JP2006077783A - 冷却ファンの断続的制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却ファンを駆動するための寄生動力を減少させてエンジン効率を高めること。
【解決手段】マイクロプロセッサ４０と、該マイクロプロセッサ４０に電気的に接続されたメモリ９５と、ラジエータ４５を通して空気を吸引するエンジン冷却ファン５５とを備え、該エンジン冷却ファン５５は、マイクロプロセッサ４０に電気的に接続される。エンジン燃焼シリンダにエンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃが接続され、マイクロプロセッサ４０に電気的に接続される。ラジエータ４５には冷媒温度センサー８０が取り付けられ、マイクロプロセッサに電気的に接続される。吸気マニホルド６５に吸気マニホルド圧力センサー７０が設けられ、マイクロプロセッサに電気的に接続される。マイクロプロセッサ４０は、冷媒温度センサー８０、吸気マニホルド圧力センサー７０、及びエンジン速度センサー８５からの入力の関数として、またエンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃへの出力の関数としてエンジン冷却ファン５５を係合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの電子制御に関する。特に本発明は、所定のパラメータに応答して冷却ファンを選択的にオン・オフするエンジン冷却ファンの電子制御に関する。

エンジンの電子制御は従来から知られている。この種のエンジン制御の代表的なものは、エンジンパラメータのセンサーから信号を入力し、燃料噴射信号又は燃料供給信号を出力して、所定の燃料供給スケジュールに基づいて燃料をエンジンシリンダに導入するものである。エンジンファンは、ベルト及びプーリ又は他の手段を介してエンジンにより駆動される。回転する冷却ファンは、ラジエータを通して空気を吸引し、ラジエータが該ラジエータ内の冷媒の熱を空気に伝達することによりエンジン冷媒から熱を取り出して、該エンジン冷媒の温度を経過させる。このようにして、エンジンファンはエンジンを正常な作動温度に維持する。
ターボチャージャーを備えたエンジンでは、空気対空気アフタクーラーを通して空気を吸引するためにファンがしばしば使用される。ファンはアフタクーラーを通して空気を吸引し、ターボチャージャーを出て吸気マニホルドに入る前の圧縮空気の温度を低下させる。このようにして、吸気マニホルドに入る空気を正常な作動温度に維持することができる。
この冷却ファンを作動させるに必要な動力はエンジンの有効出力に寄与しないので、寄生動力と呼ばれることがある。したがって、エンジンの全体としての効率を改善するために、冷却ファンを作動させるのに必要な動力を減少させるか、又はエンジンを正常作動温度に維持するのにファンが必要でない状況ではファン駆動の動力を完全になくすことが望ましい。

本発明は、エンジンの電子制御に伴うこの問題及び他の問題を解決することを課題とする。

本発明の一態様は、内燃エンジンに使用さる制御装置を提供するものである。この制御装置は、マイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサに電気的に接続されたメモリ装置と、ラジエータを通して空気を吸引するエンジン冷却手段とを備え、該エンジン冷却手段は、マイクロプロセッサに電気的に接続される。エンジン燃焼シリンダにエンジンブレーキが接続され、マイクロプロセッサに電気的に接続される。ラジエータには冷媒温度センサーが取り付けられ、マイクロプロセッサに電気的に接続される。吸気マニホルドに吸気マニホルド圧力センサーが設けられ、マイクロプロセッサに電気的に接続される。マイクロプロセッサは、冷媒温度センサー、吸気マニホルド圧力センサー、及びエンジン速度センサーからの入力の関数として、またエンジンブレーキへの出力の関数としてエンジン冷却手段を係合させる。
本発明の他の態様は内燃エンジンに使用される電子式ファン制御装置を作動させる方法に関する。この方法は、エンジン速度信号を第１所定エンジン速度値に対応する値と比較し、エンジン速度信号が該第１所定エンジン速度値に対応する値を越えることに応答してエンジン冷却手段を解除することからなる。

