JP2009114968A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成によってウォータポンプ回転数を最適に制御することができるエンジン冷却装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、プーリ比が変更可能なウォータポンププーリと、内燃機関のクランク軸端に設けられ、前記ウォータポンププーリをベルトを介して駆動すると共に、プーリ比が変更可能なクランクプーリと、前記内燃機関のエンジン冷却水の温度に応じて、前記ウォータポンププーリと前記クランクプーリのプーリ比を変更する切換手段と、を備える。この構成によれば、ウォータポンププーリの回転数をエンジン回転数と冷却水温度でメカニカルに制御することができるため、従来必要であった電動ウォータポンプが必要なくなるため、軽量化でき、また簡単な構成によって実現することができるのでコストを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却装置に関する。

エンジンウォータポンプは、一般的にその駆動にクランク回転を利用し、そのポンプ回転数はエンジン回転数に依存する。エンジン回転数に依存すると、水温の高低やエンジン負荷に関わらずポンプを駆動するため、低速登坂、トーイング時は、高負荷でエンジン発熱が多いがエンジン回転数が低いため、ポンプ回転数も低く冷却水流量が不足し冷却不足となりやすい。また、高速走行時には、エンジン回転数が高いため冷却水流量が多いが、低負荷な場合はエンジン発熱が少なく、オーバークールとなる。

そこで、特許文献１に開示されているような、エンジン回転数に依存しない電動ウォータポンプ等のデバイスを用いるものが提案されている。また、特許文献２では、変速機を備え電気的に変速機を制御するものが提案されている。
特開昭 ５８−６５９２７号公報 特開昭 ６０−１２８９３７号公報

しかしながら、上記従来技術のように、電動ウォータポンプを用いる技術では、モータを新たに追加することが必要になり、重量やコストの増大、更にはモータの耐久性等を考慮しなければならない。また、電気的に制御される変速機を用いる技術では、複雑な変速機構や制御装置が必要となり、コストの増大を招くといった問題点があった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成によってウォータポンプ回転数を最適に制御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。

上記課題を解決するために、本発明は、プーリ比が変更可能なウォータポンププーリと、内燃機関のクランク軸端に設けられ、前記ウォータポンププーリをベルトを介して駆動すると共に、プーリ比が変更可能なクランクプーリと、前記内燃機関のエンジン冷却水の温度に応じて、前記ウォータポンププーリと前記クランクプーリのプーリ比を変更する切換手段と、を備える。

この構成によれば、ウォータポンププーリの回転数をエンジン回転数と冷却水温度でメカニカルに制御することができるため、従来必要であった電動ウォータポンプが必要なくなるため、軽量化でき、また簡単な構成によって実現することができるのでコストを低減できる。

また、本発明のエンジン冷却装置は、前記ウォータポンププーリは、第１のシーブと該第１のシーブとの間で前記ベルトを挟み込む第２のシーブとを有し、前記切換手段は、前記エンジン冷却水の温度に反応して収縮膨張することにより前記第１のシーブと前記第２のシーブの間隔を変更する感温作動部材を有することを特徴とする。

この構成によれば、感温作動部材の収縮膨張によってウォータポンププーリとクランクプーリの第１のシーブと第２のシーブの間隔を変更することによりプーリのプーリ比を簡単な構成によって変更するができる。

また、本発明のエンジン冷却装置は、前記感温作動部材は、前記エンジン冷却水を循環させるインペラと共に回転し、前記第１のシーブと前記第２のシーブの軸となるシャフト内に設けられていることを特徴とする。

また、本発明のエンジン冷却装置は、前記クランクプーリは、第１のシーブと、前記第１のシーブとの間で前記ベルトを挟み込む第２のシーブと、前記第２のシーブを前記第１のシーブ方向へ付勢する付勢手段とをさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成によってウォータポンプ回転数を最適に制御することができるエンジン冷却装置を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明におけるエンジン冷却装置１の構成を説明するための図であり、図１はクランクプーリ１０のプーリ比がウォータポンププーリ２０よりも低い状態を模式的に示す図、図２はクランクプーリ１０のプーリ比がウォータポンププーリ２０よりも高い状態を模式的に示す図である。図３はプーリ比が低い場合のクランクプーリ１０を説明するための図である。図４はプーリ比が高い場合のウォータポンププーリ２０を説明するための図である。図５はプーリ比が高い場合のクランクプーリ１０を説明するための図である。図６はプーリ比が低い場合のウォータポンププーリ２０を説明するための図である。

