JP2005214155A

JP2005214155A - ファンクラッチ制御装置

Info

Publication number: JP2005214155A
Application number: JP2004025138A
Authority: JP
Inventors: Kiyomasa Tanaka; 中清雅田
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】ファンクラッチ制御における各種システムの異常に対応すること、及び始動時における要求に対処することができるファンクラッチ制御装置の提供。
【解決手段】ラジエータ（２）に関する各種パラメータに基づいてファンクラッチ（４）を接続制御するＰＷＭ信号の指示値を決定する制御手段（１１）と、ファンクラッチ制御システムにおける異常を検知する異常検知手段（１２）と、異常が検知された際にファンクラッチ（４）を接続制御するＰＷＭ信号の指示値を決定する異常時制御手段（１３）とを、或いはエンジン始動時であるか否かを判定する始動判定手段（１４）と、エンジン始動時にはファンクラッチを断切制御するＰＷＭ信号を指示値とする始動時制御手段（１５）とを備え、決定されたＰＷＭ信号の指示値によりファンクラッチの接続を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のラジエータ冷却用ファンの駆動を接続／断切制御する技術に関する。

従来、自動車エンジンの冷却水温度の制御、ラジエータ冷却用ファンの回転動力の削減、或いは騒音の低減といった観点から、ファンとエンジンとの回転伝達機構にファンクラッチを介装し、その接続／断切によってファン駆動の制御が行われている。

なお、ファンクラッチの接続／断切の手段、或いはその制御手段については各種あり、電子的に制御する手段としては、例えば、クラッチの構成部品であるソレノイドの制御をＰＷＭ（パルス幅変調）信号（例えば、ＰＷＭ＝０％でクラッチ接続、ＰＷＭ＝１００％でクラッチ断切）により制御することも行われている。

従来技術において、機械式のファンクラッチの場合であれば、メカニカル的に、電子コントロール式ファンクラッチの場合であれば、制御を用いてファンを直接方向に制御する。

エンジン始動時には、始動性能や暖機特性の向上などのため、ファンクラッチを断切しておくことが好ましい。従来は、始動時におけるかかる要求に対しては、単に水温に基づいて制御されるだけであって積極的に始動性能の向上に対処は行われていなかった。

その他にも、ＰＷＭ信号により制御して、水温その他の運転状態に対応してファンクラッチの接続を制御する技術は開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、かかる技術では上記従来技術の問題点を解消することは出来ない。
特開平９−２７２３２２号公報

本発明は上記の従来技術における問題点に対処するために提案されたものであり、ファンクラッチ制御におけるシステムの各種異常に対応すること、及び始動時における要求に対処することができるファンクラッチ制御装置の提供を目的としている。

本発明のファンクラッチ制御装置は、自動車のラジエータ冷却用ファン（３）にエンジン（１）からの回転を伝達する伝達系統に設けられたファンクラッチ（４）の接続・断切を制御するファンクラッチ制御装置において、自動車のラジエータ（２）に関する各種パラメータに基づいてファンクラッチ（４）の接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定するＰＷＭ値指示手段（１１）と、ファンクラッチ制御システムにおける異常を検知する異常検知手段（１２）と、異常が検知された際にファンクラッチ（４）の接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定する異常時制御手段（１３）とを備え、決定されたＰＷＭ信号の指示値によりファンクラッチの接続を制御する（請求項１）。
ここで、ラジエータに関する各種パラメータとは、エンジン回転数、ファン回転数、冷却水温度、燃料噴射量などである。

また、本発明のファンクラッチ制御装置は、自動車のラジエータ冷却用ファン（３）にエンジン（１）からの回転を伝達する伝達系統に設けられたファンクラッチ（４）の接続・断切を制御するファンクラッチ制御装置において、自動車のラジエータ（２）に関する各種パラメータに基づいてファンクラッチの接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定するＰＷＭ値指示手段（１１）と、エンジン始動時であるか否かを判定する始動判定手段（１４）と、エンジン始動時にはファンクラッチを断切制御するＰＷＭ信号を指示値とする始動時制御手段（１５）とを備え、決定されたＰＷＭ信号の指示値によりファンクラッチの接続を制御する様に構成されている（請求項２）。

