JP2004293508A - 冷却水の流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で駆動損失の少なく、キャピテーションの発生を抑制可能な冷却水の流量制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の回転により作動するウォータポンプ９から吐出され、エンジン１を介してウォータポンプ９へとつながる流路６、８、４を通ってウォータポンプ９へと循環される冷却水の流量制御装置で、ウォータポンプの吐出側９ｂに位置する流路４に、この流路の流路面積を調整する電磁弁１０を設け、この電磁弁１０を、エンジンの回転数の上昇に伴い流路面積を狭める方向に制御手段１１を用いて制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの回転により作動するウォータポンプからエンジンに供給される冷却水の流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水冷式のエンジンにおいては、エンジンの回転により作動するウォータポンプを用いてエンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させている。このようなエンジンから駆動力を得るウォータポンプの場合、エンジンの回転数の上昇とともに、自身の回転数も上昇してその吐出量が増える。エンジンの冷却性能は、一般に低速、高負荷時に、所望の冷却性能を得られるような吐出量を得られるポンプが選択されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、低速、高負荷時の冷却性能を考慮した吐出量を得られるウォータポンプを設定すると、エンジン高回転域においては、エンジン冷却に必要な吐出量を超えてしまい供給過多となる。これは、不要な冷却水を吐出する回転をポンプに行わせることになり駆動損失となってしまう。近年エンジンからの駆動力による作動ではなく、電動式のウォータポンプが採用される場合もある。この場合、駆動損失という課題は解消されるが、一般に電動ポンプの場合、エンジン駆動式のポンプと同等の吐出量を得るためにはポンプ容量が大きくなり、大型化を招くことになる。また、ポンプの大型化は取付けスペースを確保するという新たな課題を招くことになる。
ウォータポンプでは、その回転数が高回転になると、ポンプ吸込側の水圧が低下し、吸込負圧の増大により溶解空気が分離して気泡が生じてしまう。この気泡がポンプのタービンなどに衝突すると、所謂キャピテーションが発生する。このため、エンジンの冷却には、キャピテーションの発生を抑制することも重要な要素となる。
本発明は、小型で駆動損失の少なく、キャピテーションの発生を抑制可能な冷却水の流量制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる、エンジンの回転により作動するウォータポンプから吐出され、エンジンを介してウォータポンプへとつながる流路を通ってウォータポンプへと循環される冷却水の流量制御装置では、ウォータポンプの吐出側に位置する流路に、この流路の流路面積を調整する弁を設け、この弁をエンジンの回転数の上昇に伴い流路面積を狭める方向に制御手段を用いて制御すると、エンジン回転数の上昇に伴い、流路断面が狭くなってポンプ吐出側の流路抵抗が増大する。このため、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少し、ポンプの回転に伴う負荷が軽減されるので、駆動損失を低減することができる。また、ウォータポンプの吐出量が減少するので、ポンプ吸込側の吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
【０００５】
上記制御を行うにあたり、エンジンの回転数をエンジン回転数検出手段で検出し、制御手段で、エンジン回転数検出手段からの検出回転数と予め設定された所定のエンジン回転数とを比較し、検出回転数が所定のエンジン回転数以上の場合に流路面積を狭める方向に弁を制御すると、所定のエンジン回転数となると流路断面が狭くなってポンプ吐出側の流路抵抗が増大する。このため、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少し、ポンプの回転に伴う負荷が軽減されるので、駆動損失を低減することができる。また、ウォータポンプの吐出量が減少するので、ポンプ吸込側の吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
【０００６】
上記制御を行う場合、さらにエンジンの負荷情報を負荷情報検出手段で検出し、制御手段で、負荷情報検出手段からの負荷情報によりエンジン負荷の状態を判定し、このエンジン負荷の上昇に伴い所定のエンジン回転数を高くするように制御してもよい。エンジン負荷の増大にともない弁を狭める所定のエンジン回転数が高くなるので、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプの回転に伴う負荷がより軽減されるので、駆動損失をより低減することができる。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明にかかる、エンジンの回転により作動するウォータポンプから吐出され、エンジンを介してウォータポンプへとつながる流路を通ってウォータポンプへと循環される冷却水の流量制御装置では、ウォータポンプの吐出側に位置する流路に、この流路を流れる冷却水の流量の増大に伴い流路の面積を狭める流路調整手段を設け、ポンプ吐出量に相関するパラメータとなる吐出側に位置する流路の冷却水の流量変化からエンジン回転数の変化読み取り、冷却水の流量が増大すると、流路調整手段で流路断面が狭くされてポンプ吐出側の流路抵抗が増大する。このため、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少し、ポンプの回転に伴う負荷が軽減されるので、駆動損失を低減することができる。また、ウォータポンプの吐出量が減少するので、ポンプ吸込側の吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示す冷却水の流量制御装置は、エンジン１の回転により作動するウォータポンプ９と、このウォータポンプ９からエンジン１を介してウォータポンプ９へとつながる流路４，５，６，８を備え、これら流路を通ってウォータポンプ９へと冷却水が循環されるものである。エンジン１の内部には冷却水路２が形成され、この冷却水路２の一方にはエンジン１への冷却水の供給側となる流路４が、他方には排出側となる流路６がそれぞれ接続されている。流路４の一方には、サーモスタット３を介して流路８と流路５とがそれぞれ接続されている。サーモスタット３は、流路８からの冷却水を流路４または流路５へとその流れを変更するためのものである。流路５はサーモスタット３の作動時にエンジン１を回避して冷却水を流路６へと案内するバイパス流路である。流路６には、ラジエータ７の入水側が接続されている。ラジエータ７の排出側には流路８が接続されている。ラジエータ７の入水側には、圧力調整弁１５が設けられていて、ラジエータ７への送圧が一定圧となるように構成されている。
【０００９】
ウォータポンプ９は、その吸込側９ａがサーモスタット３側に配置され、吐出側９ｂがエンジン１の流入側に位置するように流路４に配設されている。このウォータポンプ９は、図示しないエンジンのクランク軸から図示しないプーリーとベルトまたはギア列、あるいはスプロケットとチェーン等の駆動伝達手段を介して、エンジンの回転が伝達されて作動する直動式のポンプであり、エンジン１の回転の上昇とともに自身の回転も上昇するように構成されている。
【００１０】
このような流路形態により、エンジン１が始動してウォータポンプ９が作動すると、図示しないポンプ内のタービンが回転して冷却水をエンジン１に向かって吐出する。吐出された冷却水は、流路４から冷却水路２を介して流路６、ラジエータ７へと送圧され、ここで走行風やファンの回転による送風により冷却される。冷却された冷却水は、流路８を通ってサーモスタット３まで給送される。そして、サーモスタットの状態に応じて、流路８及び流路５から流路４へ流入する冷却水の量がそれぞれ調整される。
【００１１】
次に本発明の主要部となる流量調整部の構成について説明する。ウォータポンプ９の吐出側に位置する流路４には、制御手段１１によってその動作を制御されることで、流路４の流路面積を調整する電磁弁１０が配置されている。電磁弁１０は、通常オフ状態とされ、この状態では低速、高負荷の場合でもあっても、所望の冷却性能が得られる冷却水の流量が確保できるように流路４の流路面積が確保し、オン状態なると流路４の流路面積を狭める方向に作用する流量調整弁として機能する。
【００１２】
制御手段１１は、ＣＰＵ及び各種メモリを備えた周知のコンピュータで構成されている。この制御手段１１には、エンジンの回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段としてクランク角センサ１２、エンジンの負荷θａを検出する負荷情報検出手段としてのアクセル開度センサ１４が接続されている。本形態において、負荷情報検出手段には、アクセル１３の開度を検出するアクセル開度センサ１４を用いているが、スロットル弁の開度や吸入空気量を検出する手段を負荷情報検出手段として用いても良い。
【００１３】
この制御手段１１は、エンジン１の回転数の上昇に流路面積を狭める方向に電磁弁１１の動作を制御する。すなわち、制御手段１１は、クランク角センサ１２からの検出回転数Ｎｅと図示しないメモリに予め設定された所定のエンジン回転数とを比較し、検出回転数が所定のエンジン回転数以上の場合に流路面積を狭める方向に電磁弁１１を制御すべくオンさせる。制御手段１１のメモリには、アクセル開度センサ１４からの負荷情報θａによりエンジン負荷の状態を判定し、エンジン負荷の上昇に伴い所定のエンジン回転数を高くするように制御するための、図３に示すマップ情報が記憶されている。すなわち、制御手段１１は、エンジン負荷に応じて電磁弁１１を作動（オン）させるエンジン回転数を変化するように制御している。
