JP2006274865A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現できるとともに、十分なエンジン冷却性能を確保すること。
【解決手段】コア２３，３４を有し、ロータとしての羽根車部材２５，３１と、これを回転させるステータ２７，３５とにより、ブラシレスモータとしての電動ウォータポンプ２０および電動ファン３０を構成した。羽根車部材２５，３１は、コントローラ２８によって制御される。電動ウォータポンプ２０をラジエータ１０と電動ファン３０との間に配置し、ラジエータ１０の通風性能を改善した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジン冷却装置に関し、更に詳しくは、簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現できるとともに、十分なエンジン冷却性能を確保することができるエンジン冷却装置に関する。

従来より、自動車用のエンジンに適用される水冷式の冷却装置がある。この種の冷却装置は熱交換用のラジエータ、冷却水圧送用のウォータポンプ、冷却水温を検知するサーモスタットおよび冷却水を循環させる配管等を備える。

このような冷却装置では、エンジンの運転に連動してウォータポンプが作動することにより、エンジンブロック、ラジエータ、サーモスタットおよび配管間の水通路を冷却水が循環する。この冷却水の循環により、エンジンブロックでは熱が冷却水に奪われて冷却される。ラジエータでは、冷却水に加わった熱が外部へと放散される。

一般に、ラジエータは自動車の前部に設けられている。したがって、自動車の走行時には、走行風によってラジエータ内の冷却水が冷却される。一方、ラジエータからの放熱に必要な冷却風を強制的に供給するための冷却用ファンが、ラジエータに隣接して設けられている。

したがって、このような自動車では、ラジエータに走行風が当たらない場合やその走行風が少ない場合等には、冷却用ファンを駆動させることにより、ラジエータを強制的に冷却することができる。

ここで、冷却用ファンの種類として、エンジンのクランクシャフトにより駆動される直接駆動式のファンと、電動モータにより駆動される電動ファンとがある。直接駆動式のファンの場合、その回転速度はエンジンの回転速度に依存する。したがって、そのファンによる冷却風量が、エンジンの運転状態に応じた必要風量に常に一致するとは限らない。

これに対し、電動ファンの場合、エンジンの回転速度に依存することなく、ファンの回転速度を任意に制御できるため、エンジンの運転状態に応じた風量を確保することができるというメリットがある。

また、電動ファンの場合、強制冷却を必要としないときにファンを任意に停止できることから、静粛性の点でも有利である。更に、電動ファンの場合、そのファンをエンジンから切り離して設置できることから、自動車における設置レイアウトの自由度が増すというメリットもある。

このような電動ファンのメリットを生かし、近年では、ファンの中央部に、電動ウォータポンプと電動ファンのモータを配置した技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。これは、電動ウォータポンプと電動ファンを独立のブラシレスモータによってそれぞれ制御できる構造となっている。

なお、関連する技術として、ラジエータの背後に電動ファンとウォータポンプとを、軸心を一致させて配設したものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特表２００３−５０７９９５号公報 特開２００２−９７９５６号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、その装置レイアウト上、大きな体格の電動ウォータポンプは配置できないため、電動ウォータポンプの出力も小さくなってしまい、車両高速域でのウォータポンプの流量が不足し、冷却性能が足りなくなる虞があった。

また、上記モータの出力を確保するためにモータの体格をできるだけ大きく設計しており、このモータがファンの中心部に配置され、更にウォータポンプもこの中心部に配置されているため、ラジエータ通過風の抵抗となり、ファン通過風量が律速されてしまっていた。