図１〜図６に示すように、エンジン冷却装置１において、クランクプーリ１０は、クランク軸２の先端に設けられており、クランク軸２の回転によって回転し、ウォータポンププーリ２０をベルト３を介して駆動するよう構成されている。このクランクプーリ１０は、クランク軸２と一体的に形成された円錐台形上の固定シーブ１１と、この固定シーブ１１に対向し且つクランク軸２上で軸方向に移動可能に配置された同じく円錐台形状の可動シーブ１２と、この可動シーブ１２の背面側（固定シーブ１１と対向しない側）にばね１３によって可動シーブ１２を固定シーブ１１方向へ付勢すると共に、バネの反力を受けるリテーナプレート１４とを備えている。そして、このクランクプーリ１０は、ばね１３の反力に抗して可動シーブ１２をクランク軸２上で軸方向に移動することにより、プーリ比が変更可能なクランクプーリ１０が構成される。

ウォータポンププーリ２０は、ベルト３を介してクランクプーリ１０によって駆動されるものである。図４に示すように、ウォータポンプ２７内にはシャフト２８が回転自在に軸支されている。シャフト２８内には、ウォータポンプ２７内のエンジン冷却水の温度に反応してウォータポンププーリ２０の軸方向に伸縮膨張する感温作動部材２５と、この感温作動部材２５に一端が接合されると共に、他端がウォータポンププーリ２０の可動シーブ２１の軸となる軸部２９と、軸部２９を付勢するバイアスバネ２３とが設けられている。このシャフト２８の一端には、インペラ２４が設けられている。

ウォータポンププーリ２０は、軸部２９の一端に設けられこの軸部２９と一体に回転し、感温作動部材２５の伸縮膨張に応じて軸方向に可動する円錐台形状の可動シーブ２１と、シャフト２８と一体に構成されると共にシャフト２８と一体に回転し可動シーブ２１との間でベルト３を挟み込む円錐台形状の固定シーブ２２とを備える。水室２６内には冷却水が満たされているので、ウォータポンププーリ２０が回転すると、インペラ２４の回転による遠心力によって、インペラ２４は、水室２６の中心付近にあるエンジン冷却水を、インペラ２４の外周方向へと運ぶことによりエンジン冷却水を循環する。

感温作動部材２５は、エンジン冷却水の温度に反応して収縮膨張することによりウォータポンププーリ２０の可動シーブ２１と固定シーブ２２の間隔を変更するもので、例えばパラフィンワックス内蔵のサーモエレメントにより構成されている。この感温作動部材２５は、制御温度が８５度から１００度付近に設定されており、ウォータポンプ２７内のエンジン冷却水の温度が制御温度に到達すると、バイアスバネ２３に抗して伸縮膨張する。

ウォータポンプ２７は、例えばエンジンと一体的に設けられ、エンジン冷却水を収容する水室２６を構成する。ウォータポンプ２７内のエンジン冷却水の温度により温度作動部材２５がバイアスバネ２３に抗して膨張、収縮することにより可動シーブ２１を軸方向での移動を制御する。

このようにして、ばね１３は、可動シーブ１２を介して必要な張力をＶベルト３に付与し、また、バイアスばね２３は、可動シーブ２１を介して必要な張力をＶベルト３に付与し、クランクプーリ１０とウォータポンププーリ２０のＶ字プーリ溝（Ｖベルト３の巻き付け径）を可変させて変速比を制御する。尚、クランクプーリ１０の固定シーブ１１、可動シーブ１２、ばね１３、リテーナプレート１４、ウォータポンププーリー２０の可動シーブ２１、固定シーブ２２、バイアスバネ２３、感温作動部材２５、シャフト２８、軸部２９が、本発明の切換手段を構成する。

次に、本発明の実施形態に係るエンジン冷却装置の動作について説明する。図４に示すように、低水温時、温度作動部材２５は収縮しており、図１に示すようにウォータポンププーリ２０の径は大きい状態にある。クランクプーリ１０側では、低水温時、ウォータポンププーリ２０の径が大きい時、ベルト３の張力によって可動シーブ１２を固定シーブ１１から遠ざける方向に移動させる。これによって、クランクプーリ１０の径は小さい状態に変更させられる。このため、クランクプーリ１０のプーリ比は小さくなり、ウォータポンププーリ２０の回転数は低くなり、ウォータポンププーリ２０と一体的に回転するインペラ２４の回転数も低くなる。

高水温時、温度作動部材２５がウォータポンプ２７内のエンジン冷却水の温度を感知し膨張する。温度作動部材２５が膨張すると、ウォータポンププーリ２０の可動シーブ２１が外側に押し出されることによって、固定シーブ２２と可動シーブ２１の間隔が広くなるため、ウォータポンププーリ２０の径は小さくなり、ウォータポンププーリ２０のプーリ比は小さく変更させられる。逆にクランクプーリ１０は、ベルト３のゆるみより可動シーブ１２がばね１３により押し出され、可動シーブ１２の位置が固定シーブ１１方向に移動し、径が大きくなり、プーリ比が大きく変更される。この時、クランクプーリ１０のプーリ比は大きくなり、ウォータポンププーリ２０の回転数は増大する。また、高水温から低水温に変化する場合は、その逆の行程をたどりウォータポンププーリ２０のプーリ比は減少する。

