JP2010078085A - 冷却ファン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粘性カップリングを用いた冷却ファンについて、回転数の制御性の低下を回避する。
【解決手段】内燃機関１の駆動力を冷却ファンに伝達する粘性カップリング４と、粘性カップリング４に供給する作動油量を電気的に調整する作動油量調整手段６と、を有し、作動油量を調整することにより内燃機関１から伝達される駆動力を制御して冷却ファン回転数を制御する冷却ファンの制御装置８において、粘性カップリング４の入力回転数と出力回転数の比である速度比に上限側及び下限側の制限値を設け、これらの制限値を超えないように速度比を制限して冷却ファン回転数を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粘性カップリングを介して内燃機関に駆動される冷却ファンの制御に関し、特にカップリング内作動油量を電気的に調整する冷却ファンの制御に関する。

車両用内燃機関の冷却装置として、粘性カップリングを介して内燃機関により駆動される冷却ファンが知られており、特許文献１には、エンジン冷却水温度、実際のファン回転速度、車速、エンジン回転速度、エアコンコンプレッサ内圧、またはエアコンパネルスイッチ等の少なくとも一つに基づいて目標ファン回転速度を設定し、ファン回転速度を電気的に調整する技術が開示されている。

また、ファンの回転に伴って音が発生するため、冷却要求に対して必要以上に高いファン回転速度で回転すると、騒音上問題となる。このような騒音を抑制するため、目標ファン回転数の変化量を制限し、または所定条件でファンＤＵＴＹを一時的に停止する技術が特許文献２に開示されている。
特開２００６−２７５１１０号公報 特開平５−２６２６２号公報

ところで、ファン回転速度は粘性カップリングの速度比、つまりカップリング入側回転速度とカップリング出側回転速度との比、により決まる。この速度比は、主に作動室への作動油の供給量と作動室からの作動油の排出量とのバランスで決まるが、この他にもエンジン回転速度、作動油温等の種々の因子が影響する。

速度比がゼロに近づくと、カップリング内への供給量が少なく、かつ供給量が排出量より少なくなるため、カップリング内の作動油量が不安定となり、結果としてファン回転速度の制御性が低下する。

一方、速度比が１に近づくと、排出量が少なくなり、供給量を減少させてもカップリング内に溜まっている作動油が排出されるまでに時間を要するため、ファン回転速度を低下させる際の応答性が低下する。

このため、例えばアイドル状態においてエアコンのコンプレッサ内圧が高い場合には、エバポレータ雰囲気温度を低下させるためにファン回転速度を高める必要がある。しかし、ファン回転速度を高めることで速度比が１に近づくと、エバポレータ雰囲気温度が低下した際にファン回転速度を低下させようとしても、上記の応答性の低下によって、ファン回転数が低下するまでに時間を要することとなる。このため、ファン回転数が低下するまでは、いわゆる連れまわりによって不必要に高い回転速度となり、騒音が問題となるおそれがある。

そこで、本発明では、上述したファン回転速度の制御性及び応答性の低下を回避し得る冷却ファン制御装置を提供することを目的とする。

本発明の冷却ファン制御装置は、内燃機関の駆動力を冷却ファンに伝達する粘性カップリングと、粘性カップリングに供給する作動油量を電気的に調整する作動油量調整手段と、を有し、作動油量を調整することにより内燃機関から伝達される駆動力を制御して冷却ファン回転数を制御する冷却ファンの制御装置において、粘性カップリングの入力回転数と出力回転数の比である速度比に上限側及び下限側の制限値を設け、これらの制限値を超えないように速度比を制限して冷却ファン回転数を制御する。

本発明によれば、下限側制限値と上限側制限値を、例えば、低速度比側の制御性が低下する領域と高速度比側の制御応答性が低下する領域に入らないように設定することで、制御性と応答性の低下を回避することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態のシステムの構成を示す図である。１はエンジン、２はエンジン１の駆動力を車輪に伝達する自動変速機、３は変速機コントローラ（ＡＴＣＵ）、４は粘性カップリングを介してエンジン１により駆動される電制ファンカップリング、５は電制ファンカップリング４の実際の回転数（実ファン回転数）を検出するファン回転センサ、６は作動油量調整手段として電制ファンカップリング４のカップリング内作動油の流れを制御するための電磁コイル、７はエンジンルーム内に設けられ、電磁コイル６に作動・停止指令を送るアンダーフード・スイッチング・モジュール（ＵＳＭ）、８は冷却ファン回転数制御手段及び機関回転数補正手段としてのエンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）、９はエアコンコンプレッサ、１０はエアコンコントローラ、１１はエアコンコンプレッサ９の内圧を検出するＰｄ圧センサ、１２はエバポレータ温度を検出するエバポレータ温度センサ、１３は粘性カップリング内の作動油温を検出する油温センサ、１４はエンジンルーム内の温度を検出するエンジンルーム内温度センサである。

