(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車部の回転力によって内燃機関の内部に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、
前記冷媒ポンプが循環させる冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記羽根車部の回転数を制御する回転数制御手段と、を備え、
前記回転数制御手段は、前記冷媒温度検出手段の検出結果から冷媒の飽和蒸気圧を認識し、認識した前記冷媒の飽和蒸気圧を前記羽根車部近傍の冷媒の圧力が下回らないように、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数上昇度合いを制御することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記回転数制御手段は、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数を連続的に上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記回転数制御手段は、前記内燃機関の駆動力を前記羽根車部へ伝達自在なクラッチ機構の伝達率を調整することで、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数上昇度合いを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷式の内燃機関は、その内部に冷却水の循環流路を有し、循環流路の冷却水をウォータポンプの駆動によりラジエータ側に循環させて冷却し、冷却された冷却水を再び内燃機関側に循環させることで、内燃機関の冷却を実行する。ウォータポンプとしては、内燃機関の回転と同期することで駆動する機械式や、電気モータ等によって駆動する電動式が多く用いられている。
【０００３】
そして近年、暖機性の大幅な向上を目的としたウォータポンプの駆動制御が実行されている。このような技術として、内燃機関の運転中であっても冷却水温が低い間は電動ウォータポンプを回転駆動させないことによって、冷却水の循環を一時的に停止させて内燃機関の暖機を促進する技術が特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、内燃機関の始動時に電動ウォータポンプを所定時間駆動させて、電動ウォータポンプが駆動する間の冷却水の温度が所定温度以下の場合に電動ウォータポンプを停止させることによって、電力の消費を抑制しつつ暖機時の冷却水の沸騰を回避する技術が特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６１７４８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水冷式の内燃機関に用いられるウォータポンプは、その内部に駆動力を付与されることで回転する羽根車（インペラ）を有し、インペラが回転することで冷却水を吸い込みつつ、吸い込んだ冷却水を吐出する構成が広く採用されている。これらウォータポンプは、インペラが回転すると吸い込み側の水圧（流入水圧）が低下し、冷却水の水圧が飽和蒸気圧を下回ると、冷却水中にキャビテーションが発生する（図１０参照）。このようなウォータポンプの駆動に基づくキャビテーションの発生が繰り返されると、インペラ等が腐食されるためにウォータポンプが破損してしまう。
【０００７】
特に、内燃機関の暖機性を向上させるために、運転中にウォータポンプを停止させる（インペラの回転を停止する）と、冷却水の温度が上昇し、温度上昇に伴って冷却水の飽和蒸気圧も上昇する。そして、ウォータポンプの駆動を開始すると、インペラの回転数が急上昇して流入水圧が大幅に低下し、冷却水の水圧が飽和蒸気圧を大きく下回るために、インペラ近傍の冷却水中にキャビテーションが発生してしまう。
しかしながら、特許文献１，２の技術では、内燃機関の運転中に停止させたウォータポンプのインペラの回転を開始する際に発生するキャビテーションを適切に抑制することができない。そのため、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができない、といった問題点がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の冷却装置は、羽根車部の回転力によって内燃機関の内部に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、前記冷媒ポンプが循環させる冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記羽根車部の回転数を制御する回転数制御手段と、を備え、前記回転数制御手段が、前記冷媒温度検出手段の検出結果に基づいて、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数上昇度合いを制御することを特徴とする。
上記の構成により、停止した冷媒ポンプの駆動時における羽根車部の回転数上昇度合いを、冷媒中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。よって、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができる。
