクリュによってサーモスタットに結合され
る。

サーモスタットはその前面に配置されかつ冷却空気流に
さらされた金属板１９、ゴム質の弾性ダイヤフラム２０
および金属製仕切り２１から成る。

金属板１９は該板とダイヤフラム２０との間に腔２２が
存在するように形成されている。

金属板１９はまた前面周辺に亘って分布された膨らみ部
２３をもちこれらは板１９に剛性を付与しかつサーモス
タットの腔内に収納された液体をさらに迅速に回転し始
めさせるのに用いられる。

冷却空気流を受ける金属板１９は金属板から型打ち成形
され或はまた金属鋳造方法で製造されるが、この場合膨
らみ部２３は外側においても内側においても任意所望数
の放射状リブで置換できる。

サーモスタット１９，２０の腔２２は密閉された気密構
造である。

仕切り２１は絶対必要というものではないがこれは充填
媒体への熱交換性を改善してダイヤフラム２０が甚だし
く変形するのを防ぐから好ましいものである。

仕切り２１は充填媒体が該仕切り２１の前面および後面
にある空所内を連通できるように外周部に少くとも１つ
の孔２４をもつ。

ダイヤフラム２０は布地入りまたは布地無しのゴム状弾
性材料、または適当な弾性をもつ可塑材、或は比較的直
径が大きくかつ行程が小さい場合には金属でも構成する
ことができる。

第３図はリブ付き形状をもつ環状ダイヤフラムを、また
第４図は折たたみ型ポケットをもつ環状ダイヤフラムを
示す。

もちろん、リブまたは折たたみ型ポケットの数は所望ど
おり選定できる。

摩擦円板２５がまたダイヤフラム２０と円板または板９
との間に配置されかつバブ１７上で自由に軸方向で移動
可能に位置づけられかつ摩擦クラッチ用として好適な材
料で構成される。

摩擦円板２５は外周に数個の放射状突起２６をもちこれ
らは外側ファン部１８に設けられた適当な軸方向に延び
る溝または内歯スプライン２７と係合する。

予荷重を受けたコイルばね２８の１端は摩擦円板２５の
１方の側と押当り、かつ他端はバブ部１７に固定された
ばねリング２９上で支持される。

ばね２８はまたカップはねとして構成することもできる
。

第２図はファン部分１８に配設された羽根３０゜３１の
部分を示す。

液体がサーモスタツ１−１９．２０の腔内に含まれこの
液体ははヌ゛５０°乃至６０℃の湯度範囲内の沸点をも
つ。

もし沸点がこれよりも低ければ所望に従いばね２８に加
えられた初期応力によって補償せしめることができる。

充填量は全作動範囲に亘って、従って高温時においても
成る量の液体がサーモスタット内で蒸発されずに常に残
留し、これがファンによって回転し円周方向に押やられ
るように選定される。

この残留液体量は、摩擦円板２５と円板９との間でその
遠心力によって発生され、かつクラッチ部に軸方向へ作
用する接触力の１部が湿度により生じたガス圧力なしに
はクラッチトルクを伝達するには不十分であるように決
められる。

一般に充填媒体としては例えばトリクロロフロロエチレ
ン（Ｃ２ＣＩＩ ｓ Ｆ ｓ）が用いられこれは「フレ
オン１１３」なる登録商標で知られている。

可塑材製のダイヤフラムを用いるときは、この可塑材と
しては化学的に靭性のあるものを選定することが知られ
ている。

充填媒体としてもし「フレオン１１３」を使用すれば登
録商標クロロプレン（Ｃ１ｏｒｏｐｒｅｎ ）、ビタン
（ｖｊ ｔａｎ ）およびネオプレン（Ｎｅｏｐｒｅ
ｎ ）として知られているエラストマ弾性ゴムのような
ゴム状弾性ダイヤフラム用として用いることができる。

勿論、他の材料組合せも可能である。

例えは充填媒体はまた２つ以上の異った液体を混合した
ものを使用できるが、この場合にはいずれの材料の沸点
もサーモスタットの所望作動湿度よりも可成り低くなけ
ればならない。

作動について述べれば次のとおりである：上述したファ
ンが乗物の冷却器またはラジェータの後方に配置されか
つモータからＶベルト滑車を介して駆動されるとき、作
動開始時には、弁インペラ１７．１８は最初に軸１１と
は結合されずに殆んど静止状張を保つ。

冷却器を通流しかつ暖められた空気はファンのサーモス
タットに徐々に作用し；このような空気流は既に低い移
動速度において発生され、しかもファンの風車作用によ
って既に生ぜしめられている。

