JP4002119B2 - Water-cooled engine cooling device and control method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水冷式エンジン冷却装置に関し、さらに詳しくは、エンジンに冷却水を循環させるポンプを電動化した水冷式エンジン冷却装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水冷式エンジンの冷却装置としては、エンジンの回転数に比例してウォータポンプを駆動させて冷却水をシリンダヘッド及びシリンダブロックに循環させるようにしたものがある。しかし、このような方式の冷却装置では、上記したようにエンジンの回転数に冷却水の流量が比例しているため、例えば冬場において不必要にエンジンに冷却水を循環させ過ぎたり、高速走行時おいて不必要な流量の冷却水を余分に循環させているという問題点がある。このため、従来のウォータポンプを用いた水冷式エンジン冷却装置では、冷却水の余分な放熱が生じて暖機が遅れ、動力ロスがかなり大きいという問題点がある。さらに、エンジンの回転数のみが冷却水の流量を決めているため、高水温制御などを実施することができないという問題点がある。
【０００３】
このような動力ロスの低減を図った技術として、特開２０００−４５７７４号公報に開示された冷却装置が知られている。この冷却装置では、ウォータポンプを電動化し、エンジンの冷却水出口側の冷却水温度と冷却水入口側の冷却水温度との差が所定温度差となるように制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、冷却装置ではウォータポンプにより循環水量が変化すると、ラジエータのヘッダ間に配置された多数のチューブ内を流通する冷却水は流速に応じて層流状態や乱流状態となる。例えば、チューブ内の冷却水の流速が低下して所定の流速以下になると、冷却水が層流状態となりラジエータでの冷却効率が低下して冷やしきれず、ラジエータファンの動力の増大を余儀なくされるという問題点がある。また、チューブ内の冷却水の流速が速くなって乱流状態となった場合には、さらに流速が増加しても冷却効率の増加が見込めず、やはり冷却に必要な動力が増大するという問題点がある。これらの問題点は、上記した後者の冷却装置においても同様である。すなわち、この従来の冷却装置では、ウォータポンプを電動化し、エンジンの冷却水出口側の冷却水温度と冷却水入口側の冷却水温度との差が所定温度差となるように制御を行っても、ラジエータのチューブ内の冷却水の流速は制御できない。このため、冷却水が層流状態となった場合は、ラジエータでの冷却効率が低下して冷却水を冷やしきれず、ラジエータファンの動力の増大が必要となる。逆に、冷却水の流速が増加して乱流状態となった場合には、電動ポンプの稼働を増加させても、稼働増加に見合った冷却効率が得られず、さらに電動ポンプの稼働が過ぎると、チューブのエロージョンが発生して使用が不可となるという問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする目的は、冷却水を循環させるポンプ動力を抑制しつつファンの無駄な稼働を防止するとともに、冷却水の余分な放熱を防止してエンジンの暖機を早め、燃費向上が図れる水冷式エンジンの冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、水冷式エンジンから流出する冷却水をヘッダ間に配置されたチューブに流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器と、前記チューブに送風を行うファンを備える回転駆動モータと、前記水冷式エンジンに独立して駆動されて前記水冷式エンジンと前記熱交換器とに冷却水を循環させるポンプと、前記水冷式エンジン内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御する制御装置と、を備える水冷式エンジン冷却装置であって、前記制御装置は、前記温度検出手段による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記熱交換器の前記チューブ内を流通する冷却水の流動状態が、層流域と乱流域との間の遷移域、及びこの遷移域に近接する前記乱流域の範囲に入ると共に、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプの駆動を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータの動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、水冷式エンジンから流出する冷却水をヘッダ間に配置されたチューブに流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器と、前記チューブに送風を行うファンを備える回転駆動モータと、前記水冷式エンジンに独立して駆動されて前記水冷式エンジンと前記熱交換器とに冷却水を循環させるポンプと、前記水冷式エンジン内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御する制御装置と、を備える水冷式エンジン冷却装置であって、前記制御装置は、前記温度検出手段による検出温度が所定目標温度以上のときに、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプの駆動を制御すると共に、前記冷却水の予め定められた流量において、前記熱交換器の前記チューブ内を流通する冷却水の流動状態が、層流域と乱流域との間の遷移域、またはこの遷移域に近接する前記乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に入るように、前記熱交換器が構成され、前記制御装置は、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータの動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、水冷式エンジンから流出する冷却水をヘッダ間に配置されたチューブに流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器と、前記チューブに送風を行うファンを備える回転駆動モータと、前記水冷式エンジンに独立して駆動されて前記水冷式エンジンと前記熱交換器とに冷却水を循環させるポンプと、前記水冷式エンジン内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御する制御装置と、を備える水冷式エンジン冷却装置であって、前記制御装置は、前記温度検出手段による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記熱交換器の前記チューブ内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に入ると共に、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプの駆動を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータの動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、水冷式エンジンから流出する冷却水をヘッダ間に配置されたチューブに流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器と、前記チューブに送風を行うファンを備える回転駆動モータと、前記水冷式エンジンに独立して駆動されて前記水冷式エンジンと前記熱交換器とに冷却水を循環させるポンプと、前記水冷式エンジン内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御する制御装置と、を備える水冷式エンジン冷却装置であって、前記制御装置は、前記温度検出手段による検出温度が所定目標温度以上のときに、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプの駆動を制御すると共に、前記冷却水の予め定められた流量において、前記熱交換器の前記チューブ内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に入るように、前記熱交換器が構成され、前記制御装置は、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータの動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置であって、前記水冷式エンジンは、シリンダヘッドを冷却するシリンダヘッド側通路と、該シリンダヘッド側通路と連通する、シリンダブロックを冷却するシリンダブロック側通路とを備え、冷却水が前記シリンダヘッド側通路から導入されると共に前記シリンダブロック側通路から導出されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置であって、前記ポンプは、流量調節可能な電動ポンプであることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置であって、前記冷却水は、前記シリンダヘッド側通路に８０〜９５℃の状態で導入され、前記シリンダブロック側通路から１００〜１１５℃の状態で導出されることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置であって、前記水冷式エンジンで暖められた冷却水を空気調和装置のヒータコアに流通させると共に、前記ヒータコアから導出される冷却水を前記ポンプの上流側に合流させる空調用迂回通路を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の水冷式エンジン冷却装置であって、前記ヒータコアの上流側の前記空調用迂回通路には、冷却水の流通量を制御できる可変バルブが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、水冷式エンジンから流出する冷却水をヘッダ間に配置されたチューブに流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器と、前記チューブに送風を行うファンを備える回転駆動モータと、前記チューブに送風を行う送風機と、前記水冷式エンジンに独立して駆動されて前記水冷式エンジンと前記熱交換器とに冷却水を循環させるポンプと、前記水冷式エンジン内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ポンプの駆動及び回転駆動モータの回転数を制御する制御装置と、を備える水冷式エンジン冷却装置の制御方法であって、前記温度検出手段による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記制御装置が、前記熱交換器の前記チューブ内を流通する冷却水の流動状態が層流域と乱流域との間の遷移域及びこの遷移域に近接する前記乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に入る予め定められた流量で冷却水を循環させるように前記ポンプによる冷却水流量を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータの動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項１１記載の発明は、水冷式エンジンから流出する冷却水をヘッダ間に配置されたチューブに流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器と、前記チューブに送風を行うファンを備える回転駆動モータと、前記チューブに送風を行う送風機と、前記水冷式エンジンに独立して駆動されて前記水冷式エンジンと前記熱交換器とに冷却水を循環させるポンプと、前記水冷式エンジン内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ポンプの駆動及び回転駆動モータの回転数を制御する制御装置と、を備える水冷式エンジン冷却装置の制御方法であって、前記温度検出手段による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記制御装置が、前記熱交換器の前記チューブ内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に入る予め定められた流量で冷却水を循環させるように前記ポンプによる冷却水流量を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータの動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、水冷式エンジンに冷却水を循環させるポンプが水冷式エンジンに独立して駆動されるため、エンジンの回転数に比例することなくポンプを駆動させることができ、例えば冬場や高速走行時などに冷却水を余分に流通させることがない。このため、水温コントロールが容易になり、高温水制御が行えるという効果がある。また、請求項１記載の発明によれば、所定目標温度以上のときに、冷却水の状態が層流域と乱流域との間の遷移域、及びこの遷移域に近接する乱流域の範囲に予め設定された循環流量に制御されるため、冷却装置の動力ロスを低減でき、燃費を向上させるという効果がある。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、水冷式エンジンに冷却水を循環させるポンプが水冷式エンジンに独立して駆動されるため、エンジンの回転数に比例することなくポンプを駆動させることができ、例えば冬場や高速走行時などに冷却水を余分に流通させることがない。このため、水温コントロールが容易になり、高温水制御が行えるという効果がある。また、請求項２記載の発明によれば、所定目標温度以上のときに、予め設定された流量において、熱交換器のチューブ内を流通する冷却水の状態が、層流域と乱流域との間の遷移域及びこの遷移域に近接する乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲となるように熱交換器が構成されるため、冷却装置の動力ロスを低減でき、燃費を向上させるという効果がある。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、所定目標温度以上のときに、冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００になるように設定されているため、冷却水の状態が層流域と乱流域との間の遷移域、及びこの遷移域に近接する乱流域の範囲に入り、冷却装置の動力ロスを低減でき、燃費を向上させるという効果がある。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、所定目標温度以上のときに、予め設定された流量において、熱交換器のチューブ内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００となるように熱交換器が構成されているため、冷却水の状態が、層流域と乱流域との間の遷移域及びこの遷移域に近接する乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に入り、冷却装置の動力ロスを低減でき、燃費を向上させるという効果がある。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜請求項４に記載された発明の効果に加えて、熱交換器で冷却された冷却水がシリンダヘッドから導入されてシリンダブロックから導出されるため、シリンダヘッド部分は水温が低く高負荷時のノッキングを防止できると共に、シリンダブロック部分はシリンダヘッド部分より水温が上昇するため、油温を上昇させることができフリクションロスを低減させ燃費を良くする効果がある。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、ポンプを電動ポンプとしたことにより、冷却水の流量制御が容易となり、応答性の高い制御が可能となる。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、シリンダヘッドに導入される冷却水の温度を８０〜９５℃とすることにより、確実にノッキングを防止できるという効果がある。また、シリンダブロックから導出される冷却水の温度を１００〜１１５℃とすることにより、高水温制御を行うことができ、フリクションロスを低減する効果がある。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、シリンダブロックから導出される温度安定性を有する高温冷却水をヒータコアに循環させることにより、空気調和装置の温度安定性を高めて、質の高い空気調和を行うことが可能となる。
【００２５】
請求項９記載の発明によれば、ヒータコアの上流側の空調用迂回通路に可変バルブを設けることで、ヒータコアでの熱交換量を可変バルブで制御することが可能となり、空気調和装置の小型化を実現することができる。
【００２６】
請求項１０記載の発明によれば、所定目標温度以上のときに、冷却水の状態が、層流域と乱流域との間の遷移域及びこの遷移域に近接する乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に予め設定された循環流量に制御されるため、冷却装置の動力ロスを低減でき、燃費を向上させるという効果がある。
【００２７】
請求項１１記載の発明によれば、所定目標温度以上のときに、冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００になるように設定されているため、冷却水の状態が層流域と乱流域との間の遷移域、またはこの遷移域に近接する乱流域の範囲に入るように制御できる。このため、冷却水を余分に流すことを防止でき、冷却装置の動力ロスを低減して燃費を向上させるという効果がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水冷式エンジン冷却装置の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１及び図２は、本発明に係る水冷式エンジンの冷却装置の実施形態１を示す説明図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の冷却装置１は、水冷式エンジン（以下、単にエンジンという。）２から冷却水回路（冷却水流通管）３を介して流出する冷却水を冷却水をヘッダ４、５間に配置されたチューブ６に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器としてのラジエータ７と、エンジン２に対して独立して駆動されてこのエンジン２とラジエータ７とに冷却水を循環させる電動ポンプ８と、エンジン２内の冷却水温度を検出する温度検出手段としての温度センサ９と、途中に上記電動ポンプ８が介在されてラジエータ７からエンジン２へ冷却水を流通させる冷却水回路１０と、ラジエータ７のチューブ６に送風を行うファン１１を備える回転駆動モータ１２と、上記冷却水回路３の途中に介在されてエンジン２からラジエータ６へ向けて送出させる冷却水量と冷却水温度に応じて電動ポンプ８の吸入側へバイパス回路１３を介して迂回させる冷却水量との配分を電気制御可能なサーモスタット（バルブ）１４と、温度センサ９で検出された検出値に基づいてサーモスタット１４および電動ポンプ８の駆動出力、回転駆動モータ１２の回転数を制御する制御装置１５とを備えて大略構成されている。
【００３０】
本実施形態では、エンジン２におけるシリンダヘッド２１とシリンダブロック２２とに連通する冷却水流通路２３が形成されている。この冷却水流通路２３のシリンダヘッド２１側の端部には、上記した冷却水回路１０が連通するように接続されている。一方、冷却水流通路２３のシリンダブロック２２側の端部には、上記した冷却水回路３が連通するように接続されている。すなわち、本実施形態では、電動ポンプ８により送出される冷却水は、シリンダヘッド２１側から入ってシリンダブロック２２側から出るように設定されている。
【００３１】
ラジエータ７は、例えば上下に離間して配置されるヘッダ４、５とこれらヘッダ４、５間に互いに平行をなすように配置された多数のチューブ６とを備えた、所謂縦流れと称される構造のものを用いているが、所謂横流れと称される構造のラジエータを用いてもよい。なお、チューブ６は、熱交換用のプレートフィンやコルゲーテッドフィンなどを適宜備えている。本実施形態では、上側のヘッダ４に、シリンダブロック２２側の冷却水流通路２３の端部に接続された冷却水回路３が接続されている。本実施形態においては、この冷却水回路３の途中に介在されたサーモスタット１４で、例えば冷却水が１００℃以上のときシリンダブロック２２側とヘッダ４とを繋ぐ冷却水回路３を少しずつ開き、１０５℃以上では、バイパス回路を完全に閉じて冷却水回路３を全開とする。ように設定され、１００℃未満では冷却水回路３を閉じ且つバイパス回路１３へ冷却水を流すように設定されている。尚、サーモスタット１４は、ヘッダ５とエンジン２とを繋ぐ冷却水回路１０の途中に配置され、例えば冷却水が１００℃以上のときに冷却水回路１０を開き、１００℃未満のときに、冷却水回路１０閉とし且つバイパス回路１３から冷却水をエンジン２に導くように設定してもよい。
【００３２】
また、ラジエータ７のチューブ６に送風を行うファン１１が取り付けられた回転駆動モータ１２は、制御装置１５に接続されており、制御装置１５からの回転数制御信号Ｓｒに基づいてその回転数が制御されるようになっている。