【００１０】
特に、本発明の内燃機関の冷却装置は、前記回転数制御手段が、前記冷媒温度検出手段の検出結果から冷媒の飽和蒸気圧を認識し、認識した前記冷媒の飽和蒸気圧を前記羽根車部近傍の冷媒の圧力が下回らないように、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数上昇度合いを制御する構成とすることができる。
上記の構成により、冷媒の飽和蒸気圧を羽根車部近傍の冷媒の圧力が下回らないように、停止した冷媒ポンプの駆動時における羽根車部の回転数上昇度合いを制御して、冷媒中にキャビテーションが発生することを抑制することができる。よって、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の冷却装置は、前記回転数制御手段が、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数を連続的に上昇させる構成とすることができる。
上記の構成により、停止した冷媒ポンプの駆動時における羽根車部の回転数を連続的に上昇させて、冷媒中にキャビテーションが発生することを抑制することができる。よって、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができる。
【００１２】
そして、本発明の内燃機関の冷却装置は、前記回転数制御手段が、前記内燃機関の駆動力を前記羽根車部へ伝達自在なクラッチ機構の伝達率を調整することで、停止した前記冷媒ポンプの駆動時における前記羽根車部の回転数上昇度合いを制御する構成とすることができる。
上記の構成により、内燃機関の駆動力を伝達されて駆動する機械式の冷媒ポンプにおいて、停止した冷媒ポンプの駆動時における羽根車部の回転数上昇度合いを、冷媒中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。よって、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の冷却装置によれば、停止した冷媒ポンプの駆動時における羽根車部の回転数上昇度合いを、冷媒中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。よって、キャビテーションによる冷媒ポンプの破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例のエンジン冷却システムの一構成例を示した図である。
【図２】実施例のウォータポンプの一構成例を示した図である。
【図３】ＥＣＵが実行する制御の一例を示している。
【図４】冷却水の飽和蒸気圧曲線を示している。
【図５】ＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施例のエンジン冷却システムの一構成例を示した図である。
【図７】暖機性向上制御によって停止したウォータポンプのインペラの回転を開始する際にＥＣＵが実行する制御の一例を示している。
【図８】ウォータポンプの電磁クラッチ係合制御の一例を示している。
【図９】ＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】ウォータポンプ内の水圧分布を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の冷却装置を組み込んだエンジン冷却システム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。
【００１７】
図１に示すエンジン冷却システム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００を循環する冷媒（冷却水）の温度を検出する水温センサ４１を備えている。また、エンジン冷却システム１は、エンジン１００を循環する冷却水を冷却するラジエータ２１と、ラジエータ２１とエンジン１００とを循環する冷媒が流通する第１流路２２および第２流路２３とを備えている。そして、エンジン冷却システム１は、冷却水を循環させるウォータポンプ３１と、システムの運転動作を総括的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０とを備えている。
【００１８】
エンジン１００は、車両に搭載される多気筒の火花点火式ガソリンエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンはそれぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。
吸気ポートから燃焼室内へ流入した混合ガスは、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサからのピストンの位置、および吸気カム角センサからのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定しイグナイタに信号を送る。イグナイタはＥＣＵ１０の信号に従って、指示された点火タイミングでバッテリからの電力を点火プラグに通電する。点火プラグはバッテリからの電力により点火し、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室内を膨張させピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。
