(57)【要約】【課題】比較的単純な構成の変速機構で、冷却水ポンプの回転を変速できて、低・中回転のエンジンの運転領域で冷却水の流量を増加させることができて、冷却が必要とされる部分に十分な冷却水を供給して冷却性能を向上できるエンジンの冷却機構を提供する。【解決手段】エンジンの冷却水ポンプの動力入力部２０とクランク軸１１からの動力出力部１０との間に変速機構を設けて、冷却水ポンプの吐出量を制御するエンジンの冷却機構１において、前記動力出力部１０に同軸１１で異径の第１動力伝達部１２及び第２動力伝達部１３を設け、前記動力入力部２０に同軸２１で異径の第３動力伝達部２２及び第４動力伝達部２３を設けると共に、前記第１動力伝達部１２と前記第３動力伝達部２２、又は、前記第２動力伝達部１３と前記第４動力伝達部２３に、選択的に係合するようにアイドラ機構３０を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却水ポンプの動力入力部とクランク軸からの動力出力部との間に変速機構を設けて、冷却水ポンプの吐出量を制御するエンジンの冷却機構において、前記動力出力部に同軸で異径の第１動力伝達部及び第２動力伝達部を設け、前記動力入力部に同軸で異径の第３動力伝達部及び第４動力伝達部を設けると共に、前記第１動力伝達部と前記第３動力伝達部、又は、前記第２動力伝達部と前記第４動力伝達部に、選択的に係合するようにアイドラ機構を配置したことを特徴とするエンジンの冷却機構。
【請求項２】
前記アイドラ機構は、軸方向に段差を設けて、並列に配設された第１アイドラ動力伝達部と第２アイドラ動力伝達部と、前記第１アイドラ動力伝達部と前記第２アイドラ動力伝達部の軸の間を連結した連結部材とを有して構成され、前記連結部材を、前記軸方向と直交する一方向に移動させることにより、前記第１アイドラ動力伝達部を前記第１動力伝達部と前記第３動力伝達部に接触させ、前記一方向と逆方向に移動させることにより、前記第２アイドラ動力伝達部を前記第２動力伝達部と前記第４動力伝達部に係合させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却機構。
【請求項３】
前記連結部材の移動を、ステップモータの駆動力で、又は、エンジン潤滑油の油圧を用いた油圧シリンダの駆動力で行うことを特徴とする請求項２記載のエンジンの冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのクランク軸の回転を伝達されて駆動する冷却水ポンプを備えたエンジンの冷却機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載のエンジンの冷却水ポンプは、渦巻型ポンプ等で構成され、ラジエータで冷却された冷却水をシリンダブロックやシリンダヘッドに循環させてエンジンが過熱状態になるのを防止している。この冷却水は、エンジン燃焼室周りの冷却だけでなく、一部をＥＧＲクーラにも循環させて、ＮＯｘ低減を目的とするＥＧＲガスの冷却にも利用されている。
【０００３】
この冷却水ポンプの動力にはエンジンのクランク軸の動力を使用しており、クランク軸の回転をＶベルト等で冷却水ポンプの動力軸に伝達している。そのため、冷却水ポンプはエンジン回転数に比例した回転数で運転され、エンジンの回転数の上昇に伴い冷却水流量も増加する。
【０００４】
しかしながら、冷却水の流量がエンジンの回転数に比例するため、エンジンが低回転となる運転領域では冷却水の流量が不足し、ＥＧＲガスの冷却が不十分となる。