車両用エンジン冷却システム
【課題】ラジエータを冷却するための冷却ファンとウォータポンプをモータによって駆動するものにおいて、その駆動動力を低減する。
【解決手段】冷却液を循環させるウォータポンプ５のポンプモータ６を冷却ファン４の駆動源として利用する。ポンプモータ６と冷却ファン４との間に電磁クラッチ２１を設け、エンジン１を出るときの冷却液が所定温度以上にあるときには、電磁クラッチ２１を接続状態にし、所定温度未満のときには、電磁クラッチ２１を遮断状態にする。また、冷却液が所定温度未満で、車速が所定速度以上のときには、電磁クラッチ２１を接続状態にして走行風を受ける冷却ファン４の回転力をポンプモータ６に伝達してその負荷を軽減する。
【解決手段】冷却液を循環させるウォータポンプ５のポンプモータ６を冷却ファン４の駆動源として利用する。ポンプモータ６と冷却ファン４との間に電磁クラッチ２１を設け、エンジン１を出るときの冷却液が所定温度以上にあるときには、電磁クラッチ２１を接続状態にし、所定温度未満のときには、電磁クラッチ２１を遮断状態にする。また、冷却液が所定温度未満で、車速が所定速度以上のときには、電磁クラッチ２１を接続状態にして走行風を受ける冷却ファン４の回転力をポンプモータ６に伝達してその負荷を軽減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの冷却液をラジエータによって冷却する構成の車両用エンジン冷却システムに係り、特に、ラジエータを冷却するための冷却ファンを冷却液循環用のウォータポンプのモータによって駆動するようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンの冷却システムにおいては、エンジンを冷却することによって温度上昇した冷却液をウォータポンプによってラジエータに送り、ここで走行風や冷却ファンからの送風によって冷却した後、再びエンジンに戻す、というように冷却液を循環させることを基本としている。
エンジンの冷却は、過熱を防止するためであるが、冷却しすぎても、エンジンの熱損失が増大したり、軸受やピストンリングといった摺動部分での摩擦増加による機械的損失が増大したりするため、適正な冷却を最小限のエネルギで行うことが望ましい。
【０００３】
エンジン冷却に関する従来例によれば、エンジンによってウォータポンプと冷却ファンを駆動する方法（以下、従来例１）では、冷却液の自然対流や車両の走行によって得られる空気流によってラジエータでの冷却が可能な場合も冷却ファンが駆動されるため、無駄に冷却ファンを駆動する動力を消費する第１の欠点がある。また、高速運転時には、ウォータポンプもエンジン回転数に伴って高回転数になり必要以上の冷却液を循環させるため無駄なエネルギを消費するという第２の欠点がある。
【０００４】
この改良例としては、非特許文献１に記述されているように、冷却ファンをモータによって駆動し、エンジンの冷却状態に応じて、冷却ファンの運転を制御するようにした方法（以下、従来例２）があり、一般的に実施されている。この方法によれば、上記第１の欠点を無くすことはできるが、上記第２の欠点は残ることになる。さらには、ウォータポンプと冷却ファンとを個々のモータで駆動し、エンジンの冷却状況に応じて個々の回転数を制御する方法（以下、従来例３）も実施されている。これによれば、上記第１、第2の欠点ともなくすことができる。
【０００５】
冷却ファンの駆動方法に関する他の例としては、上記の方法以外に、例えば特許文献１にあっては、冷却ファンを暖房用の蓄熱器の温水を循環させる温水用ウォータポンプと直結したモータで駆動することが考えられている。具体的には、冷却ファンを回転させる時は、温水用ウォータポンプのインペラも回転するが、インペラとしては逆回転になるようにし温水を循環させない。温水を循環する時は、モータを上記の場合とは逆に回転させ、温水用ウォータポンプは温水を循環させるが、動力伝達選択手段を用いて冷却ファンは回転させないようにする。これによれば、温水循環時には、冷却ファンが回転しないため空冷ファンの騒音と駆動動力を低減できるとされている。しかしながら、本構成では、エンジンの温度が高くなって冷却ファンを駆動する時、温水用ウォータポンプはポンプ運転とは逆方向の回転となるため冷却液を循環する動力は生じないが、インペラが温水の中で回転することによるエネルギ損失が発生するとともに、従来例２と同様の欠点がある。
【特許文献１】特開２００２−９７９５６号公報
【非特許文献１】自動車技術ハンドブック ４設計（パワートレイン）編、社団法人自動車技術会、２００５年 ｐ．６５−６６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジンの冷却は、前述したように、エンジンを液冷した冷却液をウォータポンプで循環させラジエータで空気冷却することにより行っている。エンジンを直接冷却している冷却液に関しては、エンジンの作動中は、ほぼ常時循環させる必要がある。従ってエンジン作動中は、ほぼ全時間ウォータポンプを作動させることになる。一方、ラジエータにおいては、車両の走行時には、その車両の走行によりラジエータに風があたる。以下、この風を走行風とよぶ。ラジエータを通過する走行風の風速は、車速の２０〜３０％程度の速さになるため、中高速走行時には、冷却ファンを回転しなくとも、走行風だけで冷却液を十分に冷却できる場合が多い。このため、冷却ファンを運転する必要がある時間は、車両の走行条件や大気温度にもよるが、エンジンの全作動時間の概略１０％程度と短い。
【０００７】
このようにラジエータは、車両の走行中の多くの期間は、走行風だけで十分に冷却される。この車両の走行中には、冷却ファンも、また走行風から回転力を得る。しかし、従来例１、２、３および特許文献１の特に従来例２、３および特許文献１においては、走行風により冷却ファンは回転力を得るためその駆動動力は軽減されるが、その効果は、冷却ファン駆動時に限られる。上記のように冷却ファンの必要な作動時間が短いことを考慮すると、実質的な走行風の効果は小さい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ラジエータの冷却ファンとウォータポンプをモータ駆動する構成において、走行風により冷却液を十分に冷却できることから冷却ファンの駆動を止めた場合においても、走行風により得られる冷却ファンの回転力をウォータポンプの駆動に利用してウォータポンプの動力を補助することによって、冷却に要する動力を低減できる車両用エンジン冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（本発明の前提構成）
車両用エンジン冷却システムは、エンジンの冷却液を循環させるためのウォータポンプ、冷却液を冷却するラジエータ、ラジエータを冷却する冷却ファンを備えている。
本発明では、ウォータポンプの駆動源をモータ（ポンプモータ）とし、このポンプモータの回転を利用して冷却ファンを回転駆動することを前提としている。そして、冷却ファンをポンプモータに対して断続するクラッチを設け、このクラッチを制御手段によって断続制御する。
【００１０】
（本発明の第１の手段）
上記目的を達成するために、本発明の第１の手段（請求項１）では、冷却液の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出温度により、冷却液をラジエータで冷却する際、冷却ファンを回転駆動してラジエータを強制冷却する必要性があるか否かを判断できるようにしている。
【００１１】
更に、本発明では、冷却ファンが外風圧（走行風圧を含む。）を受けて回転するとき、当該冷却ファンにポンプモータに対するアシスト能力があるか否かを検出するアシスト能力検出手段を設けている。ここで、アシスト能力とは、冷却ファンが外風圧を受けて強制的に回転される場合、冷却ファンの回転数がポンプモータによって回転されるときの速度を上回るようになると、冷却ファンの回転をポンプモータに伝えることで冷却ファンがポンプモータの負荷を軽減できるようになるが、このように冷却ファンが回転力をポンプモータに伝え得る能力をいう。
【００１２】
そして、制御手段は、温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、又は、温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つアシスト能力検出手段がアシスト能力ありを検出したときには、クラッチを接続動作させてポンプモータと冷却ファンとを接続し、温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つアシスト能力検出手段がアシスト能力なしを検出したときには、クラッチを遮断動作させてポンプモータと冷却ファンとを遮断する。
【００１３】
このように、第１の手段によれば、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要があるとき（温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき）、クラッチを接続状態にしてポンプモータにより冷却ファンが回転駆動されるようにする。そして、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要がないときには、原則としてクラッチを遮断してポンプモータが冷却ファンを回転駆動することのないようにするので、ポンプモータを無駄に作動させることがない。
【００１４】
しかも、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要がなくなっても、冷却ファンにアシスト能力がある場合には、クラッチは接続状態になされるので、外風圧によって強制的に回転される冷却ファンの回転をポンプモータに伝達してポンプモータの負荷を軽減させることができる。勿論、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要があるときには、クラッチは接続状態にあるので、このときに冷却ファンがアシスト能力ありの状態になれば、外風圧によって強制的に回転される冷却ファンによってポンプモータを駆動でき、その負荷を軽減することができる。
【００１５】
この第１の手段において、アシスト能力検出手段は、車両の速度を検出する車速センサと、車速センサの検出速度が所定速度以上のとき、アシスト能力ありと判定し、車速センサの検出速度が所定速度未満のとき、アシスト能力なしと判定する判定手段とから構成することができる（請求項２）。
【００１６】
また、アシスト能力検出手段は、ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、車両の速度を検出する車速センサと、車速センサの検出速度を冷却ファンの回転数に演算して、その回転数がモータ回転数検出手段により検出されたポンプモータの回転数を越えたとき、アシスト能力ありと判定し、冷却ファンの回転数がポンプモータの回転数以下のとき、アシスト能力なしと判定する判定手段とから構成しても良い（請求項３）。
【００１７】
更に、アシスト能力検出手段は、冷却ファンの回転数を検出するファン回転数検出手段と、ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、車両の速度を検出する車速センサと、ファン回転数検出手段により検出された冷却ファンの回転数がモータ回転数検出手段により検出されたポンプモータの回転数を越えたとき、アシスト能力ありと判定し、車速センサが所定速度以下を検出したとき、アシスト能力なしと判定する判定手段とから構成することもできる（請求項４）。
【００１８】
（本発明の第２の手段）