この場合、エンジン１００は、火花点火式ガソリンエンジンに限られず、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を使用するフレキシブルフューエルエンジンであってもよいし、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであってもよい。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。
【００１９】
エンジン１００の燃焼室の周辺にはウォータジャケットが設けられており、ウォータジャケット内部は燃焼室等を冷却するための冷媒（冷却水）が循環している。本実施例の冷却水としては、エチレングリコール水溶液からなる一般的なＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）を用いるが、その他の冷媒を使用してもよい。
そして、ウォータジャケットには冷却水の温度を測定するための水温センサ４１が設けられており、ウォータジャケット内部の冷却水温の検出結果をＥＣＵ１０へ送信する。この場合、水温センサ４１は、エンジン１００内部を循環する冷却水の温度を検出可能な任意の位置に設けることができる。
なお、水温センサ４１は、本発明の冷媒温度検出手段の一構成例である。
【００２０】
ラジエータ２１は、上部タンク、ラジエータコア、下部タンクで構成されている放熱器である。エンジン１００を冷却することで高温になった冷却水は、第２流路２３を流通してラジエータ２１の上部タンクに導かれ、ラジエータコアを通過する。ラジエータコアは、高温の冷却水がラジエータコアを通過する際に熱を奪って空気中に放熱するものであって、放熱効率を向上させるために多数のフィンが設けられている。ラジエータコアで冷却された冷却水は、下部タンクから第１流路２２を流通して再びエンジン１００に戻される。
【００２１】
エンジン冷却システム１は、内部を冷却水が流通する第１流路２２および第２流路２３を備えている。第１流路２２は、ラジエータ２１の下部タンクとエンジン１００とを連通させる構成であり、ラジエータ２１で冷却された冷却水をエンジン１００へと循環させる。また、第２流路２３は、エンジン１００とラジエータ２１の上部タンクとを連通させる構成であり、エンジン１００で加熱された冷却水をラジエータ２１へと循環させる。
【００２２】
ウォータポンプ３１は、第１流路２２に設けられており、その駆動力によって冷却水をエンジン１００およびラジエータ２１に循環させる。ここで、ウォータポンプ３１の内部構成について詳細に説明する。図２は、実施例のウォータポンプ３１の一構成例を示した図である。ウォータポンプ３１は、ボディ３１１、プーリ３１２、プーリベアリング３１３、コイル３１４、アーマチュア３１５、板バネ３１６、ロータ３１７、ロータベアリング３１８、インペラ３１９を備えた構成となっており、エンジン１００のクランクシャフト軸の回転力をベルトによって伝達されることで駆動する機械式である。
なお、ウォータポンプ３１は、本発明の冷媒ポンプの一構成例である。
【００２３】
プーリ３１２は、プーリベアリング３１３を介して回転自在にボディ３１１に連結している。プーリ３１２は、ベルトによってクランクシャフト軸と同期しており、エンジン１００の回転力が伝達されることで回転する。
【００２４】
ウォータポンプ３１は、コイル３１４、アーマチュア３１５および板バネ３１６からなる電磁クラッチを有している。コイル３１４は、プーリ３１２内部に設置されており、図示しない電流供給装置から供給される所定の電流が流れると磁力を発生し（磁石化し）、アーマチュア３１５を引き付ける力（引力）が発生する。アーマチュア３１５は、板バネ３１６を介してロータ３１７と連結しており、プーリ３１２と係合するとプーリ３１２の回転力がロータ３１７に伝達される。板バネ３１６は、アーマチュア３１５とプーリ３１２とを分断する方向にアーマチュア３１５を付勢している。
【００２５】
コイル３１４に電流が流れると磁力が発生し、アーマチュア３１５との間に引力が発生する。そして、コイル３１４に流れる電流が大きくなると、より大きな磁力が発生することで引力が大きくなり、アーマチュア３１５との引力が板バネ３１６の付勢力を超えると電磁クラッチが係合する。一方、コイル３１４に流れる電流が小さくなると、発生する磁力が小さくなることで引力が小さくなり、アーマチュア３１５との引力が板バネ３１６の付勢力を下回ると電磁クラッチが分断される。ＥＣＵ１０は、図示しない電流供給装置に指令して、コイル３１４に流す電流の大きさを調整することで電磁クラッチの係合率を調整し、クランクシャフト軸からの回転力の伝達率を制御して、ウォータポンプ３１の駆動力（インペラ３１９の回転数）を制御する。この場合、電磁クラッチに代えて、その他の可変伝達機構を用いることで、ウォータポンプ３１の駆動力（インペラ３１９の回転数）を制御してもよい。
なお、コイル３１４、アーマチュア３１５および板バネ３１６は、本発明の回転数制御手段の一構成例である。
【００２６】
