(57)【要約】【課題】ポンプ一つ当たりの体格を大きくせずにポンプから十分な量の冷却水を供給する。【解決手段】内燃機関の冷却装置１００は、冷却水を圧送するポンプ部３と、冷却水がポンプ部から機関水路を通って再びポンプ部に戻るように形成された循環水路と、ラジエータ２１が設けられた熱交換水路２３に冷却水が流通する状態と流通しない状態とで切り換えるサーモスタット２２とを備える。冷却装置の制御ユニット２００は、が熱交換水路に冷却水が流通する状態にサーモスタットが切り換えられているときには、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結し、熱交換水路に冷却水が流通しない状態にサーモスタットが切り換えられているときには、両ポンプを直列に連結するように、ポンプ部に設けられた三方弁３８を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を圧送するポンプ部と、
前記ポンプ部から圧送された冷却水が内燃機関の機関水路を通って再び前記ポンプ部に戻るように、前記ポンプ部に前記機関水路を連結する、前記機関水路を含む循環水路と、
冷却水との熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器が設けられ、前記循環水路の少なくとも一部に対して並列に設けられた熱交換水路と、
前記熱交換水路に冷却水が流通する状態と、冷却水が流通しない状態とを切り換える水路切換装置と、
前記ポンプ部の制御を行う制御装置と、
を備えた内燃機関の冷却装置であって、
前記ポンプ部は、第１ポンプと、第２ポンプと、前記第１ポンプと前記第２ポンプとを並列に連結する状態と、直列に連結する状態とを切り換えるポンプ切換装置とを備え、
前記水路切換装置が、前記熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられていることによって、前記循環水路及び前記熱交換水路に冷却水が流通するときには、前記制御装置は、前記第１ポンプと前記第２ポンプとを並列に連結するように前記ポンプ切換装置を制御し、
前記水路切換装置が、前記熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられていることによって、前記循環水路のみに冷却水が流通するときには、前記制御装置は、前記第１ポンプと前記第２ポンプとを直列に連結するように前記ポンプ切換装置を制御する、
内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記水路切換装置は、前記熱交換水路に設けられ、冷却水の水温に応じて開弁状態と閉弁状態とを切り換えるサーモスタットであり、
前記サーモスタットが開弁状態であるときには、前記熱交換水路に冷却水が流通し、
前記サーモスタットが閉弁状態であるときには、前記熱交換水路に冷却水が流通しない、
請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記水路切換装置が、前記熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられているときにおいて、前記ポンプ切換装置が前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを並列に連結することによって前記ポンプ部が出力可能な最大流量が、前記ポンプ切換装置が前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを直列に連結することによって前記ポンプ部が出力可能な最大流量よりも多く、
前記水路切換装置が、前記熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときにおいて、前記ポンプ切換装置が前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを並列に連結することによって前記ポンプ部が出力可能な最大流量が、前記ポンプ切換装置が前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを直列に連結することによって前記ポンプ部が出力可能な最大流量よりも少ない、
請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを並列に連結する状態において、前記ポンプ部が出力可能な最大流量と最大水圧との関係を表す曲線を並列特性曲線と称し、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを直列に連結する状態において、前記ポンプ部が出力可能な最大流量と最大水圧との関係を表す曲線を直列特性曲線と称し、
冷却水の経路の流路抵抗が任意の値であるときの流量と水圧との関係を表す曲線を抵抗曲線と称し、
前記抵抗曲線が前記並列特性曲線と、前記直列特性曲線との交点を通る時の流路抵抗を基準流路抵抗と称するとき、
前記水路切換装置が、前記熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられているときには、前記冷却水の経路の流路抵抗が、前記基準流路抵抗以下となり、
前記水路切換装置が、前記熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときには、前記冷却水の経路の流路抵抗が、前記基準流路抵抗より大きくなるように前記循環水路及び前記熱交換水路が形成されている、
請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記ポンプ部への要求流量が予め定められた流量よりも少ないときには、
前記制御装置は、
前記水路切換装置の状態とは無関係に前記第１ポンプと前記第２ポンプとを並列に連結するように前記ポンプ切換装置を制御し、且つ
前記第１ポンプまたは前記第２ポンプのいずれか一方のみを駆動させる、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、第１熱交換器と、第２熱交換器との二つの熱交換器を備え、
前記熱交換水路は、前記第１熱交換器が設けられ且つ前記循環水路の少なくとも一部に対して並列に設けられた第１熱交換水路と、前記第２熱交換器が設けられ且つ前記循環水路の少なくとも一部に対して並列に設けられた第２熱交換水路と、を備え、前記水路切換装置は、前記第１熱交換水路に冷却水が流通する状態と前記第１熱交換水路に冷却水が流通しない状態とを切り換える第１水路切換装置と、前記第２熱交換水路に冷却水が流通する状態と前記第２熱交換水路に冷却水が流通しない状態とを切り換える第２水路切換装置と、を備え、
前記水路切換装置が前記熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられているときとは、前記第１水路切換装置が前記第１熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられ且つ前記第２水路切換装置が前記第２熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられているときを意味し、
前記水路切換装置が前記熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときとは、前記第１水路切換装置が前記第１熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられ且つ前記第２水路切換装置が前記第２熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときを意味する、請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記第１水路切換装置及び前記第２水路切換装置が、前記第１熱交換水路及び前記第２熱交換水路のいずれか一方に冷却水が流通する状態に切り換えられているときには、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを並列に連結することによってのみ出力可能な流量及び水圧を第１領域として記憶しており、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを直列に連結することによってのみ出力可能な流量及び水圧を第２領域として記憶しており、
前記ポンプ部への要求流量と、該要求流量と前記第１水路切換装置の状態と前記第２水路切換装置の状態とによって定められる前記ポンプ部への要求水圧とを算出し、
前記要求流量及び前記要求水圧が、前記第１領域に含まれる場合には、前記第１ポンプと前記第２ポンプとを並列に連結するように前記ポンプ切換装置を制御し、
前記要求流量及び前記要求水圧が、前記第２領域に含まれる場合には、前記第１ポンプと前記第２ポンプとを直列に連結するように前記ポンプ切換装置を制御する、
請求項６に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項８】
前記ポンプ部は、
冷却水を圧送する第１ポンプ及び第２ポンプと、
冷却水が流入する入口水路と、
前記入口水路と分岐点において連通し、互いに対して並列に設けられ、前記第１ポンプが配置される第１水路及び前記第２ポンプが配置される第２水路と、
前記第１水路及び前記第２水路のそれぞれと合流点において連通し、冷却水が流出する出口水路と、
前記第１水路のうち前記第１ポンプの冷却水吐出側の水路と、前記第２水路のうち前記第２ポンプの冷却水吸入側の水路と、を連通させるポンプ間水路と、
前記第２水路と前記ポンプ間水路との接続部と、前記分岐点と、の間において前記第２水路に設けられた逆止弁と、をさらに備え、
前記ポンプ切換装置は、前記第１水路と前記ポンプ間水路との接続部に設けられた三方弁であり、
前記三方弁は、前記第１水路を流れてきた冷却水を、前記ポンプ間水路に流入させることなく前記第１水路へそのまま流通させる第１切換位置と、前記第１水路を流れてきた冷却水を、前記第１水路へそのまま流通させることなく前記ポンプ間水路に流入させる第２切換位置との間で選択可能な三方弁であり、
前記制御装置は、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを並列に連結するときには、前記三方弁を前記第１切換位置に切り換え、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを直列に連結するときには、前記三方弁を前記第２切換位置に切り換える、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項９】
前記ポンプ部は、
冷却水を圧送する第１ポンプ及び第２ポンプと、
冷却水が流入する入口水路と、
前記入口水路と分岐点において連通し、互いに対して並列に設けられ、前記第１ポンプが配置される第１水路及び前記第２ポンプが配置される第２水路と、
前記第１水路及び前記第２水路のそれぞれと合流点において連通し、冷却水が流出する出口水路と、
前記第１水路のうち前記第１ポンプの冷却水吐出側の水路と、前記第２水路のうち前記第２ポンプの冷却水吸入側の水路と、を連通させるポンプ間水路と、
前記第２水路と前記ポンプ間水路との接続部と、前記分岐点と、の間において前記第２水路に設けられた第１逆止弁と、
前記第１水路と前記ポンプ間水路との接続部と、前記合流点と、の間において前記第１水路に設けられた第２逆止弁と、
前記ポンプ間水路に設けられた前記ポンプ切換装置と、をさらに備え、
前記第１ポンプは、前記第１水路と前記ポンプ間水路との間の接続部と、前記分岐点と、の間において前記第１水路に設けられ、
前記第２ポンプは、前記第２水路と前記ポンプ間水路との間の接続部と、前記合流点と、の間において前記第２水路に設けられ、
前記ポンプ切換装置は、前記ポンプ間水路に設けられた開閉弁であって、前記ポンプ間水路を閉じる第１切換位置と、前記ポンプ間水路を開く第２切換位置との間で切り換え可能であり、
前記制御装置は、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを並列に連結するときには、前記開閉弁を前記第１切換位置にし、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを直列に連結するときには、前記開閉弁を前記第２切換位置にする、
請求項１乃至７のいずれか１項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】
