JP2872379B2

JP2872379B2 - 車載機器制御装置

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Publication number: JP2872379B2
Application number: JP25604690A
Authority: JP
Inventors: 和広塩見; 直樹長野; 栄之介末国; 聖悟酒井
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH04132819A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、車載機器制御装置に関するものである。

［従来の技術］一般に、自動車には、電動ファン等の各種車載機器
と、これを制御する車載機器制御装置とが搭載される。

例えば、車載機器の１つである電動ファンに対しては
電動ファン制御装置が設けられ、この電動ファン制御装
置は、一般に冷却水温度に応じて電動ファンの出力を制
御するようになっている。ここで、２つの電動ファンが
設けられた場合において、冷却水温度が設定温度以下の
ときには１つの電動ファンのみをオンし、設定温度を超
えたときには２つの電動ファンをオンするようにして強
弱切り替えを行なうようにした電動ファン制御装置、あ
るいは冷却水温度に応じて電動ファンの回転数を変えて
強弱を調節するようにした電動ファン制御装置（特開昭
60−75715号公報参照）などが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ところで、例えば、電動ファンの出力を強弱２段に制
御するようにした電動ファン制御装置において、電動フ
ァンの出力をよりエンジンの運転状態に即して制御しよ
うとすれば、冷却水温度以外にエンジン負荷等を考慮す
る必要があるが、この場合、水温センサ等の各種センサ
と、各センサからの入力情報を演算処理するCPUと、CPU
の演算結果を電動ファンに出力する出力端子とが必要と
なる。そして、このようなCPUによる制御を行なう場
合、駆動される電動ファンの個数により強弱を制御する
ようにした電動ファン制御装置では、出力端子数が増え
るので制御機構が複雑化するといった問題があり、一方
１つの電動ファンの出力（回転数等）を変えることによ
って強弱を制御するようにした電動ファン制御装置で
は、制御ロジックが複雑化するといった問題がある。

また、いずれにせよ全面的にCPUに依存すると、CPUの
フェイル対策を講じなければならないといった問題があ
る。

そこで、本願発明者らは、電動ファンの強出力のオン
・オフをCPUを通さず水温スイッチの作動によって直接
的に行なわせれば、上記の問題点を解決し、制御機構な
いし制御ロジックの簡素化と、CPUフェイル時の電動フ
ァンの制御機能の確保とを図ることができるであろうと
考えた。しかしながら、かかる制御方法には、次のよう
な問題があることが判明した。

すなわち、水温センサには冷却水温度の検出誤差が伴
われ、また水温スイッチの作動温度にも誤差が伴われ
る。ここにおいて、水温センサの検出値が低温側にず
れ、すなわち実際の冷却水温度が水温センサ検出値より
高くなり、一方水温スイッチの作動温度が低温側にずれ
たようなときには、強出力がオンされる冷却水温度が、
弱出力がオンされる冷却水温度より低くなる場合があ
る。そして、このような場合、冷却水温度の上昇に伴っ
て、電動ファンが停止状態からいきなり強出力で作動さ
れるので、突然大きな騒音が発生し、運転者に不快感を
与えるといった問題が生じる。

また、水温センサの検出値が低温側にずれていると
き、すなわち冷却水温度が水温センサ検出値より高いと
きには、冷却水温度が高めに保持されるので、熱劣化に
よりエンジン各部の耐久性が低下するといった問題が生
じる。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たものであって、電動ファン等の車載機器の出力を少な
くとも強弱２段に制御するようにした車載機器制御装置
において、電動ファン等の車載機器が停止状態から直接
強出力状態に入るなどといった不具合の発生を防止する
ことができ、またCPUフェイル時においても電動ファン
等の車載機器の制御機能を確保することができ、かつ制
御機構ないし制御ロジックの簡素化を図ることができる
車載機器制御装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記の目的を達するため、車載機器の出力
を、温度に基づいて少なくとも強弱２段に切り替えるよ
うにした車載機器制御装置において、車載機器の強出力
のオン・オフを感温スイッチの作動により行なう一方、
弱出力のオン・オフを感温センサによって検出される温
度が設定温度以上であるか否かによって行なう作動制御
手段と、感温スイッチの作動温度を温度センサで検出
し、該作動温度より低くなるように上記設定温度を学習
制御する設定温度更新手段とを備えたことを特徴とする
車載機器制御装置に提供する。