ロータ３１７は、ロータベアリング３１８を介して回転自在にボディ３１１に収納されており、冷却水が流通する側（第１流路２２側）の端部にインペラ３１９が固定されている。ロータ３１７は、プーリ３１２、アーマチュア３１５および板バネ３１６を介してエンジン１００の回転力が伝達されると回転し、それに伴ってインペラ３１９が回転する。
【００２７】
インペラ３１９は、ボディ３１１と第１流路２２との連結部に冷却水と接するように設けられる羽根車である。インペラ３１９は、冷却水を循環可能に羽根が角度付けられており、エンジン１００の回転力が伝達されると回転してラジエータ２１側から冷却水を吸い込みつつ、吸い込んだ冷却水をエンジン１００側へ吐出する。この場合、インペラ３１９は、羽根車構造に限られず、冷却水を循環可能な任意の構成を採用することができる。
なお、インペラ３１９は、本発明の羽根車部の一構成例である。
【００２８】
図１に戻り、ＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。ＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられたクランク角センサ、水温センサ４１等の複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてスロットルバルブの動作、インジェクタの動作、点火プラグの点火時期など、エンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
【００２９】
そして、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の暖機時にウォータポンプ３１の駆動を停止させる暖機性向上制御を実行する。以下に、ＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。
【００３０】
ＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始する。ＥＣＵ１０は、水温センサ４１が検出する冷却水温が所定温度未満の場合に、エンジン１００の早期暖機が必要と判断し、コイル３１４へ電流を流さないように電流供給装置に指令して、ウォータポンプ３１の電磁クラッチを分断させる。この制御を実行することで、エンジン１００の冷間時（暖機中）に、ウォータジャケット内部の冷却水の循環を一時的に停止させることができることから、エンジン１００の暖機性を向上させることができる。ここで、早期暖機が必要か否か判断するための所定温度は、任意の冷却水温を適用するが、例えば８５［℃］に設定することができる。
【００３１】
つづいて、ＥＣＵ１０は、水温センサ４１の検出結果に基づいて、停止したウォータポンプ３１の駆動時におけるインペラ３１９の回転数上昇度合いの制御を実行する。図３は、ＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示している。
【００３２】
ＥＣＵ１０は、水温センサ４１が検出する冷却水温が所定温度以上となると、冷却水の循環を開始させる必要があると判断する。そして、ＥＣＵ１０は、水温センサ４１の検出結果に基づいて、冷却水の飽和蒸気圧（Ｐｂ）を算出する。
ここで、Ｐｂの算出は、予め台上試験等にて求めた冷却水の飽和蒸気圧曲線（図４参照）をＥＣＵ１０のＲＯＭに記録しておくことで容易に算出することができる。
【００３３】
つづいて、ＥＣＵ１０は、水温センサ４１の検出結果からウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）を求め、Ｐｉｎおよび算出したＰｂに基づいて、以下の（１）式から冷却水中へのキャビテーション発生が抑制されるインペラ３１９の回転数（Ｎｐｌ）を算出する。
Ｎｐｌ＝（Ｐｉｎ×Ｐｂ／Ｋ）１／２  ・・・（１）
（Ｎｐｌ：キャビテーション抑制インペラ回転数，Ｐｉｎ：ウォータポンプ流入水圧，Ｐｂ：冷却水の飽和蒸気圧，Ｋ：定数）
【００３４】
ウォータポンプにおいて、最低水圧が冷却水の飽和蒸気圧（Ｐｂ）を超えていれば、冷却水中へのキャビテーション発生が抑制される。すなわち、ラジエータ側からのウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）と最低水圧との差分（ＮＰＳＨ）を、ＰｉｎとＰｂとの差分よりも小さく（ＮＰＳＨ＜Ｐｉｎ−Ｐｂ）することで、冷却水中へのキャビテーション発生を抑制することができる（図１０参照）。そのため、上記（１）式より、冷却水中へのキャビテーション発生が抑制されるインペラ３１９の回転数（Ｎｐｌ）を算出することができる。この場合、ウォータポンプ３１駆動前のＰｉｎは、第１流路２２内の静水圧であって、予め台上試験等にてエンジン１００における冷却水温と静水圧との相関を求めておくことで、容易に算出することができる。
【００３５】
更に、ＥＣＵ１０は、上記（１）式より算出したＮｐｌに基づいて、以下の（２）式から停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際の目標回転数（Ｎｐｄ）を算出する。
Ｎｐｄ＝Ｎｐｌ×Ｋｅ  ・・・（２）
（Ｎｐｄ：インペラ目標回転数，Ｋｅ：安全係数）
【００３６】
上記（１）式より算出したＮｐｌに、更に安全係数（Ｋｅ）を乗じたものを回転開始時のインペラ目標回転数（Ｎｐｄ）とすることで、インペラ３１９の回転を開始する際に発生する冷却水中のキャビテーションをより適切に抑制することができる。この場合、安全係数（Ｋｅ）は０から１の間（０および１は含まない）の任意の値を採用することができるが、例えば０．８とすることができる。
