JP2004293430A - Engine cooling device - Google Patents

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JP2004293430A
JP2004293430A JP2003087381A JP2003087381A JP2004293430A JP 2004293430 A JP2004293430 A JP 2004293430A JP 2003087381 A JP2003087381 A JP 2003087381A JP 2003087381 A JP2003087381 A JP 2003087381A JP 2004293430 A JP2004293430 A JP 2004293430A
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engine
water pump
pump
cooling device
mechanical
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Withdrawn
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JP2003087381A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoki Nishino
知樹 西野
Hiroyoshi Senba
太芳 戰場
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine cooling device capable of suppressing increase in size of a motor-driven water pump, securing maximum required cooling water flow rate in an operation range at low vehicle speed and heavy load, and preventing wasted output loss even if engine rotation speed is increased during light load operation. <P>SOLUTION: The engine controlling device is equipped with a mechanical water pump 8 provided to a cooling water circulation path coupled to a crank shaft 11 of an engine through the medium of a clutch, a motor-driven water pump 13 provided to the cooling water circulation path so as to form a serial state with the mechanical water pump 8, and a controller 46 for selectively driving and controlling the mechanical water pump 8 and the motor-driven water pump 13 in accordance with an accelerator opening θa of an engine 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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し、特に、エンジンの冷却水循環経路にエンジンクランク軸に駆動される機械式可変ウォーターポンプと電動ウォーターポンプとを配したエンジン冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンはそのエンジン本体内に冷却水循環経路を設け、この冷却水循環経路の冷却水をウォーターポンプの駆動によりラジエータ側に循環させ、エンジン冷却を行なっている。
ところで、エンジンの要求冷却水流量は、ラジエータの放熱能力が乏しくなる低車速高負荷運転時に要求される冷却能力に相当する値が最大値となる。このようにエンジンは高負荷運転時に要求冷却水流量が多く、低負荷運転時はエンジン回転数が上昇しても冷却水の流量はそれほど必要とされない。
【0003】
ところが、ウォーターポンプはこれがエンジン回転をベルト式あるいはチェーン式回転伝達系を介して受けて駆動する直動式であると、プーリ回転数(エンジン回転数)とポンプ吐出量とがほぼ比例する。このため、高速回転域での吐出量が多すぎポンプ駆動損失が増大し易く、この無駄なポンプ回転を抑制し、過回転を防止るため、ウォーターポンプとエンジンクランク軸の間に流体カップリングを配備したものがある。この場合、図7(a),(b)に示すように、プーリ回転数(エンジン回転数)増に対してポンプのインペラ回転数が所定値に収束するようになり、高速回転域でのウォーターポンプの吐出量を抑制できる。
しかし、流体カップリングを用いたり、ウォーターポンプ自体の特性を変ることだけではクランク軸に常時連結されたウォーターポンプの無駄な仕事はあまり解消されない。
【0004】
そこで、ベルト式回転伝達系からのエンジン回転をクラッチを介してウォーターポンプのポンプ軸に連結するようにし、このクラッチを断設し、クラッチをすべらせることでエンジンの過回転を抑制する機械式ウォーターポンプが考えられている。なお、特開平10−159874号公報(特許文献1)には、ベルト式回転伝達系からのエンジン回転を流体継手を介してウォーターポンプのポンプ軸に連結し、流体継手の伝達トルク特性を電子制御により増減制御し、これによりエンジン回転伝達量を多段的に変化させ、高温時の冷却性能を高め、冷間時の低騒音を図るというものが開示されている。
【0005】
一方、最近では負荷に応じた流量を確保し易い電動ウォーターポンプを採用する点が検討されているが、電動ウォーターポンプのみでエンジンの要求冷却水流量を確保するには電動ウォーターポンプの大型化を招き、コスト増や搭載性に関する問題が生じやすい。この点を考慮し、従来の直動式のウォーターポンプを電動ウォーターポンプでアシストするような形での使用が検討されている。この場合、たとえば、図8に示すように、ウォーターポンプによりエンジン回転数に比例するポンプ吐出量q1を確保し、これに、電動ウォーターポンプのポンプ吐出量q2(アシスト量)を加えることで、エンジンの要求冷却水流量Q0を確保摺ることが考えられる。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−159874号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献1の流体継手付きウォーターポンプは冷却水温度に応じて吐出量を増減制御できるが、エンジンのクランク軸で直動されるものであり、低負荷高回転での吐出量増制御を行なうことはできない。
