JP2023073890A

JP2023073890A - ポンプ装置

Info

Publication number: JP2023073890A
Application number: JP2021186639A
Authority: JP
Inventors: 俊一筒治; Shunichi Tsutsuji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-05-26

Abstract

【課題】ポンプの劣化の程度をより高い精度で推定する。【解決手段】ポンプ装置は、電動ポンプと、電動ポンプの目標回転数に応じて電動ポンプを駆動制御する制御装置とを備える。制御装置は、前記目標回転数が安定状態にあると推定されたときに電動ポンプの実回転数と目標回転数との乖離の程度に応じて電動ポンプの劣化程度を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ装置に関し、詳しくは、電動ポンプと目標回転数に応じて電動ポンプを駆動制御する制御装置とを備えるポンプ装置に関する。

従来、この種の技術としては、エンジンの実回転数を検出し、目標回転数と実回転数との差分が値０となるようにスロットル開度制御量を設定してスロットル弁の開度を変化させる制御を行なうものにおいて、目標回転数と実回転数との差分が所定値以上のときに異常が発生したと判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、異常が発生したときには、エンジンを運転停止している。

特開平１１－２２５０１号公報

しかしながら、上述の技術をウォーターポンプなどの電動ポンプを有するポンプ装置に適用しようとすると、エンジンと電動ポンプとの慣性の相違や電動ポンプで圧送する流体の慣性や抵抗などによって電動ポンプに劣化が生じていなくても目標回転数と実回転数との差分が大きくなる場合があり、精度よく電動ポンプの劣化を推定することができない場合が生じる。

本発明のポンプ装置は、ポンプの劣化の程度をより高い精度で推定することを主目的とする。

本発明のポンプ装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のポンプ装置は、
電動ポンプと、前記電動ポンプの目標回転数に応じて前記電動ポンプを駆動制御する制御装置と、を備えるポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記目標回転数が安定状態にあると推定されたときに前記電動ポンプの実回転数と前記目標回転数との乖離の程度に応じて前記電動ポンプの劣化程度を推定する、
ことを特徴とする。

この本発明のポンプ装置では、電動ポンプの目標回転数に応じて電動ポンプを駆動制御する。この際、目標回転数が安定状態にあると推定されたときに電動ポンプの実回転数と目標回転数との乖離の程度に応じて電動ポンプの劣化程度を推定する。劣化程度は、電動ポンプの回転数が同一のときには実回転数と目標回転数との乖離が大きいほど大きいと推定することができる。これにより、ポンプの劣化の程度をより高い精度で推定することができる。

本発明のポンプ装置において、前記制御装置は、前記目標回転数になまし処理を施してなまし回転数を演算し、前記目標回転数と前記なまし回転数との差分が所定回転数以内のときに前記目標回転数が安定状態にあると推定するものとしてもよい。こうすれば、目標回転数が安定状態にあるのをより適正に推定することができる。この場合、前記制御装置は、前記目標回転数と前記なまし回転数との差分が前記所定回転数以内で継続して所定時間経過したときに前記目標回転数が安定状態にあると推定するものとしてもよい。こうすれば、目標回転数が安定状態にあるのを更に適正に推定することができる。

本発明のポンプ装置において、前記制御装置は、前記目標回転数に基づいて前記電動ポンプを駆動するための指示デューティを演算し、前記指示デューティが安定状態にあるときに前記目標回転数が安定状態にあると推定するものとしてもよい。指示デューティが安定状態にあるときには目標回転数が安定状態にあると考えられるからである。

本発明のポンプ装置において、前記制御装置は、前記実回転数と前記目標回転数との差分の割合が前記電動ポンプの回転数に応じた差分用閾値を超えたときに前記電動ポンプが劣化したと推定するものとしてもよい。こうすれば、電動ポンプが劣化しているのをより適正に判定することができる。この場合、前記差分用閾値は、前記電動ポンプの回転数が大きくなるほど小さくなる傾向を有するものとしてもよい。これは電動ポンプの劣化程度は電動ポンプの回転数が大きいほど実回転数と目標回転数との差分の割合の絶対値が小さくなることに基づいている。また、前記制御装置は、前記電動ポンプの回転数が回転数閾値以下のときに前記電動ポンプの劣化を推定するものとしてもよい。電動ポンプの回転数が小さいときには、電動ポンプの劣化程度に対する実回転数と目標回転数との差分の割合の絶対値が大きくなるから、電動ポンプの劣化をより適正に判定することができる。