ＥＣＭ８は、図示しないアクセル開度センサ、車速センサ、冷却水温センサ、クランク角センサ等の検出信号に基づいて種々の制御を行う。この他に、ファン回転センサ５及びＰｄ圧センサ１１からの検出信号等も読み込まれ、電磁コイル６の制御ＤＵＴＹの演算を行い、ＣＡＮ通信によりＵＳＭ７に送信する。

また、エバポレータ直後温度やエアコンスイッチの状態等が、エアコンコントローラ１０からＣＡＮ通信により送られ、これに基づいてエアコンコンプレッサ９のクラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御や、後述する電制ファンカップリング４とエアコンの協調制御を行う。

図２は、電制ファンカップリング４の粘性カップリングの一例を示す断面図であり、（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ後述する油溜まり室２６とトルク伝達室２７とが遮断された状態と連通した状態を示している。

エンジン１の駆動によって回転する駆動シャフト２１に、メインベアリング３１を介してボディ３４が回転自在に支持されている。ボディ３４はカバー２２とケース２３とで構成されており、その内部はセパレートプレート２５によって油溜まり室２６とトルク伝達室２７とに区画されている。

駆動シャフト２１の先端にはディスク２４が固定支持されており、このディスク２４は、トルク伝達室２７内に、トルク伝達室２７の内周面との間にトルク伝達間隙を形成するように収納されている。ケース２３にはトルク伝達室２７と油溜まり室２６とを連通する油回収路（図示せず）が設けられている。

セパレートプレート２５には、油溜まり室２６とトルク伝達室２７とを連通する油供給孔２５ａが設けられている。この油供給孔２５ａは、板バネ状の弁部材２８により開閉され、開いた状態では、油溜まり室２６内の作動油がトルク伝達室２７へ供給される。トルク伝達室２７内の作動油は、トルク伝達室２７から排出された後、油回収路を通って油溜まり室２６に回収される。

弁部材２８は、その一部がネジ等によりケース２３に固定されており、駆動シャフト２１に近い位置には、磁性体からなるアーマチュア２９が取り付けられている。

駆動シャフト２１には、コイルベアリング３２を介して電磁コイル６が支持されており、電磁コイル６の駆動シャフト２１先端側部分には、リング状のループエレメント３０がアーマチュア２９と対向するように取り付けられている。

電磁コイル６は、磁気コイルを有しており、ＵＳＭ７からのＤＵＴＹ信号に応じて磁気コイルに通電することで磁力を発生する。

ここで、電制ファンカップリング４のトルク伝達について説明する。

電磁コイル６が磁力を発生する状態では、ループエレメント３０を介して伝達される磁力によって、アーマチュア２９が板バネの作用に反してループエレメント３０側に引きつけられる。このため、図２（Ｂ）に示すように、弁部材２８がセパレートプレート２５から離れて油供給孔２５ａが開き、油溜まり室２６内の作動油がトルク伝達室２７に供給される。このトルク伝達室２７に供給された作動油によって、駆動シャフト２１と一体に回転するディスク２４の駆動トルクがケース２３に伝達され、ケース２３に取り付けられた冷却ファンの回転速度が増す。油溜まり室２６からトルク伝達室２７への作動油の供給量は、電磁コイル６へのＤＵＴＹ信号により定まる。

一方、電磁コイル６が磁力を発生しない状態では、弁部材２８は板バネの作用によりセパレートプレート２５に押しつけられ、図２（Ａ）に示すように油供給孔２５ａを閉鎖する。この状態では、油溜まり室２６からトルク伝達室２７への作動油の供給は停止され、トルク伝達室２７に作動油がある場合には、この作動油は油溜まり室２６へ回収される。このため、駆動シャフト２１からディスク２４を介したケース２３へのトルク伝達率が低下し、冷却ファンの回転速度が低下する。

