(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン被冷却部に冷却水を送給するウォータポンプを備えるとともに、エンジン側回転部材とポンプ側回転部材との間にエンジン側回転部材の回転数がポンプ側回転部材の回転数よりも大きいときにのみエンジン側からウォータポンプ側に動力伝達を行うワンウェイクラッチと、前記ポンプ側回転部材に連結されて前記ウォータポンプを回転駆動する電動モータとを設けたウォータポンプの駆動装置において、
前記冷却水の温度を検出する水温（冷却水温度）検出手段をそなえるとともに、エンジンの運転状態、ヒータの運転状態及び大気状態に基づき設定された水温設定値と前記水温検出手段からの水温検出値とを比較する比較手段と、該比較手段における水温の比較結果に基づき前記水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出するモータ回転数演算手段と、前記電動モータの回転数を該モータ回転数演算手段にて算出された回転数に制御するモータ回転数操作手段とを有するコントローラをそなえ、該コントローラはさらに水温の変化と電動モータの回転数の変化量との関係が設定されている水温／モータ回転数設定部を有し、前記モータ回転数演算手段では前記比較手段の水温比較結果を前記水温／モータ回転数設定部に適用して回転数変化量を求めて前記水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出するように構成し、さらに前記電動モータはオルタネータと共用されていることを特徴とするウォータポンプの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン被冷却部に冷却水を送給するウォータポンプを、エンジンあるいは電動モータにより回転駆動するようにしたウォータポンプの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダジャケット等のエンジン被冷却部に冷却水を送給するウォータポンプは、通常、車両用等の中小型エンジンにおいては該エンジンに直結駆動され、大型エンジンにおいては別置きの電動モータにより駆動されている。
図３（Ａ）はエンジンに直結駆動されるウォータポンプの一例を示し、図において１０はウォータポンプ、１１は該ウォータポンプの羽根車、０１３はポンプ室、１６はポンプ軸、２は該ポンプ軸１６に複数のボルト０２にて固定されたプーリである。該プーリ２にはエンジンのクランク軸側のプーリとを連結するＶベルトが架設されており、エンジンからの回転は前記Ｖベルトを介して前記プーリ２に伝達され、該プーリ２により前記ポンプ軸１６及び羽根車１１が回転駆動せしめられるようになっている。
図３（Ｂ）は電動モータにより駆動されるウォータポンプの一例を示し、図において１は電動モータであり、該電動モータ１の出力軸にウォータポンプ１０のポンプ軸１６が直結されている。
【０００３】
また、特開平９−４６９７０号には、ウォータポンプをエンジンに直結駆動するようにしたウォータポンプの駆動システムが開示されている。かかる技術においては、ウォータポンプの回転軸に固定されたプーリに、エンジンのクランク軸側のプーリとを連結するＶベルトが架設され、エンジンからの回転を、前記Ｖベルトを介して前記プーリに伝達し、該プーリによりウォータポンプの回転軸及び羽根車が回転駆動される一方、該プーリ及びシャフトをオルタネータと共用化し、部品点数を低減して製造コストを低減すると共に、オルタネータの小型化を図った技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平９−４６９７０号記載のように、エンジンからの回転を、Ｖベルトを介してプーリに伝達し、該プーリによりウォータポンプを回転駆動するものにあっては、エンジンの停止時にはこれに直結されたウォータポンプも停止するため、温水による暖房用のヒータの暖房性能が大幅に低下するという問題点を抱えている。
【０００５】
また、図３（Ｂ）の技術のように、電動モータ１の出力軸にウォータポンプ１０のポンプ軸１６を直結して、該ウォータポンプ１０を駆動するものにあっては、電動モータ１が故障した際にはウォータポンプ１０が停止し、エンジンの冷却不良によるオーバーヒートの発生をみる。
【０００６】
