WO2011108117A1 - クラッチの制御装置 - Google Patents

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小林日出夫
林邦彦
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    • F16D2500/70422—Clutch parameters
    • F16D2500/70424—Outputting a clutch engaged-disengaged signal

Definitions

  • the present invention relates to a clutch control device that transmits rotation of a crankshaft of an engine to a water pump that circulates cooling water in the engine.
  • An engine having a variable water pump that can arbitrarily drive and stop the water pump is known.
  • the circulation of the cooling water is stopped when the engine is warmed up so that the engine is warmed up early to improve fuel consumption and emissions.
  • An electric water pump has already been adopted as the variable water pump, but the electric water pump is expensive and requires a lot of electric power, so that it is necessary to mount a high capacity battery.
  • an electromagnetic clutch type variable water pump that changes the amount of water to be pumped by engaging and releasing the engine drive shaft and the water pump drive shaft by an electromagnetic clutch.
  • This electromagnetic clutch type variable water pump is lower in cost than the electric water pump, and has attracted attention as an alternative technique for the electric water pump.
  • Patent Document 1 An improved version of such an electromagnetic clutch type variable water pump is disclosed in Patent Document 1.
  • the water pump of Patent Document 1 energizes the coil of the electromagnetic clutch at a low load, and reduces the amount of coolant supplied by the water pump.
  • the electromagnetic clutch type variable water pump wears the clutch plate as the clutch is engaged and disengaged. Therefore, if the operation of frequent engagement and disengagement is continued, the clutch plate slips and the clutch engages. It becomes impossible to do. Particularly in vehicles that perform eco-runs, the engine is frequently started and stopped. Therefore, if the water pump clutch is engaged and disengaged at the same time as the engine is started and stopped, the wear of the clutch proceeds and the clutch It is possible that a match cannot be made. If the clutch cannot be engaged in this manner, the water pump becomes inoperable, causing overheating of the engine.
  • the present invention suppresses wear of the clutch plate due to engagement and disengagement of the clutch and maintains the clutch in a highly reliable state in an engine having a water pump that is operated by transmitting power by engagement of the clutch.
  • the task is to do.
  • a clutch control device of the present invention that solves such a problem is a clutch control device that transmits rotation of a crankshaft of an engine to a water pump that circulates cooling water in the engine. And determining means for determining engagement or disengagement of the clutch, and control means for bringing the clutch into an engagement state based on a determination result of the determination means before cranking of the engine is started. .
  • the clutch can be engaged or released, the wear of the clutch can be suppressed, and the clutch can be maintained in a highly reliable state.
  • the determining means can determine engagement or disengagement of the clutch based on a warm-up state of the engine when the engine is requested to start. Accordingly, when the engine has already been warmed up, the clutch can be engaged to perform cranking, thereby suppressing the wear of the clutch.
  • the clutch control device further includes an estimation unit that estimates a wear state of the clutch plate of the clutch.
  • the estimation unit determines that the wear amount of the clutch plate is equal to or greater than a predetermined value, the clutch is released.
  • the configuration can be prohibited. With such a configuration, since the clutch is maintained in an engaged state, excessive wear due to repeated release and engagement of the clutch can be suppressed.
  • the clutch control device including the estimation means may be configured to prohibit the release of the clutch when the engine is warmed up. By adopting such a configuration, it is possible to avoid engagement of the clutch during rotation of the crankshaft after cranking, so that wear of the clutch can be suppressed.
  • the estimation means can estimate the amount of wear of the clutch based on the number of engagements of the clutch. Thereby, it can be estimated that the amount of wear of the clutch increases as the number of engagements increases.
  • the clutch control device includes an estimation unit that estimates a wear state of the clutch plate of the clutch, and a system that automatically stops and automatically starts the engine, and the clutch plate is worn by the estimation unit.
  • the system can be configured to prohibit automatic stop and automatic start of the engine.
  • a clutch control device In such a clutch control device, a system that automatically stops and automatically starts the engine, and a determination unit that determines whether or not the engine can be automatically stopped and automatically started based on a voltage state of a battery. It can be set as the structure provided. By adopting such a configuration, when power is insufficient, the clutch can be released to suppress wear of the clutch.
  • a system for automatically stopping and starting the engine is provided, and when the battery voltage is equal to or lower than a predetermined value when the engine is automatically started by the system, cranking of the engine is started. It can be set as the structure which prohibits the engagement of the said clutch previously. By adopting such a configuration, it is possible to suppress wear that proceeds when the clutch being engaged is loosened due to insufficient power and the clutch plate slips.
  • the clutch control device of the present invention by engaging or releasing the clutch before the crankshaft starts to rotate, it is possible to suppress the wear of the clutch and maintain the clutch in a highly reliable state. it can.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine 100 incorporating the control device 1 of the present embodiment.
  • the engine 100 is mounted on a vehicle and operated, for example.
  • the engine 100 includes an engine body 3, a radiator 4, a reservoir tank 5, a heater core 6, and a thermostat 7.
  • a water jacket 8 through which cooling water passes is formed in the engine body 3.
  • the water pump 2, the radiator 4, the reservoir tank 5, the heater core 6, the thermostat 7, and the water jacket 8 are cooled so that the cooling water circulates. They are connected by a pipe 9 that forms a water passage.
  • the control device 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 10.
  • the ECU 10 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a known type digital computer in which input / output ports are connected by a bidirectional bus.
  • the engine 100 is controlled by exchanging signals with various sensors and actuators provided.
  • the ECU 10 measures the water temperature sensor 11 that measures the water temperature in the water jacket 8, the intake air temperature sensor 12 that measures the intake air temperature, the engine rotation sensor 13 that measures the rotational speed of the engine 100, and the accelerator opening.
