JP2008037334A - ハイブリッド車両のラジエータファン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン自動停止中におけるラジエータファンの回転を抑制して省電力化を図るとともに、ラジエータファンによる騒音振動の低減を図ることができるハイブリッド車両のラジエータファン制御装置を提供する。
【解決手段】 車両の駆動源であるエンジン１および駆動モータ２と、バッテリ電力によって駆動されメインラジエータ９に送風するラジエータファン１１と、エンジン１により駆動されメインラジエータ９とエンジン１との間でエンジン冷却水を循環させるウォーターポンプ１０と、を有するハイブリッド車両において、エンジンコントローラ６は、エンジン自動停止状態が検出された場合、ラジエータファン１１の回転数を、エンジン作動時の回転数よりも低く設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両のラジエータファン制御装置の技術分野に属する。

従来のラジエータファン制御装置では、外気温度があらかじめ設定された始動外気温度よりも低く、かつ、エンジン冷却水温があらかじめ設定された始動冷却水温よりも低い場合、ラジエータファンの回転数を低下させている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５６３４５号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、ハイブリッド車両におけるアイドルストップ時やモータ単独走行時等のように、エンジン自動停止中でエンジン冷却水温が高い場合、ラジエータファンが高回転を維持し続けるため、不必要な電力消費を強いられるとともに、冷却ファンによる騒音振動を招くという問題があった。

すなわち、エンジン停止中はウォーターポンプが非作動状態であり、エンジン冷却水の循環が行われないため、ラジエータファンを高回転で運転した場合であっても、冷却効果は低く、エンジン冷却水温はほとんど低下しない。よって、エンジンが停止している間、ラジエータファンの回転数が高止まりするため、充分な省電力化を図ることができない。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、エンジン自動停止中におけるラジエータファンの回転を抑制して省電力化を図るとともに、ラジエータファンによる騒音振動の低減を図ることができるハイブリッド車両のラジエータファン制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
車両の駆動源であるエンジンおよび駆動モータと、
バッテリ電力によって駆動され、ラジエータに送風するラジエータファンと、
前記エンジンにより駆動され、前記ラジエータとエンジンとの間でエンジン冷却水を循環させるウォーターポンプと、
を有するハイブリッド車両において、
エンジン自動停止状態を検出するエンジン自動停止検出手段と、
エンジン自動停止状態が検出された場合、前記ラジエータファンの回転数を、エンジン作動時の回転数よりも低く設定するファン回転数設定手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置では、エンジン自動停止状態が検出された場合、ラジエータファンの回転数がエンジン作動時の回転数よりも低く設定される。すなわち、ウォーターポンプ停止中でラジエータファンによるエンジン冷却水の冷却効果がほとんど無い場合には、ラジエータファンの回転数を低く設定することで、不必要な電力消費を抑制しようとするものである。
この結果、エンジン自動停止中におけるラジエータファンの回転を抑制して省電力化を図るとともに、ラジエータファンによる騒音振動の低減を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のハイブリッド車両のシステム構成図である。
まず、実施例１のハイブリッド車両の駆動系を説明する。
実施例１のハイブリッド車両の駆動系は、車両の駆動源であるエンジン１および駆動モータ２と、ジェネレータ３と、インバータ４と、バッテリ５と、エンジンコントローラ６と、モータコントローラ７と、から構成されている。

エンジンコントローラ６は、運転者の駆動力要求、車速、バッテリSOC等に基づいて目標エンジントルク指令値を生成し、エンジン１を駆動制御する。
モータコントローラ７は、運転者の駆動力要求、車速、バッテリSOC、目標エンジントルク指令値等に基づいて目標モータトルク指令値を生成し、インバータ４を制御する。インバータ４は、目標モータトルク指令値に応じた駆動電流を駆動モータ２へ供給する。

インバータ４の温度は、インバータ温度センサ１６によってモニタリングされ、モータコントローラ７は、インバータ温度が所定温度を超えた場合には、目標モータトルク指令値を駆動力要求（アクセル開度）に応じた通常値よりも低い制限値まで低下させることで、駆動モータ２およびインバータ４の保護を図っている。

