(57)【要約】      （修正有）【課題】車両に適用されるウォータポンプに電子式クラッチを適用し、冷却水温度条件によりウォータポンプの作動時間を可変制御して燃費向上とエミッションの安定化を実現した装置を提供する。【解決手段】エンジン始動オンＳ１０１の状態でエンジン運転条件、冷却水温度、運転者の意図を含む情報を検出する過程Ｓ１０２と、検出された情報を分析し、エンジン回転数Ｓ１０４と冷却水温度Ｓ１０３およびヒータースイッチの作動の有無Ｓ１０５により可変クラッチを制御してウォータポンプの作動を段階的に調整する過程とを含むことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に貫通ホールが形成され、その背面にクラッチ室が形成されるプーリと、
前記プーリのクラッチ室内面に付着されるブレーキパッドと、
前記プーリのクラッチ室内部で前記ブレーキパッドに対応して配置されるクラッチディスクと、
前記プーリの貫通ホールにプーリベアリングを介して一側が結合し、外側に配置された複数個のスプリングピンを介して前記クラッチディスクと連結されるハブと、
前記クラッチディスクの背面に対応してコイルケースとカバーに囲まれて設置されるフィールドコイルと、
一端は前記ハブの中心に連結され、他端はインペラに連結されるメインシャフトと、
を含むことを特徴とするクラッチウォータポンプ。
【請求項２】
前記ハブの外周段部に形成された複数個のスプリングピンは、クラッチディスクに復原力を提供することを特徴とする請求項１に記載のクラッチウォータポンプ。
【請求項３】
前記フィールドコイルは、外部の制御信号により磁化されて磁気力を発生させ、クラッチディスクとブレーキパッドの連結を断続することを特徴とする請求項１に記載のクラッチウォータポンプ。
【請求項４】
前記クラッチディスクは、フィールドコイルが磁化されていない状態でブレーキパッドと連結され、プーリの動力をインペラに供給させて冷却水のポンピングを提供することを特徴とする請求項１に記載のクラッチウォータポンプ。
【請求項５】
前記クラッチディスクは、フィールドコイルの磁化によりブレーキパッドと分離されてプーリを空回転させることを特徴とする請求項１に記載のクラッチウォータポンプ。
【請求項６】
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出部と、
冷却水温度を検出する冷却水温度検出部と、
ヒータースイッチの作動の有無を検出するスイッチと、
エンジン回転数と冷却水温度およびヒータースイッチの作動の有無によりウォータポンプの作動を段階的に制御する制御部と、
前記制御部の制御信号により磁気力を発生させてウォータポンプの作動を調整するクラッチと、
を含むことを特徴とするクラッチウォータポンプの制御装置。
【請求項７】
前記冷却水温度検出部は、シリンダーヘッドの冷却水取出口に設置されることを特徴とする請求項６に記載のクラッチウォータポンプの制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、エンジン回転数が設定された基準回転数を超過、冷却水温度が設定された第１基準温度を超過、ヒータースイッチの作動オン、冷却水温度センサの故障のうちのいずれか一つの条件を満足する場合には、ウォータポンプを常時作動させることを特徴とする請求項６に記載のクラッチウォータポンプの制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第１基準温度と第２基準温度の間に含まれる場合には、第１の条件でウォータポンプを作動させることを特徴とする請求項６に記載のクラッチウォータポンプ制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第２基準温度と第３基準温度の間にある場合には、第２の条件でウォータポンプを作動させることを特徴とする請求項６に記載のクラッチウォータポンプ制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第３基準温度未満である場合には、第３の条件でウォータポンプを作動させることを特徴とする請求項６に記載のクラッチウォータポンプ制御装置。
【請求項１２】
エンジン始動オンの状態でエンジン運転条件、冷却水温度、運転者の意図を含む情報を検出する過程と、
前記検出された情報を分析し、エンジン回転数と冷却水温度およびヒータースイッチの作動の有無により電子式クラッチを制御してウォータポンプの作動を段階的に調整する過程と、
を含むことを特徴とするクラッチウォータポンプ制御方法。
【請求項１３】
前記エンジン回転数が設定された基準回転数を超える高速運転である場合には、電子式クラッチの作動をオフさせ、ウォータポンプを常時作動させることを特徴とする請求項１２に記載のクラッチウォータポンプ制御方法。
【請求項１４】
前記ヒータースイッチの作動オンが検出される場合には、迅速な室内暖房のために電子式クラッチを作動オフさせ、ウォータポンプを常時作動させることを特徴とする請求項１２に記載のクラッチウォータポンプ制御方法。
【請求項１５】
