JP3836902B2 - 自動車冷却ファン制御システム - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車冷却ファン制御システムに係り、より詳しくは、負性抵抗特性を有する温度検出素子を用いて冷却水の温度変化にしたがって冷却ファンの回転速度を制御してエンジンを冷却する自動車冷却ファン制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
大部分の自動車エンジンには、エンジンが過熱されることを防止するため水冷式を用いている。自動車エンジンが過熱されている場合には、単に冷却水を循環させることでエンジンを正常な温度に保持できない。これは、エンジンが過熱される程度にしたがって冷却水の温度も上昇するので、冷却水の温度を正常な温度にまで冷却させる装置、すなわち冷却ファンを必要になる。したがって、この種の水冷式の自動車エンジンの場合、冷却水の温度を感知して冷却ファンを制御できるシステムが必須的構成要素となる。
【0003】
このように、自動車のエンジンを冷却ファンの回転によりラジエータの冷却水の温度を冷却させてエンジンの冷却を行う試みが各種の方法でなされている。例えば、実開昭58−48926号公報には、冷却ファンが低速または中速出回転させる場合の電力の損失を改善するために、温度検出手段によりラジエータの冷却水の温度を検出し、その検出温度に応じてデューティ比の異なるパルスをパルス発生回路から発生させ、このパルスによってフアン・モータを駆動させることにより、ラジエータの冷却水を冷却させる技術が開示されている。
【0004】
また、実開平07−017924号公報には、サーモスタットを主体とする温度センサを用いて水温継電器を使用したエンジン冷却水温度調節器が開示されている。これには、サーモスタットによる温度精度の低さ、温度変更時のサーモスタットの交換の必要性、寿命が短い、などの欠点を改善するために、機械的接点構成部材の使用に代えて無接点化した車両用エンジン冷却水温度調整器が開示されている。
【0005】
この公報の場合には、温度センサで検出したエンジンの冷却水温度情報とあらかじめ設定した基準温度情報とをコンパレータで比較して、その比較結果に応じてROMにあらかじめ記憶しているプログラムに基づいた制御出力を駆動回路に出力する。
【0006】
駆動回路は、この制御出力に基づき、複数の半導体リレーのうちの所定の該当する半導体リレーをオン、オフの駆動を行うことにより、加熱、あるいは、冷却などの手段の駆動を行うものである。
【0007】
さらに別の従来例として、図5に示すような自動車冷却ファン制御システムも知られている。この図5に示す自動車冷却ファン制御システムの場合には、冷却ファン・モータMと、冷却水の温度が検出されると冷却ファン・モータの速度を制御できる抵抗Rと、冷却ファン・モータMに直接電源BATを供給する端子と抵抗が接続された端子とからなり、2段階で速度を制御する制御スイッチTHM−SW(以下、SWという)とで構成される。
【0008】
次に、このような構成による従来の自動車冷却ファン制御システムの作用について説明する。
冷却水の温度が第1設定値内にある場合には、制御スイッチSWは3番端子に位置するので、冷却ファン・モータは駆動しない。制御スイッチSWは冷却水の温度を電気信号に変換して、冷却水の温度に応じてスイッチング作用をするサーモ・タイプ・スイッチ(thermo type switch)である。
【0009】
冷却水の温度が第1設定値を外れるようになると、制御スイッチSWは冷却水の温度を検出して1番端子に切り替えるので、冷却ファン・モータMは抵抗Rと直列に電源BATに接続されることになり、冷却ファン・モータMは抵抗Rの制御を受けて低速に動作し始まる。
【0010】
エンジンの温度が第2設定値外になると、制御スイッチSWは一定の設定値を外れるようになり、制御スイッチSW端子は2番端子に切り替えられて、冷却ファン・モータMを全電圧状態、すなわち高速に駆動させる。
【0011】
なお、冷却ファン・モータMの作動停止時には、制御スイッチSWを3番端子に切り替えて、冷却ファン・モータMと電源BAT間の回路を断ち、この冷却ファン・モータMの回転を停止させる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図5に示す従来の自動車冷却ファン制御システムは、冷却ファン・モータMの回転速度を抵抗の挿脱により制御するようにしているため、冷却ファン・モータMの速度制御範囲が狭く、これによって時々変化する自動車エンジンの温度を制御することができないので、効率的な冷却作用ができない。したがって、自動車エンジンの寿命を短縮させるという課題があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の自動車冷却ファン制御システムは、冷却水温度検出部で冷却水の温度を検出して電気信号に変換し、冷却水の温度が設定温度以下である場合制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合制御命令を電流命令部に出力して電流命令を得る。