【００３７】
ＥＣＵ１０は、上記（２）式より算出したインペラ目標回転数（Ｎｐｄ）に基づいて、電流供給装置に指令してコイル３１４へ流す電流を調整し、電磁クラッチの係合率を調整する（半クラッチ状態にする）ことで、回転数Ｎｐｄでインペラ３１９の回転を開始する。
【００３８】
そして、ＥＣＵ１０は、回転数Ｎｐｄにてインペラ３１９の回転を開始してから所定時間が経過すると、インペラ３１９の回転数をエンジン１００の現運転状態における最大インペラ回転数（Ｒｍａｘ）まで上昇させることが可能と判断し、電流供給装置に指令してコイル３１４へ大電流を流し、ウォータポンプ３１の電磁クラッチ係合率を１００％にさせて、制御の処理を終了する。
【００３９】
インペラ３１９が回転を開始すると、エンジン冷却システム１内を冷却水が循環するために徐々にＰｉｎが上昇し、Ｐｉｎの上昇に伴って最低水圧も上昇するために、徐々に冷却水中にキャビテーションが発生し難くなる。そして、インペラ３１９の回転が所定時間以上継続するとＰｉｎが所定の圧力を超えて、インペラ３１９の回転数に関わらず最低水圧がＰｂを下回らなくなる（図１０参照）ため、インペラ３１９の回転数上昇度合いの制御を終了することができる。
ここで、ウォータポンプ３１の電磁クラッチ係合率を１００％にすることが可能と判断するための所定時間は、インペラ３１９回転数に関わらず最低水圧がＰｂを下回らなくなるための充分な任意の時間を採用する。この場合、インペラ３１９回転数およびＰｉｎと時間との相関マップを予め台上試験等にて求めることで、所定時間を容易に算出することができる。また、冷却水の水圧を検出する水圧検出手段を設けて、その検出結果に基づいて電磁クラッチの係合可否（インペラ回転数上昇度合い制御の終了）を判断してもよい。
【００４０】
上記の制御を実行することにより、暖機性向上制御によって停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際に、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。よって、キャビテーションによるウォータポンプ３１の破損を抑制することができる。この場合、キャビテーション発生を抑制するためのインペラ３１９回転数上昇度合いの制御は２段階に限られず、３以上の複数段階で実行してもよい。これによって、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制しつつ、インペラ３１９の回転をより早く高めることができることから、エンジン１００を循環する冷却水の流速およびウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）をより早く高めることができる。
なお、ＥＣＵ１０は、本発明の回転数制御手段の一構成例である。
【００４１】
つづいて、ＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジン冷却システム１の動作を説明する。図５は、ＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジン冷却システム１は、水温センサ４１の検出結果に基づいて、冷却水の飽和蒸気圧をインペラ３１９近傍の水圧が下回らないように、停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転開始からＲｍａｘに到達するまでの回転数を段階的に上昇させる制御を実行する。
【００４２】
ＥＣＵ１０の制御は、ウォータポンプ３１の駆動を停止させる暖機性向上制御が実行されると（すなわち、冷却水温が所定温度未満の場合に）開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、ＥＣＵ１０は、その制御の処理中、水温センサ４１の検出結果を常に受信する。
【００４３】
まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１で、水温センサ４１が検出する冷却水温が所定温度以上であるか否かを判断する。ここで、所定温度については前述したために、その詳細な説明は省略する。冷却水温が所定温度以上でない場合（ステップＳ１／ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、ウォータポンプ３１を駆動させる必要がないと判断し、制御の処理を終了する。冷却水温が所定温度以上である場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ１０は、ウォータポンプ３１を駆動させる必要があると判断し、次のステップＳ２へ進む。
【００４４】
ステップＳ２で、ＥＣＵ１０は、水温センサ４１の検出結果に基づいて、冷却水の飽和蒸気圧（Ｐｂ）を算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。
【００４５】
ステップＳ３で、ＥＣＵ１０は、水温センサ４１の検出結果からウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）を求め、ＰｉｎおよびステップＳ２で算出したＰｂに基づいて、上記（１）式から冷却水中へのキャビテーション発生が抑制されるインペラ３１９の回転数（Ｎｐｌ）を算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ３の処理を終えると、次のステップＳ４へ進む。
