JP2008088859A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動送風機のブラシ付きモータを延命できる制御を実行するエンジン冷却装置を提供する。
【解決手段】エンジン冷却装置は、ラジエータ３と、ラジエータ３と車両のエンジン１とを連絡して冷却水が循環するように設けられた冷却水回路６と、ブラシレスモータを有し、冷却水回路６に冷却水を強制的に循環させる電動ポンプ２と、ブラシ付きモータを有し、ラジエータ３へ冷却風を供給する電動送風機４と、電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの全体に対する運転比率を制御する制御装置１４と、電動送風機４の運転時間を用いて演算される電動送風機４の推定寿命時間に応じてその運転比率を下げるか否かを判定する寿命時間判定部８と、を備える。制御装置１４は、電動送風機４の運転比率を下げると判断された場合には、当該運転比率を下げて電動ポンプ２の運転比率を上げるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジンを冷却する冷却水をラジエータとエンジンとの間で循環させるエンジン冷却装置に関する。

従来、この種のエンジン冷却装置としては、エンジンの冷却水を強制的に循環させる電動ポンプと、ラジエータに冷却風を供給する電動送風機と、を冷却水温度が目標温度となるように制御するとともに、さらに両者の消費動力の和が最小になる運転比率でそれぞれを制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２０７８４６号公報

上記特許文献１のエンジン冷却装置において、電動ポンプとして比較的寿命の長いブラシレスモータを使用し、電動送風機として安価なブラシ付きモータを使用する場合には、両者の消費動力の和が最小になるような運転比率でそれぞれの運転を継続すると、ブラシの磨耗により電動送風機が電動ポンプよりも先に故障してしまう可能性が高い。そして、ブラシの磨耗によるモータの停止は、エンジンの冷却性能を確保する観点から問題となっていた。

一方、電動送風機のモータにブラシレスモータを使用した場合には、機械的整流機構がなくなってメンテナンスフリーとなり、磨耗の問題はなくなるが、代わりに電流切替え、や電力供給のための電子部品が外部に必要となりコストを要するという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電動送風機のブラシ付きモータを延命できる制御を実行するエンジン冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下に記載の技術的手段を採用する。すなわち、エンジン冷却装置にかかる第１の発明は、エンジン（１）の冷却水が循環する冷却水回路（６）と、冷却水回路（６）に設けられ、冷却水を冷却するラジエータ（３）と、冷却水回路（６）に設けられ、ブラシレスモータによって駆動され、冷却水を循環させる電動ポンプ（２）と、ブラシ付きモータによって駆動され、ラジエータ（３）へと冷却風を供給する電動送風機（４）と、電動ポンプ（２）の運転比率、および電動送風機（４）の運転比率を制御して冷却水の温度を制御する制御装置（１４）と、電動送風機（４）の運転時間を用いて演算される電動送風機（４）の推定寿命時間に応じて、電動送風機（４）の運転比率を下げるか否かを判定する寿命時間判定部（８）と、を備えており、
制御装置（１４）は、寿命時間判定部（８）により電動送風機（４）の運転比率を下げると判断された場合には、電動送風機（４）の運転比率を下げて電動ポンプ（２）の運転比率を上げるように制御することを特徴としている。

運転比率は、ブラシ付きモータとブラシレスモータの消費電力の和（総合電力）に対する各モータ（ブラシ付きモータ、ブラシレスモータ）の消費電力の比率である。

この発明によれば、ブラシ付きモータの寿命が近づいたときにその運転効率を下げて、ブラシレスモータを有する電動ポンプの運転比率を上げることにより、ブラシの磨耗を抑えてブラシ付きモータを延命させることができる。また、ブラシ付きモータを延命させることにより、路上故障などの予期しない故障を低減することができる。

また、上記寿命時間判定部（８）は、所定のロータ回転速度毎に検出された電動送風機（４）の運転時間を用いて推定寿命時間を演算することが好ましい。この発明によれば、電動送風機が複数の風量モードを有して運転される場合には、その風量毎における寿命時間を推定することができ、ブラシ付きモータのブラシの劣化状況をさらに高い精度で検出することができる。