  • An accelerator opening sensor 14 that is electrically connected to a current sensor 16 that measures the current of the battery 15 is electrically connected.
  • An alternator 17 is electrically connected to the battery 15.
  • ECU10 receives the signal from these sensors, acquires various information of engine 100, and grasps the state of engine 100.
  • the ECU 10 can execute a so-called eco-run that automatically stops and automatically starts the engine 100 based on the state of the engine 100.
  • ECU10 is electrically connected with the coil 27 of the water pump 2 mentioned later. The ECU 10 switches energization to the water pump 2 based on the state of the engine 100.
  • the water pump 2 circulates cooling water in a passage constituted by the water jacket 8 and the pipe 9.
  • the water pump 2 is connected to the crankshaft 18 of the engine body 3 by a belt 26, and operates by transmitting the rotation of the crankshaft 18.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the water pump 2.
  • the water pump 2 includes a shaft 21, an impeller 22 connected to one end of the shaft 21, and a clutch unit 20.
  • the shaft 21 is supported by a bearing 23.
  • the impeller 22 is located in the water jacket 8. As the shaft 21 rotates, the impeller 22 rotates and the cooling water flows, and the cooling water in the cooling passage circulates.
  • the clutch unit 20 includes a pulley 24, a coil 27, an armature 28, and a leaf spring 29.
  • the pulley 24 is disposed on the radially outer peripheral side of the shaft 21.
  • the pulley 24 is supported by a bearing 25 and is disposed so as to be rotatable about the same axis as the shaft 21.
  • a belt 26 is laid on the outer circumferential side of the pulley 24 in the radial direction. The rotation of the crankshaft 18 is transmitted to the pulley 24 via the belt 26. Further, a coil 27 is disposed inside the pulley 24.
  • an armature 28 is disposed on the shaft 21 at the end opposite to the side where the impeller 22 is connected.
  • the armature 28 is assembled to the shaft 21 via a fixed portion 210 that is a part of the shaft 21 and a leaf spring 29, and is disposed so that the distance from the shaft 21 is substantially equal to the coil 27 inside the pulley 24.
  • a clutch plate 211 is fixed to the armature 28 on the pulley 24 side.
  • the armature 28 is made of a material such as iron, nickel, cobalt, or other ferromagnetic alloy.
  • the clutch plate 211 is connected to the pulley 24 and engaged therewith.
  • the crankshaft 18 rotates with the clutch plate 211 engaged with the pulley 24, power is transmitted and the shaft 21 rotates.
  • the water pump 2 circulates the cooling water when the shaft 21 rotates by obtaining power from the crankshaft 18.
  • the clutch plate 211 is released, the energization to the coil 27 is stopped.
  • the armature 28 returns to the original position by the urging of the leaf spring 29, and the clutch plate 211 is separated from the pulley 24.
  • the control device 1 having such a configuration switches between operation (water flow) and stop (water stop) of the water pump 2 by switching between engagement and release of the clutch unit 20.
  • the ECU 10 determines whether or not to operate the water pump 2, determines whether to engage or disengage the clutch unit 20, and switches between engagement and disengagement of the clutch unit 20 according to this determination.
  • FIG. 3 is a control flow of operation determination of the water pump 2 and switching of the clutch unit 20. In the following, description will be given according to the flow of FIG.
  • step S11 acquires the start request
  • step S11 the process proceeds to step S12.
  • ECU10 judges whether it is a water stop implementation area
  • step S12 determines YES in step S12, that is, if the ECU 10 determines that it is within the water stop execution region, the process proceeds to step S13.
  • step S13 the ECU 10 stops energizing the coil 27 and opens the clutch unit 20.
  • the water pump 2 is in a stopped state even when the rotation of the crankshaft 18 starts when the engine 100 starts cranking thereafter.
  • the clutch part 20 is opened before the cranking of the engine 100 is started.
  • the number of engagements of the clutch after starting can be reduced, so that wear of the clutch plate 211 is suppressed.
  • step S12 determines NO in step S12, that is, if it determines that it is not within the water stop execution region. the process proceeds to step S14.
  • the ECU 10 energizes the coil 27 and engages the clutch unit 20 in step S14. Thereby, cranking is performed thereafter, and rotation of the crankshaft 18 is started, whereby rotational power is transmitted to the shaft 21 of the water pump 2 via the belt 26, and the operation of the water pump 2 is started.
  • the clutch portion 20 is engaged before the cranking of the engine 100 is started.
  • wear of the clutch plate 211 proceeds because there is a rotational difference between the crankshaft 18 and the shaft 21 of the water pump 2.
  • wear of the clutch plate 211 is suppressed.
  • step S15 engine 100 is started.
  • the ECU 10 returns after completing the process of step S15.
  • the ECU 10 engages the clutch portion 20 before the cranking of the engine 100 is started even when it is determined that the cooling water circulation is necessary, even when it is determined in step S12 that the water stop is performed.
  • the water pump 2 is operated.
  • the heater is required to be operated. In this case, the state that causes overheating of the engine 100 occurs.
  • the ECU 10 estimates the wear state of the clutch plate 211 of the clutch unit 20, and when the wear amount of the clutch plate 211 is determined to be greater than or equal to a predetermined value, prohibiting the release of the clutch unit 20 and the eco-run when the engine is warmed up. It is good. For example, the ECU 10 counts the number of engagements of the clutch unit 20 and determines that the amount of wear of the clutch plate 211 is greater than or equal to a predetermined value when the number of engagements of the clutch unit 20 exceeds a predetermined value. When the number of engagements of the clutch unit 20 exceeds a predetermined value, the ECU 10 engages the clutch unit 20 before the cranking of the engine 100 is started, and stops water stoppage during warming up of the engine 100.