【００４６】
ステップＳ４で、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出したＮｐｌに基づいて、上記（２）式から停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際の目標回転数（Ｎｐｄ）を算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。
【００４７】
ステップＳ５で、ＥＣＵ１０は、ステップＳ４で算出したＮｐｄに基づいて、図示しない電流供給装置に指令してコイル３１４へ流す電流を調整し、電磁クラッチの係合率を調整することで、回転数Ｎｐｄでインペラ３１９の回転を開始する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ５の処理を終えると、次のステップＳ６へ進む。
【００４８】
ステップＳ６で、ＥＣＵ１０は、回転数Ｎｐｄでインペラ３１９の回転を開始してから所定時間が経過したら、電流供給装置に指令してコイル３１４へ大電流を流し、ウォータポンプ３１の電磁クラッチの係合率を１００％にする。ＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理を終えると、制御の処理を終了する。
【００４９】
この制御を実行することで、暖機性向上制御によって停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際に、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。よって、キャビテーションによるウォータポンプ３１の破損を抑制することができる。
【００５０】
以上のように、本実施例のエンジン冷却システムは、水温センサの検出結果に基づいて、冷却水の飽和蒸気圧をインペラ近傍の水圧が下回らないように、停止したウォータポンプのインペラの回転開始からエンジンの現運転状態における最大インペラ回転数に到達するまでの回転数を段階的に上昇させることにより、ウォータポンプの駆動時におけるインペラの回転数上昇度合いを、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。よって、キャビテーションによるウォータポンプの破損を抑制することができる。
【実施例２】
【００５１】
つづいて、本発明の実施例２について説明する。本実施例のエンジン冷却システム２は、水圧センサ４２を備え、停止したインペラ３１９の回転を開始する際の回転数を連続的に上昇させる制御を実行する点でエンジン冷却システム１と相違している。
【００５２】
本実施例のエンジン冷却システム２は、実施例１と同様にＥＣＵ１０、ラジエータ２１、第１流路２２、第２流路２３、ウォータポンプ３１および水温センサ４１を備えることで、暖機性向上制御によって停止したウォータポンプ３１の駆動時におけるインペラ３１９の回転数上昇度合いを、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御することができる。
更に、エンジン冷却システム２は、水圧センサ４２を備えており、ラジエータ２１側からのウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）を常に検出し、検出結果をＥＣＵ１０へ送信する。そして、エンジン冷却システム２は、Ｐｉｎの検出結果に基づいて、停止したインペラ３１９の回転開始からＲｍａｘに到達するまでの回転数を連続的に上昇させる制御を実行することで、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制しつつ、電磁クラッチの係合率をより早く高めて磨耗を抑制する（図８参照）。
【００５３】
図６は、本発明の内燃機関の冷却装置を組み込んだエンジン冷却システム２の一構成例を示した図である。なお、実施例１と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
水圧センサ４２は、ボディ３１１のラジエータ２１側と第１流路２２との接続部に設置されており、ウォータポンプ３１へラジエータ２１側から流入する冷却水の水圧（Ｐｉｎ）を検出し、検出結果をＥＣＵ１０へ送信する。この場合、水圧センサ４２は、Ｐｉｎを検出可能な任意の位置に設けることができる。また、水圧センサ４２がＰｉｎ以外の水圧を検出し、その検出結果からＥＣＵ１０がＰｉｎを算出する構成であってもよい。
【００５５】
つづいて、エンジン冷却システム２においてＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。図７は、暖機性向上制御によって停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際にＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示している。なお、実施例１と同様の制御についてはその説明を省略する。
【００５６】