図１を参照すると、この図には本発明の電子式ファン制御装置の好ましい例がブロック図で示されている。この冷却ファン制御装置１０は、内燃エンジン１５を有し、このエンジン１５は変速機２５及び駆動軸３０を介して駆動輪２０又は他の駆動手段に結合されている。当業者に周知のように、エンジン動力は変速機２５及び駆動軸３０を通して差動装置又は他の装置（図示せず）に伝達され、この差動装置又は他の装置は、駆動軸３０からの動力を駆動輪２０又は他の駆動手段に伝達して駆動輪２０を回転させ、車両を推進する。代表的には、この種の装置は、変速機２５に付随する複数の歯車比間の変速を行う変速機制御装置を備える。この変速機制御装置は周知であり、これ以上の説明は省略する。
エンジン１５はホース５０を介してラジエータ４５に接続され、該ホース５０を通してエンジン冷媒が流通する。冷却ファン５５がファンクラッチ６０を介してエンジン１５に結合されている。周知のように、冷却ファン５５はラジエータ４５を通して空気を吸引し、エンジン冷媒から熱を取り出してエンジン冷媒とエンジンの温度を低下させる。

冷却ファン制御装置１０は電子コントローラ３５を備えており、このコントローラは本実施例ではマイクロプロセッサ４０である。
エンジン１５はターボチャージャー１６を備えてもよい。ターボチャージャー１６は導管２２を介して空気フィルター１７に接続されている。ターボチャージャー１６は空気フィルター１７から空気を吸引し、該ターボチャージャー１６の出口側に高圧空気を形成する。この圧縮空気は、導管１９を経て空気対空気アフタクーラー２０に流れ、該アフタクーラー２０が周知のように圧縮空気の温度を低下させる。冷却された圧縮空気は導管２１を経て吸気マニホルド６５に流入する。吸気マニホルド６５は、空気又は空燃混合気をターボチャージャー又は気化器（図示せず）から個々のエンジンシリンダに導入する。吸気マニホルド６５には吸気マニホルド圧力センサー７０と吸気温度センサー７５が設けられる。吸気マニホルド圧力センサー７０は、「ブースト」すなわち吸気マニホルド６５内の空気圧の関数である電気信号を形成する。このブースト圧信号は線７１を介してマイクロプロセッサ４０に入力される。多くの適当な圧力センサーが知られており、本発明においては、それらのいずれを使用してもよい。

同様に、吸気マニホルド温度センサー７５は吸気マニホルド６５内の空気の温度の関数である電気信号を形成する。この空気温度信号は、線７６を介してマイクロプロセッサ４０に入力される。多くの温度センサーが知られており、本発明の冷却ファン制御装置では、それらのいずれを使用してもよい。
ラジエータ４５に冷媒温度センサー８０が取り付けられている。冷媒温度センサー８０はエンジン冷媒温度の関数としての電気信号を形成する。エンジン冷媒温度信号は、電線８１を通してマイクロプロセッサ４０に入力される。
エンジンにはエンジン速度センサーが取り付けられており、このセンサーがエンジン速度の関数としての電気信号を形成する。このエンジン速度信号は、電線８６を通してマイクロプロセッサ４０に入力される。多くの適当なエンジン速度センサーが知られており、本発明においては、そのいずれを使用してもよい。
エンジン１５にはエンジンブレーキ９０が取り付けられている。好ましい例では、このエンジンブレーキ９０は複数の個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃを含む。各個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃは２つのエンジンシリンダに組み合わされている。以下に本発明を３個の個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃを有する例に付いて説明するが、本発明の趣旨から外れることなく、３個以下または３個以上の個別エンジンブレーキを採用することも容易にできる。このエンジンブレーキは、当業者に周知で、商業的に入手できる。このエンジンブレーキの代表的なものとしては、圧縮工程でピストンがエンジンシリンダ内の空気を圧縮し、膨張工程前に圧縮空気を排出する形式のもがある。圧縮空気は、エンジンシリンダから排気バルブを通して放出され、蓄えたエネルギが膨張工程中にピストンに戻される前に、該エネルギを放出する。商業的なエンジンブレーキとして多くのものがあり、本発明においてはいずれの形式を使用してもよい。