また、上記制御装置（１４）は、寿命時間判定部（８）により電動送風機（４）の運転比率を下げると判断された場合には、この判断に至る情報を記憶することが好ましい。この発明によれば、電動送風機が寿命時間に近づいているという情報が制御装置に記憶されているので、これを車両のダイアグ情報としてメンテナンス時に取り出して、部品交換時期などに活用することができ、路上故障などの予期しない故障を低減することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示
すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１から図３を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかるエンジン冷却装置の構成を示す構成図である。

図１に示すように、本実施形態のエンジン冷却装置は、水冷式の内燃機関であるエンジン１のウォータージャケットと連通するラジエータ３と、ラジエータ３と車両のエンジン１とを連絡して冷却水が循環するように設けられた冷却水回路６と、ブラシレスモータによって駆動されて冷却水回路６に冷却水を強制的に循環させる電動ポンプ２と、ブラシ付きモータによって駆動されてラジエータ３へ冷却風を供給する電動送風機４と、電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの全体に対する運転比率を制御する制御装置１４と、を備えている。電動ポンプ２の運転比率は、ブラシ付きモータとブラシレスモータの消費電力の和（総合電力）に対するブラシレスモータの消費電力の比率である。電動送風機４の運転比率は、ブラシ付きモータとブラシレスモータの消費電力の和（総合電力）に対するブラシ付きモータの消費電力の比率である。

エンジン冷却装置は、また、電動送風機４の運転時間を用いて演算される電動送風機４の推定寿命時間に応じてその運転比率を下げるか否かを判定する寿命時間判定部８を備えている。なお、電動ポンプ２と電動送風機４は、冷却水回路６にそれぞれ複数個設けてもよい。

冷却水回路６は、エンジン１内部のウォータージャケット、電動ポンプ２、ラジエータ３、ウォータージャケットの順に形成される回路を構成し、基本的な冷却水循環経路である。この冷却水循環経路において、ウォータージャケットで高温になった冷却水は、電動ポンプ２によって強制的にラジエータ３に送られ、ラジエータ３で電動送風機４による冷却風により放熱され、再びエンジン１に戻ることになる。

ラジエータ３の出口側は、冷却水回路６を介してエンジン１のウォータージャケットに連通し、ラジエータ３の出口側とエンジン１の入口側との間には水温センサ５が設けられている。ラジエータ３の入口側は、冷却水回路６を介してエンジン１のウォータージャケットに連通し、ラジエータ３の入口側とエンジン１の出口側との間には電動ポンプ２が設けられている。

電動ポンプ２は、ブラシレスモータを有するポンプであり、電力供給や電流の切替えを行う電子部品（制御基板）を外部に必要とする。電動ポンプ２は、制御装置１４の回転速度制御部１１が制御量としてのデューティを可変することによって、回転速度、ポンプ吐出量を任意に制御できるように構成されている。このデューティは、電動送風機４を含めた全体の運転比率に対する電動ポンプ２の運転比率に相当する。

電動送風機４は、ブラシ付きモータを有する送風機であり、ブラシにより電力供給を行う機械的整流機構を備えている。電動送風機４は、電動ポンプ２と同様に、制御装置１４の回転速度制御部１１が制御量としてのデューティを可変することによって、ロータの回転速度を制御できるように構成されている。

制御装置１４は、冷却性能算出部１２、寿命優先制御演算部１０、通常制御演算部９、回転制御部１１、寿命時間判定部８、ファン動作記憶部７、およびダイアログ情報記憶部１３を含んでいることが好ましい。

冷却性能算出部１２では、冷却水が目標水温となるように電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの出力を算出する。