上記目的を達成するために、本発明の第２の手段（請求項５）では、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要があるとき（温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき）、クラッチを接続状態にしてポンプモータにより冷却ファンを回転駆動し、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要がなくなれば、クラッチを遮断状態にしてポンプモータによって冷却ファンを回転駆動させないようにする。そして、ポンプモータと冷却ファンとの間に一方向クラッチを設け、クラッチの断続状態とは関係なく、冷却ファンが外風圧を受けてポンプモータより速く回転しようとするとき（アシスト能力あり）、一方向クラッチによって冷却ファンの回転がポンプモータに伝達されるようにする。
【００１９】
この第２の手段によれば、ラジエータを冷却ファンにより冷却する必要がないときには、クラッチが遮断されて冷却ファンがポンプモータにより回転駆動されることのないようにすると共に、一方向クラッチの作用により、冷却ファンが外風圧により回転されてアシスト能力を持つようになると、自動的に冷却ファンの回転がポンプモータに伝達されてポンプモータの負荷を軽減するようになる。
【００２０】
（第１および第２の手段への付加構成）
本発明では、上述の第１の手段、第２の手段に対して、次の構成を付加することができる。
【００２１】
ポンプモータの回転数を、温度検出手段の検出温度の高低に応じて高低変化させるようにしても良く（請求項６）、冷却液のエンジンの入口側での温度と出口側での温度との差の大小に応じて高低変化させるようにしても良い（請求項７）。このようにポンプモータの回転数を変化させると、ラジエータで冷却液をより強く冷却する必要がある場合に冷却ファンの回転数をより高くすることができる。
【００２２】
また、ポンプモータからウォータポンプへの回転伝達は、磁気カップリングにより行うように構成することができる（請求項８）。この構成によれば、ポンプモータとウォータポンプとの間を、メカニカルシールを用いることなく遮蔽できるため、ポンプモータからウォータポンプへの動力伝達部分での冷却液の漏洩をなくし、シールによる摩擦損失を低減させることができる。
【００２３】
また、ポンプモータの通電を、エンジン始動より遅らせるようにしても良い（請求項９）。このようにすれば、スタータモータに大電流が流れるエンジン始動時を避けてポンプモータに通電するので、車両のバッテリの負荷を軽減できる。
【００２４】
更に、冷却ファンとは別に、ラジエータまたはラジエータ以外の被冷却体を冷却するための冷却ファンを設け、当該別の冷却ファンを駆動するモータを、当該別の冷却ファンの駆動不要時であって当該別の冷却ファンから回転力を受けるとき、発電機として機能するモータジェネレータから構成しても良い（請求項１０）。このようにすれば、外風圧によって上記別の冷却ファンが回転する際に、モータジェネレータにより発電して車両のバッテリを充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図５を参照しながら説明する。図２には、車両の推進源としてのエンジン、例えばガソリンエンジンの冷却システムの構成が概略的に示されている。図２に示すように、エンジン１には、ジャケット２が形成されており、このジャケット２内を冷却液が通ることでエンジン１の冷却が行われる。エンジン冷却システムは、エンジン１を冷却することにより温度上昇した冷却液を、外部で冷却して再びエンジン１に戻すように循環させることにより、エンジン１を冷却するシステムであり、ラジエータ３と、冷却ファン４と、ウォータポンプ５と、このウォータポンプ５を駆動するポンプモータ６とを備えている。
【００２６】
上記ポンプモータ６は、ラジエータ３の後部に取り付けられた支持フレーム７に固定されている。このポンプモータ６は、例えばブラシレスＤＣモータからなり、図１に示すように、モータケース８に固定された固定子９と、モータケース８に軸受１０を介して回転可能に支持された回転子１１とを備えている。そして、回転子１１の回転軸１２の両端部は、モータケース８から前後両側に突出されている。なお、固定子９は、固定子鉄心９ａに複数相のコイル９ｂを巻装してなる。また、回転子１１は、回転子鉄心１１ａの外周に複数極に着磁した永久磁石１１ｂを取着してなる永久磁石型のものである。
【００２７】
ポンプモータ６の後部には、前記ウォータポンプ５が取り付けられている。このウォータポンプ５は遠心型として構成され、そのケーシング１３内のインペラ１４は、ポンプモータ６の回転軸１２の後端部に固定されている。このウォータポンプ５とポンプモータ６との間は、メカニカルシール１５によってシールされ、冷却液がポンプモータ６側へ漏れ出ないようにしている。なお、このメカニカルシール１５は、インペラ１４に設けられたフローティングシート１６と、ウォータポンプ５とポンプモータ６との間を仕切る仕切板１７側に設けられベローズスプリング１８によってフローティングシート１６に押し付けられたシールリング１９とからなり、フローティングシート１６がシールリング１９に対して摺動するようになっている。
【００２８】
一方、前記冷却ファン４は、ポンプモータ６の回転軸１２の前端部に軸受２０を介して回転可能に支持されている。この冷却ファン４とポンプモータ６との間には、クラッチ、例えば電磁クラッチ２１が設けられている。電磁クラッチ２１は、回転軸１２に固定されたクラッチ板２２と、冷却ファン４側に突設されたピン２３により軸方向に移動可能に取り付けられた鉄などの磁性材製のクラッチ板２４と、ポンプモータ６のモータケース８に固定された電磁コイル２５とを備えている。
【００２９】
上記電磁コイル２５が通電されると、その磁気力により冷却ファン４のクラッチ板２４が回転軸１２のクラッチ板２２に吸着されて接続状態となり、ポンプモータ６の回転軸１２と冷却ファン４とが連結される。そして、電磁コイル２５が断電されると、冷却ファン４のクラッチ板２４のクラッチ板２２に対する吸着が解かれて遮断状態となり、ポンプモータ６の回転軸１２と冷却ファン４との連結が解かれる。
【００３０】
さて、前記ウォータポンプ５は、冷却液を循環させるためのもので、図３に示すように、その吸入口５ａは、エンジン１のジャケット２の出口２ａにホース２６により接続され、吐出口５ｂは、サーモバルブ２７の入口２７ａにホース２８を介して接続されている。サーモバルブ２７は、２つの出口２７ｂ，２７ｃを有しており、冷却液の温度が低いうちは、出口２７ｃを開いて出口２７ｂを絞った状態にある。そして、冷却液の温度が上昇してくると、出口２７ｂを開いて出口２７ｃを絞るように構成されている。このサーモバルブ２７の一方の出口２７ｂは、ホース２９を介してラジエータ３の入口３ａに接続され、他方の出口２７ｃは、ホース３０を介してエンジン１のジャケット２の入口２ｂに接続されている。また、ラジエータ３の出口３ｂも、ホース３１を介してエンジン１のジャケット２の入口２ｂに接続されている。
【００３１】
図４は冷却システムの制御構成を示すブロック図である。冷却システムの制御は、例えばマイクロコンピュータ（図示せず）を主体とする制御手段としての制御回路３２によって行われるようになっており、この制御回路３２には、前記電磁クラッチ２１の電磁コイル２５の他、冷却液の温度検出手段としての液温センサ３３、車速センサ３４、インバータ駆動装置３５などが接続されている。
【００３２】
上記液温センサ３３は、冷却液の温度を例えばジャケット２の出口２ａにおいて検出する。車速センサ３４は、車両の速度を検出するためのもので、例えば車軸の回転数を検出し、その検出出力を制御回路３２に入力する。制御回路３２は、車速センサ３４が検出した回転数と、図示しないメモリに予め記憶されているタイヤ径とによって車速を演算するように構成されている。
【００３３】
インバータ駆動装置３５は、ポンプモータ６をインバータ駆動するためのものであり、その直流電源には、車両のバッテリ３６が用いられている。このポンプモータ６の回転数制御は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式によって行われるようになっている。そのために、ポンプモータ６に、その回転数を検出する回転数検出手段として例えば周波数発電機３７を設け、その検出出力を制御回路３２に入力するようにしている。そして、制御回路３２は、周波数発電機３７によって検出されたポンプモータ６の回転数と予め定められた設定回転数とを比較し、その速度偏差に応じた駆動信号をインバータ駆動装置３５に与える。すると、インバータ駆動装置３５は、制御回路３２から与えられた速度偏差に応じたＰＷＭ信号を形成してポンプモータ６を設定回転数となるように制御する。なお、設定回転数は、制御回路３２が有するメモリ（図示せず）に記憶されている。
【００３４】
次に上記構成の作用を説明する。まず、この実施形態では、冷却液を強制冷却する必要があるか否かを液温センサ３３の検出温度によって判断する。つまり、液温センサ３３が所定温度以上を検出したときには、強制冷却の必要がありと判断する。そして、強制冷却の必要がある場合には、冷却ファン４をポンプモータ６の回転軸１２に連結し、冷却ファン４をポンプモータ６により回転駆動する。
【００３５】
また、車両の速度が所定速度以上のときには、冷却ファン４が走行風圧（外風圧）を受けてポンプモータ６の回転数よりも速く回転しようとするので、冷却ファン４の回転をポンプモータ６に伝達することで、ポンプモータ６の負荷を軽減できる（アシスト能力あり）と判断し、冷却ファン４をポンプモータ６の回転軸１２に連結するようになっている。なお、アシスト能力ありと判断するときの車速は、予め実験によって求めた車速に定められて制御回路３２が有するメモリに記憶されている。なお、本実施の形態では、当該車速を、冷却ファンの回転数との相関関係を考慮して、実験によって求めておいた。
【００３６】
以下に冷却液の冷却につき説明すると、まず、図示しないイグニッションスイッチをスタート操作してエンジン１を始動させる。すると、このエンジン１の始動と期を同じくして制御回路３２がポンプモータ６を起動させ、エンジン１の冷却液を循環させる。エンジン１の始動当初は、まだエンジン１が十分に暖まっていないため、サーモバルブ２７が出口２７ｂを閉じている。従って、冷却液は、ジャケット２の出口２ａからホース２６、ウォータポンプ５、ホース２８、サーモバルブ２７、ホース３０を通ってジャケット２の入口２ｂへと戻されるように循環し、ラジエータ３には送られない。
【００３７】
エンジン１が暖まり、冷却液の温度が上昇してくると、サーモバルブ２７が出口２７ｃを絞って出口２７ｂを開くようになるため、冷却液がジャケット２とラジエータ３とを循環するようになる。つまり、ジャケット２の冷却液は、ジャケット２の出口２ａからホース２６、ウォータポンプ５、サーモバルブ２７、ホース２９、ラジエータ３、ホース３１を順に経てジャケット２に戻るというように循環する。そして、エンジン１を冷却して高温度となった冷却液は、ラジエータ３を通る際に冷却される。
【００３８】
一方、エンジン１の始動と共に、制御回路３２は、図５の電磁クラッチ制御ルーチンを実行し始める。即ち、制御回路３２は、図５の電磁クラッチ制御ルーチンに入ると、初期設定として、まず電磁クラッチ２１を遮断状態にする（ステップＳ１）。次に、制御回路３２は、液温センサ３３の検出温度を取得し（ステップＳ２）、その温度が所定温度Ｔ（℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。エンジン１の始動から間もない時期であるときには、冷却液はそれ程温度上昇しておらず、液温センサ３３の検出温度はＴ未満であるので、制御回路３２は、冷却ファン４による強制冷却の必要なしと判断する（ステップＳ３で「ＮＯ」）。
【００３９】
強制冷却の必要なしと判断した場合、制御回路３２は、冷却ファン４のアシスト能力の有無に応じて電磁クラッチ２１を断続するために、車速センサ３４の検出速度を取得し（ステップＳ４）、車両の速度が所定速度Ｖ（ｋｍ／ｓ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ５：アシスト能力検出手段、判定手段）。ところで、車速が走行を開始すると、電磁クラッチ２１が遮断状態にあるとき、冷却ファン４は、走行風圧を受けて回転する。この場合、車両の速度が所定速度Ｖ未満のときには、走行風圧を受けて冷却ファン４が回転しても、ポンプモータ６の回転数以上とはならないので、制御回路３２は、アシスト能力なしと判断し（ステップＳ５で「ＮＯ」）、電磁クラッチ２１を遮断状態のままとする（ステップＳ６）。