［発明の作用・効果］本発明によれば、例えば、車載機器の１つである電動
ファンに対しては、電動ファンの出力が少なくとも強弱
２段に制御され、強出力のオン・オフがCPUを介さず直
接水温スイッチの作動によって行なわれるので、出力端
子数が低減され制御機構が簡素化され、あるいは制御ロ
ジックが簡素化される。また、CPUフェイル時において
も、水温スイッチによって電動ファンの制御機能が保持
されるので、制御システムの信頼性が大幅に高められ
る。

さらに、強出力をオン・オフする水温スイッチの作動
温度が水温センサで検出され、この作動温度に対して、
弱出力をオン・オフする設定温度がこれより低くなるよ
うに設定される。したがって、常に弱出力のオン温度が
強出力のオン温度より低くなる。このため、電動ファン
が停止状態から直接強出力に入るのが防止され、突然の
騒音の発生が防止される。また、水温センサの検出値が
低温側にずれた場合、すなわち実際の冷却水温度が水温
センサ検出値より高い場合でも、弱出力のオン温度が強
出力のオン温度より低く抑えられるので、冷却水温度の
上昇が防止され、エンジンの耐久性が高められる。

なお、電動ファン制御装置以外の各種車載機器制御装
置においても、上記効果が得られることはもちろんであ
る。

［実施例］以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第３図に示すように、自動車１のエンジンルーム２の
ほぼ中央部には、冷却系統Ｃを備えた水冷式エンジン３
が配置されている。そして、エンジンルーム２の前端部
には、冷却系統Ｃの一部をなすラジエータ４が配置さ
れ、このラジエータ４の後側に、ラジエータ４に強制的
に送風を行なう電動ファン５が配置されている。なお、
第３図では明らかでないが、電動ファン５は２つのファ
ンモータ5a,5b（第１図参照）を備えた２連式となって
いる。

第４図に示すように、冷却系統Ｃにおいては、エンジ
ン３内に形成されたウォータジャケット６内の冷却水
が、冷却水排出通路７を通してラジエータ４に送られ、
ラジエータ４内で冷却された冷却水が冷却水戻り通路８
を通してウォータジャケット６内に戻されるといった冷
却水の循環が行なわれ、このような冷却水の循環を行な
わせるために、冷却水戻り通路８にはウォータポンプ９
が設けられている。

冷却水排出通路７には、後で説明する水温センサ11と
水温スイッチ12とが設けられている。また、冷却水温度
が低いときにエンジン３の過冷却を防止するため、冷却
水排出通路７内の冷却水をバイパス冷却水通路13を通し
て冷却水戻り通路８に流入させるサーモスタット14が設
けられている。

そして、冷却水温度に基づいて電動ファン５の出力を
強・中・弱の３段階に切り替えるために、電動ファン制
御装置Ｄが設けられている。

第１図に示すように、電動ファン制御装置Ｄは、冷却
水排出通路７（第４図参照）内の冷却水温度を検出する
抵抗式水温センサ11と、予め設定される第1,第２作動温
度Twx₃,Twx₄で夫々オン・オフするようにセットされる
水温スイッチ12と、水温センサ11の検出値と水温スイッ
チ12のオン・オフ状態とを入力情報として各種演算を行
なうコントロールユニット17と、ベースがコントロール
ユニット17の出力端子に接続されるパワートランジスタ
16と、該パワートランジスタ16のコレクタに直列接続さ
れるダイオード18と、第1,第２ファンモータ5a,5bから
なる電動ファン５への電力供給系統の切り替えを行なう
第１〜第３リレー19〜21と、エアコン（図示せず）のオ
ン・オフに応じてオン・オフされるエアコンスイッチ22
とで構成されている。なお、電力源としてバッテリ23が
設けられている。

