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扇風機 の クラッチ を 理解 する: オン/オフ, 2 速, 変速

August 29, 2025

今日の高度な車両および機器エンジニアリングの世界では、効率性、性能、信頼性が重要です。多くのオンハイウェイおよびオフハイウェイ用途における熱管理システムの中心となるのは、重要なコンポーネントであるファンクラッチです。ファンクラッチは、エンジン冷却ファンのエンゲージメントを制御することにより、エンジン温度の調整、燃料消費量の削減、排出量の最小化に役立ちます。しかし、すべてのファンクラッチが同じではありません。実際、3つの一般的なタイプがあります: オン/オフ、 2速、および 可変速 ファンクラッチです。

各タイプがどのように機能し、適切なものを選択することがなぜ重要なのかを詳しく見ていきましょう。

オン/オフファンクラッチ:シンプルで実績あり

仕組み

オン/オフファンクラッチは、完全にエンゲージまたは完全にディスエンゲージという基本的な二元論に基づいて動作し、市場で最もシンプルなファン駆動設計となっています。このシステムは、冷却が必要かどうかを決定する温度信号によって制御されます。

オン/オフクラッチには、2つの一般的な制御入力タイプがあります:

  • バイメタルセンサー制御:
    従来のオン/オフクラッチは、クラッチ面に装着されたバイメタルコイルスプリングを使用し、周囲のエンジンルーム温度に反応します。温度が上昇すると、コイルが膨張して回転し、シリコンフルードがクラッチ機構をエンゲージし、ファンをエンジンの全速力で回転させるバルブを開きます。
  • 電子制御(EC):
    最新の用途では、電子制御モジュール(ECM)が、リアルタイムのエンジンデータ(通常は冷却水温度、吸気温度、またはエアコンの需要)に基づいて、ソレノイドまたはエアバルブに信号を送信します。これにより、純粋な機械システムと比較して、より正確で応答性の高いファンエンゲージメントが可能になります。

ファンエンゲージメントサイクル:

  1. ディスエンゲージモード:
    エンジン温度が最適な範囲内にある場合、クラッチはディスエンゲージされ、ファンはエンジンよりもはるかに低い速度で「フリーホイール」できます。これにより、寄生抵抗が減少し、燃費が向上し、騒音が削減されます。
  2. エンゲージモード:
    エンジン温度が調整されたしきい値を超えると、クラッチが作動し、ロックアップしてファンをエンジンの全速力で回転させます。これにより、ラジエーターやその他の熱交換器に最大のエアフローが供給され、冷却水温度が急速に低下します。

冷却が達成され、温度が低下すると、クラッチはディスエンゲージ状態に戻り、必要に応じてサイクルを繰り返します。

なぜ重要なのか

オン/オフクラッチは、より高度な設計の精度を欠いている可能性がありますが、実績があり、堅牢で、費用対効果に優れています。その耐久性により、次のような、一定の負荷環境または穏やかな気候で動作する車両に最適です:

  • 中型トラック
  • スクールバス
  • ユーティリティビークル
  • 特定のオフハイウェイ機器

また、可変速システムと比較して、整備性が向上し、故障箇所が少ないという利点があり、稼働時間と簡単なメンテナンスを優先するフリートにとって大きな利点となります。

性能に関する考慮事項:

  • 燃費: 中程度—ダイレクトドライブファンよりも改善されていますが、2速または可変速システムほど効率的ではありません。
  • 騒音低減: 限定的—ファンはエンゲージメント中に全速力で動作するため、顕著なファンの騒音が発生する可能性があります。
  • 冷却制御: 基本—標準的なデューティサイクルには十分ですが、可変冷却需要または排出ガスに敏感なコンポーネントを備えたエンジンには理想的ではありません。

2速ファンクラッチ:制御のステップアップ

仕組み

2速ファンクラッチは、従来のオン/オフシステムよりも、より微妙なエンジン冷却を提供するように設計されています。完全にオンまたは完全にオフという2つの極端な状態ではなく、2速クラッチは 2つの異なるレベルのファンエンゲージメントを提供します:部分的な冷却のための低速モードと、完全な冷却需要のための高速モードです。

これは通常、シリコンフルードの量を調整する内部機構(または、エアアクチュエータクラッチの場合は空気圧を制御する)によって実現され、ファンが低速(多くの場合、全ファン速度の40〜60%)でエンゲージし、温度がさらに上昇すると全エンゲージメントまで上昇します。

制御システム:

  • 電子制御: ECUは、温度、車速、エンジン負荷、A/C需要、およびその他のデータを監視して、低速または高速冷却が必要かどうかを判断します。次に、ソレノイドまたはバルブがエアフローまたはフルード圧力を調整して、ファン速度を調整します。
  • 温度トリガーバックアップ: 多くの2速ファンクラッチには、電子制御が失敗した場合や過熱状態が検出された場合に、全エンゲージメントを保証するビルトインサーマルオーバーライド(例:バイメタルコイル)も備わっています。

ファンエンゲージメントサイクル:

  1. 低速モード:
    エンジン温度が上昇しているが、深刻な高温ではない場合、クラッチはファンを部分的な速度でエンゲージします。これにより、過冷却することなく熱バランスを維持するのに十分なエアフローが確保され、ファンの騒音を低減し、エネルギーを節約できます。
  2. 高速モード:
    需要が増加すると(上り坂走行、重いペイロード、または周囲温度が高い場合など)、クラッチは全速力エンゲージメントに切り替わり、エンジンと補助システムを保護するために最大のエアフローを供給します。

なぜ重要なのか

2速ファンクラッチは、オン/オフ設計のシンプルさと可変速ドライブの精度の中間の 中間点 を提供します。不要な全ファンエンゲージメントを削減し、燃料を節約し、排出量を削減しながら、重い負荷の下でも堅牢な冷却を確保します。

一般的な用途には、次のようなものがあります:

  • 廃棄物およびリサイクルトラック
  • 頻繁なストップアンドゴー運転を行うバス
  • 過酷なデューティの商用トラック
  • 変動する作業負荷を持つ建設および鉱山機器

性能に関する考慮事項:

  • 燃費: 改善—高速ファンエンゲージメントの削減により、エンジンへの寄生負荷が減少します。
  • 騒音低減: 中程度—オン/オフシステムと比較して、特に低速モードでのファンの騒音が少ない。
  • 冷却制御: 強化—より幅広い動作条件下で、より優れた温度安定性。

可変速ファンクラッチ:精度と効率

仕組み

可変速ファンクラッチは、エンジン冷却における 最も高度な 技術を表しています。これらのシステムは、幅広いエンジンおよび車両パラメータに基づいて、ファン速度をリアルタイムで継続的に調整します。離散的なステップを繰り返すのではなく、冷却需要に合わせてファンの速度を スムーズかつ正確に 調整します。

この動的制御は、通常、次のものを使用して実現されます:

  • パルス幅変調(PWM)信号 ECMから
  • 比例空気圧 レギュレーター
  • スマートアクチュエーター 温度、エンジン負荷、車速、A/Cコンプレッサーの活動を解釈する

必要なだけファンを回転させることで、可変速クラッチは適切な量のエアフローを提供します—それ以上でもそれ以下でもありません。

ファンエンゲージメントサイクル:

  1. 低〜中速範囲:
    涼しいまたは中程度の条件下では、ファンは全速力のほんの一部(10〜30%)で回転し、エンジンへの抵抗を最小限に抑え、燃料消費量と騒音を削減します。
  2. 高速応答:
    熱負荷が増加すると、ファンは突然のジャンプなしにスムーズに上昇し、エアフローを増加させ、冷却水温度を安定させます。ステップ変化システムとは異なり、この連続的なエンゲージメントは、より安定した動作温度を保証し、EGRやSCRなどの排出ガス制御システムにとって特に重要です。

なぜ重要なのか

可変速ファンクラッチは、今日の高効率、低排出ガスパワートレインに不可欠です。それらは以下をサポートします:

  • 燃料節約 寄生損失を最小限に抑えることによって
  • より厳しい温度制御 これにより、エンジンが最適な性能と排出ガスゾーンで動作するのに役立ちます
  • ドライバーの快適性の向上 より静かな動作とスムーズなエンゲージメントのおかげです

以下に最適です:

  • 長距離および地域輸送トラック
  • トランジットおよびモーターコーチ
  • 極端な気候または高地で動作する機器
  • 厳しい熱制御が必要な、または排出ガス規制(EPA、CARB、EU)の対象となるすべての用途

性能に関する考慮事項:

  • 燃費: 最高—必要な量のファン速度のみが使用されます。
  • 騒音低減: 優れています—よりスムーズな動作により、ファン関連の騒音が劇的に減少します。
  • 冷却制御: 最適—微調整されたリアルタイム変調により、比類のない熱管理が提供されます。