【００３３】
電動ポンプ８は、制御装置１５からの流速制御信号Ｓｖに基づいて冷却水の流速を変化させ得るようになっている。
【００３４】
温度センサ９は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３における終端部近傍の温度検出を行い得るように配置されている。なお、本実施形態では、温度センサ９の検出端部をシリンダブロック２２内に挿入配置しているが、冷却水流通路２３の出口付近の温度検出を行うようにしてもよい。
【００３５】
本実施形態においては、電動ポンプ８で発生させる流速、特にラジエータ７の管内流速と、ファン１１の回転駆動モータ１２の回転数とを制御するものであるが、高負荷時のラジエータ７内の管内を流通する冷却水の特性を特定することにより、動力ロスの低減を図るものであり、大幅な燃費向上を達成することを可能にしている。
【００３６】
ここで、本実施形態の水冷式エンジンの冷却装置１の制御・動作の説明に先駆けて、ラジエータ７における水側レイノルズ数とファン風速と冷却に必要な動力との関係について図３を用いて説明する。
【００３７】
図３に示すグラフは、コア部（放熱部）の横寸法が６９１．５ｍｍ、縦寸法が３６０ｍｍ、奥行き寸法が１６ｍｍにおいて、一般的な縦流れラジエータにおける高負荷時（冷却水温度が１００℃に達してラジエータ７に冷却水が流通している状態）の冷却に必要な動力を示す図である。同図において、横軸がラジエータ７の水側レイノルズ数とファン風速（ｍ／秒）であり、縦軸が冷却に必要な動力（Ｗ）を示している。同図に示すように、ラジエータ７の水側レイノルズ数が増加すると、これに伴い電動ポンプ８の動力も増加する。そして、ファン風速が増加すると、これに伴いファン動力、すなわち回転駆動モータ１２の動力は増加する。これらポンプ動力とファン動力との和、すなわち冷却に必要な動力は、同図に示すように水側レイノルズ数が１８００〜６０００のときに低くなっている。
【００３８】
このように冷却に必要な動力が低くなっている領域は、ラジエータ７のチューブ６内を流通する冷却水の流動状態が層流と乱流との遷移域と、この遷移域寄りの乱流域とに亙っている。このようなラジエータでは、高負荷時にレイノルズ数が１８００〜６０００領域にあるように電動ポンプ８を制御し、ファン１１を２．８〜３．３ｍ／秒に風速領域にあるように制御することで、冷却に必要な動力を低く抑えることができ、このとき最も燃費が良くなることを現している。
【００３９】
因に、ラジエータ７の性能においては、チューブ６の外側に形成するフィンの性能改善及び風量の増加が性能向上のポイントとなるが、冷却水の水側レイノルズ数が低下して乱流でなくなったときに、極端に冷却水の冷却性能が低下するため、出来るだけ乱流で使用することが重要となる。
【００４０】
ここで、エネルギーの視点から冷却に最適な設計について説明する。ラジエータによるエンジン冷却において、冷却水温度、ファン風量などのバランスが最も適しているかどうかを、冷却に必要なエネルギーを計算することにより検証する。
【００４１】
（ラジエータ単体での水量、風量の寄与率）
ラジエータの放熱量は、下記の式によって求められる。
【００４２】
【数１】
Ｑ＝κＡ△Ｔ
但し、Ｑ：ラジエータ放熱量（Ｗ）、κ：ラジエータ熱通過率（Ｗ／ｍｍ２Ｋ）なお、Ｋ値はラジエータ性能を代用して表示しており、下記要素によって決定される。
【００４３】
【数２】
１／κ＝１／（αｗ・Ａｗ／Ａ）＋ｄ／（λｔ・Ａｗ／Ａ）＋１／αａ・ηａ
【数３】
１／κ＝１１（％）＋０．１（％）＋８８．９（％）
なお、図４に示すように、λｔはチューブ伝導率（Ｗ／ｍＫ）、αａは空気側熱伝達率（Ｗ／ｍ２Ｋ）、αｗは水側熱伝達率、ηａはフィン総合効率（％）、Ａｗは水側放熱面積（ｍｍ２）、Ａは空気側放熱面積（ｍｍ２）、ｄはチューブ板厚（ｍｍ）である。また、数式３は、数式２における各項の寄与率を表し、算出に当たっては、コア部（放熱部）の横寸法が６９１．５ｍｍ、縦寸法が３６０ｍｍ、奥行き寸法が１６ｍｍの縦流れラジエータで、図８に示すようなチューブを７６本備えたものを用い、流量４０リットル／秒（レイノルズ数３５００）、風速３ｍ／秒の条件で行った。
【００４４】
このようなＫ値と水側レイノルズ数との関係を図５のグラフに示す。この図５には、水側レイノルズ数に伴って変わる冷却水の流動状態を合わせ示している。図５から、上記した図３において冷却に必要な動力が低くなっている領域、すなわちチューブ内の冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の領域は、ラジエータ７のチューブ６内を流通する冷却水の流動状態が層流と乱流との遷移域と、この遷移域寄りの乱流域とに亙っていることが判る。この状態における水と空気側の性能に対する寄与率は上記数式３のように、水側（１１％）より空気側（８８．９％）の方が大きい。よって、必要放熱量が増加した場合は水量は固定して（空気側）ファンの風量を増加させた方が省動力でエンジンを冷却できる。このように冷却に必要な動力を最適にする範囲における冷却水のレイノルズ数が決定されることにより、様々な形態のラジエータにおける最適な制御が可能となる。なお、各種ラジエータにおいて、冷却水は管内を流通するため、あらゆる形態のラジエータを含む（水冷式エンジンの）冷却装置に、本発明を適用することが可能となる。
【００４５】
すなわち、レイノルズ数Ｒｅは、管の通水断面積をねれ縁長さ（内周長）で割った値に４を掛けた相当直径をＤａ、冷却水の質量速度をＧ、粘性係数をμとすれば、ＤａＧ／μ（相当直径×質量速度／粘性係数）で表され、このレイノルズ数Ｒｅが同じであれば、流れは力学的に相似になり、熱伝導率が等しくなる。よって、各種のラジエータ７を流通する冷却水のレイノルズ数が、上記したように１８００〜６０００の範囲に入るように制御することにより、エンジン２の冷却に必要な動力（ポンプ動力とファン動力との和）を最も低くすることが可能となる。この結果、動力負担を軽減でき、エンジンの燃費を大幅に向上することが可能となる。
【００４６】
（ラジエータ冷却のための最適エネルギーバランス）
次に、上記ラジエータ７と同様に、コア部（放熱部）の横寸法が６９１．５ｍｍ、縦寸法が３６０ｍｍ、奥行き寸法が１６ｍｍの構造を有する縦流れラジエータを用いて、ラジエータ性能（ラジエータ放熱量Ｑ）と風量（風速Ｖａ）と冷却水流量（Ｇｗ）との関係を図６のグラフに示す。縦軸はラジエータ放熱量であり、横軸は風速を示している。また、下表１は、同一ラジエータで同一性能（ラジエータ放熱量（Ｑ））を出すための、風速（Ｖａ）と、冷却水流量（Ｇｗ）との組み合わせを示している。このように、同一のラジエータ放熱流量３．４×１０４Ｗを出すための、風速と冷却水流量との組み合わせを適宜選択することが可能である。
【００４７】
【表１】

Figure 0004002119
（冷却に必要なエネルギー量）
次に、空気側、冷却水側共に下記式４で表される理論動力を使用して、必要エネルギーの比較をすると、下表２のような結果となる。
【００４８】
【数４】
Ｐ＝ρｇＱＨ
但し、Ｐ：動力（Ｗ）、ρ：流体密度（ｋｇ／ｍ３）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２）Ｑ：流量（ｍ３／ｓ）、Ｈ：圧力差（ｍ）
【表２】
Figure 0004002119
上記表２では、必要動力合計が２８０Ｗで最小となり、そのときのレイノルズ数２６００は、上記した冷却に必要な動力を最小にするレイノルズ数の範囲（１８００〜６０００）に入っていることが確認できる。
【００４９】
ところで、ラジエータの性能に対し空気側の寄与率は大きいが、水側の寄与率は小さい。このため、エネルギー量的には、冷却水の流量を少なくして、風量を大きくした方が、エンジン冷却に必要な動力は少なくてすむ。ただし、冷却水が層流域まで流量が少なくなると、水側の性能が極端に悪化して好ましくない。
【００５０】
（実施形態１の制御方法）
このような構成の水冷式エンジンの冷却装置１の制御方法・動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態では、制御装置１５に備えられた図示しないメモリ部に図３に示す最適な範囲の管内流速に対応した電動ポンプ８の出力データと、ファン風速に対応した回転駆動モータ１２の出力データとが格納されており、これらの出力データは、検出温度の変化に伴い随時読み出されるようになっている。
【００５１】
車両のエンジン２が始動すると、電動ポンプ８が１０Ｌ／分程度の低流量で稼働を開始する。本実施形態では、冷却水がシリンダヘッド２１、シリンダブロック２２の順で冷却水流通路２３を流れる。これに伴い温度センサ９は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の温度の検出を開始する（ステップＳ７１）。サーモスタット１４では、流通する冷却水の温度が１０５℃に達するまでは、図２に示すように、冷却水をバイパス回路１３へ流してラジエータ７を迂回するように循環させる。
【００５２】
エンジン２の稼働に伴い、シリンダブロック２３から出る冷却水の温度が１００℃まで上昇すると、サーモスタット１４は、少しずつ開き、１０５℃以上では、図１に示すように、バイパス回路１３を閉じて冷却水回路３を開きラジエータ７のヘッダ４側へ冷却水を流通させる。ヘッダ４から取り入れられた冷却水は、チューブ６を通ってヘッダ５に達する。
【００５３】
このとき、温度センサ９での検出温度が所定の目標温度である１０５℃に達していない場合は、回転駆動モータ１２は稼働されておらず、ファン１１は回転していない状態にあり、チューブ６を通過する冷却水は走行外気との熱交換を行うのみである。ヘッダ５から出た冷却水は、電動ポンプ８を経て冷却水回路１０を介してシリンダヘッド２１の冷却水流通路２３に送出される。シリンダヘッド２１から導入された冷却水は、シリンダヘッド２１を冷やした後、シリンダブロック２２を冷やして冷却水回路３に導出されて、上記経路を循環される。
【００５４】
次に、温度センサ９での検出値に基づいて、制御装置１５では冷却水温度が１０５℃より高いか否かの判定を行う（ステップＳ７２）。この結果、冷却水温度が１０５℃より高いと判定された場合は、ファン１１が回転駆動されているか判定する（ステップＳ７３）。ファン１１が回転駆動されている場合、制御装置１５では、ファン１１の風量を大きくして冷却水温度が１０５℃になるように、回転駆動モータ１２へ回転数制御信号Ｓｒを出力する。これに伴って、回転駆動モータ１２の回転速度は速くなり、ファン１１の風量が適宜増加する（ステップＳ７４）。その後は、温度センサ９にて温度検出を続ける（ステップＳ７１）。なお、このときシリンダヘッド２１へ供給される冷却水の温度は、例えば約８５℃となるように設定されている。
【００５５】
一方、ファン１１が回転駆動されていない場合、ラジエータ７のチューブ６の水側レイノルズ数が２６００であるか判定する（ステップＳ７５）。
【００５６】
ステップＳ７５において、水側レイノルズ数が２６００である場合は、ステップ７４の制御を行う。また、ステップＳ７５において、水側レイノルズ数が２６００でない場合、制御装置１５は電動ポンプ８へ流速制御信号Ｓｖを出力して、水側レイノルズ数が２６００となるように制御し（ステップＳ７６）、ステップＳ７１の温度検出を続ける。
【００５７】
ところで、ステップＳ７２の温度判定において、冷却水温度が１０５℃以下であると判定された場合、ファン１１が回転駆動されているか判定する（ステップＳ７７）。ここで、ファン１１が回転駆動されている場合、制御装置１５は、回転駆動モータ１２へ回転数制御信号Ｓｒを出力して、冷却水の検出温度が１０５℃になるように、ファン１１の回転を抑えるように制御し（ステップＳ７８）、冷却水の温度検出を続ける（ステップＳ７１）。
【００５８】
また、ステップＳ７７において、ファン１１が回転駆動されていないと判定された場合、電動ポンプ８を１０Ｌ／分の流量を保ったまま稼働を継続し（ステップＳ７９）、冷却水温度の検出を継続する。
【００５９】
このような制御を行うことにより、温度センサ９による検出温度が所定目標温度である１０５℃以上のときに、ラジエータ７のチューブ６内を流通する冷却水の流動状態が、図５に示すように層流域と乱流域との間の遷移域及びこの遷移域に近接する乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に入る予め定められた流量で循環するよう電動ポンプ８の駆動を行うことができる。
【００６０】
本実施形態では、エンジンに高負荷がかかる状態において、電動ポンプ８による低流量化による動力ロスの低減が図れると共に、この低流量化によるラジエータ７の出入口温度差とシリンダヘッド２１から冷却水を流す流路の改善により、シリンダヘッド２１ではノッキングを防止するために低水温（約８５℃）とし、シリンダブロック２２はオイルなどのフリクションロスを低減するための高水温（約１０５℃）に制御できる。また、電動ポンプ８を用いることにより、冷却水の流量を最適量に応答性よく制御できるため、動力ロスを低減することができる。
【００６１】
このような制御を行う冷却装置１を車両に適用すると、電動ポンプによる低流量化を図るだけで、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行において、軽自動車で約９％、１．８Ｌクラスの排気量の自動車で約２％の燃費向上を図ることができる。また、シリンダ部分の高水温化により、６０ｋｍ／ｈ定速走行において、軽自動車で約１％、１．８Ｌクラスの排気量の自動車で約３％の燃費向上を図ることが可能となる。
【００６２】
（実施形態２）
図９は、本発明に係る水冷式エンジンの冷却装置の実施形態２を示す説明図である。本実施形態の冷却装置は、シリンダブロックから導出される温水を空気調和装置のヒータコアに循環させる構成を有する。なお、本実施形態２の冷却装置において、上記した実施形態１の冷却装置１と同一部分には同一の符号付して説明する。
【００６３】
図９に示すように、本実施形態２の冷却装置１は、エンジン２から冷却水回路３を介して流出する冷却水を冷却水をヘッダ４、５間に配置されたチューブ６に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器としてのラジエータ７と、エンジン２に対して独立して駆動されてこのエンジン２とラジエータ７とに冷却水を循環させる電動ポンプ８と、エンジン２内の冷却水温度を検出する温度検出手段としての温度センサ９と、途中に上記電動ポンプ８が介在されてラジエータ７からエンジン２へ冷却水を流通させる冷却水回路１０と、ラジエータ７のチューブ６に送風を行うファン１１を備える回転駆動モータ１２と、上記冷却水回路３の途中に介在されてエンジン２からラジエータ６へ向けて送出させる冷却水を冷却水温度に応じて電動ポンプ８の吸入側へバイパス回路１３へ配分して流して迂回させるサーモスタット（バルブ）１４と、温度センサ９で検出された検出値に基づいて電動ポンプ８の駆動出力及び回転駆動モータ１２の回転数を制御する制御装置１５とを備えてなり、加えてエンジン２側から導出される温水流通路２４の途中に介在された空気調和装置２５のヒータコア２６が配置されている構成となっている。
【００６４】
本実施形態２では、エンジン２におけるシリンダヘッド２１とシリンダブロック２２とに連通する冷却水流通路２３が形成されている。この冷却水流通路２３のシリンダヘッド２１側の端部には、上記した冷却水回路１０が連通するように接続されている。
【００６５】
また、シリンダブロック２２に形成された冷却水流通路２３は、分岐して、電動ポンプ８の上流側の冷却水回路１０に接続、連通される温水流通路２４が接続されている。この温水流通路２４の途中には、上記したようにヒータコア２６が介在されており、ヒータコア２６内を温水（エンジン冷却水）が通過するようになっている。そして、ヒータコア２６の上流側の温水流通路２４には、温水の流量の調節を行う電磁弁２７が介在されている。この電磁弁２７は、空気調和装置２５の制御系により、適宜開閉または開度調節されるようになっている。
【００６６】
一方、冷却水流通路２３のシリンダブロック２２側の端部には、上記した冷却水回路３が連通するように接続されている。すなわち、本実施形態においても、電動ポンプ８により送出される冷却水は、シリンダヘッド２１側から入ってシリンダブロック２２側から出るように設定されている。
【００６７】
ラジエータ７は、例えば上下に離間して配置されるヘッダ４、５とこれらヘッダ４、５間に互いに平行をなすように配置された多数のチューブ６とを備えた、所謂縦流れと称される構造のものを用いている。本実施形態では、上側のヘッダ４に、シリンダブロック２２側の冷却水流通路２３の端部に接続された冷却水回路３が接続されている。本実施形態においては、この冷却水回路３の途中に介在されたサーモスタット１４で例えば１００℃以上でシリンダブロック２２側とヘッダ４とを繋ぐ冷却水回路３を少しずつ開き、１０５℃以上では、バイパス回路を完全に閉じて、冷却水回路３を全開とするように設定され、１００℃未満で冷却水回路３を閉じ且つバイパス回路１３へ冷却水を流すように設定されている。
【００６８】
また、ラジエータ７のチューブ６に送風を行うファン１１が取り付けられた回転駆動モータ１２は、制御装置１５に接続されており、制御装置１５からの回転数制御信号Ｓｒに基づいてその回転数が制御されるようになっている。なお、制御装置１５では、上記実施形態１と同様に、シリンダブロック２２から導出される冷却水の温度が１０５℃になるように制御を行うように設定されている。
【００６９】
電動ポンプ８は、制御装置１５からの流速制御信号Ｓｖに基づいて冷却水の流速を変化させ得るようになっている。
【００７０】
温度センサ９は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３における終端部近傍の温度検出を行い得るように配置されている。
【００７１】
本実施形態においては、電動ポンプ８で発生させる流量、特にラジエータ７の水側レイノルズ数と、ファン１１の回転駆動モータ１２の回転数とを制御するものであるが、高負荷時のラジエータ７内の管内を流通する冷却水の状態を規定することにより、動力ロスの低減を図るものであり、大幅な燃費向上を達成することを可能にしている。
【００７２】
また、本実施形態２においては、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３から温水流通路２４を介して導出された１０５℃の略一定温度に設定された温水が、空気調和装置２５のヒータコア２６を循環するように設定されると共に、その循環流量が電磁弁２７により制御できる。空気調整装置２５においては、空気との熱交換量がヒータコア２６の単位時間当たりの総熱量と空気風量で決定できるため、温水流量及び風量を制御することにより、空気調節装置２５の吹き出し温度を設定することが可能となる。さらに、燃費と流体液量の関係は、ヒーターコアにおいても、ラジエータと同様で、そのチューブ内の冷却水流動状態を層流域と乱流域との間に遷移域及びこの遷移域に近接する乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲、すなわち、レイノルズ数が１８００〜６０００の範囲、より好ましくはレイノルズ数２６００前後となる予め定められた流量にポンプ及び電磁弁を制御することにより、効率的な熱交換を行うことができる。このため、従来のような冷気と暖気とを混合調整するためのエアーミックスドアを省略することが可能となり、空気調整装置２５の小型化を図ることができる。
【００７３】
（実施形態２の制御方法１）
このような構成の水冷式エンジンの冷却装置１の制御方法・動作を図１０に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態においても、制御装置１５に備えられた図示しないメモリ部に図３に示す最適な範囲の水側レイノルズ数に対応した電動ポンプ８の出力データと、ファン風速に対応した回転駆動モータ１２の出力データとが格納されている。
【００７４】
本実施形態２では、車両のエンジン２を始動させたとき、シリンダブロック２２内の冷却水流通路２３内の冷却水温度が外気温であるときは、アイドリング状態の場合に５分間、走行を始めても３分間は、電磁ポンプ８を稼働しないようになっている（ステップＳ１０１）。
【００７５】
その後、上記の所定時間（５分間または３分間）経過後は、電動ポンプ８を１０Ｌ／分の流量で稼働させる（ステップＳ１０２）。そして、冷却水がシリンダヘッド２１、シリンダブロック２２の順で冷却水流通路２３を流れる。これに伴い温度センサ９は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の温度の検出を開始する（ステップＳ１０３）。サーモスタット１４では、流通する冷却水の温度が１００℃に達するまでは、冷却水をバイパス回路１３へ流してラジエータ７を迂回するように循環させる。
【００７６】
エンジン２の稼働に伴い、シリンダブロック２３から出る冷却水の温度が１００℃まで上昇すると、サーモスタット１４は、バイパス回路１３を閉じて冷却水回路３を開いてラジエータ７のヘッダ４側へ冷却水を流通させる。ヘッダ４から取り入れられた冷却水は、チューブ６を通ってヘッダ５に達する。
【００７７】
このとき、温度センサ９での検出温度が所定の目標温度である１０５℃に達していない場合は、回転駆動モータ１２は稼働されておらず、ファン１１は回転していない状態にあり、チューブ６を通過する冷却水は走行外気との熱交換を行うのみである。ヘッダ５から出た冷却水は、電動ポンプ８を経て冷却水回路１０を介してシリンダヘッド２１の冷却水流通路２３に送出される。なお、このシリンダヘッド２１に到達する冷却水の温度は、例えば８５℃に設定されている。シリンダヘッド２１から導入された冷却水は、シリンダヘッド２１を冷やした後、シリンダブロック２２を冷やして冷却水回路３に導出されて、上記経路を循環される。
【００７８】