次に、このような電制ファンカップリング４の制御について説明する。

図３は、本実施形態でＥＣＭ８が実行するファン制御のフローチャートである。本演算ルーチンは、例えば２０ｍｓ毎に繰り返し実行する。

ステップＳ１０では、制御状態を次のように判定する。

エンジン停止時（＃ＩＧＮＳＷ＝０）、またはエンジン始動時（＃ＳＴＳＷ＝１）もしくは始動後に予め設定した所定時間ＳＴＴＭ＃が経過している場合にはモード１（ＥＣＰＬＧＭＤ＝１）とする。なお、所定時間ＳＴＴＭ＃は、例えば１０ｓｅｃ程度に設定する。

加速時または減速時である場合には、モード２（ＥＣＰＬＧＭＤ＝２）とする。ここでいう加速時とは、例えば４０ｍｓ間のアクセル開度ＡＰＯの変化量が予め設定した変化量＃ＤＡＰＯ４０Ａより大きい場合をいい、減速時とは、例えば４０［ｍｓ]間のアクセル開度ＡＰＯの変化量が予め設定した変化量＃ＤＡＰＯ４０Ｄより小さい場合をいう。なお、＃ＤＡＰＯ４０Ａ、＃ＤＡＰＯ４０Ｄは、加減速状態であることを明確に判別できる値であればよく、例えば４[ｄｅｇ]程度に設定する。

エアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣ[ｒｐｍ]の前回値と基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢ[ｒｐｍ]の前回値との差が、予め設定した所定値＃ＤＬＴＦＡＮ１以上のとき、またはエンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷ[ｒｐｍ]の前回値と基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢ[ｒｐｍ]の前回値との差が、予め設定した所定値＃ＤＬＴＦＡＮ２以上の場合には、モード３（ＥＣＰＬＧＭＤ＝３）とする。

なお、エアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣとは、エアコン作動時におけるファン回転数の目標値であり、エアコンコンデンサの冷却要求等に応じて定まる。エンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷとは、機関運転中に冷却水温を所望の値に調整するために必要となるファン回転数である。そして、基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢは、エアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣおよびエンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷよりも小さい値を設定する。

また、＃ＤＬＴＦＡＮ１、＃ＤＬＴＦＡＮ２は、例えばアイドル状態で４００[ｒｐｍ]とする。

自動変速機２の変速レンジがパーキングレンジ（Ｐレンジ）となってから、予め設定した所定時間＃ＰＴＩＭＥ経過するまでを、モード４（ＥＣＰＬＧＭＤ＝４）とする。

エンジンストール時、またはフェイルセーフ制御中は、モード５（ＥＣＰＬＧＭＤ＝５）とする。

上記モード１からモード５のいずれにも該当しない場合には、モード６（ＥＣＰＬＧＭＤ＝６）とする。なお、モード６の状態を通常制御状態とする。

ステップＳ２０では、基本目標ファン回転数ＴＦＦＡＮＳＰＢ[ｒｐｍ]を算出する。具体的には、クランク角センサで検出したエンジン回転数ＮＥ[ｒｐｍ]を用いて、基本目標ファン回転数テーブルを検索する。基本目標ファン回転数テーブルは、例えば図４に示すように、横軸をエンジン回転数ＮＥ、縦軸を基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢとし、基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢが、低回転域ではエンジン回転数ＮＥによらず一定値、中高回転域ではエンジン回転数ＮＥの上昇に応じて比例的に大きくなるよう設定する。

なお、低回転域で一定とするのは、ファンカップリングの特性上、作動油を供給しなくてもトルク伝達室２７内の空気によってトルクが伝達され、これより低いファン回転数にすることができないためである。

ステップＳ３０では、エンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷ[ｒｐｍ]を算出する。具体的には、エンジン冷却水温度ＴＷ[℃]及び車速ＶＳＰ[ｋｍ／ｈ]からエンジン冷却要求目標ファン回転数マップを検索することで算出する。エンジン冷却要求目標ファン回転数マップは、例えば図５に示すように横軸を車速ＶＳＰ、縦軸をエンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷとし、エンジン冷却水温度ＴＷが高いほどエンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷが大きくなるよう設定する。なお、エンジン冷却水温度ＴＷが低い場合には、エンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷは上に凸な曲線となり、エンジン冷却水温度ＴＷが高い場合には、低車速域では車速ＶＳＰに比例して大きくなり、中高速域では車速によらずほぼ一定値となる。

