JPH0443814A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 聚眠辺貝珀 ［産業上の利用分野］ 本発明（よ車両等の内燃機関を冷却する冷却装置に関す
る。

［従来の技術］ 内燃機関の被冷却機器を効率よく冷却するに（表冷却水
流量を増加させることが有効であり、その−例として、
サブウォータポンプ（副流体ポンプ）をエンジン・ラジ
ェータ間の冷却水循環経路中に設けることがなされてい
る。

ところが、ただ単にサブウォータポンプを設置しただけ
では、サブウォータポンプが循環経路を通過する冷却水
の抵抗となり、内燃機関の回転に伴って作動するメイン
ポンプ（主流体ポンプ）の圧送する冷却水の流量減少を
招き、内燃機関等の被冷却機器の冷却が充分になされな
いことがある。

そこで、第２５図に示すように　サブウォータポンプ３
Ｊをメインウォータポンプ４Ｊと共に冷却水循環経路に
設置する際に、このサブウォータポンプ３Ｊを迂回する
ポンプバイパス経路５Ｊを設けると共に、このポンプバ
イパス経路５Ｊに逆止弁等の制御バルブ６Ｊを設けるこ
とが提案されている（実開昭６３−１９０５２０号公報
）。尚、図中、　１はラジェータ、２はエンジン、７Ｊ
は流路を冷却水温度によって切替えるいわゆるサーモス
タット弁である。

そして、このポンプバイパス経路５Ｊに冷却水を流すこ
とにより、サブウォータポンプ３Ｊが通水抵抗となる場
合の冷却水の流量減少を防止できるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の副流体ポンプ（サブウォタポンプ
）では、次のような問題点が指摘されている。

近年、車両のスポーティ化　小型・軽量化等に伴って、
エンジンルームのスペースが制約されるため、上記の様
なポンプバイパス経路５Ｊの配管を必要とするサブウォ
ータポンプ３Ｊをエンジンルームに設置する事は難しい
。具体的に（よ　狭い場所に配管を施す都合土　その組
付は作業や保守点検作業の効率低下を招く。

そこで、本願出願人により、ポンプバイパス経路を設け
ずにサブウォータポンプのハウジング内壁に可動部を増
設し、その可動部を動作させてインペラ羽根とのチップ
クリアランスを変更し、通水抵抗を減少させる内燃機関
の冷却装置の出願もなされている。この装置（友上記の
問題点を解決する優れたものであるが、可動部の構成が
複雑となり、しかも、可動スペースが必要となることか
らサブウォータポンプ自体が大型化してしまう。

尚、メインウォータポンプのインペラに形状記憶合金を
使用し、その周りの冷却水温度が低いときには、循環水
量を少なくするようにインペラを変形させ、エンジンの
駆動馬力のロスを低減するものが知られている（特開昭
５５−１２５３９５号公報）。しかしながら、上記の技
術は、単にインペラの変形を冷却水温度のみに依存させ
たものであり、積極的な流量制御は不可能であるため、
サブウォータポンプを用いたときに要求される通水抵抗
の低減を図ることはできない。

本発明（志上記問題点を解決するためになさ札被冷却機
器を冷却するための被熱交換流体（冷却水）循環経路に
おける通水抵抗の増加を回避しつつ、内燃機関の被冷却
機器を有する車両等への搭載性を向上させることを目的
とする。

聚脚の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の内燃機関の冷却装置（よ第１図に例示するよう
に、 被冷却機器を冷却する被熱交換流体を空気と熱交換する
ことにより冷却する熱交換器と、前記被冷却機器との間
に形成された被熱交換流体用循環経路と、 該被熱交換流体用循環経路に設けら狛２被熱交換流体を
強制的に常時循環させる主流体ポンプと、該主流体ポン
プの補助をなし、インペラの回転により被熱交換流体を
循環させる副流体ポンプとを備える内燃機関の冷却装置
において、前記主流体ポンプとは独立に前記副流体ポン
プを駆動する駆動手段と、 前記インペラの少なくとも一部に形状記憶合金を用いて
、前記インペラの羽根の形状を前記形状記憶合金への通
電加熱により変更するインペラ羽根形状変更手段と、 前記駆動手段の非駆動時に、前記インペラの羽根の形状
を、前記被熱交換流体の流路面積を増加する側に設定す
るインペラ羽根形状設定手段とを備えたことを要旨とす
る。

