JP2016044641A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを組み合わせてエンジンの冷却を行う場合であっても、装置構成が複雑化するのを抑制することが可能なエンジン冷却装置を提供する。【解決手段】このエンジン冷却装置１００は、エンジン９０により駆動され、エンジン９０の回転に同期して回転する機械式ウォータポンプ３０と、エンジン９０の回転とは無関係に回転速度を変化可能な電動ウォータポンプ４０と、機械式ウォータポンプ３０に対して、エンジン９０の高回転域Ｒ２においてエンジン９０からの駆動力を伝達するとともに、エンジン９０の低回転域Ｒ１においてエンジン９０からの駆動力を遮断する遠心クラッチ８０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却装置に関し、特に、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを備えたエンジン冷却装置に関する。

従来、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを備えたエンジン冷却装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、シリンダブロック内に冷却水を循環させる冷却水循環経路と、この冷却水循環経路に設けられた機械式ウォータポンプおよび電動ウォータポンプとを備えたエンジン冷却装置が開示されている。この特許文献１に記載のエンジン冷却装置では、冷却水循環経路中に機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとが直列的に配置されている。また、機械式ウォータポンプは、エンジンの駆動力の伝達および遮断が可能な電磁クラッチを介して動作制御される。そして、制御上、機械式ウォータポンプおよび電動ウォータポンプの少なくとも一方が駆動されて、冷却水が冷却水循環経路中を循環されるように構成されている。これにより、エンジンの運転状態（エンジン負荷）に応じて冷却水流量が調整されるように構成されている。

特開２００４−２９３４３０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたエンジン冷却装置では、電気信号に基づいて電磁クラッチを駆動制御してエンジンの駆動力を機械式ウォータポンプに伝達または遮断するため、電磁クラッチを電気的に駆動制御するための構成（アクチュエータ、配線類およびコントローラ（制御回路部）など）を別途設ける必要がある分、エンジン冷却装置の構成が複雑になるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを組み合わせてエンジンの冷却を行う場合であっても、装置構成が複雑化するのを抑制することが可能なエンジン冷却装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるエンジン冷却装置は、エンジンにより駆動され、エンジンの回転に同期して回転する機械式ウォータポンプと、エンジンの回転とは無関係に回転速度を変化可能な電動ウォータポンプと、機械式ウォータポンプに対して、エンジンの高回転域においてエンジンからの駆動力を伝達するとともに、エンジンの低回転域においてエンジンからの駆動力を遮断する遠心クラッチと、を備える。

この発明の一の局面によるエンジン冷却装置では、上記のように、機械式ウォータポンプに対して、エンジンの高回転域においてエンジンからの駆動力を伝達するとともに、エンジンの低回転域においてエンジンからの駆動力を遮断する遠心クラッチを設ける。これにより、遠心クラッチでは電気信号に基づく電気的な駆動制御を行うことなくエンジン（内燃機関）の駆動力を機械式ウォータポンプに伝達または遮断することができる。すなわち、他の電磁クラッチのように電気的に駆動制御するための構成（アクチュエータ、配線類およびコントローラなど）をエンジン冷却装置に別途設ける必要がない。その結果、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを組み合わせてエンジンの冷却を行う場合であっても、エンジン冷却装置の構成が複雑化するのを抑制することができる。

上記一の局面によるエンジン冷却装置において、好ましくは、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとは、互いに並列的に配置されている。このように構成すれば、制御上、エンジンの運転状態（エンジン回転数や吸入空気量（スロットル開度）などから取得されるエンジン負荷）に応じて機械式ウォータポンプまたは電動ウォータポンプのいずれか一方を駆動する場合であっても、停止中または駆動が無効状態となったウォータポンプが有する通水抵抗分を考慮することなく、最小限の軸動力を用いて冷却水を吐出可能な機械式ウォータポンプおよび電動ウォータポンプを共に選定することができる。その結果、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを択一的に駆動してエンジンの冷却を行う場合であっても、個々のウォータポンプが大型化するのを抑制することができる。

上記一の局面によるエンジン冷却装置において、好ましくは、エンジンの低回転域では、機械式ウォータポンプは駆動されずに、電動ウォータポンプが駆動され、エンジンの高回転域では、少なくとも機械式ウォータポンプが駆動されるように構成されている。このように構成すれば、エンジンの冷却要求流量の相対的に小さいエンジンの低回転域においてはエンジンの軸動力を使用せずに電動ウォータポンプを駆動して少ない流量の冷却水によりエンジンを適切に冷却することができる。また、この場合、機械式ウォータポンプが駆動されない分、エンジンを低燃費状態にすることができる。そして、エンジンの冷却要求流量の相対的に大きいエンジンの高回転域においては、エンジンの軸動力を使用して機械式ウォータポンプを確実に駆動させるとともに多量の冷却水をエンジンに供給してエンジンの冷却を強力に行うことができる。これにより、エンジンの運転状態（エンジン負荷）に応じて電動ウォータポンプと機械式ウォータポンプとの駆動態様を適切に使い分けてエンジンの冷却を行うことができる。