  • the clutch portion 20 When water stop is performed, the clutch portion 20 is engaged after water stop, so that the progress of wear of the clutch plate 211 cannot be prevented, but the clutch portion 20 is engaged before the engine 100 starts cranking. The wear of the clutch plate 211 can be suppressed by stopping the water stop.
  • the amount of wear of the clutch plate 211 is designed based on the life of the engine 100, but when starting and stopping are repeated like an eco-run, it is expected to exceed the estimated number of engagements.
  • the clutch can predict the wear state based on the number of engagements, and the wear limit is predicted by storing the number of engagements in the ECU 10 to prohibit clutch engagement and eco-run due to water stop.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the water stop timing and water drain timing of the engine 100.
  • the vertical axis in FIG. 4 indicates the coolant temperature of the engine 100
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the elapsed time from the start of the engine 100.
  • water is stopped from the start of the engine 100 until the warm-up is completed. That is, the control device 1 performs a process of releasing the clutch unit 20 before starting (cranking) the engine 100 and engaging the clutch unit 20 when the warm-up is completed.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a water stop execution region after cranking of the engine 100.
  • the vertical axis in FIG. 5 indicates the engine speed
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates the engine coolant temperature. If the value of the engine speed and the value of the engine cooling water temperature are included in the water stop execution area in the shaded area shown in FIG. 5, water stop is executed. That is, the clutch part 20 is released. Further, when the fuel injection amount exceeds a predetermined value, it is estimated that the temperature of the engine main body 3 becomes high.
  • the engine rotation speed value and the engine cooling water temperature value are included in the water stop execution region. Even if it is a case, the control apparatus 1 performs a water sink.
  • the fuel injection amount used here is calculated by the ECU 10 from various information indicating the state of the engine, such as the engine speed and the accelerator opening.
  • control device 1 determines the engagement or disengagement of the clutch unit 20 when the engine 100 is requested to start, and switches the state of the clutch unit 20 before the crankshaft 18 starts to rotate. Thereby, the wear of the clutch plate 211 is suppressed, and the water pump 2 is operated and stopped with high reliability.
  • FIG. 6 is a control flow of engagement and disengagement of the clutch unit 20 based on the state of the battery 15 executed by the ECU 10. In the following, description will be given according to the flow of FIG.
  • step S21 acquires the engine start request
  • the process proceeds to step S22.
  • ECU10 judges whether the voltage of the battery 15 is more than predetermined value in step S22. Or you may decide whether the electric current of the battery 15 is more than predetermined value.
  • the voltage of the battery 15 is determined using the current sensor 16. When the voltage of the battery 15 is lowered, the value of the current measured by the current sensor 16 is also lowered. For this reason, a decrease in the voltage of the battery 15 can be determined based on the value of the current sensor 16. Further, when the battery 15 is deteriorated, the voltage of the battery 15 is lowered, so that the current sensor 16 can similarly determine the deterioration of the battery 15.
  • a voltage sensor may be used instead of the current sensor 16.
  • step S22 determines YES in step S22, that is, if the voltage of the battery 15 is determined to be equal to or higher than a predetermined value
  • the ECU 10 proceeds to step S23. Note that, when determining based on the current value of the battery 15, the ECU 10 proceeds to step S23 if determining that the current of the battery 15 is equal to or greater than a predetermined value.
  • step S23 the normal control is the processing of steps S12 to S15 in the above-described operation determination of the water pump 2 and switching control of the clutch unit 20.
  • step S24 the ECU 10 proceeds to step S24.
  • ECU10 memorize
  • the wear state of the clutch plate 211 can be determined from the number of engagements.
  • the ECU 10 returns after completing the process of step S24.
  • step S22 determines NO in step S22, that is, if the ECU 10 determines that the voltage of the battery 15 is not equal to or higher than the predetermined value, the process proceeds to step S25.
  • the process proceeds to step S25.
  • step S25 the ECU 10 opens the clutch unit 20, stops water, and prohibits eco-run. Furthermore, the warning light on the panel is turned on to notify the driver of the abnormality. In a state in which the voltage of the battery 15 is lowered, the clutch plate 211 is slipped due to loose engagement of the clutch portion 20 and wear may progress. Therefore, the clutch portion 20 is released and the eco-run is also stopped. After finishing the process of step S25, the ECU 10 proceeds to step S26.
  • step S26 starts cranking of engine 100 in step S26. That is, engine 100 is started.
  • the ECU 10 proceeds to step S27 after finishing the process of step S26.
  • step S27 the ECU 10 determines whether or not the voltage of the battery 15 has been restored. Since cranking is started in step S26, the voltage of the battery 15 may be restored by the power generation of the alternator 17. If the ECU 10 determines YES in step S27, that is, if the voltage of the battery 15 is restored, the process proceeds to step S23.
  • step S27 determines NO in step S27, that is, if the voltage of the battery 15 is not restored, the process proceeds to step S28.
  • step S28 the ECU 10 determines whether or not a predetermined time has elapsed after the engine is started. When a predetermined time has elapsed after the engine 100 is started, it is considered that the engine 100 is warming up, and thus the control proceeds to the control for operating the water pump 2 to circulate the cooling water. If the ECU 10 determines YES in step S28, that is, if a predetermined time has elapsed after the engine 100 is started, the process proceeds to step S23.