個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃはマイクロプロセッサ４０より制御される。マイクロプロセッサ４０は個別ブレーキ信号を電線９１ａ、ｂ、ｃを通して個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃに出力し、個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃを係合させる。個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃは、エンジンブレーキ計画に沿って個別に、又は一体として係合させることができる。このようなエンジンブレーキ計画は業界で周知であり、それ自体は本発明の一部を構成するものではない。したがって、ブレーキ計画の詳細はこれ以上説明しない。
本発明の好ましい実施例では、３つのレベルのエンジンブレーキを使用することができる。これらのレベルは、低ブレーキモード、中ブレーキモード、高ブレーキモードである。低ブレーキモードでは、エンジンブレーキ作動中に個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃの一つのみを係合させる。中ブレーキモードでは、エンジンブレーキ作動中に個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃの２つを係合させる。高ブレーキモードでは、エンジンブレーキ作動中に３個の個別エンジンブレーキ９０ａ、ｂ、ｃの全部を係合させる。
図１に示すように、マイクロプロセッサ４０は電気コネクタ９６を介してメモリ装置９５に接続されている。図１にはマイクロプロセッサ４０とメモリ９５を別の装置として示してあるが、メモリを含むマイクロプロセッサは業界で知られている。本発明は、マイクロプロセッサと別体のメモリ装置を使用するもののみに限るものではなく、メモリを含むマイクロプロセッサを使用することも本発明の範囲に含まれる。

図２及び図３を参照すると、この図には、マイクロプロセッサ４０に組み込まれたソフトウエア制御のフローチャートが示されている。このフローチャートに示されたソフトウエアは、この実施例のマイクロプロセッサに特に適したものである。このソフトウエアは、該マイクロプロセッサの指示書に従えば、このフローチャートに基づき当業者により容易に作成できる。
ブロック２００では、マイクロプロセッサ４０は、エンジン速度センサー８５からのエンジン速度信号が第１エンジン速度値（FPESV ）を越えるエンジン速度に相当するかどうか、を判断する。エンジン速度信号がFPESV を越えると、制御はブロック２００からブロック３００に進む。ブロック３００では、マイクロプロセッサは、第１信号を電線６１を介してファンクラッチ６０に出力し、ファン５５を解除する。本発明の好ましい実施例では、マイクロプロセッサは、電線６１を介して第１信号又は第２信号をファンクラッチ６０に出力する。このうち、第１信号は、ファンクラッチ６０を作動させてファン５５をエンジン１５から切り離すに十分な電圧レベルに相当する。第２信号は、ファンクラッチ６０を非作動にしてファン５５をエンジン１５に係合させる電圧レベルに相当する。制御はブロック３００からブロック４００に進み、ここでソフトウエアの制御はメインプログラムに戻される。

エンジン速度信号がFPESV より低い場合には、ソフトウエア制御はプログラム２００からブロック２１０に進む。ブロック２１０では、マイクロプロセッサはエンジン速度信号が第２所定エンジン速度値（SPESV ）より低いかどうか、を判断する。エンジン速度信号が上述の値SPESV より低いエンジン速度に対応しない場合には、制御はブロック２１０からブロック３１０に進む。ブロック３１０では、マイクロプロセッサ４０は冷却ファン５５の作動状態を変化させない。したがって、ソフトウエア制御がブロック３１０に進む前に冷却ファン５５が係合している場合には、ファンはブロック３１０の間中、係合状態に維持される。同様に、ソフトウエア制御がブロック３１０に進む前にファンの係合が解除さている場合には、ファン５５は解除状態に維持される。ブロック３１０から制御はブロック４００に進み、さらにメインプログラムに戻る。
エンジン速度がSPESV より低いエンジン速度に対応する場合には、制御はブロック２１０からブロック２２０に進む。ブロック２２０では、マイクロプロセッサは、冷媒温度センサー８０又は電線８１が故障かどうか、を判断する。冷媒温度センサーが故障の場合には、冷媒温度信号が正常電圧範囲の外になることがある。冷媒温度センサーの信号が正常範囲より低い場合には、冷媒温度センサー又はその電線に故障がある、と推定される。そして、マイクロプロセッサは冷媒温度センサー故障信号を発生し、次いで制御はブロック２２０からブロック３２０に進む。ブロック３２０では、マイクロプロセッサは第２信号をファンクラッチ６０に出力し、ファンクラッチ６０を非作動にしてファン５５を係合させる。制御は、ブロック３２０からブロック４００に進み、次いでメインプログラムに戻される。