電動ファン５を構成する第1,第２ファンモータ5a,5b
は、同一構成であり、かつ一体的に駆動されるようにな
っている。そして、第１ファンモータ5aにおいては、プ
ラス側にＰ端子とＱ端子とが設けられ、マイナス則にＲ
端子とＳ端子とが設けられ、各端子間には、第２図に示
すような、同一の抵抗特性をもつ第１〜第４コイル24〜
27が設けられている。そして、後で説明するように、P,
Q,S端子に接続されるリレーの継・断の組み合わせに応
じて、コイル24〜27の全消費電力すなわち第１ファンモ
ータ5aの出力が、強・中・弱に切り替えられるようにな
っている。なお、Ｒ端子はアースされている。第２ファ
ンモータ5bは、第１ファンモータ5aと同一構成であるの
で、その説明を省略する。

第１〜第３リレー19〜21は、夫々、A,B端子間に介設
されるコイル部19a〜21a（電磁石）と、C,D端子間に介
設される接点部19b〜21bとを備えた普通のリレーであっ
て、コイル部19a〜21aが通電（励磁）されたときに、接
点19b〜21bが閉じられるようになっている。

ここで、第１リレー19は、水温スイッチ12のオン・オ
フに応じてコイル部19aが励磁または消磁され、これに
対応して第1,第２ファンモータ5a,5bのＳ端子をアース
しまたはアースをオフするようになっている。ここで、
水温スイッチ12は、冷却水温度が第１作動温度Twx₃を超
えたときにオンされ、この後第２作動温度Twx₄以下とな
ったときにオフされるようにセットされている（第６図
参照）。なお、Twx₃とTwx₄とは比較的高温側に設定され
（後記のTws₁,Tws₂より高温側）、ハンチングを防止す
るためTwx₃＞Twx₄となっている。

第２リレー20は、コントロールユニット17からパワー
トランジスタ16のベースへの正電圧の印加の有無（以
下、これをパワートランジスタ16のオン・オフという）
に応じてコイル部20aが励磁または消磁され、これに対
応して第1,第２ファンモータ5a,5bのＱ端子にバッテリ
電圧をオンしまたはオフするようになっている。かつ、
ダイオード18の作用により、水温スイッチ12のオン・オ
フに応じてコイル部20aが励磁または消磁され、これに
対応して第1,第２ファンモータ5a,5bのＱ端子にバッテ
リ電圧をオンしまたはオフするようになっている。ここ
で、コントロールユニット17は、水温センサ11の検出値
が、第１設定温度Tws₁を超えたときにパワートランジス
タ16のベースに正電圧を印加し、この後第２設定温度Tw
s₂以下となったときに上記正電圧の印加を停止するよう
になっている（第６図参照）。なお、Tws₁とTws₂とは比
較的低温側に設定され（前記のTwx₃,Twx₄より低温
側）、ハンチングを防止するため、Tws₁＞Twx₂となって
いる。

第３リレー21は、エアコンスイッチ22のオン・オフに
応じてコイル部21aが励磁または消磁され、これに対応
して第1,第２ファンモータ5a,5bのＰ端子にバッテリ電
圧をオンしまたはオフするようになっている。

このようなシーケンス構成において、パワートランジ
スタ16のオン・オフと、水温スイッチ12のオン・オフ
と、エアコンスイッチ22のオン・オフとに応じて、８通
りの異なるスイッチ状態が生じるが、これらの各スイッ
チ状態に対する、第１〜第３リレー19〜21の接点19b〜2
1bの継・断と、第1,第２のファンモータ5a,5bの各端子
のオン・オフ状態と、第1,第２のファンモータ5a,5b
（電動ファン５）の出力（強，中，弱）とを、第１表に
示す。なお、電動ファン５の出力は、第２図に示す回路
に対してオームの法則を適用することにより普通の方法
で求められるので、その算出方法の詳しい説明は省略す
るが、弱出力と中出力との強出力の電力比は、1:1.5:2
となる。