  • step S28 determines NO in step S28, that is, if the predetermined time has not elapsed after the engine 100 is started. If the ECU 10 determines NO in step S28, that is, if the predetermined time has not elapsed after the engine 100 is started, the ECU 10 proceeds to step S27 again. Therefore, when the voltage of the battery 15 has not been restored and the predetermined time has not elapsed after the engine 100 is started, the processes of step S27 and step S28 are repeated.
  • the electromagnetic clutch has been described, but the same control can be performed with a similar policy even with a clutch other than the electromagnetic clutch.

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Abstract

　クラッチ部２０の制御装置１は、エンジン１００のクランクシャフト１８の回転を、エンジン１００内の冷却水を循環させるウォータポンプ２へ伝達するクラッチ部２０の制御装置１であって、エンジン１００の始動要求時にクラッチ部２０の係合または開放を決定し、エンジン１００のクランキング開始前に、クラッチ部２０を決定結果に基づく係合状態とする。

Description

クラッチの制御装置
　本発明はエンジンのクランクシャフトの回転を、エンジン内の冷却水を循環させるウォータポンプへ伝達するクラッチの制御装置に関する。
　任意にウォータポンプの駆動、停止を行える可変ウォータポンプを備えるエンジンが知られている。このようなエンジンでは、エンジンの暖機時に冷却水の循環を停止することによりエンジンの早期暖機を図り、燃費、エミッションの向上を図る。可変ウォータポンプとして、既に電動ウォータポンプが採用されているが、電動ウォータポンプはコストが高く、多くの電力を要求するので高容量のバッテリーの搭載が必要であった。
　電動ウォータポンプの他にも、電磁クラッチによりエンジン駆動軸とウォータポンプ駆動軸の係合、開放を行い、圧送する水量を変更する電磁クラッチ式の可変ウォータポンプがある。この電磁クラッチ式の可変ウォータポンプは、電動ウォータポンプよりもコストが低く、電動ウォータポンプの代替技術として注目されている。
　このような電磁クラッチ式の可変ウォータポンプを改良したものが特許文献１に開示されている。特許文献１のウォータポンプは低負荷で電磁クラッチのコイルへ通電し、ウォータポンプによる冷却液の送給量を減少する。
特開２００７－２８５２６８号公報
　しかしながら、電磁クラッチ式の可変ウォータポンプはクラッチの係合、開放によりクラッチ板の磨耗が進むため、係合、開放を頻繁に行う運転を続けていくと、クラッチ板が滑り、クラッチの係合が行えなくなる。特にエコランを行う車両では、エンジンの始動、停止を頻繁に行うため、エンジンの始動、停止に併せてウォータポンプのクラッチの係合、開放を行うならば、クラッチの磨耗が進行し、クラッチの係合が行えなくなることが考えられる。このようにクラッチの係合が行えなくなると、ウォータポンプが運転不能になるため、エンジンのオーバーヒートを引き起こす原因となる。
　そこで、本発明は、クラッチの係合により動力が伝達されて稼働するウォータポンプを備えたエンジンにおいて、クラッチの係合と開放によるクラッチ板の磨耗を抑制し、クラッチを信頼性の高い状態に維持することを課題とする。
　かかる課題を解決する本発明のクラッチの制御装置は、エンジンのクランクシャフトの回転を前記エンジン内の冷却水を循環させるウォータポンプへ伝達するクラッチの制御装置であって、前記エンジンの始動要求時に前記クラッチの係合または開放を決定する決定手段と、前記エンジンのクランキング開始前に、前記クラッチを前記決定手段の決定結果に基づく係合状態とする制御手段と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、クランクシャフトが回転を開始する前に、クラッチの係合、または開放を行い、クラッチの磨耗を抑制し、クラッチを信頼性の高い状態に維持することができる。
　このようなクラッチの制御装置において、前記決定手段は、前記エンジンの始動要求時における前記エンジンの暖機状態に基づき、前記クラッチの係合または開放を決定することができる。これにより、エンジンが既に暖機完了している場合には、前記クラッチを係合してクランキングを行うことにより、クラッチの磨耗を抑制できる。
　このようなクラッチの制御装置において、前記クラッチのクラッチ板の磨耗状態を推定する推定手段を備え、前記推定手段により前記クラッチ板の磨耗量が所定値以上と判断されるとき、前記クラッチの開放を禁止する構成とすることができる。このような構成とすることにより、クラッチが係合された状態で維持されるため、クラッチの開放と係合の繰り返しによる余計な磨耗を抑制できる。
　上記推定手段を備えるクラッチの制御装置において、前記エンジンの暖機時においてクラッチの開放を禁止する構成とすることができる。このような構成とすることにより、クランキング後のクランクシャフトの回転中にクラッチを係合することが回避できるため、クラッチの磨耗を抑制できる。
　上記推定手段を備えるクラッチの制御装置において、前記推定手段は前記クラッチの係合回数に基づいて、前記クラッチの磨耗量を推定することができる。これにより、係合回数が増加するほど、クラッチの磨耗量が増加することが推定できる。