実施例１のハイブリッド車両では、発進時や低速走行時、緩やかな坂を下る時など、エンジン効率の悪い領域は燃料をカットして、エンジン１を止め駆動モータ２で走行する（エンジン自動停止）。
通常走行時は、図外の動力分割機構によりエンジン動力を２分割し、一方は駆動輪を直接駆動する。他方はジェネレータ３を駆動して発電し、この電力で駆動モータ２を駆動し駆動力をアシストする。
全開加速時には、バッテリ５からもパワーが供給され、さらに駆動力を追加する。
減速・制動時には、駆動輪が駆動モータ２を駆動し発電機として作動させて回生発電を行いバッテリ５に蓄えられる。

次に、上記駆動系を冷却する冷却系について説明する。
実施例１のハイブリッド車両の冷却系は、エンジン１の冷却系と、高電圧部品（駆動モータ２，ジェネレータ３，インバータ４）の冷却系とに２分されている。

エンジン１の冷却系は、エンジン冷却配管８内に封入したエンジン冷却水を、エンジン１とメインラジエータ９との間で循環供給させる。エンジン冷却水は、エンジン１の補機であるウォーターポンプ１０の駆動によりエンジン冷却配管８内上を循環している。ウォーターポンプ１０は、例えば、遠心式の渦巻き型ポンプであり、エンジン駆動時に回転するクランクプーリからのＶベルトで駆動される。

エンジン１の冷却系において、エンジン１を通過した高熱のエンジン冷却水は、メインラジエータ９を通過中、走行風および２つのラジエータファン１１からの送風により冷却される。エンジン冷却配管８には、エンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１２が設けられている。

高電圧部品の冷却系は、モータ冷却配管１３内に封入したモータ冷却水を、駆動モータ２と、ジェネレータ３と、インバータ４と、サブラジエータ１４との間で循環させる。モータ冷却水は、電動ウォーターポンプ１５の駆動によりモータ冷却配管１３上を循環している。電動ウォーターポンプ１５は、イグニッション・スイッチONにより駆動し、イグニッション・スイッチOFFにより停止する。

高電圧部品の冷却系において、駆動モータ２を通過した高熱のモータ冷却水は、サブラジエータ１４を通過中、エンジン冷却水と同様、走行風およびラジエータファン１１からの送風により冷却される。

ラジエータファン１１は、ラジエータコントローラ１７を介して供給されるバッテリ電源により駆動される。ラジエータコントローラ１７は、エンジンコントローラ６からのファン駆動指令に基づいて、ラジエータファン１１の回転数を制御する。

エンジンコントローラ６は、エンジン冷却水温やインバータ冷却水温が高温である場合、ラジエータコントローラ１７へファン駆動指令を出力してエンジン冷却水およびモータ冷却水の温度上昇を抑制する。

また、エンジンコントローラ６は、エンジン１を止め駆動モータ２で走行している状態や、アイドルストップ状態等、エンジン自動停止状態では、ラジエータファン１１の回転数を、エンジン作動時の回転数よりも低く設定することで、エンジン自動停止状態におけるバッテリ電源のロスを抑制する。なお、エンジン自動停止状態におけるラジエータファン１１の回転数低下は、車速、エンジン冷却水温等に応じて適宜実施される。

［ラジエータファン回転数設定制御処理］
図２は、実施例１のエンジンコントローラ６で実行されるラジエータファン回転数設定制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この制御処理は所定の演算周期（例えば、5ms）毎に繰り返し実行される。

ステップS1では、エンジン水温センサ１２から読み込んだエンジン冷却水温が所定温度T1以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS2へ移行し、NOの場合にはリターンへ移行する。ここで、所定温度T1は、通常のエンジンのみを駆動源とする車両において、ラジエータファン１１の運転を開始する温度である。

ステップS2では、例えば、エンジン回転数等をモニタし、エンジンON（エンジン作動中）であるか否かを判定する（エンジン自動停止検出手段）。YESの場合にはステップS6へ移行し、NOの場合にはステップS3へ移行する。

ステップS3では、エアコンONであるか否かを、エアコンアンプ１８からのエアコン作動要求の有無に基づいて判定する。YESの場合にはステップS12へ移行し、NOの場合にはステップS4へ移行する。

ステップS4では、インバータ温度センサ１６から読み込んだインバータ温度が所定温度（例えば、スイッチング素子の定格温度）以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS11へ移行し、NOの場合にはステップS5へ移行する。

ステップS5では、エンジン冷却水温が所定温度T2以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS9へ移行し、NOの場合にはステップS10へ移行する。ここで、所定温度T2は、所定温度T1よりも高い温度であり、通常のエンジンのみを駆動源とする車両において、ラジエータファンを運転開始時の回転数よりも高い回転数（高回転）で運転する下限値とする。