そのため、低回転運転領域ではＥＧＲガスを多く用いたエンジンの運転ができないという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、遊星ギヤ機構やブレーキ手段やワンウェイクラッチなどを有し、エンジンの回転数から独立して回転数を制御可能にした可変容量流体ポンプを用いる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、このエンジンの可変容量流体ポンプは複雑な構成をしているという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−２０７３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、比較的単純な構成の変速機構で、冷却水ポンプの回転を変速できて、低・中回転のエンジンの運転領域において、冷却水の流量を増加させることができて、冷却が必要とされる部分に十分な冷却水を供給して冷却性能を向上できるエンジンの冷却機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明のエンジンの冷却機構は、エンジンの冷却水ポンプの動力入力部とクランク軸からの動力出力部との間に変速機構を設けて、冷却水ポンプの吐出量を制御するエンジンの冷却機構において、前記動力出力部に同軸で異径の第１動力伝達部及び第２動力伝達部を設け、前記動力入力部に同軸で異径の第３動力伝達部及び第４動力伝達部を設けると共に、前記第１動力伝達部と前記第３動力伝達部、又は、前記第２動力伝達部と前記第４動力伝達部に、選択的に係合するようにアイドラ機構を配置して構成する。
【０００９】
この構成によれば、比較的単純な構成で、冷却水ポンプの回転数を変化させることができる。従って、冷却水ポンプを大型化することなく、エンジンの低・中回転運転領域で冷却水の流量を確保できる。
【００１０】
また、上記のエンジンの冷却機構において、前記アイドラ機構は、軸方向に段差を設けて、並列に配設された第１アイドラ動力伝達部と第２アイドラ動力伝達部と、前記第１アイドラ動力伝達部と前記第２アイドラ動力伝達部の軸の間を連結した連結部材とを有して構成され、前記連結部材を、前記軸方向と直交する一方向に移動させることにより、前記第１アイドラ動力伝達部を前記第１動力伝達部と前記第３動力伝達部に接触させ、前記一方向と逆方向に移動させることにより、前記第２アイドラ動力伝達部を前記第２動力伝達部と前記第４動力伝達部に係合させるように構成すると、比較的単純な構成で、冷却水ポンプの回転数の切り替えのためのアイドラギアの移動量を最低限にしてスムースに切り替えを行うことができる。
【００１１】
また、上記のエンジンの冷却機構において、前記連結部材の移動を、ステップモータの駆動力で、又は、エンジン潤滑油の油圧を用いた油圧シリンダの駆動力で行うように構成すると、比較的単純な構成にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンの冷却機構によれば、比較的単純な構成で、冷却水ポンプの回転数を変速させることができるので、冷却水ポンプを大型化することなく、低・中回転のエンジンの運転領域で冷却水の流量を確保できる。
【００１３】
特に、エンジン低回転運転領域では高倍速側で冷却水ポンプ回転数を増加させることができるため、ＥＧＲガスを多量に利用する時に、従来技術のＶベルト駆動では不足がちな冷却水の流量を、冷却水ポンプの回転数を上げて補うことができる。
【００１４】
従って、低・中回転のエンジンの運転領域においても、変速比の大きい側で冷却水ポンプの回転数を高い回転数にして、エンジンの冷却とＥＧＲガスの冷却に必要な冷却水量を維持することができる。また、高回転のエンジンの運転領域においては、変速比の小さい側で従来技術のＶベルトによる回転数伝達と同等以上の回転数を維持することにより、エンジンの冷却とＥＧＲガスの冷却に必要な冷却水流量を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態のエンジンの冷却機構について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、第１の実施の形態のエンジンの冷却機構１は、クランク軸１１から動力を引き出す動力出力部１０と、冷却水ポンプへ動力を伝達する動力入力部２０と、両者を連動させるアイドラ機構３０とからなる。
【００１６】
この動力出力部１０は、クランク軸である第１回転軸１１側に、同軸で異径の第１動力伝達部１２と第２動力伝達部１３、即ち、第１回転軸１１を軸とする第１クランクギア１２と第２クランクギア１３を備えている。
【００１７】