　このようなクラッチの制御装置において、前記クラッチのクラッチ板の磨耗状態を推定する推定手段と、前記エンジンの自動停止、及び自動始動を行うシステムと、を備え、前記推定手段により前記クラッチ板の磨耗量が所定値以上と判断されるとき、前記システムによる前記エンジンの自動停止、及び自動始動を禁止する構成とすることができる。このような構成とすることにより、頻繁にエンジンを停止することがなくなるため、クラッチの係合と開放の繰り返しが減少し、クラッチの磨耗が抑制できる。
　このようなクラッチの制御装置において、前記エンジンの自動停止、及び自動始動を行うシステムと、バッテリーの電圧状態に基づいて、前記エンジンの自動停止及び自動始動の実行可否を判断する判断手段と、を備えた構成とすることができる。このような構成とすることにより、電力が不足する場合、クラッチを開放してクラッチの磨耗を抑制できる。
　このようなクラッチの制御装置において、前記エンジンの自動停止、及び自動始動を行うシステムを有し、前記システムによる前記エンジンの自動始動時にバッテリーの電圧が所定値以下の場合、前記エンジンのクランキング開始以前における前記クラッチの係合を禁止する構成とすることができる。このような構成とすることにより、電力不足で係合中のクラッチが緩み、クラッチ板が滑ることにより進行する磨耗を抑制できる。
　本発明のクラッチの制御装置は、クランクシャフトが回転を開始する前に、クラッチの係合、または開放を行うことにより、クラッチの磨耗を抑制し、クラッチを信頼性の高い状態に維持することができる。
クラッチの制御装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。 ウォータポンプを断面にしてその概略構成を示した説明図である。 ウォータポンプの運転判断、及びクラッチ部の切替に関する制御フローである。 エンジンの水止め時期と水流し時期の一例を示した説明図である。 エンジンのクランキング後の水止め実施領域を示した説明図である。 バッテリーの状態に基づくクラッチ部の係合、開放の制御フローである。
　以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しつつ説明する。
　図１は、本実施形態の制御装置１を組み込んだエンジン１００の概略構成を示した説明図である。エンジン１００は例えば車両に搭載されて運転される。エンジン１００はエンジン本体３、ラジエータ４、リザーバタンク５、ヒータコア６、サーモスタット７を備えている。エンジン本体３内には冷却水が通過するウォータジャケット８が形成されており、ウォータポンプ２、ラジエータ４、リザーバタンク５、ヒータコア６、サーモスタット７、ウォータジャケット８は冷却水が循環するように、冷却水の通路を形成する配管９で接続されている。
　制御装置１はＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のデジタルコンピュータからなり、エンジン１００の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りしてエンジン１００を制御するようになっている。本実施形態において、ＥＣＵ１０は、ウォータジャケット８内の水温を計測する水温センサ１１、吸気温を計測する吸気温センサ１２、エンジン１００の回転速度を計測するエンジン回転センサ１３、アクセルの開度を計測するアクセル開度センサ１４、バッテリー１５の電流を計測する電流センサ１６と電気的に接続されている。また、バッテリー１５にはオルタネータ１７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、これらのセンサからの信号を受けて、エンジン１００の各種情報を取得しエンジン１００の状態を把握する。ＥＣＵ１０はエンジン１００の状態に基づき、エンジン１００の自動停止、自動始動を行う、いわゆるエコランを実行することができる。また、ＥＣＵ１０は後述するウォータポンプ２のコイル２７と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０はエンジン１００の状態に基づいて、ウォータポンプ２への通電を切り替える。
　次に、ウォータポンプ２について詳細に説明する。ウォータポンプ２は、ウォータジャケット８や配管９で構成される通路内の冷却水を循環させる。ウォータポンプ２は、ベルト２６によりエンジン本体３のクランクシャフト１８と接続されており、クランクシャフト１８の回転が伝達されて稼働する。
　図２は、ウォータポンプ２の概略構成を示した断面図である。ウォータポンプ２は、シャフト２１と、シャフト２１の一端に連結されたインペラ２２と、クラッチ部２０を備えている。シャフト２１はベアリング２３により支持されている。インペラ２２はウォータジャケット８内に位置する。シャフト２１が回転することによりインペラ２２が回転して冷却水が流動し、冷却通路内の冷却水が循環する。クラッチ部２０は、プーリ２４、コイル２７、アーマチュア２８、板バネ２９を備えている。
　プーリ２４はシャフト２１の半径方向外周側に配置されている。プーリ２４はベアリング２５に支持されて、シャフト２１と同一の軸を中心に回転自在となるように配置されている。このプーリ２４の半径方向外周側には、ベルト２６が架けられている。このベルト２６を介してクランクシャフト１８の回転がプーリ２４へ伝達されるように構成されている。さらに、プーリ２４の内部にはコイル２７が配置されている。
　さらに、シャフト２１には、インペラ２２が連結された側とは反対側の端部にアーマチュア２８が配置されている。アーマチュア２８は、シャフト２１の一部である固定部２１０と板バネ２９とを介してシャフト２１に組み付けられ、シャフト２１からの距離がプーリ２４内部のコイル２７にほぼ等しくなるように配置されている。さらに、このアーマチュア２８のプーリ２４側にクラッチ板２１１が固定されている。また、アーマチュア２８は鉄、ニッケル、コバルト、その他強磁性を有する合金等の材料で形成されており、コイル２７がＥＣＵ１０から電流を供給されて磁界を発生すると、アーマチュア２８がプーリ２４側に引き寄せられてクラッチ板２１１がプーリ２４に接続し係合する。クラッチ板２１１がプーリ２４に係合した状態でクランクシャフト１８が回転する場合、動力が伝達されてシャフト２１が回転する。このように、シャフト２１がクランクシャフト１８から動力を得て回転することにより、ウォータポンプ２が冷却水を循環させる。一方、クラッチ板２１１を開放する場合は、コイル２７への通電を停止する。これにより、板バネ２９の付勢によりアーマチュア２８が元の位置へ戻り、クラッチ板２１１がプーリ２４から離間する。
