(57)【要約】  ファン・ケーシング６０と、動作中にファン・ケーシングに関して軸方向に移動可能なファン・ロータ１２とを有する車両エンジン５０用の冷却ファン１０。本発明によれば、ファン速度や車両速度などの現在の動作パラメータに基づいてファンの吸引力及び効率を最適化するために、ファン・ケーシング６０の端部からの様々な突出度ａを示す位置にファン・ロータ１２を移動させるためのアクチュエータ２０が存在する。
2011518991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファン・ケーシング（６０）と、動作中に前記ファン・ケーシング（６０）に関して軸方向に移動可能なファン・ロータ（１２）とを有する車両エンジン（５０）用の冷却ファン（１０）であって、
ファン速度及び車両速度などの現在の動作パラメータに基づいてファンの吸引力及び効率を最適化するために、前記ファン・ケーシング（６０）の端部からの様々な突出度（ａ）を示す位置に前記ファン・ロータ（１２）を移動させるためのアクチュエータ（２０）を有することを特徴とする冷却ファン（１０）。
【請求項２】
冷却要求に関する大きさを検出するためのセンサ（７０、７２、８０、８２、９０、９２）と、前記センサからの信号に応答して前記アクチュエータ（２０）を切り替えるための制御ユニット（１０）とを有する請求項１に記載の冷却ファン。
【請求項３】
前記センサが、冷却流体温度を検出するための温度センサ（７０、７２、８０、８２、９０、９２）を含む請求項１に記載の冷却ファン。
【請求項４】
前記アクチュエータ（２０）が、流体駆動式アクチュエータである請求項１から３までのいずれか一項に記載の冷却ファン。
【請求項５】
前記アクチュエータ（２０）が、シリンダ（２２）と、ピストン・ロッド（２４）とを有する請求項１から４までのいずれか一項に記載の冷却ファン。
【請求項６】
前記ファン・ロータ（１２）が、前記ピストン・ロッド（２４）に関して回転するように支持されている請求項５に記載の冷却ファン。
【請求項７】
前記ファン・ロータ（１２）用の伸縮シャフト（３２、５２）を有し、該シャフトが、前記アクチュエータ（２０）を通して延びている請求項６に記載の冷却ファン。
【請求項８】
前記伸縮シャフト（３２、５２）が、前記ファン・ロータ用のドライブシャフトである請求項６に記載の冷却ファン。
【請求項９】
前記ファン・ロータ（１２）が、ベルト動力伝達装置によって駆動される請求項６又は７に記載の冷却ファン。
【請求項１０】
前記ファン・ロータのハブ（４０）が、前記ベルト動力伝達装置の駆動ベルト（４２）用のプーリを有する請求項９に記載の冷却ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファン・ケーシングと、動作中にファン・ケーシングに関して軸方向に移動可能なファン・ロータとを有する車両エンジン用の冷却ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
動作中の様々な冷却要求に冷却ファンの吸引作用を適合させることによって燃料を節約するために、車両エンジン用の冷却ファンを制御する様々な既知の方法が存在する。一般に使用されている方法は、冷却要求の減少に応答してファン・ロータから駆動力を断続的に切断することである。他の解決策は、冷却要求に従ってファンの速度を調整する様々な方法を提供する。
【０００３】
軸方向に移動可能なファン・ロータを有する冷却ファンが特開昭５９−０４６３１６号から知られており、この冷却ファンでは、ロータ・シャフトがばねの力に反して直線運動することができ、それにより、エンジン速度の増加によって、ロータは、それ自体の吸引力によってファン・ケーシング内の狭窄部に向かって引かれて、冷却空気流を増加する。米国特許第４３８７７８０号に記載されている冷却ファンでは、ロータは、ベルト動力伝達装置の速度が増加するとき、可変ベルト動力伝達装置によって軸方向に移動可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−０４６３１６号