一方、図8で説明した直動式のウォーターポンプを電動ウォーターポンプの吐出量でアシストするタイプの場合、高回転域でのウォーターポンプの吐出量q1を比較的抑制できるが、その反面、低回転域での電動ウォーターポンプのアシスト量q2が比較的大きくなり、電動ウォーターポンプの大型化を招き易い。
【0008】
このように、直動式のウォーターポンプと電動ウォーターポンプを用いるタイプのエンジン冷却装置では、電動ウォーターポンプの大型化を抑制できるものが望まれており、しかも、低車速(低回転)高負荷運転域で最大要求冷却水流量を確保でき、更に、低負荷運転時はたとえエンジン回転数が上昇しても冷却水の流量増を抑制して無駄な出力損失を防止できることものが望まれている。
【0009】
本発明は、上述の課題に基づき、直動式のウォーターポンプと電動ウォーターポンプとを用いるタイプのエンジン冷却装置において、電動ウォーターポンプの大型化を抑制できる上に、低車速高負荷運転域での最大要求冷却水流量を確保でき、低負荷運転時にエンジン回転数が上昇しても無駄な出力損失を防止できるエンジン冷却装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項1の発明では、冷却水循環経路に設けられエンジンのクランク軸にクラッチを介して連結された機械式ウォーターポンプと、上記冷却水循環経路に設けられた電動ウォーターポンプと、上記エンジンの低負荷時は上記電動ウォーターポンプを駆動させ高負荷時は上記電動ウォーターポンプ及び上記機械式ウォーターポンプを駆動させるよう上記エンジンの負荷情報に応じて上記クラッチ及び上記電動ウォーターポンプの駆動を制御する制御手段と、を具備したことを特徴とする。
このように、電動ウォーターポンプとクラッチを備えた機械式ウォーターポンプとの運転域を制御手段が負荷情報に応じて使い分けるので、機械式ウォーターポンプの無駄な駆動を排除するようにできるし、電動ウォーターポンプの大型化をも抑制できる。
すなわち、上記制御手段は低負荷時にクラッチを遮断し、電動ウォーターポンプのみを駆動するので、低負荷時の機械式ウォーターポンプの無駄な出力損失を防止できるし、高負荷時はクラッチの駆動を制御して機械式ウォーターポンプを駆動するので,電動ウォーターポンプを大型化する必要がなくなる。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1記載のエンジン冷却装置において、上記制御手段はエンジンの負荷情報に応じて高負荷になるほど、機械式可変ウォーターポンプの吐出量を増やすよう上記クラッチを制御することを特徴とする。
この場合、高負荷になるほどクラッチのスリップ量を抑えて冷却水吐出流量が増えるようにし、高負荷運転時の冷却性能を十分に確保するようにでき、これに関連して比較的負荷の低い高負荷運転時における機械式可変ウォーターポンプの駆動を抑え、無駄な仕事を排除するようにできる。
上記制御手段は高回転になるほどクラッチのスリップ量を増やすことになるので、高回転になるほど機械式可変ウォーターポンプの駆動を抑え、冷却水吐出流量を低減させ、エンジンの無駄な仕事を排除するようにできる。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1記載のエンジン冷却装置において、上記制御手段は上記エンジンの低負荷時において上記エンジンの回転数の増加に対して機械式可変ウォーターポンプの吐出量の増加が抑制されるよう上記エンジンの回転数情報に応じて上記クラッチの駆動を制御することを特徴とする。
上記制御手段は高回転になるほどクラッチのスリップ量を増やすことで、機械式可変ウォーターポンプの駆動を抑え、エンジン高回転時のエンジンの無駄な仕事を効率よく排除できる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項1記載のエンジン冷却装置において、上記制御手段は上記エンジンの低負荷が所定値を越えるときに上記機械式可変ウォーターポンプを駆動させると共に,上記所定値は上記エンジンの回転数の増加と共に,低下する特性に設定されていることを特徴とする。
この場合,高回転になるほど、早めに機械式可変ウォーターポンプを作動させることとなり,エンジンの回転を効率よく利用できるし、低回転域では電動ウォーターポンプのみの作動域が比較的広くなって、エンジンの出力損失を効率よく抑制できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1、図2には本発明の一実施形態としてのエンジン冷却装置を示した。このエンジン冷却装置Aは図示しない自動車に搭載された水冷式のエンジン1に設けられている。エンジン1はその本体2内部にウォータジャケット3を形成し、エンジン本体2の外側の近傍にラジエータ4を配し、このラジエータ4を冷却循環経路により連結している。冷却循環経路は定常運転時に冷却水が流動する主循環路C1と暖機時に冷却水が流動する暖気循環路C2とから成り、両循環路はサーモスタット14で切換えできる。なお、主循環路C1には分岐されて並列状にヒータ循環路C3が接続される。このヒータ循環路C3はヒータ5の駆動時に冷却水を循環供給するように形成される。
【0015】
エンジン本体2はエンジン長手方向X(紙面上下方向)の一端側(紙面下側)である前端側の前壁f1に冷却水の流入口6及び流出口7を形成され、本体内部にウォータジャケット3が形成される。ウォータジャケット3は後述の機械式ウォーターポンプ8が吐出する冷却水を流入口6から流入させ、その冷却水を直列配置される複数気筒の外周に沿って概略U字状に流動させ流出口7より流出させるように形成される。
エンジン本体2の前壁f1には機械式ウォーターポンプ8、流出口7,突状管9が一体的に取付けられ、クランク軸11が突出し配備され、しかも、各ブラケット12を介して電動ウォーターポンプ13、サーモスタット14及びファン15、不図示のダイナモ等が取付け配備される。
【0016】