［作用］ 上記構成を有する本発明の内燃機関の冷却装置は、熱交
換器と被冷却機器との間に形成された被熱交換流体用循
環経路に、主流体ポンプと副流体ポンプとを備え、主流
体ポンプにより被熱交換流体を強制的に常時循環させ、
駆動手段にて主流体ポンプとは独立に駆動される副流体
ポンプにより主流体ポンプを補助する。副流体ポンプの
インペラには少なくともその一部に形状記憶合金が用い
られており、インペラ羽根形状変更手段による形状記憶
合金への通電加熱によりインペラの羽根の形状は変更さ
れる。このインペラの羽根の形状（よ副流体ポンプを駆
動する駆動手段の非駆動時にＩ、ｔ、　　インペラ羽根
形状設定手段により、被熱交換流体の流路面積を増加す
る側に設定される。

この結果、副流体ポンプの非駆動時に１よ　インペラの
羽根の形状変更による被熱交換流体の流路面積の増加に
より、被熱交換流体の通水抵抗が低下し、副流体ポンプ
の吸入側から吐出側に通過する被熱交換流体の流量増加
が図られる。従って、副流体ポンプとは別個の迂回経路
を不要とする。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の内燃機関の冷却装置の好適な実施例
について説明する。

第２図は内燃機関の冷却装置の概略構成図、第３図はそ
の冷却装置に組み込まれた副流体ポンプ、即ちサブウォ
ータポンプを一部破断して示す破断側面図、第４図はサ
ブウォータポンプの第３図矢印Ａ方向から見た矢視図で
ある。

第２図に示すように、この冷却装置（よ冷却水を空気と
熱交換して冷却するラジェータ１とエンジ＼ン２との間
で、冷却水を循環させるものであり、ラジェータ１とエ
ンジン２との間に配設された冷却水メイン回路３におけ
る還流側経路に、エンジン２によって駆動されて冷却水
を強制的に常時循環させるメインウォータポンプ４を備
え、メイン回路３の導入側経路と還流側経路とを結ぶバ
イパス回路５の接続部（：、流れ込む冷却水の温度が設
定温度未満の場合にはバイパス回路５の開放及びメイン
回路３の閉鎖を行ない設定温度以上となるとバイパス回
路５の閉鎖及びメイン回路３の開放を行なうバイパス制
御弁６を備え、メイン回路３の導入側経路にサブウォー
タポンプ７を備え、この他に、エンジン２から流呂直後
の冷却水温度を検出する水温センサ２ａ、エンジン２の
回転数色検出する回転数センサ２ｂ、及びこれら各セン
サと接続されてその信号を入力し、入力信号に応じてサ
ブウォータポンプ駆動用のモータ７ａを駆動制御する電
子制御回路（ＥＣＵ）１０を備えている。

従って、エンジン始動直後等の冷却水温度が低い場合に
（友−メインウォータポンプ４にて送り出される冷却水
（よ　バイパス回路５をその経路とする図中斜線矢印で
示す回路８を循環する。一方、エンジン負荷増等により
エンジン２が発熱し冷却水温度が設定温度以上に上昇す
ると、バイパス制御弁６によるバイパス回路５の閉弁及
びメイン回路３の開弁を経て図中白抜き矢印で示す回路
９が形成さね　高温となった冷却水はラジェータ１にて
外気冷却風（車速風又は図示しない電動ファンによる冷
却風等）により冷却されてエンジン２に至り、メイン回
路３を循環する。