また、従来の電動ファン用のモータに対して、電動ウォータポンプのモータが付加されているため装置全体の重量が重くなり、これをファンの中心部に配置しているため、これらのモータを支持する部材の強度確保が困難であった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現できるとともに、十分なエンジン冷却性能を確保することができるエンジン冷却装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るエンジン冷却装置は、エンジン冷却水を流通させるために当該エンジン冷却水の導入口と吐出口とを有し、中空円環状に形成されたケーシングと、前記ケーシング内に同軸かつ回転自在に内蔵され、永久磁石からなるコアを有するとともに前記エンジン冷却水を移送する複数の羽根を有した羽根車部材と、前記ケーシングの外周に沿って配設され、前記羽根車部材の前記コアに所定の磁力を付与するステータと、前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置と、を備えたことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係るエンジン冷却装置は、冷却風を発生させるために回転自在に設けられ、外周縁部に永久磁石からなるコアを有する羽根車部材と、前記羽根車部材の外周に沿って離間して配設され、前記コアに所定の磁力を付与するステータと、前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置と、を備えたことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に係るエンジン冷却装置は、エンジンブロックとラジエータとの間で水通路を通じてエンジン冷却水を循環させることにより当該エンジンブロックを冷却するとともに、前記ラジエータに冷却風を流通させるようにしたエンジン冷却装置であって、前記エンジン冷却装置は、前記冷却風を発生させるために回転自在に設けられ、外周縁部に永久磁石からなるコアを有する羽根車部材と、前記羽根車部材の外周に沿って離間して配設され、前記コアに所定の磁力を付与するステータと、前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置とからなる電動ファンと、前記エンジン冷却水を流通させるために当該エンジン冷却水の導入口と吐出口とを有し、中空円環状に形成されたケーシングと、前記ケーシング内に同軸かつ回転自在に内蔵され、永久磁石からなるコアを有するとともに前記エンジン冷却水を移送する複数の羽根を有した羽根車部材と、前記ケーシングの外周に沿って配設され、前記羽根車部材の前記コアに所定の磁力を付与するステータと、前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置とからなる電動ウォータポンプと、を備え、前記ラジエータの背後に所定間隔を空けて前記電動ファンを配置するとともに、更に前記電動ウォータポンプを前記ラジエータと前記電動ファンとの間に配置したことを特徴とするものである。

この発明に係るエンジン冷却装置（請求項１）によれば、ロータとしての羽根車部材とこれを回転させるステータとにより、ブラシレスモータとしての電動ウォータポンプを構成することができるので、摺動抵抗を低減することができるとともに、羽根車部材の外周部でトルクを発生させているので、高トルクを確保しやすく、車両高速域であっても高流量を確保することができ、冷却性能を向上させることができる。また、全体形状を円環状に形成されており、かつ、中心部に従来のようなモータが配置されていないので、ラジエータの背後に配置した場合であっても、ラジエータの通過風の抵抗となることがない。したがって、簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現できるとともに、十分なエンジン冷却性能を確保することができる。

また、この発明に係るエンジン冷却装置（請求項２）によれば、ロータとしての羽根車部材とこれを回転させるステータとにより、ブラシレスモータとしての電動ファンを構成することができるので、摺動抵抗を低減することができるとともに、羽根車部材の外周部でトルクを発生させているので、高トルクを確保しやすく高流量を確保することができ、冷却性能を向上させることができる。また、装置中心部に従来のようなモータが配置されていないので、ファン通過風量が律速されることもなく、装置レイアウトの自由度が大きい。したがって、簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現できるとともに、十分なエンジン冷却性能を確保することができる。

また、この発明に係るエンジン冷却装置（請求項３）によれば、ロータとしての羽根車部材とこれを回転させるステータとにより、ブラシレスモータとしての電動ウォータポンプおよび電動ファンを備え、この電動ウォータポンプをラジエータと電動ファンとの間に配置したことにより、ラジエータと電動ファンとの間に所定の空間を確保することができる。したがって、ラジエータを通過する冷却風の流れの抵抗を低減することができ、通風性能を改善することができる。また、デッドスペースとなりがちな上記空間に電動ウォータポンプを配置できるので、当該空間を有効に活用することができる。

以下に、この発明に係るエンジン冷却装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例に係るエンジン冷却装置を示す部分断面図、図２は、ラジエータの背後から見たエンジン冷却装置を示す正面図である。

図１および図２に示すように、本実施例に係るエンジン冷却装置５は、エンジンブロック（図示せず）とラジエータ１０との間で水通路（図示せず）を通じてエンジン冷却水を循環させることにより、当該エンジンブロックを冷却するとともに、ラジエータ１０に冷却風を流通させるようにしたものである。

そして、このエンジン冷却装置５は、後述するように、ブラシレスモータの原理を用いて構成した電動ウォータポンプ２０と電動ファン３０とを備え、ラジエータ１０の背後に所定間隔を空けて電動ファン３０を配置するとともに、更に電動ウォータポンプ２０をラジエータ１０と電動ファン３０との間に配置したことを特徴とするものである。