【００４０】
そして、車両の速度が所定速度Ｖ以上になると、走行風圧を受けて回転する冷却ファン４は、ポンプモータ６の回転数以上の回転数で回転するようになる。すると、制御回路３２は、走行風圧を受けて回転する冷却ファン４にアシスト能力ありと判断し（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、電磁コイル２５に通電して電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＳ７）。電磁クラッチ２１が接続状態になると、冷却ファン４の回転が電磁クラッチ２１のクラッチ板２４，２２を介してポンプモータ６の回転軸１２に伝達される。このため、ウォータポンプ５を駆動しているポンプモータ６の負荷が冷却ファン４から受ける回転力の分だけ軽減される（モータアシスト）。
【００４１】
エンジン１の始動から暫く経過すると、冷却液の温度が上昇してくる。そして、ジャケット２の出口２ａでの冷却液の温度が所定温度Ｔ以上になると、制御回路３２は、ラジエータ３を強制冷却する必要ありと判断し（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）、電磁コイル２５に通電して電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＳ８）。これにより、ポンプモータ６の回転がクラッチ板２２，２４を介して冷却ファン４に伝達され、冷却ファン４が回転駆動される。
【００４２】
ジャケット２の出口２ａでの冷却液の温度が所定温度Ｔ以上である場合には、車両の速度が所定速度Ｖ以上であるか否かとは関係なく、電磁クラッチ２１は接続状態のままとされる。従って、車両の速度が所定速度Ｖ以上のときには、冷却ファン４はアシスト能力を有するが、電磁クラッチ２１が接続状態にあることにより、冷却ファン４の走行風圧による回転が自動的にポンプモータ６に伝達されてその負荷を軽減する。
【００４３】
ところで、例えば中高速走行時には、ラジエータ３が走行風によって冷却されることから、通常の場合には、あえて冷却ファン４をポンプモータ６によって回転駆動しなくとも、ジャケット２の出口２ａでの冷却液の温度が所定温度Ｔ未満となる。このようになると、制御回路３２は、前述したと同様に、冷却ファン４のアシスト能力の有無に応じて電磁クラッチ２１を断続制御するようになる。
【００４４】
即ち、液温センサ３３の検出温度が所定温度Ｔ未満になると（ステップＳ３で「ＮＯ」）、制御回路３２は、車速センサ３４の検出速度が所定速度Ｖ以上であるか否かを判断する（ステップＳ４，５）。そして、制御回路３２は、車両の速度がＶ以上のとき、冷却ファン４にアシスト能力ありと判断し（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、電磁コイル２５に通電して電磁クラッチ２１を接続状態のままとする。これにより、冷却ファン４の回転がポンプモータ６に伝達され、ウォータポンプ５を駆動しているポンプモータ６の負荷を軽減する。また、車両の速度がＶ未満の時には、制御回路３２は、電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップＳ６）、ポンプモータ６が冷却ファン４を無駄に回転駆動することのないようにする。
【００４５】
車両が停止し、イグニッションスイッチがオフ操作されると、エンジン１が停止し、これに伴ってポンプモータ６も断電されてウォータポンプ５を停止させる。そして、制御回路３２も図５の電磁クラッチ制御ルーチンの実行を停止する。
このように本実施形態によれば、冷却ファン４の駆動源をポンプモータ６とし、両者を電磁クラッチ２１によって断続するようにしたので、冷却ファン４によりラジエータ３を強制冷却する必要がないときにまで、冷却ファン４をポンプモータ６によって駆動することがない。
【００４６】
しかも、ラジエータ３を冷却ファン４で強制冷却する必要があるとき、走行風圧を受ける冷却ファン４にアシスト能力があれば、冷却ファン４の回転が接続状態にある電磁クラッチ２１を介してポンプモータ６に伝達されるので、ポンプモータ６の負荷を軽減する。その上、ラジエータ３を冷却ファン４で強制冷却する必要がないときでも、走行風圧を受ける冷却ファン４にアシスト能力があれば、電磁クラッチ２１を遮断状態から接続状態に切り替えて冷却ファン４の回転がポンプモータ６に伝達されるようにするので、上記したと同様にポンプモータ６の負荷を軽減することができる。
【００４７】
従って、ラジエータ３を強制冷却する必要があるときに、電磁クラッチ２１を接続状態にし、ラジエータ３を強制冷却する必要がなくなれば、電磁クラッチ２１を遮断状態にするだけの構成のものに比べ、特に車両の中高速走行時において、ラジエータ３が走行風により冷却されて冷却ファン４による強制冷却の必要がないときでも、冷却ファン４にアシスト能力があるときには、電磁クラッチ２１を接続状態にして冷却ファン４の回転をポンプモータ６に伝達して当該ポンプモータ６の負荷を軽減でき、それだけエンジン１の燃費を高めることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図６および図７は本発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態が上述の第１の実施形態と相違するところは、冷却ファン４のアシスト能力の有無を、冷却ファン４の回転数とポンプモータ６の回転数との比較によって行うところにある。
即ち、この実施形態では、図６に示すように、車速センサ３４はなく、これに代えて、冷却ファン４の回転数を検出するためのファン回転数検出手段としての回転数センサ３８を設けている。この回転数センサ３８は、図示はしないが、例えば冷却ファン４に設けられた永久磁石と、この永久磁石の磁気を検出するために例えば支持フレーム７に設けられたホール素子などの磁気検出素子とから構成され、磁気検出素子は、冷却ファン４の回転数に応じた数のパルスを出力する。そして、制御回路３２は、回転数センサ３８から入力されるパルス数に基づいて冷却ファン４の回転数を算出するようになっている。
【００４９】
図７に示す電磁クラッチ制御ルーチンにおいて、制御回路３２は、冷却液のジャケット２の出口２ａにおける温度が所定温度Ｔ未満で（ステップＡ３で「ＮＯ」）、ラジエータ３を冷却ファン４により強制冷却する必要がないとき、回転数センサ３８の検出回転数を取得する（ステップＡ４）。そして、制御回路３２は、モータ回転数検出手段としての周波数発電機３７からポンプモータ６の回転数を取得し、冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転数以下のとき、アシスト能力なしと判断して（ステップＡ５で「ＮＯ」：判定手段）電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップＡ６）、冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転数を越えていたとき、アシスト能力ありと判断して（ステップＡ５で「ＹＥＳ」：判定手段）電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＡ７）。
【００５０】
なお、ポンプモータ６の回転数が本実施形態のように予め定められた設定回転数となるように制御されている場合には、制御回路３２の図示しないメモリに記憶された設定回転数を取得（モータ回転数検出手段）して、回転数センサ３８の回転数を取得しないように構成しても良い。また、ポンプモータ６の回転を減速機構を介して冷却ファン４に伝達するように構成した場合には、減速機構の出力回転数がポンプモータ６の回転数となる。
【００５１】
（第３の実施形態）
図８は本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態が前述の第２の実施形態と異なるところは、冷却ファン４のアシスト能力の有無を、車両の走行速度から走行風による冷却ファン４の回転数を演算し、この演算された冷却ファン４の回転数とポンプモータ６の回転数との比較によって行うところにある。従って、この実施形態では、第２の実施形態における回転数センサ３８は備えず、その代わりに、第１の実施形態における車速センサ３４を備えている。
即ち、制御回路３２は、冷却ファン４にアシスト能力があるか否かを判定するに際し、車速センサ３４の検出速度を取得し（図８のステップａ４）、この検出速度から冷却ファン４の走行風による回転数を演算する（ステップａ５）。なお、この車速センサ３４の検出速度（車両の速度）と冷却ファン４の回転数は、予め実験により求めて記憶手段に記憶しておき、車両センサ３４の検出速度を取得したとき記憶手段から冷却ファン４の回転数を検索することによって行うようにしても良い。また、所定の計算式に車速センサ３４の検出速度を代入して冷却ファン４の回転数を演算するようにしても良い。
【００５２】
冷却ファン４の回転数を演算した後、制御回路３２は、演算した冷却ファン４の回転数とポンプモータ６の回転数とを比較し、冷却ファン４の回転数が周波数発電機３７から得られるポンプモータ６の回転数以下のとき、アシスト能力なしと判断して（ステップａ６で「ＮＯ」：判定手段）、電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップａ７）、冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転数を越えていたとき、アシスト能力ありと判断して（ステップａ６で「ＹＥＳ」：判定手段）、電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップａ８）。
【００５３】
（第４の実施形態）
図９ないし図１１は本発明の第４の実施形態を示す。この実施形態が前述の第１の実施形態と異なるところは、図９に示すように、冷却ファン４をポンプモータ６の回転軸１２に対して一方向クラッチ３９を介して取り付けたところにある。この一方向クラッチ３９としては、例えば一方向ボールクラッチや一方向コロクラッチなどが考えられる。この実施形態においては、電磁クラッチ２１が主クラッチ、一方向クラッチが補助クラッチとなる。また、制御構成としては、図１０に示すように、車速センサ３４は設けられていない。
【００５４】
図１１に示す電磁クラッチ制御ルーチンにおいて、制御回路３２は、ジャケット２の出口２ａにおける冷却液の温度に応じて電磁クラッチ２１を断続する制御だけを行っている。つまり、制御回路３２は、液温センサ３３の検出温度が所定温度Ｔ未満のとき（ステップＢ３で「ＮＯ」）、電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップＢ４）、液温センサ３３の検出温度が所定温度Ｔ以上のとき（ステップＢ３で「ＹＥＳ」）、電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＢ４）。
【００５５】
そして、冷却ファン４のアシスト能力の有無に応じて冷却ファン４の回転をポンプモータ６に伝達したり伝達しなかったりする動作は、一方向クラッチ３９の作用によって冷却ファンの回転数に応じて自動的に行われる。この一方向クラッチ３９は、ポンプモータ６の回転軸１２に対する冷却ファン４の一方向の回転だけを回転軸１２に伝達する機能を有する。この機能により、一方向クラッチ３９は、電磁クラッチ２１が遮断状態にあるとき、走行風圧を受けて回転する冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転軸１２の回転数を超えることにより、冷却ファン４が回転軸１２に対して相対的に一方向に回転するようになると、自動的に冷却ファン４の回転を回転軸１２に伝達してポンプモータ６をアシストする。
【００５６】
（第５の実施形態）