ステップＳ４０では、エアコンスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定する。ＯＦＦの場合はステップＳ５０に進み、ＯＮの場合はステップＳ６０に進む。

ステップＳ５０では、式（１）によりエアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣ[ｒｐｍ]を算出する。

ＴＦＡＮＳＰＡＣ＝ＴＦＡＮＳＰＢ ・・・（１）

ステップＳ６０では、コンプレッサ内圧ＰＤ[ｋＰＡ]と車速ＶＳＰ[ｋｍ／ｈ]からエアコン冷却要求目標ファン回転数マップを検索することにより、エアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣ[ｒｐｍ]を求める。エアコン冷却要求目標ファン回転数マップは、例えば図６のように、横軸を車速ＶＳＰ、縦軸をエアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣとし、コンプレッサ内圧ＰＤが高いほど、エアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣが高くなるよう設定する。なお、コンプレッサ内圧ＰＤが同一の場合には、エアコン冷却要求目標ファン回転数は、上に凸な曲線となっている。

ステップＳ７０では、エンジン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＴＷとエアコン冷却要求目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＡＣの高い方を選択し、これを静的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＳ[ｒｐｍ]とする。

ステップＳ８０では、次のように動的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＤ[ｒｐｍ]を算出する。なお、動的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＤは、加速時等のように一時的にファン回転数を制御する場合の目標値である。

まず、制御状態を判定する。そして、制御状態はモード１（ＥＣＰＬＧＭＤ＝１）、モード２（ＥＣＰＬＧＭＤ＝２）、または、モード４（ＥＣＰＬＧＭＤ＝４）かつモード３（ＥＣＰＬＧＭＤ＝３）以外、のいずれかの場合には、基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢを動的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＤとする。上記３つの制御状態以外の場合には、静的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＳを動的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＤとする。

ステップＳ９０では、エンジン回転数ＮＥとプーリ比＃ＰＲＡＴＩＯから、式（２）によりカップリング入力回転数ＩＮＰＲＥＶＦＮ[ｒｐｍ]を算出する。なお、プーリ比＃ＰＲＡＴＩＯは、エンジン１のクランクシャフトから駆動シャフト２１へ駆動力を伝達するためのベルトが掛けまわされる、クランクシャフト側プーリと駆動シャフト２１側プーリの径の比である。

ＩＮＰＲＥＶＦＮ＝ＮＥ×＃ＰＲＡＴＩＯ ・・・（２）

ステップＳ１００では、動的目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＤとカップリング入力回転数ＩＮＰＲＥＶＦＮから、式（３）により基本目標ファン速度比ＴＦＡＮＲ０[−]を算出する。

ＴＦＡＮＲ０＝ＩＮＰＲＥＶＦＮ／ＴＦＡＮＳＰＤ ・・・（３）

なお、基本目標ファン速度比ＴＦＡＮＲ０は、ゼロより大かつ１未満とする。

ステップＳ１１０では、カップリング内作動油温ＴＯＩＬＦＡＮ[℃]を読み込む。このカップリング内作動油温ＴＯＩＬＦＡＮは、センサにより直接検出してもよいし、エンジンルーム内温度ＴＥＲＯＯＭ[℃]をカップリング内作動油温ＴＯＩＬＦＡＮとみなしてもよい。

ステップＳ１２０では、カップリング内作動油温ＴＯＩＬＦＡＮで上限制限速度比テーブルを検索することにより、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲ[−]を算出する。上限制限速度比テーブルは、図７に示すように横軸をカップリング内作動油温ＴＯＩＬＦＡＮ、縦軸を上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲとする。そして、ＴＥ１〜ＴＥ２[℃]はカップリング内作動油温ＴＯＩＬＦＡＮの上昇に伴って上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲが０．７５まで上昇し、ＴＥ２〜ＴＥ３[℃]では同様に上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲが０．７５から０．８５まで上昇し、ＴＥ３[℃]以上では上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲが０．８５で一定となるよう設定する。なお、１０[℃]以下は上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを０．７５で一定としてもよい。

上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを上記のように設定する理由及びその効果については、後述する。