次に、本実施例で用いるサブウォータポンプ７について
説明する。

第３．４図に示すように、サブウォータポンプ７は、吸
入口１１と吐出口１３との間に回転自在なインペラ１５
を備え、本体ハウジング１７に内蔵したモータ７ａによ
りインペラ１５を回転させることで流入冷却水に揚程を
与え、吸入口］１から流入した冷却水を吐出口１３から
送り出す。

インペラ１５は、第５図（第４図のＢ−Ｂ線矢視図）に
示すように、モータ７ａにより回転する円盤状のディス
ク２１と５つのインペラ羽根部２３とを備える。ディス
ク２１は、第６図に示すように、略放射状の配置で長方
形の組み付は凹部２１ａが５箇所に刻設さね、更に、各
組み付は凹部２１ａに２箇所の組み付は用ネジ部２１ｂ
が設けられている。インペラ羽根部２３は、第７図（平
面図）、第８図（側面図）、第９図（ディスク２］に装
着された状態での正面図）に示すように。

断面路ｒｌＪ字状に形状記憶合金で一体形成さねディス
ク２１の組み付は凹部２１ａにはめ込まれる長方形板状
の固定プレート２３ａと、固定プレート２３ａから曲折
された路台形板状のインペラ羽ｊｆ１２３ｂとからなる
。固定プレート２３ａは、ディスク２１の組み付は凹部
２１ａに形成された組み付は用ネジ部２１ｂと整合する
位置に組み付け用孔２３ｃが穿設されており、締め付は
部材２５（第５図に示す）によりディスク２１に固定さ
れる。

こうしてディスク２１に組み付けられた各インペラ羽根
部２３（よ締め付は部材２５を電気接点としてＥＣＵＩ
Ｏと接続されており、ＥＣＵＩＯによる通電制御により
、次のように形状を変化させる。

即ち、未通電時に（よ上述した形状を保持し、第３図に
示すようにインペラ羽根２３ｂと吸入側ハウジング２７
との間に最適チップクリアランスを保って、インペラ］
５の回転によりポンプ能力を発揮させる。一方、通電期
間中は発熱昇温して、第１０．１１図に示すように、イ
ンペラ羽［２３ｂを曲折し、断面が略「コ」字状に形状
を維持する。このため、第１２図に示すように、吸入側
ハウジング２７との間に自由な冷却水の通過を許容する
流路面積の冷却水通路を形成して（流路面積を増大させ
て）、矢印Ｃ方向に冷却水を流すことにより、通水抵抗
を低減する。

次に、上記構成の内燃機関の冷却装置において、サブウ
ォータポンプ７を駆動制御し、エンジン２を冷却する冷
却ルーチンについて、第１３図に基づき説明する。

第１３図に示す冷却ルーチン（表図示しないイグニッシ
ョンキーにより電源が投入されたときにのみ実施される
初期処理、即ち、内部レジスタのクリア等を経て繰り返
し実行されるものであり、まず、水温センサ２ａから冷
却水温度Ｔｗを読み込む（Ｓ１００）。続いて、読み込
んだ冷却水温度Ｔｗが、バイパス制御弁６の開閉の設定
を決める設定温度Ｔ１未満か否かを判断する（Ｓ　１１
０）。Ｔｗ＜Ｔ１と判断した場合に（よ次のステップ１
２０の処理を飛ばし、後述するステップ１３０の処理に
移る。Ｔｗ≧Ｔ１と判断した場合には、更（二冷却水温
度Ｔｗが基準冷却水温度Ｔｏ未満か否かを判断する（Ｓ
　１２０）。Ｔｗ＜ＴＯあるいはステップ］００でＴ　
ｗ　＜　Ｔ　Ｏと判断した場合には、モータ７ａに停止
信号を出力すると共に、インペラ羽根部２３に通電して
インペラ羽根部２３を発熱させ（Ｓ　１３０）、その形
状を第１０゜１１図に示す形状に変化させる。そして、
−旦本ルーチンを終了する。