上記一の局面によるエンジン冷却装置において、好ましくは、遠心クラッチは、機械式ウォータポンプと一体的に設けられている。このように構成すれば、エンジンに対する補機としての機械式ウォータポンプに遠心クラッチが一体化されているので、機械式ウォータポンプおよび遠心クラッチを含む構造の小型化を図ることができる。

この場合、好ましくは、遠心クラッチは、機械式ウォータポンプの回転軸周りに回転可能に設けられ、機械式ウォータポンプの回転軸にエンジンの駆動力を伝達する入力側回転部材と、機械式ウォータポンプの回転軸と一体的に回転される出力側回転部材と、入力側回転部材と一体的に回転しながら、回転による遠心力により出力側回転部材と接触することによって入力側回転部材の回転を出力側回転部材に伝達するウェイト部材とを含む。このように構成すれば、少なくとも入力側回転部材と出力側回転部材とウェイト部材とによって遠心クラッチを構成することができるので、簡素な構成により遠心クラッチが一体化された機械式ウォータポンプをエンジン近傍に設けることができる。

なお、本出願では、上記一の局面によるエンジン冷却装置において、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記一の局面によるエンジン冷却装置において、機械式ウォータポンプおよび電動ウォータポンプのそれぞれの上流または下流には、逆止弁が設けられている。

（付記項２）
また、上記一の局面によるエンジン冷却装置において、エンジンの低回転域では、エンジンの回転数およびエンジンの負荷に応じて、電動ウォータポンプの出力を制御するように構成されている。

本発明によれば、上記のように、機械式ウォータポンプと電動ウォータポンプとを組み合わせてエンジンの冷却を行う場合であっても、装置構成が複雑化するのを抑制することが可能なエンジン冷却装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置の全体構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置における遠心クラッチおよび機械式ウォータポンプの構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置における遠心クラッチの動作（動力遮断状態および動力伝達状態）を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置における冷却水流量の特性を示した図である。 本発明の第２実施形態によるエンジン冷却装置の全体構成を示したブロック図である。

（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置１００は、図１に示すように、自動車などの車両（図示せず）に搭載されたエンジン９０を冷却する装置である。エンジン冷却装置１００は、ラジエータ１０と、サーモスタット２０と、機械式ウォータポンプ３０と、電動ウォータポンプ４０と、ヒータコア５０とを備えている。また、各構成要素が水配管部６０により順次接続されることにより、エンジン冷却装置１００には、循環経路Ｃ１およびＣ２が形成されている。

また、車両には、エンジン９０を制御するための制御部（ＥＣＵ）９５が設けられている。制御部９５においては、イグニションコイル（図示せず）への印加電圧が電気的に計数されてエンジン９０の回転数が把握される。また、吸気路中のスロットル開度の検出結果に基づいてエンジン９０の負荷が把握される。また、エンジン冷却装置１００においては、電動ウォータポンプ４０が制御部９５により駆動制御されるように構成されている。なお、電動ウォータポンプ４０は、小流量の冷却水が必要な際に駆動される一方、機械式ウォータポンプ３０は、電動ウォータポンプ４０の駆動の有無に関係なく中程度および大流量の冷却水がエンジン９０に必要な際に実質的に機能するように構成されている。

ラジエータ１０は、エンジン９０におけるウォータジャケット９１（概略的な経路を破線で示す）内を循環して高温になった冷却水（クーラント）を冷やす役割を有する。すなわち、ラジエータ１０では、車外の空気（外気）とエンジン９０を冷却した高温冷却水との熱交換が行われる。また、サーモスタット２０は、冷却水の温度を制御する役割を有する。すなわち、エンジン９０の暖機運転が十分でない時にはラジエータ１０への経路を閉じてエンジン９０の暖機運転に伴い冷却水を迅速に昇温するとともに、冷却水の昇温後は、ラジエータ１０へ流通させる冷却水流量を制御して冷却水を適切な温度範囲に保つ機能を有している。

機械式ウォータポンプ３０は、エンジン９０内のウォータジャケット９１に冷却水を強制的に循環させる機能を有している。また、機械式ウォータポンプ３０には、遠心式の渦巻きポンプが使用されており、機械式ウォータポンプ３０は、クランクシャフト（図示せず）の軸動力が後述する遠心クラッチ８０を介して伝達されることにより、エンジン９０の回転に同期して回転される。したがって、機械式ウォータポンプ３０からの吐出量は、エンジン９０の回転数に比例する。なお、機械式ウォータポンプ３０は、図２に示すように、遠心クラッチ８０からの駆動力が伝達されるシャフト３５と、シャフト３５の一方端部３５ａ（Ｘ２側）に取り付けられたインペラ３６とを含んでいる。なお、シャフト３５は、本発明の「回転軸」の一例である。