ブロック２２０で冷媒温度センサー故障がない場合には、ソフトウエア制御はブロック２３０に進む。ブロック２３０では、マイクロプロセッサは、冷媒温度信号が第１所定冷媒温度（FPCT）より大きな冷媒温度に相当するかどうか、を判断する。好ましい実施例では、このFPCT値は約９０℃の冷媒温度に相当する。しかし、他の値を使用することもできる。エンジン冷媒温度がFPCTを越えると、制御はブロック３２０に進む。ブロック３２０では、マイクロプロセッサは第２信号を出力し、この信号はファンクラッチ６０を非作動として冷却ファン５５を係合させる。ブロック３２０からソフトウエア制御はブロック４００に進み、メインプログラムに戻される。冷媒温度センサー信号がほぼFPCTより低い値に相当する場合には、制御はブロック２３０からブロック２４０に進む。
ブロック２４０では、マイクロプロセッサは吸気マニホルド温度センサー７５により形成された空気温度信号が第３吸気マニホルド温度値（TIMTV ）より高い温度に相当するかどうか、を判断する。好ましい実施例においては、このTIMTV は約８７℃の温度に相当するが、他の値を使用することもできる。吸気マニホルド温度センサーからの信号がTIMTV より高い温度に相当する場合には、制御はブロック２４０からブロック３２０に進む。ブロック３２０では、マイクロプロセッサは第２信号を出力し、この信号がファンクラッチ６０を非作動としてファン５５を係合させる。その他の場合には、制御はブロック２４０からブロック２５０に進む。

ブロック２５０においては、マイクロプロセッサは吸気マニホルド温度制御７５により形成された空気温度信号が第１吸気マニホルド温度値（FIMTV ）より高い温度に相当するかどうか、及びブースト圧信号がFPBVを越えるブースト圧に相当するかどうか、を判断する。両方の条件が満たされると、制御はブロック３２０に進む。ブロック３２０では、マイクロプロセッサは第２信号をファンクラッチ６０に出力し、この信号はファンクラッチ６０を非作動として冷却ファン５５を係合させる。ソフトウエア制御は、ブロック３２０からブロック４００に進んでメインプログラムに戻される。両方の条件が満たされないと、制御はブロック２５０からブロック２６０に進む。
ブロック２６０においては、マイクロプロセッサは、エンジンブレーキが高ブレーキモードで作動しており、その状態で第１所定時間（FPT ）以上にわたり保持されているかどうか、及び冷媒温度信号が第２所定冷媒温度（SPCT ）を越える冷媒温度に相当するかどうか、を判断する。これらの条件が満たされると、ソフトウエア制御はブロック３２０進む。ブロック３２０では、マイクロプロセッサは第２信号をファンクラッチ６０に出力し、この信号がファンクラッチ６０を非作動として冷却ファン５５を係合させる。ソフトウエア制御は、ブロック３２０からブロック４００進み、メインプログラムに戻される。両方の条件が満たされないと、制御はブロック２６０からブロック２７０に進む。