こうして、エンジン２がメインウォータポンプ７に基づ
き冷却水の循環により充分冷却されている場合（Ｔｗ＜
ＴＩまたはＴｗ＜Ｔｏ）に（よ　サブウォータポンプ７
を停止させ、第１２図に示すように　停止しているイン
ペラ１５のインペラ羽［２３ｂと吸入側ハウジング２７
との間に、自由な冷却水の通過を許容する流路面積の冷
却水通路を形成して、矢印Ｃ方向に冷却水を流すことに
より通水抵抗を低減、即ち、通水圧力損失を低減する。

一方、冷却水温度Ｔｗがエンジン２の負荷増大等により
上昇して、上記ステップ１２０でＴｗ≧ＴＯと判断した
場合には、回転数センサ２ｂからエンジン回転数Ｎｅを
読み込む（Ｓ　１４０）。続いて、読み込んだエンジン
回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ０未満か否かを判断しくＳ　
１５０）、Ｎｅ≧ＮＯと判断した場合には、エンジン２
と共に回転するメインウォータポンプ４により充分な冷
却水の循環流量が確保されエンジン２を冷却できるため
サブウォータポンプ７の駆動は不要として、ステップ１
３０に移行してサブウォータポンプ７停止時の通水抵抗
を低減させて一旦本ルーチンを終了する。

ステップ］５０において、Ｎｅ＜ＮＯと判断した場合１
：は、モータ７ａに駆動信号を出力すると共に、各イン
ペラ羽根部２３への通電を停止して（Ｓ　１６０）、そ
の形状を第７〜９図に示す形状に復帰させる。つまり、
インペラ羽根２３ｂと吸入側ハウジング２７との間に最
適チップクリアランスを確保してインペラ］５の回転に
よる冷却水の圧送を行ない、メイン回路３を循環する冷
却水流■を増加させ、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施例の内燃機関の冷却装置に
よれば、冷却水温度Ｔｗが低い場合やエンジン回転数Ｎ
ｅが高い場合には、サブウォータポンプ７を停止させて
もメイン回路３における冷却水の通水圧力損失を招かな
いので、メインウォ−タポンプ７の駆動に基づく充分な
冷却水の循環流量を確保してエンジン２を好適に冷却で
きる。

しかも、このように通水抵抗を低減させるために、サブ
ウォータポンプ７を迂回するバイパス回路を必要としな
いので、車両の搭載性を向上させることができる。

そして、例えば登板走行時の用にエンジン２が高負荷低
回転の運転を強いられるような場合に（よりブウォータ
ポンプ７は当然に駆動して冷却水の圧送を行ない、メイ
ン回路３を循環する冷却水流量を増加させることができ
る。

この結果、サブウォータポンプ７を用いた内燃機関の冷
却装置によって、エンジン２を冷却することにより、種
々の走行状態においてもエンジン２を常時好適に冷却す
ることができる。

また、吸入側ハウジングを可動部材を用いて変形させる
ことで通水抵抗を低下させる構成とは異なり、直接イン
ペラ羽根２３ｂを変形させているため簡易な構成となり
、しかも可動スペースを特別に設ける必要はないことか
ら、サブウォータポンプ７自体が大型化しなＬ＼。

次に、インペラの形状に関しての第２実施例を説明する
。尚、インペラ以外の構成は第１実施例と同じである。

第１４図（第４図のＢ−Ｂ線矢視図）に示すように、イ
ンペラ３１（友　モータ７ａにより回転する円盤状のデ
ィスク３３とインペラ羽根部３５とを備える。ディスク
３３（よ　第１５図に示すように、同心円上の配置で円
形の組み付は凹部３３ａが５箇所に刻設さ札更に、組み
付は凹部３３ａに組み付は用ネジ部３３ｂが設けられて
いる。インペラ羽根部３５（表第１６図（平面図）、第
１７１（ディスク３３に装着された状態での正面図）に
示すように、羽根プレート３７と、回転軸３９と、固定
羽根４１と、回転羽根４３と、コイルスプリング４５と
から構成される。羽根プレート３７（ヨ　ディスク３３
に形成された組み付は用凹部３３ａと径の等しい半円形
の板状体で、略中央に組み付は用孔３７ａが穿設されて
おり、ディスク３３の組み付は用ネジ部３３ｂと整合し
て締め付は部材４７によりディスク３３に固定される。

