(57)【要約】【課題】エネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能としながら、部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができるエンジンの冷却装置を提供する。【解決手段】エンジン１の冷却装置において、ポンプ部２のインペラ４には、クランク軸７がエンジン用電磁クラッチ８を介して連結されるとともに、モータ回転軸１４がモータ用電磁クラッチ１９を介して連結される。そして、エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９にてクランク軸７又はモータ回転軸１４がインペラ４に駆動連結され、その回転力にてインペラ４が回転されるため、エンジン１の駆動力とモータ１０の駆動力とを切り換えてエネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能とすることができる。しかも、従来技術に対して、ポンプ部２、即ちポンプハウジング３やインペラ４等が１つであるため、それらの部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの駆動に基づいて回転するエンジン系回転軸とモータのモータ回転軸とを１つのポンプ部におけるインペラに切換手段を介して連結し、前記切換手段にて前記エンジン系回転軸及び前記モータ回転軸の少なくとも一方を前記インペラに駆動連結させ、少なくとも一方の回転力にて前記インペラを回転させて冷却水を循環させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
前記ポンプ部は、前記エンジン系回転軸が前記インペラに駆動連結された状態、且つ前記エンジンの負荷が最大の状態で冷却水の十分な流量を確保可能に設定され、
前記切換手段は、前記エンジンの負荷が所定値より大きいと前記エンジン系回転軸を前記インペラに駆動連結し、前記エンジンの負荷が所定値以下であると前記エンジン系回転軸を前記インペラに非駆動連結するとともに前記モータ回転軸を前記インペラに駆動連結することを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの冷却装置において、
前記モータは、エネルギー回生機能を有し、回生を行うことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジンの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの冷却装置としては、エンジンの駆動に基づいて回転するエンジン系回転軸(クランク軸やカム軸等)の回転力にてインペラを回転させて（ポンプ部を駆動させて）冷却水を循環させるものがある。このようなエンジンの冷却装置においてポンプ部（インペラやポンプハウジング等）は、冷却に必要な流量が最大となるエンジンの負荷が最大のときにも冷却水の十分な流量（必要流量）を確保可能に設定される。又、ポンプ部は、インペラがエンジンの回転数に応じて回転することからその流量がエンジンの回転数に応じて変化することになる。よって、ポンプ部は、更に全ての回転数に対して十分な流量（必要流量）を確保可能に設定されることになる。しかし、このようなエンジンの冷却装置では、例えば、必要流量が少なくなるエンジンの負荷が小さいとき、実際に流れる冷却水の流量が必要流量に対して過多となってしまう。即ち、必要以上にエンジンの駆動力（例えばクランク軸の回転力）を使用してしまうことになる。
【０００３】
そこで、他のエンジンの冷却装置としては、エンジンの駆動力を用いて第１のインペラを回転させる第１ウォータポンプ（ポンプ部）と、モータの駆動力を用いて第２のインペラを回転させる第２ウォータポンプ（ポンプ部）とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなエンジンの冷却装置では、必要流量に応じてエンジンの駆動力とモータの駆動力とを切り換えてエネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能とすることができる。
【特許文献１】特開平１１−３０３６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように第１ウォータポンプと第２ウォータポンプ（２つのポンプ部）を備えたエンジンの冷却装置では、インペラやポンプハウジング等をそれぞれ２つずつ備えるため、部品点数が増大するとともに、その配置スペースが大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、エネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能としながら、部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができるエンジンの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】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、エンジンの駆動に基づいて回転するエンジン系回転軸とモータのモータ回転軸とを１つのポンプ部におけるインペラに切換手段を介して連結し、前記切換手段にて前記エンジン系回転軸及び前記モータ回転軸の少なくとも一方を前記インペラに駆動連結させ、少なくとも一方の回転力にて前記インペラを回転させて冷却水を循環させることを特徴とするエンジンの冷却装置を要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、前記ポンプ部は、前記エンジン系回転軸が前記インペラに駆動連結された状態、且つ前記エンジンの負荷が最大の状態で冷却水の十分な流量を確保可能に設定され、前記切換手段は、前記エンジンの負荷が所定値より大きいと前記エンジン系回転軸を前記インペラに駆動連結し、前記エンジンの負荷が所定値以下であると前記エンジン系回転軸を前記インペラに非駆動連結するとともに前記モータ回転軸を前記インペラに駆動連結した。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のエンジンの冷却装置において、前記モータは、エネルギー回生機能を有し、回生を行う。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、切換手段にてエンジン系回転軸及びモータ回転軸の少なくとも一方が１つのポンプ部におけるインペラに駆動連結され、少なくとも一方の回転力にてインペラが回転されるため、エンジンの駆動力とモータの駆動力とを切り換えてエネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能とすることができる。しかも、従来技術に対して、ポンプ部、即ちインペラやポンプハウジングが１つであるため、部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、エンジンの負荷が所定値以下の場合、切換手段にてエンジン系回転軸がインペラに非駆動連結されるとともにモータ回転軸がインペラに駆動連結される。よって、エンジンの負荷が所定値以下の場合、冷却水の流量が必要流量に対して過多となってしまうことを防止することができるとともに、例えば、モータの駆動力を必要流量に応じた最適な流量となるように制御することで、エネルギーロスの少ない冷却水の循環を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、モータはエネルギー回生機能を有するため、エンジン系回転軸がインペラに駆動連結され且つ例えば制動時（ブレーキペダルが踏まれたとき）に回生が行われる。よって、更にエネルギーを有効利用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能としながら、部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができるエンジンの冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図３に従って説明する。図１は、車両に設けられるエンジンの冷却装置を示す模式図である。図１に示すように、エンジン１には、１つのポンプ部２が設けられている。ポンプ部２は、ポンプハウジング３やポンプハウジング３内に収容されるインペラ４等を有する。インペラ４にはポンプハウジング３の外部に突出するインペラ回転軸５が一体回転可能に設けられ、インペラ回転軸５の先端部にはインペラ用プーリ６が設けられている。そして、ポンプ部２のポンプハウジング３には、図示しない流入口及び流出口が形成されそれらはエンジン１内部や図示しないラジエータ等を巡るように設けられた流路に連通されている。
【００１３】
又、エンジン１は、エンジン１の駆動に伴って回転するエンジン系回転軸としてのクランク軸７（エンジン１の回転軸）を有し、その一端にはエンジン用電磁クラッチ８を介してエンジン用プーリ９が設けられている。
【００１４】
又、車両にはモータ１０が固定されている。本実施の形態のモータ１０は、図２に模式的に示すように、アウタロータ型ブラシレスモータであって、固定部１１、コア１２、巻線１３、モータ回転軸１４、ロータ本体１５及び制御回路部１６等を備えている。固定部１１は、円盤部１１ａと円盤部１１ａの中央から略円筒状に立設された円筒部１１ｂとを有し、その円盤部１１ａの外周縁が車両（エンジン１）に対して固定される。コア１２は、放射状に延びる多数のティース部を有し、円筒部１１ｂに対して外嵌（固定）されている。巻線１３は、コア１２（ティース部）に巻装されている。モータ回転軸１４は、一端側（図２中、上端側）が円筒部１１ｂから突出するように、他端側が円筒部１１ｂに軸受１７を介して回転可能に支持されている。ロータ本体１５は、円盤部１５ａと、その円盤部１５ａの外周縁から筒状に延びる筒部１５ｂとを有し、円盤部１５ａの中央にモータ回転軸１４の一端側が貫通して内嵌（固定）されるように、且つ円盤部１５ａと筒部１５ｂとで前記コア１２を略覆うように設けられる。又、ロータ本体１５の筒部１５ｂの内周面にはコア１２と対向するように複数のマグネット１８が固定されている。制御回路部１６は、固定部１１の円盤部１１ａに固定されている。この制御回路部１６は、駆動回路及び回生回路を有し、前記巻線１３に接続されるとともに、図示しない車両バッテリに接続される。そして、モータ回転軸１４の一端にはモータ用電磁クラッチ１９を介してモータ用プーリ２０（図１参照）が設けられている。尚、本実施の形態では、エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９が切換手段を構成している。又、エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９は、冷却水の水温計やエンジン負荷検出計等に接続された図示しない制御装置にてオン（連結）・オフ（非連結）される。