ブロック２７０においては、マイクロプロセッサは、エンジン速度センサー８５により形成されたエンジン速度信号が第２所定時間（SPT ）以上にわたり第３所定エンジン速度値（TPESV ）を越えるエンジン速度値に相当するかどうか、を判断する。両方の条件が満たされないと、ソフトウエア制御はブロック３２０に進む。ブロック３２０においては、マイクロプロセッサは第２信号をファンクラッチ６０に出力し、この信号がファンクラッチ６０を非作動として冷却ファン５５を係合させる。ソフトウエア制御は、ブロック３２０からブロック４００に進み、メインプログラムに戻される。エンジン速度信号がSPT 以上にわたりTPESV を越えるエンジン速度に相当すると、制御はブロック２７０からブロック２８０に進む。
ブロック２８０では、マイクロプロセッサは次の条件(a) ないし(e) が満たされているかどうか、を判断する。
(a) 冷媒温度がTPCTより低いか
(b) マニホルド温度センサー故障がないか
(c) マニホルド温度がSIMTV より低いか
(d) ファンがTPT 以上にわたりオンであったか
(e) エンジン冷媒温度がFoPCT より低いか、又はエンジンブレーキが高ブレーキモードで係合していないか
ここに、TPCT及びFoPCT はそれぞれ第３及び第４所定冷媒温度を、SIMTV は第２吸気マニホルド温度を、TPT は第３所定時間を、それぞれ表す。条件(a) ないし(e) が満たされると、ソフトウエア制御はブロック３００に進む。このブロック３００においては、マイクロプロセッサ４０が第１信号を出力し、この信号がファンクラッチ６０を作動状態とし、冷却ファン５５の係合を解除する。一方、条件(a) ないし(e) が満たされていないと、ソフトウエア制御はブロック３１０に進む。ブロック３１０では、ファンの作動状態が同じ状態に維持される。ソフトウエア制御は、ブロック３１０からブロック４００に進み、メインプログラムに戻される。

（効果）
以上述べたように、冷却ファン５５を係合させることで動力がエンジンから引き出される。冷却ファンを作動させるのに必要なこの動力は、エンジンを作動させるために内部で消費されるもので、車両又は他の装置を駆動するのに使用されるものではないので、この動力を寄生動力と呼ぶことがある。エンジン冷却が十分な状態でファンをオフにすることにより、本発明は冷却ファンに必要な寄生動力を大幅に減少させることができ、エンジン性能を高め、燃料消費を減少させ、エンジン出力を高めることができるなど、幾多の効果を奏する。

本発明の冷却ファン電子制御装置の好ましい例を示す概略図である。 本発明の冷却ファン電子制御装置のマイクロプロセッサに組み込まれるソフトウエアの一部を示すフローチャートである。 本発明の冷却ファン電子制御装置のマイクロプロセッサに組み込まれるソフトウエアの残りを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 冷却ファン電子制御装置
１５ エンジン
２０ 駆動輪
２５ 変速機
３５ 電子制御装置
４０ マイクロプロセッサ
４５ ラジエータ
５５ 冷却ファン
６０ ファンクラッチ
６５ 吸気マニホルド
７０ 吸気マニホルド温度センサー

Claims (7)