　このような構成の制御装置１は、クラッチ部２０の係合と開放とを切り替えることにより、ウォータポンプ２の運転（水流し）と停止（水止め）とを切り替える。ＥＣＵ１０は、ウォータポンプ２を運転するか否かを判断し、クラッチ部２０を係合するか開放するかを決定し、この決定に従い、クラッチ部２０の係合、開放を切り替える。
　次に、ＥＣＵ１０によるウォータポンプ２の運転判断、及びクラッチ部２０の切替に関する制御について説明する。図３はウォータポンプ２の運転判断、及びクラッチ部２０の切替の制御フローである。以下、図３のフローに従って説明する。
　ＥＣＵ１０はステップＳ１１において、エンジン１００の始動要求を取得する。すなわち、本制御はエンジンの始動要求により開始する。ＥＣＵ１０はステップＳ１１の処理を終えるとステップＳ１２へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ１２において、水止め実施領域か否かを判断する。水止め実施領域か否かはエンジン冷却水の温度により決定する。すなわち、ＥＣＵ１０はエンジン１００の始動要求時におけるエンジン１００の暖機状態に基づき、クラッチ部２０の係合または開放を決定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、水温センサ１１の取得する冷却水の温度情報に基づき、エンジン１００が暖機完了温度に達していないと判断すると水止め実施領域であると判断する。
　ＥＣＵ１０はステップＳ１２において、ＹＥＳと判断する場合、すなわち、水止め実施領域内であると判断すると、ステップＳ１３へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ１３において、コイル２７への通電を停止し、クラッチ部２０を開放する。これにより、この後にエンジン１００がクランキングを開始する時点でクランクシャフト１８の回転が開始してもウォータポンプ２は停止した状態である。このように始動後に水止めをする場合、エンジン１００のクランキング開始以前にクラッチ部２０を開放しておく。これにより、始動後のクラッチの係合回数を減少することができるので、クラッチ板２１１の磨耗を抑制する。ＥＣＵ１０はステップＳ１３の処理を終えるとステップＳ１５へ進む。
　一方、ＥＣＵ１０はステップＳ１２において、ＮＯと判断する場合、すなわち、水止め実施領域内でないと判断すると、ステップＳ１４へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ１４において、コイル２７へ通電し、クラッチ部２０を係合する。これにより、この後にクランキングを行い、クランクシャフト１８の回転が開始することにより、回転動力がベルト２６を介してウォータポンプ２のシャフト２１へ伝達されて、ウォータポンプ２の運転が開始する。このように始動と同時に水流しをする場合、エンジン１００のクランキング開始以前にクラッチ部２０を係合しておく。クランキング後にクラッチ部２０を係合すると、クランクシャフト１８とウォータポンプ２のシャフト２１との間に回転差があるため、クラッチ板２１１の磨耗が進行する。このように、エンジン１００のクランキング開始以前にクラッチ部２０を係合することにより、クラッチ板２１１の磨耗を抑制する。ＥＣＵ１０はステップＳ１４の処理を終えるとステップＳ１５へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ１５において、エンジン１００のクランキングを開始する。すなわち、エンジン１００が始動する。ＥＣＵ１０はステップＳ１５の処理を終えるとリターンとなる。
　上記制御において、ＥＣＵ１０は、冷却水の循環が必要と判断する場合、ステップＳ１２において水止め実施領域内と判断する場合であっても、エンジン１００のクランキング開始以前にクラッチ部２０を係合し、ウォータポンプ２を運転する。このような冷却水の循環が必要と判断される場合は、例えば、ウォータジャケット８内の冷却水の沸騰を防止する場合、水温センサ１１による感温制御を実行する場合、ヒータの稼働が要求された場合、その他エンジン１００のオーバーヒートの原因となる状態が生じる場合をいう。
　また、ＥＣＵ１０はクラッチ部２０のクラッチ板２１１の磨耗状態を推定し、クラッチ板２１１の磨耗量が所定値以上と判断した場合、エンジン暖機時のクラッチ部２０の開放、及びエコランを禁止することとしてもよい。例えば、ＥＣＵ１０は、クラッチ部２０の係合回数をカウントし、クラッチ部２０の係合回数が所定値を超えた場合、クラッチ板２１１の磨耗量が所定値以上となると判断することにする。ＥＣＵ１０は、クラッチ部２０の係合回数が所定値を超えた場合、エンジン１００のクランキング開始以前にクラッチ部２０を係合し、エンジン１００の暖機中における水止めの実施を中止する。水止めを行った場合には、水止め後にクラッチ部２０を係合するため、クラッチ板２１１の磨耗の進行を防ぐことができないが、エンジン１００のクランキング開始以前にクラッチ部２０を係合し、水止めを中止することにより、クラッチ板２１１の磨耗を抑制できる。
　不用意にクラッチ部２０の係合と開放とを繰り返す行為はクラッチ板２１１の磨耗を進行させる。クラッチ板２１１の磨耗が進行するとクランクシャフト１８からウォータポンプ２のシャフト２１へ動力が伝達できず、ウォータポンプ２が駆動できなくなり、エンジン１００がオーバーヒートを起こす恐れがある。クラッチ板２１１の磨耗が進行し、係合が不能になる前に、クラッチ板２１１の磨耗の原因となる水止め制御、及びエコランを禁止することにより、オーバーヒートを未然に防ぐことができる。さらに、暖機過程における水止めも禁止することにより、クラッチ板２１１の磨耗の防止効果が向上する。