ポンプによって吐出した冷却水を、内燃機関及び熱交換器に循環させ、内燃機関を冷却する内燃機関の冷却装置が知られている。特に近年は、内燃機関の大型化に伴い、冷却のために必要な冷却水の流量が増大しているため、ポンプの出力を大きくすることが検討されている。しかしながら、ポンプの出力を大きくするためにはポンプを大型化することが必要になるところ、体格が大きいポンプを搭載するための大きなまとまったスペースを機関本体周りに確保するのは困難であった。そこで、ポンプ一つ当たりの体格を大きくすることなく流量を増大させるために、２つのポンプを並列に連結することが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−７９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の冷却装置は、冷却水がポンプ及び内燃機関を経由する循環水路に対して、並列に設けられた熱交換器を備えることが知られている。このような冷却装置は、循環水路及び熱交換器に冷却水が流通するときには、冷却水は比較的流れやすく、循環水路のみに冷却水が流通するときには、冷却水は比較的流れにくい。例えば、冷却水が比較的流れやすいときには、ポンプから吐出される冷却水の水圧が低くても、十分な流量を確保することができる。従って、この場合、ポンプを並列に連結することで、ポンプの容積を増加させて、流量を増加させることができる。
【０００５】
一方、冷却水が比較的流れにくいときには、ポンプから吐出される冷却水の水圧が低いと、十分な流量を確保することができなくなる。上述したようにポンプを並列に連結した場合には、これらポンプ全体で出力可能な水圧は一方のポンプが出力可能な水圧と等しく、よってポンプ全体から吐出される冷却水の水圧を高くすることができない。従って、冷却装置に冷却水が流れにくい場合には、たとえポンプを並列に連結したとしても、十分な流量を確保することができない。
【０００６】
従って、ポンプ一つ当たりの体格を大きくすることなく、ポンプから十分な量の冷却水を供給することは困難である。
【０００７】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、ポンプ一つ当たりの体格を大きくすることなく、ポンプから十分な量の冷却水を供給することができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内燃機関の冷却装置は、冷却水を圧送するポンプ部と、ポンプ部から圧送された冷却水が内燃機関の機関水路を通って再びポンプ部に戻るように、ポンプ部に機関水路を連結する、機関水路を含む循環水路を備える。さらに、内燃機関の冷却装置は、冷却水との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器が設けられ、循環水路の少なくとも一部に対して並列に設けられた熱交換水路と、熱交換水路に冷却水が流通する状態と、冷却水が流通しない状態とを切り換える水路切換装置と、ポンプ部の制御を行う制御装置とを備える。
【０００９】
ポンプ部は、第１ポンプと、第２ポンプと、第１ポンプと第２ポンプとを並列に連結する状態と、直列に連結する状態とを切り換えるポンプ切換装置とを備える。そして、水路切換装置が、熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられていることによって、循環水路及び熱交換水路に冷却水が流通するときには、制御装置は、第１ポンプと第２ポンプとを並列に連結するようにポンプ切換装置を制御する。他方、水路切換装置が、熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられていることによって、循環水路のみに冷却水が流通するときには、制御装置は、第１ポンプと第２ポンプとを直列に連結するようにポンプ切換装置を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のこの態様によれば、ポンプ一つ当たりの体格を大きくすることなく、ポンプから十分な量の冷却水を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施例における内燃機関の冷却装置を表す概略図である。
【図２】図２は、ポンプが吐出する冷却水の水圧と流量との関係を表す抵抗曲線の概略図である。
【図３】図３は、単一のポンプの特性曲線と、抵抗曲線との関係を表した概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ポンプを並列に連結することを表した概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ポンプを並列に連結した場合の特性曲線と、抵抗曲線との関係を表した概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ポンプを直列に連結することを表した概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ポンプを直列に連結した場合の特性曲線と、抵抗曲線との関係を表した概略図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施例において、冷却水がラジエータ及びバイパス水路を流通する場合の内燃機関の冷却装置の状態を表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施例において、冷却水がバイパス水路のみを流通する場合の内燃機関の冷却装置の状態を表す概略図である。
【図８】図８は、流路抵抗の変化に応じた、ポンプの連結方法の変化を表す概略図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施例における内燃機関の冷却装置を表す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施例における内燃機関の冷却装置を表す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施例における内燃機関の冷却装置を表す概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５実施例における内燃機関の冷却装置を表す概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１制御例のルーチンを表すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第２制御例における、ポンプの連結方法の変化を表す概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２制御例のルーチンを表すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第３制御例のルーチンを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例における内燃機関の冷却装置の概略図を示している。第１実施例における内燃機関の冷却装置１００は、機関本体１、熱交換部２、ポンプ部３を備える。機関本体１、熱交換部２、ポンプ部３は、それぞれ冷却水路によってループ状に連結されており、冷却水が機関本体１、熱交換部２、ポンプ部３の順に循環するように配置されている。
【００１４】
機関本体１は、駆動力を発生させるために機関本体１の内部に設けられた燃焼室で燃料を燃焼させる。機関本体１は、燃料の燃焼に伴って高温になるため、冷却することが求められる。本実施例においては、機関本体１を冷却するために冷却水が用いられる。機関本体１の内部には冷却水が流通する機関水路が設けられており、機関水路を流通する冷却水を介して、機関本体１の外に熱が放出され、これによって機関本体１が冷却される。例えば、機関水路には、シリンダブロックの燃焼室周囲に形成されたウォータージャケットや、シリンダヘッドに形成された冷却水路が含まれる。
【００１５】
熱交換部２は、冷却水と機関の外部との間で熱交換させるための装置である。本実施例においては、熱交換部２は機関本体１の下流に配置されており、機関本体１によって加熱された冷却水は熱交換部２によって冷却される。
【００１６】
本実施例においては、図１に示されるように、熱交換部２は、ラジエータ２１と、サーモスタット２２と、熱交換水路２３と、バイパス水路２４とを備える。ラジエータ２１とサーモスタット２２とが、熱交換水路２３に設けられ、ラジエータ２１とサーモスタット２２とをバイパスするように、バイパス水路２４が設けられている。
【００１７】
ラジエータ２１は、ラジエータ２１の内部に冷却水を流通させることにより、冷却水の熱を外部に放出する。冷却水の熱は、ラジエータ２１内に設けられた水路の壁面を介して外部に放出されるため、冷却水と水路の壁面との接触面積が広いほど、即ち、水路の壁面の表面積が広いほど、より効率よく冷却水を冷却できる。本実施例においては、ラジエータ２１の水路の表面積を広げるため、ラジエータ２１内に設けられた各水路の径がバイパス水路２４の水路の径よりも小さく設計されている。
【００１８】
サーモスタット２２は、ラジエータ２１の下流側において熱交換水路２３に配置されており、熱交換水路２３を通る冷却水の流れを許可する開状態と斯かる冷却水の流れを遮断する閉状態とを選択的に切り換えることができる。本実施例においては、ラジエータ２１及びサーモスタット２２は熱交換水路２３に直列に設けられているため、サーモスタット２２の状態を切り換えることにより、ラジエータ２１への冷却水の流通の状態が切り換えられる。
【００１９】
また、本実施例においては、サーモスタット２２には、その弁体に接触して、冷却水の水温が高くなると膨張し、低くなると縮小する部材が配置されている。そして、この部材が膨張するときにはサーモスタット２２が開状態となり、部材が縮小するときにはサーモスタット２２が閉状態となる。従って、冷却水の水温が所定温度以上のときにはサーモスタット２２は自動的に開状態となり、冷却水の水温が所定温度未満のときにはサーモスタット２２は自動的に閉状態となる。
【００２０】
この結果、本実施形態では、冷却水の温度が低い場合は、サーモスタット２２が閉状態となり、よって冷却水は熱交換水路２３を通ることなくバイパス水路２４のみを通って流れる。従って、ラジエータ２１への冷却水の流通が遮断され、冷却水が冷却されることが抑制される。他方、冷却水の水温が高い場合には、サーモスタット２２が開状態となり、よって冷却水は熱交換水路２３及びバイパス水路２４の両方を通って流れる。従って、ラジエータ２１へ冷却水が流通するようになり、よって冷却水が冷却される。
【００２１】
なお、サーモスタット２２の開状態またはサーモスタット２２の閉状態がアクチュエータによって制御されてもよい。
【００２２】
本実施例においては、ポンプ部３から吐出された冷却水が、機関本体１の機関水路及びバイパス水路２４を経由して再びポンプ部３に戻るまでの水路を、「循環水路」と称する。したがって、図１に示した実施例では、循環水路は、ポンプ部３から機関本体１までの冷却水路、機関水路、機関本体１からバイパス水路２４までの冷却水路、バイパス水路２４、及びバイパス水路２４からポンプ部３までの冷却水路によって構成される。そして、この循環水路の一部に対して並列に、ラジエータ２１が配置された熱交換水路２３が設けられている。循環水路には冷却水が常に流れており、熱交換水路２３に冷却水が流れるか否かが、サーモスタット２２によって制御される。なお、本実施例においては、機関本体１の機関水路及びバイパス水路２４は循環水路の一部である。
【００２３】
ポンプ部３は、冷却水の水圧を高めることにより、冷却水を機関本体１及び熱交換部２に循環させる。本実施例においては、図１に示されるように、ポンプ部３は、第１ポンプ３１、第２ポンプ３２、三方弁３８、逆止弁３９を備える。また、ポンプ部３は、並列的に設けられた第１水路３３及び第２水路３４を備える。第１水路３３及び第２水路３４はそれぞれの上流端において分岐点３５にて共に入口水路４３に連通し、それぞれの下流端において合流点３６にて共に出口水路４４に連通する。即ち、ポンプ部３では、入口水路４３が分岐点３５において第１水路３３と第２水路３４とに分岐すると共に、これら両水路３３、３４は合流点３６において合流して出口水路４４へ続く。加えて、第１水路３３及び第２水路３４は、それぞれの中間部分においてポンプ間水路３７により接続される。以下では、第１水路３３とポンプ間水路３７の接続部を「第１接続部３７１」、第２水路３４とポンプ間水路３７との接続部を「第２接続部３７２」と称する。