また、シャフト３５は、渦室３３の一部を構成するポンプカバー部材３７のボス部３７ａに軸受部材３８を介して回転可能に支持されている。また、ボス部３７ａにおける渦室３３に面する側（Ｘ２側）の内周面３７ｂには、シール部材３９が嵌め込まれており、シャフト３５がシール部材３９に対して摺動可能に挿入されている。このシール部材３９によって、渦室３３内の冷却水が遠心クラッチ８０側に漏れ出ないように構成されている。

電動ウォータポンプ４０は、電動モータ（図示せず）に渦室内で回転するインペラ（図示せず）が直結されて構成されている。したがって、電動ウォータポンプ４０では、エンジン９０の回転とは無関係に電動モータの回転数制御によってインペラの回転速度が変化可能であって、吐出量は増減可能に構成されている。

また、ヒータコア５０は、車内を暖房する際に使用される。すなわち、エンジン９０で暖められた冷却水がヒータコア５０内部の伝熱管を通る際に、車内の空気との熱交換が行われる。また、熱交換後の冷却水は、エンジン９０に戻される。

以下、冷却水の循環経路について説明する。図１に示すように、エンジン冷却装置１００は、ラジエータ１０、サーモスタット２０、機械式ウォータポンプ３０（電動ウォータポンプ４０）およびエンジン９０を一巡する循環経路Ｃ１を有している。また、エンジン冷却装置１００は、ヒータコア５０、サーモスタット２０、機械式ウォータポンプ３０（電動ウォータポンプ４０）およびエンジン９０を一巡する循環経路Ｃ２をさらに有している。エンジン冷却装置１００では、循環する冷却水の温度によって、冷却水が循環経路Ｃ１を流通されるか循環経路Ｃ２を流通されるかが、サーモスタット２０の動作によって切り替わるように構成されている。

ここで、サーモスタット２０の出口部２１とエンジン９０（ウォータジャケット９１）の入口部９１ａとの間の経路６１は、分岐点Ｐ１において２つの経路６２および経路６３に分岐されている。一方側の経路６２には、機械式ウォータポンプ３０が配置されるとともに、他方側の経路６３には、電動ウォータポンプ４０が配置されている。したがって、第１実施形態では、経路６１中に、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０とが並列的に配置されている。また、機械式ウォータポンプ３０の吐出経路６２ａと電動ウォータポンプ４０の吐出経路６３ａとは、合流点Ｐ２において合流している。すなわち、並行する吐出経路６２ａおよび６３ａは、合流点Ｐ２において１本の吐出経路６１ａ（経路６１）に戻される。そして、吐出経路６１ａは、その下流となるエンジン９０（ウォータジャケット９１）の入口部９１ａに接続されている。

そして、機械式ウォータポンプ３０の吐出経路６２ａと電動ウォータポンプ４０の吐出経路６３ａとの合流点Ｐ２よりも上流（各々のウォータポンプ側）において、機械式ウォータポンプ３０の吐出口３１の下流に逆止弁７１が設けられている。また、合流点Ｐ２よりも上流において、電動ウォータポンプ４０の吐出口４１の下流に逆止弁７２が設けられている。

なお、逆止弁７１や逆止弁７２としては、流路が形成された本体部の内部に弁体が組み込まれたものが適用される。この際、弁体による開弁とともに一方側（上流側）から他方側（下流側）への流体の流通が許容される一方、他方側（下流側）から一方側（上流側）への流通時には弁体が閉弁方向に移動されて本体部内部の流路が閉鎖される構成が設けられている。また、逆止弁７１および７２は、弁体がスプリングにより一方側に付勢され吐出圧に応じて開弁するばね式であってもよいし、電磁コイルの励磁と非励磁とを切り替えることによって弁体を所望の位置に移動させて流路を開閉させる電磁弁式であってもよい。

ここで、第１実施形態では、エンジン９０と機械式ウォータポンプ３０との間に、電気的な制御を必要としない遠心クラッチ８０が設けられている。すなわち、遠心クラッチ８０は、エンジン９０からの駆動力を機械式ウォータポンプ３０に伝達する動力伝達状態と、エンジン９０からの駆動力を機械式ウォータポンプ３０に伝達しない動力遮断状態とを電気的な制御を必要とせずに機械的に切り替えるように構成されている。また、遠心クラッチ８０は、図２に示すように、機械式ウォータポンプ３０と一体的に設けられている。以下に、遠心クラッチ８０の構造および動作を詳細に説明する。

まず、遠心クラッチ８０は、図２に示すように、プーリ８１と、ドラム８２と、プーリ８１の内部に設けられた複数のウェイト部材８３およびスプリング８４とを含んでいる。なお、プーリ８１およびドラム８２は、本発明の「入力側回転部材」および「出力側回転部材」の一例である。

