JP2013092128A

JP2013092128A - 制御装置

Info

Publication number: JP2013092128A
Application number: JP2011235565A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujii; 孝治藤井; Naoki Oji; 直樹大治
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: JP5757846B2

Abstract

【課題】ラジエータまたはコンデンサを冷却するファンの起動に伴う騒音の問題を実効的に軽減する。
【解決手段】バッテリ及び発電機の双方からファンモータに電力を供給して当該ファンを駆動するものとし、所定のファン駆動条件が成立したことを条件としてファンを起動するにあたり、発電機の発電電圧を一旦下げた上でファンモータに電力を供給してファンを回転させ、その後発電機の発電電圧を再び上昇させる制御を行うこととした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に付随するラジエータまたはエアコンディショナのコンデンサを冷却するファンの回転制御に関する。

車両に搭載される内燃機関の冷却方式には空冷式と水冷式とがあるが、水冷式のものでは、冷却水が流通するラジエータに走行風やファンによる気流を当てて冷却水の放熱、温度降下を図っている。ラジエータファンは、例えば、センシングしている冷却水温が所定の閾値以上となったときに起動する。即ち、バッテリ及び発電機（オルタネータ）とファンモータとを接続する電気回路上に設けられているリレースイッチをＯＮにしてファンモータに通電し、ファンを回転駆動する（例えば、下記特許文献を参照）。また、このラジエータファンは、同じエンジンルームに収められているエアコンディショナのコンデンサを流通する冷媒の冷却にも充てられる。

リレーをＯＮにしてファンモータに通電すると、ファンモータ及びファンが急速に回転を始める。ファンの回転の起動に伴い、騒音が急に立ち上がるように感じられることがある。特に、車両の停車中において、エンジンルームに走行風が流れ込まず冷却水温が上昇してラジエータファンが起動すると、比較的静謐な車内に大きなファン駆動音が響くこととなりかねず、ＮＶ性能の面で不都合であった。

特開平０６−２９９８５２号公報

本発明は、ラジエータまたはコンデンサを冷却するファンの起動に伴う騒音の問題を実効的に軽減することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関に付随するラジエータまたはエアコンディショナのコンデンサを冷却するファンの回転を制御するにあたり、バッテリ及び発電機の双方からファンモータに電力を供給して当該ファンを駆動するものとし、所定のファン駆動条件が成立したことを条件としてファンを起動するにあたり、発電機の発電電圧を一旦下げた上でファンモータに電力を供給してファンを回転させ、その後発電機の発電電圧を再び上昇させることとした。

ここで、ファン駆動条件の具体例としては、ラジエータまたはコンデンサを流通する流体の温度が所定の閾値以上となったとき、内燃機関のクランクシャフトとエアコンディショナのコンプレッサとの間に介在するマグネットクラッチが締結（エアコンディショナがＯＮ）されたとき、冷却水温センサのダイアグノーシスにより当該センサの異常を検出したとき、等を挙げることができる。

本発明によれば、ラジエータまたはコンデンサを冷却するファンの起動に伴う騒音の問題を実効的に軽減することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。同実施形態におけるファンモータへの給電回路及び制御装置を示す回路図。同実施形態におけるラジエータファンの制御例を示すタイミング図。同実施形態におけるラジエータファンの制御例を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム信号ｆ、エアコンディショナが作動しているか否かに関する作動信号ｇ、車載バッテリ６１の充電状態を示唆する指標を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ等が入力される。エアコンディショナの作動信号ｇは、運転者がエアコンディショナをＯＮにするべく手動操作したスイッチから発される信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンＥＣＵから発される信号であったりする。バッテリ状態信号ｈは、例えばバッテリ電流、バッテリ電圧及びバッテリ温度を表示する。

出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、ラジエータファンを回転させるファンモータ６４に通電する電気回路上のリレースイッチ６３に対して起動信号ｍ、発電機（オルタネータ）６２が発電する電圧を制御する電圧レギュレータ６２１に対して電圧指示信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２２の開度、ラジエータファンのＯＮ／ＯＦＦ、発電機６２の発電電圧といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能であるので説明を割愛する。しかして、運転パラメータに対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