【００２４】
第１ポンプ３１は、分岐点３５と第１接続部３７１との間において第１水路３３に配置され、第２ポンプ３２は第２接続部３７２と合流点３６との間において第２水路３４に配置されている。
【００２５】
第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は、冷却水を圧送するためのポンプである。第１ポンプ３１、第２ポンプ３２にはそれぞれ、冷却水を供給するための流入口と、冷却水を吐出するための吐出口とが設けられ、流入口から供給された冷却水は、第１ポンプ３１または第２ポンプ３２によって加圧されて、吐出口から吐出される。
【００２６】
本実施例においては、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は電動ポンプであり、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は、吐出する冷却水の水圧を制御できる。本実施例においては、第１ポンプ３１が吐出できる冷却水の最大の水圧は、第２ポンプ３２が吐出できる冷却水の最大の水圧よりもより低い。なお、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とは同じ性能、即ち、吐出できる冷却水の最大の水圧が等しくても良い。
【００２７】
三方弁３８は、第１接続部３７１に設けられる。三方弁３８は、第１水路３３を流れてきた冷却水をそのまま第１水路３３へ流通させる第１切換位置と、第１水路３３を流れてきた冷却水をポンプ間水路３７に流入させる第２切換位置との間で切換可能である。三方弁３８は、後述する制御ユニット２００から信号を受け取ることにより制御される。
【００２８】
逆止弁３９は、冷却水を一方向に流通させるための弁である。本実施例においては、逆止弁３９は、分岐点３５と第２接続部３７２との間において第２水路３４に配置されている。逆止弁３９は、分岐点３５から第２接続部３７２に向けて流れる冷却水の流通は許容するが、第２接続部３７２から分岐点３５に向けての冷却水の流通は禁止するように構成される。
【００２９】
本実施例においては、三方弁３８を第１切換位置と第２切換位置との間で制御することにより、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２との連結方法を並列と直列との間で切り換えることができる。
【００３０】
具体的には、三方弁３８が第１切換位置に切り換えられた場合、ポンプ間水路３７への冷却水の流通は遮断され、よって第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とは並列に連結されることになる。即ち、ポンプ部３に流入した冷却水は、分岐点３５において第１水路３３と第２水路３４とに分かれ、それぞれ第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とによって水圧が高められて、吐出される。第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とより吐出された冷却水は、合流点３６に向けて流れ、ポンプ部３の外部に吐出される。
【００３１】
他方、三方弁３８が第２切換位置に切り換えられた場合には、ポンプ間水路３７に冷却水が流通せしめられ、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とが直列に連結されることになる。即ち、ポンプ部３に流入した冷却水は、分岐点３５を通って、第１ポンプ３１に流入し、水圧が高められて、吐出される。第１ポンプ３１から吐出された冷却水は、三方弁３８、ポンプ間水路３７を通って、第２水路３４に流入する。このとき、分岐点３５と第２接続部３７２との間には逆止弁３９が設けられているため、第１ポンプ３１から吐出された冷却水は、第２水路３４を通って分岐点３５まで戻ることはなく、第２ポンプ３２に流入する。第２ポンプ３２に流入した冷却水は、水圧が高められて、吐出される。第２ポンプ３２から吐出された冷却水は、合流点３６に向けて流れ、ポンプ部３から吐出される。なおこの場合、第１接続部３７１と合流点３６の間については、三方弁３８によって冷却水の流通が制限されているため、冷却水が流通しない。
【００３２】
制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ＣＰＵ２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３３】
入力ポート２０５には、内燃機関の冷却装置１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。本実施例では、入力ポート２０５には、冷却水の水温を測定するための水温センサ５から受けたアナログ信号がＡＤ変換器２０７を介してデジタル信号に変換されて入力される。なお、本実施例においては、水温センサ５は機関本体１と熱交換部２との間の水路に設けられている。
【００３４】
また、本実施例においては、出力ポート２０６は、ＣＰＵ２０４により算出されたデジタル信号を、第１ポンプ３１、第２ポンプ３２、三方弁３８に向けて出力する。
【００３５】
ここで、本発明の実施例の説明の前に、ポンプを用いた液体の吐出に関する一般的な性質について説明する。図２は、ある水路に配置されたポンプから吐出される液体の単位時間当たりの流量Ｑ（横軸）と、その流量Ｑを出力するために必要なポンプの水圧Ｐ（縦軸）との関係を表したグラフである。
【００３６】
図２において実線Ｌｒで示されるように、ポンプが吐出する液体の水圧がＰであったとき、ポンプが吐出する液体の流量はＱになる。この水圧Ｐと流量Ｑとの関係はポンプが配置された水路の液体の流れにくさに対応して変化する。以下では、この水圧Ｐと流量Ｑとの関係を表した曲線を「抵抗曲線」と呼称する。
【００３７】
一般的には、抵抗曲線は、流量Ｑの２次関数、即ち、Ｐ＝Ｒ×Ｑ2という形で表現される。ここで、係数Ｒはポンプが配置された水路における液体の流れにくさを表す値であり、「流路抵抗」と呼称する。流路抵抗Ｒは、ポンプが液体を流すための水路の形状に応じて定められる。例えば、水路の長さが長くなると、液体はより流れにくくなるため、流路抵抗Ｒは大きくなる。流路抵抗Ｒが大きくなった時の抵抗曲線は、図２の破線Ｌｒｈで表される。他方、水路の径が大きくなると、液体は流れやすくなるため、流路抵抗Ｒは小さくなる。流路抵抗Ｒが小さくなった時の抵抗曲線は、図２の鎖線Ｌｒｌで表される。
【００３８】
ところで、ポンプがモータによって駆動される場合には、モータの最大出力に応じて、ポンプが吐出することができる流量Ｑ及び水圧Ｐが定められる。図３は、ポンプが吐出することができる流量Ｑと水圧Ｐの範囲を表したグラフである。
【００３９】
単一のポンプＷＰＡが吐出することができる流量Ｑと水圧Ｐの範囲が、図３の実線Ｌｐａで囲まれた領域Ａで表現されている。図３の領域Ａを囲う実線Ｌｐａは、ポンプＷＰＡが最大出力で駆動されている場合の流量Ｑと水圧Ｐとの関係を表しており、この実線を「ポンプ特性曲線」と呼称する。
【００４０】
ポンプ特性曲線を用いることにより、水路の構成が決まっていて水路の流路抵抗Ｒが決まっている場合に、ポンプによって吐出可能な流量Ｑを算出することができる。例えば、流路抵抗ＲがＲ１であり、よって抵抗曲線が図３に鎖線Ｌｒｌで表現された曲線となっている場合には、ポンプＷＰＡから液体を流量Ｑ１だけ吐出させるためにＰ１の水圧が必要であり、液体を流量Ｑ１よりも大きい流量Ｑ２だけ吐出させるためにＰ２の水圧が必要である。このような場合、流量Ｑ１と水圧Ｐ１は、領域Ａの中に含まれているため、ポンプＷＰＡによって吐出できると判別でき、流量Ｑ２と水圧Ｐ２は領域Ａに含まれていないため、ポンプＷＰＡによって吐出できないと判別できる。
【００４１】
ここで、ポンプＷＰＡよりも大きな出力を出すことができる、ポンプＷＰＢを用いて流量Ｑ２だけの液体を吐出させる場合を考える。図３に示されるように、ポンプＷＰＢの出力がポンプＷＰＡの出力よりも大きいため、ポンプＷＰＢのポンプ特性曲線は、ポンプＷＰＡのポンプ特性曲線よりも外側に位置し、実線Ｌｐｂによって表される。従って、ポンプＷＰＢは、ポンプ特性曲線よりも内側である領域Ａまたは領域Ｂに含まれる領域の流量Ｑ、水圧Ｐであれば吐出することができる。
【００４２】
ここで再び上述した例と同じ流路抵抗Ｒをもつ水路に対して、ポンプＷＰＢを用いて液体を流量Ｑ２だけ吐出させる場合を考える。この場合、流量Ｑ２及び水圧Ｐ２は領域Ｂに含まれているため、ポンプＷＰＢによって流量Ｑ２の量の液体を吐出できる。以上のように、ポンプをポンプＷＰＡからポンプＷＰＢにすることにより、ポンプの出力を大きくすることによって、ポンプから吐出できる液体の流量Ｑを増大させることができる。
【００４３】
ところで、領域Ｂよりもさらに大きい流量Ｑを吐出させる場合には、より大きな出力のポンプを用いればよい。しかしながら、ポンプの出力を大きくするためには、ポンプの体格を大きくしなければならない。このような場合、車両にポンプを搭載するための大きな空間を確保しなければならないという問題があった。
【００４４】
さて、１箇所の大きなスペースを確保するよりも、複数箇所の小さなスペースを確保するほうが容易である。そこで、ポンプ１つ当たりの体格を大きくすることなく、複数のポンプを用いて、領域Ｂの範囲外に位置する流量Ｑ３の液体を吐出させることについて検討する。
【００４５】
ポンプを並列に連結することによって、ポンプから吐出される液体の流量を増加させることができる。以下では、まず、このようにポンプを並列に連結した場合について説明する。
【００４６】
図４Ａは、ポンプＷＰＡとポンプＷＰＢを並列に配置した場合の位置関係を表す。図４Ａに示されるように、点Ｐ＿ｉｎに供給された液体は、ポンプＷＰＡ及びポンプＷＰＢに分岐する。その後、ポンプＷＰＡによって圧力が高められた液体と、ポンプＷＰＢによって圧力が高められた液体とが合流し、点Ｐ＿ｏｕｔから吐出される。
【００４７】
このように点Ｐ＿ｉｎに供給された液体の圧力が高められて、点Ｐ＿ｏｕｔから吐出されるのであるから、点Ｐ＿ｉｎから点Ｐ＿ｏｕｔまでの間のポンプ及び水路を、一つのポンプとみなすことができる。そこで、ポンプＷＰＡ及びポンプＷＰＢを並列に配置することにより形成されたこのポンプを、ポンプＷＰＣと呼称する。
【００４８】
このようなポンプＷＰＣの特性は以下のとおりである。まず、図４ＡにおいてポンプＷＰＡと、ポンプＷＰＢとのいずれか片方によって液体の圧力が高められるので、ポンプＷＰＣが出力できる水圧ＰＣは、ポンプＷＰＡまたはポンプＷＰＢが単独で出力できる水圧と同じである。他方、ポンプＷＰＡによって加圧された液体と、ポンプＷＰＢによって加圧された液体が合流するので、ポンプＷＰＣが吐出できる流量ＱＣは、ポンプＷＰＡが吐出できる流量ＱＡと、ポンプＷＰＢが吐出できる流量ＱＢとの合計値である。つまり、ＱＣ＝ＱＡ＋ＱＢという関係が成立する。
【００４９】
図４Ｂの実線Ｌｐｃは、ポンプＷＰＣのポンプ特性曲線を表したグラフである。上述した通り、ＱＣ＝ＱＡ＋ＱＢの関係が成立しているため、ポンプＷＰＣのポンプ特性曲線は、ポンプＷＰＡのポンプ特性曲線（実線Ｌｐａ）とポンプＷＰＢのポンプ特性曲線（実線Ｌｐｂ）とを流量Ｑの向きに足し合わせた曲線になる。ポンプＷＰＣによって出力できる範囲は、ポンプＷＰＣのポンプ特性曲線に囲まれた範囲であるので、領域Ａと領域Ｂと領域Ｃである。つまり、ポンプＷＰＡとポンプＷＰＢを並列に配置したことにより、領域Ｃの部分だけ出力可能な領域が広がったことになる。
【００５０】
例えば、比較的流路抵抗Ｒが小さく、抵抗曲線が図４Ｂの鎖線Ｌｒｌで表現されている場合を考える。このような場合、ポンプＷＰＡとポンプＷＰＢを並列に連結し、液体を水圧Ｐ３だけ加圧すると、液体を流量Ｑ３だけ吐出できるようになる。
【００５１】
ところで、流路の経路が変わると、流路の長さ、径などの形状が変わるため、それに伴って流路抵抗Ｒが変わる。例えば、流路の長さが長くなり、流路抵抗Ｒが大きくなった結果、図４Ｂの抵抗曲線が鎖線Ｌｒｌから破線Ｌｒｈに変わった場合は、液体を流量Ｑ１だけ吐出させるためには、液体を水圧Ｐ１’だけ加圧しなければならない。しかし、水圧Ｐ１’は領域Ａ，Ｂ，Ｃのいずれにも含まれないため、ポンプＷＰＣによって液体を流量Ｑ１だけ吐出することはできない。つまり、ポンプを並列につなぐと、流路抵抗が低いときには流量を多くできるが、流路抵抗が高いときには流量を多くすることができない。
【００５２】