【特許文献２】米国特許第４３８７７８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ファンの効率を高めるためにファン・ロータの軸方向位置をより的確に変えることができる、冒頭に記載したタイプの改良型の冷却ファン設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態によれば、冷却ファンは、ファン速度や車両速度などの現在の動作パラメータに基づいてファンの吸引力及び効率を最適化するために、ファン・ケーシングの端部からの様々な突出量を有する位置にロータを移動させるためのアクチュエータを有する。例えば冷却要求が低いとき、アクチュエータは、部分的にファン・ケーシングの外にある負荷減少位置にファン・ロータを移動させることによって、高いファン速度でさえファンの吸引力を減少させ、それによりエネルギーを節約することができる。
【０００７】
冷却ファンは、冷却要求に関する大きさを検出するためのセンサと、センサからの信号に応答してアクチュエータを切り替えるための制御ユニットとを有していてもよい。
【０００８】
冷却要求を検出するために多くの異なるタイプのセンサを使用することができるが、一実施例では、センサは、冷却流体温度を検出するための温度センサを含むことができる。
【０００９】
アクチュエータは、流体駆動式アクチュエータとすることができ、その場合、例えばアクチュエータに動力を供給するために車両内の既存の圧縮空気源を使用することができる。しかし、他のタイプのアクチュエータを使用することもできる。
【００１０】
さらに、アクチュエータは、シリンダと、ピストン・ロッドとを有していてもよい。
【００１１】
ファン・ロータは、ピストン・ロッドに対して回転できるように支持されていてもよく、その場合、アクチュエータは、ロータを支持するように適合されていてもよい。
【００１２】
冷却ファンは、ファン・ロータ用の伸縮シャフト（または入れ子式シャフト）を有していてもよく、このシャフトはアクチュエータを通して延び、それによって、ロータのみを支持するようにアクチュエータを寸法設定する必要をなくしている。
【００１３】
伸縮シャフトは、ファン・ロータ用のドライブシャフトであってもよい。この実施例は、例えば車両エンジンのクランクシャフトによってファンが駆動される場合に使用することができる。
【００１４】
しかしファン・ロータは、ベルト動力伝達装置によって駆動することもでき、その場合、ロータのハブが、ベルト動力伝達装置の駆動ベルト用のプーリを有していてもよい。
【００１５】
本発明の他の特徴及び利点は、特許請求の範囲及び以下の実施例の説明によって示されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるシャフト駆動式冷却ファンの概略的な部分側断面図である。
【図２】図１に対応するより詳細な図である。
【図３】位置決めユニットがファン・ロータの最大突出位置にある、より大きな尺度での概略側面図である。
【図４】位置決めユニットがファン・ロータの最小突出位置にある、図３に対応する図である。
【図５】ベルトを有する位置決めユニットの図３に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面中、様々な実施例において、同様の機能を有する要素には同じ参照番号が付されている。
【００１８】
図１及び図２は、自動車（より詳細には図示せず）のフロント部９４の後方にある車両エンジン５０に取り付けられた冷却ファン１０を概略的に示す。ファン１０は、ファン・ケーシング６０の後端部に隣接して配置されたロータ１２を有する。ケーシング６０は、エンジン・ラジエータ６４を有するラジエータ構成まで延びている。冷却流体用の入口ライン６６がエンジン５０からラジエータ６４に延び、出口ライン６８がラジエータ６４からエンジン５０に延びて、既知の様式でラジエータ６４及びエンジン５０を通して冷却流体を循環させる。冷却流体は、外気９６に熱を放出することによって冷却され、外気９６は、ファン１０によって、フロント部９４を通して、さらにラジエータ６４を通して引き込まれる。
【００１９】