流出口7の突状管9には流出パイプ16の一端が連結され、その他端はラジエータ4の入口に連結され、途中には電動ウォーターポンプ13及び第1、第2分岐部a,bが配設される。ラジエータ4の出口には流入パイプ17の一端が連結され、その他端は機械式ウォーターポンプ8に連結され、途中には分岐部c、サーモスタット14が配設される。ここで電動ウォーターポンプ13を備えた流出パイプ16、ラジエータ4、流入パイプ17、機械式ウォーターポンプ8と連続する流路が主循環路C1を形成する。
【0017】
ラジエータ4は不図示の車体前壁に支持され、前方から後方に向かう冷却風wcを受ける。ファン15はブラケット18を介して不図示の車体前壁側に支持され、不図示のファン駆動回路を介してコントローラにより駆動され、その際、ラジエータ4に前方から後方に向かう冷却風wcfを通過させるように形成される。
【0018】
図2に示すように、サーモスタット14は第1、第2入口21、22と出口19と、これら各開口を断続する冷却水感応型の切換え弁23を供える。ここで切換え弁23は第2入口22の第2流入室25に配備され水温が予め設定された暖気水温値Twh(例えば、80℃)以下で芯部26を退却させ、上回ると芯部26を突出す感温アクチュエータ24と、芯部26に一体支持される1対の弁体231、232とを備える。ここで、芯部と一体の1対の弁体231、232は暖気水温値Twh以下で第2流入室25と出口19とを開放して暖気循環路C2を連通させ、暖気水温値Twhを上回ると暖気循環路C2を閉じ、第1入口21の第1流入室27を出口19とを開放して(2点鎖線参照)主循環路C1及びヒータ循環路C3を連通させるように切換え作動する。
流出パイプ16の第2分岐部bにはバイパスパイプ28の一端が連結され、その他端はサーモスタット14の第2入口22に連結され、流出パイプ16の第2分岐部b、バイパスパイプ28、サーモスタット14と連続する流路が暖気循環路C2を形成する。
【0019】
流出パイプ16の第1分岐部aにはヒータパイプ29の一端が連結され、その他端は流入パイプ17の分岐部cに連結され、その途中に不図示の車室側に配備されたヒータ5が接続される。ヒータパイプ29及びヒータ5がヒータ循環路C3を形成する。
ここで主循環路C1、暖気循環路C2、ヒータ循環路C3には機械式ウォーターポンプ8及び電動ウォーターポンプ13が直列配備されるよう形成され、少なくとも一方のポンプの駆動によりこれら各順還流路C1、C2、C3に冷却水を供給可能となる。
【0020】
機械式ウォーターポンプ8はエンジン本体2の前壁f1より突出すクランク軸11の回転力をベルト式回転伝達系31を介して受けて駆動する。図3、図1に示すように、機械式ウォーターポンプ8は前壁f1に一体的に取付けられたポンプケーシング32に電磁クラッチ33を介して前後回転軸34、35を枢着し、後回転軸35の後端にポンプインペラ36を、前回転軸34の前端にポンププーリ37をそれぞれ一体的に取付けている。
ポンププーリ37とクランク軸11側のクランクプーリ38には無端ベルト39が巻き掛けされ、これによりクランク軸11の回転を前回転軸34に伝達するようにしている。
【0021】
電磁クラッチ33は後回転軸35と一体の固定クラッチ板41と、前回転軸34にスプライン嵌合される可動クラッチ板42と、可動クラッチ板42を固定クラッチ板41に向け押圧するスプリング43と、可動クラッチ板42を引き戻すよう電磁力を作用させる励磁コイル44とを備える。励磁コイル44は第1駆動回路45を介してコントローラ46に接続される。
【0022】
この機械式ウォーターポンプ8は電磁クラッチ33が非励磁(オフ)時にスプリング43の弾性力でクラッチ完全接続してポンプ作動し、流入パイプ17の冷却水を流入口6より吐出作動する。更に、機械式ウォーターポンプ8は励磁出力(デューティー出力)の増加に応じてスリップ量を減じてクラッチ接続状態を低め、デューティー100%でポンプ作動を止めるよう形成される。
流出パイプ16の電動ウォーターポンプ13はエンジン本体2の一方の側壁に同側壁より突出すブラケット12を介して支持され、そのケーシング内のインペラ47をモータ48で駆動する。モータ48には第2駆動回路49を介してコントローラ46が接続される。
【0023】
なお、場合により、流出パイプ16の電動ウォーターポンプ13に加えて、流入パイプ17のサーモスタット14と機械式ウォーターポンプ8との間に第2の電動ウォーターポンプ13’(2点鎖線で示した)を配備し、これをブラケット12を介してエンジン本体2の側壁に取付け、これを第1の電動ウォーターポンプ13と同一に駆動制御しても良い。
【0024】
この場合、エンジン1のウォータジャケット3を挟んで第2の電動ウォーターポンプ13’、機械式ウォーターポンプ8、第1の電動ウォーターポンプ13がこの順に直列接続され、冷却水の循環特性が安定化し、特に、第1、第2の電動ウォーターポンプ13の小型化を図ることができ、しかも、各ウォーターポンプの最大吐出量を比較的低減でき、ポンプ高回転時のキャビテーションの発生を防止できる。
【0025】
コントローラ46はエンジン1のウォータジャケット3の冷却水温度Twを水温センサ51で検出し、更に、エンジン回転センサ52やアクセル開度センサ53により検出したエンジン回転数Neや負荷としてのアクセル開度θaを取り込み、最新値に書き換える。更に、コントローラ46はこれらの運転情報や図4(a),(b)の低負荷用ポンプマップm1、高負荷用ポンプマップm2に基づき、図5のポンプ駆動ルーチンに沿って、機械式ウォーターポンプ8の電磁クラッチ33及び電動ウォーターポンプ13のモータ48を選択的に駆動し、主循環路C1、暖気循環路C2、ヒータ循環路C3への冷却水の循環供給制御を行なう。
【0026】
以下、図5のポンプ駆動ルーチンに沿ってエンジン冷却装置Aの駆動を説明する。
コントローラ46はステップs1で水温Tw,エンジン回転数Ne、アクセル開度θaを取り込み、ステップs2で現在の水温が暖気水温値Twh(たとえば80℃)を下回る場合は、暖機促進時と判断し,サーモスタット14閉の運転域と見徴し、ステップs3で電磁クラッチ33をオン(クラッチ断)、電動ウォーターポンプ13のモータ48を低負荷用ポンプマップm1に沿って駆動される処理を行ない、ステップs4でファン15の停止の処理を行ない、この回の制御を終了してリターンする。
【0027】
ステップs2で現在の水温が暖気水温値Twh(たとえば80℃)を上回る暖気完了後は、ステップs5に進み、現在の負荷情報であるアクセル開度θaが低負荷判定値θaLを上回るか否か判断し、下回るとステップs6に、上回るとステップs7に進む。なお、低負荷判定値θaLは図6に示すように,エンジン回転数Neの増加と共に,低下する特性となっている。
【0028】