ＥＣＵ１０は、水温センサ４１の検出結果に基づき冷却水の飽和蒸気圧（Ｐｂ）を算出すると、水圧センサ４２の検出結果に基づいて、ウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）を認識する。つづいて、ＥＣＵ１０は、算出したＰｂおよび認識したＰｉｎに基づいて、上記（１）式から冷却水中へのキャビテーション発生が抑制されるインペラ３１９の回転数（Ｎｐｌ）を算出する。更に、ＥＣＵ１０は、算出したＮｐｌに基づいて、上記（２）式から停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際の目標回転数（Ｎｐｄ）を算出する。
【００５７】
ＥＣＵ１０は、上記（２）式より算出したインペラ目標回転数（Ｎｐｄ）が、エンジン１００の現運転状態における最大インペラ回転数（Ｒｍａｘ）より大きいか否かを判断する。Ｒｍａｘは、以下の（３）式より求められる。
Ｒｍａｘ＝Ｎｅ×γ×η  ・・・（３）
（Ｒｍａｘ：エンジンの現運転状態における最大インペラ回転数，Ｎｅ：エンジン回転数，γ：クランクプーリとウォータポンププーリとの比，η：一致判定値）
【００５８】
ＥＣＵ１０は、上記（２）式より算出したＮｐｄが、上記（３）式より求められたＲｍａｘより大きいと判断する場合、ウォータポンプ３１の電磁クラッチ係合率を１００％にすることが可能と判断する。そして、電流供給装置に指令してコイル３１４へ大電流を流し、ウォータポンプ３１の電磁クラッチ係合率を１００％にさせて、制御の処理を終了する。
【００５９】
一方、ＥＣＵ１０は、上記（２）式より算出したＮｐｄが、上記（３）式より求められたＲｍａｘより大きくないと判断する場合は、インペラ３１９の回転数上昇度合いの制御が必要であると判断する。そして、インペラ３１９の回転数を算出したＮｐｄに制御するよう、電流供給装置に指令してコイル３１４へ流す電流を調整する。つづいて、ＥＣＵ１０は、再び水温センサ４１の検出結果からＰｂを算出し、水圧センサ４２の検出結果からＰｉｎを認識し、ＰｂおよびＰｉｎに基づいてＮｐｌおよびＮｐｄを算出する。そして、算出したＮｐｄがＲｍａｘより大きくないと判断すると、インペラ３１９の回転数を算出したＮｐｄに制御する。ＥＣＵ１０は、上記（２）式より算出するＮｐｄが、上記（３）式より求められるＲｍａｘより大きいと判断されるまで上記の制御を繰り返す。
このように、ＥＣＵ１０は、ウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）の検出結果からＮｐｄを算出し、インペラ３１９の回転数を算出したＮｐｄに制御する処理を実行する。
【００６０】
インペラ３１９が回転を開始すると、エンジン冷却システム２内を冷却水が循環するために徐々にＰｉｎが上昇し、Ｐｉｎの上昇に伴って冷却水中へのキャビテーション発生が抑制されるインペラ３１９の回転数（Ｎｐｌ）も上昇（変化）する。そのため、上記の制御の処理を実行することにより、インペラ３１９の回転開始後に刻々と変化するＰｉｎをリアルタイムで検出し、Ｐｉｎの検出結果からインペラ３１９目標回転数（Ｎｐｄ）を算出して、インペラ３１９の回転数をＮｐｄにあわせて連続的に制御することができる。これによって、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制しつつ、インペラ３１９の回転をより早く高めることができることから、エンジン１００を循環する冷却水の流速およびウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）をより早く高めることができる。また、電磁クラッチの係合率をより早く高めることができることから、半クラッチ状態の時間を短縮することができ、それによってクラッチの磨耗を最小限に抑制することができる（図８参照）。
【００６１】
つづいて、ＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジン冷却システム２の動作を説明する。図９は、ＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。なお、エンジン冷却システム２は、実施例１のステップＳ１，Ｓ２の制御を実行した後に、以下のステップＳ７以降の制御を実行する（ステップＳ１，Ｓ２は実施例１のエンジン冷却システム１の制御と同一であるため、その詳細な説明は省略する）。
本実施例のエンジン冷却システム２は、水圧センサ４２の検出結果に基づいて、冷却水の飽和蒸気圧をインペラ３１９近傍の水圧が下回らないように、停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転開始からＲｍａｘに到達するまでの回転数を連続的に上昇させる制御を実行する。
【００６２】
ＥＣＵ１０の制御は、ウォータポンプ３１の駆動を停止させる暖機性向上制御が実行されると（すなわち、冷却水温が所定温度未満の場合に）開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、ＥＣＵ１０は、その制御の処理中、水温センサ４１および水圧センサ４２の検出結果を常に受信する。
【００６３】