プーリ８１は、エンジン９０のクランクシャフトに接続されたクランクプーリ（図示せず）および補機駆動用ベルト９２（二点鎖線で示す）を介してエンジン９０の駆動力が伝達されるように構成されている。また、プーリ８１は、ポンプカバー部材３７のボス部３７ａの外周部３７ｃに対して軸受部材８５を介して回転可能に支持されている。また、ドラム８２は、機械式ウォータポンプ３０のシャフト３５の他方端部３５ｂ（Ｘ１側）に取り付けられており、ドラム８２は、シャフト３５と一体的に回転されるように構成されている。そして、プーリ８１とドラム８２とは、Ｘ軸方向および回転半径方向において所定の隙間を有して互いに対向するように配置されている。

また、プーリ８１におけるドラム８２との対向面（Ｘ１側の内面）には、約１２０度間隔で３個のピン部材８６（図３参照）が取り付けられている。そして、図３に示すように、ウェイト部材８３がピン部材８６を支持軸（揺動軸）としてシャフト３５まわりに３個設けられている。また、３個のウェイト部材８３は、３本のスプリング８４を用いて互いに接続されている。また、３個のウェイト部材８３は、スプリング８４により互いに接続された状態で、スプリング８４の収縮力によってシャフト３５側（回転半径方向内側）に付勢されている。すなわち、エンジン９０が停止している状態では、遠心クラッチ８０は、図３に示した状態Ａ（動力遮断状態）が維持されている。なお、遠心クラッチ８０が状態Ａとなった構成を、図３における枠内左側に示す。なお、図３においては、補機駆動用ベルト９２の図示を省略している。

次に、遠心クラッチ８０の動作としては、プーリ８１にエンジン９０からの駆動力が補機駆動用ベルト９２を介して入力されることによってプーリ８１が矢印Ｑ１方向に回転される。プーリ８１の回転に伴い、プーリ８１とともに矢印Ｑ１方向に回転されるウェイト部材８３には、スプリング８４の付勢力に抗する半径方向外側に向かって遠心力が生じ始める。そして、エンジン９０の回転数がさらに増加して高回転域（約２０００回転／分以上の領）に達すると、図３に示すように、付勢力に抗して３個のウェイト部材８３の各々が外周方向（半径方向外側）に開き始め、状態Ａからウェイト部材８３の外周部（外周面）８３ａがドラム８２の内周面８２ａに接触する状態Ｂ（動力伝達状態）へと移行される。また、ウェイト部材８３とドラム８２との摩擦接触によって、ドラム８２がシャフト３５を矢印Ｑ１方向に回転させる。これにより、シャフト３５に取り付けられたインペラ３６が矢印Ｑ１方向に回転される。この際、エンジン９０の回転数と、インペラ３６の回転数（機械式ウォータポンプ３０の回転数）とがほぼ等しくなることにより、機械式ウォータポンプ３０は、エンジン９０の回転に同期して回転するようになる。なお、遠心クラッチ８０が状態Ｂとなった構成を、図３における枠内右側に示す。

また、エンジン９０の回転数が減少して低回転域（約２０００回転／分未満の領域）に戻されると、３個のウェイト部材８３の各々が遠心力の減少とともにシャフト３５側（回転半径方向内側）に閉じ始める。そして、ウェイト部材８３とドラム８２との接触が解除されることにより、遠心クラッチ８０は、それまでの状態Ｂから、プーリ８１からドラム８２への動力伝達が遮断される状態Ａ（動力遮断状態）へと移行される。これにより、エンジン９０から機械式ウォータポンプ３０への動力が遮断される。なお、動力伝達状態と動力遮断状態とが切り替わる際のエンジン９０の回転数（図４におけるＲｃ回転／分）は、遠心クラッチ８０におけるスプリング８４の特性（ばね定数）によって予め設定されている。

したがって、たとえばエンジン９０が駆動されずに機械式ウォータポンプ３０が停止している状態では、遠心クラッチ８０は、状態Ａ（動力遮断状態）が維持されている。また、エンジン９０が駆動していても回転数が所定値（約２０００回転／分）未満の状態では、ウェイト部材８３とドラム８２との接触が完全な状態とならず、遠心クラッチ８０は、動力遮断状態が維持される。そして、第１実施形態では、エンジン９０の回転数の増加に伴うプーリ８１の回転数の増加に基づいて、ウェイト部材８３とドラム８２との摩擦接触が確実に発生して、遠心クラッチ８０は、状態Ｂ（動力伝達状態）に移行されるように構成されている。

また、図１に示すように、逆止弁７１は、制御上、電動ウォータポンプ４０が単独で駆動された場合に、電動ウォータポンプ４０から吐出された冷却水の一部が吐出経路６２ａを介して機械式ウォータポンプ３０側に逆流するのを防止する役割を有する。同様に、逆止弁７２は、機械式ウォータポンプ３０が単独で駆動された場合に、機械式ウォータポンプ３０から吐出された冷却水の一部が吐出経路６３ａを介して電動ウォータポンプ４０側に逆流するのを防止する役割を有する。