一方、ポンプを直列に連結することによって、ポンプから吐出される液体の水圧を高めることができる。以下では、このようにポンプを直列に連結した場合について説明する。
【００５３】
図５Ａは、ポンプＷＰＡとポンプＷＰＢを直列に配置した場合の位置関係を表す。図５Ａに示されるように、点Ｐ＿ｉｎに供給された液体は、ポンプＷＰＡによって加圧されたのち、ポンプＷＰＢによってさらに加圧され、点Ｐ＿ｏｕｔから吐出される。
【００５４】
図４の例と同様に、点Ｐ＿ｉｎから点Ｐ＿ｏｕｔまでの間のポンプ及び水路を、一つのポンプとみなすことができる。そこで、ポンプＷＰＡ及びポンプＷＰＢを直列に配置することにより形成されたこのポンプを、ポンプＷＰＤと呼称する。
【００５５】
このようなポンプＷＰＤの特性は以下のとおりである。まず、図５ＡにおいてポンプＷＰＡと、ポンプＷＰＢの双方によって液体の圧力が高められるのであるから、ポンプＷＰＤが出力できる水圧ＰＤは、ポンプＷＰＡが出力できる水圧ＰＡと、ポンプＷＰＢが出力できる水圧ＰＢとの合計値である。つまり、ＰＤ＝ＰＡ＋ＰＢという関係が成立する。他方、ポンプＷＰＡが吐出した液体の全量がポンプＷＰＢに流入するので、ポンプＷＰＤが吐出できる流量ＱＤは、ポンプＷＰＡが吐出できる流量ＱＡまたはポンプＷＰＢが吐出できる流量ＱＢと同じである。
【００５６】
図５Ｂの実線Ｌｐｄは、ポンプＷＰＤのポンプ特性曲線を表したグラフである。上述した通り、ＰＤ＝ＰＡ＋ＰＢの関係が成立しているため、ポンプＷＰＤのポンプ特性曲線は、ポンプＷＰＡのポンプ特性曲線（実線Ｌｐａ）とポンプＷＰＢのポンプ特性曲線（実線Ｌｐｂ）とを水圧Ｐの向きに足し合わせた曲線になる。ポンプＷＰＤによって出力できる範囲は、ポンプＷＰＤのポンプ特性曲線に囲まれた範囲であるので、領域Ａと領域Ｂと領域Ｄである。つまり、ポンプＷＰＡとポンプＷＰＢを直列に配置したことにより、領域Ｄの部分だけ出力可能な領域が広がった。例えば、破線Ｌｒｈの抵抗曲線において、ポンプＷＰＡとポンプＷＰＢを直列に連結し、液体を水圧Ｐ１’だけ加圧すると、液体を流量Ｑ１だけ吐出できるようになる。
【００５７】
他方、流路抵抗Ｒが小さくなり、抵抗曲線が破線Ｌｒｈから鎖線Ｌｒｌになった場合には、ポンプを直列に連結したとしても、液体を流量Ｑ３だけ吐出することができない。
【００５８】
以上のように、流路抵抗Ｒが小さい場合には、ポンプを並列に連結することによって流量Ｑを増大させることができ、流路抵抗Ｒが大きい場合には、ポンプを直列に連結することによって流量Ｑを増大させることができる。しかし、その反面、流路抵抗Ｒが小さい場合には、ポンプを直列に連結したとしてもあるいは、流路抵抗Ｒが大きい場合には、ポンプを並列に連結したとしても、ポンプ部３から吐出できる流量Ｑを十分に増大できない。
【００５９】
そこで、本発明の第１実施例においては、冷却水の経路の流路抵抗Ｒに応じて、複数のポンプの連結方法を、並列と、直列との間で切り換えるようにしている。以下では、図６から図８を参照して、ポンプの切り換えについて説明する。
【００６０】
図６は、サーモスタット２２が開いているときの内燃機関の冷却装置１００の概略図であり、図７は、サーモスタット２２が閉じているときの内燃機関の冷却装置１００の概略図である。図７及び図８の矢印は冷却水が流れる方向を示し、実線は冷却水が流れている状態、破線は冷却水が流れていない状態を示す。
【００６１】
図６に示されるようにサーモスタット２２が開いている経路は、熱交換部２の流路の断面積は熱交換水路２３とバイパス水路２４の断面積の合計値であるから冷却水が流れやすくなり冷却水の経路の流路抵抗Ｒｌは比較的小さくなる。他方、図７に示されるようにサーモスタット２２が閉じている経路は、熱交換部２の流路の断面積はバイパス水路２４の断面積と同じであるため、冷却水は流れにくく、冷却水の経路の流路抵抗Ｒｈは比較的大きくなる。即ち、図６の冷却水の経路における流路抵抗Ｒｌは、図７の冷却水の経路における流路抵抗Ｒｈよりも小さい。
【００６２】
図８は、サーモスタット２２が切り換え状態に対応する、冷却水の経路の流路抵抗Ｒと、ポンプ部３の状態に対応するポンプ部３の吐出可能な範囲を表したグラフである。サーモスタット２２が開いているときの抵抗曲線Ｌｒｌは、図８の鎖線によって表現されている。他方、サーモスタット２２が閉じているときの抵抗曲線Ｌｒｈは、図８の破線によって表現されている。サーモスタット２２が開いているときの流路抵抗Ｒｌは、サーモスタット２２が閉じているときの流路抵抗Ｒｈに比べて小さいため、抵抗曲線Ｌｒｌは抵抗曲線Ｌｒｈよりも、低い位置に形成されている。
【００６３】
さらに図８には、複数のポンプを並列に連結する場合と、直列に連結する場合とを切り換え可能なポンプが吐出できる範囲が表現されている。ここで、本実施例では、第１ポンプ３１として図４〜図５Ｂにおいて示されたポンプＷＰＡと同様な特性を有するポンプを用い、第２ポンプ３２として図４〜図５Ｂにおいて示されたポンプＷＰＢと同様な特性を有するポンプを用いる。
【００６４】
また図８に示される例では、第１ポンプ３１よりも容量の大きい第２ポンプ３２を単独で使用することにより吐出できる範囲が領域Ｉで表されている。同様に、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結することによってのみ吐出できる範囲が領域ＩＩ、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結することによってのみ吐出できる範囲が領域ＩＩＩで表されている。領域Ｉは、図３〜５Ｂの領域Ａと領域Ｂを足し合わせた範囲であり、領域ＩＩは、図４Ｂの領域Ｃの一部であり、領域ＩＩＩは、図５Ｂの領域Ｄの一部である。
【００６５】
次に図８を参照しながら、本実施例における、サーモスタット２２の切り換え状態と、ポンプ部３の切り換え状態との関係について説明する。まず、本実施例において、サーモスタット２２が熱交換水路２３に冷却水を流通する状態に切り換えられている場合には、冷却水の経路の抵抗曲線Ｌｒｌが図８の鎖線で表現される。このようなときには、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結したときの冷却水の最大流量Ｑｒｌは、抵抗曲線Ｌｒｌとポンプを並列に連結したときのポンプ特性曲線Ｌｐｃとの交点の流量である。他方、ポンプ部３の両ポンプを直列に連結したときの冷却水の最大流量Ｑｒｌ’は、抵抗曲線Ｌｒｌとポンプを単独で使用したときのポンプ特性曲線Ｌｐｂとの交点の流量である。ここで、両ポンプを並列に連結したときの最大流量Ｑｒｌは、両ポンプを直列に連結したときの最大流量Ｑｒｌ’に比べて、流量が大きい。即ち、サーモスタット２２が熱交換水路２３に冷却水を流通する状態に切り換えられている場合には、両ポンプを並列に連結することによって、冷却水の流量を効果的に増大できる。
【００６６】
その一方で、本実施例においては、サーモスタット２２が熱交換水路２３に冷却水を流通しない状態に切り換えられている場合には、冷却水の経路の抵抗曲線Ｌｒｈが図８の破線で表現される。このようなときには、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結したときの冷却水の最大流量Ｑｒｈ’は、抵抗曲線Ｌｒｈとポンプを単独で使用したときのポンプ特性曲線Ｌｐｂとの交点の流量である。他方、ポンプ部３の両ポンプを直列に連結したときの冷却水の最大流量Ｑｒｈは、抵抗曲線Ｌｒｈとポンプを直列に連結したときのポンプ特性曲線Ｌｐｄとの交点の流量である。ここで、両ポンプを並列に連結したときの最大流量Ｑｒｈ’は、両ポンプを直列に連結したときの最大流量Ｑｒｈに比べて小さい。即ち、サーモスタット２２が熱交換水路２３に冷却水を流通させない状態に切り換えられている場合には、両ポンプを直列に連結することによって、冷却水の流量を効果的に増大できる。
【００６７】
以上をまとめると、熱交換水路２３に冷却水が流通するようにサーモスタット２２が切り換えられているときには、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結する、即ち三方弁３８を第１切換位置に切り換えることによって、冷却水の流量を効果的に増大できる。他方、熱交換水路２３に冷却水が流通しないようにサーモスタット２２が切り換えられているときには、ポンプ部３の両ポンプを直列に連結する、即ち三方弁３８を第２切換位置に切り換えることによって、冷却水の流量を効果的に増大できる。このため、本実施例では、サーモスタット２２の切り換え状態に応じて、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結するのか、直列に連結するのかを切り換える。
【００６８】
なお、本実施例においては、制御ユニット２００は、サーモスタット２２が切り換えられているか否かは、温度センサ５によって得られた冷却水の水温Ｔｗに基づいて判別する。例えば、温度センサ５によって得られた水温Ｔｗが予め定められた、サーモスタット２２の開弁温度Ｔｗｃ以上であるときには、サーモスタット２２は開弁状態であると判別する。
【００６９】
上述した方法以外に、冷却水の経路の流路抵抗Ｒに基づいて、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結するのか、直列に連結するのかを判別することができる。第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結した場合のポンプ特性曲線と第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結した場合のポンプ特性曲線との交点を交点ｘとする。本実施例では、流量Ｑと水圧Ｐが、この交点ｘを通過するような抵抗曲線（図８の実線Ｌｒｂ、以下では「基準抵抗曲線」、この抵抗曲線に対応する流路抵抗を「基準流路抵抗Ｒｃ」と称する）よりも下側の範囲（即ち、流量が多いか水圧が低い範囲）内に位置していれば両ポンプ３１、３２を並列に連結する。一方、流量Ｑと水圧Ｐとが、基準抵抗曲線よりも上側の範囲（即ち、流量が少ないか水圧が高い範囲）内に位置していれば直列に連結するとしても良い。
【００７０】
以上より、上記第１実施例では、内燃機関の冷却装置は、冷却水を圧送するポンプ部３と、ポンプ部３から圧送された冷却水が内燃機関の機関水路を通って再びポンプ部３に戻るように、ポンプ部３に機関水路を連結する、機関水路を含む循環水路を備える。さらに、内燃機関の冷却装置は、冷却水との熱交換を行うラジエータ２１（熱交換器）と、ラジエータ２１が設けられ、バイパス水路２４（循環水路の少なくとも一部）に対して並列に設けられた熱交換水路２３とを備える。内燃機関の冷却装置は、熱交換水路２３に冷却水が流通する状態と、冷却水が流通しない状態とを切り換えるサーモスタット２２（水路切換装置）と、ポンプ部３の制御を行う制御ユニット２００（制御装置）とを備える。
【００７１】
ポンプ部３は、第１ポンプ３１と、第２ポンプ３２と、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結する状態と、直列に連結する状態とを切り換える三方弁３８（ポンプ切換装置）とを備える。そして、サーモスタット２２が、熱交換水路２３に冷却水が流通する状態に切り換えられていることによって、循環水路及び熱交換水路２３に冷却水が流通するときには、制御ユニット２００は、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結するように三方弁３８を制御する。さらに、サーモスタット２２が、熱交換水路２３に冷却水が流通しない状態に切り換えられていることによって、循環水路のみに冷却水が流通するときには、制御ユニット２００は、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結するように三方弁３８を制御する。
【００７２】
熱交換水路２３及びバイパス水路２４に冷却水が流通するときには、冷却水の経路の流路抵抗が低いため、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２を並列につなぐことによって、流量を増大できる。他方、バイパス水路２４のみに冷却水が流通するときには、冷却水の経路の流路抵抗が高いため、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列につなぐことによって、ポンプ部３の吐出圧を増大させて、ポンプ部３が吐出する冷却水の流量を増大できる。即ち、ポンプ３の各ポンプの体格を増大させることなく、冷却水の流量を増大できる。
【００７３】