ステップS6では、エンジン冷却水温が所定温度T2以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS7へ移行し、NOの場合にはステップS8へ移行する。

ステップS7では、ラジエータファン１１の回転数をＡ％運転（高回転運転）に設定し、リターンへ移行する。

ステップS8では、ラジエータファン１１の回転数を、Ａ％よりも低いＢ％運転（中回転運転）に設定し、リターンへ移行する。

ステップS9では、ラジエータファン１１の回転数を、Ａ％よりも低いＣ％運転（中回転運転）に設定し、リターンへ移行する。

ステップS10では、ラジエータファン１１を停止させ、リターンへ移行する。

ステップS11では、ラジエータファン１１の回転数を、インバータ要求値（高電圧部品要求）に応じた回転数に設定し、リターンへ移行する。ここで、インバータ要求値とは、インバータ４のスイッチング素子を定格温度以下とするために必要な要求値をいう。

ステップS12では、ラジエータファン１１の回転数を、エアコン要求値（エアコン要求）に応じた回転数に設定し、リターンへ移行する。ここで、エアコン要求値とは、エアコン性能の維持に必要な要求値をいう。

実施例１では、ステップS7，ステップS8，ステップS9，ステップS10，ステップS11，ステップS12により、ラジエータファン１１の回転数を設定するファン回転数設定手段が構成される。

次に、作用を説明する。
［エンジン自動停止状態のラジエータファン回転数抑制作用］
特開２００３−５６３４５号公報には、外気温度があらかじめ設定された始動外気温度よりも低く、かつ、エンジン冷却水温があらかじめ設定された始動冷却水温（所定温度T1に相当）よりも低い場合、ラジエータファンの回転数を低下させることで、必要最小限のラジエータファンの稼働を図る技術が開示されている。

ところが、この従来技術では、ハイブリッド車両におけるアイドルストップ時やモータ単独走行時のように、エンジン自動停止中でエンジン冷却水温が高い（所定温度T2を超える）場合、ラジエータファンが高回転を維持し続けるため、不必要な電力消費を強いられるとともに、冷却ファンによる騒音振動を招くという問題があった。

図３は、実施例１のラジエータファン回転数抑制作用を示すタイムチャートであり、時点t1から時点t2の区間では、エンジン自動停止によりエンジン回転数はゼロである。ウォーターポンプは、エンジン駆動時に回転するクランクプーリからのＶベルトで駆動されるため、エンジンの停止中は非作動状態であり、エンジン冷却配管上でエンジン冷却水の循環が行われない。したがって、エンジン停止中にラジエータファンを高回転で運転した場合であっても、エンジン冷却水温の低下はほとんど望めない。

すなわち、上記従来技術では、エンジン冷却水温の低下が望めないアイドルストップ中、不必要にラジエータファンを高回転で運転することとなるため、エンジン自動停止が継続している間、ラジエータファンの回転数が高止まりし、充分な省電力化を図ることができない。

これに対し、実施例１のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置では、エンジン自動停止が検出された場合、ラジエータファン１１の回転数がエンジン作動時の回転数よりも低く設定される。すなわち、図２のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS9へと進む流れとなり、ラジエータファン１１の回転数が、エンジン水温T2以上でエンジン作動時のＡ％運転よりも低いＣ％運転とされる。

つまり、ウォーターポンプ１０の停止中でラジエータファン１１によるエンジン冷却水の冷却効果がほとんど無い場合には、ラジエータファン１１の回転数を低く設定することで、不必要な電力消費を抑制することができる。

時点t2では、エンジンが始動したため、エンジン冷却水温が所定温度T2以上である場合は、ステップS1→ステップS2→ステップS6→ステップS7へと進む流れとなり、ラジエータファン１１の回転数が最も高回転のＡ％運転とされるため、時点t3から時点t4の区間では、ラジエータファン１１によるメインラジエータ９への送風と、ウォーターポンプ１０の作動によるエンジン冷却水の循環により、エンジン冷却水温は低下している。

また、実施例１では、ステップS5でエンジン冷却水温が所定温度T2以下の場合は、ラジエータファン１１を停止する。すなわち、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS10へと進む流れとなり、ラジエータファン１１が停止される。