前記冷却水温度を検出する冷却水温度センサの故障が判定される場合、リンプホームモードで進入して電子式クラッチを作動オフさせ、ウォータポンプを常時作動させることを特徴とする請求項１２に記載のクラッチウォータポンプ制御方法。
【請求項１６】
前記エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が設定された第１基準温度と第２基準温度の間に含まれる場合には、電子式クラッチを第１の条件で作動させ、ウォータポンプの作動を調整することを特徴とする請求項１２に記載のクラッチウォータポンプ制御方法。
【請求項１７】
前記エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が設定された第２基準温度と第３基準温度の間に含まれる場合には、電子式クラッチを第２の条件で作動させ、ウォータポンプの作動を調整することを特徴とする請求項１２に記載のクラッチウォータポンプ制御方法。
【請求項１８】
前記エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第３基準温度未満である場合には、電子式クラッチを第３の条件で作動させ、ウォータポンプの作動を調整することを特徴とする請求項１２に記載のクラッチウォータポンプ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両に適用されるウォータポンプ（Ｗａｔｅｒ  Ｐｕｍｐ）に係り、より詳しくは、ウォータポンプに電子式クラッチを適用して燃費を向上させたクラッチウォータポンプとその制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在車両製作メーカーは車両を開発する過程で燃費改善とエミッション低減という二つの目標を同時に達成するために努力しているが、この中でエミッション規制を充足させるために排気系の触媒ローディング量を高めたり、ＥＧＲクーラーの容量を増加させたりしている。
【０００３】
一般に車両には冷却水を強制循環させる方式が適用され、このためにエンジンのシリンダーおよびシリンダーヘッドに冷却水路を形成し、ウォータポンプの作動により冷却水路に冷却水を強制的に供給してエンジンの温度を安定するように維持させる。
特許文献１参照。
【０００４】
冷却水を供給するウォータポンプはタイミングベルトを通じて伝達される動力により作動し、冷却水を"ラジエータ→シリンダー→シリンダーヘッド→ラジエータ"に循環させてエンジンが過熱されることを防止する。
【０００５】
ウォータポンプはタイミングベルトを通じて伝達されるエンジンの動力により中央のインペラが回転して冷却水をシリンダー側へポンピングし、回転速度は大略クランク軸の１．２〜１．６倍速度で回転する。
【０００６】
一方、燃料ポンプの常時動作によりクランク軸に負荷として作用するようになり、エンジンの出力効率を低下させ、そのために燃費低下を招くという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３２５８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ウォータポンプに電子式クラッチを適用し、エンジンの運転条件と冷却水温度の条件、運転者の意図により電子式クラッチを制御してウォータポンプの作動時間を調整することによって、燃費向上とエミッションの安定化を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明によるクラッチウォータポンプは、中心に貫通ホールが形成され、前記貫通ホールの周りに沿って背面にクラッチ室が形成されるプーリと、前記プーリのクラッチ室内面に付着されるブレーキパッドと、前記プーリのクラッチ室内部で前記ブレーキパッドに対応して配置されるクラッチディスクと、前記プーリの貫通ホールにプーリベアリングを介して一側が結合し、外周段部に形成された複数個のスプリングピンを介して前記クラッチディスクと連結されるハブと、前記プーリのクラッチ室内部で前記クラッチディスクの背面に対応してコイルケースとカバーに囲まれて設置されるフィールドコイルと、ボディー上にポンプベアリングを介して回転可能に設置され、一端は前記ハブの中心に連結され、他端はシーリングユニットが介された状態でインペラに連結されるメインシャフトとを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の特徴によるクラッチウォータポンプ制御装置は、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出部と、冷却水温度を検出する冷却水温度検出部と、ヒータースイッチの作動の有無を検出するスイッチと、エンジン回転数と冷却水温度およびヒータースイッチの作動の有無によりウォータポンプの作動を段階的に制御する制御部と、前記制御部の制御信号により磁気力を発生させてウォータポンプの作動を調整するクラッチとを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の実施例によるクラッチウォータポンプ制御方法は、エンジン始動オンの状態でエンジン運転条件、冷却水温度、運転者の意図を含む情報を検出する過程と、前記検出された情報を分析し、エンジン回転数と冷却水温度およびヒータースイッチの作動の有無により電子式クラッチを制御してウォータポンプの作動を段階的に調整する過程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