ステップs6、s8ではアクセル開度θaが低負荷判定値θaLを下回っている低負荷運転域と判断されており、ここでは電磁クラッチ33を断(オン)して機械式ウォーターポンプ8を非作動とし、低負荷用ポンプマップm1に基づき現エンジン回転数相当の流量値qLm(同値相当の電動モータの制御信号)を読取り、同制御信号を第2駆動回路を介しモータ48に出力する。これにより、電動ウォーターポンプ13を目標流量値qLmを確保するように駆動することとなる。ここで、低負荷用ポンプマップm1は、予め、エンジン回転数の大小変化に対して変化の少ない流量値qLmを設定するようにしている。
【0029】
即ち、この低負荷運転域では電動ウォーターポンプ13のみを駆動し、その電動ウォーターポンプ13の吐出量はエンジン回転数Neが例え高回転域に達しても流量値qLmが過度に増えず、無駄な電力消費を抑えることができ、無論、この低負荷運転域で機械式ウォーターポンプ8の駆動損失は無い。
【0030】
この後、ステップs9に進む。ステップs9に達すると、水温Twが暖気水温値Twhより更に高い高水温域Twk(>Twh)を上回るか否か判断し、下回る間はステップs10に進み、ファン15の駆動を停止とし、上回るとステップs11に進み、ファン15を駆動処理し、この回の制御を終了してリターンする。
【0031】
ステップs5で現在のアクセル開度θaが低負荷判定値θaLを上回ると判断するとステップs7に進む。ここでは高負荷用ポンプマップm2より、機械式ウォーターポンプ8のエンジン回転相当流量値qHkを求め、同流量値qHk相当の接続状態を維持し得る励磁出力(デューティー出力)を第1駆動回路45を介して電磁クラッチ33に出力し、同電磁クラッチ33を駆動する。
【0032】
ここで、上記流量値qHkはエンジン回転数Neのほかアクセル開度θaにも対応して設定されるものとなっており、アクセル開度θaが大きいほど流量値qHkが増えるように設定されており、高負荷になるほどクラッチのスリップが抑えられて吐出流量が増大する特性となる。
更に、ステップs12では、高負荷用ポンプマップm2に基づき現エンジン回転数相当の流量値qHm(同値相当の電動モータの制御信号)を読取り、同制御信号を第2駆動回路49を介しモータ48に出力することで、電動ウォーターポンプ13を目標流量値qHmを確保するように駆動することとなる。
【0033】
この後、ステップs9、s10、s11では水温Twが暖気水温値Twhより更に高い高水温域Twh(>Twk)を上回るか否か判断し、下回る間はファン15を駆動停止とし、上回るとファン15を駆動処理し、この回の制御を終了してリターンする。
即ち、この高負荷運転域では機械式ウォーターポンプ8と電動ウォーターポンプ13とを高負荷用ポンプマップm2に基づき全エンジン回転領域で駆動する。
【0034】
この場合、機械式ウォーターポンプ8は電磁クラッチ33の制御可能な領域e1(略台形領域)で駆動することができ,高回転域での過回転を防止され、高負荷運転域での機械式ウォーターポンプ8の駆動損失の過度な増加を確実に防止できる。しかも、ここでは、目標流量Qoを確保するに当たり、機械式ウォーターポンプ8の流量値qHkを電動ウォーターポンプ13がアシストすることのできる範囲の目標流量値qHmが設定され、同値相当の制御信号で第2駆動回路49を駆動しモータを駆動する。これにより電動ウォーターポンプ13が目標流量値qHmを確保するように駆動するので、目標流量Qoを確保するとともに、無駄な電力消費を抑えることができる。
【0035】
また、主循環路C1に機械式ウォーターポンプ8と電動ウォーターポンプ13を直列接続して配備するので、各ウォーターポンプの最大吐出量を比較的低減でき、ポンプ高回転時のキャビテーションの発生を防止できる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、電動ウォーターポンプとクラッチを備えた機械式ウォーターポンプとの運転域を制御手段が負荷情報に応じて使い分けるので、機械式ウォーターポンプの無駄な駆動を排除するようにできるし、電動ウォーターポンプの大型化も抑制できる。
【0037】
請求項2の発明は、高負荷になるほどクラッチのスリップ量を抑えて冷却水吐出流量が増えるようにし、高負荷運転時の冷却性能を十分に確保するようにでき、これに関連して、機械式可変ウォーターポンプの駆動を抑え、無駄な仕事を排除するようにできる。
【0038】
請求項3の発明は、エンジン高回転時のエンジンの無駄な仕事を効率よく排除できる。
【0039】
請求項4の発明は、エンジンの回転を効率よく利用できる機械式ウォーターポンプの運転域を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのエンジン冷却装置が適用されたエンジンの概略平面図である。
【図2】図1のエンジン冷却装置が用いるサーモスタットの概略断面構成図である。
【図3】図1のエンジン冷却装置が用いる機械式ウォーターポンプの断面図である。
【図4】図1のエンジン冷却装置が用いる制御マップで、(a)は低負荷用ポンプマップ、(b)は高負荷用ポンプマップである。
【図5】図1のエンジン冷却装置のコントローラが用いるポンプ駆動ルーチンのフローチヤートである。
【図6】低負荷判定値θaLのエンジン回転数Neに対する特性図である。
【図7】従来のエンジン冷却装置のウォーターポンプの特性図で、(a)はプーリ回転数―流量特性線図、(b)はプーリ回転数―インペラ回転数特性線図である。
【図8】従来のエンジン冷却装置のエンジン回転数―流量特性線図である。
【符号の説明】
1 エンジン
11 クランク軸
8,8a 機械式ウォーターポンプ
13 電動ウォーターポンプ
33 電磁クラッチ(クラッチ)
46 コントローラ(制御手段)
m1 低負荷用ポンプマップ
m2 高負荷用ポンプマップ
θa アクセル開度(負荷)
A,A1 エンジン冷却装置
C1 主循環路(冷却水循環経路)
C2 暖気循環路(冷却水循環経路)
Ne エンジン回転数
Twh 暖気水温値
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine cooling device, and more particularly to an engine cooling device in which a mechanical variable water pump driven by an engine crankshaft and an electric water pump are arranged in a cooling water circulation path of an engine.