動力入力部２０は、冷却ポンプの回転軸である第２回転軸２１側に、同軸で異径の第３動力伝達部２２と第４動力伝達部２３、即ち、第２回転軸２１を軸とする第１冷却水ポンプギア２２と第２冷却水ポンプギア２３を備えている。
【００１８】
この第１クランクギア１２のギア数（又は径）と第１冷却水ポンプギア２２のギア数（又は径）の比（低倍速側）Ｒ１を例えば従来速とし、第２クランクギア１３のギア数（又は径）と第２冷却水ポンプギア２３のギア数（又は径）の比（高倍速側）Ｒ２を例えば従来速の１．２倍（即ちＲ２＝１．２×Ｒ１）とする。
【００１９】
アイドラ機構３０は、軸方向に段差を設けて、第１アイドラ動力伝達部３２と第２アイドラ動力伝達部３４、即ち、第１アイドラギア３２と第２アイドラギア３４が並列に配設される。そして、これらのギア３２，３４の軸３１、３３を連結した連結部材３５を設ける。この連結部材３５の一端部には、ラック３６が設けられ、ステップモータ３８で回転駆動されるピニオン３７に噛み合される。
【００２０】
ステップモータ３８とピニオン３７はエンジン部材などに固定されるが、第１アイドラギア３２、第２アイドラギア３４、連結部材３５、ラック３６等は、Ａ−Ｂ方向に移動可能に構成される。この移動可能の構造には、周知のスライド構造を用いる。
【００２１】
そして、エンジンが高回転数の運転状態では、図１に示すように、ステップモータ３８の一方向への回転により、ラック３６及び連結部材３５を、第１及び第２アイドラギア３２，３４の軸３１，３３の中心Ａ，Ｂを結ぶ方向の一方向Ｂ側に移動させる。この移動方向は、軸３１，３３の軸方向と直交する。
【００２２】
これにより、第１アイドルギア３２を動力出力部１０の第１クランクギア１２及び動力入力部２０の第１冷却水ポンプギア２２に係合させて、回転動力を第１回転軸１１から、第１クランクギア１２、第１アイドラギア３２、第１冷却水ポンプギア２２経由で第２回転軸２１に伝達する。この場合には、冷却水ポンプの回転軸２１の回転数はクランク軸１１の回転数のＲ１倍の例えば従来速（低倍速側）となる。
【００２３】
また、エンジンが低・中回転数の運転状態では、図２に示すように、ステップモータ３８の他方向への回転により、ラック３６及び連結部材３５を、逆方向Ａ側に移動させる。これにより、第２アイドラギア３４を動力出力部１０の第２クランクギア１３及び動力入力部２０の第２冷却水ポンプギア２３に係合させて、回転動力を第１回転軸１１から、第２クランクギア１３、第２アイドラギア３４、第２冷却水ポンプギア２３経由で第２回転軸２１に伝達する。この場合には、冷却水ポンプの回転軸２１の回転数はクランク軸１１の回転数のＲ２倍の例えば従来速の１．２倍（高倍速側）となる。
【００２４】
従って、高回転のエンジンの運転時に図１のように、また、低・中回転のエンジン運転時に図２のように、連結部材３５を移動することにより、図３のＬ１に示すように、クランク軸の回転を高倍速側（従来速の１．２倍）と低倍速側（従来速）の２段変速で冷却水ポンプの吐出量を出すことができる。なお、図３のＬ２はＶベルト駆動による従来例（従来速のみ）の冷却水ポンプの吐出量を示し、Ｑｐは低・中回転で多量ＥＧＲ利用時の放熱量を示し、Ｌｎは低・中回転で多量ＥＧＲを利用しない場合の冷却水の必要流量を示す。
【００２５】
図３のＬ１の冷却水流量を用いることにより、低・中回転のエンジン運転領域で高倍速側に変速して、冷却水ポンプの回転数を増加させることにより、低・中回転で多量ＥＧＲ利用時に不足がちな冷却水流量を補うことができる。
【００２６】
また、エンジンの回転数に依存させて、冷却水ポンプの回転数を切り替えるようにするには、図１及び図２に示すような、ラック３６とピニオン３とステップモータ３８の構成の代りに、図４に示すような、潤滑油の油圧を利用した油圧シリンダ４１とリリーフバルブ（逃がし弁）４２とリターンスプリング４３の構成を用いることもできる。
【００２７】