或いは、本発明において、前記ＰＷＭ値指示手段（１１）は、エンジン回転数と指示噴射量とからファンクラッチの接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定する制御特性（マップ、特性線図）を複数種類記憶している記憶手段（１６）を備え、それらの複数種類の制御特性のそれぞれが対応する冷却水温度範囲は互いに重複しない様に設定されており、検出された冷却水温度に対応して前記複数種類の制御特性の何れを用いるかを決定し、かつ上記制御特性のいずれの温度範囲にも該当しない冷却水温度の場合には隣接する温度範囲の２つの制御特性及び比例勾配に従ってＰＷＭ信号の指示値を決定する様に構成されているのが好ましい（請求項３）。

そして、前記ＰＷＭ信号の指示値が所定値以上の増加又は減衰となった場合に急変を防ぐ除変制御手段（１８）を有しているのが好ましい（請求項４）。

上記構成による本発明（請求項１）によれば、異常検知がされた際にそれに対応してファンクラッチを接続制御するＰＷＭ信号を発生する様に構成されており、異常時に対処する制御マップを準備しておくことで、例えば水温センサやその検出信号伝達系統に異常が発生して正確な冷却水温度が制御装置に伝達されないような事態が発生した場合においても、その異常時の制御マップに従いＰＷＭ信号が出力されてファンクラッチが制御される。従って、制御不能による冷却水温度の異常変動が防止でき、過熱によってエンジンがダメージを受けるなどの不具合の発生が防止される。

また、エンジン始動時であるか否かを判定する判定手段と、エンジン始動時にはファンクラッチを断切制御するＰＷＭ信号を発生する様に構成されている本発明（請求項２）によれば、始動時においては冷却用ファンの駆動が停止され、エンジン始動性能を向上すると共に暖機性能も向上し、冷却水温度が定常運転状態温度まで昇温するのを促進することが出来る。

そして、エンジン回転数及び指示噴射量とファンクラッチ接続を制御するＰＷＭ値との関係を指示する制御特性（マップ或いは特性図）を複数種類記憶している記憶手段を備え、冷却水温度に対応して前記複数種類の制御特性の何れを用いるかを決定する様に構成し、又、それらの制御特性の中間の温度範囲であれば、比例勾配によってＰＷＭ値を決定する様にすれば（請求項４）、冷却水温度に適応したより適切で精度の高い制御が実現出来る。

更に、ＰＷＭの指示値が急激に変化（増加又は減少）した場合に、徐変制御を行うことで（請求項５）、制御の急変によってファンやエンジンに衝撃が加わって損傷したり、或いは騒音を発したりする様なことが未然に防止出来る。

又、従来のファンクラッチにおいては、接続／断切の制御に冷却水温度を検出してフィードバック制御を行っていたが、本発明では、冷却水温度の変化の要因となる燃料噴射量の変化をもパラメータに含めてファンクラッチ接続の最適制御を行っており、その制御はより確実であり、かつ滑らかな制御運転が出来る。

以下、添付図面を参照して本発明の最良の実施形態の説明をする。

図１は、本発明の一実施形態の構成を模式的に示している。
図において、エンジン１の前方にラジエータ２が配設されており、両者間には、エンジン１の前面にファンクラッチ４を介してファン３が取付けられている。又、冷却水の管路５は、エンジン１から出て水温センサ６を介装してラジエータ２に至り、そしてラジエータ２から出て再びエンジン１に戻る循環路を構成している。

一方、符号７、８はそれぞれファン回転センサ、エンジン回転センサを示し、前記水温センサ６、及びこれらのセンサ７、８からそれぞれ制御ユニット（ＥＣＵ）１０に配線されて検出信号が送られている。更に、制御ユニット１０には、図示されない燃料噴射制御手段から指示噴射量を算出しており、これらの信号を基にファンクラッチ４のソレノイドを制御するＰＷＭ信号が出力される様に構成されている。

そして、図２に示すように、ファンクラッチ４を制御するＰＷＭ信号は、ファンクラッチ接続時はＰＷＭ＝０％であり、その上図に示すようにバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力され、又、ファンクラッチ断切時はＰＷＭ＝１００％であって、下図に示すように出力電圧は０である。
なお、この例では、ＰＷＭ信号の周波数は１Ｈｚであり、例えば、ＰＷＭ＝５０％は、中図に示すように、周期１０００ｍｓ中の５００ｍｓが電圧Ｖ_ＢＡＴＴで出力される。