ステップＳ２の処理の後に、ＥＣＵ１０はステップＳ７へ進む。ステップＳ７で、ＥＣＵ１０は、水圧センサ４２の検出結果に基づいて、ウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）を認識する。つづいて、ＥＣＵ１０は、認識したＰｉｎおよびステップＳ２で算出したＰｂに基づいて、上記（１）式から冷却水中へのキャビテーション発生が抑制されるインペラ３１９の回転数（Ｎｐｌ）を算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ７の処理を終えると、次のステップＳ８へ進む。
【００６４】
ステップＳ８で、ＥＣＵ１０は、ステップＳ７で算出したＮｐｌに基づいて、上記（２）式から停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際の目標回転数（Ｎｐｄ）を算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ８の処理を終えると、次のステップＳ９へ進む。
【００６５】
ステップＳ９で、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８で算出したＮｐｄが、上記（３）式から求めた現運転状態における電磁クラッチ係合率が１００％の場合のインペラ３１９回転数（Ｒｍａｘ）より大きいか否かを判断する。算出したＮｐｄがＲｍａｘより大きいと判断する場合（ステップＳ９／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、ウォータポンプ３１の電磁クラッチ係合率を１００％にすることが可能と判断し、ステップＳ１１へ進む。算出したＮｐｄがＲｍａｘより大きくないと判断する場合（ステップＳ９／ＮＯ）は、ＥＣＵ１０は、インペラ３１９の回転数上昇度合いの制御が必要であると判断し、次のステップＳ１０へ進む。
【００６６】
ステップＳ１０で、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８で算出したＮｐｄに基づいて、図示しない電流供給装置に指令してコイル３１４へ流す電流を調整し、電磁クラッチの係合率を調整することで、回転数Ｎｐｄでインペラ３１９の回転を開始する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０の処理を終えるとステップＳ１へ戻り、算出したＮｐｄがＲｍａｘより大きいと判断できるまで上記の処理を繰り返す。
【００６７】
ステップＳ９の判断がＹＥＳの場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１で、ＥＣＵ１０は、電流供給装置に指令してコイル３１４へ大電流を流し、ウォータポンプ３１の電磁クラッチの係合率を１００％にする。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１の処理を終えると、制御の処理を終了する。
【００６８】
この制御を実行することで、暖機性向上制御によって停止したウォータポンプ３１のインペラ３１９の回転を開始する際に、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制しつつ、インペラ３１９の回転をより早く高めることができることから、エンジン１００を循環する冷却水の流速およびウォータポンプ流入水圧（Ｐｉｎ）をより早く高めることができる。よって、キャビテーションによるウォータポンプ３１の破損を抑制することができる。また、電磁クラッチの係合率をより早く高めることができることから、半クラッチ状態の時間を短縮することができ、それによってクラッチの磨耗を最小限に抑制することができる（図８参照）。
【００６９】
以上のように、本実施例のエンジン冷却システムは、水圧センサの検出結果に基づいて、冷却水の飽和蒸気圧をインペラ近傍の水圧が下回らないように、停止したウォータポンプのインペラの回転開始からエンジンの現運転状態における最大インペラ回転数に到達するまでの回転数を連続的に上昇させることにより、ウォータポンプの駆動時におけるインペラの回転数上昇度合いを、冷却水中にキャビテーションが発生することを抑制する回転数上昇度合いに制御しつつ、電磁クラッチの係合率をより早く高めることができる。よって、キャビテーションによるウォータポンプの破損を抑制しつつ、クラッチの磨耗を最小限に抑制することができる。
【００７０】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００７１】
例えば、ウォータポンプ３１は、インペラ３１９を電気モータで駆動する電動式であってもよい。すなわち、回転数制御手段として電気モータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１，２  エンジン冷却システム
１０  ＥＣＵ（回転数制御手段）
２１  ラジエータ
２２  第１流路
２３  第２流路
３１  ウォータポンプ（冷媒ポンプ）
４１  水温センサ（冷媒温度検出手段）
４２  水圧センサ
１００  エンジン（内燃機関）
３１１  ボディ
３１２  プーリ
３１４  コイル（回転数制御手段）
３１５  アーマチュア（回転数制御手段）
３１６  板バネ（回転数制御手段）
３１７  ロータ
３１９  インペラ（羽根車部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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