この構成では、リターンスプリング４３で連結棒３５をＡ方向に押し付けておき、エンジンの回転数が高くなって油圧が上昇すると油圧シリンダ４１によって、リターンスプリング４３の力に抗して、Ｂ方向である低倍速側へ、連結部材３５及びアイドラギア３２，３４を移動する。そして、エンジンの回転数が低くなって油圧が低下すると、リターンスプリング４３の抗力により、Ａ方向である高倍速側へ連結部材３５及びアイドラギア３２，３４を移動する。なお、エアポンプ付きのエンジンであれば、正圧、負圧を問わず、油圧の代りに空気圧を利用して、油圧を利用した図４の構成と同様の構成ができる。
【００２８】
次に、エンジンの運転状態と変速機構との関係、即ち、機構制御ロジックについて説明する。
【００２９】
図１及び図２に示すようなステップモータ３８による制御の場合は、エンジン回転数を検出するセンサ（タコセンサあるいはクランク角度センサ）により回転数を判断し、現在のアイドラギア３２，３４の位置と、エンジン回転数に対応して予め設定されたギア位置との比較を行う。現在の位置と設定されたギア位置と異なった場合には、ステップモータ３８の駆動により、設定された位置まで移動する。つまり、エンジン回転数によって予め設定された高倍速側か低倍速側かに、連結部材３５を移動するようにステップモータ３８を制御する。
【００３０】
あるいは、ＥＧＲバルブリフトセンサと冷却水温センサなどによってＥＧＲガスの不足を推定し、冷却不足が予測されれば、高倍速側の第２アイドラギア３４への切り替えを行う制御にしてもよい。この場合は、エンジン回転数の増加により冷却水ポンプが過回転しないようにする必要がある。この冷却水ポンプの過回転は、エンジン回転数を監視して、エンジン回転数が一定回転数以上になった場合に、低倍速側の第１アイドラギア３２に切り替えることで防止できる。
【００３１】
この切り替え回転数の設定に関しては、エンジンのＥＧＲガスを多量に使用する運転範囲を網羅すること、冷却水ポンプの過回転（高速回転）によるキャビテーション発生を防止することを考慮する必要がある。この両方を満足させる回転数とする必要があるが、冷却水ポンプの性能により変化する。図３の例では、エンジン回転数が中回転域で可変機構が作動している。
【００３２】
また、図４に示すようなエンジンの油圧又は空気圧による制御の場合は、エンジンに取り付けられた油圧ポンプは概ね回転数に依存して、油量の増加に伴い油圧が上昇することを利用する。油圧×油路面積で生じる力がリターンスプリング４３の反力以上になると、連結部材３５及びアイドラギア３２，３４の位置が変更され、低倍速側の第１アイドラギア３２に切り替わる。
【００３３】
一方、エンジン回転数の低下に伴い油圧は減少するので、リターンスプリング４３の反力で連結部材３５及びアイドラギア３２，３４の位置が変更され、高倍速側の第２アイドラギア３４に切り替わる。あるいは、油圧の下降を待たずに、積極的にリリーフバルブ４２を開くなどして油圧の低減を促すこともできる。なお、油圧が必要以上に高くなるのを抑制するために、チェックバルブ（図示しない）などを設置する。
【００３４】
なお、その他の構成としては、通常、冷却水ポンプはベルト駆動であるので、ベルト相当の押し付け力が得られれば、ギアの代りに、ゴム製のアイドルホイールを使用することも可能である。この場合、ギアをゴムローラーにすることで、ギアよりも騒音低減が見込まれる。
【００３５】
また、別の構成として、図５〜図８に、第１冷却水ポンプギア２２の径Ｄｗ１を第１クランクギア１２の径Ｄｃ１より小さく、また、第２冷却水ポンプギア２３の径Ｄｗ２を第２クランクギア１３の径Ｄｃ２より大きく形成した第２の実施の形態のエンジンの冷却水機構１Ａを示す。この場合、低倍速側では、第２回転軸２１の回転数Ｎｗは、第１回転軸１１の回転数Ｎｃの（Ｄｃ１／Ｄｗ１）倍となり、高倍速側では、第２回転軸２１の回転数Ｎｗは、第１回転軸１１の回転数Ｎｃの（Ｄｃ２／Ｄｗ２）倍となる。
【００３６】
また、冷却ポンプの変速機構は数段階、あるいは、無段階に行われてよい。図９及び図１０に、無段階変速の場合の第３の実施の形態のエンジンの冷却機構１Ｂを示す。この無段階変速機構では、アイドラ機構３０Ｂは、同軸３１Ｂの円錐台形状の第１アイドラ動力伝達部３２Ｂと、これと背中合わせに設けられた，同軸３１Ｂの円錐台形状の第２アイドラ動力伝達部３４Ｂを有して構成される。