[0002]
[Prior art]
In the engine, a cooling water circulation path is provided in the engine body, and the cooling water in the cooling water circulation path is circulated to the radiator side by driving a water pump to cool the engine.
By the way, the maximum value of the required cooling water flow rate of the engine is a value corresponding to the cooling capacity required at the time of low vehicle speed and high load operation in which the heat radiation capacity of the radiator is poor. As described above, the engine requires a large flow rate of cooling water during high-load operation, and does not require a large flow rate of cooling water during low-load operation even if the engine speed increases.
[0003]
However, if the water pump is a direct-acting type driven by receiving engine rotation via a belt-type or chain-type rotation transmission system, the pulley rotation speed (engine rotation speed) is approximately proportional to the pump discharge amount. For this reason, the discharge amount in the high-speed rotation range is too large, and the pump drive loss is likely to increase.In order to suppress this unnecessary pump rotation and prevent over-rotation, a fluid coupling between the water pump and the engine crankshaft must be provided. Some have been deployed. In this case, as shown in FIGS. 7A and 7B, the pump impeller rotation speed converges to a predetermined value as the pulley rotation speed (engine rotation speed) increases. The discharge amount of the pump can be suppressed.
However, the useless work of the water pump that is always connected to the crankshaft is not largely eliminated by using the fluid coupling or changing the characteristics of the water pump itself.
[0004]
Therefore, the engine rotation from the belt-type rotation transmission system is connected to the pump shaft of the water pump via a clutch, and this clutch is disconnected and the clutch is slipped to prevent the engine from rotating excessively. Pumps are considered. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-159874 (Patent Document 1) discloses that an engine rotation from a belt-type rotation transmission system is connected to a pump shaft of a water pump via a fluid coupling, and a transmission torque characteristic of the fluid coupling is electronically controlled. In this case, the increase / decrease control is performed, thereby changing the engine rotation transmission amount in multiple steps, thereby improving the cooling performance at a high temperature and reducing the noise at a cold time.
[0005]
On the other hand, recently, the use of an electric water pump that can easily secure the flow rate according to the load has been studied.However, in order to secure the required cooling water flow rate of the engine using only the electric water pump, the size of the electric water pump must be increased. Invites problems such as cost increase and mountability. Considering this point, the use of a conventional direct-acting water pump in such a manner as to be assisted by an electric water pump is being studied. In this case, for example, as shown in FIG. 8, the pump discharge amount q1 proportional to the engine speed is secured by the water pump, and the pump discharge amount q2 (assist amount) of the electric water pump is added to the pump discharge amount q1. It is conceivable to secure the required cooling water flow rate Q0.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 10-159874 A
[Problems to be solved by the invention]
The water pump with a fluid coupling described in Patent Document 1 described above can increase or decrease the discharge amount in accordance with the temperature of the cooling water, but is directly driven by the crankshaft of the engine. You cannot do it.
On the other hand, in the case of the type in which the direct-acting water pump described with reference to FIG. 8 is assisted by the discharge amount of the electric water pump, the discharge amount q1 of the water pump in the high rotation range can be relatively suppressed. The assist amount q2 of the electric water pump in the region becomes relatively large, and the electric water pump is likely to be increased in size.
[0008]
As described above, an engine cooling device that uses a direct-acting water pump and an electric water pump is desired to be able to suppress an increase in the size of the electric water pump. It is desired that the maximum required cooling water flow rate can be ensured in the region, and that even during low load operation, even if the engine speed increases, the increase in the cooling water flow rate can be suppressed to prevent useless output loss.
[0009]
The present invention is based on the above-mentioned problem, and in an engine cooling device of a type using a direct-acting water pump and an electric water pump, in addition to suppressing the size of the electric water pump from increasing, the engine cooling device in a low vehicle speed and high load operation range. It is an object of the present invention to provide an engine cooling device capable of securing a maximum required cooling water flow rate and preventing useless output loss even when the engine speed increases during low load operation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a mechanical water pump provided in a cooling water circulation path and connected to a crankshaft of an engine via a clutch, and an electric water pump provided in the cooling water circulation path A pump and the clutch and the electric water pump according to load information of the engine to drive the electric water pump when the engine is under a low load and to drive the electric water pump and the mechanical water pump when the engine is at a high load. And control means for controlling the driving of the device.
As described above, since the control means selectively uses the operation range of the electric water pump and the mechanical water pump having the clutch according to the load information, it is possible to eliminate unnecessary driving of the mechanical water pump, and It is also possible to suppress an increase in the size of the pump.
That is, since the control means cuts off the clutch at low load and drives only the electric water pump, it is possible to prevent unnecessary output loss of the mechanical water pump at low load and control the drive of the clutch at high load. As a result, it is not necessary to increase the size of the electric water pump.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the engine cooling device according to the first aspect, the control means controls the clutch so as to increase the discharge amount of the mechanical variable water pump as the load increases according to the load information of the engine. It is characterized by.
In this case, as the load increases, the slip amount of the clutch is suppressed to increase the flow rate of the cooling water, so that the cooling performance during the high load operation can be sufficiently ensured. It is possible to suppress the drive of the mechanical variable water pump during the load operation and to eliminate useless work.
Since the control means increases the slip amount of the clutch as the rotation speed increases, the drive of the mechanical variable water pump is suppressed as the rotation speed increases, the cooling water discharge flow rate is reduced, and unnecessary work of the engine is eliminated. Can be.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the engine cooling device according to the first aspect, the control means suppresses an increase in the discharge amount of the mechanical variable water pump with respect to an increase in the number of revolutions of the engine when the engine has a low load. The driving of the clutch is controlled according to the information on the number of revolutions of the engine.