寿命優先制御演算部１０では、寿命時間判定部８によって電動送風機４の運転比率を下げると判定された場合に電動ポンプ２および電動送風機４の運転比率を演算する。

通常制御演算部９では、冷却水を目標温度に近づける通常制御を継続する場合の電動ポンプ２および電動送風機４の運転比率を演算する。通常制御とは、燃費優先で消費電力を最小限に抑えるように電動ポンプ２および電動送風機４の動力比率を調整する制御である。

回転制御部１１は、寿命優先制御演算部１０または通常制御演算部９で演算された電動ポンプ２および電動送風機４の運転比率に基づいて、電動ポンプ２と電動送風機４の出力を制御する。また、回転制御部１１は、ファン動作記憶部７に電動送風機４の運転時間を送信する。

ファン動作記憶部７は、電動送風機４の運転履歴を記憶する。この運転履歴は、ブラシ付きモータの所定の回転速度毎に検出された運転時間である。この所定の回転速度とは、ある決まった数値の回転速度であってもよいし、一定の幅をもった所定の回転速度の範囲であってもよい。ある決まった数値の回転速度毎に検出される運転時間は、例えば、Ｌｏ（小風量）、Ｍｉ（中風量）、Ｈｉ（大風量）毎の運転時間である。一定の幅をもった所定の回転速度の範囲毎に検出する場合は、同じ範囲に含まれる回転速度はすべて同じグループとして運転時間に加算し、複数のグループ毎に運転時間をカウントすることになる。

ダイアログ情報記憶部１３は、寿命時間判定部８が電動送風機４の運転比率を下げると判断した場合に、この判断に至る情報を記憶する記憶部である。記憶される内容は、例えば、演算された推定寿命時間に対する電動送風機４の運転時間の情報である。ダイアグ情報として推定寿命時間と運転時間の差を記憶すると、メンテナンス時にこの情報を取り出したときにモータの寿命にどの程度近づいているかを知ることができ、部品交換を的確な時期に行える。また、ダイアログ情報記憶部１３は、記憶した情報をメーターパネル部などに表示して乗員に対して報知してもよい。

水温センサ５により検出された冷却水の温度および各種センサで検出された各種データが冷却性能算出部１２に入力されると、冷却性能算出部１２は、この温度情報に基づいて冷却水が目標温度になるように必要な冷却性能を算出する。通常制御が実行される場合には、回転速度制御部１１は、通常制御演算部９によって算出された運転比率に応じて、電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの全体に対する運転比率を制御する。制御装置１４は、このようにしてエンジン１の負荷状態に応じた電動ポンプ２および電動送風機４による総合的な冷却能力の確保と、消費電力の抑制とを図る制御を実行する。

一方、電動送風機４の寿命を優先する制御が実行される場合には、回転速度制御部１１は、通常制御時よりも電動ポンプ２の運転比率を上げて電動送風機４の運転比率を下げるという寿命優先制御演算部１０によって算出された運転比率に応じて、電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの全体に対する運転比率を制御する。制御装置１４は、このようにして総合的な冷却能力を確保よりもブラシ付きモータの延命する制御を優先して実行する。

次に、電動送風機４および電動ポンプ２の運転を制御する処理手順について説明する。図２は、本実施形態のエンジン冷却装置における電動送風機４および電動ポンプ２の運転を制御する処理手順を示したフローチャートである。

車両のイグニッションスイッチが投入されると、制御装置１４に電源が供給されて、制御装置１４が作動する。図２に示すように、寿命時間判定部８は、まず、これまでにファン動作記憶部７に記憶された、電動送風機４の所定の回転速度毎の運転時間（これまでの動作時間）を読み込む（ステップＳ１０）。ここでの所定の回転速度毎とは、Ｌｏ（小風量）、Ｍｉ（中風量）、Ｈｉ（大風量）のそれぞれの風量における電動送風機４の運転時間である。