次に、このファンクラッチの制御システム（以下、システムという）の構成と各要素間に連なる制御（或いは情報）の流れの態様について図３に示すブロック図を参照して説明する。
ＰＷＭ値指示手段１１には、水温センサ６から冷却水温度、エンジン回転センサ８からエンジン回転数、そして燃料噴射制御手段から指示噴射量がそれぞれ入力されており、その制御手段１１には、エンジン回転数と指示噴射量からＰＷＭ指示値を算出する複数種類（図示例では、低温、中温，及び高温の３種類）の制御特性線図（以下、マップという）を記憶している記憶手段１６を有している。そして、エンジン回転数および指示噴射量の情報から記憶手段１６内のマップによってＰＷＭ指示値が算出され、それらを水温の情報によって選択し、その結果は始動時制御手段１５に出力される。

一方、始動判定手段１４には、エンジン回転センサ８からエンジン回転数が入力されて始動時であるか否か判定され、その情報が前記始動時制御手段１５に入力され、その制御結果のＰＷＭ指示値が、次の異常時制御手段１３に入力される。
更に、異常検知手段１２には、水温センサ６から水温、ファン回転センサ７からファン回転数がそれぞれ入力されて異常か否かの判定が行われ、その結果が異常時制御手段１３に入力される。異常時制御手段１３では、その結果によって指示値が前記始動時制御手段１５からのものとするか、フェール時（異常時）マップにするかを判定し、次の徐変手段１８に出力する。

その徐変手段１８では、徐変制御が必要か否かの判定をし、必要ならば徐変制御を行い、そして最終ＰＷＭ指示値を決定する。
本システムでは、以上の各制御の流れに従って、最終ＰＷＭ指示値を決定し、ファンクラッチ４へ出力する様に構成されている。

次に、本システムによる、ファンクラッチ４の接続制御（以下、「接続制御」の表現には、断切の制御をも含む）の態様を以下に説明する。
先ず、異常検知手段１３及び異常時制御手段１４における異常の検出及びその判定制御には、図４に示す様なファンクラッチ制御の許可フラグを設けて制御する。
すなわち、水温フラグ（後記する）＝１
水温センサ６の異常なし
ファンクラッチソレノイドの異常（断線又はショート）なし
ファン回転センサ７の異常なし
システムの異常（後記する）なし
の各条件が「ａｎｄ条件」で成立した場合には、許可フラグ＝１とし、通常のファンクラッチ接続制御を行う。
また、水温フラグ＝０
水温センサ６の異常
ファン回転センサ７の異常検出
システムの異常
の各条件が「ｏｒ条件」で成立した場合には、許可フラグ＝０とし、異常時の制御マップ（図５に一例を示す）によってファンクラッチ４の接続制御を行う。
尚、ファンクラッチ４のソレノイド異常時（断線又はショート）は、ＰＷＭ＝０％（通電カット）固定とする。

上記図４の制御条件における「水温フラグ」は、図６に示す様に設定温度（閾値）がＡ値とＢ値のヒステレシス値を持った閾値で規定される。

また、上記図４の制御条件における「ファン回転センサ７（その伝達系を含む）の異常」の判定は、図７に示す様に、
エンジン回転数≧設定値
ファン回転センサ７の入力なし
の各条件が「ａｎｄ条件」にて、所定設定時間で成立時に「ファン回転センサのエラー」と判定する。
そして、このエラーからの復帰の判定は、
エンジン回転数≧設定値
ファン回転センサ７の入力あり
の各条件が「ａｎｄ条件」にて、所定設定時間で成立時に「ファン回転センサのエラー復帰」と判定する。

そして、上記図４の制御条件における「システムの異常」の判定は、図８に示す様に、
ＰＷＭ＝０％
ファン回転＜所定最小回転数（図９に最小回転数の一例を示す）
の各条件が「ａｎｄ条件」にて、所定設定時間で成立時に「システム異常」と判定する。
そして、この「エラー」からの復帰の判定は、
ＰＷＭ＝０％
ファン回転≧所定最小回転数（図９参照）
の各条件が「ａｎｄ条件」にて、所定設定時間で成立時に「ファンクラッチ異常からのエラー復帰」と判定する。