本発明の一実施例としてのポンプ装置が組み込まれたエンジン１２の冷却系２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット４０により実行される劣化判定処理の一例を示すフローチャートである。目標回転数Ｎ＊となまし回転数Ｎｓと差分回転数ΔＮの時間変化の一例を示す説明図である。電動ポンプ３０の実回転数Ｎと電動ポンプ３０の劣化程度と回転数変化率ｄＮとの関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのポンプ装置が組み込まれたエンジン１２の冷却系２０の構成の概略を示す構成図である。冷却系２０は、図示するように、ラジエータ２２と、ラジエータ２２とエンジン１２の図示しないウォータージャケットとを循環する循環流路２４と、循環流路２４に冷却媒体（例えば水など）を循環させる電動ポンプ３０と、ウォータージャケットから循環流路２４の出口近傍に取り付けられた温度センサ２６と、電子制御ユニット４０と、を備える。ポンプ装置としては、電動ポンプ３０と電子制御ユニット４０とが相当する。

電動ポンプ３０は、駆動源として例えばブラシレスモータを用いて構成されており、電子制御ユニット４０により駆動制御される。

電子制御ユニット４０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他にプログラムなどを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポートなどを備える。電子制御ユニット４０には、温度センサ２６からの冷却媒体の温度や電動ポンプ３０の実回転数Ｎなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット４０からは、電動ポンプ３０を駆動するための指示デューティＤＴが電動ポンプ３０に出力ポートを介して出力されている。

電子制御ユニット４０による電動ポンプ３０の駆動制御は、温度センサ２６からの冷却媒体の温度に基づいて電動ポンプ３０の目標回転数Ｎ＊を設定し、電動ポンプ３０の実回転数Ｎが目標回転数Ｎ＊となるように指示デューティＤＴを設定し、設定した指示デューティＤＴを電動ポンプ３０に出力して電動ポンプ３０への電流の印加が指示デューティＤＴに応じたものになるように行なわれる。

次に、こうして構成された実施例の冷却系２０に組み込まれたポンプ装置の動作、特に電動ポンプ３０の劣化判定を行なう際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット４０により実行される劣化判定処理の一例を示すフローチャートである。この劣化判定処理は、電動ポンプ３０が駆動しているときに繰り返し実行される。

劣化判定処理が実行されると、電子制御ユニット４０は、まず、電動ポンプ３０の目標回転数Ｎ＊や実回転数Ｎなどの電動ポンプの劣化判定に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。続いて、目標回転数Ｎ＊に対してなまし処理（緩変化処理）を施して目標回転数Ｎ＊に対するなまし回転数Ｎｓを計算する（ステップＳ１１０）。なまし処理（緩変化処理）としては、なまし回転数Ｎｓと目標回転数Ｎ＊との差分に値０～値１の範囲の係数ｋを乗じたものを単位時間当たりの変化量としたり、なまし回転数Ｎｓの単位時間当たりの変化量の最大値を制限するレートリミット処理としたりすることができる。

次に、目標回転数Ｎ＊からなまし回転数Ｎｓを減じて差分回転数ΔＮを計算し(ステップＳ１２０）、差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満に至って所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）。閾値Ｎｒｅｆは、なまし回転数Ｎｓが目標回転数Ｎ＊に十分に近づいたことを判定するための閾値であり、例えば２００ｒｐｍや３００ｒｐｍなどを用いることができる。所定時間は、差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満に至った状態の継続時間に対するものであり、例えば８００ｍｓｅｃや１０００ｍｓｅｃなどを用いることができる。閾値Ｎｒｅｆと所定時間の意義から、ステップＳ１３０およびＳ１４０の処理は、目標回転数Ｎ＊が安定状態にあるか否かを推定するものとなる。図３に目標回転数Ｎ＊となまし回転数Ｎｓと差分回転数ΔＮの時間変化の一例を示す。図中上段の実線が目標回転数Ｎ＊を示し、上段の破線がなまし回転数Ｎｓを示す。図中下段では差分回転数ΔＮの変化を明確に示すため上段に比して拡大したスケールを用いている。図中時間軸近傍の両矢印線は所定時間を示す。差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満となるのは、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４である。時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満となった差分回転数ΔＮは所定時間内にその絶対値が閾値Ｎｒｅｆ以上となるから、この場合、目標回転数Ｎ＊は安定状態にあると推定することはできない。一方、時間Ｔ４で絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満となった差分回転数ΔＮは所定時間経過した時間Ｔ５まで継続してその絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満となるから、目標回転数Ｎ＊は安定状態にあると推定することができる。ステップＳ１３０で差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ以上であると判定したり、ステップＳ１４０で差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満に至ってから所定時間経過していないと判定したりしたときには、電動ポンプ３０の劣化の判定に適さないと判断し、本処理を終了する。