さらに、寿命時間判定部８は、ファン動作記憶部７にあらかじめ記憶された、電動送風機４の所定の回転速度毎の寿命時間を読み込む（ステップＳ２０）。この寿命時間は、風量がＬｏ（小風量）、Ｍｉ（中風量）、Ｈｉ（大風量）のそれぞれの場合における電動送風機４の寿命時間である。この寿命時間は、ブラシ付きロータのブラシが磨耗することによる寿命時間とすることもできる。ブラシの磨耗による寿命時間は、モータの回転速度が速いほど磨耗度大きくなって短くなり、つまり、電動送風機４の風量がＬｏ、Ｍｉ、Ｈｉの順に寿命時間は短くなる。

そして、寿命時間判定部８は、電動送風機４の推定寿命時間、換言すれば、ブラシ付きモータの推定寿命時間の算出を実行する（ステップＳ３０）。この推定寿命時間は、これまでの実際の送風機の運転時間と、モータ固有の寿命時間とから算出される寿命時間の予測値である。推定寿命時間は下記の数式１によって算出することとする。

１／推定寿命時間＝（Ｌｏの動作割合／Ｌｏの寿命時間）＋（Ｍｉの動作割合／Ｍｉの寿命時間）＋（Ｈｉの動作割合／Ｈｉの寿命時間） …（数式１）
ここで、Ｌｏの動作割合、Ｍｉの動作割合、Ｈｉの動作割合は、電動送風機４の全体運転時間に対するそれぞれの風量によって運転された時間の割合である。また、Ｌｏの寿命時間、Ｍｉの寿命時間、Ｈｉの寿命時間は、各ロータの回転速度についての固有の寿命時間であり、制御装置１４にあらかじめ記憶されている。

寿命時間判定部８は、数式１を用いて算出された推定寿命時間と実際の動作時間との差を算出し、その差があらかじめ決められた所定時間以下であるか否かを判断する（ステップＳ４０）。この判断により、通常制御を続行するか、電動送風機４の寿命を延ばす方向の制御を実行するかが決められる。

ステップＳ４０において、寿命時間判定部８が、推定寿命時間と実際の動作時間の差が所定時間以上であると判断すると、通常制御演算部９に通常制御を実行する命令が送られる。通常制御演算部９は、冷却性能算出部１２により算出された冷却性能を満たすべく、電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの運転比率を演算する。そして、回転速度制御部１１は演算された運転比率に基づいて電動ポンプ２および電動送風機４の出力をそれぞれ制御し、燃費優先で消費電力を最小限に抑える通常制御が実行される（ステップＳ５０）。

ステップＳ４０において、寿命時間判定部８が、推定寿命時間と実際の動作時間の差が所定時間より小さいと判断すると、寿命優先制御演算部１０に電動送風機４の寿命を延ばす寿命優先制御を実行する命令が送られる。この制御は、電動送風機４の運転比率を通常制御時よりも下げて、電動ポンプ２の運転比率を通常制御時よりも上げる制御である。そして、寿命優先制御演算部１０は、寿命優先制御における電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの運転比率を演算する。そして、回転速度制御部１１は演算された運転比率に基づいて電動ポンプ２および電動送風機４の出力をそれぞれ制御し、電動送風機４の寿命優先制御が実行される（ステップＳ５５）。制御装置１４は、以上のステップＳ１０からＳ５５にかかる処理手順をイグニッションスイッチがＯＦＦされるまで繰り返し実行する。

以上のような通常制御と寿命優先制御にかかる作動を図示したものが図３である。図３に示すように、図中の最も上にある放物線状の実線は、電動送風機４の消費電力と電動ポンプ２の消費電力を合わせた総合電力である。そして、右下がりの実線は電動送風機４の出力（全体に対する動作比率）を表した曲線であり、電動送風機４の回転速度は左に行くほど早くなり動作比率も上昇する。右上がりの破線は電動ポンプ２の出力（全体に対する動作比率）を表した曲線であり、電動ポンプ２の回転速度は右に行くほど早くなり動作比率も上昇する。