次に、始動判定手段１４と始動時制御手段１５とによる始動時制御について説明する。
この始動時制御は、エンジン回転条件フラグ（後記にて説明する）に基づき始動判定手段１４が始動時制御の範囲であるか否か（フラグが１か０か）判定し、始動時と判断した場合に、ＰＷＭを一定値に固定する制御が行われる。
この始動時制御の判断は、図１０及び図１１に示す条件により行われる。すなわち、始動時制御の突入条件は、図１０に示す様に、エンジン回転条件フラグ＝１が成立していれば、ＰＷＭ＝［設定値］固定とする。ここで、エンジン回転条件フラグは図１１に基づいて設定される。
そして、始動時制御の解除条件は、図１０に示す様に、エンジン回転条件フラグ＝０であって、この条件が成立すれば始動時制御を解除する。

ここで、エンジン回転条件フラグは、図１１に示すように、エンジン回転数によって判定され、図示の例では、回転上昇時には「目標アイドル回転数−Ａｒｐｍ」、回転下降時には「目標アイドル回転数−Ｂｒｐｍ」に設定された設定値（閾値）で判定され、それより高回転側ではエンジン回転条件フラグ＝０、低回転側ではエンジン回転条件フラグ＝１としている。

次に、制御手段１１におけるＰＷＭ信号の指示値の決定に関し、このＰＷＭ信号の指示値は、その一例を図１２に示すように制御マップによってエンジン回転数及び指示噴射量から求められる。この制御マップは、複数種類の冷却水温度範囲のものが準備されており、それらの中から選択する３次元のマップとなっている。

そして、各制御マップは、それぞれ冷却水温度範囲が重複しないように設定されており、検出された冷却水温度が、それらのマップの温度範囲の中間であっていずれのマップにも該当しない場合には、図１３に示すように、比例勾配によって算出する。
すなわち、図１３では、横軸に冷却水温度が採られており、ＴＷ１以下は低温マップ、ＴＷ２〜ＴＷ３は中温マップ、ＴＷ４以上は高温マップであって、各マップ間は図示のように比例勾配を用いて算出している。

この制御手段１１から出力されたＰＷＭ指示値は、前記始動判定手段１４及び異常検知手段１２の判定によっては異常時制御マップに切り替えられることになるが、以下の徐変制御手段１８を経て最終指示値となり、ファンクラッチ４に出力されて接続制御が行われる。

徐変制御手段１８においては、以上の手順で決定されたＰＷＭ指示値が、その制御が急変していないかの判定がされる。
この徐変制御への判定条件は、図１４に示す様に、突入条件は、
ＰＷＭ指示値が、（設定値）／２０ｍｓｅｃ以上増加した場合、
ＰＷＭ指示値が、（設定値）／２０ｍｓｅｃ以上減衰した場合、
の各条件が「ｏｒ条件」で成立した場合である。
そして、解除条件は、
徐変開始から（設定値）以上経過
｜マップ算出値−徐変値｜≦（設定値）
の各条件が「ｏｒ条件」で成立した場合である。
そして、徐変処理は、
増加側徐変値は、（設定値）／２０ｍｓｅｃ
減水側徐変値は、（設定値）／２０ｍｓｅｃ
の値で徐々に変化をさせる。

徐変制御の一例が図１５に示されており、ここで横軸は経過時間、縦軸は出力されるＰＷＭ指示値であり、点線で示されているような急激な増加或いは減衰の指示値の入力に対し、実線で示すように、徐変停止閾値まで段階的に増加又は減衰させて急激な変化を避けて出力する様になっている。

次に、上記各制御によるファンクラッチ制御の流れの一例を、図１６のフロー図を参照して説明する。
ＰＷＭ値指示手段１１の記憶手段１６には、複数の冷却水温度範囲に対する制御マップを記憶しておく（ステップＳ０）。各センサから情報を取得し（ステップＳ１）、ＰＷＭ値指示手段１１において水温データから該当する制御マップが選択され、エンジン回転数及び、燃料噴射制御手段より入力された指示噴射量ｑから前記選択された制御マップに基づき、ＰＷＭの指示値が求められる（ステップＳ２）。なお、この際、或るマップの制御範囲から他のマップの制御範囲への切り替わり範囲であれば、比例勾配によってＰＷＭ指示値が求められる。エンジン回転数が始動判定手段１４に入力されて始動時か否か判定され（ステップＳ３）、始動時と判定（エンジン回転条件フラグ＝１）されたなら始動時制御手段１５によりファンクラッチ４はＯＦＦとし（ステップＳ７）、ステップＳ５に進む。エンジン回転条件フラグ＝０であれば異常検知手段１２に進んで許可フラグの判定を行い（ステップＳ４）、許可フラグ＝０であれば異常時制御手段１３において異常時マップを選択する（ステップＳ８）。許可フラグ＝１であればＰＷＭ指示値はそのまま、共に徐変手段１８に進む。徐変手段１８では徐変制御の突入条件の適否を判定し、突入条件を満たしていれば徐変制御を行い、条件を満たしていなければそのままとし（ステップＳ５）、そのＰＷＭ指示値を最終指示値として出力する（ステップＳ６）。
エンジンを停止しないのであれば（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ１に戻り、エンジンを停止すれば（ステップＳ７がＹＥＳ）制御を終了する。