なお、ラジエータ１０、電動ウォータポンプ２０および電動ファン３０は、中心軸ＣＬに対して軸対称形状となっているので、図１においては部分断面にて示してある。

先ず、電動ウォータポンプ２０について図１および図２に基づいて説明する。シュラウドとしてのケーシング２１，２２は、シール性を確保するためのＯリング２２ａを介して中空円環状に形成され、エンジン冷却水を流通させるために当該エンジン冷却水の導入口２１ａと吐出口２１ｂとを有している。

また、これらのケーシング２１，２２は、ボルト２２ｂによって連結されており、ケーシング２１は、ラジエータ１０の本体１１にボルト１２によって固定されている。なお、ケーシング２１，２２は、軽量化等のため、たとえば樹脂にて形成することができる。

また、エンジン冷却水を圧送するための羽根車部材２５は、このケーシング２１，２２内に同軸（中心軸ＣＬを共通とする）かつベアリング２６を介して回転自在に内蔵されている。また、羽根車部材２５は、永久磁石からなるコア２３を有するとともに、エンジン冷却水を移送する複数の羽根２４を有している。

羽根車部材２５のコア２３に所定の磁力を付与するためのステータ２７は、ケーシング２１の外周に沿うようにケーシング２２の内部に配設されている。また、このステータ２７に発生させる磁力を制御することにより羽根車部材２５の回転を制御するコントローラ（駆動制御装置）２８と、これらに電力を供給する電源２９が設けられている。

なお、このコントローラ２８による羽根車部材２５の回転制御方法は、公知技術を用いることができるので、詳細な説明を省略する。

なお、羽根車部材２５は、軽量化等のため、たとえば樹脂にて形成することができる。また、ステータ２７は、樹脂製のケーシング２２にモールドすることができる。

このように、電動ウォータポンプ２０は、ロータとしての羽根車部材２５と、これを回転させるステータ２７を備え、ブラシレスモータとして構成したものである。したがって、従来のようなメカシール等を必要としないので、摺動抵抗が小さい。

また、電動ウォータポンプ２０の外周部でトルクを発生させているので、高トルクを確保しやすく、車両高速域であっても高流量を確保することができ、冷却性能を向上させることができる。

また、電動ウォータポンプ２０は全体形状を円環状に形成されており、かつ、中心部に従来のようなモータが配置されていないので、ラジエータ１０の通過風の抵抗となることがない。

つぎに、電動ファン３０について図１および図２に基づいて説明する。羽根車部材３１は、電動ウォータポンプ２０と同軸状に設けられ、冷却風を発生させるために回転自在に設けられている。

すなわち、羽根車部材３１に設けられた複数の羽根３１ａは、その先端部を円環部材３２にて連結されており、この円環部材３２がベアリング３３を介してケーシング２２によって回転自在に支持されている。

また、羽根車部材３１の円環部材３２の外周縁部には、永久磁石からなるコア３４を備えている。また、コア３４に所定の磁力を付与するためのステータ３５が、羽根車部材３１の外周に沿ってケーシング２２に配設されている。

このステータ３５は、上記コントローラ２８によって制御され、これにより羽根車部材３１の回転が制御されるようになっている。このコントローラ２８による羽根車部材３１の回転制御方法は、公知技術を用いることができるので、詳細な説明を省略する。

なお、このステータ３５もステータ２７と同様に、樹脂製のケーシング２２にモールドすることができる。また、これらステータ２７，３５は、上記位置において円周状に設けられているが、これらは必ずしも連続的に配置されていなくてもよく、一定ピッチで配置してもよい。

このように、電動ファン３０は、ロータとしての羽根車部材３１と、これを回転させるステータ３５を備え、ブラシレスモータとして構成したものである。したがって、羽根車部材３１の外周部でトルクを発生させているので、高トルクを確保しやすく、高流量を確保することができ、冷却性能を向上させることができる。

また、電動ファン３０は、その中心部に従来のようなモータが配置されていないので、ファン通過風量が律速されることもない。また、電動ウォータポンプ２０をラジエータ１０と電動ファン３０との間に配置したことにより、ラジエータ１０と電動ファン３０との間に所定の空間を確保することができる。