回転軸３９（よ羽根プレート３７の中心位置（円の略中
心点）から立設され回転可能に設けられる。

固定羽根４１（よ　ディスク３３の中心側の羽根プレー
ト３７外周から回転軸３９の間に立設された板状体で、
羽根プレート３７に固着されている。

回転羽根４３（表一端を回転軸３９に固定した板状体で
、それ自体が回転軸３９乞中心に回転可能となっている
。回転羽根４３および羽根プレート３７に（よ　それぞ
れスプリング支点４３ａ、３７ｂが設けられており、両
支点４３ａ、３７ｂ間にコイルスプリング４５が装着さ
れている。このコイルスプリング４５（表　形状記憶合
金により形成されている。従って、回転羽根４３法　こ
のコイルスプリング４５の形状（伸縮状態）により、回
転軸３９を中心にした回転位置が設定される。

コイルスプリング４５１表　　スプリング支点４３ａ、
３７ｂを電気接点としてＥＣＵＩＯと接続されており、
上述したＥＣＵｌ　００通電制御により、次のように形
状を変化させる。

即ち、未通電時には、コイルスプリング４５は低温状態
１こあり、第１６．１７図に示す状態を保持する。この
場合、コイルスプリング４５は収縮状態にあり、回転羽
根４３の回転位置は、固定羽根４１の延長線上となり、
回転羽根４３と固定羽根３９とが滑らかに湾曲した一枚
板状になるよう配置される。従って、第１実施例と同様
に、吸入側ハウジング２７との間に最適チップクリアラ
ンスを保って、インペラ３１の回転によりポンプ能力を
発揮させる。

一方、通電期間中は発熱昇温して、第１８図に示すよう
に、コイルスプリング４５が伸張し、回転羽根４３を凹
成時計方向に回転させ、その状態を保持する。このため
、第１９図に示すように、吸入側ハウジング２７との間
に自由な冷却水の通過を許容する流路面積の冷却水通路
色形成して、第１８図矢印り方向に冷却水Ｅ流すことに
より、通水抵抗を低減する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得
ることは勿論である。

例え（Ｌ第２実施例のインペラ羽根部３５に圧縮コイル
スプリングを組み合わせてバイアス方式としてもよい。

即ち、第２０図に示すように、扇形の羽根プレート５］
の両端および回転羽根５３の先端部両側にそれぞれスプ
リング支点５１ａ。

５１ｂ、５３ａ、５３ｂを設けると共に、スプリング支
点５１ａ、５３ａ間に形状記憶合金からなるスプリング
コイル５５を、スプリング支点５１ｂ、５３ｂ間に通常
の圧縮スプリング５７を装着してインペラ羽根部５０を
構成してもよい。そして、通電期間中１表　第２１図に
示すように、コイルスプリング５５を伸張させて回転羽
根５３を凹成時計方向（二回転させて、矢印ε方向に冷
却水を流すことにより通水抵抗を低減させる。

また、ＥＣＵｌ　０による冷却制御処理においては、冷
却水温度Ｔｗが高ければエンジン回転数Ｎｅの値に拘ら
ず、インペラ羽根部２３（３５，５０）への通電を停止
すると共にモータ７ａを駆動する構成であってもよい。