前述の構成により本発明は、排気ガスを浄化させる触媒のローディング量を追加しなくても安定したエミッションを確保できて原価節減を提供し、排気系部品が別に追加されず、車両の重量が減少して燃費向上が提供される効果が期待できる。
また、エンジンが冷却された状態で初期始動が行なわれる場合、エンジンの温度を急速に高めることができて燃費が向上する効果が期待できる。
また、エンジンの初期始動時に冷却水の循環を能動的に制御してエンジンのウォーミングアップ時間を短縮して燃費を向上させ、触媒の活性化時間を短縮させる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの分解結合斜視図である。
【図３】本発明の実施例によるクラッチウォータポンプのクラッチ未作動状態を示した図面である。
【図４】本発明の実施例によるクラッチウォータポンプのクラッチ作動状態を示した図面である。
【図５】本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの制御装置を示した図面である。
【図６】本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの制御過程を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は多様な相違する形態で具現できるので、ここで説明する実施例に限定されず、図面で本発明を明確に説明するために説明上、不必要な部分は省略した。
【００１５】
図１は本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの構成を示した斜視図である。
【００１６】
クラッチウォータポンプ１００は、ボディー１１０、前記ボディー１１０の一側に結合して支持され、エンジンのクランクシャフトから動力が伝達されるプーリ１３０、プーリ１３０の中央に結合されるメインシャフトに結合して冷却水をポンピングするインペラ１５０、冷却水流入口１７０を含む。
【００１７】
したがって、クランクシャフトからベルトを通じて伝達される動力によりプーリ１３０が回転するようになり、これによってメインシャフトに結合されたインペラ１５０が回転するようになる。
【００１８】
そのため、冷却水流入口１７０に供給される冷却水は、インペラ１５０の回転力により供給されてエンジンを温度を安定した状態に維持させる。
【００１９】
図２は本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの分解結合斜視図である。
【００２０】
本発明によるクラッチウォータポンプは、ボディー１１０、プーリ１３０、電子式クラッチ１４０、インペラ１５０を含む。
【００２１】
前記プーリ１３０は、ボディー１１０と結合して支持され、エンジンのクランクシャフトからベルトを通じて動力が伝達され、中心に貫通ホール１３１が形成されてプーリベアリング１３３が結合する。
【００２２】
前記プーリ１３０の中心に形成される貫通ホール１３１の周りに沿って背面にクラッチ室が形成され、クラッチ室内面にブレーキパッド１４１が付着され、前記ブレーキパッド１４１に対応してクラッチディスク１４２が配置される。
【００２３】
前記ブレーキパッド１４１とクラッチディスク１４２の結合の有無に応じてプーリ１３０に供給される動力の出力の有無が制御される。
【００２４】
前記プーリ１３０の貫通ホール１３１に結合されるプーリベアリング１３３を通じてハブ１４３の一側が設置され、前記ハブ１４３の外周段部に沿って複数個が設けられたスプリングピン１４３ａがクラッチディスク１４２と結合してクラッチディスク１４２に復原力を提供する。
【００２５】
前記クラッチディスク１４２の背面に対応してコイルケース１４４とカバー１４６に囲まれてフィールドコイル１４５が設置され、フィールドコイル１４５の磁気力によりクラッチディスク１４２とブレーキパッド１４１が密着または分離される。
【００２６】
そして、ボディー１１０上にポンプベアリング１４７を介して回転可能にメインシャフト１３５が設置され、前記メインシャフト１３５の一端は前記ハブ１４３の中心に連結され、他端はシーリング１５１が介された状態でインペラ１５０と連結される。
【００２７】
図３に示しているように、フィールドコイル１４５が磁化されていない一般的な状態ではハブ１４３の外周段部に沿って設置される複数個のスプリングピン１４３ａの復原力によりクラッチディスク１４２とプーリ１３１のクラッチ室内面に付着されたブレーキパッド１４１とが結合する。
【００２８】
したがって、プーリ１３０の動力がクラッチディスク１４２と複数個のスプリングピン１４３ａ、ハブ１４３およびメインシャフト１３５に伝達されてインペラ１５０が回転し冷却水をポンピングさせる。
【００２９】