一方、寒冷地等の低温状態での運転では、冷却水温度が上昇し難く、必要な暖房性能が得られ難いという問題点を有している。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンの停止時においても、これに影響されることなく電動モータによるウォータポンプの運転を可能として、暖房用ヒータの暖房性能の低下を防止し、電動モータの故障時においてはエンジンによるウォータポンプの運転を可能として、エンジンのオーバーヒートの発生を防止するとともに、寒冷地等の低温状態での運転時に、常時所要の暖房性能を得ることができるウォータポンプの駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するもので、エンジン被冷却部に冷却水を送給するウォータポンプを備えるとともに、エンジン側回転部材とポンプ側回転部材との間にエンジン側回転部材の回転数がポンプ側回転部材の回転数よりも大きいときにのみエンジン側からウォータポンプ側に動力伝達を行うワンウェイクラッチと、前記ポンプ側回転部材に連結されて前記ウォータポンプを回転駆動する電動モータとを設けたウォータポンプの駆動装置において、前記冷却水の温度を検出する水温（冷却水温度）検出手段をそなえるとともに、エンジンの運転状態、ヒータの運転状態及び大気状態に基づき設定された水温設定値と前記水温検出手段からの水温検出値とを比較する比較手段と、該比較手段における水温の比較結果に基づき前記水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出するモータ回転数演算手段と、前記電動モータの回転数を該モータ回転数演算手段にて算出された回転数に制御するモータ回転数操作手段とを有するコントローラをそなえ、該コントローラはさらに水温の変化と電動モータの回転数の変化量との関係が設定されている水温／モータ回転数設定部を有し、前記モータ回転数演算手段では前記比較手段の水温比較結果を前記水温／モータ回転数設定部に適用して回転数変化量を求めて前記水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出するように構成し、さらに前記電動モータはオルタネータと共用されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる発明によれば、エンジンの停止時にはウォータポンプ側とエンジン側とは、前記エンジン側回転部材とポンプ側回転部材との間に設けられたワンウェイクラッチによって遮断され、電動モータによりウォータポンプを駆動でき、これにより、エンジンの停止時にも、ウォータポンプは、電動モータの動力により支障なく運転されることとなり、該ウォータポンプの停止による温水暖房用ヒータの暖房性能低下の発生を防止でき、また、前記電動モータの故障により該電動モータからの動力が得られない場合には、エンジンの動力がワンウェイクラッチを介してウォータポンプに伝達され、該ウォータポンプをエンジンにより駆動することにより、電動モータに故障の発生があっても、ウォータポンプは支障無くエンジンにより駆動され、該ウォータポンプの停止により、エンジンの冷却不良及びこれに伴うオーバーヒートが発生するのを防止することができるのに加えて、次のような作用効果を相乗して得ることができる。
【００１０】
すなわち、エンジンの運転状態、ヒータの運転状態及び大気状態に基づき設定された水温設定値と水温検出手段からの水温検出値との比較結果に基づき水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出し、該電動モータを回転数算出値に制御するので、前記電動モータ及びこれに直結されているウォータポンプの回転数（動力）を、常時大気状態（外気温度等）、エンジンの運転状態及びヒータの所要暖房性能に適応した回転数で運転することができ、これにより、リーン運転を行うエンジンや、寒冷地等の低温状態での運転を行う際等において、エンジンのみによるウォータポンプの駆動ではヒータの所要暖房性能が得られない場合でも、電動モータによってウォータポンプを駆動して該ウォータポンプの流量を増大させることにより、常時所要の暖房性能を得ることができる。
また、水温設定値と水温検出値とを比較する比較手段からの水温偏差を、前記水温の変化と電動モータの回転数の変化量との関係が設定されている水温／モータ回転数設定部に適用して、水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出して制御するので、電動モータ及びウォータポンプはエンジンの運転状態、ヒータの運転状態及び大気状態に適応した回転数で運転される。
さらに、前記電動モータはオルタネータと共用されているので、エンジンによりウォータポンプを駆動する時には充電を行なうと共に、エンジン停止時にはオルタネータ側から電力を供給してウォータポンプを駆動することができ、上記の常時所要の暖房性能を得る作用効果に加えて、部品点数を低減でき、スペース的にも有利となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係る自動車用エンジンのウォータポンプの駆動装置の縦断面図、図２は電動モータの回転制御ブロック図である。
図１において、１０はウォータポンプで次のように構成されている。