以上のように、第１実施例においては、サーモスタット２２（水路切換装置）は、熱交換水路２３に設けられ、冷却水の水温に応じて開弁状態と閉弁状態とを切り換える。サーモスタット２２が開弁状態であるときには、熱交換水路２３に冷却水が流通し、サーモスタット２２が閉弁状態であるときには、熱交換水路２３に冷却水が流通しない。
【００７４】
サーモスタット２２が開弁状態であるとき、即ちラジエータ２１を用いて冷却水の熱交換を行うときに、ポンプ部３が並列に連結されることによって、ポンプ部３から吐出される冷却水の流量を増大できる。このため、冷却水の熱交換を効率よく行うことができる。
【００７５】
本実施例において、サーモスタット２２（水路切換装置）が、熱交換水路２３（第１分岐水路）に冷却水が流通する状態に切り換えられているときにおいて、三方弁３８（ポンプ切換装置）が第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結することによって出力可能な最大流量が、三方弁３８が第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結することによって出力可能な最大流量よりも多い。さらに、サーモスタット２２が、熱交換水路２３に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときにおいて、三方弁３８が第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結することによって出力可能な最大流量が、三方弁３８が第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結することによって出力可能な最大流量よりも少ない。
【００７６】
上述した通り、大流量が必要な冷却水の経路のときにはポンプを並列に連結するのが有利であり、高水圧が必要な冷却水の経路のときには、ポンプを直列に連結するのが有利である。サーモスタット２２の切り換え状態に応じて、ポンプ部３の両ポンプの連結状態を並列と直列とで切り換えるため、ポンプの体格を最小限にしながら、ポンプの流量を増大できる。
【００７７】
また、本実施例においては、冷却水の経路の流路抵抗Ｒに基づいて、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結するのか、直列に連結するのかを定めてもよい。即ち、本実施例においては、サーモスタット２２が開いている経路における、循環水路及び熱交換水路２３の流路抵抗Ｒは，基準流路抵抗Ｒｃ以下であり、サーモスタット２２が閉じている経路における、循環水路の流路抵抗Ｒは、基準流路抵抗Ｒｃより大きくなるように、循環水路及び熱交換水路２３が設計されている。
【００７８】
なお、本実施例においては冷却水の経路の流路抵抗Ｒを基準流路抵抗Ｒｃと比較しているが、熱交換部２における流路抵抗Ｒを熱交換部２に対応する基準流路抵抗Ｒｃと比較しても良い。
【００７９】
即ち、本実施例においては、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結する状態において、ポンプ部３が出力可能な最大流量と最大水圧との関係を表す曲線を並列特性曲線と称する。第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結する状態において、ポンプ部３が出力可能な最大流量と最大水圧との関係を表す曲線を直列特性曲線と称する。
【００８０】
冷却水の経路の流路抵抗Ｒが任意の値であるときの流量と水圧との関係を表す曲線を抵抗曲線と称し、抵抗曲線が並列特性曲線と、直列特性曲線との交点ｘを通る時の流路抵抗を基準流路抵抗Ｒｃと称する。このとき、サーモスタット２２（水路切換装置）が、熱交換水路２３に冷却水が流通する状態に切り換えられているときには、冷却水の経路の流路抵抗が、基準流路抵抗Ｒｃ以下となる。サーモスタット２２が、熱交換水路２３に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときには、冷却水の経路の流路抵抗が、基準流路抵抗Ｒｃより大きくなるように循環水路及び熱交換水路２３が形成されている。
【００８１】
冷却水の経路の流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃ以下である場合には、抵抗曲線が図８の鎖線Ｌｒｌのようになっている。このため、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結することによって、効果的にポンプ部３から吐出される冷却水の量を増大できる。他方、冷却水の経路の流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃより大きい場合には、抵抗曲線が図８の破線Ｌｒｈのようになっているため、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結することによって、効果的にポンプ部３から吐出される冷却水の量を増大できる。本実施例のように循環水路が形成されている場合には、サーモスタット２２の状態に応じて、冷却水の経路の流路抵抗Ｒと基準流路抵抗Ｒｃとの大小関係が変動するので、ポンプ部３の切り換え状態によって効果的にポンプ部３からの冷却水の吐出量を増大できる。
【００８２】
加えて、上記第１実施例では、ポンプ部３は、冷却水を圧送する第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２と、を備える。また、ポンプ部３は、冷却水が流入する入口水路４３と、入口水路４３と分岐点３５において連通し、互いに対して並列に設けられ、第１ポンプ３１が配置される第１水路３３と、第２ポンプ３２が配置される第２水路３４とを備える。さらに、ポンプ部３は、第１水路３３と第２水路３４のそれぞれと合流点３６において連通し、冷却水が流出する出口水路４４と、第１水路３３のうち第１ポンプ３１の冷却水吐出側の水路と第２水路３４のうち第２ポンプ３２の冷却水吸入側の水路とを連通させるポンプ間水路３７とを備える。また、ポンプ部３は、第２接続部３７２（第２水路とポンプ間水路との接続部）と、分岐点３５と、の間において第２水路３４に設けられた第１逆止弁３９と、を備える。第１ポンプ３１は、第１接続部３７１（第１水路とポンプ間水路との間の接続部）と、分岐点３５と、の間において第１水路３３に設けられる。第２ポンプ３２は、第２接続部３７２と、合流点３６、との間において第２水路３４に設けられる。上記第１実施例では、ポンプ切換装置は、第１接続部３７１に設けられた三方弁３８である。
【００８３】
三方弁３８は、第１水路３３を流れてきた冷却水を、ポンプ間水路３７に流入させることなく第１水路３３へそのまま流通させる第１切換位置と、第１水路３３を流れてきた冷却水を、第１水路３３へそのまま流通させることなくポンプ間水路３７に流入させる第２切換位置との間で選択可能な三方弁である。
【００８４】
制御ユニット２００（制御装置）は、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結するときには、三方弁３８を第１切換位置に切り換え、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結するときには、三方弁３８を第２切換位置に切り換える。
【００８５】
このように本発明の第１実施例では、三方弁３８及び第１逆止弁３９を用いることによって、簡素な構成によって、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを切り換えることができる。
【００８６】
次に、本発明の第２実施例について説明する。図９は、第２実施例における内燃機関の冷却装置を表した概略図である。第２実施例における冷却装置では、第１実施例で用いられた熱交換部２とは構成の異なる熱交換部２’が用いられる。即ち、第１実施例においては図１のように機関本体１の冷却水の流通方向下流側に熱交換部２が配置されていたのに対し、第２実施例においては図９に示されるようにバイパス水路２４上に機関本体１が配置されている。第２実施例において、ポンプ部３からバイパス水路２４及び機関本体１の機関水路を経由して再びポンプ部３に到達するまでの水路を、「循環水路」と称する。したがって、本実施例では、循環水路のほぼ全部又は全部に対して並列に熱交換水路２３が設けられているといえる。以下では第１実施例と重複する部分は説明を省略する。
【００８７】
第２実施例においても、冷却水の経路の流路抵抗Ｒはサーモスタット２２が開いているか否かに応じて変動する。例えば、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ以上である場合にサーモスタット２２が開くと、冷却水は熱交換水路２３とバイパス水路２４の双方に流れる。他方、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ未満である場合にサーモスタット２２が閉じると、冷却水はバイパス水路２４のみに流れる。従って、サーモスタット２２が開いているときには、熱交換部２’の流路の断面積が大きくなることから流路抵抗Ｒは小さくなり、サーモスタット２２が閉じているときには熱交換部２’の流路の断面積が小さくなることから流路抵抗Ｒは大きくなる。
【００８８】
第２実施例においては、サーモスタット２２が開いているときの流路抵抗Ｒは流路抵抗Ｒｃ以下になり、サーモスタット２２が閉じているときの流路抵抗Ｒは流路抵抗Ｒｃよりも大きくなるように、循環水路及び熱交換水路２３が設計されている。このため、サーモスタット２２の開閉を判別することによって、冷却水の経路の流路抵抗Ｒが流路抵抗Ｒｃ以上か否かが判別できる。そして、サーモスタット２２が開いているときには三方弁３８を第１切換位置にして、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結し、サーモスタット２２が閉じているときには三方弁３８を第２切換位置にして、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結する。
【００８９】
このように本発明の第２実施例では、バイパス水路２４上に機関本体１が配置されていたとしても、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２との連結方法を並列と直列との間で切り換えることにより、ポンプ部３が出力できる冷却水の流量Ｑを増大できる。
【００９０】
なお、本発明の第２実施例において、バイパス水路２４には機関本体１が配置されていたが、機関本体１の代わりに、常時冷却水が流通している熱交換器（例えば、ヒータコア）を配置し、機関本体１を循環水路の別の位置に変更しても良い。
【００９１】
次に、本発明の第３実施例について説明する。図１０は第３実施例の内燃機関の冷却装置を表した概略図である。本実施例における冷却装置では、第１実施例で用いられた熱交換部２とは異なる構成の熱交換部２’’が用いられる。即ち、第３実施例においては図１０に示されるように、ＥＧＲクーラ２５及び熱交換開閉弁２６が配置された第２熱交換水路２７が、第１熱交換水路２３及びバイパス水路２４と並列に設けられる。第３実施例において、ポンプ部３から、機関本体１の機関水路、バイパス水路２４を経由して再びポンプ部３に到達するまでの水路を循環水路と称する。以下では、第１実施例と説明が重複する点は省略する。
【００９２】
ＥＧＲクーラ２５は、内燃機関の排気管から吸気管へ排気を循環させるためのＥＧＲ通路に設けられ、排気の温度を冷却水によって冷却するための熱交換器である。ＥＧＲクーラ２５の内部には、排気が流通する排気通路と、冷却水が流通する冷却水路とがフィンを介して配置されており、排気の熱が冷却水によって奪われることによって、排気の温度が低下するようになっている。
【００９３】
熱交換開閉弁２６は、ＥＧＲクーラ２５の下流側に配置されており、ＥＧＲクーラ２５及び第２熱交換水路２７に冷却水が流通する状態（開弁された状態）と、冷却水が流通しない状態（閉弁された状態）とを選択的に切り換えることができる。本実施例においては、熱交換開閉弁２６は制御ユニット２００の信号を受けて制御される。
【００９４】