ステップＳ１３０では、フィードバック制御停止フラグ＃ＦＢＳＴＯＰ、基本ファン回転制御フラグ＃ＦＦＢＡＳＥ、下限制限速度比ＬＬＴＦＡＮＲを次の（i）〜（iii）のように設定する。なお、ここでいうフィードバック制御は、ファン回転数を目標値に一致させるために行う、電磁コイル６への通電制御である。

（i）式（４）及び式（５）を満たす場合には、フィードバック制御停止フラグ＃ＦＢＳＴＯＰを１、基本ファン回転制御フラグ＃ＦＦＢＡＳＥを１、下限制限速度比ＬＬＴＦＡＮＲをゼロと設定する。すなわち、作動油の供給を停止する。この場合でも、トルク伝達室２７内にある空気によって僅かにトルク伝達は行われるので、ファン回転数はゼロにはならない。

ＴＦＡＮＳＰＢ＜ＩＮＰＲＥＶＦＮ×＃ＬＬＴＦＡＮＲ ・・・（４）
ＴＦＡＮＳＰＤ＝ＴＦＡＮＳＰＢ ・・・（５）
＃ＬＬＴＦＡＮＲ：基本下限制限速度比

（ii）式（４）を満たし、かつ式（５）を満たさない場合には、フィードバック制御停止フラグ＃ＦＢＳＴＯＰを１、基本ファン回転制御フラグ＃ＦＦＢＡＳＥをゼロ、下限制限速度比ＬＬＴＦＡＮＲを０．２５と設定する。

（iii）式（６）を満たす場合には、フィードバック制御停止フラグ＃ＦＢＳＴＯＰを１、基本ファン回転制御フラグ＃ＦＦＢＡＳＥをゼロ、下限制限速度比ＬＬＴＦＡＮＲを０．２５と設定する。

ＴＦＡＮＳＰＢ≧ＩＮＰＲＥＶＦＮ×＃ＬＬＴＦＡＮＲ ・・・（６）

なお、式（４）および式（６）の基本下限制限速度比＃ＬＬＴＦＡＮＲは、０．２５程度の値にする。このように設定する理由及びその効果については後述する。

ステップＳ１４０では、目標ファン速度比ＴＦＡＮＲ[−]を次の（i）〜（iii）のように設定する。

（i）式（７）を満たす場合には、下限制限速度比ＬＬＴＦＡＮＲを目標ファン速度比ＴＦＡＮＲとする。

ＴＦＡＮＲ０＜ＬＬＴＦＡＮＲ ・・・（７）

（ii）式（８）を満たす場合には、基本目標ファン速度比ＴＦＡＮＲ０を目標ファン速度比ＴＦＡＮＲとする。

ＬＬＴＦＡＮＲ≦ＴＦＡＮＲ０≦ＨＬＴＦＡＮＲ ・・・（８）

（iii）式（９）を満たす場合には、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを目標ファン速度比ＴＦＡＮＲとする。

ＨＬＴＦＡＮＲ＜ＴＦＡＮＲ０ ・・・（９）

ステップＳ１５０では、目標ファン速度比ＴＦＡＮＲとカップリング入力回転数ＩＮＰＲＥＶＦＮから式（１０）により第１目標ファン回転数ＴＧＦＡＮＳＰ１[ｒｐｍ]を算出する。

ＴＧＦＡＮＳＰ１＝ＴＦＡＮＲ×ＩＮＰＲＥＶＦＮ ・・・（１０）

ステップＳ１６０では、基本ファン回転制御フラグ＃ＦＦＢＡＳＥの判定を行う。基本ファン回転制御フラグ＃ＦＦＢＡＳＥが１の場合はステップＳ１７０に進み、ゼロの場合はステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１７０では、基本目標ファン回転数ＴＦＡＮＳＰＢを目標ファン回転数ＴＧＦＡＮＳＰとする。

ステップＳ１８０では、第１目標ファン回転数ＴＧＦＡＮＳＰ１を目標ファン回転数ＴＧＦＡＮＳＰとする。

ステップＳ１９０では、次のようにエンジン１の目標アイドル回転数を制御する。

制御状態がモード３（ＥＣＰＬＧＭＤ＝３）、かつアイドル状態、かつ上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲが基本目標ファン速度比ＴＦＡＮＲ０より小さい場合には、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲが基本目標ファン速度比ＴＦＡＮＲ０以上になるまで、目標アイドル回転数を上昇させる。上記以外の場合には、目標アイドル回転数を変更しない。