従来技術では、ウォーターポンプ１０の停止中でラジエータファン１１によるエンジン冷却水の冷却効果がほとんど無く、かつ、エンジン冷却水温が低い場合（T1以上、かつ、T2以下）には、ラジエータファンを中回転（例えば、Ｂ％運転）で運転していた。これに対し、実施例１では、エンジン冷却水温が低いエンジン自動停止時には、ラジエータファン１１を停止させるため、エンジン冷却水温の上昇を伴うことなく、電力消費をより低減することができる。

［エアコン要求に応じたラジエータファン回転数設定作用］
実施例１では、エンジン自動停止中にエアコンアンプ１８からエアコン作動要求が有った場合、ラジエータファン１１の回転数をエンジン作動時の回転数に設定する。すなわち、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS12へと進む流れとなり、ラジエータファン１１の回転数が、エアコン要求値に応じた回転数とされる。

エアコン作動中は、空調性能維持のために、エンジンルーム内のコンデンサを冷却する必要がある。よって、エアコン作動中はラジエータファン１１をエアコン要求値に応じた回転数に保つことで、空調の冷却性能を確保することができる。

［インバータ要求に応じたラジエータファン回転数設定作用］
実施例１では、インバータ温度が所定温度を超えた場合、ラジエータファン１１の回転数をエンジン作動時の回転数に設定する。すなわち、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS11へと進む流れとなり、ラジエータファン１１の回転数が、インバータ要求値に応じた回転数とされる。

インバータ温度がスイッチング素子の定格温度を超えた状態が継続した場合、駆動モータ２の性能低下や高電圧部品の破損を招くおそれがある。よって、インバータ温度が高温である場合には、ラジエータファン１１をインバータ要求値に応じた高回転に保つことで、サブラジエータ１４を冷却し、高電圧部品の熱信頼性を確保することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 車両の駆動源であるエンジン１および駆動モータ２と、バッテリ電力によって駆動され、メインラジエータ９に送風するラジエータファン１１と、エンジン１により駆動され、メインラジエータ９とエンジン１との間でエンジン冷却水を循環させるウォーターポンプ１０と、を有するハイブリッド車両において、エンジン自動停止状態を検出するエンジン自動停止検出手段（ステップS2）と、エンジン自動停止状態が検出された場合、ラジエータファン１１の回転数を、エンジン作動時の回転数よりも低く設定するファン回転数設定手段（ステップS9，ステップS10）と、を備える。これにより、エンジン自動停止中におけるラジエータファン１１の回転を抑制して省電力化を図るとともに、ラジエータファン１１による騒音振動の低減を図ることができる。

(2) ファン回転数設定手段（ステップS10）は、エンジン冷却水の温度が所定温度T2以下の場合、ラジエータファン１１を停止するため、エンジン冷却水温の上昇を伴うことなく、電力消費をより低減することができる。

(3) ファン回転数設定手段（ステップS7）は、エンジン自動停止中にエアコン作動要求があった場合、ラジエータファン１１の回転数をエアコン要求値に応じた回転数に設定するため、空調の冷却性能を確保し、車室内環境の悪化を防止することができる。

(4) ファン回転数設定手段（ステップS7）は、エンジン自動停止中にインバータ４の温度が所定温度を超えた場合、ラジエータファン１１の回転数をインバータ要求値に応じた回転数に設定するため、高電圧部品の熱信頼性を確保することができる。

実施例２では、エンジンルーム内に充分な走行風を流入できない低車速域で走行している場合、ラジエータファンを停止させずに低い回転数で運転する例である。
なお、実施例２のシステム構成については図１に示した実施例１と同一であるため、図示ならびに説明を省略する。

［ラジエータファン回転数設定制御処理］
図４は、実施例２のエンジンコントローラ６で実行されるラジエータファン回転数設定制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、図２の各ステップと同一の処理を行うステップには、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ステップS13では、車速が所定車速以下であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS14へ移行し、NOの場合にはステップS10へ移行する。ここで、所定車速とは、ラジエータファン１１を停止した場合であっても、エンジンルーム内の温度上昇を伴わない、またはエンジンルーム内の部品に熱的な影響が及ばない速度とする。

ステップS14では、ラジエータファン１１のＢ％よりも低いＤ％運転（低回転運転）に設定し、リターンへ移行する。

実施例２では、ステップS7，ステップS8，ステップS9，ステップS10，ステップS11，ステップS12，ステップS14により、ラジエータファン１１の回転数を設定するファン回転数設定手段が構成される。