図１２は本発明の第５の実施形態を示す。この実施形態が前述の第１の実施形態と異なるところは、ポンプモータ６の回転軸１２からウォータポンプ５のインペラ１４への回転伝達を磁気カップリングにより行うようにしたところにある。
即ち、図１２に示すように、ポンプモータ６の回転軸１２は、ウォータポンプ５側への突出をなくすように短尺化されている。また、ウォータポンプ５とポンプモータ６との間の仕切板１７の中心側には、円筒状壁１７ａが形成されており、更にこの円筒状壁１７ａの内側にボス部１７ｂが形成されている。そして、仕切板１７のボス部１７ｂには、支軸４０が嵌着されており、この支軸４０にインペラ１４が軸受４１を介して回転可能に支持されている。
【００５７】
一方、回転軸１２の回転をインペラ１４に伝達する磁気カップリング４３は、大小径の異なる２個の永久磁石リング４４，４５から構成されている。これら永久磁石リング４４，４５は、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並ぶように着磁してなるもので、径大側の永久磁石リング４４は、ポンプモータ６の回転子１１の回転子鉄心１１ａに設けられた円筒状部４６の内側に取着され、径小側の永久磁石リング４５は、インペラ１４に設けられた円筒状部４７の外側に取着されている。これら永久磁石リング４４，４５は、仕切板１７の円筒状壁１７ａを介して対向して互いに磁気力を及ぼし合っている。そして、これら永久磁石リング４４，４５どうしの磁気吸引力により、回転子１１の回転がインペラ１４に伝達されるようになっている。
【００５８】
このように構成した本実施形態によれば、ウォータポンプ５とポンプモータ６との間を仕切板１７および支軸４０によって完全にシールすることができる。従って、冷却液の漏洩を確実になくすことができる。また、摺動部分のあるメカニカルシール１５を用いる第１の実施形態に比べてシールによる摩擦損失を低減させることができる。
【００５９】
（第６の実施形態）
図１３は本発明の第６の実施形態を示すもので、前述の第１の実施形態と異なるところは、ラジエータ３を冷却するために冷却ファン４とは別に、補助冷却ファン４８を設けたところにある。この補助冷却ファン４８もモータ駆動とされ、そのモータには、モータジェネレータ４９が用いられている。モータジェネレータ４９は、永久磁石型のＤＣモータから構成され、モータとしても、ジェネレータとしても機能する。
【００６０】
モータジェネレータ４９は、ラジエータ３に支持アーム５０を介して取り付けられ、ラジエータ３を強制冷却する必要があるとき、通電されてモータとして機能して補助冷却ファン４８を回転駆動する。そして、補助冷却ファン４８を駆動させる必要がないとき、モータを断電し、走行風により補助冷却ファン４８を回転駆動させることによって、モータジェネレータ４９は、ジェネレータとして機能するようになる。このときモータジェネレータ４９により発電された電力はバッテリ３６を充電するように構成されている。なお、補助冷却ファン４８がアシスト能力を有するか否かは、車速によって判断することが好ましいが、これに限られるものではない。
【００６１】
（その他の実施形態）
本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
ポンプモータ６の回転数を液温センサ３３の検出温度に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、冷却液が高温のときほど冷却液が多く循環され、且つ冷却ファン４も高速度で回転されるので、冷却液の冷却が良好に行われるようになる。
冷却液の温度を検出する液温センサを、エンジン１のジャケット２の出口２ａと入口２ｂとに設け、それら両液温センサの検出温度差に応じてポンプモータ６の回転数を変えるようにしても良い。このようにすれば、冷却液の循環量を必要とする冷却強度に応じて変えることができると共に、冷却ファン４を冷却強度に応じた速度で回転させて必要とする冷却強度に応じた風速の冷却風でラジエータ３を冷却できる。
【００６２】
液温センサ３３を設ける位置は、ジャケット２の出口２ａや入口２ｂに限られず、ラジエータ３やサーもバルブ２７などに設けても良い。また、液温センサ３３は、冷却液に接触するように設け、冷却液の温度を直接検出するものであっても、また、冷却液の流路の壁を介して検出するものであっても良い。
ポンプモータ６の起動を、エンジン１の始動時点から所定の短時間だけ遅らせるようにしても良い。このようにすれば、エンジン１の始動時にはスタータモータの起動に多大の電力を有するので、これにポンプモータ６の起動時の電力が重畳されることがない。
ポンプモータ６は、電動モータに限らず油圧モータ等の他の機構のモータであっても良い。
図１３の第６の実施形態において、補助冷却ファン４８は、ラジエータ３とは別の被冷却体、例えばエアコンのコンデンサを冷却するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すもので、要部の縦断面図
【図２】冷却システムの全体を示す側面図
【図３】冷却システムの配管構成図
【図４】制御構成を示すブロック図
【図５】電磁クラッチの制御のためのフローチャート
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図４相当図
【図７】図５相当図
【図８】本発明の第３の実施形態を示す図５相当図
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図
【図１０】図４相当図
【図１１】図５相当図
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図
【図１３】本発明の第６の実施形態を示す図２相当図
【符号の説明】
【００６４】
図面中、１はエンジン、２はジャケット、３はラジエータ、４は冷却ファン、５はウォータポンプ、６はポンプモータ、１２は回転軸、１４はインペラ、２１は電磁クラッチ、２５は電磁コイル、２７はサーモバルブ、３２は制御回路（制御手段、アシスト能力検出手段、判定手段）、３３は液温センサ（温度検出手段）、３４は車速センサ、３７は周波数発電機（モータ回転数検出手段）、３８は回転数センサ（ファン回転数検出手段）、２９は一方向クラッチ、４３は磁気カップリング、４８は補助冷却ファン、４９はモータジェネレータである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの冷却液をラジエータによって冷却する構成の車両用エンジン冷却システムに係り、特に、ラジエータを冷却するための冷却ファンを冷却液循環用のウォータポンプのモータによって駆動するようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンの冷却システムにおいては、エンジンを冷却することによって温度上昇した冷却液をウォータポンプによってラジエータに送り、ここで走行風や冷却ファンからの送風によって冷却した後、再びエンジンに戻す、というように冷却液を循環させることを基本としている。
エンジンの冷却は、過熱を防止するためであるが、冷却しすぎても、エンジンの熱損失が増大したり、軸受やピストンリングといった摺動部分での摩擦増加による機械的損失が増大したりするため、適正な冷却を最小限のエネルギで行うことが望ましい。
【０００３】
エンジン冷却に関する従来例によれば、エンジンによってウォータポンプと冷却ファンを駆動する方法（以下、従来例１）では、冷却液の自然対流や車両の走行によって得られる空気流によってラジエータでの冷却が可能な場合も冷却ファンが駆動されるため、無駄に冷却ファンを駆動する動力を消費する第１の欠点がある。また、高速運転時には、ウォータポンプもエンジン回転数に伴って高回転数になり必要以上の冷却液を循環させるため無駄なエネルギを消費するという第２の欠点がある。
【０００４】
この改良例としては、非特許文献１に記述されているように、冷却ファンをモータによって駆動し、エンジンの冷却状態に応じて、冷却ファンの運転を制御するようにした方法（以下、従来例２）があり、一般的に実施されている。この方法によれば、上記第１の欠点を無くすことはできるが、上記第２の欠点は残ることになる。さらには、ウォータポンプと冷却ファンとを個々のモータで駆動し、エンジンの冷却状況に応じて個々の回転数を制御する方法（以下、従来例３）も実施されている。これによれば、上記第１、第2の欠点ともなくすことができる。
【０００５】
冷却ファンの駆動方法に関する他の例としては、上記の方法以外に、例えば特許文献１にあっては、冷却ファンを暖房用の蓄熱器の温水を循環させる温水用ウォータポンプと直結したモータで駆動することが考えられている。具体的には、冷却ファンを回転させる時は、温水用ウォータポンプのインペラも回転するが、インペラとしては逆回転になるようにし温水を循環させない。温水を循環する時は、モータを上記の場合とは逆に回転させ、温水用ウォータポンプは温水を循環させるが、動力伝達選択手段を用いて冷却ファンは回転させないようにする。これによれば、温水循環時には、冷却ファンが回転しないため空冷ファンの騒音と駆動動力を低減できるとされている。しかしながら、本構成では、エンジンの温度が高くなって冷却ファンを駆動する時、温水用ウォータポンプはポンプ運転とは逆方向の回転となるため冷却液を循環する動力は生じないが、インペラが温水の中で回転することによるエネルギ損失が発生するとともに、従来例２と同様の欠点がある。
【特許文献１】特開２００２−９７９５６号公報
【非特許文献１】自動車技術ハンドブック ４設計（パワートレイン）編、社団法人自動車技術会、２００５年 ｐ．６５−６６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジンの冷却は、前述したように、エンジンを液冷した冷却液をウォータポンプで循環させラジエータで空気冷却することにより行っている。エンジンを直接冷却している冷却液に関しては、エンジンの作動中は、ほぼ常時循環させる必要がある。従ってエンジン作動中は、ほぼ全時間ウォータポンプを作動させることになる。一方、ラジエータにおいては、車両の走行時には、その車両の走行によりラジエータに風があたる。以下、この風を走行風とよぶ。ラジエータを通過する走行風の風速は、車速の２０〜３０％程度の速さになるため、中高速走行時には、冷却ファンを回転しなくとも、走行風だけで冷却液を十分に冷却できる場合が多い。このため、冷却ファンを運転する必要がある時間は、車両の走行条件や大気温度にもよるが、エンジンの全作動時間の概略１０％程度と短い。
【０００７】
このようにラジエータは、車両の走行中の多くの期間は、走行風だけで十分に冷却される。この車両の走行中には、冷却ファンも、また走行風から回転力を得る。しかし、従来例１、２、３および特許文献１の特に従来例２、３および特許文献１においては、走行風により冷却ファンは回転力を得るためその駆動動力は軽減されるが、その効果は、冷却ファン駆動時に限られる。上記のように冷却ファンの必要な作動時間が短いことを考慮すると、実質的な走行風の効果は小さい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ラジエータの冷却ファンとウォータポンプをモータ駆動する構成において、走行風により冷却液を十分に冷却できることから冷却ファンの駆動を止めた場合においても、走行風により得られる冷却ファンの回転力をウォータポンプの駆動に利用してウォータポンプの動力を補助することによって、冷却に要する動力を低減できる車両用エンジン冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（本発明の前提構成）
車両用エンジン冷却システムは、エンジンの冷却液を循環させるためのウォータポンプ、冷却液を冷却するラジエータ、ラジエータを冷却する冷却ファンを備えている。
本発明では、ウォータポンプの駆動源をモータ（ポンプモータ）とし、このポンプモータの回転を利用して冷却ファンを回転駆動することを前提としている。そして、冷却ファンをポンプモータに対して断続するクラッチを設け、このクラッチを制御手段によって断続制御する。