なお、アイドル回転数の制御は、目標アイドル回転数に応じて図示しないアイドルスピードコントロールバルブ、またはスロットルバルブの開度を制御することによって行う。

ステップＳ２００では、実際のファン回転数（実ファン回転数ＲＦＡＮＳＰ［ｒｐｍ］）を読み込む。具体的には、カップリング内に取り付けてある回転センサの検出信号を読み込む。

ステップＳ２１０では、式（１１）によりファン回転編ＥＲＲ［ｒｐｍ］を算出する。

ＥＲＲ＝ＴＧＦＡＮＳＰ−ＲＦＡＮＳＰ ・・・（１１）

ステップＳ２２０では、ＰゲインＫＰＧＡＩＮ［％／ｒｐｍ］と、ＩゲインＫＩＧＡＩＮ［％／ｒｐｍ］を算出する。具体的には、エンジン回転数ＮＥを用いて、図８、図９に示すようなテーブルを検索することにより算出する。

図８はＰゲインＫＰＧＡＩＮ算出用のテーブルであり、縦軸がＰゲインＫＰＧＡＩＮ、横軸がエンジン回転数ＮＥである。エンジン回転数ＮＥが高回転になるのにしたがってＰゲインＫＰＧＡＩＮが小さくなっている。

図９はＩゲインＫＩＧＡＩＮ算出用のテーブルであり、縦軸がＩゲインＫＩＧＡＩＮ、横軸がエンジン回転数ＮＥである。ＩゲインＫＩＧＡＩＮは、低回転域では相対的に高い一定値、高回転域では相対的に低い一定値であり、中回転域では、エンジン回転数ＮＥの上昇に応じて相対的に高い値から相対的に低い値まで低下している。

ステップＳ２３０では、電磁コイル６の制御ＤＵＴＹを次のように算出する。まずＩ分のＤＵＴＹであるＩＤＵＴＹを式（１２）により算出する。

ＩＤＵＴＹ＝ＥＲＲ×ＫＩＧＡＩＮ ・・・（１２）

なお、ＩＤＵＴＹについては、Ｌｏ側Ｉ分溜め込み量＃ＬＩＬＩＭＩＴより大きく、Ｈｉ側Ｉ分溜め込み量＃ＨＩＬＩＭＩＴより小さい、という制限を設ける。

次に、式（１３）により制御ＤＵＴＹを算出する。

ＤＵＴＹ＝ＥＲＲ×ＫＰＧＡＩＮ＋ＩＤＵＴＹ（前回値）＋ＩＤＵＴＹ
・・・（１３）

ステップＳ２４０では、ステップＳ２３０で算出した制御ＤＵＴＹに基づいて電磁コイル６をＰＷＭ制御することにより、カップリング内の作動油供給量を制御してファン回転数を制御する。

ここで、基本下限制限速度比＃ＬＬＴＦＡＮＲについて説明する。

図１０は、駆動シャフト２１の回転数を一定とし他場合の、速度比（＝ファン回転数／駆動シャフト２１の回転数）と制御ＤＵＴＹとの関係を示す図である。

ファンカップリングには、速度比が小さい領域（図１０中の領域（ａ））では、速度比が小さくなるほど、油溜まり室２６からトルク伝達室２７への作動油の供給量よりも、トルク伝達室２７から油溜まり室２６への回収量の方が多くなるという特性がある。すなわち、トルク伝達室２７に供給された作動油は、トルク伝達室２７に留まることなく回収される。一方、ファンカップリングの構造上、供給量が少なくても、作動油がトルク伝達室２７を通過することでわずかな伝達トルクが発生するという特性がある。

このため、図１０に示すように、領域（ａ）では、ファン回転数を目標値に収束させるためのフィードバック制御のフィードバック中心が安定せず、ファン回転数が安定しない。

そこで、ファン回転数の制御性を確保するために、基本下限制限速度比＃ＬＬＴＦＡＮＲを、領域（ａ）の上限である速度比０．２５とする。

次に、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲについて説明する。

図１０の領域（ｂ）では、フィードバック中心が安定し、制御ＤＵＴＹの変化に対して速度比がほぼ比例的に変化している。これは、作動油の供給量と回収量がほぼ同等になっているためである。しかし、領域（ｂ）よりも速度比が大きい領域では、作動油の回収量が大幅に減少する。このため、制御ＤＵＴＹを低下させてからトルク伝達室２７内の作動油量が減少するまでの応答性が低下する。この応答性の低下と速度比との関係についての実験結果を図１１に示す。