サブウォータポンプ７、メインウォータポンプ４、バイ
パス制御弁６等の設置位置に関しても、実施例で示した
位置に限らず、例えば　第２２゜２３．２４図に示す位
置等であってもよい。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の内燃機関の冷却装置によ
れは副流体ポンプの迂回経路を設けたり、副流体ポンプ
のハウジング内壁に可動部を設けたりすることなく、単
にインペラの形状を変更することだけで、副流体ポンプ
停止時における被熱交換流体の通水抵抗を抑制して、主
流体ポンプに基づく被熱交換流体の循環流量を確保する
ことができる。このため、内燃機関の被冷却機器を有す
る車両等への搭載性が向上する。

また、副流体ポンプ駆動時には、当然に、主流体ポンプ
単独駆動時より多量の被熱交換流体を被冷却機器へ向け
て循環させる。つまり、本発明の冷却装置によれ（瓜副
流体ポンプの停止時、駆動時を問わず、常に充分な被熱
交換流体の循環流量を確保して内燃機関の被冷却機器を
好適に冷却する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図ないし第１３図は第１実施例を表すもので、第２図
は内燃機関の冷却装置の概略構成医　第３図はサブウォ
ータポンプを一部破断して示す破断側面図、第４図はサ
ブウォータポンプの第３図矢印へ方向矢視は第５図はサ
ブウォータポンプの第３図矢印Ｂ方向矢視図、第６図は
ディスクの平面囚第７図はインペラ羽根部の平面図、第
８図はインペラ羽＋Ｒ部の側面図、第９図はディスクに
装着された状態でのインペラ羽根部の正面図、第１０図
は通電加熱による変形後のインペラ羽＋Ｒ部の側面図、
第１１図はディスクに装着された状態での変形後のイン
ペラ羽根部の正面図、第１２図は冷却水の流れを説明す
るための説明図、第１３図は冷却ルーチンを示すフロー
チャート第１４図ないし第１９図はインペラの第２実施
例を表すもので、第１４図はサブウォータポンプの第３
図矢印Ｂ方向矢視図、第１５図はディスクの平面図、第
１６図はインペラ羽根部の平面図、第１７図はディスク
に装着された状態でのインペラ羽根部の正面図、第１８
図は通電加熱によるインペラ羽根部変形後のインペラの
平面図、第１９図は通電加熱によるインペラ羽根部変形
後のサブウォータポンプ一部破断側面図、第２０図、第
２１図は第２実施例のインペラ羽根部の変形例を表し、
第２０図はインペラの平面図、第２１図は通電加熱によ
るインペラ羽根部変形後のインペラの平面は　第２２図
、第２３医　第２４図はサブウォタポンプ等の設置位置
を変更した冷却回路の概略図、第２５図は従来のサブウ
ォータポンプを用いた冷却回路の概略図である。 １・・・ラジェータ　　　２・・エンジン２ａ・−・水
温センサ　　　３・・・冷却水メイン回路４−・メイン
ウォータポンプ ７・−サブウォータポンプ １０・・・電子制御回路（ＥＣＵ） １５・・・インペラ ２３、　３５．　５０・・・インペラ羽根部２３ｂ・・
・インペラ羽根 ４３．５３・・・回転羽根 ４５．５５−・・コイルスプリング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被冷却機器を冷却する被熱交換流体を空気と熱交換
   することにより冷却する熱交換器と、前記被冷却機器と
   の間に形成された被熱交換流体用循環経路と、 該被熱交換流体用循環経路に設けられ、被熱交換流体を
   強制的に常時循環させる主流体ポンプと、該主流体ポン
   プの補助をなし、インペラの回転により被熱交換流体を
   循環させる副流体ポンプとを備える内燃機関の冷却装置
   において、 前記主流体ポンプとは独立に、前記副流体ポンプを駆動
   する駆動手段と、 前記インペラの少なくとも一部に形状記憶合金を用いて
   、前記インペラの羽根の形状を前記形状記憶合金への通
   電加熱により変更するインペラ羽根形状変更手段と、 前記駆動手段の非駆動時に、前記インペラの羽根の形状
   を、前記被熱交換流体の流路面積を増加する側に設定す
   るインペラ羽根形状設定手段とを備えたことを特徴とす
   る内燃機関の冷却装置。