内燃機関に付随するラジエータ（図示せず）やエアコンディショナのコンデンサ（図示せず）は、車両のエンジンルームに収められており、エンジンルームに吹き込む走行風によって空冷され得る。さらに、ラジエータまたはコンデンサの近傍には電動のラジエータファンを付設しており、機関の冷却水やエアコンディショナの冷媒の温度が高まった場合に必要に応じてファンを駆動、ファンが起こす気流をラジエータやコンデンサに吹き当て、ラジエータやコンデンサにおける放熱の効果を促進するようにしている。

図２に示すように、ラジエータファンを回転駆動するファンモータ６４は、バッテリ６１及び発電機６２の双方に電気的に接続し、バッテリ６１及び発電機６２の双方から電力供給を受けることができる。

発電機６２は、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて発電する。クランクシャフトと発電機６２との間には、断接切換可能なマグネットクラッチ（図示せず）が介在している。ＥＣＵ０（または、オートエアコンＥＣＵ）は、バッテリ６１の充電量が減少したときや、エアコンディショナや照明灯その他の補機が要求する電力需要が高まったときに、マグネットクラッチに通電して当該クラッチを締結し、クランクシャフトから発電機６２に駆動力が伝達されるようにする。逆に、バッテリ６１の充電量が十分に高いとき、補機が要求する電力需要が低いときには、マグネットクラッチへの通電を遮断して当該クラッチを切断し、内燃機関にかかる負荷を軽減して燃費の向上を図る。

発電機６２には、既知のものと同様の電圧レギュレータ（ＩＣレギュレータ）６２１が内蔵されている。電圧レギュレータ６２１は、発電機６２が発電する電圧の大きさを調整する素子である。ＥＣＵ０は、電圧レギュレータ６２１に発電電圧を指令する信号ｎを送信する。この信号を受け取った電圧レギュレータ６２１は、発電機６２の出力電圧がＥＣＵ０による指令値に合致するように、発電機６２のロータコイルに流れる電流を断続的に制御する。発電機６２の出力電圧は、内燃機関の運転領域（エンジン回転数及び／または要求負荷）及びバッテリ６１の充電量に応じて決定する。

ＥＣＵ０は、所定のファン駆動条件が成立したことを条件として、ファンモータ６４に通電してラジエータファンを起動する。ファン駆動条件には、以下の何れか少なくとも一つが含まれる。
・エンジン回転数が所定以上かつ内燃機関の冷却水温が所定の閾値以上である
・冷却水温を検出する水温センサが異常または故障している
・エアコンディショナが稼働している。即ち、クランクシャフトとコンプレッサとの間に介在するマグネットクラッチを締結している
しかして、本実施形態では、ファンモータ６４に通電してファンを起動する当初、発電機６２の発電電圧を一時的に低下させ、その後発電電圧を再上昇させる制御を実行する。

図３は、ＥＣＵ０による制御の一例である。図３に示す例では、冷却水温が閾値ＫＦＡＮＯＮ以上となったとき、ＥＣＵ０がリレースイッチ６３をＯＮに切り替えてファンモータ６４に通電する一方、冷却水温が閾値ＫＦＡＮＯＦＦ以下となったとき、ＥＣＵ０がリレースイッチ６３をＯＦＦに切り替えてファンモータ６４への通電を遮断する。

その上で、リレースイッチ６３をＯＮにした時点で、ＥＣＵ０から電圧レギュレータ６２１に指令する発電電圧の値を、内燃機関の運転領域やバッテリ６１充電量に応じて決定する値よりも一旦低い値とする。しかる後、電圧レギュレータ６２１に指令する発電電圧の値を、内燃機関の運転領域やバッテリ６１充電量に応じて決定する元の値に徐々に近づけてゆく。

図４は、ＥＣＵ０による制御の他の例である。図４に示す例でも、冷却水温が閾値ＫＦＡＮＯＮ以上となったとき、ＥＣＵ０がリレースイッチ６３をＯＮに切り替えてファンモータ６４に通電し、冷却水温が閾値ＫＦＡＮＯＦＦ以下となったとき、ＥＣＵ０がリレースイッチ６３をＯＦＦに切り替えてファンモータ６４への通電を遮断する。