【００１０】
（本発明の第１の手段）
上記目的を達成するために、本発明の第１の手段（請求項１）では、冷却液の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出温度により、冷却液をラジエータで冷却する際、冷却ファンを回転駆動してラジエータを強制冷却する必要性があるか否かを判断できるようにしている。
【００１１】
更に、本発明では、冷却ファンが外風圧（走行風圧を含む。）を受けて回転するとき、当該冷却ファンにポンプモータに対するアシスト能力があるか否かを検出するアシスト能力検出手段を設けている。ここで、アシスト能力とは、冷却ファンが外風圧を受けて強制的に回転される場合、冷却ファンの回転数がポンプモータによって回転されるときの速度を上回るようになると、冷却ファンの回転をポンプモータに伝えることで冷却ファンがポンプモータの負荷を軽減できるようになるが、このように冷却ファンが回転力をポンプモータに伝え得る能力をいう。
【００１２】
そして、制御手段は、温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、又は、温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つアシスト能力検出手段がアシスト能力ありを検出したときには、クラッチを接続動作させてポンプモータと冷却ファンとを接続し、温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つアシスト能力検出手段がアシスト能力なしを検出したときには、クラッチを遮断動作させてポンプモータと冷却ファンとを遮断する。
【００１３】
このように、第１の手段によれば、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要があるとき（温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき）、クラッチを接続状態にしてポンプモータにより冷却ファンが回転駆動されるようにする。そして、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要がないときには、原則としてクラッチを遮断してポンプモータが冷却ファンを回転駆動することのないようにするので、ポンプモータを無駄に作動させることがない。
【００１４】
しかも、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要がなくなっても、冷却ファンにアシスト能力がある場合には、クラッチは接続状態になされるので、外風圧によって強制的に回転される冷却ファンの回転をポンプモータに伝達してポンプモータの負荷を軽減させることができる。勿論、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要があるときには、クラッチは接続状態にあるので、このときに冷却ファンがアシスト能力ありの状態になれば、外風圧によって強制的に回転される冷却ファンによってポンプモータを駆動でき、その負荷を軽減することができる。
【００１５】
この第１の手段において、アシスト能力検出手段は、車両の速度を検出する車速センサと、車速センサの検出速度が所定速度以上のとき、アシスト能力ありと判定し、車速センサの検出速度が所定速度未満のとき、アシスト能力なしと判定する判定手段とから構成することができる（請求項２）。
【００１６】
また、アシスト能力検出手段は、ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、車両の速度を検出する車速センサと、車速センサの検出速度を冷却ファンの回転数に演算して、その回転数がモータ回転数検出手段により検出されたポンプモータの回転数を越えたとき、アシスト能力ありと判定し、冷却ファンの回転数がポンプモータの回転数以下のとき、アシスト能力なしと判定する判定手段とから構成しても良い（請求項３）。
【００１７】
更に、アシスト能力検出手段は、冷却ファンの回転数を検出するファン回転数検出手段と、ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、車両の速度を検出する車速センサと、ファン回転数検出手段により検出された冷却ファンの回転数がモータ回転数検出手段により検出されたポンプモータの回転数を越えたとき、アシスト能力ありと判定し、車速センサが所定速度以下を検出したとき、アシスト能力なしと判定する判定手段とから構成することもできる（請求項４）。
【００１８】
（本発明の第２の手段）
上記目的を達成するために、本発明の第２の手段（請求項５）では、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要があるとき（温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき）、クラッチを接続状態にしてポンプモータにより冷却ファンを回転駆動し、ラジエータを冷却ファンによって冷却する必要がなくなれば、クラッチを遮断状態にしてポンプモータによって冷却ファンを回転駆動させないようにする。そして、ポンプモータと冷却ファンとの間に一方向クラッチを設け、クラッチの断続状態とは関係なく、冷却ファンが外風圧を受けてポンプモータより速く回転しようとするとき（アシスト能力あり）、一方向クラッチによって冷却ファンの回転がポンプモータに伝達されるようにする。
【００１９】
この第２の手段によれば、ラジエータを冷却ファンにより冷却する必要がないときには、クラッチが遮断されて冷却ファンがポンプモータにより回転駆動されることのないようにすると共に、一方向クラッチの作用により、冷却ファンが外風圧により回転されてアシスト能力を持つようになると、自動的に冷却ファンの回転がポンプモータに伝達されてポンプモータの負荷を軽減するようになる。
【００２０】
（第１および第２の手段への付加構成）
本発明では、上述の第１の手段、第２の手段に対して、次の構成を付加することができる。
【００２１】
ポンプモータの回転数を、温度検出手段の検出温度の高低に応じて高低変化させるようにしても良く（請求項６）、冷却液のエンジンの入口側での温度と出口側での温度との差の大小に応じて高低変化させるようにしても良い（請求項７）。このようにポンプモータの回転数を変化させると、ラジエータで冷却液をより強く冷却する必要がある場合に冷却ファンの回転数をより高くすることができる。
【００２２】
また、ポンプモータからウォータポンプへの回転伝達は、磁気カップリングにより行うように構成することができる（請求項８）。この構成によれば、ポンプモータとウォータポンプとの間を、メカニカルシールを用いることなく遮蔽できるため、ポンプモータからウォータポンプへの動力伝達部分での冷却液の漏洩をなくし、シールによる摩擦損失を低減させることができる。
【００２３】
また、ポンプモータの通電を、エンジン始動より遅らせるようにしても良い（請求項９）。このようにすれば、スタータモータに大電流が流れるエンジン始動時を避けてポンプモータに通電するので、車両のバッテリの負荷を軽減できる。
【００２４】
更に、冷却ファンとは別に、ラジエータまたはラジエータ以外の被冷却体を冷却するための冷却ファンを設け、当該別の冷却ファンを駆動するモータを、当該別の冷却ファンの駆動不要時であって当該別の冷却ファンから回転力を受けるとき、発電機として機能するモータジェネレータから構成しても良い（請求項１０）。このようにすれば、外風圧によって上記別の冷却ファンが回転する際に、モータジェネレータにより発電して車両のバッテリを充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図５を参照しながら説明する。図２には、車両の推進源としてのエンジン、例えばガソリンエンジンの冷却システムの構成が概略的に示されている。図２に示すように、エンジン１には、ジャケット２が形成されており、このジャケット２内を冷却液が通ることでエンジン１の冷却が行われる。エンジン冷却システムは、エンジン１を冷却することにより温度上昇した冷却液を、外部で冷却して再びエンジン１に戻すように循環させることにより、エンジン１を冷却するシステムであり、ラジエータ３と、冷却ファン４と、ウォータポンプ５と、このウォータポンプ５を駆動するポンプモータ６とを備えている。
【００２６】
上記ポンプモータ６は、ラジエータ３の後部に取り付けられた支持フレーム７に固定されている。このポンプモータ６は、例えばブラシレスＤＣモータからなり、図１に示すように、モータケース８に固定された固定子９と、モータケース８に軸受１０を介して回転可能に支持された回転子１１とを備えている。そして、回転子１１の回転軸１２の両端部は、モータケース８から前後両側に突出されている。なお、固定子９は、固定子鉄心９ａに複数相のコイル９ｂを巻装してなる。また、回転子１１は、回転子鉄心１１ａの外周に複数極に着磁した永久磁石１１ｂを取着してなる永久磁石型のものである。
【００２７】
ポンプモータ６の後部には、前記ウォータポンプ５が取り付けられている。このウォータポンプ５は遠心型として構成され、そのケーシング１３内のインペラ１４は、ポンプモータ６の回転軸１２の後端部に固定されている。このウォータポンプ５とポンプモータ６との間は、メカニカルシール１５によってシールされ、冷却液がポンプモータ６側へ漏れ出ないようにしている。なお、このメカニカルシール１５は、インペラ１４に設けられたフローティングシート１６と、ウォータポンプ５とポンプモータ６との間を仕切る仕切板１７側に設けられベローズスプリング１８によってフローティングシート１６に押し付けられたシールリング１９とからなり、フローティングシート１６がシールリング１９に対して摺動するようになっている。
【００２８】
一方、前記冷却ファン４は、ポンプモータ６の回転軸１２の前端部に軸受２０を介して回転可能に支持されている。この冷却ファン４とポンプモータ６との間には、クラッチ、例えば電磁クラッチ２１が設けられている。電磁クラッチ２１は、回転軸１２に固定されたクラッチ板２２と、冷却ファン４側に突設されたピン２３により軸方向に移動可能に取り付けられた鉄などの磁性材製のクラッチ板２４と、ポンプモータ６のモータケース８に固定された電磁コイル２５とを備えている。
【００２９】
上記電磁コイル２５が通電されると、その磁気力により冷却ファン４のクラッチ板２４が回転軸１２のクラッチ板２２に吸着されて接続状態となり、ポンプモータ６の回転軸１２と冷却ファン４とが連結される。そして、電磁コイル２５が断電されると、冷却ファン４のクラッチ板２４のクラッチ板２２に対する吸着が解かれて遮断状態となり、ポンプモータ６の回転軸１２と冷却ファン４との連結が解かれる。
【００３０】
さて、前記ウォータポンプ５は、冷却液を循環させるためのもので、図３に示すように、その吸入口５ａは、エンジン１のジャケット２の出口２ａにホース２６により接続され、吐出口５ｂは、サーモバルブ２７の入口２７ａにホース２８を介して接続されている。サーモバルブ２７は、２つの出口２７ｂ，２７ｃを有しており、冷却液の温度が低いうちは、出口２７ｃを開いて出口２７ｂを絞った状態にある。そして、冷却液の温度が上昇してくると、出口２７ｂを開いて出口２７ｃを絞るように構成されている。このサーモバルブ２７の一方の出口２７ｂは、ホース２９を介してラジエータ３の入口３ａに接続され、他方の出口２７ｃは、ホース３０を介してエンジン１のジャケット２の入口２ｂに接続されている。また、ラジエータ３の出口３ｂも、ホース３１を介してエンジン１のジャケット２の入口２ｂに接続されている。
【００３１】
図４は冷却システムの制御構成を示すブロック図である。冷却システムの制御は、例えばマイクロコンピュータ（図示せず）を主体とする制御手段としての制御回路３２によって行われるようになっており、この制御回路３２には、前記電磁クラッチ２１の電磁コイル２５の他、冷却液の温度検出手段としての液温センサ３３、車速センサ３４、インバータ駆動装置３５などが接続されている。
【００３２】