冷却ファン２０の速度は、様々な様式で調整することができ、例えばファン・ハブ内に位置されることがある粘性タイプの電子制御ファン・カップリング（図示せず）によって調整することができ、又はいくつかの他の様式では、図５に示される実施例におけるようにファンがベルト駆動式である場合にはファン駆動用のベルト回路で調整することができる。図１は、例えばエンジン速度の増加に応答してファン速度を減少する流体力学的カップリングを有することがある速度調整器５６を示す。損失を最小限にするため、雑音を低減するため、及び例えばファンがベルト駆動式である場合にはベルト回路に対する負荷を減少するために、ファン速度は常にできるだけ低くすべきである。
【００２０】
図２に示されるように、さらなるクーラーが、例えばチャージエアクーラー７４、及びＡＣクーラー８４すなわち車両の運転室（図示せず）の空気調和用のクーラーが存在することもある。また、これらのさらなるクーラー７４、８４は、それぞれ入口ライン７６、８６及び出口ライン７８、８８を有し、クーラー７４、８４、及びそれによって冷却される関連ユニット（図示せず）を通して冷却流体を循環させる。
【００２１】
本発明によれば、ファン・ケーシング６０の終端ファン・リング６２の端部からの様々な突出量「ａ」の位置にファン・ロータ１２を移動させるための位置決めユニット又はアクチュエータ２０が存在する。アクチュエータ２０は、電気式又は油圧式アクチュエータなど様々なタイプのものでよいが、図２〜図５による実施例には空気圧式アクチュエータ２０が示されている。
【００２２】
様々な実施例において、空気圧式アクチュエータ２０は、シリンダ２２と、シリンダ２２の内部で移動できるように支持された中空ピストン・ロッドとを有するものとみなすことができる。
ピストン・ロッド２４は、リッジ２５と溝２７によって、シリンダ２２内に、シリンダ２２とジョイント回転できるように支持することができ、また、シール２９（概略的に図示する）、例えばラビリンス・シールによってシリンダ２２に対して封止することもできる。シリンダ２２は、例えばボルト接続（図示せず）によってエンジン５０に固定接続された後部要素２３を有することがある。
【００２３】
図２でより詳細に見ることができるように、シリンダ２２は、入口／出口アパーチャ２８を有し、入口／出口アパーチャ２８は、ライン１１０及び弁１０６を介して真空源又は負圧源１０８、例えば吸引ポンプと連絡している。図２に示される弁位置では、チャンバ２６は周囲環境から切り離され、チャンバ２６内での負圧は、圧縮ばね３０の力に対して均衡し、それによりピストン・ロッド２４が特定の位置に保たれる。弁１０６を左に切り替えると、チャンバ２６が負圧源１０８と連絡し、その結果、ピストン・ロッド２４が図２で右に移動する。弁１０６を右に切り替えると、チャンバ２６が大気と連絡し、その結果、ピストン・ロッド２４は、圧縮ばね３０によって及ぼされる力の下で左に移動する。ピストン・ロッド２４の移動は、弁１０６が、図示したその中央位置に戻ったときに止まる。負圧源１０８の代わりに、図示しない様式では、アクチュエータが、正圧源によって、例えば車両内の圧縮空気容器によって動力を供給されてもよい。その場合、圧縮ばね３０は、当然、反対方向に作用するばね（図示せず）で置き代えられなければならない。
【００２４】
図３〜図５に最も明瞭に示されているように、ファン・ロータ１２用のシャフト差込部３２が、アクチュエータ２０を通って延びている。シャフト差込部３２は、一対のシャフト・フランジ３４によってピストン・ロッド２４の端部に軸方向に固定接続され、それにより、シャフト差込部３２とファン・ロータ１２とが、ピストン・ロッド２４の直線運動に同伴するようにされる。
【００２５】
図２〜図４に示される実施例では、ファン・ロータ１２は、エンジン・シャフト５２によって駆動される。エンジン・シャフト５２は、必ずしもエンジン５０のクランクシャフトである必要はない。この場合、シャフト差込部３２は、直線運動が可能であるが、エンジン・シャフト５２に接続され、且つエンジン・シャフト５２と共に回転でき、それにより、例えばスプライン接続（図示せず）によって伸縮シャフトを構成する。
【００２６】
図５に示される実施例では、ファン・ロータ１２は、駆動ベルト４２と、一体化されることがあるプーリ４０とを有するベルト動力伝達装置によって駆動される。
この場合、ハブ／プーリ４０は、転がり軸受４４によって、回転自在にピストン・ロッド２４に支持される。また、固定支持シャフト５４が存在していてもよく、固定支持シャフト５４内で、シャフト差込部３２が、例えばスプライン接続によって直線運動するように支持される。その場合、支持シャフト５４は、シリンダ２２の後部要素２３に固定接続されていてもよい。ベルト動力伝達装置の他のプーリ（図示せず）は、制限付きで軸方向に運動できてもよく、冷却ファン１０が動作状態にあるときにアクチュエータ２０の動作中に駆動ベルト４２が傾くのを防止する。