しかしながら、外部の制御信号によりフィールドコイル１４５が磁化されて磁気力を発生させると、複数個のスプリングピン１４３ａが有する弾性力を克服した状態でクラッチディスク１４２を引くようになる。
【００３０】
したがって、図４に示しているように、クラッチディスク１４２とプーリ１３０のクラッチ室内面に付着されたブレーキパッド１４１とが分離され、プーリ１３０の空回転が実行されてインペラ１５０は動作が中止する。
【００３１】
図５は本発明の実施例によるクラッチウォータポンプの制御装置を示した図面である。
【００３２】
本発明による制御装置は、エンジン回転数検出部２０１、冷却水温度検出部２０２、ヒータースイッチ２０３、制御部２０４およびクラッチ２０５を含む。
【００３３】
エンジン回転数検出部２０１は、クランクシャフトあるいはカムシャフトの角度変化からエンジンの回転数を検出し、それに対する情報を制御部２０４に提供する。
【００３４】
冷却水温度検出部２０２は、冷却水温度を検出する冷却水温度センサであり、ラジエータ→シリンダー→シリンダーヘッド→ラジエータからなる冷却水の循環経路においてシリンダーヘッドの出口側に設置され、シリンダーヘッドから吐出される冷却水温度を検出し、それに対する情報を制御部２０４に提供する。
【００３５】
ヒータースイッチ２０３は、運転者により選択される空調装置スイッチの一つであり、ヒーターの作動の有無に対する情報を制御部２０４に提供する。
【００３６】
制御部２０４は、エンジンの始動オンによりエンジン回転数の条件と冷却水温度条件、ヒーターの作動の有無の条件によりウォータポンプの作動を段階的に制御する。
【００３７】
前記制御部２０４は、エンジン回転数が設定された基準回転数、例えば３、０００ＲＰＭを超えてエンジンが高速に動作する状態である場合には、ウォータポンプを常時作動させて冷却水の循環を提供する。
【００３８】
また、前記制御部２０４は、エンジン回転数が基準回転数未満、または冷却水温度が設定された第１基準温度、例えば８５℃以上である場合には、エンジンの十分なウォーミングアップと判定し、ウォータポンプを常時作動させて冷却水の循環を提供する。
【００３９】
また、前記制御部２０４は、エンジン回転数および冷却水温度に関係なしにヒータースイッチが作動オンと検出される場合には、室内の迅速な暖房を提供するためにウォータポンプを常時作動させて冷却水の循環を提供する。
【００４０】
また、前記制御部２０４は、冷却水温度センサの故障が検出される場合には、リンプホームモードへ進入し、ウォータポンプを常時作動させて冷却水の循環を提供する。
【００４１】
前記制御部２０４は、エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第１基準温度と第２基準温度の間にある場合には、第１の条件でウォータポンプを周期的に作動させて冷却水の循環を提供する。
【００４２】
前記第１基準温度は例えば８５℃であり、第２基準温度は６５℃である。
【００４３】
そして、第１の条件は、例えばウォータポンプを１００秒間停止後２秒間作動させる動作を繰り返す条件である。
【００４４】
また、前記制御部２０４は、エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第２基準温度と第３基準温度の間にある場合には、第２の条件でウォータポンプを周期的に作動させて冷却水の循環を提供する。
【００４５】
前記第２基準温度は例えば６５℃であり、第３基準温度は例えば４０℃である。
【００４６】
そして、第２の条件は、例えばウォータポンプを１５０秒間停止した後１秒間作動させる動作を繰り返す条件である。
【００４７】
また、前記制御部２０４は、エンジン回転数が基準回転数未満であり、冷却水温度が第３基準温度未満である場合には、第３の条件でウォータポンプを周期的に作動させて冷却水の循環を提供する。
【００４８】
前記第３の条件は、例えばウォータポンプを２００秒間停止した後に１秒間作動させる動作を繰り返す条件である。
【００４９】
前述のような機能を含む本発明でクラッチの制御を通じてウォータポンプを制御する動作について図６を参照して説明する。
【００５０】
エンジンの始動がオンされると（Ｓ１０１）、制御部２０４は車両に装着される多様なセンサの情報を収集してエンジン回転数ＲＰＭと冷却水温度、ヒータースイッチの作動の有無を検出する（Ｓ１０２）。
【００５１】
その後、前記検出された情報を分析して冷却水温度センサが正常作動しているかを判断し（Ｓ１０３）、冷却水温度センサの故障が判定される場合にはリンプホームモードへ進入する。
【００５２】
そして、クラッチ２０５を図３のように作動オフに制御し（Ｓ１０７）、プーリ１３０の動力が断続されていない状態でインペラ１５０に常時的に伝達され、インペラ１５０の常時作動により冷却水の循環が提供されるようにする（Ｓ１０８）。
【００５３】
つまり、制御部２０４は冷却水温度センサの故障が検出される場合には、リンプホームモードへ進入し、ウォータポンプを常時的に作動させて冷却水の循環を提供することによって、エンジンが過熱されることを防止する。
【００５４】