上記液温センサ３３は、冷却液の温度を例えばジャケット２の出口２ａにおいて検出する。車速センサ３４は、車両の速度を検出するためのもので、例えば車軸の回転数を検出し、その検出出力を制御回路３２に入力する。制御回路３２は、車速センサ３４が検出した回転数と、図示しないメモリに予め記憶されているタイヤ径とによって車速を演算するように構成されている。
【００３３】
インバータ駆動装置３５は、ポンプモータ６をインバータ駆動するためのものであり、その直流電源には、車両のバッテリ３６が用いられている。このポンプモータ６の回転数制御は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式によって行われるようになっている。そのために、ポンプモータ６に、その回転数を検出する回転数検出手段として例えば周波数発電機３７を設け、その検出出力を制御回路３２に入力するようにしている。そして、制御回路３２は、周波数発電機３７によって検出されたポンプモータ６の回転数と予め定められた設定回転数とを比較し、その速度偏差に応じた駆動信号をインバータ駆動装置３５に与える。すると、インバータ駆動装置３５は、制御回路３２から与えられた速度偏差に応じたＰＷＭ信号を形成してポンプモータ６を設定回転数となるように制御する。なお、設定回転数は、制御回路３２が有するメモリ（図示せず）に記憶されている。
【００３４】
次に上記構成の作用を説明する。まず、この実施形態では、冷却液を強制冷却する必要があるか否かを液温センサ３３の検出温度によって判断する。つまり、液温センサ３３が所定温度以上を検出したときには、強制冷却の必要がありと判断する。そして、強制冷却の必要がある場合には、冷却ファン４をポンプモータ６の回転軸１２に連結し、冷却ファン４をポンプモータ６により回転駆動する。
【００３５】
また、車両の速度が所定速度以上のときには、冷却ファン４が走行風圧（外風圧）を受けてポンプモータ６の回転数よりも速く回転しようとするので、冷却ファン４の回転をポンプモータ６に伝達することで、ポンプモータ６の負荷を軽減できる（アシスト能力あり）と判断し、冷却ファン４をポンプモータ６の回転軸１２に連結するようになっている。なお、アシスト能力ありと判断するときの車速は、予め実験によって求めた車速に定められて制御回路３２が有するメモリに記憶されている。なお、本実施の形態では、当該車速を、冷却ファンの回転数との相関関係を考慮して、実験によって求めておいた。
【００３６】
以下に冷却液の冷却につき説明すると、まず、図示しないイグニッションスイッチをスタート操作してエンジン１を始動させる。すると、このエンジン１の始動と期を同じくして制御回路３２がポンプモータ６を起動させ、エンジン１の冷却液を循環させる。エンジン１の始動当初は、まだエンジン１が十分に暖まっていないため、サーモバルブ２７が出口２７ｂを閉じている。従って、冷却液は、ジャケット２の出口２ａからホース２６、ウォータポンプ５、ホース２８、サーモバルブ２７、ホース３０を通ってジャケット２の入口２ｂへと戻されるように循環し、ラジエータ３には送られない。
【００３７】
エンジン１が暖まり、冷却液の温度が上昇してくると、サーモバルブ２７が出口２７ｃを絞って出口２７ｂを開くようになるため、冷却液がジャケット２とラジエータ３とを循環するようになる。つまり、ジャケット２の冷却液は、ジャケット２の出口２ａからホース２６、ウォータポンプ５、サーモバルブ２７、ホース２９、ラジエータ３、ホース３１を順に経てジャケット２に戻るというように循環する。そして、エンジン１を冷却して高温度となった冷却液は、ラジエータ３を通る際に冷却される。
【００３８】
一方、エンジン１の始動と共に、制御回路３２は、図５の電磁クラッチ制御ルーチンを実行し始める。即ち、制御回路３２は、図５の電磁クラッチ制御ルーチンに入ると、初期設定として、まず電磁クラッチ２１を遮断状態にする（ステップＳ１）。次に、制御回路３２は、液温センサ３３の検出温度を取得し（ステップＳ２）、その温度が所定温度Ｔ（℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。エンジン１の始動から間もない時期であるときには、冷却液はそれ程温度上昇しておらず、液温センサ３３の検出温度はＴ未満であるので、制御回路３２は、冷却ファン４による強制冷却の必要なしと判断する（ステップＳ３で「ＮＯ」）。
【００３９】
強制冷却の必要なしと判断した場合、制御回路３２は、冷却ファン４のアシスト能力の有無に応じて電磁クラッチ２１を断続するために、車速センサ３４の検出速度を取得し（ステップＳ４）、車両の速度が所定速度Ｖ（ｋｍ／ｓ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ５：アシスト能力検出手段、判定手段）。ところで、車速が走行を開始すると、電磁クラッチ２１が遮断状態にあるとき、冷却ファン４は、走行風圧を受けて回転する。この場合、車両の速度が所定速度Ｖ未満のときには、走行風圧を受けて冷却ファン４が回転しても、ポンプモータ６の回転数以上とはならないので、制御回路３２は、アシスト能力なしと判断し（ステップＳ５で「ＮＯ」）、電磁クラッチ２１を遮断状態のままとする（ステップＳ６）。
【００４０】
そして、車両の速度が所定速度Ｖ以上になると、走行風圧を受けて回転する冷却ファン４は、ポンプモータ６の回転数以上の回転数で回転するようになる。すると、制御回路３２は、走行風圧を受けて回転する冷却ファン４にアシスト能力ありと判断し（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、電磁コイル２５に通電して電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＳ７）。電磁クラッチ２１が接続状態になると、冷却ファン４の回転が電磁クラッチ２１のクラッチ板２４，２２を介してポンプモータ６の回転軸１２に伝達される。このため、ウォータポンプ５を駆動しているポンプモータ６の負荷が冷却ファン４から受ける回転力の分だけ軽減される（モータアシスト）。
【００４１】
エンジン１の始動から暫く経過すると、冷却液の温度が上昇してくる。そして、ジャケット２の出口２ａでの冷却液の温度が所定温度Ｔ以上になると、制御回路３２は、ラジエータ３を強制冷却する必要ありと判断し（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）、電磁コイル２５に通電して電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＳ８）。これにより、ポンプモータ６の回転がクラッチ板２２，２４を介して冷却ファン４に伝達され、冷却ファン４が回転駆動される。
【００４２】
ジャケット２の出口２ａでの冷却液の温度が所定温度Ｔ以上である場合には、車両の速度が所定速度Ｖ以上であるか否かとは関係なく、電磁クラッチ２１は接続状態のままとされる。従って、車両の速度が所定速度Ｖ以上のときには、冷却ファン４はアシスト能力を有するが、電磁クラッチ２１が接続状態にあることにより、冷却ファン４の走行風圧による回転が自動的にポンプモータ６に伝達されてその負荷を軽減する。
【００４３】
ところで、例えば中高速走行時には、ラジエータ３が走行風によって冷却されることから、通常の場合には、あえて冷却ファン４をポンプモータ６によって回転駆動しなくとも、ジャケット２の出口２ａでの冷却液の温度が所定温度Ｔ未満となる。このようになると、制御回路３２は、前述したと同様に、冷却ファン４のアシスト能力の有無に応じて電磁クラッチ２１を断続制御するようになる。
【００４４】
即ち、液温センサ３３の検出温度が所定温度Ｔ未満になると（ステップＳ３で「ＮＯ」）、制御回路３２は、車速センサ３４の検出速度が所定速度Ｖ以上であるか否かを判断する（ステップＳ４，５）。そして、制御回路３２は、車両の速度がＶ以上のとき、冷却ファン４にアシスト能力ありと判断し（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、電磁コイル２５に通電して電磁クラッチ２１を接続状態のままとする。これにより、冷却ファン４の回転がポンプモータ６に伝達され、ウォータポンプ５を駆動しているポンプモータ６の負荷を軽減する。また、車両の速度がＶ未満の時には、制御回路３２は、電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップＳ６）、ポンプモータ６が冷却ファン４を無駄に回転駆動することのないようにする。
【００４５】
車両が停止し、イグニッションスイッチがオフ操作されると、エンジン１が停止し、これに伴ってポンプモータ６も断電されてウォータポンプ５を停止させる。そして、制御回路３２も図５の電磁クラッチ制御ルーチンの実行を停止する。
このように本実施形態によれば、冷却ファン４の駆動源をポンプモータ６とし、両者を電磁クラッチ２１によって断続するようにしたので、冷却ファン４によりラジエータ３を強制冷却する必要がないときにまで、冷却ファン４をポンプモータ６によって駆動することがない。
【００４６】
しかも、ラジエータ３を冷却ファン４で強制冷却する必要があるとき、走行風圧を受ける冷却ファン４にアシスト能力があれば、冷却ファン４の回転が接続状態にある電磁クラッチ２１を介してポンプモータ６に伝達されるので、ポンプモータ６の負荷を軽減する。その上、ラジエータ３を冷却ファン４で強制冷却する必要がないときでも、走行風圧を受ける冷却ファン４にアシスト能力があれば、電磁クラッチ２１を遮断状態から接続状態に切り替えて冷却ファン４の回転がポンプモータ６に伝達されるようにするので、上記したと同様にポンプモータ６の負荷を軽減することができる。
【００４７】
従って、ラジエータ３を強制冷却する必要があるときに、電磁クラッチ２１を接続状態にし、ラジエータ３を強制冷却する必要がなくなれば、電磁クラッチ２１を遮断状態にするだけの構成のものに比べ、特に車両の中高速走行時において、ラジエータ３が走行風により冷却されて冷却ファン４による強制冷却の必要がないときでも、冷却ファン４にアシスト能力があるときには、電磁クラッチ２１を接続状態にして冷却ファン４の回転をポンプモータ６に伝達して当該ポンプモータ６の負荷を軽減でき、それだけエンジン１の燃費を高めることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図６および図７は本発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態が上述の第１の実施形態と相違するところは、冷却ファン４のアシスト能力の有無を、冷却ファン４の回転数とポンプモータ６の回転数との比較によって行うところにある。
即ち、この実施形態では、図６に示すように、車速センサ３４はなく、これに代えて、冷却ファン４の回転数を検出するためのファン回転数検出手段としての回転数センサ３８を設けている。この回転数センサ３８は、図示はしないが、例えば冷却ファン４に設けられた永久磁石と、この永久磁石の磁気を検出するために例えば支持フレーム７に設けられたホール素子などの磁気検出素子とから構成され、磁気検出素子は、冷却ファン４の回転数に応じた数のパルスを出力する。そして、制御回路３２は、回転数センサ３８から入力されるパルス数に基づいて冷却ファン４の回転数を算出するようになっている。
【００４９】
図７に示す電磁クラッチ制御ルーチンにおいて、制御回路３２は、冷却液のジャケット２の出口２ａにおける温度が所定温度Ｔ未満で（ステップＡ３で「ＮＯ」）、ラジエータ３を冷却ファン４により強制冷却する必要がないとき、回転数センサ３８の検出回転数を取得する（ステップＡ４）。そして、制御回路３２は、モータ回転数検出手段としての周波数発電機３７からポンプモータ６の回転数を取得し、冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転数以下のとき、アシスト能力なしと判断して（ステップＡ５で「ＮＯ」：判定手段）電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップＡ６）、冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転数を越えていたとき、アシスト能力ありと判断して（ステップＡ５で「ＹＥＳ」：判定手段）電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＡ７）。