次に、作用を説明する。
［低速走行時のラジエータファン回転継続作用］
実施例２では、現在の車速が、ラジエータファン１１を停止した場合、エンジンルーム内の温度上昇を伴う、またはエンジンルーム内の部品に熱的な影響が及ぶ速度以下である場合、ラジエータファン１１を停止させずにＤ％運転させる。すなわち、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS13→ステップS14へと進む流れとなり、ラジエータファン１１がＤ％運転とされる。

エンジンルーム内に充分な走行風を流入できない低車速域で走行している状態では、ラジエータファン１１を停止させた場合、エンジンルーム内の温度上昇およびエンジンルーム内の部品に熱的な影響を及ぼすことがある。よって、低速走行中はラジエータファン１１を停止させずにＡ〜Ｃよりも低いＤ％運転させることで、エンジンルーム内の熱信頼性を確保しつつ、燃費向上を図ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例２のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(4)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(5) ファン回転数設定手段（ステップS12）は、車速が所定車速以下である場合、ラジエータファン１１を停止させずにＤ％運転するため、エンジンルーム内の熱信頼性を確保しつつ、燃費向上を図ることができる。

(6) ラジエータファン１１を停止させるしきい値である所定車速を、ラジエータファン１１を停止した場合であっても、エンジンルーム内の温度上昇を伴わない、またはエンジンルーム内の部品に熱的な影響が及ばない速度に設定したため、エンジンルーム内の熱信頼性をより高めることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

実施例１のハイブリッド車両のシステム構成図である。 実施例１のエンジンコントローラ６で実行されるラジエータファン回転数設定制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のラジエータファン回転数抑制作用を示すタイムチャートである。 実施例２のエンジンコントローラ６で実行されるラジエータファン回転数設定制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 駆動モータ
３ ジェネレータ
４ インバータ
５ バッテリ
６ エンジンコントローラ
７ モータコントローラ
８ エンジン冷却配管
９ メインラジエータ
１０ ウォーターポンプ
１１ ラジエータファン
１２ エンジン水温センサ
１３ モータ冷却配管
１４ サブラジエータ
１５ 電動ウォーターポンプ
１６ インバータ温度センサ
１７ ラジエータコントローラ
１８ エアコンアンプ

Claims (7)

1. 車両の駆動源であるエンジンおよび駆動モータと、
   バッテリ電力によって駆動され、ラジエータに送風するラジエータファンと、
   前記エンジンにより駆動され、前記ラジエータとエンジンとの間でエンジン冷却水を循環させるウォーターポンプと、
   を有するハイブリッド車両において、
   エンジン自動停止状態を検出するエンジン自動停止検出手段と、
   エンジン自動停止状態が検出された場合、前記ラジエータファンの回転数を、エンジン作動時の回転数よりも低く設定するファン回転数設定手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置において、
   前記ファン回転数設定手段は、エンジン冷却水の温度が所定温度以下の場合、前記ラジエータファンを停止することを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置において、
   前記ファン回転数設定手段は、車速が所定車速以下である場合、前記ラジエータファンを停止しないことを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。
4. 請求項３に記載のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置において、
   前記所定車速を、前記ラジエータファンを停止した場合であっても、エンジンルーム内の温度上昇を伴わない、またはエンジンルーム内の部品に熱的な影響が及ばない速度に設定したことを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置において、
   前記ファン回転数設定手段は、エンジン自動停止中にエアコン作動要求があった場合、前記ラジエータファンの回転数をエアコン要求に応じた回転数に設定することを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両のラジエータファン制御装置において、
   前記ファン回転数設定手段は、エンジン自動停止中に高電圧部品の一部の温度が所定温度を超えた場合、前記ラジエータファンの回転数を高電圧部品要求に応じた回転数に設定することを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。
7. 車両の駆動源であるエンジンおよび駆動モータと、
   バッテリ電力によって駆動され、ラジエータに送風するラジエータファンと、
   前記エンジンにより駆動され、前記ラジエータとエンジンとの間でエンジン冷却水を循環させるウォーターポンプと、
   を有するハイブリッド車両において、
   エンジン自動停止状態が検出された場合、前記ラジエータファンの回転数をエンジン作動時の回転数よりも低く設定し、バッテリ電力を抑制することを特徴とするハイブリッド車両のラジエータファン制御装置。

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