次に、図示しない外気温度センサで外気温が１０℃より低いか否かの判定を行う（ステップＳ１０４）。
【００７９】
ここで、外気温が１０℃より低いと判定された場合は、温度センサ９により検出された温度値が８０℃より高いか否かの判定を行う（ステップＳ１０５）。
【００８０】
このステップＳ１０５の判定で冷却水温度が８０℃より高い場合は、さらに１０５℃より高いか否かの判定を行う（ステップＳ１０６）。
【００８１】
一方、ステップＳ１０５において、冷却水温度が８０℃より高くない場合は、車室内温度が空気調整装置２５の目標温度より高いか否かの判定を行う（ステップＳ１０７）。このステップＳ１０７において、車室内温度が目標温度より高い場合は、ステップＳ１０６の判定を行う。そして、ステップＳ１０７において、車室内温度が目標温度より低い場合は、ヒータコア２６内を循環する温水量が例えば１０Ｌ／分になるように電動ポンプ８を稼働させる（ステップＳ１０８）。
【００８２】
また、ステップＳ１０６において、冷却水温度、すなわち温度センサ９の検出温度が１０５℃より高い場合は、ファン１１が稼働されているか判定する（ステップＳ１０９）。この判定において、ファン１１が稼働している場合は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の冷却水が１０５℃になるように、制御装置１５は、回転数制御信号Ｓｒを回転駆動モータ１２へ出力して、ファン１１の回転を多くする制御を行う（ステップＳ１１０）。
【００８３】
そして、ステップＳ１０９においてファン１１が稼働されていない場合、電動ポンプ８をチューブ６の水側レイノルズ数２６００であるか否かの判定を行う（ステップＳ１１１）。
【００８４】
このステップＳ１１１において、水側レイノルズ数２６００である場合は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の冷却水温度が１０５℃となるようにファン１１の回転数を多くする（ステップＳ１１０）。
【００８５】
また、ステップＳ１１１において、水側レイノルズ数２６００でない場合は、水側レイノルズ数２６００となるように電動ポンプ８を制御し（ステップＳ１１２）、温度センサ９での冷却水温度の検出を継続する。
【００８６】
一方、ステップＳ１０６において、冷却水温度が１０５℃より低い場合は、ファン１１が稼働しているか否かの判定を行う（ステップＳ１１３）。ここで、ファン１１が稼働していない場合は、電動ポンプ８を１０Ｌ／分で駆動して（ステップＳ１１４）、冷却水温度の検出を継続する。また、ファン１１が稼働している場合は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の冷却水温度が１０５℃になるように、ファン１１の回転数を少なく制御し（ステップＳ１１５）、冷却水温度の検出を継続する。
【００８７】
一般に、自動車用エンジンでは、冷機始動時の暖機を早めるために、所定水温までアイドル時の燃料噴射量を多くする制御が行われているので、この制御時間が短い程、すなわち、より早く所定水温（例えば、８０℃）以上とすることにより、燃費が向上する。
【００８８】
本実施形態２では、温度センサ９で検出される冷却水温度が８０℃より低いときに、電動ポンプ８を少ない流量（１０Ｌ／分）に制御することにより、より速く冷却水の温度を高めることができ、暖房性能を高めることができるとともに、燃費を高めることができる。。
【００８９】
このような制御を行うことにより、温度センサ９による検出温度が所定目標温度である１０５℃以上のときに、ラジエータ７のチューブ６内を流通する冷却水の流動状態が、図５に示すように層流域と乱流域との間の遷移域、及びこの遷移域に近接する乱流域の範囲に入ると共に、冷却水が予め定められた流量で循環するよう電動ポンプ８の駆動を行うことができる。
【００９０】
本実施形態においても、エンジンに高負荷がかかる状態において、電動ポンプ８による低流量化による動力ロスの低減が図れると共に、この低流量化によるラジエータ７の出入口温度差とシリンダヘッド２１から冷却水を流す流路の改善により、シリンダヘッド２１ではノッキングを防止するために低水温（約８５℃）とし、シリンダブロック２２はオイルなどのフリクションロスを低減するための高水温に制御できる。また、電動ポンプ８を用いることにより、冷却水の流量を最適量に制御できるため、動力ロスを低減することができる。
【００９１】
このような制御を行う冷却装置１を車両に適用すると、電動ポンプによる低流量化を図るだけで、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行において、軽自動車で約９％、１．８Ｌクラスの自動車で約２％の燃費向上を図ることができる。また、シリンダ部分の高水温化により、６０ｋｍ／ｈ定速走行において、軽自動車で約１％、１．８Ｌクラスの自動車で約３％の燃費向上を図ることが可能となる。
【００９２】
加えて、本実施形態では、シリンダブロック２２を通過した冷却水（温水）を空気調和装置２５のヒータコア２６に循環させることで、エアーミックスドアを省略可能として、空気調和装置２５の小型化が図れると共に、ヒータコア２６の温度上昇を迅速に行うことが可能となる。
【００９３】
（実施形態２の制御方法２）
次に、本実施形態の制御方法２について以下する。このような構成の水冷式エンジンの冷却装置１の制御方法・動作を図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この制御方法２においても、制御装置１５に備えられた図示しないメモリ部に図３に示す最適な範囲の水側レイノルズ数に対応した電動ポンプ８の出力データと、ファン風速に対応した回転駆動モータ１２の出力データとが格納されている。
【００９４】
まず、イグニッションをＯＮにする（ステップＳ２０１）。
【００９５】
その後、電動ポンプ８を１０Ｌ／分の流量で稼働させる（ステップＳ２０２）。そして、冷却水がシリンダヘッド２１、シリンダブロック２２の順で冷却水流通路２３を流れる。これに伴い温度センサ９は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の温度の検出を開始する（ステップＳ２０３）。サーモスタット１４では、流通する冷却水の温度が１００℃に達するまでは、冷却水をバイパス回路１３へ流してラジエータ７を迂回するように循環させる。
【００９６】
エンジン２の稼働に伴い、シリンダブロック２２から出る冷却水の温度が１００℃まで上昇すると、サーモスタット１４は、バイパス回路１３を閉じ始めて、冷却水回路３を開き、１０５℃以上でバイパス回路１３を閉じるとともに、冷却水回路３を全開としてラジエータ７のヘッダ４側へ冷却水を流通させる。ヘッダ４から取り入れられた冷却水は、チューブ６を通ってヘッダ５に達する。
【００９７】
このとき、温度センサ９での検出温度が所定の目標温度である１０５℃に達していない場合は、回転駆動モータ１２は稼働されておらず、ファン１１は回転していない状態にあり、チューブ６を通過する冷却水は走行外気との熱交換を行うのみである。ヘッダ５から出た冷却水は、電動ポンプ８を経て冷却水回路１０を介してシリンダヘッド２１の冷却水流通路２３に送出される。なお、このシリンダヘッド２１に到達する冷却水の温度は、例えば８５℃に設定されている。シリンダヘッド２１から導入された冷却水は、シリンダヘッド２１を冷やした後、シリンダブロック２２を冷やして冷却水回路３に導出されて、上記経路を循環される。
【００９８】
次に、ヒーター使用状態か否かの判定を行う（ステップＳ２０４）。尚、ヒーター使用状態とは、オートエアコンの設定室温より実室温が低い状態、またはマニュアルエアコンのヒータースイッチがＯＮの状態をいう。
【００９９】
ここで、ヒータースイッチがＯＮである場合は、室温が目標温度より高いか否かの判定を行う（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５において、車室内温度が目標温度より高い場合は、ステップＳ２０６を行う。このステップＳ２０６において、車室内温度が目標温度より低い場合は、全体の水流量が１０Ｌ／分になるようにポンプ８を稼働させてステップＳ２０８、ステップＳ２０９に移る。また、ステップＳ２０５において、車室内温度が目標温度より低いと判定された場合は、ヒータコア２６内を循環する冷却水のレイノルズ数が２６００となるように電動ポンプ８を稼働させる（ステップＳ２１７）。
【０１００】
また、ステップＳ２０９において、冷却水温度、すなわち温度センサ９の検出温度が１０５℃より高い場合は、ファン１１が稼働されているか判定する（ステップＳ２１０）。この判定において、ファン１１が稼働している場合は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の冷却水が１０５℃になるように、制御装置１５は、回転数制御信号Ｓｒを回転駆動モータ１２へ出力して、ファン１１の回転を多くする制御を行う（ステップＳ２１１）。
【０１０１】
そして、ステップＳ２１０においてファン１１が稼働されていない場合、電動ポンプ８をチューブ６の水側レイノルズ数２６００であるか否かの判定を行う（ステップＳ２１２）。
【０１０２】
このステップＳ２１２において、水側レイノルズ数２６００である場合は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の冷却水温度が１０５℃となるようにファン１１の回転数を多くする（ステップＳ２１１）。
【０１０３】
また、ステップＳ２１２において、水側レイノルズ数２６００でない場合は、水側レイノルズ数２６００となるように電動ポンプ８を制御し（ステップＳ２１３）、温度センサ９での冷却水温度の検出を継続する。
【０１０４】
一方、ステップＳ２０９において、冷却水温度が１０５℃より低い場合は、ファン１１が稼働しているか否かの判定を行う（ステップＳ２１４）。ここで、ファン１１が稼働していない場合は、電動ポンプ８を１０Ｌ／分で駆動して（ステップＳ２１５）、冷却水温度の検出を継続する。また、ファン１１が稼働している場合は、シリンダブロック２２の冷却水流通路２３内の冷却水温度が１０５℃になるように、ファン１１の回転数を少なく制御し（ステップＳ２１６）、冷却水温度の検出を継続する。
【０１０５】
この制御方法２では、車室内温度が目標温度より高い場合に、電動ポンプ８を少ない流量（１０Ｌ／分）に制御することにより、余分な放熱を抑えてより速く冷却水の温度を高めることができ、燃費性能を高めることができる。
【０１０６】
このような制御を行うことにより、温度センサ９による冷却水の検出温度が所定目標温度である１０５℃より高くファン１１がＯＮでないときに、ラジエータ７のチューブ６内を流通する冷却水の流動状態がレイノルズ数２６００となるように電動ポンプ８を稼働することで、図５に示すように層流域と乱流域との間の遷移域、及びこの遷移域に近接する乱流域の範囲に入ると共に、冷却水が予め定められた流量で循環するよう電動ポンプ８の駆動を行うことができる。
【０１０７】
この制御方法２においても、エンジンに高負荷がかかる状態において、電動ポンプ８による低流量化による動力ロスの低減が図れると共に、この低流量化によるラジエータ７の出入口温度差とシリンダヘッド２１から冷却水を流す流路の改善により、シリンダヘッド２１ではノッキングを防止するために低水温（約８５℃）とし、シリンダブロック２２はオイルなどのフリクションロスを低減するための高水温に制御できる。また、電動ポンプ８を用いることにより、冷却水の流量を最適量に制御できるため、動力ロスを低減することができる。
【０１０８】
このような制御を行う冷却装置１を車両に適用すると、電動ポンプによる低流量化を図るだけで、例えば６０ｋｍ／ｈでの定速走行において、軽自動車で約９％、１．８Ｌクラスの自動車で約２％の燃費向上を図ることができる。また、シリンダ部分の高水温化により、６０ｋｍ／ｈ定速走行において、軽自動車で約１％、１．８Ｌクラスの自動車で約３％の燃費向上を図ることが可能となる。
【０１０９】
加えて、本実施形態では、シリンダブロック２２を通過した冷却水（温水）を空気調和装置２５のヒータコア２６に循環させることで、エアーミックスドアを省略可能として、空気調和装置２５の小型化が図れると共に、ヒータコア２６の温度上昇を迅速に行うことが可能となる。
【０１１０】
以上、実施形態１及び実施形態２について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。例えば、上記した両実施形態では、電動ポンプ８を制御してチューブ６の水側レイノルズ数を２６００となるように設定したが、チューブ６内を流れる冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に対応する流量であればこれに限定されるものではない。
【０１１１】
また、上記した両実施形態では、ラジエータ７のヘッダ４、５を上下方向に配置する形態（所謂、縦流れ型）を適用して説明したが、両ヘッダが横方向に隔てて配置された形態（所謂、横流れ型）のラジエータに適用することも勿論可能である。
【０１１２】
因に、この横流れ型のラジエータとして、図８に示すようなチューブを３９本備えたものを用いて、ラジエータ性能（ラジエータ放熱量Ｑ）と風量（風速Ｖａ）と冷却水流量（Ｇｗ）との関係を下表３に示す。この下表３では、同一ラジエータで同一性能（ラジエータ放熱量（Ｑ））を出すための、風速（Ｖａ）と、冷却水流量（Ｇｗ）との組み合わせを示している。このように、同一のラジエータ放熱流量３．４×１０４Ｗを出すためには、風速と冷却水流量との組み合わせを適宜選択することが可能である。
【０１１３】
【表３】
Figure 0004002119
また、下表４は、この横流れ型のラジエータにおけるファン、電動ポンプの効率を示す実験値である。
【０１１４】
【表４】
Figure 0004002119
上記表４では、必要動力合計が２３０Ｗで最小となり、そのときのレイノルズ数が３３００と４０００であり、上記した冷却に必要な動力の最小にするレイノルズ数の範囲（１８００〜６０００）に入っていることが確認できる。このように横流れ型のラジエータでは、必要動力合計が最小で２３０Ｗとなり、縦流れ型のラジエータにも増して低動力化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水冷式エンジン冷却装置の実施形態１を示す概略説明図である。
【図２】実施形態１に係る水冷式エンジン冷却装置のバイパス回路に冷却水を流している状態を示す概略説明図である。
【図３】冷却に必要な動力と、ラジエータ水側レイノルズ数と、ファン風速との関係及びファン動力とポンプ動力との関係を示すグラフである。
【図４】チューブ内を流れる冷却水と伝熱系を示す説明図である。
【図５】Ｋ値と水側レイノルズ数とファン風速との関係を示すグラフである。
【図６】ラジエータ放熱量とファン風速との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態１での制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】チューブ内形状および寸法を示す説明図である。
【図９】本発明に係る水冷式エンジン冷却装置の実施形態２を示す概略説明図である。
【図１０】実施形態２における制御方法１の流れを示すフローチャートである。
【図１１】実施形態２における制御方法２の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 冷却装置
２ エンジン
３ 冷却水回路
４、５ ヘッダ
６ チューブ
７ ラジエータ
８ 電動ポンプ
９ 温度センサ
１０ 冷却水回路
１１ ファン
１２ 回転駆動モータ
１３ バイパス回路
１４ サーモスタット
１５ 制御装置
２１ シリンダヘッド
２２ シリンダブロック
２３ 冷却水流通路
２４ 温水流通路
２５ 空気調和装置
２６ ヒータコア
２７ 電磁バルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water-cooled engine cooling device, and more particularly to a water-cooled engine cooling device in which a pump that circulates cooling water in an engine is motorized and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a cooling device for a water-cooled engine, there is one in which a water pump is driven in proportion to the number of revolutions of the engine to circulate cooling water to a cylinder head and a cylinder block. However, in such a cooling system, since the flow rate of the cooling water is proportional to the engine speed as described above, the cooling water is unnecessarily circulated through the engine unnecessarily in winter, for example, at high speeds. However, there is a problem that an unnecessary amount of cooling water is circulated excessively. For this reason, the water-cooled engine cooling device using the conventional water pump has a problem that excessive heat dissipation of the cooling water occurs, the warm-up is delayed, and the power loss is considerably large. Furthermore, since only the engine speed determines the flow rate of the cooling water, there is a problem that high water temperature control or the like cannot be performed.
[0003]
As a technique for reducing such power loss, a cooling device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-45774 is known. In this cooling device, the water pump is electrically operated, and control is performed so that the difference between the cooling water temperature on the cooling water outlet side of the engine and the cooling water temperature on the cooling water inlet side becomes a predetermined temperature difference.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, in the cooling device, when the amount of circulating water is changed by a water pump, the cooling water flowing through a number of tubes arranged between the headers of the radiator becomes a laminar flow state or a turbulent flow state according to the flow velocity. For example, if the flow rate of cooling water in the tube is reduced to a predetermined flow rate or less, the cooling water is in a laminar flow state and the cooling efficiency in the radiator is lowered and cannot be cooled down, so the power of the radiator fan must be increased. There is a problem. In addition, when the flow rate of cooling water in the tube becomes high and the state becomes turbulent, the cooling efficiency cannot be expected to increase even if the flow rate increases further, and the power required for cooling also increases. There is. These problems also apply to the latter cooling device described above. That is, in this conventional cooling device, even if the water pump is electrified, control is performed so that the difference between the cooling water temperature on the cooling water outlet side of the engine and the cooling water temperature on the cooling water inlet side becomes a predetermined temperature difference. The flow rate of the cooling water in the radiator tube cannot be controlled. For this reason, when the cooling water is in a laminar flow state, the cooling efficiency of the radiator is lowered, and the cooling water cannot be cooled down, and the power of the radiator fan needs to be increased. On the contrary, when the flow rate of cooling water increases and it becomes a turbulent state, even if the operation of the electric pump is increased, the cooling efficiency corresponding to the increase in operation cannot be obtained, and the operation of the electric pump is excessive. However, there is a problem that erosion of the tube occurs and the tube cannot be used.