【００１４】
図２は、ウォータポンプ９の吐出量とウォータポンプ９の駆動仕事との関係を示す特性図である。一般にポンプ吐出量が上昇すると、軸出力も上昇する傾向にある。また、直動式のウォータポンプ９の場合、そのロータの回転数はエンジン回転数に比例し、吐出量はロータ回転数に略比例する関係にある。本願発明者は、図２に示す特性から、ポンプ吐出量を低減させることでウォータポンプ９の駆動仕事が低減することに着目し、ポンプ吐出量を低減させるべく、流量調整弁として機能する電磁弁１０を制御手段１１で制御する構成とした。
【００１５】
以下、図４に示すフローチャートに沿って、制御手段１１による制御の一形態を説明する。図４のステップＳ１では、各センサからの出力であるＮｅ、θａの取り込みを行い、ステップＳ２において、負荷情報θａに応じた切換え回転数Ｎｅ１を図３に示すマップから選択する。そしてステップＳ３において、検出回転数Ｎｅと切換え回転数Ｎｅ１とを比較し、検出回転数Ｎｅが切換え回転数Ｎｅ１以上の場合には、ステップＳ４に進んで電磁弁１１をオンし、検出回転数Ｎｅが切換え回転数Ｎｅ１を超えていない場合には、ステップＳ５に進んで電磁弁１１をオフする。
【００１６】
このように、所定のエンジン回転数以上の場合に電磁弁１１をオン状態とすると、流路４の流路面積が狭くなるのでポンプ吐出側の流路抵抗が増大する。このため、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少し、ウォータポンプ９の回転に伴う負荷が軽減される。よって、従来のウォータポンプ９の構成を使用でき、駆動損失を低減することができる。また、ウォータポンプ９の吐出量が減少するので、ポンプの吸込側９ａの吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。さらに、電磁弁１１をオンオンさせる切換え回転数Ｎｅ１をエンジン負荷情報θａによって変更する、すなわち、エンジン負荷の増大にともない電磁弁１１を狭める所定のエンジン回転数が高くなるように制御するので、高負荷時の冷却性能を維持しつつ低負荷高回転域時の駆動損失をより低減することができる。
【００１７】
図５は本発明の別な形態を示す、図５に示す冷却水の流量制御装置は、図１に示す冷却水の流量制御装置の電磁弁１１に換えて、流路調整手段２０をウォータポンプ９の吐出側９ｂに位置する流路４に設け、電子的な流量制御ではなく、メカニカルな流量制御にしたのであり、制御手段１１や各種センサも備えていない。これら以外の基本的な流路構成は図１の構成と同一であるので、ここではその生命は省略し、流路調整手段２０の構成と、その作用について説明する。
【００１８】
流路調整手段２０は、図５に示すよう、流路４に設けた拡大部２１の内部に、リターンスプリング２１によって初期位置を定めるストッパ２４に付勢されたボール弁２２を有する流量調整弁である。拡大部２１は、吐出側９ｂからエンジン１側に向かうに従い、その容積が減少するように形成されている。ストッパ２４は、リング形状であってり吐出側９ｂから吐出される冷却水をその下流側に流入可能としている。ボール弁２２は、流路４を流れる冷却水の流量が増大すると、リターンスプリング２３のばね力に抗して図中右方に移動して、流路４の流路面積を狭めるように移動する。すなわち、リターンスプリング２３のばね力は、通常はボール弁２２をストッパ２４に当接させ、エンジン回転数が上昇してウォータポンプ９からの吐出量が増大すると、それに伴い流路４の流路面積を狭くする右方に向かって移動するように調整されている。
【００１９】
このような構成によると、ウォータポンプ９の吐出量に相関するパラメータとなる吐出側９ｂに位置する流路４の冷却水の流量変化からエンジン回転数の変化読み取り、冷却水の流量が増大すると、それに伴い流路調整手段２０のボール弁２２が右方に移動して流路断面が狭くされるので、ウォータポンプ９の吐出側９ｂの流路抵抗が増大する。このため、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少し、ポンプの回転に伴う負荷が軽減されることになり、駆動損失を低減することができる。また、ウォータポンプ９の吐出量が減少するので、ポンプの吸込側９ａの吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
【００２０】
上記各形態において、電磁弁１１及び流利調整手段２０は、ウォータポンプ９の吐出側９ｂとエンジン１との間の流路４、すなわち、エンジン１に対する冷却水の供給路に設けたが、例えば、エンジン１からの排出側となる流路６に電磁弁１１及び流量調整手段２０を設ける形態であってもよいし、エンジン内部の冷却水路２内に設ける形態であっても良い。この場合、ラジエータ７の入水側には圧力調整弁１５が配置されているので、この定圧弁よりもエンジン側で、かつ流路６と流路５との分岐点よりエンジン側、すなわち冷給水の流れに対して上流側に配置するのが好ましい。