したがって、ラジエータ１０を通過する冷却風の流れの抵抗を低減することができ、通風性能を改善することができる。また、デッドスペースとなりがちな上記空間に電動ウォータポンプ２０を配置できるので、当該空間を有効に活用することができる。

以上のように、この実施例に係るエンジン冷却装置５によれば、簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現できるとともに、十分なエンジン冷却性能を確保することができる。

なお、上記実施例においては、電動ウォータポンプ２０をラジエータ１０と電動ファン３０との間に配置するものとして説明したが、これに限定されず、他の位置に配置してもよい。

また、上記実施例においては、電動ファン３０の羽根車部材３１を、その外周縁部のベアリング３３によって支持するものとして説明したが、これに限定されず、羽根車部材３１の中心部にベアリングを設けるとともに、これを支持するための支持部材をケーシング２２から延設して構成することもできる。

また、上記実施例においては、ブラシレスモータ型の電動ファン３０と電動ウォータポンプ２０とを組み合わせてエンジン冷却装置５を構成したが、これに限定されず、それぞれ単独で従来技術と組み合わせて構成してもよい。

以上のように、この発明に係るエンジン冷却装置は、自動車のエンジンに有用であり、特に、簡易な構成によって有利な装置レイアウトを実現でき、十分なエンジン冷却性能を確保することを目指すエンジン冷却装置に適している。

この発明の実施例に係るエンジン冷却装置を示す部分断面図である。 ラジエータの背後から見たエンジン冷却装置を示す正面図である。

符号の説明

５ エンジン冷却装置
１０ ラジエータ
１１ 本体
２０ 電動ウォータポンプ
２１、２２ ケーシング
２３、３４ コア
２４ 羽根
２５ 羽根車部材
２７、３５ ステータ
２８ コントローラ（駆動制御装置）
２９ 電源
３０ 電動ファン
３１ 羽根車部材
３１ａ 羽根
３２ 円環部材
ＣＬ 中心軸

Claims (3)

1. エンジン冷却水を流通させるために当該エンジン冷却水の導入口と吐出口とを有し、中空円環状に形成されたケーシングと、
   前記ケーシング内に同軸かつ回転自在に内蔵され、永久磁石からなるコアを有するとともに前記エンジン冷却水を移送する複数の羽根を有した羽根車部材と、
   前記ケーシングの外周に沿って配設され、前記羽根車部材の前記コアに所定の磁力を付与するステータと、
   前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置と、
   を備えたことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 冷却風を発生させるために回転自在に設けられ、外周縁部に永久磁石からなるコアを有する羽根車部材と、
   前記羽根車部材の外周に沿って離間して配設され、前記コアに所定の磁力を付与するステータと、
   前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置と、
   を備えたことを特徴とするエンジン冷却装置。
3. エンジンブロックとラジエータとの間で水通路を通じてエンジン冷却水を循環させることにより当該エンジンブロックを冷却するとともに、前記ラジエータに冷却風を流通させるようにしたエンジン冷却装置であって、
   前記エンジン冷却装置は、
   前記冷却風を発生させるために回転自在に設けられ、外周縁部に永久磁石からなるコアを有する羽根車部材と、前記羽根車部材の外周に沿って離間して配設され、前記コアに所定の磁力を付与するステータと、前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置とからなる電動ファンと、
   前記エンジン冷却水を流通させるために当該エンジン冷却水の導入口と吐出口とを有し、中空円環状に形成されたケーシングと、前記ケーシング内に同軸かつ回転自在に内蔵され、永久磁石からなるコアを有するとともに前記エンジン冷却水を移送する複数の羽根を有した羽根車部材と、前記ケーシングの外周に沿って配設され、前記羽根車部材の前記コアに所定の磁力を付与するステータと、前記ステータに発生させる磁力を制御することにより前記羽根車部材の回転を制御する駆動制御装置とからなる電動ウォータポンプと、
   を備え、
   前記ラジエータの背後に所定間隔を空けて前記電動ファンを配置するとともに、更に前記電動ウォータポンプを前記ラジエータと前記電動ファンとの間に配置したことを特徴とするエンジン冷却装置。

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