図４に示す例において、冷却水温が閾値ＫＦＡＮＯＮ以下の場合、ファンモータ６４には通電していない。バッテリ電圧は、そのときの充電量等に応じた値（例えば、約１４Ｖ）を示す。冷却水温が上昇して閾値ＫＦＡＮＯＮ以上となると、ファンモータ６４への通電が開始され、バッテリ電圧降下が生じる（例えば、約１３Ｖ）。この際、ＥＣＵ０から電圧レギュレータ６２１に指令する発電電圧を、敢えてバッテリ電圧以下の低位値とする。これにより、ファンモータ６４に印加される電圧はバッテリ電圧となり、ファンモータ６４及びファンは比較的低い回転数にて回転する。回転が穏やかな分、ファンモータ６４やファンから発生する騒音も穏やかとなる。

その後、ラジエータの放熱よりも内燃機関の発熱の方が大きい場合には、冷却水温が上昇を続ける。尤も、ラジエータファンを回し始めてからは、それ以前と比べて温度上昇のスピードが緩やかになる。

冷却水温がより高い閾値ＫＦＡＮＯＮ＋以上となった暁には、ＥＣＵ０から電圧レギュレータ６２１に指令する発電電圧を、バッテリ電圧を超える高位値（例えば、約１４．５Ｖ）に向けて徐々に引き上げる。結果、ファンモータ６４にバッテリ電圧よりも高い電圧が印加されることとなり、ファンモータ６４及びファンが比較的高い回転数にて回転するようになるので、ラジエータにおける放熱効果がより高まり、冷却水温が抑制される。

また、クランクシャフトとエアコンディショナのコンプレッサとをつなぐマグネットクラッチが締結されたとき、ＥＣＵ０がリレースイッチ６３をＯＮに切り替えてファンモータ６４に通電し、同マグネットクラッチが切断された（凍結防止用サーミスタが働いてコンプレッサを停止させた場合を含む）とき、若しくは冷媒の温度が十分に低下したと判断されるとき（ファンを起動してから所定以上の時間が経過した等）に、ＥＣＵ０がリレースイッチ６３をＯＦＦに切り替えてファンモータ６４への通電を遮断するようにしてもよい。この場合にも、リレースイッチ６３をＯＮにした時点で、電圧レギュレータ６２１に指令する発電電圧の値を一旦バッテリ電圧以下の低位値とし、その後ある程度以上の時間が経過してもマグネットクラッチが切断されない、若しくは冷媒の温度が低下しないならば、電圧レギュレータ６２１に指令する発電電圧の値をバッテリ電圧を超える高位値に向けて徐々に引き上げてゆく。

本実施形態によれば、内燃機関に付随するラジエータまたはエアコンディショナのコンデンサを冷却するファンの回転を制御する制御装置０であって、バッテリ６１及び発電機６２の双方からファンモータ６４に電力を供給して当該ファンを駆動するものとし、所定のファン駆動条件が成立したことを条件としてファンを起動するにあたり、発電機６２の発電電圧を一旦下げた上でファンモータ６４に電力を供給してファンを回転させ、その後発電機６２の発電電圧を再び上昇させる制御装置０を構成したため、ファンの回転駆動に伴う騒音の立ち上がりが緩やかとなり、運転者その他の搭乗者が感じ取る騒音の大きさが実効的に抑制される。

本実施形態の制御は、既存の車両に一般的に実装されているＥＣＵ０及びリレースイッチ６３、電圧レギュレータ６２１をそのまま利用して実行することができる。従って、別途制御回路等を組み込む必要がなく、低コストにて実現できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。制御対象であるファンがエアコンディショナのコンデンサに気流を吹き当てるものであり、コンデンサを流通する冷媒の温度をセンシングできる場合、冷媒の温度が閾値を上回ったときにファンを起動することとし、その起動にあたって、発電機６２の発電電圧を一旦下げた上でファンモータ６４に電力を供給してファンを回転させ、その後発電機６２の発電電圧を再び上昇させる制御を行うことができる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に付随するラジエータファンの制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
６１…バッテリ
６２…発電機
６４…ファンモータ

Claims

内燃機関に付随するラジエータまたはエアコンディショナのコンデンサを冷却するファンの回転を制御する制御装置であって、
バッテリ及び発電機の双方からファンモータに電力を供給して当該ファンを駆動するものとし、
所定のファン駆動条件が成立したことを条件としてファンを起動するにあたり、発電機の発電電圧を一旦下げた上でファンモータに電力を供給してファンを回転させ、その後発電機の発電電圧を再び上昇させる
ことを特徴とする制御装置。