【００５０】
なお、ポンプモータ６の回転数が本実施形態のように予め定められた設定回転数となるように制御されている場合には、制御回路３２の図示しないメモリに記憶された設定回転数を取得（モータ回転数検出手段）して、回転数センサ３８の回転数を取得しないように構成しても良い。また、ポンプモータ６の回転を減速機構を介して冷却ファン４に伝達するように構成した場合には、減速機構の出力回転数がポンプモータ６の回転数となる。
【００５１】
（第３の実施形態）
図８は本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態が前述の第２の実施形態と異なるところは、冷却ファン４のアシスト能力の有無を、車両の走行速度から走行風による冷却ファン４の回転数を演算し、この演算された冷却ファン４の回転数とポンプモータ６の回転数との比較によって行うところにある。従って、この実施形態では、第２の実施形態における回転数センサ３８は備えず、その代わりに、第１の実施形態における車速センサ３４を備えている。
即ち、制御回路３２は、冷却ファン４にアシスト能力があるか否かを判定するに際し、車速センサ３４の検出速度を取得し（図８のステップａ４）、この検出速度から冷却ファン４の走行風による回転数を演算する（ステップａ５）。なお、この車速センサ３４の検出速度（車両の速度）と冷却ファン４の回転数は、予め実験により求めて記憶手段に記憶しておき、車両センサ３４の検出速度を取得したとき記憶手段から冷却ファン４の回転数を検索することによって行うようにしても良い。また、所定の計算式に車速センサ３４の検出速度を代入して冷却ファン４の回転数を演算するようにしても良い。
【００５２】
冷却ファン４の回転数を演算した後、制御回路３２は、演算した冷却ファン４の回転数とポンプモータ６の回転数とを比較し、冷却ファン４の回転数が周波数発電機３７から得られるポンプモータ６の回転数以下のとき、アシスト能力なしと判断して（ステップａ６で「ＮＯ」：判定手段）、電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップａ７）、冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転数を越えていたとき、アシスト能力ありと判断して（ステップａ６で「ＹＥＳ」：判定手段）、電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップａ８）。
【００５３】
（第４の実施形態）
図９ないし図１１は本発明の第４の実施形態を示す。この実施形態が前述の第１の実施形態と異なるところは、図９に示すように、冷却ファン４をポンプモータ６の回転軸１２に対して一方向クラッチ３９を介して取り付けたところにある。この一方向クラッチ３９としては、例えば一方向ボールクラッチや一方向コロクラッチなどが考えられる。この実施形態においては、電磁クラッチ２１が主クラッチ、一方向クラッチが補助クラッチとなる。また、制御構成としては、図１０に示すように、車速センサ３４は設けられていない。
【００５４】
図１１に示す電磁クラッチ制御ルーチンにおいて、制御回路３２は、ジャケット２の出口２ａにおける冷却液の温度に応じて電磁クラッチ２１を断続する制御だけを行っている。つまり、制御回路３２は、液温センサ３３の検出温度が所定温度Ｔ未満のとき（ステップＢ３で「ＮＯ」）、電磁クラッチ２１を遮断状態にし（ステップＢ４）、液温センサ３３の検出温度が所定温度Ｔ以上のとき（ステップＢ３で「ＹＥＳ」）、電磁クラッチ２１を接続状態にする（ステップＢ４）。
【００５５】
そして、冷却ファン４のアシスト能力の有無に応じて冷却ファン４の回転をポンプモータ６に伝達したり伝達しなかったりする動作は、一方向クラッチ３９の作用によって冷却ファンの回転数に応じて自動的に行われる。この一方向クラッチ３９は、ポンプモータ６の回転軸１２に対する冷却ファン４の一方向の回転だけを回転軸１２に伝達する機能を有する。この機能により、一方向クラッチ３９は、電磁クラッチ２１が遮断状態にあるとき、走行風圧を受けて回転する冷却ファン４の回転数がポンプモータ６の回転軸１２の回転数を超えることにより、冷却ファン４が回転軸１２に対して相対的に一方向に回転するようになると、自動的に冷却ファン４の回転を回転軸１２に伝達してポンプモータ６をアシストする。
【００５６】
（第５の実施形態）
図１２は本発明の第５の実施形態を示す。この実施形態が前述の第１の実施形態と異なるところは、ポンプモータ６の回転軸１２からウォータポンプ５のインペラ１４への回転伝達を磁気カップリングにより行うようにしたところにある。
即ち、図１２に示すように、ポンプモータ６の回転軸１２は、ウォータポンプ５側への突出をなくすように短尺化されている。また、ウォータポンプ５とポンプモータ６との間の仕切板１７の中心側には、円筒状壁１７ａが形成されており、更にこの円筒状壁１７ａの内側にボス部１７ｂが形成されている。そして、仕切板１７のボス部１７ｂには、支軸４０が嵌着されており、この支軸４０にインペラ１４が軸受４１を介して回転可能に支持されている。
【００５７】
一方、回転軸１２の回転をインペラ１４に伝達する磁気カップリング４３は、大小径の異なる２個の永久磁石リング４４，４５から構成されている。これら永久磁石リング４４，４５は、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並ぶように着磁してなるもので、径大側の永久磁石リング４４は、ポンプモータ６の回転子１１の回転子鉄心１１ａに設けられた円筒状部４６の内側に取着され、径小側の永久磁石リング４５は、インペラ１４に設けられた円筒状部４７の外側に取着されている。これら永久磁石リング４４，４５は、仕切板１７の円筒状壁１７ａを介して対向して互いに磁気力を及ぼし合っている。そして、これら永久磁石リング４４，４５どうしの磁気吸引力により、回転子１１の回転がインペラ１４に伝達されるようになっている。
【００５８】
このように構成した本実施形態によれば、ウォータポンプ５とポンプモータ６との間を仕切板１７および支軸４０によって完全にシールすることができる。従って、冷却液の漏洩を確実になくすことができる。また、摺動部分のあるメカニカルシール１５を用いる第１の実施形態に比べてシールによる摩擦損失を低減させることができる。
【００５９】
（第６の実施形態）
図１３は本発明の第６の実施形態を示すもので、前述の第１の実施形態と異なるところは、ラジエータ３を冷却するために冷却ファン４とは別に、補助冷却ファン４８を設けたところにある。この補助冷却ファン４８もモータ駆動とされ、そのモータには、モータジェネレータ４９が用いられている。モータジェネレータ４９は、永久磁石型のＤＣモータから構成され、モータとしても、ジェネレータとしても機能する。
【００６０】
モータジェネレータ４９は、ラジエータ３に支持アーム５０を介して取り付けられ、ラジエータ３を強制冷却する必要があるとき、通電されてモータとして機能して補助冷却ファン４８を回転駆動する。そして、補助冷却ファン４８を駆動させる必要がないとき、モータを断電し、走行風により補助冷却ファン４８を回転駆動させることによって、モータジェネレータ４９は、ジェネレータとして機能するようになる。このときモータジェネレータ４９により発電された電力はバッテリ３６を充電するように構成されている。なお、補助冷却ファン４８がアシスト能力を有するか否かは、車速によって判断することが好ましいが、これに限られるものではない。
【００６１】
（その他の実施形態）
本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
ポンプモータ６の回転数を液温センサ３３の検出温度に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、冷却液が高温のときほど冷却液が多く循環され、且つ冷却ファン４も高速度で回転されるので、冷却液の冷却が良好に行われるようになる。
冷却液の温度を検出する液温センサを、エンジン１のジャケット２の出口２ａと入口２ｂとに設け、それら両液温センサの検出温度差に応じてポンプモータ６の回転数を変えるようにしても良い。このようにすれば、冷却液の循環量を必要とする冷却強度に応じて変えることができると共に、冷却ファン４を冷却強度に応じた速度で回転させて必要とする冷却強度に応じた風速の冷却風でラジエータ３を冷却できる。
【００６２】
液温センサ３３を設ける位置は、ジャケット２の出口２ａや入口２ｂに限られず、ラジエータ３やサーもバルブ２７などに設けても良い。また、液温センサ３３は、冷却液に接触するように設け、冷却液の温度を直接検出するものであっても、また、冷却液の流路の壁を介して検出するものであっても良い。
ポンプモータ６の起動を、エンジン１の始動時点から所定の短時間だけ遅らせるようにしても良い。このようにすれば、エンジン１の始動時にはスタータモータの起動に多大の電力を有するので、これにポンプモータ６の起動時の電力が重畳されることがない。
ポンプモータ６は、電動モータに限らず油圧モータ等の他の機構のモータであっても良い。
図１３の第６の実施形態において、補助冷却ファン４８は、ラジエータ３とは別の被冷却体、例えばエアコンのコンデンサを冷却するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すもので、要部の縦断面図
【図２】冷却システムの全体を示す側面図
【図３】冷却システムの配管構成図
【図４】制御構成を示すブロック図
【図５】電磁クラッチの制御のためのフローチャート
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図４相当図
【図７】図５相当図
【図８】本発明の第３の実施形態を示す図５相当図
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図
【図１０】図４相当図
【図１１】図５相当図
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図
【図１３】本発明の第６の実施形態を示す図２相当図
【符号の説明】
【００６４】
図面中、１はエンジン、２はジャケット、３はラジエータ、４は冷却ファン、５はウォータポンプ、６はポンプモータ、１２は回転軸、１４はインペラ、２１は電磁クラッチ、２５は電磁コイル、２７はサーモバルブ、３２は制御回路（制御手段、アシスト能力検出手段、判定手段）、３３は液温センサ（温度検出手段）、３４は車速センサ、３７は周波数発電機（モータ回転数検出手段）、３８は回転数センサ（ファン回転数検出手段）、２９は一方向クラッチ、４３は磁気カップリング、４８は補助冷却ファン、４９はモータジェネレータである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の推進源であるエンジンの冷却液を循環させるためのウォータポンプと、
前記ウォータポンプを駆動するポンプモータと、
前記冷却液の温度を検出するための温度検出手段と、
前記ウォータポンプにより循環される冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを前記ポンプモータに対して断続するクラッチと、
前記冷却ファンが外風圧を受けて回転するとき、当該冷却ファンから前記ポンプモータへ回転力を付与するアシスト能力があるか否かを検出するアシスト能力検出手段と、