【００２１】
流量調整手段２０には、ボール弁方式を用いたがこれ以外の構成で合っても無論かまわない。たとえば、通常時においては、流路４の内壁に沿って位置し、流路４を流れる流量が増大すると、流路４の流路面積を狭めるべく流路４内に突出して流路抵抗を増大させる舌片状の弁を流路４内に配置し、流量調整手段としてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジン回転数が上昇に伴い、流路断面が狭くなってポンプ吐出側の流路抵抗が増大することで、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少して、ポンプの回転に伴う負荷が軽減されるので、駆動損失を低減することができるとともに、ポンプ吸込側の吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
本発明によれば、エンジン回転検出手段による検出回転数が所定のエンジン回転数となると、流路断面が狭くなってポンプ吐出側の流路抵抗が増大し、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少し、ポンプの回転に伴う負荷が軽減されるので、駆動損失を低減することができるとともに、ポンプ吸込側の吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
本発明によれば、エンジン負荷の増大にともない弁を狭める所定のエンジン回転数が高くなるので、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプの回転に伴う負荷がより軽減されるので、駆動損失をより低減することができる。
本発明によれば、ポンプ吐出側に位置する流路の冷却水の流量が増大すると、流路調整手段で流路断面が狭くされてポンプ吐出側の流路抵抗が増大され、低速、高負荷時の冷却性能を維持しつつ、ポンプ回転高速側でのポンプ吐出量が減少してポンプの回転に伴う負荷が軽減されるので、駆動損失を低減することができるとともに、ポンプ吸込側の吸込負圧が低減されて気泡の発生が少なくなり、キャピテーションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す冷却水の流量制御装置の全体構成図である。
【図２】ポンプ吐出量とポンプ駆動仕事との関係を示す特性線図である。
【図３】エンジン負荷と所定のエンジン回転数の変化特性を示す線図である。
【図４】本発明にかかる制御手段による制御の一形成を示すフローチャートである。
【図５】本発明の別な実施の形態を示す冷却水の流量制御装置の全体構成図である。
【図６】流路調整手段の一形態を示す拡大図である。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 吐出側に位置する流路
６，８ 流路
９ ウォータポンプ
９ｂ 吐出側
１０ 電磁弁
１１ 制御手段
１２ エンジン回転数検出手段
１４ 負荷情報検出手段
２０ 流路調整手段

Claims (4)

1. エンジンの回転により作動するウォータポンプから吐出され、前記エンジンを介して前記ウォータポンプへとつながる流路を通って前記ウォータポンプへと循環される冷却水の流量制御装置であって、
   前記ウォータポンプの吐出側に位置する流路に設けられ、前記流路の流路面積を調整する弁と、
   前記エンジンの回転数の上昇に伴い前記流路面積を狭める方向に前記弁を制御する制御手段とを有することを特徴とする冷却水の流量制御装置。
2. 請求項１記載の冷却水の流量制御装置において、
   前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記エンジン回転数検出手段からの検出回転数と予め設定された所定のエンジン回転数とを比較し、検出回転数が所定のエンジン回転数以上の場合に前記流路面積を狭める方向に前記弁を制御することを特徴とする冷却水の流量制御装置。
3. 請求項２記載の冷却水の流量制御装置において、
   前記エンジンの負荷情報を検出する負荷情報検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記負荷情報検出手段からの負荷情報によりエンジン負荷の状態を判定し、前記エンジン負荷の上昇に伴い前記所定のエンジン回転数を高くすることを特徴とする冷却水の流量制御装置。
4. エンジンの回転により作動するウォータポンプから吐出され、前記エンジンを介して前記ウォータポンプへとつながる流路を通って前記ウォータポンプへと循環される冷却水の流量制御装置であって、
   前記ウォータポンプの吐出側に位置する流路に設けられ、この流路を流れる冷却水の流量の増大に伴い前記流路の流路面積を狭める流路調整手段を有することを特徴とする冷却水の流量制御装置。

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