The control means increases the slip amount of the clutch as the engine speed increases, thereby suppressing the drive of the mechanical variable water pump and efficiently eliminating wasteful work of the engine when the engine rotates at a high speed.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the engine cooling device according to the first aspect, the control means drives the mechanical variable water pump when the low load of the engine exceeds a predetermined value, and the predetermined value is set to the engine value. It is characterized in that the characteristic is set to decrease as the number of rotations increases.
In this case, the higher the rotation speed, the earlier the mechanical variable water pump is operated, so that the rotation of the engine can be used efficiently, and the lower the rotation speed, the relatively wider the operating range of the electric water pump alone. Output loss can be suppressed efficiently.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show an engine cooling device as one embodiment of the present invention. The engine cooling device A is provided in a water-cooled engine 1 mounted on an automobile (not shown). The engine 1 has a water jacket 3 formed inside the main body 2, a radiator 4 disposed near the outside of the engine main body 2, and the radiator 4 is connected by a cooling circulation path. The cooling circulation path includes a main circulation path C1 through which the cooling water flows during a steady operation and a warm air circulation path C2 through which the cooling water flows during warm-up. Both the circulation paths can be switched by the thermostat 14. The main circuit C1 is branched and connected in parallel to the heater circuit C3. The heater circulation path C3 is formed so as to circulate and supply the cooling water when the heater 5 is driven.
[0015]
The engine body 2 has an inlet 6 and an outlet 7 for cooling water formed on a front wall f1 on the front end side, which is one end side (lower side in the drawing) of the engine longitudinal direction X (vertical direction in the drawing). Is formed. The water jacket 3 allows cooling water discharged by a mechanical water pump 8 to be described later to flow through an inlet 6, flows the cooling water in a substantially U-shape along the outer circumference of a plurality of cylinders arranged in series, and allows the cooling water to flow from an outlet 7. Formed to drain.
A mechanical water pump 8, an outflow port 7, and a protruding pipe 9 are integrally attached to a front wall f1 of the engine body 2, and a crankshaft 11 is provided so as to protrude therefrom. , A thermostat 14 and a fan 15, a dynamo (not shown) and the like are attached and provided.
[0016]
One end of an outflow pipe 16 is connected to the protruding pipe 9 of the outflow port 7, the other end is connected to the inlet of the radiator 4, and an electric water pump 13 and first and second branch portions a and b are provided on the way. Is established. One end of an inflow pipe 17 is connected to the outlet of the radiator 4, the other end is connected to a mechanical water pump 8, and a branch portion c and a thermostat 14 are provided on the way. Here, a flow path that is continuous with the outflow pipe 16 provided with the electric water pump 13, the radiator 4, the inflow pipe 17, and the mechanical water pump 8 forms a main circulation path C1.
[0017]
The radiator 4 is supported by a vehicle body front wall (not shown), and receives a cooling wind wc traveling from the front to the rear. The fan 15 is supported on a vehicle body front wall side (not shown) via a bracket 18 and is driven by a controller via a fan driving circuit (not shown). At this time, the radiator 4 allows the cooling air wcf passing from the front to the rear to pass therethrough. It is formed as follows.
[0018]
As shown in FIG. 2, the thermostat 14 has first and second inlets 21 and 22 and an outlet 19, and a cooling water-responsive switching valve 23 intermittently opening each of these openings. Here, the switching valve 23 is disposed in the second inflow chamber 25 of the second inlet 22 and retreats the core 26 when the water temperature is equal to or lower than a preset warm air water temperature Twh (for example, 80 ° C.). It includes a protruding temperature-sensitive actuator 24 and a pair of valve bodies 231 and 232 integrally supported by the core 26. Here, the pair of valve bodies 231 and 232 integrated with the core portion open the second inflow chamber 25 and the outlet 19 below the warm-air water temperature Twh to communicate with the warm-air circulation path C2, and exceed the warm-water temperature Twh. Then, the warm air circulation path C2 is closed, the first inflow chamber 27 of the first inlet 21 is opened to the outlet 19 (see the two-dot chain line), and the switching operation is performed so as to connect the main circulation path C1 and the heater circulation path C3.
One end of a bypass pipe 28 is connected to the second branch b of the outflow pipe 16, and the other end is connected to the second inlet 22 of the thermostat 14, and the second branch b of the outflow pipe 16, the bypass pipe 28, and the thermostat 14 And a flow path that continues to form a warm air circulation path C2.
[0019]
One end of a heater pipe 29 is connected to a first branch portion a of the outflow pipe 16, and the other end is connected to a branch portion c of the inflow pipe 17, and a heater 5 disposed in the vehicle compartment (not shown) is provided in the middle thereof. Connected. The heater pipe 29 and the heater 5 form a heater circulation path C3.
Here, a mechanical water pump 8 and an electric water pump 13 are formed in series in the main circulation path C1, the warm air circulation path C2, and the heater circulation path C3, and these forward circulation paths C1 are driven by driving at least one of the pumps. , C2 and C3 can be supplied with cooling water.
[0020]
The mechanical water pump 8 receives a rotational force of the crankshaft 11 protruding from the front wall f1 of the engine body 2 via a belt-type rotation transmission system 31 and is driven. As shown in FIGS. 3 and 1, the mechanical water pump 8 has front and rear rotating shafts 34, 35 pivotally attached to a pump casing 32 integrally attached to a front wall f <b> 1 via an electromagnetic clutch 33, and a rear rotating shaft. A pump impeller 36 and a pump pulley 37 are integrally mounted on a rear end of the front rotation shaft 35 and a front end of the front rotation shaft 34, respectively.
An endless belt 39 is wound around the pump pulley 37 and the crank pulley 38 on the crankshaft 11 side, so that the rotation of the crankshaft 11 is transmitted to the front rotation shaft 34.
[0021]
The electromagnetic clutch 33 includes a fixed clutch plate 41 integrated with the rear rotation shaft 35, a movable clutch plate 42 that is spline-fitted to the front rotation shaft 34, a spring 43 that presses the movable clutch plate 42 toward the fixed clutch plate 41, An exciting coil 44 for applying an electromagnetic force to pull the movable clutch plate 42 back. The excitation coil 44 is connected to a controller 46 via a first drive circuit 45.