[0005]
Therefore, the object of the present invention is to prevent unnecessary operation of the fan while suppressing the pump power for circulating the cooling water, to prevent excessive heat dissipation of the cooling water, to speed up the engine warm-up, It is an object of the present invention to provide a cooling device for a water-cooled engine that can improve fuel consumption.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a heat exchanger for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine through a tube disposed between the headers; A rotational drive motor comprising a fan for blowing air to the tube; A pump driven independently by the water-cooled engine to circulate cooling water between the water-cooled engine and the heat exchanger, temperature detection means for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine, and the temperature detection Driving the pump based on the detected value by the means And the rotational speed of the rotary drive motor A water-cooled engine cooling device comprising: a control device for controlling the temperature of the heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined target temperature. The pump is configured so that the flow state of the cooling water enters a transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region, and the cooling water circulates at a predetermined flow rate. Control the drive of Further, the pump drive and the rotational speed of the rotary drive motor are controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor necessary for obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. It is characterized by that.
[0007]
The invention according to claim 2 is a heat exchanger for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine through a tube disposed between the headers, A rotational drive motor comprising a fan for blowing air to the tube; A pump driven independently by the water-cooled engine to circulate cooling water between the water-cooled engine and the heat exchanger, temperature detection means for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine, and the temperature detection Driving the pump based on the detected value by the means And the rotational speed of the rotary drive motor A water-cooled engine cooling device comprising: a control device that controls the cooling water when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined target temperature. The flow state of the cooling water flowing through the tube of the heat exchanger at a predetermined flow rate of the cooling water is changed between a laminar flow region and a turbulent flow region. The heat exchanger is configured to fall within a region including at least one of a region or the turbulent region adjacent to the transition region, The control device is configured to drive the pump and the rotational speed of the rotary drive motor so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor required to obtain a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. Control It is characterized by that.
[0008]
The invention according to claim 3 is a heat exchanger for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine through a tube disposed between the headers, A rotational drive motor comprising a fan for blowing air to the tube; A pump driven independently by the water-cooled engine to circulate cooling water between the water-cooled engine and the heat exchanger, temperature detection means for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine, and the temperature detection Driving the pump based on the detected value by the means And the rotational speed of the rotary drive motor A water-cooled engine cooling device comprising: a control device for controlling the temperature of the heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined target temperature. Controlling the driving of the pump so that the Reynolds number of the cooling water falls within the range of 1800 to 6000 and the cooling water circulates at a predetermined flow rate, Further, the pump drive and the rotational speed of the rotary drive motor are controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor necessary for obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. It is characterized by that.
[0009]
The invention according to claim 4 is a heat exchanger for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine through a tube disposed between the headers, A rotational drive motor comprising a fan for blowing air to the tube; A pump driven independently by the water-cooled engine to circulate cooling water between the water-cooled engine and the heat exchanger, temperature detection means for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine, and the temperature detection Driving the pump based on the detected value by the means And the rotational speed of the rotary drive motor A water-cooled engine cooling device comprising: a control device that controls the cooling water when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined target temperature. And controlling the driving of the pump so that the Reynolds number of the cooling water flowing through the tube of the heat exchanger falls within a range of 1800-6000 at a predetermined flow rate of the cooling water. A heat exchanger is constructed, The control device is configured to drive the pump and the rotational speed of the rotary drive motor so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor required to obtain a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. Control It is characterized by that.
[0010]
A fifth aspect of the present invention is the water-cooled engine cooling device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the water-cooled engine includes a cylinder head side passage for cooling the cylinder head, and the cylinder. A cylinder block side passage that communicates with the head side passage and cools the cylinder block is provided, and cooling water is introduced from the cylinder head side passage and led out from the cylinder block side passage.
[0011]
A sixth aspect of the present invention is the water-cooled engine cooling device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the pump is an electric pump capable of adjusting a flow rate.
[0012]
A seventh aspect of the invention is the water-cooled engine cooling device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the cooling water is introduced into the cylinder head side passage at a temperature of 80 to 95 ° C. And is derived from the cylinder block side passage at a temperature of 100 to 115 ° C.
[0013]
The invention according to claim 8 is the water-cooled engine cooling device according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling water warmed by the water-cooled engine is circulated to the heater core of the air conditioner. In addition, an air-conditioning bypass passage that joins the cooling water led out from the heater core to the upstream side of the pump is provided.
[0014]
A ninth aspect of the present invention is the water-cooled engine cooling device according to the eighth aspect, wherein a variable valve capable of controlling a flow rate of the cooling water is provided in the bypass path for air conditioning upstream of the heater core. It is characterized by being.
[0015]
The invention according to claim 10 is a heat exchanger for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine through a tube disposed between the headers, A rotational drive motor comprising a fan for blowing air to the tube; A blower that blows air to the tube, a pump that is driven independently by the water-cooled engine and circulates cooling water to the water-cooled engine and the heat exchanger, and detects a cooling water temperature in the water-cooled engine Temperature detecting means for driving the pump based on a value detected by the temperature detecting means And the rotational speed of the rotary drive motor And a control device for controlling the water-cooled engine cooling device comprising: a control device that controls the inside of the tube of the heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined target temperature. Cooling at a predetermined flow rate in which the flow state of the cooling water flowing through the region includes at least one of the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region. Control the cooling water flow rate by the pump to circulate the water, Further, the pump drive and the rotational speed of the rotary drive motor are controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor necessary for obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. It is characterized by that.