第３実施例においては、サーモスタット２２と熱交換開閉弁２６のそれぞれに、開弁状態と、閉弁状態の２つの状態があるので、冷却水の経路は４種類存在する。サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の双方が開弁状態であるときには、水路切換装置が熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられており、冷却水の経路の流路抵抗が４種類のうち最も低いため、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は並列に連結される。また、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の双方が閉弁状態であるときには、水路切換装置が熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられており、冷却水の経路の流路抵抗が４種類のうち最も高いため、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は直列に連結される。しかしながら、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６のいずれか一方のみが開弁状態である場合には、冷却水の経路の流路抵抗が中程度であるため、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の連結方法を決定するのは困難である。
【００９５】
そこで本実施例においては、制御ユニット２００は、ポンプ部３に対する要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、図８の領域Ｉから領域ＩＩＩのいずれの領域に含まれるかを判別することによって、ポンプの連結方法を判別する。即ち、制御ユニット２００は、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが領域Ｉに含まれるときには、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結するように三方弁３８を制御しつつ、単一のポンプを駆動させる。また、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが領域ＩＩに含まれるときには、制御ユニット２００は、ポンプ部３の両ポンプを並列に連結しつつ、両方のポンプを駆動させ、領域ＩＩＩに含まれるときには、両ポンプを直列に連結するように、三方弁３８を制御する。例えば、サーモスタット２２が開弁状態、熱交換開閉弁２６が閉弁状態であり、ポンプ部３に対する要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域ＩＩに含まれていたとする。このような場合は、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２は並列に連結される。他方、サーモスタット２２が閉弁状態、熱交換開閉弁２６が開弁状態であり、ポンプ部３に対する要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域ＩＩＩに含まれていたとする。このような場合は、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２は直列に連結される。
【００９６】
なお、第３実施例において、制御ユニット２００は、サーモスタット２２の状態及び熱交換開閉弁２６の状態に対する、ポンプ部３の両ポンプの連結方法を記憶しても良い。例えば、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６が開弁状態のときのみポンプは並列に連結され、それ以外の場合にはポンプは直列に連結されることを、制御ユニット２００が記憶しておき、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の状態に対応して、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の連結方法を切り換えても良い。
【００９７】
また、第３実施例において、各冷却水の経路ごとに、流路抵抗Ｒを予め測定しておき、基準流路抵抗Ｒｃと比較しても良い。即ち、予め測定しておいた冷却水の経路の流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃ以下である場合には、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結し、冷却水の経路の流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃよりも大きい場合には、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結しても良い。
【００９８】
以上のように本実施例によれば、熱交換器は、ラジエータ２１（第１熱交換器）と、ＥＧＲクーラ２５（第２熱交換器）との二つの熱交換器を備える。また、熱交換水路は、ラジエータ２１が設けられ且つ循環水路の少なくとも一部に対して並列に設けられた第１熱交換水路２３と、ＥＧＲクーラ２５が設けられ且つ循環水路の少なくとも一部に対して並列に設けられた第２熱交換水路２７とを備える。さらに、水路切換装置は、第１熱交換水路２３に冷却水が流通する状態と第１熱交換水路２３に冷却水が流通しない状態とを切り換えるサーモスタット２２（第１水路切換装置）と、第２熱交換水路２７に冷却水が流通する状態と第２熱交換水路２７に冷却水が流通しない状態とを切り換える熱交換開閉弁２６（第２水路切換装置）とを備える。
【００９９】
そして、水路切換装置が熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられているときとは、本実施例では、サーモスタット２２が第１熱交換水路２３に冷却水が流通する状態に切り換えられ且つ熱交換開閉弁２６が第２熱交換水路２７に冷却水が流通する状態に切り換えられているときを意味する。したがって、本実施例では、制御ユニット２００（制御装置）は、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６が、第１熱交換水路２３及び第２熱交換水路２７の双方に冷却水が流通する状態に切り換えられているときには、第１ポンプ及び第２ポンプを並列に連結する。
【０１００】
また、水路切換装置が熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときとは、本実施例では、サーモスタット２２が第１熱交換水路２３に冷却水が流通しない状態に切り換えられ且つ熱交換開閉弁２６が第２熱交換水路２７に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときを意味する。したがって、本実施例では、制御ユニット２００は、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６が、第１熱交換水路２３及び第２熱交換水路２７の双方に冷却水が流通しない状態に切り換えられているときには、第１ポンプ及び第２ポンプを直列に連結する。
【０１０１】
さらに、制御ユニット２００は、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６が、第１熱交換水路２３及び第２熱交換水路２７のいずれか一方に冷却水が流通する状態に切り換えられているときには、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結することによってのみ出力可能な流量及び水圧を領域ＩＩ（第１領域）として記憶する。制御ユニット２００は、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結することによってのみ出力可能な流量Ｑ＿ｔ及び水圧Ｐ＿ｔを領域ＩＩＩ（第２領域）として記憶する。そして、制御ユニット２００は、ポンプ部３への要求流量Ｑ＿ｔと、要求流量Ｑ＿ｔとサーモスタット２２の状態と熱交換開閉弁２６の状態とによって定められるポンプ部への要求水圧Ｐ＿ｔとを算出する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域ＩＩに含まれる場合には、制御ユニット２００は、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結するように三方弁３８（ポンプ切換装置）を制御する。他方、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域ＩＩＩに含まれる場合には、制御ユニット２００は、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結するように三方弁３８を制御する。
【０１０２】
上記実施例によれば、冷却水の経路に対応して定められる、ポンプ部の要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔに基づいて、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結するか、直列に連結するかを定める。このため、冷却水の経路が３種類以上ある場合であっても、並列に連結するべきか、直列に連結するべきかを精度よく判別できる。
【０１０３】
次に、本発明の第４実施例について説明する。図１１は、第４実施例における内燃機関の冷却装置を表した概略図である。第１実施例の冷却装置では図１に示されるように機関本体１の冷却水の流通方向下流側のみに熱交換部２が配置されていた。これに対し、第４実施例では図１１に示されるように機関本体１の冷却水の流通方向上流側に第２熱交換部２’’’が配置され、冷却水の流通方向下流側に熱交換部２が配置される。本実施例において、ポンプ部３から吐出された冷却水が、第２バイパス水路２８、機関本体１の機関水路、第１バイパス水路２４を経由して再びポンプ部３に循環する水路を、循環水路と称する。
【０１０４】
第２熱交換部２’’’は、冷却水と排気との間で熱交換させるための装置である。本実施例において、第２熱交換部２’’’は、ＥＧＲクーラ２５と、熱交換開閉弁２６と、第２熱交換水路２７と、第２バイパス水路２８とを備える。ＥＧＲクーラ２５と熱交換開閉弁２６とが第２熱交換水路２７に設けられ、ＥＧＲクーラ２５と熱交換開閉弁２６とをバイパスするように、第２バイパス水路２８が設けられている。
【０１０５】
熱交換開閉弁２６が開弁しているときには、第２熱交換水路２７及び第２バイパス水路２８に冷却水が流通するので、第２熱交換部２’’’の流路の断面積が大きくなり、冷却水の経路の流路抵抗Ｒは比較的小さくなる。他方、熱交換開閉弁２６が閉弁しているときには、第２バイパス水路２８のみに冷却水が流通するので、第２熱交換部２’’’の流路の断面積が小さくなり、冷却水の経路の流路抵抗Ｒは比較的大きくなる。
【０１０６】
第４実施例において、合流点３６から分岐点３５までの冷却水の経路に関する流路抵抗Ｒは、熱交換部２のサーモスタット２２の開閉状態及び、第２熱交換部２’’’の熱交換開閉弁２６の開閉状態の双方に応じて決まる。本実施例においては、第３実施例と同様に、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の双方が開弁状態であるときには、水路切換装置が熱交換水路に冷却水が流通する状態に切り換えられており、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は並列に連結される。また、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の双方が閉弁状態であるときには、水路切換装置が熱交換水路に冷却水が流通しない状態に切り換えられており、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は直列に連結される。さらに、ポンプ部３に対する要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、図８の領域Ｉから領域ＩＩＩのいずれの領域に含まれるかが判別されることによって、ポンプの連結方法が判別される。
【０１０７】
なお、本実施例においては、第２熱交換部２’’’の熱交換器としてＥＧＲクーラ２５が用いられているが、第２熱交換部２’’’の熱交換器は、例えば車内の空気と冷却水とを熱交換するためのヒータコア等、他の用途の熱交換器であっても良い。
【０１０８】
次に、本発明の第５実施例について説明する。図１２は第５実施例の内燃機関の冷却装置を表した概略図である。本実施例における冷却装置では、第１実施例で用いられたポンプ部３とは異なる構成のポンプ部３’が用いられる。以下では、第１実施例と説明が重複する点は省略する。