ステップＳ１３０およびＳ１４０で差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満に至って所定時間経過したと判定したときには、次式（１）により電動ポンプ３０の回転数変化率ｄＮを計算する（ステップＳ１５０）。回転数変化率ｄＮは、式（１）から目標回転数Ｎ＊に対する実回転数Ｎと目標回転数Ｎ＊との差分の割合（％）となる。

ｄＮ＝１００×（Ｎ－Ｎ＊）／Ｎ＊（１）

続いて、電動ポンプ３０の実回転数Ｎに基づいて劣化判定用の閾値ｄＮｒｅｆを設定する（ステップＳ１６０）。図４に電動ポンプ３０の実回転数Ｎと電動ポンプ３０の劣化程度と回転数変化率ｄＮとの関係の一例を示す。図中、一点鎖線は劣化していない電動ポンプ３０の実回転数Ｎに対する回転数変化率ｄＮを示し、実線は錆などによりロータに膨張が生じた状態（ある程度劣化した状態）の電動ポンプ３０の実回転数Ｎに対する回転数変化率ｄＮを示し、破線は軸受の摩耗などによりフリクションが増加した状態（相当程度劣化した状態）の電動ポンプ３０の実回転数Ｎに対する回転数変化率ｄＮを示す。図示するように、実線の状態に至ったときに電動ポンプ３０にある程度の劣化が生じていると判定することができるから、実施例では実線を判定用閾値ｄＮｒｅｆとして設定するものとした。なお、判定用閾値ｄＮｒｅｆは、図４中の実線に限定されるものではなく、実線より上側または下側に設定するものとしてもよい。

そして、回転数変化率ｄＮが判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満（絶対値としては大きい）か否かを判定し（ステップＳ１７０）、回転数変化率ｄＮが判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満であると判定したときには、電動ポンプ３０の劣化を判定し（ステップＳ１８０）、本処理を終了する。電動ポンプ３０の劣化を判定したときには、その旨を報知して電動ポンプ３０のユーザや管理者に知らせるなどの処理を行なう。なお、回転数変化率ｄＮが判定用閾値ｄＮｒｅｆ以上（絶対値としては以下）であると判定したときには、まだ電動ポンプ３０は劣化していないと判断し、本処理を終了する。

以上説明した実施例の冷却系２０に組み込まれたポンプ装置では、電動ポンプ３０の目標回転数Ｎ＊とそれになまし処理を施したなまし回転数Ｎｓとの差分である差分回転数ΔＮの絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満に至って継続して所定時間経過したときに、目標回転数Ｎ＊が安定状態にあると推定する。そして、目標回転数Ｎ＊が安定状態にあると推定したときに、目標回転数Ｎ＊に対する実回転数Ｎと目標回転数Ｎ＊との差分の割合である回転数変化率ｄＮを計算する。目標回転数Ｎ＊が安定状態にあると推定したときの回転数変化率ｄＮは電動ポンプ３０の劣化の程度を示すから、ポンプの劣化の程度をより高い精度で推定することができる。また、回転数変化率ｄＮが電動ポンプ３０の実回転数Ｎに応じた判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満であるか否かを判定し、回転数変化率ｄＮが判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満であるときに電動ポンプ３０が劣化したと判定する。これにより、ポンプの劣化をより高い精度で判定することができる。