[0016]
The invention according to claim 11 is a heat exchanger for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine through a tube disposed between the headers, A rotational drive motor comprising a fan for blowing air to the tube; A blower that blows air to the tube, a pump that is driven independently by the water-cooled engine and circulates cooling water to the water-cooled engine and the heat exchanger, and detects a cooling water temperature in the water-cooled engine Temperature detecting means for driving the pump based on a value detected by the temperature detecting means And the rotational speed of the rotary drive motor And a control device for controlling the water-cooled engine cooling device comprising: a control device that controls the inside of the tube of the heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined target temperature. The cooling water flow rate by the pump is controlled so that the cooling water is circulated at a predetermined flow rate that falls within the range of Reynolds number of the cooling water flowing through 1800 to 6000, Further, the pump drive and the rotational speed of the rotary drive motor are controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor necessary for obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. It is characterized by that.
[0017]
【The invention's effect】
According to the invention described in claim 1, since the pump for circulating the cooling water to the water-cooled engine is driven independently by the water-cooled engine, the pump can be driven without being proportional to the engine speed, For example, extra cooling water is not circulated in winter or at high speeds. For this reason, water temperature control becomes easy and there exists an effect that high temperature water control can be performed. According to the first aspect of the present invention, when the cooling water state is equal to or higher than the predetermined target temperature, the state of the cooling water is preliminarily set in the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region, and the turbulent flow region adjacent to the transition region. Since it is controlled to the set circulation flow rate, the power loss of the cooling device can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
[0018]
According to the invention of claim 2, since the pump for circulating the cooling water to the water-cooled engine is driven independently by the water-cooled engine, the pump can be driven without being proportional to the engine speed, For example, extra cooling water is not circulated in winter or at high speeds. For this reason, water temperature control becomes easy and there exists an effect that high temperature water control can be performed. According to the second aspect of the invention, when the temperature is equal to or higher than the predetermined target temperature, the state of the cooling water flowing through the tube of the heat exchanger at a preset flow rate is between the laminar flow region and the turbulent flow region. Because the heat exchanger is configured to be in the range including at least one of the transition region and the turbulent flow region adjacent to this transition region, the power loss of the cooling device can be reduced, and the fuel efficiency is improved. effective.
[0019]
According to the invention described in claim 3, since the Reynolds number of the cooling water is set to be 1800-6000 when the temperature is equal to or higher than the predetermined target temperature, the state of the cooling water is between the laminar flow region and the turbulent flow region. And a turbulent flow region close to the transition region, and it is possible to reduce power loss of the cooling device and improve fuel efficiency.
[0020]
According to invention of Claim 4, when it is more than predetermined target temperature, it is a heat exchanger so that the Reynolds number of the cooling water which distribute | circulates the inside of the tube of a heat exchanger may become 1800-6000 at the preset flow volume. Therefore, the state of the cooling water enters the range of the region including at least one of the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region. Power loss can be reduced and fuel consumption can be improved.
[0021]
According to the invention described in claim 5, in addition to the effects of the invention described in claims 1-4, the cooling water cooled by the heat exchanger is introduced from the cylinder head and led out from the cylinder block. Therefore, the cylinder head portion has a low water temperature and can prevent knocking at a high load, and the cylinder block portion has a higher water temperature than the cylinder head portion, so that the oil temperature can be increased, reducing friction loss and improving fuel efficiency. effective.
[0022]
According to the sixth aspect of the present invention, since the pump is an electric pump, the flow rate of the cooling water can be easily controlled, and control with high responsiveness is possible.
[0023]
According to the seventh aspect of the invention, there is an effect that knocking can be surely prevented by setting the temperature of the cooling water introduced into the cylinder head to 80 to 95 ° C. Further, by setting the temperature of the cooling water led out from the cylinder block to 100 to 115 ° C., it is possible to perform high water temperature control and to reduce the friction loss.
[0024]
According to the eighth aspect of the present invention, high-temperature cooling water having temperature stability derived from the cylinder block is circulated through the heater core, thereby improving the temperature stability of the air conditioner and performing high-quality air conditioning. It becomes possible.
[0025]
According to the invention described in claim 9, by providing the variable valve in the bypass passage for air conditioning upstream of the heater core, the heat exchange amount in the heater core can be controlled by the variable valve, and the air conditioner can be downsized. Can be realized.
[0026]
According to the invention described in claim 10, when the temperature is equal to or higher than the predetermined target temperature, the state of the cooling water is at least one of the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region. Since the circulation flow rate is controlled in advance in a range including the region, the power loss of the cooling device can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
[0027]
According to the eleventh aspect of the invention, since the Reynolds number of the cooling water is set to be 1800-6000 when the temperature is equal to or higher than the predetermined target temperature, the state of the cooling water is between the laminar flow region and the turbulent flow region. It can be controlled to fall within the transition region of the turbulent flow region adjacent to the transition region. For this reason, it is possible to prevent the cooling water from flowing excessively, and there is an effect of reducing the power loss of the cooling device and improving the fuel consumption.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, details of a water-cooled engine cooling device according to the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
[0029]
(Embodiment 1)
1 and 2 are explanatory views showing Embodiment 1 of a cooling device for a water-cooled engine according to the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the cooling device 1 of the present embodiment is configured to supply cooling water flowing out from a water-cooled engine (hereinafter simply referred to as an engine) 2 through a cooling water circuit (cooling water circulation pipe) 3. A radiator 7 as a heat exchanger that cools the cooling water by circulating the cooling water through a tube 6 disposed between the headers 4 and 5, and the engine 2 and the radiator 7 that are driven independently of the engine 2. An electric pump 8 for circulating cooling water, a temperature sensor 9 as temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water in the engine 2, and the electric pump 8 interposed in the middle of the cooling water from the radiator 7 to the engine 2. A cooling water circuit 10 for circulating air, a rotary drive motor 12 including a fan 11 for blowing air to the tube 6 of the radiator 7, and the radiator 6 from the engine 2 interposed in the middle of the cooling water circuit 3. The temperature sensor 9 detects the distribution of the amount of cooling water to be sent and the amount of cooling water to be bypassed via the bypass circuit 13 to the suction side of the electric pump 8 according to the cooling water temperature and the temperature sensor 9. Based on the detected value, a thermostat 14, a drive output of the electric pump 8, and a control device 15 that controls the rotational speed of the rotary drive motor 12 are roughly configured.
[0030]
In the present embodiment, a cooling water flow passage 23 communicating with the cylinder head 21 and the cylinder block 22 in the engine 2 is formed. The cooling water circuit 10 is connected to the end of the cooling water flow passage 23 on the cylinder head 21 side so as to communicate therewith. On the other hand, the above-described cooling water circuit 3 is connected to the end of the cooling water flow passage 23 on the cylinder block 22 side. That is, in this embodiment, the cooling water sent out by the electric pump 8 is set to enter from the cylinder head 21 side and exit from the cylinder block 22 side.
[0031]
The radiator 7 is referred to as a so-called longitudinal flow including, for example, headers 4 and 5 that are spaced apart from each other in the vertical direction and a large number of tubes 6 that are disposed in parallel with each other between the headers 4 and 5. Although a structure is used, a radiator having a structure called a so-called cross flow may be used. The tube 6 is appropriately provided with a plate fin or a corrugated fin for heat exchange. In the present embodiment, the coolant circuit 3 connected to the end of the coolant flow passage 23 on the cylinder block 22 side is connected to the upper header 4. In the present embodiment, with the thermostat 14 interposed in the middle of the cooling water circuit 3, for example, when the cooling water is 100 ° C. or higher, the cooling water circuit 3 that connects the cylinder block 22 side and the header 4 is opened little by little. Above the temperature, the bypass circuit is completely closed and the cooling water circuit 3 is fully opened. When the temperature is less than 100 ° C., the cooling water circuit 3 is closed and the cooling water is set to flow to the bypass circuit 13. The thermostat 14 is disposed in the middle of the cooling water circuit 10 that connects the header 5 and the engine 2. For example, the cooling water circuit 10 is opened when the cooling water is 100 ° C. or higher, and the cooling water is supplied when the cooling water is lower than 100 ° C. The circuit 10 may be closed and the coolant may be set to be guided from the bypass circuit 13 to the engine 2.
[0032]
The rotation drive motor 12 to which the fan 11 that blows air is attached to the tube 6 of the radiator 7 is connected to the control device 15, and the rotation speed is controlled based on the rotation speed control signal Sr from the control device 15. It has come to be.
[0033]
The electric pump 8 can change the flow rate of the cooling water based on the flow rate control signal Sv from the control device 15.
[0034]
The temperature sensor 9 is arranged so as to be able to detect the temperature in the vicinity of the end portion in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22. In the present embodiment, the detection end of the temperature sensor 9 is inserted into the cylinder block 22, but the temperature near the outlet of the cooling water flow passage 23 may be detected.
[0035]
In this embodiment, the flow rate generated by the electric pump 8, particularly the flow rate in the pipe of the radiator 7 and the rotation speed of the rotary drive motor 12 of the fan 11 are controlled. In the pipe in the radiator 7 at the time of high load By specifying the characteristics of the cooling water that circulates, the power loss is reduced and it is possible to achieve a significant improvement in fuel consumption.
[0036]
Here, prior to the description of the control and operation of the cooling device 1 for the water-cooled engine of the present embodiment, the relationship among the water-side Reynolds number, the fan wind speed, and the power required for cooling in the radiator 7 will be described with reference to FIG. To do.
[0037]
The graph shown in FIG. 3 shows that when the horizontal dimension of the core part (heat dissipating part) is 691.5 mm, the vertical dimension is 360 mm, and the depth dimension is 16 mm, the general vertical flow radiator is at a high load (cooling water temperature is 100 ° C.). It is a figure which shows motive power required for cooling of the state which reached | attained and the cooling water has distribute | circulated to the radiator 7. In the figure, the horizontal axis represents the water-side Reynolds number of the radiator 7 and the fan wind speed (m / sec), and the vertical axis represents the power (W) required for cooling. As shown in the figure, when the water-side Reynolds number of the radiator 7 increases, the power of the electric pump 8 increases accordingly. When the fan wind speed increases, the fan power, that is, the power of the rotary drive motor 12 increases accordingly. The sum of the pump power and the fan power, that is, the power required for cooling is low when the water-side Reynolds number is 1800-6000 as shown in FIG.
[0038]
Thus, the region where the power required for cooling is low is such that the flow state of the cooling water flowing through the tube 6 of the radiator 7 is a transition region between laminar flow and turbulent flow, and a turbulent flow region near this transition region. I'm talking to you. In such a radiator, the electric pump 8 is controlled so that the Reynolds number is in the range of 1800 to 6000 at high load, and the fan 11 is controlled to be in the wind speed range of 2.8 to 3.3 m / sec. The power required for cooling can be kept low, which means that the fuel efficiency is the best.
[0039]
Incidentally, in the performance of the radiator 7, the performance improvement of the fins formed on the outside of the tube 6 and the increase in the air volume are the points of the performance improvement, but the water-side Reynolds number of the cooling water is reduced and the turbulent flow is eliminated. Sometimes, the cooling performance of the cooling water is extremely lowered, so that it is important to use the turbulent flow as much as possible.
[0040]
Here, the optimum design for cooling from the viewpoint of energy will be described. In the engine cooling by the radiator, it is verified by calculating the energy required for cooling whether the balance of cooling water temperature, fan air volume, etc. is most suitable.
[0041]
(Contribution rate of water volume and air volume of the radiator alone)
The heat radiation amount of the radiator is obtained by the following formula.
[0042]
[Expression 1]
Q = κA △ T
However, Q: Radiator heat dissipation (W), κ: Radiator heat passage rate (W / mm2K) The K value is displayed by substituting the radiator performance, and is determined by the following factors.
[0043]
[Expression 2]
1 / κ = 1 / (αw · Aw / A) + d / (λt · Aw / A) + 1 / αa · ηa
[Equation 3]
1 / κ = 11 (%) + 0.1 (%) + 88.9 (%)
As shown in FIG. 4, λt is the tube conductivity (W / mK), αa is the air-side heat transfer coefficient (W / m2K), αw is the water-side heat transfer coefficient, ηa is the fin overall efficiency (%), Aw is the water-side heat radiation area (mm2), A is the air-side heat radiation area (mm2), and d is the tube plate thickness (mm). Formula 3 represents the contribution ratio of each term in Formula 2, and in the calculation, the horizontal dimension of the core part (heat dissipating part) is 691.5 mm, the vertical dimension is 360 mm, and the depth dimension is 16 mm. A tube having 76 tubes as shown in FIG. 8 was used under the conditions of a flow rate of 40 liters / second (Reynolds number 3500) and a wind speed of 3 m / second.
[0044]
The relationship between such K value and water-side Reynolds number is shown in the graph of FIG. FIG. 5 also shows the flow state of the cooling water that changes with the water-side Reynolds number. From FIG. 5, the region where the power required for cooling in FIG. 3 is low, that is, the region where the Reynolds number of the cooling water in the tube is 1800 to 6000 is the cooling water flowing through the tube 6 of the radiator 7. It can be seen that the flow state is in a transition region between laminar flow and turbulent flow and a turbulent flow region closer to this transition region. In this state, the contribution ratio to the performance on the water and air sides is larger on the air side (88.9%) than on the water side (11%) as in Equation 3 above. Therefore, when the required heat dissipation amount increases, the engine can be cooled with less power by fixing the amount of water (air side) and increasing the air volume of the fan. Thus, by determining the Reynolds number of the cooling water in a range in which the power required for cooling is optimized, optimal control in various forms of radiators becomes possible. In various radiators, the cooling water circulates in the pipe, so that the present invention can be applied to a cooling device (of a water-cooled engine) including any form of radiator.
[0045]
That is, the Reynolds number Re is the equivalent diameter obtained by multiplying the cross-sectional area of the water flow by the pipe edge length (inner circumference) multiplied by 4, Da, the mass velocity of cooling water, G, and the viscosity coefficient of μ. Then, it is expressed by DaG / μ (equivalent diameter × mass velocity / viscosity coefficient). If the Reynolds number Re is the same, the flows are mechanically similar and the thermal conductivity becomes equal. Therefore, by controlling the Reynolds number of the cooling water flowing through the various radiators 7 to be in the range of 1800 to 6000 as described above, the power required for cooling the engine 2 (the pump power and the fan power) Sum) can be made the lowest. As a result, the power burden can be reduced, and the fuel consumption of the engine can be greatly improved.
[0046]
(Optimal energy balance for radiator cooling)
Next, similarly to the radiator 7 described above, using a longitudinal flow radiator having a structure in which the core portion (heat radiating portion) has a horizontal dimension of 691.5 mm, a vertical dimension of 360 mm, and a depth dimension of 16 mm, the radiator performance (radiator heat dissipation amount) The relationship between Q), the air volume (wind speed Va), and the coolant flow rate (Gw) is shown in the graph of FIG. The vertical axis represents the amount of heat released from the radiator, and the horizontal axis represents the wind speed. Table 1 below shows combinations of wind speed (Va) and cooling water flow rate (Gw) for producing the same performance (radiator heat dissipation amount (Q)) with the same radiator. Thus, the same radiator heat release flow rate 3.4 × 10 4 A combination of the wind speed and the cooling water flow rate for generating W can be selected as appropriate.