１２はポンプケース、１６は該ポンプケース１２に回転自在に支持されたポンプ軸、１１は該ポンプ軸１６の軸端に固定された羽根車である。該羽根車１１は前記ポンプケース１２に形成された渦巻室１３内に回転自在に収納されている。１４は前記渦巻室１３の前部に連通する水入口、１５は前記渦巻室１３の外周部に連通する水出口である。
【００１３】
１は電動モータで、そのモータ出力軸４は前記ポンプ軸１６に連結されている。２はプーリで、エンジンのクランク軸側のプーリ（図示省略）にＶベルト等のベルト又はチェーン（図示省略）を介して連結されている。前記エンジン側の回転部材であるプーリ２とポンプ１０側の回転部材であるモータ出力軸４との間にはワンウェイクラッチ３が介装されている。該ワンウェイクラッチ３は前記プーリ２側の回転数がモータ出力軸４側の回転数よりも大きい時にのみプーリ２側からモータ出力軸４側に動力を伝達可能とするもので、スプラグ型等の公知のワンウェイクラッチである。
【００１４】
かかる構成からなるウォータポンプの駆動装置を備えた自動車用エンジンにおいて、該エンジンの運転時には、エンジンに連結されているプーリ２の回転数がウォータポンプ１０側のモータ出力軸４の回転数よりも大きくなり、前記ワンウェイクラッチ３の作用によりエンジンの動力がプーリ２及びワンウェイクラッチ３を介してポンプ軸１６に伝達される。そして、該ポンプ軸１６とともに羽根車１１が回転せしめられ、水入口１４から渦巻室１３に供給されている水を加圧し、水出口１５からエンジンのシリンダジャケット等の被冷却部に送給する。これにより、ウォータポンプ１０はエンジンで駆動される。
【００１５】
スタート・ストップシステムが用いられている車両において、いわゆる信号待ち時等においてエンジンを停止している際には、電動モータ１を運転すると、該ウォータポンプ１０側のモータ出力軸４の回転数がプーリ２の回転数よりも大きくなり、前記ワンウェイクラッチ３は空廻りしてプーリ２とモータ出力軸４との間の動力伝達系が遮断され、電動モータ１の動力がモータ出力軸４を経てポンプ軸１６及び羽根車１１に伝達される。これにより、ウォータポンプ１０は電動モータ１で駆動される。
【００１６】
かかる実施例においては、以上のように構成されているため、エンジンの停止時にはウォータポンプ１０側とエンジン側とはワンウェイクラッチ３の作用によって動力伝達が行われず、電動モータ１によりウォータポンプ１０が駆動される。これにより、エンジンの停止時にもウォータポンプ１０は電動モータ１の動力により支障なく運転されることとなり、該ウォータポンプ１０の停止による温水暖房用ヒータの暖房性能低下の発生は無い。
【００１７】
また、前記電動モータ１の故障により該電動モータ１からの動力が得られない場合には、エンジンの動力がプーリ２及びワンウェイクラッチ３を介してウォータポンプ１０に伝達され、該ウォータポンプ１０はエンジンにより駆動される。これにより、電動モータ１に故障の発生があっても、ウォータポンプ１０は支障無くエンジンにより駆動され、該ウォータポンプ１０の停止によるエンジンの冷却不良、並びにこれに伴うオーバーヒートの発生が回避される。
【００１８】
次に、本発明の実施例に係る自動車搭載ウォータポンプ駆動用電動モータの回転制御ブロック図を示す図２おいて、２１は外気（大気）の温度を検出（計測）する外気温度検出器、２２はエンジンの回転数を検出する回転検出器、２３はエンジンの水温（冷却水温度）を検出する水温検出器である。
１００は後述する制御演算を行うコントローラ、２４は車内暖房用ヒータの所要性能（暖房温度、風量等）の設定値を前記コントローラ１００に入力するヒータ設定値入力手段である。
【００１９】
前記外気温度検出器２１からの外気温度の検出値、回転検出器２２からのエンジン回転数の検出値、及び前記ヒータ設定値入力手段２４からの車内暖房用ヒータの性能（暖房温度、風量等）の設定値は、コントローラ１００の水温設定値算出部２５に入力される。該水温設定値算出部２５においては、エンジンの運転状態（エンジン回転数等）、大気状態（外気温度等）の各検出値から前記ヒータの所要性能に対応する水温の基準値（設定値）を算出し、水温比較部２６に入力する。
【００２０】
該水温比較部２６においては、前記水温検出器２３から入力された現状運転状態における水温の検出値と前記水温設定値算出部２５から入力された水温の基準値（設定値）とを比較して水温偏差を算出し、これをモータ回転数算出部２８に入力する。
２７は水温／モータ回転数設定部で、水温の変化と電動モータ１の回転数の変化量との関係が設定されている。
モータ回転数算出部２８においては、前記水温比較部２６から入力された水温偏差を前記水温／モータ回転数設定部２７に突き合わせて、該水温偏差に対応する電動モータ１の目標回転数変化量を算出し、これをモータ操作部２９に入力する。
【００２１】