したがって、エンジン９０が相対的に低回転域で運転される状態では、逆止弁７１が閉じられることにより機械式ウォータポンプ３０への冷却水の逆流を防止しつつ、電動ウォータポンプ４０のみを駆動して冷却水を循環させてエンジン９０の冷却を行うことが可能に構成されている。この場合、機械式ウォータポンプ３０が駆動されない分、エンジン９０は低燃費状態で運転される。また、エンジン９０が相対的に高回転域で運転される状態では、逆止弁７２が閉じられることにより電動ウォータポンプ４０への冷却水の逆流を防止しつつ、機械式ウォータポンプ３０から多量の冷却水をエンジン９０に供給してエンジン９０の冷却を強力に行うことが可能に構成されている。また、機械式ウォータポンプ３０が駆動された場合には、電動ウォータポンプ４０の駆動を停止して機械式ウォータポンプ３０のみでエンジン９０の冷却を行う場合や、機械式ウォータポンプ３０に加えて電動ウォータポンプ４０も駆動制御してエンジン９０の冷却を行うことも実現可能に構成されている。

なお、上述した遠心クラッチ８０の状態Ａ（動力遮断状態）および状態Ｂ（動力伝達状態）のもとでの冷却水流量の制御内容に関して、図４を用いて説明する。

図４において、まず、エンジン９０（図１参照）の回転数（横軸）がＲｃ回転／分（約２０００回転／分）に到達するまでの低回転域Ｒ１では、遠心クラッチ８０（図２参照）は、動力遮断状態（図２における状態Ａ）が維持される。また、低回転域Ｒ１では、制御部９５（図１参照）により電動ウォータポンプ４０のみが駆動される。また、電動ウォータポンプ４０は、エンジン９０の回転数に関係なく、エンジン９０がその時点で必要とする冷却水流量を吐出可能な回転数に駆動制御される。すなわち、機械式ウォータポンプ３０が吐出する冷却水流量よりも小さい小流量の冷却水が電動ウォータポンプ４０から吐出されてエンジン９０に供給される。なお、低回転域Ｒ１におけるハッチング領域の縦幅が、電動ウォータポンプ４０による流量調整幅に相当する。

次に、エンジン９０の回転数がＲｃ回転／分（約２０００回転／分）よりも大きくなった高回転域Ｒ２では、ウェイト部材８３（図２参照）とドラム８２（図２参照）との摩擦接触が確実に発生して、遠心クラッチ８０は、動力伝達状態（図２における状態Ｂ）に移行される。これにより、機械式ウォータポンプ３０からエンジン９０への冷却水の供給が可能となる。

ここで、高回転域Ｒ２（機械式ウォータポンプ３０の実質的な作動時）において、電動ウォータポンプ４０の駆動が制御部９５により停止された場合、機械式ウォータポンプ３０のみから冷却水がエンジン９０に全量供給される。この状態では、冷却水の流量特性は、特性Ｇ１（太い実線）として示される。

また、エンジン冷却装置１００では、高回転域Ｒ２において、合流点Ｐ２（図１参照）での電動ウォータポンプ４０の吐出圧が機械式ウォータポンプ３０の吐出圧と等しくなるように電動ウォータポンプ４０を駆動することも可能とされている。このような状態では、冷却水の流量特性は、特性Ｇ２（特性Ｇ１の上側に、斜めハッチングされた領域）として示される。また、特性Ｇ１から特性Ｇ２へのシフト分（増加分）は、電動ウォータポンプ４０による冷却水流量のアシスト量に相当する。また、電動ウォータポンプ４０の出力（吐出圧）は、その時点でのエンジン９０の回転数（機械式ウォータポンプ３０の回転数）とエンジン９０に必要な冷却水流量とに基づいて決定されるように構成されている。