[0047]
[Table 1]
Figure 0004002119
(Amount of energy required for cooling)
Next, when the required energy is compared using the theoretical power represented by the following formula 4 on both the air side and the cooling water side, the results shown in Table 2 below are obtained.
[0048]
[Expression 4]
P = ρgQH
Where P: power (W), ρ: fluid density (kg / m3), g: gravitational acceleration (m / s2) Q: flow rate (m3 / s), H: pressure difference (m)
[Table 2]
Figure 0004002119
In Table 2 above, the total required power is minimum at 280 W, and it can be confirmed that the Reynolds number 2600 at that time is within the range of Reynolds number (1800 to 6000) that minimizes the power required for the cooling described above. .
[0049]
By the way, the contribution ratio on the air side is large with respect to the performance of the radiator, but the contribution ratio on the water side is small. For this reason, in terms of energy, the amount of power required for engine cooling is smaller when the flow rate of cooling water is reduced and the air volume is increased. However, when the flow rate of the cooling water decreases to the laminar flow region, the performance on the water side is extremely deteriorated, which is not preferable.
[0050]
(Control method of Embodiment 1)
A control method and operation of the cooling device 1 of the water-cooled engine having such a configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG. In the present embodiment, the output data of the electric pump 8 corresponding to the in-pipe flow velocity in the optimum range shown in FIG. 3 and the rotational drive motor 12 corresponding to the fan wind speed are stored in a memory unit (not shown) provided in the control device 15. Output data is stored, and these output data are read out as needed with changes in the detected temperature.
[0051]
When the engine 2 of the vehicle is started, the electric pump 8 starts operating at a low flow rate of about 10 L / min. In the present embodiment, the cooling water flows through the cooling water flow passage 23 in the order of the cylinder head 21 and the cylinder block 22. Along with this, the temperature sensor 9 starts detecting the temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 (step S71). In the thermostat 14, until the temperature of the circulating cooling water reaches 105 ° C., as shown in FIG. 2, the cooling water flows to the bypass circuit 13 and circulates so as to bypass the radiator 7.
[0052]
When the temperature of the cooling water coming out of the cylinder block 23 rises to 100 ° C. along with the operation of the engine 2, the thermostat 14 opens little by little, and at 105 ° C. or higher, the bypass circuit 13 is closed and cooled as shown in FIG. The water circuit 3 is opened and the cooling water is circulated to the header 4 side of the radiator 7. The cooling water taken from the header 4 reaches the header 5 through the tube 6.
[0053]
At this time, if the temperature detected by the temperature sensor 9 does not reach the predetermined target temperature of 105 ° C., the rotation drive motor 12 is not operated, the fan 11 is not rotating, and the tube 6 The cooling water passing through the vehicle only exchanges heat with the traveling outside air. The cooling water discharged from the header 5 is sent to the cooling water flow passage 23 of the cylinder head 21 through the electric pump 8 and the cooling water circuit 10. The cooling water introduced from the cylinder head 21 cools the cylinder head 21, cools the cylinder block 22, is led to the cooling water circuit 3, and is circulated through the path.
[0054]
Next, based on the detection value of the temperature sensor 9, the control device 15 determines whether or not the cooling water temperature is higher than 105 ° C. (step S72). As a result, when it is determined that the cooling water temperature is higher than 105 ° C., it is determined whether the fan 11 is rotationally driven (step S73). When the fan 11 is rotationally driven, the control device 15 outputs the rotational speed control signal Sr to the rotational drive motor 12 so that the air volume of the fan 11 is increased and the cooling water temperature becomes 105 ° C. Along with this, the rotational speed of the rotary drive motor 12 is increased, and the air volume of the fan 11 is appropriately increased (step S74). Thereafter, temperature detection is continued by the temperature sensor 9 (step S71). At this time, the temperature of the cooling water supplied to the cylinder head 21 is set to be about 85 ° C., for example.
[0055]
On the other hand, when the fan 11 is not rotationally driven, it is determined whether the water-side Reynolds number of the tube 6 of the radiator 7 is 2600 (step S75).
[0056]
If the water-side Reynolds number is 2600 in step S75, the control in step 74 is performed. If the water-side Reynolds number is not 2600 in step S75, the control device 15 outputs a flow rate control signal Sv to the electric pump 8 to control the water-side Reynolds number to be 2600 (step S76). The temperature detection in S71 is continued.
[0057]
By the way, in the temperature determination of step S72, when it is determined that the cooling water temperature is 105 ° C. or less, it is determined whether the fan 11 is driven to rotate (step S77). Here, when the fan 11 is rotationally driven, the control device 15 outputs the rotational speed control signal Sr to the rotational drive motor 12 and rotates the fan 11 so that the detected temperature of the cooling water becomes 105 ° C. (Step S78), and the cooling water temperature detection is continued (step S71).
[0058]
In Step S77, when it is determined that the fan 11 is not rotationally driven, the electric pump 8 is continuously operated while maintaining a flow rate of 10 L / min (Step S79), and detection of the coolant temperature is continued. .
[0059]
By performing such control, when the temperature detected by the temperature sensor 9 is equal to or higher than the predetermined target temperature of 105 ° C., the flow state of the cooling water flowing through the tube 6 of the radiator 7 is as shown in FIG. The electric pump 8 is driven so as to circulate at a predetermined flow rate that falls within a region including at least one of the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region. Can do.
[0060]
In the present embodiment, in a state where a high load is applied to the engine, power loss can be reduced by reducing the flow rate by the electric pump 8, and the inlet / outlet temperature difference of the radiator 7 and the coolant flow from the cylinder head 21 by this reduced flow rate. By improving the flow path, the cylinder head 21 can be controlled to a low water temperature (about 85 ° C.) to prevent knocking, and the cylinder block 22 can be controlled to a high water temperature (about 105 ° C.) to reduce friction loss of oil and the like. Further, by using the electric pump 8, the flow rate of the cooling water can be controlled to the optimum amount with good responsiveness, so that the power loss can be reduced.
[0061]
When the cooling device 1 that performs such control is applied to a vehicle, it is possible to reduce the flow rate by an electric pump. For example, when driving at a constant speed of 60 km / h, about 9% for a light vehicle and 1.8 L class exhaust. About 2% of fuel consumption can be improved with the amount of cars. Further, by increasing the water temperature of the cylinder portion, it is possible to improve fuel efficiency by about 1% for a light vehicle and about 3% for a vehicle with a displacement of 1.8L class at a constant speed of 60 km / h.
[0062]
(Embodiment 2)
FIG. 9 is an explanatory view showing Embodiment 2 of the cooling device for a water-cooled engine according to the present invention. The cooling device of this embodiment has the structure which circulates the warm water derived | led-out from a cylinder block to the heater core of an air conditioning apparatus. In the cooling device of the second embodiment, the same parts as those of the cooling device 1 of the first embodiment will be described with the same reference numerals.
[0063]
As shown in FIG. 9, the cooling device 1 according to the second embodiment distributes the cooling water flowing out from the engine 2 through the cooling water circuit 3 to the tube 6 disposed between the headers 4 and 5. A radiator 7 as a heat exchanger that cools the cooling water, an electric pump 8 that is driven independently of the engine 2 to circulate cooling water between the engine 2 and the radiator 7, and cooling water in the engine 2 Air is sent to the temperature sensor 9 as temperature detecting means for detecting the temperature, the cooling water circuit 10 for circulating the cooling water from the radiator 7 to the engine 2 through the electric pump 8 in the middle, and the tube 6 of the radiator 7. A rotary drive motor 12 having a fan 11 and cooling water which is interposed in the middle of the cooling water circuit 3 and is sent from the engine 2 to the radiator 6 according to the cooling water temperature. On the basis of a thermostat (valve) 14 that is distributed to the bypass circuit 13 on the inlet side and flows to make a detour, and based on the detected value detected by the temperature sensor 9, the drive output of the electric pump 8 and the rotational speed of the rotary drive motor 12 are controlled. The heater core 26 of the air conditioner 25 interposed in the middle of the warm water flow path 24 led out from the engine 2 side is arranged.
[0064]
In the second embodiment, a cooling water flow passage 23 communicating with the cylinder head 21 and the cylinder block 22 in the engine 2 is formed. The cooling water circuit 10 is connected to the end of the cooling water flow passage 23 on the cylinder head 21 side so as to communicate therewith.
[0065]
Further, the cooling water flow passage 23 formed in the cylinder block 22 is branched and connected to the cooling water circuit 10 on the upstream side of the electric pump 8 and connected to the hot water flow passage 24 connected thereto. The heater core 26 is interposed in the middle of the warm water flow passage 24 as described above, and warm water (engine cooling water) passes through the heater core 26. An electromagnetic valve 27 for adjusting the flow rate of the hot water is interposed in the hot water flow passage 24 on the upstream side of the heater core 26. The electromagnetic valve 27 is appropriately opened / closed or adjusted by the control system of the air conditioner 25.
[0066]
On the other hand, the above-described cooling water circuit 3 is connected to the end of the cooling water flow passage 23 on the cylinder block 22 side. That is, also in the present embodiment, the cooling water delivered by the electric pump 8 is set so as to enter from the cylinder head 21 side and exit from the cylinder block 22 side.
[0067]
The radiator 7 is referred to as a so-called longitudinal flow including, for example, headers 4 and 5 that are spaced apart from each other in the vertical direction and a large number of tubes 6 that are disposed in parallel with each other between the headers 4 and 5. A structure is used. In the present embodiment, the coolant circuit 3 connected to the end of the coolant flow passage 23 on the cylinder block 22 side is connected to the upper header 4. In the present embodiment, the cooling water circuit 3 connecting the cylinder block 22 side and the header 4 is opened little by little at a temperature of, for example, 100 ° C. or more with a thermostat 14 interposed in the middle of the cooling water circuit 3. It is set so that the circuit is completely closed and the cooling water circuit 3 is fully opened, and the cooling water circuit 3 is closed and the cooling water flows to the bypass circuit 13 at less than 100 ° C.
[0068]
The rotation drive motor 12 to which the fan 11 that blows air is attached to the tube 6 of the radiator 7 is connected to the control device 15, and the rotation speed is controlled based on the rotation speed control signal Sr from the control device 15. It has come to be. Note that the control device 15 is set to perform control so that the temperature of the cooling water led out from the cylinder block 22 becomes 105 ° C., as in the first embodiment.
[0069]
The electric pump 8 can change the flow rate of the cooling water based on the flow rate control signal Sv from the control device 15.
[0070]
The temperature sensor 9 is arranged so as to be able to detect the temperature in the vicinity of the end portion in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22.
[0071]
In the present embodiment, the flow rate generated by the electric pump 8, particularly the water-side Reynolds number of the radiator 7 and the rotational speed of the rotational drive motor 12 of the fan 11 are controlled. By prescribing the state of the cooling water flowing through the pipe, the power loss is reduced, and a significant improvement in fuel consumption can be achieved.
[0072]
In the second embodiment, the hot water set to a substantially constant temperature of 105 ° C. derived from the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 through the hot water flow passage 24 circulates through the heater core 26 of the air conditioner 25. The circulating flow rate can be controlled by the electromagnetic valve 27. In the air conditioner 25, the amount of heat exchanged with air can be determined by the total heat quantity per unit time of the heater core 26 and the air volume, so the temperature of the air conditioner 25 is set by controlling the hot water flow rate and volume. It becomes possible to do. Furthermore, the relationship between the fuel consumption and the amount of fluid and liquid is the same in the heater core as in the radiator, and the cooling water flow state in the tube is changed between the laminar flow region and the turbulent flow region, and the turbulent flow region adjacent to this transition region. By controlling the pump and the solenoid valve to a predetermined flow rate that includes at least one of the above, that is, the Reynolds number is in the range of 1800-6000, more preferably around Reynolds number 2600, it is efficient. Heat exchange can be performed. For this reason, it becomes possible to omit the air mix door for mixing and adjusting the cool air and the warm air as in the prior art, and the air adjusting device 25 can be downsized.
[0073]
(Control method 1 of Embodiment 2)
A control method / operation of the cooling device 1 of the water-cooled engine having such a configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG. Also in this embodiment, the output data of the electric pump 8 corresponding to the water-side Reynolds number in the optimum range shown in FIG. 3 and the rotational drive corresponding to the fan wind speed are stored in a memory unit (not shown) provided in the control device 15. The output data of the motor 12 is stored.
[0074]
In the second embodiment, when the engine 2 of the vehicle is started, if the cooling water temperature in the cooling water flow passage 23 in the cylinder block 22 is the outside air temperature, even if the vehicle starts to run for 5 minutes in the idling state, The electromagnetic pump 8 is not operated for 3 minutes (step S101).
[0075]
Thereafter, after the predetermined time (5 minutes or 3 minutes) has elapsed, the electric pump 8 is operated at a flow rate of 10 L / min (step S102). Then, the cooling water flows through the cooling water flow passage 23 in the order of the cylinder head 21 and the cylinder block 22. Along with this, the temperature sensor 9 starts detecting the temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 (step S103). In the thermostat 14, until the temperature of the circulating cooling water reaches 100 ° C., the cooling water is passed through the bypass circuit 13 and circulated so as to bypass the radiator 7.
[0076]
When the temperature of the cooling water coming out of the cylinder block 23 rises to 100 ° C. with the operation of the engine 2, the thermostat 14 closes the bypass circuit 13 and opens the cooling water circuit 3 to supply the cooling water to the header 4 side of the radiator 7. Circulate. The cooling water taken from the header 4 reaches the header 5 through the tube 6.
[0077]
At this time, if the temperature detected by the temperature sensor 9 does not reach the predetermined target temperature of 105 ° C., the rotation drive motor 12 is not operated, the fan 11 is not rotating, and the tube 6 The cooling water passing through the vehicle only exchanges heat with the traveling outside air. The cooling water discharged from the header 5 is sent to the cooling water flow passage 23 of the cylinder head 21 through the electric pump 8 and the cooling water circuit 10. Note that the temperature of the cooling water reaching the cylinder head 21 is set to 85 ° C., for example. The cooling water introduced from the cylinder head 21 cools the cylinder head 21, cools the cylinder block 22, is led to the cooling water circuit 3, and is circulated through the path.
[0078]
Next, it is determined whether or not the outside air temperature is lower than 10 ° C. by an outside air temperature sensor (not shown) (step S104).
[0079]
Here, when it is determined that the outside air temperature is lower than 10 ° C., it is determined whether or not the temperature value detected by the temperature sensor 9 is higher than 80 ° C. (step S105).
[0080]
When the cooling water temperature is higher than 80 ° C. in the determination in step S105, it is further determined whether or not it is higher than 105 ° C. (step S106).