図１１は、エンジン回転数及び駆動シャフト２１の回転数は一定の状態で、制御ＤＵＴＹを変化させた場合のファン回転数の変化の様子を速度比ごとに示したものである。なお、計測した速度比は、０．８０、０．８５、０．９０、０．９５の４種類であり、６０ｓｅｃ経過時に制御ＤＵＴＹをゼロにしている。

速度比０．８０〜０．９０では、速度比が小さいほど速やかにファン回転数が低下している。これに対して、速度比０．９５では、制御ＤＵＴＹをゼロにした後、ＴＩ１０を経過してもファン回転数が低下しない。すなわち、ＤＵＴＹ制御中に速度比が０．９０を超えると、その後に速度比を低下させようとＤＵＴＹ制御をしても、ファン回転数が低下するまでには長い時間を要することとなり、実質的に制御不能な状態となる。

このことから、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲは０．９０以下であればよいが、０．９０としてＤＵＴＹ制御を行っても、オーバーシュートによって速度比０．９０を超える場合が想定される。そこで、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを０．８５に設定する。

ところで、作動油の供給量と回収量のバランスは、作動油の粘度によって変化する。例えば、車両走行時にエンジン１の発熱等によりエンジンルーム内の温度が上昇すると、作動油は温度上昇して粘度が低下する。粘度が低下するとディスク２４に対するケース２３のスリップ量が大きくなり、伝達トルクが低下する。一方、冷機始動時のように作動油の粘度が低いと、スリップ量が小さくなり、伝達トルクが大きくなる。このような作動油の粘度の違いが速度比制御に与える影響を、図１２に示す。

図１２は、図１０と同様の図を、相対的に低粘度の場合（実線Ａ）と相対的に高粘度の場合（実線Ｂ）について示した図である。なお、実線Ａは図１０に示した特性である。

図１２に示すように、相対的に高粘度の場合は、相対的に低粘度の場合の特性を縦軸方向に圧縮したような特性となり、実質的に制御不能な状態となる速度比が小さくなっている。これは、作動油の粘度が高いために、より小さい速度比から供給量が回収量より少なくなるためである。そこで、図７の上限制限速度比テーブルに示したように、作動油温に応じて上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを設定することとする。

上述したように、基本下限制限速度比＃ＬＬＴＦＡＮＲは０．２５、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲは０．８５とし、さらに上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲは作動油温に応じて変化させることとする。これにより、作動油の粘度変化の影響によってファン回転数の制御性が悪化することを回避できる。

次に、図３のフローチャートに従って速度比を制御する場合の、制御領域について図１３を参照して説明する。

図１３の縦軸はファン回転数、横軸は駆動シャフト２１の回転数（インプット回転数）である。図中の破線Ａはエンジン冷却要求目標ファン回転数、点Ｂはアイドル回転かつエアコンスイッチＯＮの場合の要求ファン回転数、実線Ｃは燃費性能から要求されるファン回転数を示している。燃費性能から要求されるファン回転数とは、作動油の供給を停止した状態でのファン回転数である。すなわち、トルク伝達室２７内に空気のみがある状態でのファン回転数である。

速度比０．８５を示す実線が、高回転側で傾きが小さくなっているのは、回転数が高まるほどスリップ量が大きくなり、駆動シャフト２１の回転上昇に対するファン回転数の上昇が小さくなるからである。

上述したように、基本的には速度比を０．２５〜０．８５の範囲で制御するので、図１３中に斜線を付した領域で制御することとなる。なお、速度比が０．２５より大きくても、実線Ｃより小さい領域は制御範囲には入らない。これは、作動油の供給を停止しても、構造上、ファン回転数は実線Ｃより低くならないからである。

ところで、アイドル回転かつエアコンスイッチＯＮの場合の要求ファン回転数は、点Ｂで示すように、速度比０．８５とした場合のファン回転数より大きくなる。この場合には、図３のステップＳ１９０の処理、すなわち、点Ｂが速度比０．８５以下になるようにアイドル回転数を高める。