　一般的にクラッチ板２１１の磨耗量はエンジン１００の寿命に基づき設計されるが、エコランのように始動、停止を繰り返す場合、推定された係合回数を超えることが予想される。クラッチは係合回数で磨耗状態を予測することができ、係合回数をＥＣＵ１０に記憶することにより磨耗限界を予測し、水止めによるクラッチ係合、エコランを禁止する。
　ここで、エンジン１００の水止め時期と水流し時期の一例を示す。図４は、エンジン１００の水止め時期と水流し時期の一例を示した説明図である。図４の縦軸はエンジン１００の冷却水温度を示し、図４の横軸はエンジン１００の始動からの経過時間を示している。図４では、エンジン１００の始動から暖機が完了するまでの間、水止めしている。すなわち、制御装置１は、エンジン１００の始動（クランキング）以前にクラッチ部２０を開放し、暖機完了時にクラッチ部２０を係合する処理を行っている。なお、エンジン始動後の水止め、水流しの実行判断は、エンジン１００の冷却水温度、回転数、および燃料噴射量に基づき行われる。図５はエンジン１００のクランキング後の水止め実施領域を示した説明図である。図５の縦軸はエンジン回転数を示し、図５の横軸はエンジン冷却水温度を示している。エンジン回転数の値とエンジン冷却水温度の値とが、図５中に示した斜線部の水止め実施領域に含まれる場合、水止めを実行する。すなわち、クラッチ部２０を開放する。また、燃料噴射量が所定の値を超える場合、エンジン本体３の温度が高温になることが推定されるため、エンジン回転数の値とエンジン冷却水温度の値とが水止め実施領域に含まれる場合であっても、制御装置１は水流しを実行する。ここで用いる燃料噴射量は、エンジン回転数やアクセル開度など、エンジンの状態を示す各種情報からＥＣＵ１０により算出される。
　以上のように、制御装置１は、エンジン１００の始動要求時にクラッチ部２０の係合または開放を決定し、クランクシャフト１８が回転を開始する前に、クラッチ部２０の状態を切り替える。これにより、クラッチ板２１１の磨耗を抑制し、高い信頼性のもと、ウォータポンプ２の運転、停止を実行する。
　次に、本実施の形態の制御装置１における他の制御処理について説明する。制御装置１のＥＣＵ１０は、本制御処理において、バッテリー１５の状態に基づいてクラッチ部２０の係合、開放を判断する。図６はＥＣＵ１０により実行されるバッテリー１５の状態に基づくクラッチ部２０の係合、開放の制御フローである。以下、図６のフローに従って説明する。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２１において、エンジンの始動要求を取得する。すなわち、本制御はエンジンの始動要求により開始する。ＥＣＵ１０はステップＳ２１の処理を終えるとステップＳ２２へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２２において、バッテリー１５の電圧が所定値以上か否かを判断する。または、バッテリー１５の電流が所定値以上か否かを判断することにしてもよい。バッテリー１５の電圧は電流センサ１６を用いて判断する。バッテリー１５の電圧が低下している場合、電流センサ１６が計測する電流の値も低下する。このため、電流センサ１６の値に基づいて、バッテリー１５の電圧の低下を判断できる。また、バッテリー１５が劣化している場合もバッテリー１５の電圧が低下するため、同様に電流センサ１６によりバッテリー１５の劣化を判断できる。なお、電流センサ１６に代えて電圧センサを用いてもよい。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２２において、ＹＥＳと判断する場合、すなわち、バッテリー１５の電圧が所定値以上であると判断すると、ステップＳ２３へ進む。なお、バッテリー１５の電流値で判断する場合、ＥＣＵ１０は、バッテリー１５の電流が所定値以上であると判断するとステップＳ２３へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２３において、通常制御の処理を実行する。ここでの通常制御とは、上記のウォータポンプ２の運転判断、及びクラッチ部２０の切替制御におけるステップＳ１２～ステップＳ１５の処理である。ＥＣＵ１０はステップＳ２３の処理を終えるとステップＳ２４へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２４において、クラッチ部２０の係合回数をメモリに記憶する。係合回数により、クラッチ板２１１の磨耗状態を判断することができる。ＥＣＵ１０はステップＳ２４の処理を終えるとリターンとなる。
　ところで、ＥＣＵ１０はステップＳ２２において、ＮＯと判断する場合、すなわち、バッテリー１５の電圧が所定値以上でないと判断すると、ステップＳ２５へ進む。なお、電流値で判断する場合、ＥＣＵ１０は、バッテリー１５の電流が所定値以上でないと判断すると、ステップＳ２５へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２５において、クラッチ部２０を開放し、水止めを行うとともに、エコランを禁止する。さらに、パネル上の警告灯を点灯させてドライバーに異常を通知する。バッテリー１５の電圧が低下している状態では、クラッチ部２０の係合が緩むことにより、クラッチ板２１１が滑り、磨耗が進行するおそれがあるため、クラッチ部２０を開放し、エコランも中止する。ＥＣＵ１０はステップＳ２５の処理を終えると、ステップＳ２６へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２６において、エンジン１００のクランキングを開始する。すなわち、エンジン１００が始動する。ＥＣＵ１０はステップＳ２６の処理を終えるとステップＳ２７へ進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２７において、バッテリー１５の電圧が復帰したか否かを判断する。ステップＳ２６において、クランキングが開始されるため、オルタネータ１７の発電によりバッテリー１５の電圧が復帰する場合がある。ＥＣＵ１０はステップＳ２７において、ＹＥＳと判断する場合、すなわち、バッテリー１５の電圧が復帰した場合、ステップＳ２３へ進む。