【００３７】
クランク軸の第１回転軸１１の回転は、クランク動力伝達部１２Ｂ、第１アイドラ動力伝達部３２Ｂ、第２アイドラ動力伝達部３４Ｂ、冷却水ポンプ動力伝達部２２Ｂの順に伝達され、冷却水ポンプの回転軸である第２回転軸２１に回転を伝達する。
【００３８】
そして、図１０に示すようにアイドラ機構３０Ｂを矢印Ａ，Ｂの方向に移動することにより、円錐台の接触する部分の直径Ｄｃ，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｗを無段階で連続的に変化させる。これにより、無段階変速が行われる。なお、第２回転軸２１の回転数Ｎｗは、第１回転軸１１の回転数Ｎｃの（Ｄｃ／Ｄｗ）×（Ｄｂ／Ｄａ）倍となる。
【００３９】
そして、上記のエンジンの冷却機構１によれば、比較的単純な構成で、冷却水ポンプの回転数を変化させることができる。従って、冷却水ポンプを大型化することなく、エンジンの低・中回転運転領域において、エンジン及びＥＧＲ冷却に必要な冷却水ポンプの吐出量を得ることができる。
【００４０】
また、冷却水ポンプで供給できる冷却水流量を十分に確保できるので、ＥＧＲガス冷却用とエンジン冷却用の冷却系の２つのシステムを一つにできる。その結果、冷却機構のために必要な空間を小さくすることができ、その上、機構が比較的単純なので整備性が向上する。
【００４１】
その上、エンジン冷却に必要な冷却水量よりも多くの冷却水量を確保できる場合には、この冷却水を低速回転域で冷却が必要なもの全般に利用することが可能となる。例えば、ハイブリッド車では、エンジン低速回転の利用頻度が高く、エンジン以外の発熱体の冷却が必要であるので、この冷却水を、冷却が不足しがちなインバータ、コンバータ、ジェネレータ、モータ、バッテリ等の冷却に利用することができる。また、フロントＰＴＯ付きのトランスミッション付きエンジンの場合には、トランスミッションオイルの冷却への利用も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のエンジンの冷却機構の低倍速側での使用を示す図である。
【図２】図１のエンジンの冷却機構の高倍速側での使用を示す図である。
【図３】エンジン回転数と冷却水流量との関係を示す図である。
【図４】アイドラ機構の移動手段として油圧を用いた例を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態のエンジンの冷却機構の低倍速側での使用を示す図である。
【図６】図５のクランク軸側と冷却ポンプの回転軸側のギアの構成を示す図である。
【図７】図５のアイドラギアの構成を示す図である。
【図８】図５のエンジンの冷却機構の高倍速側での使用を示す図である。
【図９】本発明に係る第３の実施の形態の無段階変速のエンジンの冷却機構を示す図である。
【図１０】図９のアイドラ機構の移動方向を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１Ａ，１Ｂ  エンジンの冷却機構
１０  動力出力部
１１  第１回転軸（クランク軸）
１２  第１クランクギア（第１動力伝達部）  
１２Ｂ  クランク動力伝達部
１３  第２クランクギア（第２動力伝達部）
２０  動力入力部
２１  第２回転軸（冷却ポンプの回転軸）
２２  第１冷却水ポンプギア（第３動力伝達部）
２２Ｂ  冷却水ポンプ動力伝達部
２３  第２冷却水ポンプギア（第４動力伝達部）
３０、３０Ｂ  アイドラ機構
３１Ｂ  軸
３２  第１アイドラギア（第１アイドラ動力伝達部）
３２Ｂ  第１アイドラ動力伝達部
３４  第２アイドラギア（第２アイドラ動力伝達部）
３４Ｂ  第２アイドラ動力伝達部
３５  連結棒
３６  ラック
３８  ステップモータ
３７  ピニオン
４１  油圧シリンダ
４２  リリーフバルブ（逃がし弁）
４３  リターンスプリング
【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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