前記クラッチを制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、および前記温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つ前記アシスト能力検出手段が前記アシスト能力ありを検出したときには、前記クラッチを接続動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを接続し、前記温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つ前記アシスト能力検出手段が前記アシスト能力なしを検出したときには、前記クラッチを遮断動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを遮断することを特徴とする車両用エンジン冷却システム。
【請求項２】
前記アシスト能力検出手段は、
車両の速度を検出する車速センサと、
前記車速センサの検出速度が所定速度以上のとき、前記アシスト能力ありと判定し、前記車速センサの検出速度が前記所定速度未満のとき、前記アシスト能力なしと判定する判定手段とからなることを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項３】
前記アシスト能力検出手段は、
前記ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
車両の速度を検出する車速センサと、
前記車速センサの検出速度を冷却ファンの回転数に演算して、その回転数が前記モータ回転数検出手段により検出された前記ポンプモータの回転数を越えたとき、前記アシスト能力ありと判定し、前記冷却ファンの回転数が前記ポンプモータの回転数以下のとき、前記アシスト能力なしと判定する判定手段と、
からなることを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項４】
前記アシスト能力検出手段は、
前記冷却ファンの回転数を検出するファン回転数検出手段と、
前記ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
前記車両の速度を検出する車速センサと、
前記ファン回転数検出手段により検出された前記冷却ファンの回転数が前記モータ回転数検出手段により検出された前記ポンプモータの回転数を越えたとき、前記アシスト能力ありと判定し、前記車速センサが所定速度以下を検出したとき、前記アシスト能力なしと判定する判定手段とからなることを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項５】
車両の推進源であるエンジンの冷却液を循環させるためのウォータポンプと、
前記ウォータポンプを駆動するポンプモータと、
前記冷却液の温度を検出するための温度検出手段と、
前記ウォータポンプにより循環される冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを前記ポンプモータに対して断続するクラッチと、
前記温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、前記クラッチを接続動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを接続し、前記温度検出手段の検出温度が所定温度未満のとき、前記クラッチを遮断動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを遮断する制御手段と、
前記ポンプモータと前記冷却ファンとの間に設けられ、前記冷却ファンが外風圧を受けて前記ポンプモータよりも速く回転しようとするとき、当該冷却ファンを前記ポンプモータに接続し、外風圧を受けて回転する前記冷却ファンの回転数が前記ポンプモータの回転数よりも低いとき、前記冷却ファンと前記ポンプモータの前記回転軸との接続を遮断する一方向クラッチとを具備してなる車両用エンジン冷却システム。
【請求項６】
前記ポンプモータの回転数を、前記温度検出手段の検出温度の高低に応じて高低変化するように制御することを特徴とする請求項1ないし５のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項７】
前記ポンプモータの回転数を、前記冷却液の前記エンジンの入口側温度と出口側温度との差の大小に応じて高低変化するように制御することを特徴とする請求項1ないし６のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項８】
前記ポンプモータから前記ウォータポンプへの回転伝達は、磁気カップリングによることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項９】
前記ポンプモータは、前記エンジンの始動時より遅れて起動されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項１０】
前記冷却ファンとは別に、前記ラジエータまたは前記ラジエータ以外の被冷却体を冷却するための冷却ファンが設けられ、当該別の冷却ファンを駆動するモータは、当該別の冷却ファンの駆動不要時であって当該別の冷却ファンから回転力を受けるとき、発電機として機能するモータジェネレータから構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項１】
車両の推進源であるエンジンの冷却液を循環させるためのウォータポンプと、
前記ウォータポンプを駆動するポンプモータと、
前記冷却液の温度を検出するための温度検出手段と、
前記ウォータポンプにより循環される冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを前記ポンプモータに対して断続するクラッチと、
前記冷却ファンが外風圧を受けて回転するとき、当該冷却ファンから前記ポンプモータへ回転力を付与するアシスト能力があるか否かを検出するアシスト能力検出手段と、
前記クラッチを制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、および前記温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つ前記アシスト能力検出手段が前記アシスト能力ありを検出したときには、前記クラッチを接続動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを接続し、前記温度検出手段の検出温度が所定温度未満で且つ前記アシスト能力検出手段が前記アシスト能力なしを検出したときには、前記クラッチを遮断動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを遮断することを特徴とする車両用エンジン冷却システム。
【請求項２】
前記アシスト能力検出手段は、
車両の速度を検出する車速センサと、
前記車速センサの検出速度が所定速度以上のとき、前記アシスト能力ありと判定し、前記車速センサの検出速度が前記所定速度未満のとき、前記アシスト能力なしと判定する判定手段とからなることを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項３】
前記アシスト能力検出手段は、
前記ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
車両の速度を検出する車速センサと、
前記車速センサの検出速度を冷却ファンの回転数に演算して、その回転数が前記モータ回転数検出手段により検出された前記ポンプモータの回転数を越えたとき、前記アシスト能力ありと判定し、前記冷却ファンの回転数が前記ポンプモータの回転数以下のとき、前記アシスト能力なしと判定する判定手段と、
からなることを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項４】
前記アシスト能力検出手段は、
前記冷却ファンの回転数を検出するファン回転数検出手段と、
前記ポンプモータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
前記車両の速度を検出する車速センサと、
前記ファン回転数検出手段により検出された前記冷却ファンの回転数が前記モータ回転数検出手段により検出された前記ポンプモータの回転数を越えたとき、前記アシスト能力ありと判定し、前記車速センサが所定速度以下を検出したとき、前記アシスト能力なしと判定する判定手段とからなることを特徴とする請求項１記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項５】
車両の推進源であるエンジンの冷却液を循環させるためのウォータポンプと、
前記ウォータポンプを駆動するポンプモータと、
前記冷却液の温度を検出するための温度検出手段と、
前記ウォータポンプにより循環される冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを前記ポンプモータに対して断続するクラッチと、
前記温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、前記クラッチを接続動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを接続し、前記温度検出手段の検出温度が所定温度未満のとき、前記クラッチを遮断動作させて前記ポンプモータと前記冷却ファンとを遮断する制御手段と、
前記ポンプモータと前記冷却ファンとの間に設けられ、前記冷却ファンが外風圧を受けて前記ポンプモータよりも速く回転しようとするとき、当該冷却ファンを前記ポンプモータに接続し、外風圧を受けて回転する前記冷却ファンの回転数が前記ポンプモータの回転数よりも低いとき、前記冷却ファンと前記ポンプモータの前記回転軸との接続を遮断する一方向クラッチとを具備してなる車両用エンジン冷却システム。
【請求項６】
前記ポンプモータの回転数を、前記温度検出手段の検出温度の高低に応じて高低変化するように制御することを特徴とする請求項1ないし５のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項７】
前記ポンプモータの回転数を、前記冷却液の前記エンジンの入口側温度と出口側温度との差の大小に応じて高低変化するように制御することを特徴とする請求項1ないし６のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項８】
前記ポンプモータから前記ウォータポンプへの回転伝達は、磁気カップリングによることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項９】
前記ポンプモータは、前記エンジンの始動時より遅れて起動されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【請求項１０】
前記冷却ファンとは別に、前記ラジエータまたは前記ラジエータ以外の被冷却体を冷却するための冷却ファンが設けられ、当該別の冷却ファンを駆動するモータは、当該別の冷却ファンの駆動不要時であって当該別の冷却ファンから回転力を受けるとき、発電機として機能するモータジェネレータから構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の車両用エンジン冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１２６７９８（Ｐ２００８−１２６７９８Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１２８８３（Ｐ２００６−３１２８８３）
【出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（５９１００１２８２）大同メタル工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（５９１００１２８２）大同メタル工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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