冷却空気流の湿度が増加すると、サーモスタットもまた
更に高い湿度に移動し、組合った湿度に達すると、充填
媒体がサーモスタット内で沸騰し、この場合、サーモス
タットに更に一定の熱供給が存在すると、ガス圧力が上
昇して弾性ダイヤフラム２０を左方へ（第１図）押し、
かっばね２８の力に打勝つと摩擦円板２５はモータによ
って駆動されている円板９に押当てられる。

始動時の摩擦業合によって、ファンおよびファンに結合
されたサーモスタット部分２０〜２４もまた突起２６を
介してこれに伴って回転を開始する。

サーモスタット内に存在する液体もまた回転し始めて液
体は遠心力で外周に押しあてられて軸方向に可撓なダイ
ヤフラムに付加圧力を加えかつこの力は摩擦円板２５に
伝達され、ガス圧力によって生ぜしめられた係合力を更
に強化し伝達され得るトルクを保証する。

ガスと液体との圧力の協動作用によって、クラッチはフ
ァンの駆動要素が負荷状態に何等の間欠的な急激変動を
吸収する必要がない程度に円滑に係合される。

冷却空気温度が正常値を超えている限り、クラッチの保
合状態は維持されてラジェータの強力な冷却が行なわれ
る。

もし冷却空気温度が充填媒体の沸点附近の値に低下する
と、サーモスタット内で作用しているガス圧力も消滅し
て遠心力で発生した圧力のみが残るが、この圧力だけで
は前記した様にすべての作動範囲内でファントルクを伝
達するには不十分である。

成る作動状態においてもしクラッチが１瞬間だけ外れる
と、直ちにファン速度が低下し遠心力によって生ずる圧
力の大きさはこの力が回転速度の２乗に比例するから急
速に衰える。

このために、・クラッチが滑り始めた瞬間に摩擦円板２
５には動的摩擦値を加えることが絶対に必要であるが、
この摩擦力の大きさは静摩擦値（係合摩擦）よりも可成
り小さい。

これによって摩擦クラッチの迅速かつ実質的に滑りを伴
わない外れが保証される。

本発明によるファンの設計構造ならびに選定された温度
、充填媒体および材料等は本発明の要旨から離脱するこ
となく変更が可能である。

本発明はその特定実施例について説明のために詳細を述
べたが上述の方法の変形がその部品の配置をも含み本発
明の請求範囲内に包括され得ることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は乗物モータのポンプ軸に取付けられた本発明の
方法を用いたファンの軸方向断面図；第２図は第１図の
矢印Ａの方向に見た冷却空気にさらされるファン部分、
サーモスタットの前面図；第３図および第４図は２種類
の異った形態を有するダイヤフラムを示ス。 図中、符号：１・・・・・・水ポンプハウジング、２・
・・・・・水ポンプ軸、３・・・・・・球軸受装置、４
・・・・・・ポンプインペラ、５・・・・・・軸シール
、６・・・・・・バフ、７，８・・・・・・■ベルトブ
ーリ部分、９・・・・・・円板、１０・・・・・・鋲、
１１・・・・・・ポンプ軸肩部、１２・・・・・・棒状
軸受、１３゜１４・・・・・・減摩軸受部、１５・・・
・・・円板、１６・・・・・・ばねリング、１７・・・
・・・内側バブ部、１８・・・・・・ファン外側部、１
９，２０・・・・・・サーモスタット、２１・・・仕切
り、２２・・・・・・腔、２３・・・・・・膨らみ部、
２４・・・孔、２５・・・・・・摩擦円板、２６・・・
・・・放射状突起、２７・・・・・・内歯スプライン、
２８・・・・・・コイルばね、２９・・・・・・ばねリ
ング、３０〜３３・・・・・・羽根、４０・・・・・・
同心円環状リブ、５０・・・・・・折り返しポケット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向する壁面と該壁面で囲繞される腔内に充填され
   た感熱部材からなり、ファンに担持されており駆動軸上
   でかつ該駆動軸から離れた同心円上に配置されており、
   該駆動軸とファンの係合時のみ該ファンと共に回転する
   、サーモスタットを備えており、前記壁は冷却空気湯度
   の上昇による前記腔内の気体圧力上昇に応動して摩擦ク
   ラッチ部材を作動させファンと駆動軸とを係合させる、
   特に内燃機関の自動切換式ファンに於て、 前記サーモスタットの腔内の感熱部材は摩擦クラッチ部
   材が作動すべき所望の冷却空気温度範囲内に沸点を有し
   かつ最高冷却温度に於ても液体−気体の２相状態を保つ
   量の液体を充填することにより、前記摩擦クラッチの係
   合離反動作を前記腔内の感熱部材の気体部分の圧力変化
   で行ない、更に該摩擦クラッチの係合又は離反動作維持
   を、前記摩擦クラッチの係合によるサーモスタットの回
   転によるサーモスタット腔内の液体部分の遠心力による
   軸方向力の有無によることを特徴とする回動切換式ファ
   ンの係合離反方法。