このように、エンジン冷却装置１００では、エンジン９０の回転数（エンジン９０の負荷）と、エンジン９０に必要な冷却水流量とに基づいて電動ウォータポンプ４０の出力（吐出圧）が決定される。この際、遠心クラッチ８０が動力遮断状態（図２における状態Ａ）では電動ウォータポンプ４０が単独で駆動されることにより、エンジン９０に供給される冷却水流量が調整される。そして、遠心クラッチ８０が動力伝達状態（図２における状態Ｂ）となって機械式ウォータポンプ３０が実質的に駆動された状態では、電動ウォータポンプ４０を駆動しない場合および電動ウォータポンプ４０の出力（吐出圧）を制御する場合のいずれにおいても、機械式ウォータポンプ３０の出力（エンジン回転数）を制御することなくエンジン９０に供給される冷却水流量が調整される。第１実施形態におけるエンジン冷却装置１００は、上記のように構成されている。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、機械式ウォータポンプ３０に対して、エンジン９０の高回転域においてエンジン９０からの駆動力を伝達するとともに、エンジン９０の低回転域においてエンジン９０からの駆動力を遮断する遠心クラッチ８０を設ける。これにより、遠心クラッチ８０では電気的な駆動制御を行うことなくエンジン９０の駆動力を機械式ウォータポンプ３０に伝達または遮断することができる。すなわち、他の電磁クラッチのように電気的に駆動制御するための構成（アクチュエータ、配線類およびコントローラなど）をエンジン冷却装置１００に別途設ける必要がない。その結果、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプとを組み合わせてエンジン９０の冷却を行う場合であっても、エンジン冷却装置１００の構成が複雑化するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０とを、互いに並列的に配置するように構成する。これにより、制御上、エンジン９０の運転状態（エンジン９０の回転数や吸入空気量（スロットル開度）から取得されるエンジン９０の負荷）に応じて機械式ウォータポンプ３０または電動ウォータポンプ４０のいずれか一方を駆動する場合であっても、停止中または駆動が無効状態となったウォータポンプ（機械式ウォータポンプ３０または電動ウォータポンプ４０）が有する通水抵抗分を考慮することなく、最小限の軸動力を用いて冷却水を吐出可能な機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０を共に選定することができる。その結果、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０とを択一的に駆動してエンジン９０の冷却を行う場合であっても、個々のウォータポンプ（機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０）が大型化するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、エンジン９０の低回転域Ｒ１では、機械式ウォータポンプ３０を駆動することなく電動ウォータポンプ４０を駆動するとともに、エンジン９０の高回転域Ｒ２では、少なくとも機械式ウォータポンプ３０を駆動するように構成する。これにより、エンジン９０の冷却要求流量の相対的に小さいエンジン９０の低回転域Ｒ１においてはエンジン９０の軸動力を使用せずに電動ウォータポンプ４０を駆動して少ない流量の冷却水によりエンジン９０を適切に冷却することができる。また、この場合、機械式ウォータポンプ３０が駆動されない分、エンジン９０を低燃費状態にすることができる。そして、エンジン９０の冷却要求流量の相対的に大きいエンジン９０の高回転域Ｒ２においては、エンジン９０の軸動力を使用して機械式ウォータポンプ３０を確実に駆動させるとともに多量の冷却水をエンジン９０に供給してエンジン９０の冷却を強力に行うことができる。したがって、エンジン９０の運転状態（エンジン９０の負荷）に応じて電動ウォータポンプ４０と機械式ウォータポンプ３０との駆動態様を適切に使い分けてエンジン９０の冷却を行うことができる。

また、第１実施形態では、エンジン９０の高回転域Ｒ２（遠心クラッチ８０の動力伝達状態）では、機械式ウォータポンプ３０の駆動に加えて、電動ウォータポンプ４０を駆動することによって機械式ウォータポンプ３０からエンジン９０に流入する冷却水流量に電動ウォータポンプ４０からの冷却水流量が加算されるように構成する。これにより、エンジン９０の負荷が大きく冷却水流量をより多く必要とする場合においても、機械式ウォータポンプ３０の吐出量に電動ウォータポンプ４０の吐出量を加算して冷却水流量を容易に確保することができるので、より確実にエンジン９０を冷却することができる。

また、第１実施形態では、機械式ウォータポンプ３０に対して遠心クラッチ８０を一体的に設けるように構成する。すなわち、機械式ウォータポンプ３０のインペラ３６と遠心クラッチ８０のドラム８２とを、共通のシャフト３５に取り付けるように構成する。これにより、エンジン９０に対する補機としての機械式ウォータポンプ３０に遠心クラッチ８０が一体化されているので、機械式ウォータポンプ３０および遠心クラッチ８０をエンジン９０に近接させて容易に配置することができる。すなわち、エンジン９０の駆動力をより周長の短い補機駆動用ベルト９２を介して遠心クラッチ８０側に伝達することができるので、エンジン９０まわりの構造に関する小型化を図ることができる。

また、第１実施形態では、機械式ウォータポンプ３０のシャフト３５まわりに回転可能に設けられ、機械式ウォータポンプ３０のシャフト３５にエンジン９０の駆動力を伝達するプーリ８１と、機械式ウォータポンプ３０のシャフト３５と一体的に回転されるドラム８２と、プーリ８１と一体的に回転しながら、回転による遠心力によりドラム８２と接触することによってプーリ８１の回転をドラム８２に伝達するウェイト部材８３とを含むように遠心クラッチ８０を構成する。これにより、少なくともプーリ８１とドラム８２とウェイト部材８３とによって遠心クラッチ８０を構成することができるので、簡素な構成により遠心クラッチ８０が一体化された機械式ウォータポンプ３０をエンジン９０近傍に設けることができる。