【００１５】
前記インペラ用プーリ６、エンジン用プーリ９及びモータ用プーリ２０は、ベルト２１が巻掛けられることで駆動連結されている。
そして、インペラ４（インペラ回転軸５及びインペラ用プーリ６）は、エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９にてクランク軸７及びモータ回転軸１４の少なくとも一方が駆動連結されることにより（その回転力により）回転されて冷却水を（エンジン１内部やラジエータに）循環させる。
【００１６】
本実施の形態のエンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９は、冷却水の水温及びエンジン１の負荷の値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じて、クランク軸７及びモータ回転軸１４の少なくとも一方をインペラ４に駆動連結させる。
【００１７】
詳しくは、ポンプ部２（ポンプハウジング３やインペラ４等）は、エンジン用電磁クラッチ８にてクランク軸７がインペラ４に駆動連結された状態、且つエンジン１の負荷が最大（必要流量が最大）の状態で冷却水の十分な流量（前記必要流量）を確保可能にサイズ等が設定されている。そして、エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９は、エンジン１の作動時に前記制御装置にて、以下に示すように、オン（連結）・オフ（非連結）されてインペラ４にクランク軸７又はモータ回転軸１４を駆動連結させる（図３参照）。
【００１８】
図３に示すように、まずステップＳ１では、冷却水の水温が予め設定された既定値より高いか否かが判定される。尚、この規定値は、それ以下の範囲ではエンジン１（クランク軸７）の駆動力にてインペラ４を回転させると流量が必要流量に対して過多となり、モータ１０（モータ回転軸１４）の駆動力にてインペラ４を（低速で）回転させた方が総合的にエネルギーロスを小さくできると判断される値である。そして、ステップＳ１にて既定値以下であると判定されるとステップＳ２に移行し、エンジン用電磁クラッチ８がオフ（非連結）されるとともにモータ用電磁クラッチ１９がオン（連結）される。よって、エンジン用プーリ９（インペラ４）にクランク軸７が非駆動連結されるとともに、モータ用プーリ２０（インペラ４）にモータ回転軸１４が駆動連結される。これにより、インペラ４はモータ１０の駆動力（モータ回転軸１４の回転力）により回転され冷却水を循環させる。又、ステップＳ１にて既定値より高いと判定されるとステップＳ３に移行し、エンジン１の負荷が予め設定された所定値より大きいか否かが判定される。尚、この所定値は、それ以下の範囲ではエンジン１（クランク軸７）の駆動力にてインペラ４を回転させると流量が必要流量に対して過多となり、モータ１０（モータ回転軸１４）の駆動力にてインペラ４を（低速で）回転させた方が総合的にエネルギーロスを小さくできると判断される値である。
【００１９】
そして、ステップＳ３にて所定値以下であると判定されるとステップＳ４に移行し、エンジン用電磁クラッチ８がオフ（非連結）されるとともにモータ用電磁クラッチ１９がオン（連結）される。よって、エンジン用プーリ９（インペラ４）にクランク軸７が非駆動連結されるとともに、モータ用プーリ２０（インペラ４）にモータ回転軸１４が駆動連結される。これにより、インペラ４はモータ１０の駆動力（モータ回転軸１４の回転力）により回転され冷却水を循環させる。又、ステップＳ３にて所定値より大きいと判定されるとステップＳ５に移行し、エンジン用電磁クラッチ８がオン（連結）されるとともにモータ用電磁クラッチ１９がオフ（非連結）される。よって、エンジン用プーリ９（インペラ４）にクランク軸７が駆動連結されるとともに、モータ用プーリ２０（インペラ４）にモータ回転軸１４が非駆動連結される。これにより、インペラ４はエンジン１の駆動力（クランク軸７の回転力）により回転され冷却水を循環させる。
【００２０】
尚、本実施の形態のモータ１０は、モータ用電磁クラッチ１９がオン（連結）されたとき、制御回路部１６にて巻線１３に駆動電流が供給され、ロータ本体１５と共にモータ回転軸１４が回転駆動される。そして、このときのモータ１０は、冷却水の水温及びエンジン１の負荷の値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じた最適な（必要流量を満たし過多とならない）流量となるようにモータ回転軸１４の回転数が（複数段階又は無段階で）制御される。又、本実施の形態のモータ１０は、エネルギー回生機能、即ち発電機として車両バッテリを充電する機能を有する。そして、クランク軸７がインペラ４（エンジン用プーリ９）に駆動連結された状態で且つ制動時（ブレーキペダルが踏まれたとき）に、モータ用電磁クラッチ１９がオン（連結）され、モータ１０にて回生が行われる。