[0022]
When the electromagnetic clutch 33 is de-energized (turned off), the mechanical water pump 8 operates with the clutch completely connected by the elastic force of the spring 43 and operates the pump to discharge the cooling water of the inflow pipe 17 from the inflow port 6. Further, the mechanical water pump 8 is formed so as to reduce the slip amount in accordance with the increase in the excitation output (duty output) to lower the clutch engagement state, and to stop the pump operation at a duty of 100%.
The electric water pump 13 of the outflow pipe 16 is supported on one side wall of the engine body 2 via the bracket 12 protruding from the side wall, and drives the impeller 47 in its casing by a motor 48. The controller 46 is connected to the motor 48 via a second drive circuit 49.
[0023]
In some cases, in addition to the electric water pump 13 of the outflow pipe 16, a second electric water pump 13 ′ (shown by a two-dot chain line) is provided between the thermostat 14 of the inflow pipe 17 and the mechanical water pump 8. It may be arranged, attached to the side wall of the engine body 2 via the bracket 12, and drive-controlled in the same manner as the first electric water pump 13.
[0024]
In this case, the second electric water pump 13 ′, the mechanical water pump 8, and the first electric water pump 13 are connected in series in this order with the water jacket 3 of the engine 1 interposed therebetween, and the circulation characteristics of the cooling water are stabilized. In particular, the size of the first and second electric water pumps 13 can be reduced, the maximum discharge amount of each water pump can be relatively reduced, and cavitation at the time of high rotation of the pumps can be prevented.
[0025]
The controller 46 detects the cooling water temperature Tw of the water jacket 3 of the engine 1 with the water temperature sensor 51, and further calculates the engine speed Ne detected by the engine rotation sensor 52 and the accelerator opening sensor 53 and the accelerator opening θa as a load. Import and rewrite to the latest value. Further, the controller 46, based on the operation information and the low-load pump map m1 and the high-load pump map m2 in FIGS. 4A and 4B, according to the pump drive routine in FIG. The electromagnetic clutch 33 and the motor 48 of the electric water pump 13 are selectively driven to control the circulation of cooling water to the main circuit C1, the warm air circuit C2, and the heater circuit C3.
[0026]
Hereinafter, the driving of the engine cooling device A will be described along the pump driving routine of FIG.
The controller 46 takes in the water temperature Tw, the engine speed Ne, and the accelerator opening θa in step s1. If the current water temperature is lower than the warm-up water temperature value Twh (for example, 80 ° C.) in step s2, it is determined that the warm-up is to be promoted. This is regarded as an operation range in which the thermostat 14 is closed. In step s3, the electromagnetic clutch 33 is turned on (clutch is disconnected), and the motor 48 of the electric water pump 13 is driven along the low-load pump map m1. The process of stopping the fan 15 is performed, the control of this time is ended, and the process returns.
[0027]
After completion of warm-up in which the current water temperature exceeds the warm-up water temperature value Twh (for example, 80 ° C.) in step s2, the process proceeds to step s5, where it is determined whether or not the accelerator opening θa, which is the current load information, exceeds the low load determination value θaL. If it is lower, the process proceeds to step s6, and if it is higher, the process proceeds to step s7. As shown in FIG. 6, the low load determination value θaL has a characteristic that it decreases as the engine speed Ne increases.
[0028]
In steps s6 and s8, it is determined that the accelerator operation amount θa is lower than the low load determination value θaL in the low load operation range. In this case, the electromagnetic clutch 33 is disengaged (turned on) and the mechanical water pump 8 is deactivated. Then, based on the low load pump map m1, the flow value qLm (control signal of the electric motor corresponding to the current engine speed) corresponding to the current engine speed is read, and the control signal is output to the motor 48 via the second drive circuit. As a result, the electric water pump 13 is driven to secure the target flow value qLm. Here, the low-load pump map m1 is set in advance to a flow rate value qLm that does not change much with a change in the engine speed.
[0029]
That is, in this low load operation range, only the electric water pump 13 is driven, and the discharge amount of the electric water pump 13 does not increase excessively even if the engine speed Ne reaches a high rotation range, and the flow rate value qLm does not excessively increase. Power consumption can be suppressed, and of course, there is no drive loss of the mechanical water pump 8 in this low load operation range.
[0030]
Thereafter, the process proceeds to step s9. When reaching step s9, it is determined whether or not the water temperature Tw exceeds a high water temperature range Twk (> Twh) which is higher than the warm-air water temperature value Twh. Proceeding to step s11, drive processing of the fan 15 is completed, and control is returned to this time.
[0031]
If it is determined in step s5 that the current accelerator opening θa exceeds the low load determination value θaL, the process proceeds to step s7. Here, an engine rotation-equivalent flow rate value qHk of the mechanical water pump 8 is obtained from the high-load pump map m2, and an excitation output (duty output) that can maintain a connection state equivalent to the flow rate value qHk is transmitted to the first drive circuit 45. And outputs the same to the electromagnetic clutch 33 to drive the same.
[0032]
Here, the flow rate value qHk is set in accordance with not only the engine speed Ne but also the accelerator opening degree θa, and the flow rate value qHk is set to increase as the accelerator opening degree θa increases. In addition, as the load becomes higher, the clutch slip is suppressed and the discharge flow rate increases.
Further, in step s12, a flow rate value qHm (control signal of the electric motor corresponding to the current value) corresponding to the current engine speed is read based on the high load pump map m2, and the control signal is transmitted to the motor 48 via the second drive circuit 49. By outputting, the electric water pump 13 is driven so as to secure the target flow value qHm.
