JP2003206743A - 内燃機関の冷却システム用のファンの制御装置 - Google Patents

内燃機関の冷却システム用のファンの制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関のエネルギと燃料の消費を低減す
る、内燃機関の冷却システムのファンの制御装置を提供
すること 【解決手段】 ファンを駆動する粘性カップリング１
と、設定点温度と冷却システムの実際の温度とが供給さ
れる制御ユニット３とを有する制御装置は、制御ユニッ
ト３の下流側に接続されたリミッタ４を備える。リミッ
タ４は、出力速度の入力速度に対する比を指定可能な限
度よりも小さく保持する。実際の冷却剤温度が制御ユニ
ット３の設定点温度よりも高い指定可能な臨界温度を越
えると、オーバーヒート保護ロジック６はリミッタ４の
動作を不能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１のジェネ
リックな請求項による、内燃機関の冷却システム用のフ
ァンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】粘性カップリング（流体カップリング）
によって駆動される送風機即ちファンを有する車両のた
めの内燃機関の冷却システムにおいては、公知のよう
に、冷却システムの温度は、結合の滑り量が制御ユニッ
トによって制御されることで調整される。冷却の必要が
増すにつれ、結合の係合度、即ち、出力速度の入力速度
に対する比は増大する。しかしながら、この比が増すに
つれ、即ち、滑り量が減少するにつれ、結合チャンバか
ら粘性カップリングを外すために、また、結合の係合度
を所要の低い値へ低減させるために必要とされる時間は
増大する。高係合度での粘性カップリングの時間遅れ
は、ファンが内燃機関の負荷の減少時にも不必要に回り
続けるという欠点を有する。こうして回り続けることに
より、内燃機関を不利なほどに冷却し、エネルギと燃料
を余計に消費する結果となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題に
鑑みて提案されたものであり、本発明は、上記の欠点を
除去するとともに内燃機関のエネルギと燃料の消費を低
減する、内燃機関の冷却システム用のファンの制御装置
を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記の
目的は請求項１の特徴を有する制御装置によって達成さ
れる。本発明の有利な実施の形態は従属請求項に記載さ
れている。
【０００５】本発明は、ファンの速度を低下させる際の
時間遅れは、出力速度の入力速度に対する比の或る値よ
り大きい場合にのみ重大であるという事実を利用する。
したがって、リミッタを用いて、出力速度の入力速度に
対する比（即ち係合）を指定可能な限度、即ち、ファン
の時間遅れが大幅に増す限度よりも小さく保持する。こ
うした滑り制限により、内燃機関の通常の運転期間にお
いては冷却は何の影響も受けない。これは、平均的な内
燃機関性能の所要の冷却容量が、リミッタが活動状態に
なる値よりも小さい値を取り続けるからである。
【０００６】内燃機関の負荷が大きくて内燃機関の温度
が上昇し、滑り制限により絞られた冷却容量が十分では
なくなったならば、本発明によれば、オーバーヒート保
護部が活動状態になってリミッタを動作不能にし、粘性
カップリングの係合、即ち、出力速度の入力速度に対す
る比を滑り制限の指定可能な限度よりも大きい値にす
る。したがって、エネルギと燃料の不要な消費を伴うフ
ァンの不利な連続的回転は、大きな冷却容量が実際に必
要とされる数少ない場合にしか発生しない。
【０００７】本発明の有利な実施の形態においては、フ
ァンは制御ユニットによって制御され、制御ユニットに
は、冷却システムの設定点温度と冷却システムの測定さ
れた実際の温度とが供給される。この制御ユニットの下
流側には、出力速度の入力速度に対する比が指定可能な
限度よりも小さい限りは制御ユニットが通常のように活
動状態であるよう、リミッタが接続される。この限度を
越えると、リミッタは出力速度の入力速度に対する比が
更に上昇するのを防止し、ファンの性能を制限する。下
流側にリミッタが接続された制御ユニットと並列に、冷
却システムの測定された実際の温度がオーバーヒート保
護部へ供給される。オーバーヒート保護部に対しては、
制御ユニットに対して指定される設定点温度よりも高い
臨界温度が指定される。この臨界温度を越えると、優先
ロジックが制御ユニットによるファンの制御を不能に
し、ファンは出力速度の入力速度に対する比が１００％
へと向かう最大係合まで増速される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す例により本発明
を詳細に説明する。図１は、本発明による、車両の内燃
機関の冷却システムのためのファンの制御システムを示
すブロック図である。
【０００９】ファン（図示せず）は粘性カップリング
（ファン・クラッチ１）により駆動される。ファンの速
度は、粘性カップリング（ファン・クラッチ１）を介す
る内部高速制御ループにおいて制御される。この目的の
ために、所望値（要求）として設定点速度が与えられる
結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）が使
用される。測定されたファン速度は、結合制御ユニット
（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して制御ループを
介して実際のファン速度値として供給される。
【００１０】冷却剤の温度を制御するため、ファンは内
燃機関の冷却システムに対して作用する。冷却システム