なお、ここに示した制御のフローは一例であり、制御内容のステップ区分、及びその実行順序は必ずしもここに示したものでなくてもよい。（例えば、異常検知や始動判定の順序はこの例以外でも成立する。）

本発明の一実施形態の構成を示す模式図。ファンクラッチを制御するＰＷＭ信号を説明する図。システムの構成および制御流れを説明するブロック図ファンクラッチ接続制御条件を示す。異常と判断された場合の制御マップの一例を示す。水温フラッグの判定条件を示すグラフ。ファン回転センサの異常の判定条件を示す。ファンクラッチシステムの異常の判定条件を示す。図８の判定に使用する最小回転数のマップの一例を示す。始動判定条件を示す。図１０のエンジン回転条件フラグの判定グラフ。エンジン回転数及び指示噴射量からＰＷＭ値を出力するマップの一例を示す。比例勾配による算出を説明する図。徐変制御の判定条件を示す。徐変制御の一例を示す図。制御の流れを示すフロー図。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・ラジエータ
３・・・ファン
４・・・ファンクラッチ
５・・・冷却水管路
６・・・水温センサ
７・・・ファン回転センサ
８・・・回転センサ
１０・・・制御ユニット
１１・・・制御手段
１２・・・異常検知手段
１３・・・異常時制御手段
１４・・・指導判定手段
１５・・・始動時制御手段
１６・・・記憶手段
１８・・・徐変制御手段

Claims

自動車のラジエータ冷却用ファンにエンジンからの回転を伝達する伝達系統に設けられたファンクラッチの接続・断切を制御する装置において、自動車のラジエータに関する各種パラメータに基づいてファンクラッチの接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定するＰＷＭ値指示手段と、ファンクラッチ制御システムにおける異常を検知する異常検知手段と、異常が検知された際にファンクラッチの接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定する異常時制御手段とを備え、決定されたＰＷＭ信号の指示値によりファンクラッチの接続を制御する様に構成されていることを特徴とするファンクラッチ制御装置。
自動車のラジエータ冷却用ファンにエンジンからの回転を伝達する伝達系統に設けられたファンクラッチの接続・断切を制御するファンクラッチ制御装置において、自動車のラジエータに関する各種パラメータに基づいてファンクラッチの接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定するＰＷＭ値指示手段と、エンジン始動時であるか否かを判定する始動判定手段と、エンジン始動時にはファンクラッチを断切制御するＰＷＭ信号を指示値とする始動時制御手段とを備え、決定されたＰＷＭ信号の指示値によりファンクラッチの接続を制御する様に構成されていることを特徴とするファンクラッチ制御装置。
前記ＰＷＭ値指示手段は、エンジン回転数と指示噴射量とからファンクラッチの接続制御をするＰＷＭ信号の指示値を決定する制御特性を複数種類記憶している記憶手段を備え、それらの複数種類の制御特性のそれぞれが対応する冷却水温度範囲は互いに重複しない様に設定されており、検出された冷却水温度に対応して前記複数種類の制御特性の何れを用いるかを決定し、かつ上記制御特性のいずれの温度範囲にも該当しない冷却水温度の場合には隣接する温度範囲の２つの制御特性及び比例勾配に従ってＰＷＭ信号の指示値を決定する様に構成されている請求項１、２の何れかのファンクラッチ制御装置。
前記ＰＷＭ信号の指示値が所定値以上の増加又は減衰となった場合に制御の急変を防ぐ徐変制御手段を有している請求項１〜３の何れか１項のファンクラッチ制御装置。