また、第１実施形態では、機械式ウォータポンプ３０の吐出経路６２ａと電動ウォータポンプ４０の吐出経路６２ａとの合流点Ｐ２よりも上流において、機械式ウォータポンプ３０の吐出口３１の下流に逆止弁７１を設けるとともに、電動ウォータポンプ４０の吐出口４１の下流に逆止弁７２を設ける。これにより、制御上、エンジン９０の運転状態（エンジン９０の回転数や吸入空気量（スロットル開度）から取得されるエンジン９０の負荷）に応じて機械式ウォータポンプ３０の駆動を一時的に無効にするとともに電動ウォータポンプ４０を単独で駆動してエンジン９０への冷却水の供給を行う場合であっても、機械式ウォータポンプ３０の吐出口３１の下流には逆止弁７１が設けられているので、駆動中の電動ウォータポンプ４０側から非駆動状態（無効状態）の機械式ウォータポンプ３０側に冷却水（クーラント）が逆流するのが防止される。したがって、設計上、駆動中の電動ウォータポンプ４０から停止中の機械式ウォータポンプ３０への逆流を考慮して、逆流分を見込んだ吐出量（揚水量）を確保するために電動ウォータポンプ４０を大型化することなどが必要でなくなる。これにより、最小限の軸動力を用いて冷却水を吐出可能な電動ウォータポンプ４０を選定することができる。この点は、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０との駆動状態が反対の場合には、電動ウォータポンプ４０側への逆流を考慮せずに最小限の軸動力を用いて冷却水を吐出可能な機械式ウォータポンプ３０を選定することができる。その結果、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０とを択一的に駆動してエンジン９０の冷却を行う場合であっても、機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０の大型化を招くことなくエンジン９０を冷却することができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０の各々の吸入側に逆止弁２７１および２７２をそれぞれ設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

第２実施形態におけるエンジン冷却装置２００では、図５に示すように、機械式ウォータポンプ３０の吸入経路６２ｂと電動ウォータポンプ４０の吸入経路６３ｂとの分岐点Ｐ１よりも下流（各々のウォータポンプ側）において、機械式ウォータポンプ３０の吸入口３２の上流に逆止弁２７１が設けられている。また、分岐点Ｐ１よりも下流において、電動ウォータポンプ４０の吸入口４２の上流に逆止弁２７２が設けられている。

逆止弁２７１は、制御上、電動ウォータポンプ４０が単独で駆動された場合に、電動ウォータポンプ４０から吐出された冷却水の一部が吐出経路６２ａを介して機械式ウォータポンプ３０側に逆流するのを防止する役割を有する。同様に、逆止弁２７２は、機械式ウォータポンプ３０が単独で駆動された場合に、機械式ウォータポンプ３０から吐出された冷却水の一部が吐出経路６３ａを介して電動ウォータポンプ４０側に逆流するのを防止する役割を有する。

したがって、エンジン９０が相対的に低回転域で運転される状態では、逆止弁２７１が閉じられることにより機械式ウォータポンプ３０への冷却水の逆流を防止しつつ、電動ウォータポンプ４０のみを駆動して冷却水を循環させてエンジン９０の冷却を行うことが可能に構成されている。また、エンジン９０が相対的に高回転域で運転される状態では、遠心クラッチ８０が動力伝達状態に切り替えられるとともに、機械式ウォータポンプ３０の吐出圧によって逆止弁２７２が閉じられる。これにより電動ウォータポンプ４０への冷却水の逆流を防止しつつ、機械式ウォータポンプ３０から多量の冷却水をエンジン９０に供給してエンジン９０の冷却を強力に行うことが可能に構成されている。

なお、エンジン冷却装置２００では、機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０の上流側（吸入側）に逆止弁２７１および逆止弁２７２を設けた点を除いて、上記第１実施形態のエンジン冷却装置１００と同様に構成されている。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、機械式ウォータポンプ３０の吸入経路６２ｂと電動ウォータポンプ４０の吸入経路６３ｂとの分岐点Ｐ１よりも下流において、機械式ウォータポンプ３０の吸入口３２の上流に逆止弁２７１を設けるとともに、電動ウォータポンプ４０の吸入口４２の上流に逆止弁２７２を設ける。これにより、制御上、電動ウォータポンプ４０を単独で駆動してエンジン９０への冷却水の供給を行う場合であっても、駆動中の電動ウォータポンプ４０側から非駆動状態（無効状態）の機械式ウォータポンプ３０側に冷却水が逆流するのが防止されるので、最小限の軸動力を用いて冷却水を吐出可能な電動ウォータポンプ４０を選定することができる。また、電動ウォータポンプ４０側への逆流を考慮せずに最小限の軸動力を用いて冷却水を吐出可能な機械式ウォータポンプ３０を選定することができるので、機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０の大型化を招かない。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、機械式ウォータポンプ３０の吐出口３１の下流に対応するように逆止弁７１を設けるとともに、電動ウォータポンプ４０の吐出口４１の下流に対応するように逆止弁７２を設けるように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電動ウォータポンプ４０の吐出口４１の下流および機械式ウォータポンプ３０の吐出口３１の下流の双方に対応するように、単一の２方向逆止弁を設けるように構成してもよい。すなわち、遠心クラッチ８０が動力伝達状態となって機械式ウォータポンプ３０が駆動される際には、電動ウォータポンプ４０側（吐出経路６３ａ）の流路が択一的に閉弁（閉鎖）されるとともに、遠心クラッチ８０が動力遮断状態となって電動ウォータポンプ４０のみが駆動される際には機械式ウォータポンプ３０側（吐出経路６２ａ）の流路が択一的に閉弁されるような２方向逆止弁を用いることが可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、エンジン９０の回転数Ｒｃが約２０００回転／分に達した状態でのプーリ８１の回転数を境として遠心クラッチ８０が動力遮断状態から動力伝達状態に移行されるように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、プーリ８１の回転数は、約２０００回転／分以外のエンジン９０の回転数Ｒｃであってもよい。回転数Ｒｃ（図４参照）は、エンジン９０の出力クラス（排気量）に応じて適宜設定される。