【００２７】
図１及び図２に戻ると、これらの図は、現在のファン速度及び車両速度に基づいて冷却ファン１０の効率を最適化するための制御システムを示している。
【００２８】
制御システムは、電子制御ユニット１００を有し、電子制御ユニット１００は、いくつかの信号伝送線、例えば信号線１０２を介して、冷却要求に関係する入力信号を受信する。これらの入力信号に応答して、制御ユニット１００内の処理装置が、アクチュエータ２０を切り替えるための信号伝送線１０４用の出力信号を計算して、それぞれの動作状態に最適な、ファン・ケーシング６０の端部からの突出度「ａ」を冷却ファン１０に与える。
【００２９】
ファン速度と車両速度の組合せとして定義することができる各動作状態ごとに、ファンの最良の効率、したがって最小の燃料消費をもたらす最適なファン突出量（ファンの軸方向位置）「ａ」が存在する。また、正しく設定されたファン突出量により、温まった冷却空気の再循環を最小限にすることができるようになる。再循環は、主に、高い大気温度で車両が坂道を上がるときなど、低い車両速度及び高いファン速度で厳しい負荷を受ける冷却システムにおいて問題である。
【００３０】
最大冷却要求では、ファン・ロータ１２はケーシング６０内に十分に引っ込められ、最小冷却要求では、ファン・ロータ１２はケーシング６０から最大限突出される。
【００３１】
図１及び図２に示されるように、信号伝送線１０２は、いくつかの温度センサ７０、８０、９０、及び７２、８２、９２からの信号を伝送し、それぞれ関連の冷却デバイス６４、７４、９４の入力温度及び出力温度を制御ユニット１００に信号で知らせる。このとき、それぞれの冷却デバイスの入力温度と出力温度の差が、冷却要求を計算するためのパラメータとして働くことがある。図１及び図２にさらに示されるように、現在のエンジン温度に関する信号伝送線も存在することがある。
【００３２】
冷却要求に関係する他のパラメータは、有していてもよく、
次いで、例えば現在のエンジン速度に基づいて現在のファン速度を計算し、同様に、それを制御ユニットの処理装置に信号で知らせる。また、車両コンピュータ・ユニット１１２又は制御ユニット１００は、様々な動作パラメータに応じたすべての想定可能な動作状態におけるファン・ロータ１２の突出量「ａ」に関する設定値の既製「チャート」をメモリに有することもでき、それにより、ファン・ロータ１２は、各動作状態で、現在の動作パラメータに基づいて、指定された突出度「ａ」を与えられる。チャートは、例えば、各動作状態でファンの最大効率をもたらすロータ突出値「ａ」を示すように構成することができる。
【００３３】
一般に、ファン速度は、冷却要求によって決定され、できるだけ低くすべきであると考えることができる。所要のファン速度は、それ自体、特定の動作点でファンの効率を最適化する対応する最適なロータ突出量を必要とする。一般に、完全に引っ込んだロータ位置、すなわち最小距離「ａ」は、ファンの下流で実質的に軸方向の流れパターンをもたらし、一方、十分に延出したロータ位置、すなわち最大距離「ａ」は、ファンの下流での冷却空気流パターンの大きな半径方向成分をもたらす。最適な位置は、一部には特定の装備に依存し、一部には現在の動作状態に依存するものとみなすことができる。
【００３４】
上述の説明は、主に理解しやすくすることを意図されたものであり、そこから本発明の不要な限定を推測すべきではない。上の説明を読めば当業者には明らかであろう修正を、本発明の概念又は添付する特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図１】
2011518991.tif 000003
【図２】
2011518991.tif 000004
【図３】
2011518991.tif 000005
【図４】
2011518991.tif 000006
【図５】
2011518991.tif 000007
【国際調査報告】
2011518991.tif 000008
2011518991.tif 000009
2011518991.tif 000010