の冷却剤温度が測定され、測定された冷却剤温度は制御
ユニット（ＰＩＤガバナ３として設計されている）に対
して実際の値として供給される。冷却システムの温度に
対する設定点はこの制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）に
与えられる。ずれに依存して、この制御ユニット（ＰＩ
Ｄガバナ３）は結合制御ユニット（ファン・クラッチ・
ガバナ２）に対して設定点として制御信号（要求）を与
える。
【００１１】この制御信号（要求）は、制御ユニット
（ＰＩＤガバナ３）の下流側に接続され且つ入力速度の
ｘ％への制限を行うリミッタ４及び優先ロジック５を介
して結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）
へ運ばれる。
【００１２】内燃機関速度（と、必要によってはトラン
スミッション比と）の結果である粘性カップリング（フ
ァン・クラッチ１）の入力速度が、リミッタ４へ与えら
れる。リミッタ４は、結合制御ユニット（ファン・クラ
ッチ・ガバナ２）に対する補正変数として制御ユニット
（ＰＩＤガバナ３）から与えられる速度の設定点を、入
力速度のｘ％という指定可能な限度へ制限する。即ち、
補正変数として制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から与
えられる所望入力速度の方が、入力速度のｘ％という指
定可能な限度よりも小さい限り、リミッタ４は、制御ユ
ニット（ＰＩＤガバナ３）から供給されたこの所望入力
速度を、変更することなく結合制御ユニット（ファン・
クラッチ・ガバナ２）に送る。しかしながら、補正変数
として制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から供給される
所望入力速度が入力速度のｘ％という限度を上回ると、
リミッタ４は、入力速度のｘパーセントという限度を設
定点速度（要求）として結合制御ユニット（ファン・ク
ラッチ・ガバナ２）に供給する。
【００１３】冷却システムにおいて測定された冷却剤温
度は、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）とオーバーヒー
ト保護ロジック６とに並列に与えられる。オーバーヒー
ト保護ロジック６は、測定された冷却剤温度と指定可能
な臨界温度とを比較する。この臨界温度は、冷却システ
ムの設定点温度よりも高いが、内燃機関及び／又は冷却
システムの損傷を生じる冷却剤温度よりも低い。測定さ
れた冷却剤温度が上記指定可能な臨界温度を越えると、
オーバーヒート保護ロジック６は、最大入力速度に対応
する所望入力速度値（要求）を優先ロジック５を介して
結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に供
給する。
【００１４】オーバーヒート保護ロジック６からの信号
が存在しない限り、優先ロジック５は、リミッタ４を介
して制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から送られた入力
速度の信号を結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガ
バナ２）に供給する。オーバーヒート保護ロジック６か
ら信号が到来すると、優先ロジック５は該信号を結合制
御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に送り、制
御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から到来する信号は阻止
される。
【００１５】上記制御装置の動作を説明するため、図２
を参照する。同図において、ファンの測定された時間遅
れ（単位は秒）は、パーセントで表された、出力速度の
入力速度に対する比（係合）の関数としてプロットされ
ている。この時間遅れは、所望入力速度値が結合制御ユ
ニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）から除去された
後に粘性カップリング（ファン・クラッチ１）の出力速
度が１／ｅへ、即ち６３％だけ低減されるまでの時間幅
として定義される。
【００１６】図２に示すように、出力速度の入力速度に
対する比が７５％から９０％へ増大すると、時間遅れは
約６秒から１０秒へとわずかに増加する。しかし、比が
９０％を越えると、時間遅れは急激な増加を示し、比が
例えば９７％になると時間遅れは約３８秒まで増大す
る。本発明によると、リミッタ４の動作過程において、
９０％（ｘ％）という限度、即ち、時間遅れが急激な上
昇を示す領域よりも下にある領域内に限度を指定するこ
とができる。
【００１７】本発明の制御装置の動作は図３により一層
明瞭になる。図３においては、ファン速度が冷却剤温度
の関数としてプロットされている。冷却剤温度が低い
と、ファンは一定の低いアイドル速度で回転する（アイ
ドル速度でのファン・クラッチ）。冷却システムの温度
が設定点温度（ＰＩＤガバナ３の設定点）に達すると直
ちに、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）は活動状態にな
る。制御装置は、粘性カップリング（ファン・クラッチ
１）の出力速度とファンの速度とを制御することによ
り、冷却剤温度を、指定された設定点（冷却システムの
温度に対する設定点）において一定に保持する。この範
囲では、制御装置は内燃機関の正常動作状態、即ち、車
両の大部分の走行動作期間にある。
【００１８】内燃機関に特別に負荷がかかって冷却剤が
一層加熱されると、入力速度の例えば９０％というリミ
ッタ４による指定された限度を越える、結合制御ユニッ