【０１０９】
図１と図１２との比較から明らかなように、第２実施例のポンプ部３’は、図１の三方弁３８の代わりに、開閉弁４１を備える。加えて、本実施例では、第２水路３４に設けられた逆止弁（以下、本実施例では「第１逆止弁」という）３９に加えて、第２逆止弁４０を備える。第１実施例において、三方弁３８はポンプ間水路３７内の冷却水の流通を制御していたが、第２実施例において、開閉弁４１がポンプ間水路３７内の冷却水の流通を制御する。
【０１１０】
第２逆止弁４０は、冷却水を一方向に流通させるための弁である。本実施例においては、第２逆止弁４０は、第１接続部３７１と合流点３６との間において第１水路３３に配置されている。第２逆止弁４０は、第１接続部３７１から合流点３６に向けて流れる冷却水の流通は許容するが、合流点３６から第２接続部３７２に向けての冷却水の流通は禁止するように構成される。
【０１１１】
開閉弁４１は、ポンプ間水路３７上に設けられ、ポンプ間水路３７を閉じる第１切換位置と、ポンプ間水路３７を開く第２切換位置との間で切り換え可能である。従って、開閉弁４１が第１切換位置にあるときには第１接続部３７１に流入した冷却水は第２接続部３７２に流通せず、一方、第２切換位置にあるときには第１接続部３７１に流入した冷却水は第２接続部３７２に流通する。開閉弁４１は、制御ユニット２００から信号を受け取ることにより制御される。
【０１１２】
第５実施例においては、開閉弁４１を第１切換位置と第２切換位置との間で制御することによって、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結する場合と、並列に連結する場合とを切り換えることができる。
【０１１３】
具体的には、開閉弁４１が第１切換位置に切り換えられた場合には、ポンプ間水路３７への冷却水の流通は遮断され、よって第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とは並列に連結される。
【０１１４】
他方、開閉弁４１が第２切換位置に切り換えられた場合には、ポンプ間水路３７の冷却水の流通が許容され、よって第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とは直列に連結される。なお、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とが直列に連結されている場合には、第１水路３３を介した第１接続部３７１から合流点３６に向けた冷却水の流れが第２逆止弁４０によって制限されるため、第２ポンプ３２から吐出された冷却水が第１接続部３７１に向けて逆流することはない。
【０１１５】
第５実施例の冷却装置は、第１実施例の冷却装置と同様に制御される。即ち、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ以上であり、サーモスタット２２が開いているときには、流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃ以下になるので、開閉弁４１が第１切換位置に制御される。その結果、ポンプ間水路３７に冷却水が流通しないため、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とは並列に連結される。他方、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ未満であり、サーモスタット２２が閉じているときには、流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃよりも大きくなるので、開閉弁４１が第２切換位置に制御される。その結果、ポンプ間水路３７に冷却水が流通するため、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とは直列に連結される。
【０１１６】
以上のように、本発明の第５実施例においては、ポンプ部３’は、冷却水を圧送する第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を備える。ポンプ部３’は、冷却水が流入する入口水路４３と、入口水路４３と分岐点３５において連通し、互いに対して並列に設けられ、第１ポンプ３１が配置される第１水路３３及び第２ポンプ３２が配置される第２水路３４とを備える。さらにポンプ部３’は、第１水路３３及び第２水路３４のそれぞれと合流点３６において連通し、冷却水が流出する出口水路４４と、第１水路３３のうち第１ポンプ３１の冷却水吐出側の水路と、第２水路３４のうち第２ポンプ３２の冷却水吸入側の水路とを連通させるポンプ間水路３７と、を備える。さらにポンプ部３’は、第２接続部３７２（第２水路とポンプ間水路との接続部）と、分岐点３５と、の間において第２水路３４に設けられた第１逆止弁３９と、第１接続部３７１（第１水路とポンプ間水路との接続部）と、合流点３６と、の間において第１水路３３に設けられた第２逆止弁４０と、ポンプ間水路３７に設けられた開閉弁４１（ポンプ切換装置）と、をさらに備える。第１ポンプ３１は、第１接続部３７１と、分岐点３５と、の間において第１水路３３に設けられ、第２ポンプ３２は、第２接続部３７２と、合流点３６と、の間において第２水路３４に設けられる。ポンプ切換装置は、ポンプ間水路３７に設けられた開閉弁４１であって、ポンプ間水路３７を閉じる第１切換位置と、ポンプ間水路３７を開く第２切換位置との間で切り換え可能である。
【０１１７】
そして制御ユニット２００（制御装置）は、第１ポンプ３１（第１ポンプ）及び第２ポンプ３２（第２ポンプ）を並列に連結するときには、開閉弁４１を第１切換位置にし、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結するときには、開閉弁４１を第２切換位置にする。
【０１１８】
このような本発明の第５実施例においては、開閉弁４１を用いることによって、簡素な構成によって第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の並列、直列を切り換えることができる。
【０１１９】
次に上述した各実施例に係る内燃機関の冷却装置における具体的な複数の制御方法について説明する。
【０１２０】
まず、第１の制御方法について説明する。本制御方法は、上述した第１実施例から第５実施例のすべての実施例に対して適用できる。以下では、代表して第１実施例に適用した場合について説明する。図１３は、第１制御例に関する、ポンプを制御するためのルーチンを表すフローチャートである。本ルーチンは、一定周期で繰返し実行される。
【０１２１】
ステップＳ１０１において、制御ユニット２００はポンプへの要求流量を算出する。具体的には、本制御方法においては、制御ユニット２００は機関負荷に基づいて機関本体１の冷却の度合を算出する。例えば、機関負荷が高いほど、機関本体１の温度が高くなる。従って、機関本体１の温度を目標とする温度にするためには、機関負荷が高いほど、冷却水の流量を多くしなければならない。そこで、機関負荷に基づいて、冷却水の流量の目標値である、要求流量Ｑ＿ｔを算出する。
【０１２２】
ステップＳ１０２において、制御ユニット２００は、水温センサ５を用いて冷却水温度Ｔｗを計測する。次いで、ステップＳ１０３において、制御ユニット２００は、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ以上か否かを判別する。本制御例においては、開弁温度Ｔｗｃはサーモスタット２２が開弁する温度である。制御ユニット２００は、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ以上でありサーモスタット２２が開弁していると判別した場合には、流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃ以下であるとみなし、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結するために制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。他方、制御ユニット２００が、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ未満でありサーモスタット２２が閉弁していると判別した場合には、流路抵抗Ｒが基準流路抵抗Ｒｃより小さいとみなし、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結するために制御ルーチンはステップＳ１０８に進む。
【０１２３】
ステップＳ１０４において、制御ユニット２００は、三方弁３８を第１切換位置にするための信号を出力する。三方弁３８は制御ユニット２００から信号を受けると、ポンプ間水路３７を閉弁する。この結果、第１ポンプ３１から吐出された冷却水はポンプ間水路３７に流入せずに第１水路３３をそのまま流れる。従って、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とが並列に連結されることになる。
【０１２４】
ステップＳ１０５において、制御ユニット２００は、ポンプ部３が要求流量Ｑ＿ｔを吐出するための、目標の水圧である要求水圧Ｐ＿ｔを算出する。本制御方法においては、制御ユニット２００はサーモスタット２２が開弁した場合の抵抗曲線を予め記憶しており、制御ユニット２００は、抵抗曲線に要求流量Ｑ＿ｔを当てはめることによって要求水圧Ｐ＿ｔを算出する。
【０１２５】
ステップＳ１０６において、制御ユニット２００は、要求水圧Ｐ＿ｔに基づいて第１ポンプ３１の目標水圧である第１要求水圧Ｐ１＿ｔ及び、第２ポンプ３２の目標水圧である第２要求水圧Ｐ２＿ｔを算出する。本制御方法においては、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は並列に配置されているため、制御ユニット２００は、第１要求水圧Ｐ１＿ｔと第２要求水圧Ｐ２＿ｔを要求水圧Ｐ＿ｔに設定する。
【０１２６】
ステップＳ１０７において、制御ユニット２００は、第１ポンプ３１が吐出する冷却水の水圧が第１要求水圧Ｐ１＿ｔになり、第２ポンプ３２が吐出する冷却水の水圧が第２要求水圧Ｐ２＿ｔになるように、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を制御する。制御ユニット２００がステップＳ１０７の処理を終了すると、本ルーチンの処理が終了する。一方、ステップＳ１０３において、冷却水温度Ｔｗが開弁温度Ｔｗｃ未満であった場合には、制御ルーチンはステップＳ１０８へと進む。
【０１２７】
ステップＳ１０８において、制御ユニット２００は、三方弁３８を第２切換位置にするための信号を出力する。三方弁３８は制御ユニット２００から信号を受けると、ポンプ間水路３７を開弁するとともに、第１水路３３を通って三方弁３８から合流点３６へ冷却水を流す水路を閉弁する。従って、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とが直列に連結されることになる。
【０１２８】
ステップＳ１０９において、制御ユニット２００は、ポンプ部３が要求流量Ｑ＿ｔを吐出するための、目標の水圧である要求水圧Ｐ＿ｔを算出する。本制御方法においては、制御ユニット２００はサーモスタット２２が閉弁した場合の抵抗曲線を予め記憶しており、制御ユニット２００は、抵抗曲線に要求流量Ｑ＿ｔを当てはめることによって要求水圧Ｐ＿ｔを算出する。
【０１２９】
ステップＳ１１０において、制御ユニット２００は、要求水圧Ｐ＿ｔに基づいて第１ポンプ３１の目標水圧である第１要求水圧Ｐ１＿ｔ及び、第２ポンプ３２の目標水圧である第２要求水圧Ｐ２＿ｔを算出する。本制御方法においては、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は直列に配置されているため、制御ユニット２００は、第１要求水圧Ｐ１＿ｔと第２要求水圧Ｐ２＿ｔとを合計した圧力が要求水圧Ｐ＿ｔになるように、第１要求水圧Ｐ１＿ｔと第２要求水圧Ｐ２＿ｔとを設定する。制御ユニット２００がステップＳ１１０の処理を終了すると、ステップＳ１０７に進み、制御ユニット２００は第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を制御して、本ルーチンの処理を終了する。
【０１３０】