以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。

（１）電制ファンカップリング４の目標ファン速度比ＴＦＡＮＲに上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲと下限制限速度比ＬＬＴＦＡＮＲを設け、これらを超えないように目標ファン速度比ＴＦＡＮＲを制限してファン回転数を制御するので、低速度比側の制御不安定化及び高速度比側の応答性悪化を回避することができる。

（２）エアコンスイッチがＯＮの場合等、機関負荷に応じたファン回転数を実現するための速度比が上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを超えている場合には、上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲ以下になるまでエンジン回転数を上昇させるので、速度比が高い場合の制御応答性の悪化を防止することができる。また、作動油量を電気的に調整しない従来のファンカップリングでは、エアコンコンプレッサ内圧が一番高い状態に合わせてファン回転数の下限値を設定する必要があったが、本実施形態によれば、エアコンＯＦＦ時にはより低いファン回転数を設定することができ、これにより燃費を向上させることができる。

（３）作動油温またはエンジンルーム内温度に応じて上限制限速度比ＨＬＴＦＡＮＲを設定するので、作動油温の変化に伴う粘度変化による制御性の悪化を防止することができる。

（４）エンジン回転数に応じて速度比を制限するので、エンジン回転数の変化による制御性の悪化を防止することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本実施形態を適用するシステムの構成図である。 （Ａ）、（Ｂ）はファンカップリングの断面図である。 本実施形態の冷却ファン回転数制御のフローチャートである。 基本目標ファン回転数テーブルである。 エンジン冷却要求目標ファン回転数マップである。 エアコン冷却要求目標ファン回転数マップである。 上限制限速度比テーブルである。 Ｐゲインテーブルである。 Ｉゲインテーブルである。 速度比と制御ＤＵＴＹとの関係を示す図である。 ファン回転数の制御ＤＵＴＹに対する応答性について示す図である。 速度比と制御ＤＵＴＹとの関係を作動油の粘度別に示した図である。 ファン回転数の制御領域を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 自動変速機
３ 変速機コントローラ（ＡＴＣＵ）
４ 電制ファンカップリング
５ ファン回転センサ
６ 電磁コイル
７ アンダーフード・スイッチング・モジュール（ＵＳＭ）
８ エンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）
９ エアコンコンプレッサ
１０ エアコンコントローラ
１１ Ｐｄ圧センサ
１２ エバポレータ温度センサ
１３ 油温センサ
１４ エンジンルーム内温度センサ
２１ 駆動シャフト
２２ カバー
２３ ケース
２４ ディスク
２５ セパレートプレート
２６ 油溜まり室
２７ トルク伝達室
２８ 弁部材
２９ アーマチュア
３０ ループエレメント

Claims (6)

1. 内燃機関から冷却ファンに伝達する駆動力を作動油量に応じて変化させる粘性カップリングと、
   前記粘性カップリングに供給する作動油量を電気的に調整する作動油量調整手段と、
   前記作動油量を調整することにより前記内燃機関から伝達される駆動力を制御して冷却ファン回転数を制御する冷却ファン回転数制御手段と、
   を有する冷却ファンの制御装置において、
   前記冷却ファン回転数制御手段は、前記粘性カップリングの入力回転数と出力回転数の比である速度比に上限側及び下限側の制限値を設け、これらの制限値を超えないように前記速度比を制限して冷却ファン回転数を制御することを特徴とする冷却ファン制御装置。
2. 前記冷却ファン回転数制御手段は、前記粘性カップリングへの作動油供給量と前記粘性カップリングからの作動油排出量とが略同等となる範囲内で、前記速度比の上限側の制限値及び下限側の制限値を設定することを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン制御装置。
3. 機関低回転時に、機関負荷に応じた冷却ファン回転数を実現するための速度比が上限側制限値を超える場合には、この速度比が上限側制限値以下になるまで機関回転数を上昇させる機関回転数補正手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却ファン制御装置。
4. 前記流体カップリング内の作動油温を検出する作動油温検出手段を備え、
   前記冷却ファン回転数制御手段は前記作動油温に応じて前記速度比の制限値を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の冷却ファン制御装置。
5. エンジンルーム内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段を備え、
   前記冷却ファン回転数制御手段は前記エンジンルーム内の雰囲気温度に応じて前記速度比の制限値を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の冷却ファン制御装置。
6. 前記冷却ファン回転数制御手段は、機関回転数に応じて速度比を制限することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の冷却ファン制御装置。

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