以下、上記シーケンス構成における電動ファン制御装
置Ｄの、基本的な作動特性について説明する。

エンジン冷機時等、冷却水が低温状態にあるときに
は、パワートランジスタ16と水温スイッチ12とがともに
オフとなり、エアコンスイッチ22がオフであれば、第１
表中の状態１（以下では、単に状態１〜８という）に該
当し、電動ファン５が停止されている。なお、エアコンスイッチ22がオ
ンされていれば、状態４に該当し、電動ファン５が弱出
力で駆動される。

このように、エアコン作動時に電動ファン５の出力を
高めるのは、エアコン（図示せず）のエバポレータ（図
示せず）を強力に冷却する必要があるからである。

この後、冷却水温度が上昇して水温センサ検出値が第
１設定温度Tws₁に達するとパワートランジスタ16がオン
となるが、このとき水温スイッチ12はオフなので、エア
コンスイッチ22がオフであれば状態２に該当し、電動フ
ァン５が弱出力で駆動される。なお、エアコンスイッチ
22がオンであれば、状態６に該当し、電動ファン５が中
出力で駆動される。

この後、における電動ファン５の駆動により、冷却
水温度が下降して水温センサ検出値が第２設定温度Tws₂
以下になれば、エアコンスイッチ22がオフの場合は状態
１に戻って電動ファン５が停止され、エアコンスイッチ
22がオンの場合は状態４に戻って電動ファン５が弱出力
で駆動される。

通常の運転状態であれば、上記，が繰り返され、
水温センサ11の検出値に基づいて、電動ファン５の出力
制御が行なわれ、冷却水温度が比較的低温に維持され
る。この低温側（弱出力側）の制御は、コントロールユ
ニット17の演算結果に基づいて行なわれるので、エンジ
ン負荷等、冷却水温度以下の制御情報を取り入れて、電
動ファン５の出力制御を行なうことができる。

しかしながら、走行条件によっては（例えば高温
時）、上記の状態からさらに冷却水温度が上昇する
が、この場合冷却水温度が第１作動温度Twx₃に達すれ
ば、水温スイッチ12がオンとなり（もちろんパワートラ
ンジスタ16とオンされている）、エアコンスイッチ22が
オフであれば状態５に該当し、電動ファン５が中出力で
駆動される。なお、エアコンスイッチ22がオンであれば
状態８に該当し、電動ファン５が強出力で駆動される。

この後、における電動ファン５の駆動により、冷却
水温度が下降して第２作動温度Twx₄以下になれば、エア
コンスイッチ22がオフの場合は状態２に戻って電動ファ
ン５が弱出力で駆動され、エアコンスイッチ22がオンの
場合は状態６に戻って電動ファン５が中出力で駆動され
る。

このような高温側（強出力側）の制御は、コントロー
ルユニット17を介さず、水温スイッチ12によって直接的
に行なわれので、コントロールユニット17の出力端子数
が低減され、コントロールユニット17の構成あるいは制
御ロジックが簡素化される。かつ、コントロールユニッ
ト17のフェイル時にも、電動フェイル５の制御機能を保
持することができる。

ところで、一般に水温センサ11の検出値および水温ス
イッチ12の作動温度には誤差が伴われる。このため、第
６図に示すように、パワートランジスタ16をオン・オフ
すべき第1,第２設定温度を、夫々Tws₁,Tws₂に設定して
も、パワートランジスタ16が実際にオン・オフされる冷
却水温度Tw₁,Tw₂はある範囲内で高温側あるいは低温側
にずれる可能性がある。また、水温スイッチ12をオン・
オフすべき第1,第２作動温度を、夫々Twx₃,Twx₄にセッ
トしても、水温スイッチ12が実際にオン・オフされる冷
却水温度Tw₃,Tw₄はある範囲内で高温側あるいは低温側
にずれる可能性がある。