[0081]
On the other hand, if the cooling water temperature is not higher than 80 ° C. in step S105, it is determined whether the vehicle interior temperature is higher than the target temperature of the air conditioner 25 (step S107). If the vehicle interior temperature is higher than the target temperature in step S107, the determination in step S106 is performed. In step S107, when the passenger compartment temperature is lower than the target temperature, the electric pump 8 is operated so that the amount of hot water circulating in the heater core 26 is, for example, 10 L / min (step S108).
[0082]
In step S106, if the coolant temperature, that is, the temperature detected by the temperature sensor 9 is higher than 105 ° C., it is determined whether the fan 11 is operating (step S109). In this determination, when the fan 11 is operating, the control device 15 sends the rotation speed control signal Sr to the rotation drive motor 12 so that the cooling water in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 becomes 105 ° C. The output is controlled to increase the rotation of the fan 11 (step S110).
[0083]
If the fan 11 is not operated in step S109, it is determined whether or not the electric pump 8 has the water-side Reynolds number 2600 of the tube 6 (step S111).
[0084]
In this step S111, when the water-side Reynolds number is 2600, the rotational speed of the fan 11 is increased so that the cooling water temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 becomes 105 ° C. (step S110).
[0085]
In step S111, when the water-side Reynolds number is not 2600, the electric pump 8 is controlled so that the water-side Reynolds number is 2600 (step S112), and the detection of the cooling water temperature by the temperature sensor 9 is continued.
[0086]
On the other hand, if the cooling water temperature is lower than 105 ° C. in step S106, it is determined whether or not the fan 11 is operating (step S113). Here, when the fan 11 is not operating, the electric pump 8 is driven at 10 L / min (step S114), and the detection of the coolant temperature is continued. Further, when the fan 11 is operating, the rotational speed of the fan 11 is controlled to be small so that the cooling water temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 becomes 105 ° C. (step S115). Continue detection.
[0087]
In general, in an automobile engine, in order to speed up warm-up at the time of cold start, control for increasing the fuel injection amount at idling to a predetermined water temperature is performed. Therefore, the shorter the control time, that is, the earlier the predetermined fuel injection amount. Fuel consumption improves by setting it as water temperature (for example, 80 degreeC) or more.
[0088]
In the second embodiment, when the cooling water temperature detected by the temperature sensor 9 is lower than 80 ° C., the temperature of the cooling water is increased more quickly by controlling the electric pump 8 to a low flow rate (10 L / min). It is possible to improve the heating performance and the fuel consumption. .
[0089]
By performing such control, when the temperature detected by the temperature sensor 9 is equal to or higher than the predetermined target temperature of 105 ° C., the flow state of the cooling water flowing through the tube 6 of the radiator 7 is as shown in FIG. The electric pump 8 can be driven so that the cooling water circulates at a predetermined flow rate while entering the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region.
[0090]
Also in this embodiment, in a state where a heavy load is applied to the engine, power loss can be reduced by reducing the flow rate by the electric pump 8, and the inlet / outlet temperature difference of the radiator 7 and the cooling water from the cylinder head 21 can be reduced by the reduced flow rate. By improving the flow path, the cylinder head 21 can be controlled to have a low water temperature (about 85 ° C.) to prevent knocking, and the cylinder block 22 can be controlled to a high water temperature to reduce friction loss such as oil. Moreover, since the flow rate of the cooling water can be controlled to an optimum amount by using the electric pump 8, power loss can be reduced.
[0091]
When the cooling device 1 that performs such control is applied to a vehicle, it is possible to reduce the flow rate with an electric pump. For example, in a constant speed run at 60 km / h, a light vehicle is approximately 9%, and a 1.8L class vehicle. Can improve fuel efficiency by about 2%. Further, by increasing the water temperature of the cylinder portion, it is possible to improve fuel efficiency by about 1% for light vehicles and about 3% for 1.8L class vehicles at a constant speed of 60 km / h.
[0092]
In addition, in this embodiment, the cooling water (warm water) that has passed through the cylinder block 22 is circulated through the heater core 26 of the air conditioner 25, whereby the air mix door can be omitted and the air conditioner 25 can be downsized. At the same time, the temperature of the heater core 26 can be quickly increased.
[0093]
(Control method 2 of Embodiment 2)
Next, the control method 2 of this embodiment will be described below. A control method and operation of the cooling device 1 of the water-cooled engine having such a configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG. Also in this control method 2, the output data of the electric pump 8 corresponding to the water-side Reynolds number in the optimum range shown in FIG. 3 and the rotation corresponding to the fan wind speed are stored in a memory unit (not shown) provided in the control device 15. The output data of the drive motor 12 is stored.
[0094]
First, the ignition is turned on (step S201).
[0095]
Thereafter, the electric pump 8 is operated at a flow rate of 10 L / min (step S202). Then, the cooling water flows through the cooling water flow passage 23 in the order of the cylinder head 21 and the cylinder block 22. Accordingly, the temperature sensor 9 starts detecting the temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 (step S203). In the thermostat 14, the cooling water is circulated so as to bypass the radiator 7 by flowing the cooling water to the bypass circuit 13 until the temperature of the circulating cooling water reaches 100 ° C.
[0096]
When the temperature of the cooling water coming out of the cylinder block 22 rises to 100 ° C. with the operation of the engine 2, the thermostat 14 starts to close the bypass circuit 13, opens the cooling water circuit 3, and closes the bypass circuit 13 at 105 ° C. or more. At the same time, the cooling water circuit 3 is fully opened and the cooling water is circulated to the header 4 side of the radiator 7. The cooling water taken from the header 4 reaches the header 5 through the tube 6.
[0097]
At this time, if the temperature detected by the temperature sensor 9 does not reach the predetermined target temperature of 105 ° C., the rotation drive motor 12 is not operated, the fan 11 is not rotating, and the tube 6 The cooling water passing through the vehicle only exchanges heat with the traveling outside air. The cooling water discharged from the header 5 is sent to the cooling water flow passage 23 of the cylinder head 21 through the electric pump 8 and the cooling water circuit 10. Note that the temperature of the cooling water reaching the cylinder head 21 is set to 85 ° C., for example. The cooling water introduced from the cylinder head 21 cools the cylinder head 21, cools the cylinder block 22, is led to the cooling water circuit 3, and is circulated through the path.
[0098]
Next, it is determined whether or not the heater is in use (step S204). The heater use state means a state where the actual room temperature is lower than the set room temperature of the auto air conditioner, or a state where the heater switch of the manual air conditioner is ON.
[0099]
If the heater switch is ON, it is determined whether the room temperature is higher than the target temperature (step S205). If the vehicle interior temperature is higher than the target temperature in step S205, step S206 is performed. In step S206, when the vehicle interior temperature is lower than the target temperature, the pump 8 is operated so that the total water flow rate becomes 10 L / min, and the process proceeds to step S208 and step S209. In Step S205, when it is determined that the vehicle interior temperature is lower than the target temperature, the electric pump 8 is operated so that the Reynolds number of the cooling water circulating in the heater core 26 is 2600 (Step S217).
[0100]
In step S209, if the coolant temperature, that is, the detected temperature of the temperature sensor 9 is higher than 105 ° C., it is determined whether the fan 11 is operating (step S210). In this determination, when the fan 11 is operating, the control device 15 sends the rotation speed control signal Sr to the rotation drive motor 12 so that the cooling water in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 becomes 105 ° C. The output is controlled to increase the rotation of the fan 11 (step S211).
[0101]
If the fan 11 is not operated in step S210, it is determined whether or not the electric pump 8 has the water-side Reynolds number 2600 of the tube 6 (step S212).
[0102]
In this step S212, when the water-side Reynolds number is 2600, the rotational speed of the fan 11 is increased so that the cooling water temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 becomes 105 ° C. (step S211).
[0103]
In step S212, if the water-side Reynolds number is not 2600, the electric pump 8 is controlled so that the water-side Reynolds number is 2600 (step S213), and the temperature sensor 9 continues to detect the coolant temperature.
[0104]
On the other hand, if the cooling water temperature is lower than 105 ° C. in step S209, it is determined whether or not the fan 11 is operating (step S214). Here, when the fan 11 is not operating, the electric pump 8 is driven at 10 L / min (step S215), and the detection of the cooling water temperature is continued. Further, when the fan 11 is operating, the rotational speed of the fan 11 is controlled to be low so that the cooling water temperature in the cooling water flow passage 23 of the cylinder block 22 becomes 105 ° C. (step S216). Continue detection.
[0105]
In this control method 2, when the passenger compartment temperature is higher than the target temperature, the temperature of the cooling water can be increased more quickly by controlling the electric pump 8 to a lower flow rate (10 L / min) and suppressing excessive heat dissipation. And fuel efficiency can be improved.
[0106]
By performing such control, the flow state of the cooling water flowing through the tube 6 of the radiator 7 when the detected temperature of the cooling water by the temperature sensor 9 is higher than the predetermined target temperature of 105 ° C. and the fan 11 is not ON. By operating the electric pump 8 so that the Reynolds number becomes 2600, as shown in FIG. 5, the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region, and the range of the turbulent flow region close to this transition region, The electric pump 8 can be driven so that the cooling water circulates at a predetermined flow rate.
[0107]
Also in this control method 2, in the state where a heavy load is applied to the engine, the power loss can be reduced by reducing the flow rate by the electric pump 8, and the temperature difference between the inlet and outlet of the radiator 7 and the cooling water from the cylinder head 21 can be reduced. The cylinder head 21 can be controlled to a low water temperature (about 85 ° C.) to prevent knocking, and the cylinder block 22 can be controlled to a high water temperature to reduce friction loss such as oil. Moreover, since the flow rate of the cooling water can be controlled to an optimum amount by using the electric pump 8, power loss can be reduced.
[0108]
When the cooling device 1 that performs such control is applied to a vehicle, it is possible to reduce the flow rate with an electric pump. For example, in a constant speed run at 60 km / h, a light vehicle is approximately 9%, and a 1.8L class vehicle. Can improve fuel efficiency by about 2%. Further, by increasing the water temperature of the cylinder portion, it is possible to improve fuel efficiency by about 1% for light vehicles and about 3% for 1.8L class vehicles at a constant speed of 60 km / h.
[0109]
In addition, in this embodiment, the cooling water (warm water) that has passed through the cylinder block 22 is circulated through the heater core 26 of the air conditioner 25, whereby the air mix door can be omitted and the air conditioner 25 can be downsized. At the same time, the temperature of the heater core 26 can be quickly increased.
[0110]
As mentioned above, although Embodiment 1 and Embodiment 2 were demonstrated, this invention is not limited to these, The various design change accompanying the summary of a structure is possible. For example, in both the above-described embodiments, the electric pump 8 is controlled to set the water-side Reynolds number of the tube 6 to 2600. However, the Reynolds number of the cooling water flowing in the tube 6 is in the range of 1800 to 6000. The corresponding flow rate is not limited to this.
[0111]
Moreover, although both above-mentioned embodiment applied and demonstrated the form (what is called a vertical flow type) which arrange | positions the headers 4 and 5 of the radiator 7 to an up-down direction, the form by which both headers were arrange | positioned spaced apart in the horizontal direction Of course, it is also possible to apply to a so-called lateral flow type radiator.
[0112]
In this connection, as the transverse flow type radiator, one having 39 tubes as shown in FIG. 8 is used, and the radiator performance (radiator heat radiation amount Q), air volume (wind speed Va), and cooling water flow rate (Gw) The relationship is shown in Table 3 below. Table 3 below shows combinations of the wind speed (Va) and the cooling water flow rate (Gw) for producing the same performance (radiator heat dissipation amount (Q)) with the same radiator. As described above, in order to obtain the same radiator heat release flow rate of 3.4 × 104 W, it is possible to appropriately select a combination of the wind speed and the cooling water flow rate.
[0113]
[Table 3]
Figure 0004002119
Table 4 below shows experimental values indicating the efficiency of the fan and the electric pump in this transverse flow type radiator.
[0114]
[Table 4]
Figure 0004002119
In Table 4 above, the total required power is minimum at 230 W, and the Reynolds numbers at that time are 3300 and 4000, which are within the Reynolds number range (1800 to 6000) that minimizes the power required for the cooling described above. I can confirm that. Thus, in the transverse flow type radiator, the total required power becomes 230 W at the minimum, and lower power can be achieved than in the longitudinal flow type radiator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing Embodiment 1 of a water-cooled engine cooling device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing a state in which cooling water is flowing through a bypass circuit of the water-cooled engine cooling device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between power required for cooling, radiator water-side Reynolds number, fan wind speed, and fan power and pump power.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing cooling water and a heat transfer system flowing in the tube.
FIG. 5 is a graph showing the relationship among K value, water-side Reynolds number, and fan wind speed.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between radiator heat dissipation and fan wind speed.
FIG. 7 is a flowchart showing a control flow in the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the shape and dimensions of the tube.