該モータ操作部２９においては，前記電動モータ１を、その回転数が前記モータ回転数算出部２８からの目標回転数変化量に基づいて操作する。これにより、前記電動モータ１及びウォータポンプ１０は前記エンジンの運転状態、大気状態（外気温度等）、及び前記ヒータの所要性能に適応した回転数で運転されることとなる。
【００２２】
以上のように、かかる実施例によれば、前記のような作用効果に加えて、エンジンの運転状態及びヒータの運転状態に基づき設定された水温設定値と水温検出器２３からの水温検出値との比較結果に基づき水温設定値に対応する電動モータ１の回転数を算出し、該電動モータ１を回転数算出値に制御するので、電動モータ１及びこれに直結されているウォータポンプ１０の回転数（動力）を、常時大気状態（外気温度等）、エンジンの運転状態及びヒータの所要暖房性能に適応した回転数で運転することができる。
【００２３】
これにより、前記リーン運転を行うエンジンや、寒冷地等の低温状態での運転を行う際等において、エンジンのみによるウォータポンプ１０の駆動ではヒータの所要暖房性能が得られない場合でも、前記のようにして、電動モータ１によってウォータポンプ１０を駆動して該ウォータポンプ１０の流量を増大させることにより、常時所要の暖房性能を得ることができる。
尚、電動モータをオルタネータと共用化してもよく、この場合、エンジンによりウォータポンプ１０を駆動する時には充電を行なうと共に、エンジン停止時にはオルタネータ側から電力を供給してウォータポンプを駆動すれば、上記実施形態と同様の作用効果に加えて、部品点数を低減でき、スペース的にも有利となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、エンジンの停止時にはウォータポンプ側とエンジン側とをワンウェイクラッチによって遮断し、電動モータによりウォータポンプを駆動でき、これにより、エンジンの停止時にも、支障なくウォータポンプを電動モータの動力により運転することができ、該ウォータポンプの停止による温水暖房用ヒータの暖房性能低下の発生を防止することができるとともに、前記電動モータの故障により該電動モータからの動力が得られない場合には、エンジンの動力を、ワンウェイクラッチを介してウォータポンプに伝達してこれを駆動できるので、電動モータに故障の発生があっても、ウォータポンプは支障無くエンジンにより駆動され、該ウォータポンプの停止によるエンジンの冷却不良及びこれに伴うオーバーヒートの発生を防止することができ、さらには、電動モータ及びウォータポンプの回転数を、常時冷却水温度、エンジンの運転状態及びヒータの所要暖房性能に適応した回転数で運転することができ、これにより、ヒータの所要暖房性能が得られない場合でも、前記電動モータの回転数制御により、該ウォータポンプの流量を増大させることにより、常時所要の暖房性能を得ることができる。
また、水温設定値と水温検出値とを比較する比較手段からの水温偏差を、前記水温の変化と電動モータの回転数の変化量との関係が設定されている水温／モータ回転数設定部に適用して、水温設定値に対応する電動モータの回転数を算出して制御するので、電動モータ及びウォータポンプはエンジンの運転状態、ヒータの運転状態及び大気状態に適応した回転数で運転される。
さらに、前記電動モータはオルタネータと共用されているので、エンジンによりウォータポンプを駆動する時には充電を行なうと共に、エンジン停止時にはオルタネータ側から電力を供給してウォータポンプを駆動することができ、上記の常時所要の暖房性能を得る作用効果に加えて、部品点数を低減でき、スペース的にも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の第１実施例に係る自動車用エンジンのウォータポンプの駆動装置の縦断面図である。
【図２】  第２実施例に係る電動モータの回転制御ブロック図である。
【図３】  従来技術にかかるウォータポンプの駆動装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１      電動モータ
２      プーリ
３      ワンウェイクラッチ
４      モータ出力軸
１０    ウォータポンプ
１１    羽根車
１２    ポンプケース
１３    渦巻室
１６    ポンプ軸
２１    外気温度検出器
２２    回転検出器
２３    水温検出器
２４    ヒータ設定値入力手段
２５    水温設定値算出部
２６    水温比較部
２７    水温／モータ回転数設定部
２８    モータ回転数算出部
２９    モータ操作部
３０    ワンウエイクラッチ
１００  コントローラ
【図１】
0003832708.tif 000002
【図２】
0003832708.tif 000003
【図３】
0003832708.tif 000004