以上のように本発明の第１実施例においては、制御ユニット２００は冷却水温度Ｔｗを測定することにより、間接的に流路抵抗Ｒを測定し、冷却水温度Ｔｗに応じて第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の直列、並列を切り換える。流路抵抗Ｒが小さい場合には、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結することによって、ポンプを単独または直列に連結する場合に比べて流量を増大できる。他方、流路抵抗Ｒが大きい場合には、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結することによって、ポンプを単独または並列に連結する場合に比べて流量を増大できる。
【０１３１】
次に上述した各実施例に係る内燃機関の冷却装置における第２制御方法について説明する。本制御方法は、上述した第１実施例から第５実施例のすべての実施例に対して適用できる。以下では、代表して第１実施例に適用した場合について説明する。
【０１３２】
第２制御方法は、要求流量Ｑ＿ｔが十分少ないために、単一のポンプによって要求流量Ｑ＿ｔが吐出できる場合には、第１ポンプ３１または第２ポンプ３２のうちいずれか一方のポンプのみを使用する。単一のポンプを用いることによって吐出できるか否かを判別するための流量を、以下では「切換流量Ｑｃ」と呼称する。
【０１３３】
切換流量Ｑｃについて、図１４を参照しながら簡単に説明する。図１４は、第２制御方法における、ポンプの連結方法の変化を表す概略図である。本制御方法においては、切換流量Ｑｃは、流路抵抗Ｒが最も大きくなったと仮定したとき、即ち抵抗曲線が図１４の破線Ｌｒｈである時に、単一のポンプを用いて吐出できる流量Ｑを切換流量Ｑｃに設定する。この場合、切換流量Ｑｃよりも流量が少ない領域は、単一のポンプで動かすことができる領域（領域Ｉ’）となる。なお、本制御方法においては、切換流量Ｑｃよりも流量が多い領域は、単一のポンプで処理できる場合であっても、複数のポンプを用いて冷却水を吐出する。例えば、切換流量Ｑｃよりも流量が多く、かつ、基準流路抵抗Ｒｃの抵抗曲線よりも流量が多い領域は、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結する領域（領域ＩＩ’）となり、切換流量Ｑｃよりも流量が多く、かつ、基準流路抵抗Ｒｃの抵抗曲線よりも流量が少ない領域は、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を直列に連結する領域（領域ＩＩＩ’）となる。
【０１３４】
図１５は、第２制御方法に関する、ポンプを制御するためのルーチンを表すフローチャートである。本ルーチンは、一定周期で繰返し実行される。
【０１３５】
ステップＳ１０１において、制御ユニット２００は要求流量Ｑ＿ｔを算出し、制御ルーチンはステップＳ２０１に進む。
【０１３６】
ステップＳ２０１において、制御ユニット２００は要求流量Ｑ＿ｔが切換流量Ｑ＿ｃより多いか否かを判別する。要求流量Ｑ＿ｔが切換流量Ｑ＿ｃより多い場合には、制御ルーチンは、複数のポンプを用いて冷却水を吐出させるためにステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２以降の処理は、第１制御方法と同一であるため、説明を省略する。他方、要求流量Ｑ＿ｔが切換流量Ｑ＿ｃ以下の場合には、制御ルーチンは単一のポンプを用いて冷却水を吐出させるためにステップＳ２０２に進む。
【０１３７】
ステップＳ２０２において、制御ユニット２００は三方弁３８を第１切換位置にするための信号を出力する。三方弁３８は制御ユニット２００から信号を受けると、ポンプ間水路３７を閉弁する。この結果、第１ポンプ３１から吐出された冷却水はポンプ間水路３７に流入せずに第１水路３３をそのまま流れる。従って、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とが並列に連結されることになる。このように両ポンプ３１、３２を並列に連結するのは、これらを並列に連結しなければ、これらポンプのうちの一方を単独で用いることができないからである。なぜなら、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを直列に連結した場合には、第１ポンプ３１または第２ポンプ３２のいずれか一方を停止すると、冷却水が流れなくなってしまうからである。
【０１３８】
ステップＳ２０３において、制御ユニット２００はポンプ部３が要求流量Ｑ＿ｔを吐出するための、目標の水圧である要求水圧Ｐ＿ｔを算出する。
【０１３９】
ステップＳ２０４において、制御ユニット２００は要求水圧Ｐ＿ｔに基づいて第１ポンプ３１の目標水圧である第１要求水圧Ｐ１＿ｔ及び、第２ポンプ３２の目標水圧である第２要求水圧Ｐ２＿ｔを算出する。本制御方法においては、第１ポンプ３１または第２ポンプ３２のいずれか一方を駆動させる。例えば、第１ポンプ３１のみを駆動させる場合には、制御ユニット２００は、第１要求水圧Ｐ１＿ｔを要求水圧Ｐ＿ｔに設定し、第２要求水圧Ｐ２＿ｔを０に設定する。即ち、第１ポンプ３１のみを駆動させ、第２ポンプ３２を駆動させないように設定する。ステップＳ２０４の処理が終了すると、制御ルーチンはステップＳ１０７に進み、制御ユニット２００が第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を制御し、本ルーチンの処理を終了する。
【０１４０】
ポンプ部３への要求流量Ｑ＿ｔが切換流量Ｑｃ（予め定められた流量）よりも少ないときには、制御ユニット２００（制御装置）は、三方弁３８（ポンプ切換装置）を、サーモスタット２２（水路切換装置）の状態とは無関係に第１ポンプ３１と第２ポンプ３２とを並列に連結するように制御し、且つ、第１ポンプ３１または第２ポンプ３２のいずれか一方のみを駆動させる。
【０１４１】
このような第２制御方法によれば、常に複数のポンプを使用する場合に比べて、片方のポンプを使用しない期間が確保できるため、ポンプの消耗を抑制できる。
【０１４２】
次に上述した各実施例に係る内燃機関の冷却装置における第３制御方法について説明する。本制御方法は、上述した第１実施例から第５実施例のすべての実施例に対して適用できる。以下では、代表して第４実施例に適用した場合について説明する。図１６は、第３制御方法に関する、ポンプを制御するためのルーチンを表すフローチャートである。本ルーチンは、一定周期で繰返し実行される。
【０１４３】
上述した第２制御方法では、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結するのか直列に連結するのかを定めた後に要求水圧Ｐ＿ｔを算出していた。これに対して、本第３制御方法では、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔを算出した後に、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を並列に連結するのか、直列に連結するのかを設定する。
【０１４４】
ステップＳ１０１において、制御ユニット２００が要求流量Ｑ＿ｔを算出した後、制御ルーチンはステップＳ３０１に進む。
【０１４５】
ステップＳ３０１において、制御ユニット２００は流路抵抗Ｒを算出する。本制御方法においては、制御ユニット２００はまず、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の開閉状態を検出する。例えば、制御ユニット２００は、ステップＳ１０３と同様に、水温センサ５によって取得した冷却水温度Ｔｗに基づいて、サーモスタット２２の開閉状態を判別する。また、制御ユニット２００は、制御ユニット２００が熱交換開閉弁２６に送った信号を確認することによって、熱交換開閉弁２６の開閉状態を判別する。
【０１４６】
次に制御ユニット２００は、サーモスタット２２及び熱交換開閉弁２６の開閉状態に対応する流路抵抗Ｒを算出する。例えば、制御ユニット２００は、制御ユニット２００に記録されているサーモスタット２２の開閉状態及び熱交換開閉弁２６の開閉状態に対応する冷却水の経路の流路抵抗Ｒを読み込むことにより、流路抵抗Ｒを算出する。
【０１４７】
ステップＳ３０２において、制御ユニット２００はポンプ部３の要求水圧Ｐ＿ｔを算出する。例えば、Ｐ＿ｔ＝Ｒ×Ｑ＿ｔ2の関係が成立することから、本制御方法においては、斯かる関係に基づいて要求流量Ｑ＿ｔ及び流路抵抗Ｒを用いてＰ＿ｔが算出される。
【０１４８】
ここで、本制御方法において、制御ユニット２００は、図８に示されるような、要求流量Ｑ＿ｔと要求水圧Ｐ＿ｔに対応する、ポンプの連結方法が設定されたマップを記憶している。
【０１４９】
ステップＳ３０３において、制御ユニット２００は、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、図８における領域Ｉに含まれるか否かを判別することによって、ポンプを単独で用いることができるか否かを判別する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域Ｉに含まれている場合には、制御ルーチンはポンプを単独で駆動させるためにステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３以降の処理はステップＳ２０４が省略されている以外は第２制御方法のステップＳ２０３及びＳ２０５と同様であるため、説明を省略する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域Ｉに含まれていない場合には、制御ルーチンはステップＳ３０４に進む。
【０１５０】
ステップＳ３０４において、制御ユニット２００は、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、図８における領域ＩＩに含まれるか否かを判別することによって、ポンプを並列に連結するか否かを判別する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが領域ＩＩに含まれている場合には、制御ルーチンはポンプを並列に連結するためステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４以降の処理はステップＳ１０５が省略されている以外は第１制御方法と同様であるため、説明を省略する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域ＩＩに含まれていない場合には、制御ルーチンはステップＳ３０５に進む。
【０１５１】
ステップＳ３０５において、制御ユニット２００は、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、図８における領域ＩＩＩに含まれるか否かを判別することによって、ポンプを直列に連結するか否かを判別する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが領域ＩＩＩに含まれている場合には、制御ルーチンはポンプを直列に連結するためステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８以降の処理はステップＳ１０９が省略されている以外は第１制御方法と同様であるため、説明を省略する。要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが、領域ＩＩＩに含まれていない場合には、制御ユニット２００は、本ルーチンの処理を終了する。なお、機関本体１を冷却するための条件を最も厳しくしたとしても、要求した量の冷却水が供給できるように、ポンプの性能及び冷却回路が設計される。このため、通常はステップＳ３０５において、要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが領域ＩＩＩに含まれる。従って、ステップＳ３０５において要求流量Ｑ＿ｔ及び要求水圧Ｐ＿ｔが領域ＩＩＩに含まれない場合には、制御ユニット２００は異常があると判別し、異常に対応するための処理を行っても良い。
【符号の説明】
【０１５２】
１００  内燃機関の冷却装置
１      機関本体
２      熱交換部
２１    ラジエータ
２２    サーモスタット
２５    ＥＧＲクーラ
２６    熱交換開閉弁
３      ポンプ部
３１    第１ポンプ
３２    第２ポンプ
３８    三方弁
４１    開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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