また、前記Ｓ１０３の判断において冷却水温度センサの故障が検出されない場合には、エンジン回転数ＲＰＭが設定された基準回転数ＲＰＭ、例えば３、０００ＲＰＭを超えたかを判断する（Ｓ１０４）。
【００５５】
前記Ｓ１０４の判断においてエンジン回転数が基準回転数を超えた状態である場合には、エンジンの高速運転と判断し、クラッチ２０５を図３のように制御し、つまり、作動オフさせてウォータポンプが常時作動するようにする（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。
【００５６】
前記Ｓ１０４の判断においてエンジン回転数が基準回転数を超えない状態である場合には、運転者によりヒータースイッチがオンに選択されたかを判断する（Ｓ１０５）。
【００５７】
前記Ｓ１０５の判断においてヒータースイッチがオンに選択された状態である場合には、クラッチ２０５を図３のように制御し、つまり、作動オフさせてウォータポンプが常時作動するようにすることによって、迅速な室内暖房が行われるようにする（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。
【００５８】
しかしながら、前記Ｓ１０５の判断においてヒータースイッチがオフの状態と検出される場合には、冷却水温度が設定された第１基準温度、例えば８５℃を超えたかを判断する（Ｓ１０６）。
【００５９】
前記Ｓ１０６の判断において冷却水温度が第１基準温度を超えた状態である場合には、十分なウォーミングアップが行われたと判定し、クラッチ２０５を図３のように制御し、つまり、作動オフさせてウォータポンプが常時作動するようにする（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。
【００６０】
しかしながら、前記Ｓ１０６の判断において冷却水温度が第１基準温度未満である場合には、冷却水温度が第１基準温度と第２基準温度の間に含まれるかを判断する（Ｓ１０９）。
【００６１】
例えば、８５℃＞冷却水温度＞６５℃である条件を満足するかを判断する。
【００６２】
前記Ｓ１０９の判断において冷却水温度が第１基準温度と第２基準温度の間に含まれる場合には、クラッチ２０５を第１作動で制御し（Ｓ１１０）、ウォータポンプを第１作動させる（Ｓ１１１）。
【００６３】
例えば、１００秒間を図４の条件で制御し、ウォータポンプを停止して冷却水の循環が行われないようにし、２秒間を図３の条件で制御し、ウォータポンプを動作させて冷却水の循環を提供する。
【００６４】
前記Ｓ１０９の判断において冷却水温度が第１基準温度と第２基準温度の間に含まれない場合には、冷却水温度が第２基準温度と第３基準温度の間に含まれるかを判断する（Ｓ１１２）。
【００６５】
例えば６５℃＞冷却水温度＞４０℃である条件を満足するかを判断する。
【００６６】
前記Ｓ１１２の判断において冷却水温度が第２基準温度と第３基準温度の間に含まれる場合には、クラッチ２０５を第２作動で制御し（Ｓ１１３）、ウォータポンプを第２作動させる（Ｓ１１４）。
【００６７】
例えば、１５０秒間を図４の条件で制御し、ウォータポンプを停止して冷却水の循環が行われないようにし、１秒間を図３の条件で制御し、ウォータポンプを動作させて冷却水の循環を提供する。
【００６８】
前記Ｓ１１２の判断において冷却水温度が第２基準温度と第３基準温度の間に含まれない場合には、冷却水温度が第３基準温度以下を維持すると判定し（Ｓ１１５）、クラッチ２０５を第３作動で制御し（Ｓ１１６）、ウォータポンプを第３作動させる（Ｓ１１７）。
【００６９】
例えば、２００秒間を図４の条件で制御し、ウォータポンプを停止して冷却水の循環が行われないようにし、１秒間を図３の条件で制御し、ウォータポンプを動作させて冷却水の循環を提供する。
【００７０】
つまり、エンジンが冷間状態で始動オンが行われた状態と判定して冷却水の循環を停止し、速いウォーミングアップが行われるようにすることによって、パイロット噴射量を減少させて燃費向上が提供されるようにする。
【００７１】
また、エンジンの速いウォーミングアップによる排気ガスの温度上昇で触媒の活性化迅速に誘導して排気ガスのエミッションを安定するように確保する。
【００７２】
図２で、１５２と１７１はシーリング部材を指称し、部品間で水の漏洩を防止する作用を行う。
【００７３】
以上で本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態もまた本発明の権利範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、ウォータポンプに電子式クラッチを適用して燃費を向上させたクラッチウォータポンプの分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１００：ウォータポンプ
１１０：ボディー
１３０：プーリ
１５０：インペラ
２０１：エンジン回転数検出部
２０２：冷却水温度検出部
２０４：制御部
２０５：クラッチ
【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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