ト（ファン・クラッチ・ガバナ２）の設定点速度が必要
になる。こうして滑り制限が活動状態になり、結合制御
ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して指定
された設定点速度を、例えば９０％という指定された滑
り限度に保持する。リミッタ４の動作に起因してファン
速度は増加しないので、冷却剤温度は制御ユニット（Ｐ
ＩＤガバナ３）の設定点よりも高い値まで上昇すること
ができる。
【００１９】次いで、冷却剤温度が、オーバーヒート保
護ロジック６に対して指定された臨界温度（保護ロジッ
ク切り換え点）よりも上まで上昇すると、オーバーヒー
ト保護ロジック６は、優先ロジック５を介して結合制御
ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して、好
ましくは最大速度よりも大きい所望入力速度を指定す
る。粘性カップリングの出力速度の入力速度に対する比
は、物理的に可能な最大値、例えば、入力速度の９７％
の値を取る。したがって、最小の滑りにおける粘性カッ
プリングは最大の係合状態となり、ファンは最大の可能
な冷却容量を提供する。
【００２０】冷却剤温度が再びオーバーヒート保護ロジ
ック６の臨界温度（保護ロジック切り換え点）よりも小
さくなると、オーバーヒート保護ロジック６は出力信号
を与えず、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）は、時間遅
れを伴うファン速度の低減後に、リミッタ４とともに活
動状態になる。
【００２１】
【発明の効果】以上、実施の形態についてこれまで説明
したところから明らかなように、本発明においては、出
力速度の入力速度に対する比をリミッタ４によって制限
するので、オーバーヒート保護ロジック６の臨界温度よ
りも低い温度範囲においては、ファンの長い時間遅れと
それに関連するエネルギ損失及び燃料消費が回避され
る。長い時間遅れという欠点は、内燃機関の負荷が過大
である例外的な場合にしか発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御装置全体のブロック図である。
【図２】出力速度の入力速度に対する比（係合）に対す
るファンの時間遅れの依存を示すグラフである。
【図３】冷却システムの温度の関数として本発明にした
がって制御されたファンの出力速度を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500124378 Ｐｏｗｅｔｒａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ 3800 Ａｕｔｏｍａｔｉ ｏｎ Ａｖｅｎｕｅ Ｓｕｉｔｅ 100, Ａｕｂｕｒｎ Ｈｉｌｌｓ，Ｍｉｃｈｉｇ ａｎ 48326−1782 Ｕ．Ｓ．Ａ (72)発明者 トーマス・ブコルツ ドイツ連邦共和国デー−88709 メーアス ブルク，ヨハン−フーグリン−ヴェーク ２

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両の内燃機関の冷却システムのための
    ファンを制御する装置であって、前記ファンを駆動する
    粘性カップリング（ファン・クラッチ）と、設定点温度
    （前記冷却システムの温度の設定点）及び測定された実
    際の温度（冷却剤温度）が供給される制御ユニット（Ｐ
    ＩＤガバナ）とを備えた制御装置において、 リミッタが、前記粘性カップリングの出力速度の入力速
    度に対する比（係合）を指定可能な限度（入力速度のｘ
    ％）よりも小さく保持し、 前記冷却システムの前記実際の温度（冷却剤温度）が前
    記設定点温度（前記冷却システムの温度の設定点）より
    も高い指定可能な臨界温度（保護ロジック切り換え点）
    を越えるとき、オーバーヒート保護ロジックが、前記リ
    ミッタとは独立に、前記比の最大値において前記粘性カ
    ップリングを制御することを特徴とする制御装置。
  2. 【請求項２】 前記制御ユニットがＰＩＤ制御ユニット
    （ＰＩＤガバナ）であることを特徴とする、請求項１記
    載の制御装置。
  3. 【請求項３】 前記リミッタが前記制御ユニット（ＰＩ
    Ｄガバナ）の下流側に接続され、 前記比が前記指定可能な限度（入力速度のｘ％）よりも
    小さいとき、前記リミッタが、前記粘性カップリングの
    所望入力速度として、前記制御ユニット（ＰＩＤガバ
    ナ）の補正変数を出力し、 前記指定可能な限度（入力速度のｘ％）を越えたとき、
    前記リミッタが、前記粘性カップリング（ファン・クラ
    ッチ）に対して、前記指定可能な限度に対応する所望入
    力速度を供給する、ことを特徴とする、請求項１又は２
    に記載の制御装置。
  4. 【請求項４】 前記実際の温度（冷却剤温度）が前記制
    御ユニット（ＰＩＤガバナ）と前記オーバーヒート保護
    ロジックとへ並列に供給されることを特徴とする、請求
    項１〜３のいずれか一つに記載の制御装置。
  5. 【請求項５】 前記制御ユニット（ＰＩＤガバナ）の制
    御信号が、前記リミッタ及び前記オーバーヒート保護ロ
    ジックにより、前記オーバーヒート保護ロジックが制御
    信号を出力するときに滑り制限によって前記制御ユニッ
    ト（ＰＩＤガバナ）の制御信号を阻止する優先ロジック
    を介して、前記粘性カップリング（ファン・クラッチ）
    に対して供給されることを特徴とする、請求項１〜４の
    いずれか一つに記載の制御装置。
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