このため、例えば、パワートランジスタ16が実際にオ
ンされる冷却水温度Tw₁が最も高温側にずれ、水温スイ
ッチ12が実際にオンされる冷却水温度Tw₃が最も低温側
にずれたような場合には、Tw₃がTw₁よりｄだけ低くな
る。この場合、冷却水温度が低温状態から上昇すると、
エアコンスイッチ22がオフであれば電動ファン５が状態
１（停止状態）からいきなり状態３（中出力）になり、
エアコンスイッチ22がオンであれば電動ファン５が状態
４（弱出力）からいきなり状態７（強出力）になり、突
然騒音が大きくなり、運転者に不快感を与えることにな
る。そこで、コントロールユニット17によって、パワー
トランジスタ16が実際にオンされる冷却水温度Tw₁が、
水温スイッチ12が実際にオンされる温度Tw₃より必ず低
くなるように、すなわち状態３あるいは状態７が生じな
いように、学習制御により第１設定温度Tws₁と第２設定
温度Tws₂とを補正するようにしている。以下、第５図に
示すフローチャートに従って、コントロールユニット17
による上記学習制御の制御方法を説明する。

この学習制御は、基本的には、水温スイッチ12がオン
作動するたびに、この時点での水温センサ11の検出値Tw
s₃を読み込み、パワートランジスタ16をオンすべき第１
設定温度Tws₁を上記Tws₃より所定値ΔＴ以上低くなるよ
うに補正することによって、パワートランジスタ16が実
際にオンさせる冷却水温度Tw₁が、水温スイッチ12が実
際にオン作動する冷却水温度Tw₃より低くなるようにし
ている。

ステップ＃１では、水温スイッチ12のオン・オフ状態
（水温スイッチ12のプラス側端子の正電圧の有無）が読
み込まれる。

ステップ＃２では、今回で水温スイッチ12がオフから
オンに変化したか否かが判定され、水温スイッチ12がオ
フからオンに変化していなければ（NO）、上記学習制御
は不可能であるので、ステップ＃３〜ステップ＃６をス
キップしてステップ＃１に復帰する。

ステップ＃２で、水温スイッチ12がオフからオンに変
化していると判定されれば（YES）、ステップ＃３で、
この時点における水温センサ検出値、すなわち水温スイ
ッチ12がオン作動したときの水温センサ検出値Tws₃が読
み込まれる。

ステップ＃４では、上記検出値Tws₃と第１設定温度Tw
s₁の差（Tws₃−Tws₁）が基準値ΔＴより小さいか否かが
判定される。基準値ΔＴは、冷却水温度の上昇に対し
て、電動ファン５が弱出力で駆動される領域（エアコン
スイッチ22オン時は中出力領域）が適度に確保されるよ
うな適当な値に設定される。

ステップ＃４で、Tws₃−Tws₁≧ΔＴであると判定され
れば（NO）、実質的にTw₃−Tw₁≧ΔＴであり、したがっ
てパワートランジスタ16が実際にオンされる冷却水温度
Tw₁が、水温スイッチ12が実際にオン作動する冷却水温
度Tw₃より十分低くなっていることになる。すなわち、T
ws₃とTws₁とはいずれも水温センサ11の検出値なので、
水温センサ11に検出誤差がある場合でも、この誤差は
（Tws₃−Tws₁）において相殺され、したがって（Tws₃−
Tws₁）と（Tw₃−Tw₁）とはほぼ等しくなる。このため、
Tws₃−Tws₁≧ΔＴならばほぼTw₃−Tw₁≧ΔＴといえるわ
けである。したがって、適正な弱出力領域（エアコンス
イッチ22オン時は中出力領域）が確保されていることに
なるので、ステップ＃５〜ステップ＃６をスキップして
ステップ＃１に復帰する。