[0033]
Thereafter, in steps s9, s10 and s11, it is determined whether or not the water temperature Tw exceeds a high water temperature range Twh (> Twk) higher than the warm-air water temperature value Twh. Is driven, and this control is terminated, and the routine returns.
That is, in this high load operation range, the mechanical water pump 8 and the electric water pump 13 are driven in the entire engine rotation range based on the high load pump map m2.
[0034]
In this case, the mechanical water pump 8 can be driven in the controllable region e1 (substantially trapezoidal region) of the electromagnetic clutch 33, and is prevented from over-rotating in a high rotation region, and is controlled in a high-load operation region. Excessive increase in drive loss of the pump 8 can be reliably prevented. Moreover, here, in order to secure the target flow rate Qo, a target flow rate qHm of the range in which the electric water pump 13 can assist the flow rate value qHk of the mechanical water pump 8 is set. The second drive circuit 49 is driven to drive the motor. As a result, the electric water pump 13 is driven to secure the target flow rate value qHm, so that the target flow rate Qo can be secured and unnecessary power consumption can be suppressed.
[0035]
In addition, since the mechanical water pump 8 and the electric water pump 13 are arranged in series in the main circuit C1, the maximum discharge amount of each water pump can be relatively reduced, and the occurrence of cavitation at the time of high pump rotation can be prevented. .
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the control means selectively uses the operation range of the electric water pump and the mechanical water pump having the clutch according to the load information, it is possible to eliminate unnecessary driving of the mechanical water pump. In addition, the size of the electric water pump can be suppressed.
[0037]
According to the second aspect of the present invention, as the load increases, the slip amount of the clutch is suppressed to increase the cooling water discharge flow rate, and the cooling performance during the high load operation can be sufficiently ensured. The drive of the variable water pump can be suppressed, and unnecessary work can be eliminated.
[0038]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to efficiently eliminate wasteful work of the engine at the time of high engine rotation.
[0039]
According to the invention of claim 4, it is possible to set the operating range of the mechanical water pump in which the rotation of the engine can be used efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of an engine to which an engine cooling device as one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic sectional configuration diagram of a thermostat used by the engine cooling device of FIG.
FIG. 3 is a sectional view of a mechanical water pump used by the engine cooling device of FIG. 1;
4A and 4B are control maps used by the engine cooling device of FIG. 1, wherein FIG. 4A is a low-load pump map and FIG. 4B is a high-load pump map.
FIG. 5 is a flowchart of a pump driving routine used by a controller of the engine cooling device of FIG. 1;
FIG. 6 is a characteristic diagram of the low load determination value θaL with respect to the engine speed Ne.
7A and 7B are characteristic diagrams of a water pump of a conventional engine cooling device, in which FIG. 7A is a pulley rotation speed-flow rate characteristic diagram, and FIG. 7B is a pulley rotation speed-impeller speed characteristic diagram.
FIG. 8 is an engine speed-flow rate characteristic diagram of a conventional engine cooling device.
[Explanation of symbols]
1 Engine 11 Crankshaft 8, 8a Mechanical Water Pump 13 Electric Water Pump 33 Electromagnetic Clutch (Clutch)
46 controller (control means)
m1 Pump map for low load m2 Pump map for high load θa Accelerator opening (load)
A, A1 Engine cooling device C1 Main circulation path (cooling water circulation path)
C2 Warm air circulation path (cooling water circulation path)
Ne Engine speed Twh Warm air temperature

Claims (4)

冷却水循環経路に設けられエンジンのクランク軸にクラッチを介して連結された機械式ウォーターポンプと、
上記冷却水循環経路に設けられた電動ウォーターポンプと、
上記エンジンの低負荷時は上記電動ウォーターポンプを駆動させ高負荷時は上記電動ウォーターポンプ及び上記機械式ウォーターポンプを駆動させるよう上記エンジンの負荷情報に応じて上記クラッチ及び上記電動ウォーターポンプの駆動を制御する制御手段と、
を具備したエンジン冷却装置。
A mechanical water pump provided in the cooling water circulation path and connected to a crankshaft of the engine via a clutch,
An electric water pump provided in the cooling water circulation path,
When the load of the engine is low, the electric water pump is driven.When the load is high, the electric water pump and the mechanical water pump are driven. Control means for controlling;
An engine cooling device comprising:
請求項1記載のエンジン冷却装置において、
上記制御手段はエンジンの負荷情報に応じて高負荷になるほど、機械式可変ウォーターポンプの吐出量を増やすよう上記クラッチを制御することを特徴とするエンジン冷却装置。
The engine cooling device according to claim 1,
The engine cooling device, wherein the control means controls the clutch so as to increase the discharge amount of the mechanical variable water pump as the load increases according to the load information of the engine.
請求項1記載のエンジン冷却装置において、
上記制御手段は上記エンジンの低負荷時において上記エンジンの回転数の増加に対して機械式可変ウォーターポンプの吐出量の増加が抑制されるよう上記エンジンの回転数情報に応じて上記クラッチの駆動を制御することを特徴とするエンジン冷却装置。
The engine cooling device according to claim 1,
The control means drives the clutch according to the engine speed information so that an increase in the discharge amount of the mechanical variable water pump is suppressed with respect to an increase in the engine speed at a low load of the engine. An engine cooling device characterized by controlling.
請求項1記載のエンジン冷却装置において、
上記制御手段は上記エンジンの低負荷が所定値を越えるときに上記時において上記エンジンの回転数の増加に対して上記機械式可変ウォーターポンプを駆動させると共に,上記所定値は上記エンジンの回転数の増加と共に,低下する特性に設定されていることを特徴とするエンジン冷却装置。
The engine cooling device according to claim 1,
When the low load of the engine exceeds a predetermined value, the control means drives the mechanical variable water pump in response to an increase in the rotation speed of the engine at the time, and the predetermined value is the rotation speed of the engine. An engine cooling device characterized in that the characteristics are set to decrease with increasing.
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