【００２１】
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９にてクランク軸７又はモータ回転軸１４がインペラ４に駆動連結され、その回転力にてインペラ４が回転されるため、エンジン１の駆動力とモータ１０の駆動力とを切り換えてエネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能とすることができる。しかも、従来技術に対して、ポンプ部２、即ちポンプハウジング３やインペラ４（その他、シール部材等）が１つであるため、それらの部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができる。
【００２２】
（２）エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９にて冷却水の水温及びエンジン１の負荷の値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じて、エンジン１の駆動力とモータ１０の駆動力とが切り換えられて使用される。よって、容易にエネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能とすることができる。
【００２３】
（３）ポンプ部２（ポンプハウジング３やインペラ４等）は、クランク軸７がインペラ４に駆動連結された状態、且つエンジン１の負荷が最大（必要流量が最大）の状態で冷却水の十分な流量（前記必要流量）を確保可能にサイズ等が設定されている。そして、エンジン１の負荷が所定値以下であると判定された場合、エンジン用プーリ９（インペラ４）にクランク軸７が非駆動連結されるとともに、モータ用プーリ２０（インペラ４）にモータ回転軸１４が駆動連結される。よって、この場合、モータ１０の駆動力にてインペラ４が回転されるため、モータ１０の駆動力を必要流量に応じた最適な流量となるように制御することで、（エンジン１の駆動力を用いた場合に比べて）冷却水の流量が必要流量に対して過多となってしまうことを防止できるとともに、エネルギーロスの少ない冷却水の循環を行うことができる。又、本実施の形態ではエンジン１の負荷に関わらず、冷却水の水温が既定値以下であると判定された場合も同様に、モータ１０の駆動力にてインペラ４が回転され、（エンジン１の駆動力を用いた場合に比べて）冷却水の流量が必要流量に対して過多となってしまうことを防止できるとともに、エネルギーロスの少ない冷却水の循環を行うことができる。
【００２４】
（４）モータ１０は、エネルギー回生機能を有し、クランク軸７がインペラ４（エンジン用プーリ９）に駆動連結された状態で且つ制動時（ブレーキペダルが踏まれたとき）に、モータ用電磁クラッチ１９がオン（連結）され、モータ１０にて回生が行われるため、更にエネルギーを有効利用することができる。
【００２５】
（５）切換手段としてエンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９を用いたため、容易にクランク軸７又はモータ回転軸１４をインペラ４（エンジン用プーリ９又はモータ用プーリ２０）に駆動連結させることができる。
【００２６】
（６）モータ１０は、冷却水の水温及びエンジン１の負荷の値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じた最適な（必要流量を満たし過多とならない）流量となるようにモータ回転軸１４の回転数が（複数段階又は無段階で）制御されるため、更にエネルギーロスの少ない冷却水の循環を行うことができる。
【００２７】
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、クランク軸７の一端にエンジン用電磁クラッチ８を介してエンジン用プーリ９を設け、モータ回転軸１４の一端にモータ用電磁クラッチ１９を介してモータ用プーリ２０（図１参照）を設け、インペラ用プーリ６、エンジン用プーリ９及びモータ用プーリ２０をベルト２１にて駆動連結したが、他の構成で駆動連結してもよい。
【００２８】
例えば、図４及び図５に示すように、ロータとしてのロータ本体１５における筒部１５ｂにベルト２２が巻掛け可能な巻掛け部１５ｃを形成し、その巻掛け部１５ｃ及びエンジン用プーリ９をベルト２２にて駆動連結し、前記モータ回転軸１４の一端をインペラ回転軸５とを一体に又は固定して実施してもよい。このようにしても、上記実施の形態と同様の条件でエンジン１の駆動力（クランク軸７の回転力）又はモータ１０の駆動力（モータ回転軸１４の回転力）を用いるように制御することで、同様の効果を得ることができる。又、このようにすると、ロータ本体１５がプーリを兼ねることで、上記実施の形態のインペラ用プーリ６及びモータ用プーリ２０が不要となるため、更に部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができる。又、このようにすると、クランク軸７をインペラ４（エンジン用プーリ９）に駆動連結してエンジン１の駆動力にてインペラ４を回転させる場合においてもモータ回転軸１４がインペラ回転軸５と駆動連結されたままであり若干負荷が大きくなるが、その際、モータ１０にて回生を行うようにしてもよい。