1. 複数の燃焼シリンダと、吸気マニホルドと、ラジエータと、マイクロプロセッサと、メモリ装置と、前記マイクロプロセッサに電気的に接続され前記ラジエータを通して空気を吸引するエンジン冷却手段と、前記マイクロプロセッサに電気的に接続されたエンジン速度センサーと、を備える内燃エンジンに使用する電子ファン制御装置を作動させる方法であって、
   前記エンジン速度信号を第１所定エンジン速度値に対応する値と比較し、
   前記エンジン速度信号が前記第１所定エンジン速度値に対応する前記値を越えたことに応答して前記エンジン冷却手段を解除する、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載した方法であって、前記燃焼シリンダの少なくとも１つにエンジンブレーキが組み合わされ、かつ前記マイクロプロセッサに電気的に接続され、前記ラジエータに冷媒温度センサーが取り付けられ、前記マイクロプロセッサに電気的に接続されており、該方法は、
   前記冷媒温度センサーから冷媒温度信号を入力し、
   前記冷媒温度信号を第１所定冷媒温度に対応する値と比較し、
   前記冷媒温度信号を高温限界及び低温限界と比較し、
   前記冷媒温度信号が前記高温限界より高いか、又は前記低温限界より低いことに応答して冷媒温度センサー故障信号を発生し、
   前記エンジン速度信号をアイドル速度に対応する値と比較して、前記エンジン速度信号が第２所定時間以上にわたりアイドル速度に対応する値を越えたことに応答してエンジン運転信号を発生し、
   エンジンブレーキレベルを高ブレーキレベルと中ブレーキレベルと低ブレーキレベルから選択し、
   冷媒温度信号があり、該冷媒温度信号が前記第２所定冷媒温度の値より小さくて、前記冷却手段が第１所定時間より長く係合しており、前記エンジン運転信号があることに応答して前記エンジン冷却手段を解除させる、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載した方法であって、
   前記冷媒温度センサーから冷媒温度信号を入力し、
   前記冷媒温度信号を高温限界及び低温限界と比較し、
   前記エンジン速度信号を第２所定エンジン速度値と比較し、
   前記冷媒温度信号が前記高温限界より高いか、又は前記低温限界より低いこと応答して冷媒温度センサー故障信号を発生し、
   前記エンジン速度信号が前記第２所定エンジン速度値より小さく、冷媒温度センサー故障信号がある状態に応答して前記エンジン冷却手段を係合させる、
   段階を含むことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載した方法であって、
   前記冷媒温度センサーから冷媒温度信号を入力し、
   前記冷媒温度信号を第１所定温度と比較し、
   前記エンジン速度信号を第２所定エンジン速度信号と比較し、
   前記エンジン速度信号が前記第２所定エンジン速度値より低く、前記冷媒温度信号が前記第１所定冷媒温度を越えることに応答して前記エンジン冷却手段を係合させる、
   段階を含むことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載した方法であって、前記電子ファン制御装置が吸気マニホルド圧センサー及び吸気マニホルド温度センサーを含み、該方法が、
   前記吸気マニホルド圧センサーからのブースト圧信号を入力し、
   前記ブースト圧信号を第１所定ブースト圧値と比較し、
   前記吸気マニホルド温度センサーから吸気マニホルド温度信号を入力し、
   前記吸気マニホルド温度信号をマニホルド温度高異常値及びマニホルド温度低異常値と比較し、
   前記吸気マニホルド温度が前記マニホルド温度高異常値より高いか、又は前記マニホルド低異常値より低いことに応答して吸気マニホルド温度センサー故障信号を発生し、
   前記エンジン速度信号を第２所定エンジン速度信号と比較し、
   前記エンジン速度信号が前記第２所定エンジン速度信号より低く、前記吸気マニホルド温度センサー故障信号が存在し、前記ブースト圧信号が前記第１所定ブースト圧値を越えることに応答して前記エンジン冷却手段を係合させる、
   段階を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載した方法であって、
   高ブレーキレベルと中ブレーキレベルと低ブレーキレベルからエンジンブレーキレベルを選択し、
   前記エンジン速度信号を第２所定エンジン速度と比較し、
   前記冷媒温度センサーから冷媒温度信号を入力し、
   前記冷媒温度信号を第２所定冷媒温度に対応する値と比較し、
   前記エンジン速度が前記第２所定エンジン速度より小さく、前記エンジンブレーキが前記高レベルで第１所定時間以上係合しており、前記冷媒温度が第２所定冷媒温度値を越えることに応答して前記エンジン冷却手段を係合させる、
   段階を含むことを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載した方法であって、
   前記エンジン速度をアイドル速度に対応する値と比較して、前記エンジン速度が第２所定持続時間以上にわたりアイドル速度より低いことに応答してエンジン非運転信号を発生し、
   前記エンジン速度信号を第２所定エンジン速度に対応する値と比較し、
   前記エンジン速度信号が前記第２所定エンジン速度に対応する前記値より低く前記エンジン非運転信号が存在することに応答して前記エンジン冷却手段を係合させる、
   段階を含むことを特徴とする方法。

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