FIG. 9 is a schematic explanatory view showing Embodiment 2 of the water-cooled engine cooling device according to the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of a control method 1 in the second embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing a flow of a control method 2 in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Cooling device
2 Engine
3 Cooling water circuit
4, 5 header
6 tubes
7 Radiator
8 Electric pump
9 Temperature sensor
10 Cooling water circuit
11 fans
12 Rotation drive motor
13 Bypass circuit
14 Thermostat
15 Control device
21 Cylinder head
22 Cylinder block
23 Cooling water passage
24 Warm water passage
25 Air conditioner
26 Heater core
27 Solenoid valve

Claims (11)

水冷式エンジン（２）から流出する冷却水をヘッダ（４、５）間に配置されたチューブ（６）に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器（７）と、
前記チューブに送風を行うファン（１１）を備える回転駆動モータ（１２）と、
前記水冷式エンジン（２）に独立して駆動されて前記水冷式エンジン（２）と前記熱交換器（７）とに冷却水を循環させるポンプ（８）と、
前記水冷式エンジン（２）内の冷却水温度を検出する温度検出手段（９）と、
前記温度検出手段（９）による検出値に基づいて前記ポンプ（８）の駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御する制御装置（１５）と、を備える水冷式エンジン冷却装置（１）であって、
前記制御装置（１５）は、前記温度検出手段（９）による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記熱交換器（７）の前記チューブ（６）内を流通する冷却水の流動状態が、層流域と乱流域との間の遷移域、及びこの遷移域に近接する前記乱流域の範囲に入ると共に、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプ（８）の駆動を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータ（１２）の動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータの回転数を制御することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。A heat exchanger (7) for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine (2) through a tube (6) disposed between the headers (4, 5);
A rotary drive motor (12) comprising a fan (11) for blowing air to the tube;
A pump (8) driven independently by the water-cooled engine (2) to circulate cooling water between the water-cooled engine (2) and the heat exchanger (7);
A temperature detecting means (9) for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine (2);
A water-cooled engine cooling device (1), comprising: a control device (15) for controlling the drive of the pump (8) and the rotational speed of the rotary drive motor (12) based on a detection value by the temperature detection means (9). ) And
When the temperature detected by the temperature detection means (9) is equal to or higher than a predetermined target temperature, the control device (15) has a flow state of the cooling water flowing through the tube (6) of the heat exchanger (7). The pump (8) is driven so that the cooling water enters the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region, and the turbulent flow region adjacent to the transition region, and the cooling water circulates at a predetermined flow rate. The pump drive and the rotation drive motor are controlled so that the power of the pump and the power of the rotation drive motor (12) required for controlling and obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are minimized. A water-cooled engine cooling device (1) characterized in that the number of rotations is controlled . 水冷式エンジン（２）から流出する冷却水をヘッダ（４、５）間に配置されたチューブ（６）に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器（７）と、
前記チューブに送風を行うファン（１１）を備える回転駆動モータ（１２）と、
前記水冷式エンジン（２）に独立して駆動されて前記水冷式エンジン（２）と前記熱交換器（７）とに冷却水を循環させるポンプ（８）と、
前記水冷式エンジン（２）内の冷却水温度を検出する温度検出手段（９）と、
前記温度検出手段（９）による検出値に基づいて前記ポンプ（８）の駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御する制御装置（１５）と、を備える水冷式エンジン冷却装置（１）であって、
前記制御装置（１５）は、前記温度検出手段（９）による検出温度が所定目標温度以上のときに、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプ（８）の駆動を制御すると共に、前記冷却水の予め定められた流量において、前記熱交換器（７）の前記チューブ（６）内を流通する冷却水の流動状態が、層流域と乱流域との間の遷移域、またはこの遷移域に近接する前記乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に入るように、前記熱交換器（７）が構成され、前記制御装置（１５）は、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータ（１２）の動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。A heat exchanger (7) for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine (2) through a tube (6) disposed between the headers (4, 5);
A rotary drive motor (12) comprising a fan (11) for blowing air to the tube;
A pump (8) driven independently by the water-cooled engine (2) to circulate cooling water between the water-cooled engine (2) and the heat exchanger (7);
A temperature detecting means (9) for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine (2);
A water-cooled engine cooling device (1), comprising: a control device (15) for controlling the drive of the pump (8) and the rotational speed of the rotary drive motor (12) based on a detection value by the temperature detection means (9). ) And
The control device (15) controls the driving of the pump (8) so that the cooling water circulates at a predetermined flow rate when the temperature detected by the temperature detecting means (9) is equal to or higher than a predetermined target temperature. In addition, at a predetermined flow rate of the cooling water, the flow state of the cooling water flowing through the tube (6) of the heat exchanger (7) is a transition region between a laminar flow region and a turbulent flow region, or The heat exchanger (7) is configured so as to fall within a region including at least one of the turbulent flow regions adjacent to the transition region, and the control device (15) includes a predetermined heat exchanger. Controlling the number of revolutions of the pump and the rotation drive motor (12) so that the power of the pump and the power of the rotation drive motor (12) required to obtain the heat radiation amount of Features water-cooled en Down the cooling device (1). 水冷式エンジン（２）から流出する冷却水をヘッダ（４、５）間に配置されたチューブ（６）に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器（７）と、
前記チューブに送風を行うファン（１１）を備える回転駆動モータ（１２）と、
前記水冷式エンジン（２）に独立して駆動されて前記水冷式エンジン（２）と前記熱交換器（７）とに冷却水を循環させるポンプ（８）と、
前記水冷式エンジン（２）内の冷却水温度を検出する温度検出手段（９）と、
前記温度検出手段（９）による検出値に基づいて前記ポンプ（８）の駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御する制御装置（１５）と、を備える水冷式エンジン冷却装置（１）であって、
前記制御装置（１５）は、前記温度検出手段（９）による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記熱交換器（７）の前記チューブ（６）内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に入ると共に、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプ（８）の駆動を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータ（１２）の動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。A heat exchanger (7) for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine (2) through a tube (6) disposed between the headers (4, 5);
A rotary drive motor (12) comprising a fan (11) for blowing air to the tube;
A pump (8) driven independently by the water-cooled engine (2) to circulate cooling water between the water-cooled engine (2) and the heat exchanger (7);
A temperature detecting means (9) for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine (2);
A water-cooled engine cooling device (1), comprising: a control device (15) for controlling the drive of the pump (8) and the rotational speed of the rotary drive motor (12) based on a detection value by the temperature detection means (9). ) And
The controller (15) has a Reynolds number of cooling water flowing through the tube (6) of the heat exchanger (7) when the temperature detected by the temperature detecting means (9) is equal to or higher than a predetermined target temperature. Necessary for controlling the driving of the pump (8) so that the cooling water circulates at a predetermined flow rate and obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger while entering the range of 1800-6000. The water-cooled engine cooling device (1 ), wherein the pump drive and the rotational speed of the rotary drive motor (12) are controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor (12) are lowest. 1). 水冷式エンジン（２）から流出する冷却水をヘッダ（４、５）間に配置されたチューブ（６）に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器（７）と、
前記チューブに送風を行うファン（１１）を備える回転駆動モータ（１２）と、
前記水冷式エンジン（２）に独立して駆動されて前記水冷式エンジン（２）と前記熱交換器（７）とに冷却水を循環させるポンプ（８）と、
前記水冷式エンジン（２）内の冷却水温度を検出する温度検出手段（９）と、
前記温度検出手段（９）による検出値に基づいて前記ポンプ（８）の駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御する制御装置（１５）と、を備える水冷式エンジン冷却装置（１）であって、
前記制御装置（１５）は、前記温度検出手段（９）による検出温度が所定目標温度以上のときに、冷却水が予め定められた流量で循環するように前記ポンプ（８）の駆動を制御すると共に、前記冷却水の予め定められた流量において、前記熱交換器（７）の前記チューブ（６）内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に入るように、前記熱交換器（７）が構成され、前記制御装置（１５）は、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータ（１２）の動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。A heat exchanger (7) for cooling the cooling water by circulating the cooling water flowing out from the water-cooled engine (2) through a tube (6) disposed between the headers (4, 5);
A rotary drive motor (12) comprising a fan (11) for blowing air to the tube;
A pump (8) driven independently by the water-cooled engine (2) to circulate cooling water between the water-cooled engine (2) and the heat exchanger (7);
A temperature detecting means (9) for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine (2);
A water-cooled engine cooling device (1), comprising: a control device (15) for controlling the drive of the pump (8) and the rotational speed of the rotary drive motor (12) based on a detection value by the temperature detection means (9). ) And
The control device (15) controls the driving of the pump (8) so that the cooling water circulates at a predetermined flow rate when the temperature detected by the temperature detecting means (9) is equal to or higher than a predetermined target temperature. In addition, the heat exchanger so that the Reynolds number of the cooling water flowing through the tube (6) of the heat exchanger (7) falls within the range of 1800 to 6000 at the predetermined flow rate of the cooling water. (7) is configured, and the control device (15) is configured so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor (12) necessary for obtaining a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger are the lowest. A water-cooled engine cooling device (1) characterized by controlling the drive of the pump and the rotational speed of the rotary drive motor (12 ). 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置（１）であって、前記水冷式エンジン（２）は、シリンダヘッド（２１）を冷却するシリンダヘッド側通路（２３）と、該シリンダヘッド側通路（２３）と連通する、シリンダブロック（２２）を冷却するシリンダブロック側通路（２３）とを備え、冷却水が前記シリンダヘッド側通路（２３）から導入されると共に前記シリンダブロック側通路（２３）から導出されることを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。  The water-cooled engine cooling device (1) according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-cooled engine (2) is a cylinder head side passage (23) for cooling the cylinder head (21). And a cylinder block side passage (23) for cooling the cylinder block (22) communicating with the cylinder head side passage (23), and cooling water is introduced from the cylinder head side passage (23) and A water-cooled engine cooling device (1) derived from a cylinder block side passage (23). 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置（１）であって、前記ポンプ（８）は、流量調節可能な電動ポンプ（８）であることを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。  The water-cooled engine cooling device (1) according to any one of claims 1 to 5, wherein the pump (8) is an electric pump (8) capable of adjusting a flow rate. Type engine cooling device (1). 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置（１）であって、前記冷却水は、前記シリンダヘッド側通路（２３）に８０〜９５℃の状態で導入され、前記シリンダブロック側通路（２３）から１００〜１１５℃の状態で導出されることを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。  The water-cooled engine cooling device (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein the cooling water is introduced into the cylinder head side passage (23) in a state of 80 to 95 ° C, A water-cooled engine cooling device (1), which is led out from the cylinder block side passage (23) in a state of 100 to 115 ° C. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された水冷式エンジン冷却装置（１）であって、前記水冷式エンジンで暖められた冷却水を空気調和装置（２５）のヒータコア（２６）に流通させると共に、前記ヒータコアから導出される冷却水を前記ポンプ（８）の上流側に合流させる空調用迂回通路（２４）を有することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）  The water-cooled engine cooling device (1) according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling water warmed by the water-cooled engine is circulated to a heater core (26) of an air conditioner (25). And a water-cooled engine cooling device (1), characterized by having an air-conditioning bypass passage (24) for joining the cooling water led out from the heater core to the upstream side of the pump (8) 請求項８記載の水冷式エンジン冷却装置（１）であって、前記ヒータコア（２６）の上流側の前記空調用迂回通路（２４）には、冷却水の流通量を制御できる可変バルブ（２７）が設けられていることを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）。  The water-cooled engine cooling device (1) according to claim 8, wherein a variable valve (27) capable of controlling a circulation amount of cooling water is provided in the bypass passage (24) for air conditioning upstream of the heater core (26). A water-cooled engine cooling device (1) characterized in that is provided. 水冷式エンジン（２）から流出する冷却水をヘッダ（４、５）間に配置されたチューブ（６）に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器（７）と、前記チューブに送風を行うファン（１１）を備える回転駆動モータ（１２）と、前記チューブ（６）に送風を行う送風機（１１、１２）と、前記水冷式エンジン（２）に独立して駆動されて前記水冷式エンジン（２）と前記熱交換器（７）とに冷却水を循環させるポンプ（８）と、前記水冷式エンジン（２）内の冷却水温度を検出する温度検出手段（９）と、前記温度検出手段（９）による検出値に基づいて前記ポンプ（８）の駆動及び回転駆動モータ（１２）の回転数を制御する制御装置（１５）と、を備える水冷式エンジン冷却装置（１）の制御方法であって、
前記温度検出手段（９）による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記制御装置（１５）が、前記熱交換器（７）の前記チューブ（６）内を流通する冷却水の流動状態が層流域と乱流域との間の遷移域及びこの遷移域に近接する前記乱流域のうち少なくともどちらか一方を含む領域の範囲に入る予め定められた流量で冷却水を循環させるように前記ポンプ（８）による冷却水流量を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータ（１２）の動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）の制御方法。Cooling water flowing out from the water-cooled engine (2) is circulated through a tube (6) disposed between the headers (4, 5) to cool the cooling water, and air is blown to the tube. A rotary drive motor (12) having a fan (11) for performing, a blower (11, 12) for blowing air to the tube (6), and the water-cooled engine driven independently by the water-cooled engine (2) (2) and a pump (8) for circulating cooling water between the heat exchanger (7), temperature detecting means (9) for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine (2), and the temperature detection And a control device (15) for controlling the drive of the pump (8) and the rotational speed of the rotary drive motor (12) based on the detected value by the means (9), and a control method for the water-cooled engine cooling device (1) Because
When the temperature detected by the temperature detection means (9) is equal to or higher than a predetermined target temperature, the control device (15) has a flow state of cooling water flowing through the tube (6) of the heat exchanger (7). The pump so as to circulate the cooling water at a predetermined flow rate that falls within a region including at least one of the transition region between the laminar flow region and the turbulent flow region and the turbulent flow region adjacent to the transition region ( The pump is controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor (12) required for controlling the coolant flow rate according to 8) and obtaining the heat radiation amount of the predetermined heat exchanger are the lowest. And the rotational speed of the rotary drive motor (12 ) is controlled. 水冷式エンジン（２）から流出する冷却水をヘッダ（４、５）間に配置されたチューブ（６）に流通させて冷却水の冷却を行う熱交換器（７）と、前記チューブに送風を行うファン（１１）を備える回転駆動モータ（１２）と、前記チューブ（６）に送風を行う送風機（１１、１２）と、前記水冷式エンジン（２）に独立して駆動されて前記水冷式エンジン（２）と前記熱交換器（７）とに冷却水を循環させるポンプ（８）と、前記水冷式エンジン（２）内の冷却水温度を検出する温度検出手段（９）と、前記温度検出手段（９）による検出値に基づいて前記ポンプ（８）の駆動及び回転駆動モータ（１２）の回転数を制御する制御装置（１５）と、を備える水冷式エンジン冷却装置（１）の制御方法であって、
前記温度検出手段（９）による検出温度が所定目標温度以上のときに、前記制御装置（１５）が、前記熱交換器（７）の前記チューブ（６）内を流通する冷却水のレイノルズ数が１８００〜６０００の範囲に入る予め定められた流量で冷却水を循環させるように前記ポンプ（８）による冷却水流量を制御し、且つ、所定の前記熱交換器の放熱量を得るために必要な前記ポンプの動力及び前記回転駆動モータ（１２）の動力が最も低くなるように、前記ポンプの駆動及び前記回転駆動モータ（１２）の回転数を制御することを特徴とする水冷式エンジン冷却装置（１）の制御方法。Cooling water flowing out from the water-cooled engine (2) is circulated through a tube (6) disposed between the headers (4, 5) to cool the cooling water, and air is blown to the tube. A rotary drive motor (12) having a fan (11) for performing, a blower (11, 12) for blowing air to the tube (6), and the water-cooled engine driven independently by the water-cooled engine (2) (2) and a pump (8) for circulating cooling water between the heat exchanger (7), temperature detecting means (9) for detecting a cooling water temperature in the water-cooled engine (2), and the temperature detection And a control device (15) for controlling the drive of the pump (8) and the rotational speed of the rotary drive motor (12) based on the detected value by the means (9), and a control method for the water-cooled engine cooling device (1) Because
When the temperature detected by the temperature detecting means (9) is equal to or higher than a predetermined target temperature, the controller (15) has a Reynolds number of cooling water flowing through the tube (6) of the heat exchanger (7). It is necessary to control the cooling water flow rate by the pump (8) so as to circulate the cooling water at a predetermined flow rate falling within the range of 1800 to 6000, and to obtain a predetermined heat dissipation amount of the heat exchanger. The water-cooled engine cooling device (1 ), wherein the pump drive and the rotational speed of the rotary drive motor (12) are controlled so that the power of the pump and the power of the rotary drive motor (12) are lowest. The control method of 1).
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