上述した本発明の実施態様の構成によれば、プーリ比がエンジン冷却水の温度によって制御され、高速走行時には、エンジン冷却水の温度が低いので、ウォータポンププーリ２０のプーリ比を小さく変更する。これによって、エンジンからの放熱も小さくなり、オーバークールを防止することが可能となる。また、低速登坂時には、エンジン冷却水の温度が高くなると、ウォータポンププーリ２０のプーリ比を大きくして、ウォータポンププーリ２０の回転数が高くなる。このため、エンジン冷却水の流量が増加し、ラジエターからの放熱量も増加し、冷却が強化される。

よって、冷却水流量が増加することでラジエターからの放熱量が増加し、冷却が強化され、低速登坂・トーイング時の冷却不足を解消することができ、エンジン冷却水の温度が低くプーリ比が小さい場合、エンジンからの放熱も小さく、高速走行時のオーバークールとならない。また、暖機中及び暖機後一般走行においてウォータポンプ回転数が少ないため、ウォータポンプ駆動トルク損失が少なく、ポンプ駆動トルク損失が少なく、燃費・出力改善効果がある。

更に、冷却が最も厳しくなるトーイング登坂時のウォータポンプ回転数が増加し、冷却水流量が従来よりも増加するため、ラジエターからの放熱も増加し、ラジエタースペック及びラジファンスペックの簡素化が図れ、冷却システムコストダウンが可能となり、回転数が低いためサーモスタット強制開弁が起こらない。

なお、上記実施態様の構成においては、ウォータポンププーリ駆動専用のベルトが必要となる。従来構造だとウォータポンププーリは補機ベルトで他の補機と同時に駆動される事が多いため、このウォータポンプを補機ベルトで駆動するシステムとしては図７に示すようなシステムにしてもよい。図７は、本発明の実施形態に係る低水温時におけるウォータポンププーリを補機ベルトで駆動するシステムの状態を示す説明図である。図８は、本発明の実施形態に係る低水温時におけるウォータポンププーリを補機ベルトで駆動するシステムの状態を示す説明図である。

図７及び図８に示すように、エンジン冷却装置１００は、クランクプーリ１０１、ウォータポンププーリ２０、補機プーリ３０、テンショナ４０を備えている。補機ベルト３はＶベルトであり、この例ではクランクプーリ１０１の径は変化しないように構成されており、ウォータポンププーリ２０の径は、図１〜図６で説明したように変化するよう構成されている。

図８に示すように、高水温時は、上記のメカニズムでウォータポンププーリ２０の径は下がり、プーリ比が大きくなる。このときベルト３のゆるみは大型のテンショナ４０で張力を一定に保つようにする。この構造により、クランクプーリ１０と補機プーリ３０のプーリ比を一定に保つ事が可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明の実施形態に係る低水温時におけるプーリの状態を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態に係る高水温時におけるプーリの状態を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態に係る低水温時におけるクランクプーリの状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る低水温時におけるウォータポンププーリの状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る高水温時におけるクランクプーリの状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る高水温時におけるウォータポンププーリの状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る低水温時におけるウォータポンププーリを補機ベルトで駆動するシステムの状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る低水温時におけるウォータポンププーリを補機ベルトで駆動するシステムの状態を示す説明図である。

符号の説明

１ プーリ
２ クランク軸
３ Ｖベルト
１０ クランクプーリ
１３ ばね
２０ ウォータポンププーリ
２３ バイアスバネ
２４ インペラ
２５ 感温度作動部材
２６ 水室
２７ ウォータポンプ
２８ シャフト
３０ 補機プーリ
４０ テンショナ

Claims (4)

1. プーリ比が変更可能なウォータポンププーリと、
   内燃機関のクランク軸端に設けられ、前記ウォータポンププーリをベルトを介して駆動すると共に、プーリ比が変更可能なクランクプーリと、
   前記内燃機関のエンジン冷却水の温度に応じて、前記ウォータポンププーリと前記クランクプーリのプーリ比を変更する切換手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 前記ウォータポンププーリは、第１のシーブと該第１のシーブとの間で前記ベルトを挟み込む第２のシーブとを有し、
   前記切換手段は、前記エンジン冷却水の温度に反応して収縮膨張することにより前記第１のシーブと前記第２のシーブの間隔を変更する感温作動部材を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記感温作動部材は、前記エンジン冷却水を循環させるインペラと共に回転し、前記外輪と前記内輪の軸となるシャフト内に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン冷却装置。
4. 前記クランクプーリは、
   第１のシーブと、
   前記第２のシーブとの間で前記ベルトを挟み込む第２のシーブと、
   前記第２のシーブを前第１のシーブ方向へ付勢する付勢手段とをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジン冷却装置。

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