実施例の冷却系２０に組み込まれたポンプ装置では、電動ポンプ３０の目標回転数Ｎ＊となまし回転数Ｎｓとの差分（差分回転数ΔＮ）の絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満に至って継続して所定時間経過したときに目標回転数Ｎ＊が安定状態にあると推定するものとした。しかし、電動ポンプ３０の目標回転数Ｎ＊に基づいて設定される指示デューティＤＴとそれになまし処理を施したなましデューティＤＴｓとの差分である差分デューティΔＤＴの絶対値が閾値未満に至って継続して所定時間経過したときに目標回転数Ｎ＊が安定状態にあると推定するものとしてもよい。

実施例の冷却系２０に組み込まれたポンプ装置では、回転数変化率ｄＮが電動ポンプ３０の実回転数Ｎに応じた判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満（絶対値としては大きい）か否かにより電動ポンプ３０が劣化しているか否かを判定するものとした。しかし、回転数変化率ｄＮの実回転数Ｎに応じた判定用閾値ｄＮｒｅｆに対する程度を電動ポンプ３０の劣化の程度によって電動ポンプ３０の劣化の程度を推定するものとしてもよい。

実施例の冷却系２０に組み込まれたポンプ装置では、回転数変化率ｄＮが電動ポンプ３０の実回転数Ｎに応じた判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満であるか否かにより電動ポンプ３０が劣化しているか否かを判定するものとした。しかし、電動ポンプ３０ｎ実回転数Ｎが閾値Ｎ１以下のときに回転数変化率ｄＮが電動ポンプ３０の実回転数Ｎに応じた判定用閾値ｄＮｒｅｆ未満であるか否かにより電動ポンプ３０が劣化しているか否かを判定するものとしてもよい。図４に示すように、電動ポンプ３０の実回転数Ｎにおいて、閾値Ｎ１以下の低回転領域では閾値Ｎ１以上の高回転領域に比して電動ポンプ３０の劣化の判定が有意に行なうことができる。この結果、電動ポンプ３０ｎ実回転数Ｎが閾値Ｎ１以下のときにのみ電動ポンプ３０の劣化を判定することにより、より適正に電動ポンプ３０の劣化を判定することができる。

実施例では、本発明を冷却系２０に組み込まれたポンプ装置に適用するものとして説明した。しかし、冷却水を圧送する電動ポンプだけでなく、燃料を圧送する電動ポンプやオイルを圧送する電動ポンプなど、流体を圧送する電動ポンプを有するポンプ装置における電動ポンプの劣化の推定（判定）に本発明を適用することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、電動ポンプ３０が「電動ポンプ」に相当し、電子制御ユニット４０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ポンプ装置の製造産業などに利用可能である。

１２エンジン、２０冷却系、２２ラジエータ、２４循環流路、２６温度センサ、３０電動ポンプ、４０電子制御ユニット。

Claims

電動ポンプと、前記電動ポンプの目標回転数に応じて前記電動ポンプを駆動制御する制御装置と、を備えるポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記目標回転数が安定状態にあると推定されたときに前記電動ポンプの実回転数と前記目標回転数との乖離の程度に応じて前記電動ポンプの劣化程度を推定する、
ことを特徴とするポンプ装置。
請求項１記載のポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記目標回転数になまし処理を施してなまし回転数を演算し、前記目標回転数と前記なまし回転数との差分が閾値以内のときに前記目標回転数が安定状態にあると推定する、
ポンプ装置。
請求項２記載のポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記目標回転数と前記なまし回転数との差分が前記閾値以内で継続して所定時間経過したときに前記目標回転数が安定状態にあると推定する、
ポンプ装置。
請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載のポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記目標回転数に基づいて前記電動ポンプを駆動するための指示デューティを演算し、前記指示デューティが安定状態にあるときに前記目標回転数が安定状態にあると推定する、
ポンプ装置。
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載のポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記実回転数と前記目標回転数との差分の割合の絶対値が前記電動ポンプの回転数に応じた差分用閾値を超えたときに前記電動ポンプが劣化したと推定する、
ポンプ装置。
請求項５記載のポンプ装置であって、
前記差分用閾値は、前記電動ポンプの回転数が大きくなるほど小さくなる傾向を有する、
ポンプ装置。
請求項５または６記載のポンプ装置であって、
前記制御装置は、前記電動ポンプの回転数が回転数閾値以下のときに前記電動ポンプの劣化を推定する、
ポンプ装置。