【００２９】
・上記実施の形態では、冷却水の水温及びエンジン１の負荷の値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じて、エンジン１の駆動力とモータ１０の駆動力とを切り換えて使用したが、他の値に基づいてエンジン１の駆動力とモータ１０の駆動力とを切り換えて使用してもよい。例えば、エンジン１の回転数に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じてエンジン１の駆動力とモータ１０の駆動力とを切り換えて使用するようにしてもよい。尚、勿論、この条件を上記実施の形態（図３参照）に追加して実施してもよい。
【００３０】
・上記実施の形態では、必要流量が多い（水温が規定値より高く且つエンジン１の負荷が所定値より大きい）ときエンジン１の駆動力のみを用い、必要流量が少ない（水温が規定値以下又はエンジン１の負荷が所定値以下）のときモータ１０の駆動力のみを用いるとしたが、エネルギーロスの少ない冷却水の循環が可能な他のパターンに変更してもよい。例えば、条件に対して使用する駆動源（エンジン１とモータ１０）を逆にしてもよい。尚、この場合、例えば、エンジン１におけるエンジン系回転軸をクランク軸７から回転数が半分となるカム軸に変更し、モータ１０のサイズを大きくする等といった変更が必要となる。
【００３１】
・上記実施の形態では、モータ１０は、エネルギー回生機能を有し、クランク軸７がインペラ４（エンジン用プーリ９）に駆動連結された状態で且つ制動時（ブレーキペダルが踏まれたとき）に、モータ用電磁クラッチ１９がオン（連結）され、モータ１０にて回生が行われるとしたが、回生を行わないように設定してもよい。
【００３２】
・上記実施の形態では、モータ１０は、冷却水の水温及びエンジン１の負荷の値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じた最適な（必要流量を満たし過多とならない）流量となるようにモータ回転軸１４の回転数が（複数段階又は無段階で）制御されるとしたが、モータ回転軸１４の回転数を一定に制御してもよい。
【００３３】
・上記実施の形態では、切換手段を電磁クラッチ（エンジン用電磁クラッチ８及びモータ用電磁クラッチ１９）にて構成したが、同様の機能を有すれば、他の切換手段に変更してもよい。
【００３４】
・上記実施の形態では、モータ１０をアウタロータ型ブラシレスモータとしたが、他のモータに変更して実施してもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００３５】
（イ）請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、前記切換手段は、前記冷却水の水温、前記エンジンの負荷及び回転数の少なくとも１つの値に基づいて、前記エンジン系回転軸及び前記モータ回転軸の少なくとも一方を前記インペラに駆動連結させ、少なくとも一方の回転力にて前記インペラを回転させることを特徴とするエンジンの冷却装置。このようにすると、冷却水の水温、エンジンの負荷及び回転数の少なくとも１つの値に基づいて、即ちそれらの値に基づいて決定される冷却水の必要流量に応じて、エンジンの駆動力とモータの駆動力とが切り換えられて使用される。よって、容易にエネルギーロスの少ない冷却水の循環を可能とすることができる。
【００３６】
（ロ）請求項１乃至３及び上記（イ）のいずれか１つに記載のエンジンの冷却装置において、前記切換手段は、電磁クラッチであることを特徴とするエンジンの冷却装置。このようにすると、容易にエンジン系回転軸及びモータ回転軸の少なくとも一方をインペラに駆動連結させることができる。
【００３７】
（ハ）請求項１乃至３及び上記（イ）、（ロ）のいずれか１つに記載のエンジンの冷却装置において、前記モータをアウタロータ型モータとし、そのロータの外周に前記エンジン系回転軸に対して駆動連結されるベルトが巻掛けられる巻掛け部を形成したことを特徴とするエンジンの冷却装置。このようにすると、アウタロータ型モータのロータがプーリを兼ねるため、更に部品点数の低減及び配置スペースの縮小化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施の形態におけるエンジンの冷却装置を示す模式図。
【図２】本実施の形態におけるモータの断面図。
【図３】本実施の形態における冷却装置の制御を説明するためのフロー図。
【図４】別例におけるエンジンの冷却装置を示す模式図。
【図５】別例におけるモータの断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…エンジン、２…ポンプ部、４…インペラ、７…クランク軸（エンジン系回転軸）、８…切換手段の一部を構成するエンジン用電磁クラッチ、１０…モータ、１４…モータ回転軸、１９…切換手段の一部を構成するモータ用電磁クラッチ。
【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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