これらの曲線の交点部分が、電動送風機４および電動ポンプ２の動作比率がバランスする領域であり、総合電力が最も小さくなり、通常制御が行われる領域でもある。右下がり曲線をこの交点部分から右側に移動した二点差線で囲まれた部分が、寿命優先制御が行われるときの電動送風機４の動作比率を示している。さらにそこから鉛直上方に上がって右上がりの破線とぶつかる部分が、寿命優先制御が行われるときの電動ポンプ２の動作比率を示している。この場合は、総合電力は通常制御時よりも上昇するものの、電動送風機４の動作比率の減少分を電動ポンプ２の動作比率を上げることにより、エンジン１の冷却性能を確保している。

このように本実施形態のエンジン冷却装置は、電動ポンプ２および電動送風機４のそれぞれの全体に対する運転比率を制御して冷却水の温度を制御する制御装置１４と、電動送風機４の運転時間を用いて演算される電動送風機４の推定寿命時間に応じて、電動送風機４の運転比率を下げるか否かを判定する寿命時間判定部８と、を備えており、寿命時間判定部８により、推定寿命時間と電動送風機４の実際の運転時間との差が所定時間を越えるような電動送風機４の寿命が近い状態であると判断された場合には、電動送風機４の運転比率を下げて電動ポンプ２の運転比率を上げるように制御する。

この制御によれば、電動送風機４の寿命を優先した制御を行うことにより、ブラシの磨耗を抑えてブラシ付きモータを延命させることができる。また、ブラシ付きモータを延命させることにより、路上おける故障などの予期しない自体を防ぐことができる。

また、寿命時間判定部８は、電動送風機４の運転時間を所定のロータ回転速度毎に検出し、これらの検出された運転時間を用いて推定寿命時間を演算することが好ましい。この制御によれば、電動送風機４が複数の風量モードによって運転される場合に、その風量毎における寿命時間を推定することによりブラシの劣化状況をさらに高い精度で検出することができる。

また、制御装置１４は、寿命時間判定部８により電動送風機４の運転比率を下げると判断された場合には、この判断に至る情報を記憶することが好ましい。この制御によれば、電動送風機４が寿命時間に近づいているという情報が車両のダイアグ情報としてメンテナンス時に取り出すことができるので、部品交換時期の有用な情報となる。

本発明の第１実施形態にかかるエンジン冷却装置の構成を示す構成図である。 第１実施形態のエンジン冷却装置における電動送風機および電動ポンプの運転を制御する処理手順を示したフローチャートである。 第１実施形態のエンジン冷却装置における電動送風機と電動ポンプの運転比率（動作比率）を示した概念図である。

符号の説明

１…エンジン
２…電動ポンプ
３…ラジエータ
４…電動送風機
６…冷却水回路
８…寿命時間判定部
１４…制御装置

Claims (3)

1. エンジン（１）の冷却水が循環する冷却水回路（６）と、
   前記冷却水回路（６）に設けられ、前記冷却水を冷却するラジエータ（３）と、
   前記冷却水回路（６）に設けられ、ブラシレスモータによって駆動され、前記冷却水を循環させる電動ポンプ（２）と、
   ブラシ付きモータによって駆動され、前記ラジエータ（３）へと冷却風を供給する電動送風機（４）と、
   前記電動ポンプ（２）の運転比率、および前記電動送風機（４）の運転比率を制御して前記冷却水の温度を制御する制御装置（１４）と、
   前記電動送風機（４）の運転時間を用いて演算される前記電動送風機（４）の推定寿命時間に応じて、前記電動送風機（４）の運転比率を下げるか否かを判定する寿命時間判定部（８）と、
   を備え、
   前記制御装置（１４）は、前記寿命時間判定部（８）により前記電動送風機（４）の運転比率を下げると判断された場合には、前記電動送風機（４）の運転比率を下げて前記電動ポンプ（２）の運転比率を上げるように制御することを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 前記寿命時間判定部（８）は、所定のロータ回転速度毎に検出された前記電動送風機（４）の運転時間を用いて前記推定寿命時間を演算することを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記制御装置（１４）は、前記電動送風機（４）の運転比率を下げると判断された場合には、この判断に至る情報を記憶することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン冷却装置。

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