また、上記第１および第２実施形態では、エンジン９０の高回転域Ｒ２（遠心クラッチ８０の動力伝達状態）において機械式ウォータポンプ３０の駆動に加えて電動ウォータポンプ４０をアシスト駆動するように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、エンジン９０の高回転域Ｒ２においては、電動ウォータポンプ４０をアシスト駆動しないように構成していてもよい。

また、上記第１実施形態では、機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０の下流側に逆止弁７１および逆止弁７２をそれぞれ設けるとともに、上記第２実施形態では、機械式ウォータポンプ３０および電動ウォータポンプ４０の上流側に逆止弁２７１および逆止弁２７２をそれぞれ設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。各々のウォータポンプへの逆流を防止することが可能であるならば、機械式ウォータポンプ３０の下流側に逆止弁７１を設けるとともに、電動ウォータポンプ４０の上流側に逆止弁２７２を設けるように構成してもよい。また、これとは反対に、機械式ウォータポンプ３０の上流側に逆止弁２７１を設けるとともに、電動ウォータポンプ４０の下流側に逆止弁７２を設けるように構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、機械式ウォータポンプ３０に対して遠心クラッチ８０を一体的に設けるように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、機械式ウォータポンプ３０と遠心クラッチ８０とを互いに別体で設けてもよい。すなわち、機械式ウォータポンプ３０のシャフト３５と、遠心クラッチ８０の出力側回転軸とが、駆動力伝達部材（駆動力伝達ベルトまたはギア部材など）を介して間接的に接続されるように構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０とを互いに並列的に配置するように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、冷却水循環経路中に機械式ウォータポンプ３０と電動ウォータポンプ４０とを直列的に配置してエンジン冷却装置を構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、エンジン９０を備えた自動車などの車両にエンジン冷却装置１００（２００）を搭載した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、内燃機関を備えた車両以外の設備機器に搭載されたエンジン冷却装置に対して本発明を適用してもよい。また、エンジン（内燃機関）９０としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンおよびガスエンジンなどが適用可能である。

１０ ラジエータ
２０ サーモスタット
３０ 機械式ウォータポンプ
３１、４１ 吐出口
３５ シャフト（回転軸）
３６ インペラ
３７ ポンプカバー部材
３８ 軸受部材
４０ 電動ウォータポンプ
５０ ヒータコア
６０ 水配管部
６１、６２、６３ 経路
６１ａ、２ａ、６３ａ 吐出経路
７１、７２ 逆止弁
８０ 遠心クラッチ
８１ プーリ（入力側回転部材）
８２ ドラム（出力側回転部材）
８２ａ 内周面
８３ ウェイト部材
８３ａ 外周部
８４ スプリング
８５ 軸受部材
８６ ピン部材
９０ エンジン
９１ ウォータジャケット
９２ 補機駆動用ベルト
９５ 制御部
１００、２００ エンジン冷却装置
Ｐ１ 分岐点
Ｐ２ 合流点

Claims (5)

1. エンジンにより駆動され、前記エンジンの回転に同期して回転する機械式ウォータポンプと、
   前記エンジンの回転とは無関係に回転速度を変化可能な電動ウォータポンプと、
   前記機械式ウォータポンプに対して、前記エンジンの高回転域において前記エンジンからの駆動力を伝達するとともに、前記エンジンの低回転域において前記エンジンからの駆動力を遮断する遠心クラッチと、を備えた、エンジン冷却装置。
2. 前記機械式ウォータポンプと前記電動ウォータポンプとは、互いに並列的に配置されている、請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記エンジンの低回転域では、前記機械式ウォータポンプは駆動されずに、前記電動ウォータポンプが駆動され、前記エンジンの高回転域では、少なくとも前記機械式ウォータポンプが駆動されるように構成されている、請求項１または２に記載のエンジン冷却装置。
4. 前記遠心クラッチは、前記機械式ウォータポンプと一体的に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。
5. 前記遠心クラッチは、
   前記機械式ウォータポンプの回転軸周りに回転可能に設けられ、前記機械式ウォータポンプの前記回転軸に前記エンジンの駆動力を伝達する入力側回転部材と、
   前記機械式ウォータポンプの前記回転軸と一体的に回転される出力側回転部材と、
   前記入力側回転部材と一体的に回転しながら、回転による遠心力により前記出力側回転部材と接触することによって前記入力側回転部材の回転を前記出力側回転部材に伝達するウェイト部材とを含む、請求項４に記載のエンジン冷却装置。

Images