一方、ステップ＃４で、Tws₃−Tws₁＜ΔＴであると判
定されれば（YES）、弱出力領域（エアコンスイッチ22
オン時は中出力領域）が確保されていないので、これを
確保するためステップ＃５で、次の式１により第１設定
温度Tws₁が補正される。

Tws₁′＝Tws₃−ΔＴ ……式１なお、式１においてTws₁′は補正後の第１設定温度を
意味する。この補正によって、第１設定温度Tws₁′がTw
s₃よりΔＴだけ低くなり、したがって、Tw₁がTw₃よりほ
ぼΔＴだけ低くなり、適正な弱出力領域（エアコンスイ
ッチ22オン時は中領域）が確保される。

ステップ＃６では、次の式２により、パワートランジ
スタ16をオフすべき第２設定温度Tws₂が補正される。

Tws₂′＝Tws₁′−（Tws₁−Tws₂） ……式２なお、式２において、Tws₂′は補正後の第２設定温度
であり、Tws₁,Tws₂は夫々補正前の第1,第２設定温度で
ある。この補正により、補正前後の第１設定温度と第２
設定温度の差が一定に保たれる。この後ステップ＃１に
復帰する。

以上のような学習制御が行なわれる結果、第７図に示
すように、Tws₃とTws₁′の間、すなわち水温スイッチ12
が実際にオン作動する冷却水温度Tw₃とパワートランジ
スタ16が実際にオンされる冷却水温度Tw₁との間にΔＴ
以上の温度差が保持され、かつTws₁′とTws₂′との間、
すなわちパワートランジスタ16が実際にオンされる冷却
水温度Tw₁とオフされる冷却水温度Tw₂との間に、予め設
定された一定の差が保持される。

したがって、水温センサ11の検出誤差あるいは水温ス
イッチ12の作動誤差の有無にかかわらず、常に電動ファ
ン５が、冷却水温度の上昇に伴って、エアコンスイッチ
22がオフのときには停止→弱出力→中出力の順に切り替
えられ、エアコンスイッチ22がオンのときには弱出力→
中出力→強出力の順に切り替えられ、電動ファン制御装
置Ｄの信頼性が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる電動ファン制御装置のシステ
ム構成図である。第２図は、ファンモータのコイルの結線状態を示す図で
ある。第３図は、第１図に示す電動ファン制御装置を備えた自
動車のエンジンルームの斜視図である。第４図は、第３図に示す自動車の冷却系統のシステム構
成図である。第５図は、パワートランジスタをオン・オフすべき設定
温度を補正する学習制御の制御方法を示すフローチャー
トである。第６図は、水温センサと水温スイッチのオン・オフ温度
及び誤差範囲を示す図である。第７図は、パワートランジスタをオン・オフすべき設定
温度の、学習制御による補正前後の関係を示す図であ
る。Ｃ……冷却系統、Ｄ……電動ファン制御装置、３……エ
ンジン、４……ラジエータ、５……電動ファン、5a,5b
……ファンモータ、11……水温センサ、12……水温スイ
ッチ、16……パワートランジスタ、17……コントロール
ユニット、18……ダイオード、19〜21……第１〜第３リ
レー、22……エアコンスイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井聖悟広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭61−167113（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01P 7/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車載機器の出力を、温度に基づいて少なく
とも強弱２段に切り替えるようにした車載機器制御装置
において、車載機器の強出力のオン・オフを感温スイッチの作動に
より行なう一方、弱出力のオン・オフを感温センサによ
って検出される温度が設定温度以上であるか否かによっ
て行なう作動制御手段と、感温スイッチの作動温度を温
度センサで検出し、該作動温度より低くなるように上記
設定温度を学習制御する設定温度更新手段とを備えたこ
とを特徴とする車載機器制御装置。