　一方、ＥＣＵ１０はステップＳ２７において、ＮＯと判断する場合、すなわち、バッテリー１５の電圧が復帰していない場合、ステップＳ２８に進む。
　ＥＣＵ１０はステップＳ２８において、エンジンの始動後、所定時間経過したか否かを判断する。エンジン１００の始動後、所定時間経過した場合、エンジン１００の暖機が進行していることが考えられるため、冷却水を循環させるためにウォータポンプ２の運転を行うための制御へ進む。ＥＣＵ１０はステップＳ２８でＹＥＳと判断する場合、すなわち、エンジン１００の始動後、所定時間経過している場合、ステップＳ２３へ進む。
　ＥＣＵ１０は、ステップＳ２８において、ＮＯと判断する場合、すなわち、エンジン１００の始動後、所定時間が経過していない場合、再度、ステップＳ２７へ進む。従って、バッテリー１５の電圧が復帰しておらず、エンジン１００の始動後、所定時間経過していない場合、ステップＳ２７、ステップＳ２８の処理を繰り返す。
　以上の制御について、詳細に説明する。バッテリー１５の電圧が低下することにより、始動時にエンジン１００のスタータに電圧が印加され、大きな電力が消費されるため、コイル２７へ通電する電流が減少する。このため、クラッチ部２０の係合状態を維持することができず、クラッチ板２１１がプーリ２４に対して滑り、磨耗を進行させる場合がある。このようなコイル２７への通電が減少することによるクラッチ部２０の係合が維持できなくなる状態は、クラッチ板２１１が滑っているのか否かの判断が困難であり、クラッチ板２１１の磨耗限界を判断することを阻害する要因になる。このため、磨耗限界を超えてしまい、ウォータポンプ２を運転できなくなる場合や、逆に磨耗限界まで余裕があるのにもかかわらず、クラッチ部２０の係合、開放を停止してしまい、燃費向上の効果を損なう場合が発生する。本制御では、このようなコイル２７への通電が減少することにより、クラッチ板２１１が滑ることを防止する。これにより、クラッチ板２１１の磨耗限界の予測精度を向上し、ウォータポンプ２の運転不能を防ぐとともに、ウォータポンプ２の運転停止による暖機向上、及び燃費向上効果を得る。
　また、バッテリー１５の電圧が低下した状態では、エンジン１００の始動時におけるクラッチ部２０の係合をキャンセルし、エンジン１００の始動後、オルタネータ１７で発電し、バッテリー１５の電圧が復帰し安定した後、クラッチ部２０の係合を行う。この場合の利点として係合回数は増えるものの予測不能なクラッチ磨耗を防ぐことができる。
　同様に、バッテリー１５の劣化が考えられる場合も、バッテリー１５の電圧が低下しているため、クランキング時には、クラッチ板２１１を開放して、動作し、バッテリー１５の電圧が安定した後にクラッチ部２０の係合を行う。これにより、クラッチ板２１１の予測不能な磨耗を防止する。
　上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
　例えば、本実施の形態では、電磁式のクラッチについて説明したが、電磁式以外のクラッチでも同様の方針で同様の制御を実施することができる。
　１　制御装置
　２　ウォータポンプ
　２０　クラッチ部
　２１１　クラッチ板
　３　エンジン本体
　１０　ＥＣＵ
　１５　バッテリー
　１８　クランクシャフト
　１００　エンジン

Claims (8)

  1. 　エンジンのクランクシャフトの回転を前記エンジン内の冷却水を循環させるウォータポンプへ伝達するクラッチの制御装置であって、
    　前記エンジンの始動要求時に前記クラッチの係合または開放を決定する決定手段と、
    　前記エンジンのクランキング開始前に、前記クラッチを前記決定手段の決定結果に基づく係合状態とする制御手段と、
    を備えたことを特徴とするクラッチの制御装置。
  2. 　請求項１記載のクラッチの制御装置において、
    　前記決定手段は、前記エンジンの始動要求時における前記エンジンの暖機状態に基づき、前記クラッチの係合または開放を決定することを特徴とするクラッチの制御装置。
  3. 　請求項１または２記載のクラッチの制御装置において、
    　前記クラッチのクラッチ板の磨耗状態を推定する推定手段を備え、
    　前記推定手段により前記クラッチ板の磨耗量が所定値以上と判断されるとき、前記クラッチの開放を禁止することを特徴とするクラッチの制御装置。
  4. 　請求項３記載のクラッチの制御装置において、
    　前記エンジンの暖機時において前記クラッチの開放を禁止することを特徴とするクラッチの制御装置。
  5. 　請求項３または４記載のクラッチの制御装置において、
    　前記推定手段は前記クラッチの係合回数に基づいて、前記クラッチの磨耗量を推定することを特徴とするクラッチの制御装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項記載のクラッチの制御装置において、
    　前記クラッチのクラッチ板の磨耗状態を推定する推定手段と、
    　前記エンジンの自動停止、及び自動始動を行うシステムと、
    を備え、
    　前記推定手段により前記クラッチ板の磨耗量が所定値以上と判断されるとき、前記システムによる前記エンジンの自動停止、及び自動始動を禁止することを特徴とするクラッチの制御装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一項記載のクラッチの制御装置において、
    　前記エンジンの自動停止、及び自動始動を行うシステムと、
    　バッテリーの電圧状態に基づいて、前記エンジンの自動停止及び自動始動の実行可否を判断する判断手段と、
    を備えたことを特徴とするクラッチの制御装置。
  8. 　請求項１乃至６のいずれか一項記載のクラッチの制御装置において、
    　前記エンジンの自動停止、及び自動始動を行うシステムを有し、
    　前記システムによる前記エンジンの自動始動時にバッテリーの電圧が所定値以下の場合、前記エンジンのクランキング開始以前における前記クラッチの係合を禁止することを特徴とするクラッチの制御装置。
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