この電流命令を電流命令モード決定部に入力して冷却水の温度が一定以上になると冷却ファン・モータを全電圧で動作させる電流モードを決定する。
前記電流命令と冷却ファン・モータを駆動する主電力回路で検出された冷却ファン・モータの電流検出信号とをパルス幅比較部で比較する。
パルス幅比較部の出力信号とクロック信号と前記電流命令モード決定部で決定された信号とを出力ロジック回路部に入力して所定の制御信号を出力駆動回路に出力することにより、出力駆動回路で主電力回路に対して冷却ファン・モータの駆動を適切に行う。
【0014】
すなわち、本発明によれば、冷却水温度検出部で検出した冷却水の温度が設定温度以上になると、制御信号を電流命令部に送出して、電流命令部から電流命令と電流検出部で検出した冷却ファン・モータの電流検出信号とをパルス幅比較部で比較し、その比較結果とクロック信号と電流命令モード決定部の出力信号とから出力ロジック部より一定の制御信号を生成し、この制御信号により、出力駆動回路を介して主電力回路を駆動して、冷却ファン・モータを全電圧で回転させる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の自動車冷却ファン制御システムの一実施の形態の詳細な回路を示す回路図である。図1に示すように、本発明の一実施の形態による自動車冷却ファン制御システムは、冷却水温度検出部10、電流命令部20、電流モード決定部30、パルス幅比較部40、出力ロジック回路部50、電流検出部60、出力駆動回路部70および主電力回路部80により構成されている。
【0016】
冷却水温度検出部10は、負性抵抗特性を有する温度検出素子を用いて冷却水の温度を検出し、冷却水の温度が設定温度以下である場合には制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合に制御命令を出力する。
【0017】
電流命令部20は、冷却水温度検出部10の信号電圧が入力され、この信号電圧を安定させて電流命令を出力する。電流モード決定部30は、電流命令部20の電流命令信号が入力され、冷却水の温度が上昇するにしたがって電流命令は上がり、この電流命令が一定の電圧以上になると冷却ファン・モータを全電圧で動作するようにする。
【0018】
パルス幅比較部40は、電流命令部20から出力される電流命令信号が入力され、電流検出部60の出力信号が入力されて、これら二つの信号を比較して出力する。出力ロジック回路部50は、パルス幅比較部40の出力信号とクロック信号が入力されて一定のデューティ比を有する信号波形を出力する。
【0019】
出力駆動回路部70は、出力ロジック回路部50から出力される制御信号が入力されて冷却ファンモータを駆動するための適切な信号に変換する。主電力回路部80は、出力駆動回路部70から出力される駆動制御信号が入力されて冷却ファン・モータを直接制御する。電流検出部60は、冷却ファン・モータに流れる電流を検出し、電流検出信号を制御するための適切な電圧に増幅してパルス幅比較部40に出力する。
【0020】
冷却水温度検出部10は、基準電圧Vrefに一側端が接続されている抵抗R11と、抵抗R11の他側端と接地との間に接続されている負性抵抗素子NTC13と、抵抗R11の他側端に一側端が接続されている抵抗R12と、抵抗R12の他側端に一側端が接続されている抵抗R14と、抵抗R14の他側端にプラス極が接続されているコンデンサC15と、演算増幅器(以下、OPアンプという)16と、基準電圧V1とから構成される。OPアンプOP16は、反転入力端が抵抗12および抵抗14の他側端に、非反転入力端が基準電圧V1の正極に接続されている。
【0021】
電流命令部20は、OPアンプOP16の出力端に非反転入力端が接続され、反転入力端と出力端が共通に接続されるOPアンプOP21と、OPアンプOP21の出力端と一側端が接続されている抵抗R22と、抵抗R22の他側端と接地との間に接続されている抵抗R23とからなる。
【0022】
電流モード決定部30は、比較電圧Vfullが非反転入力端に接続され、OPアンプOP21の出力端が反転入力端に接続される比較器OP31からなる。パルス幅比較部40は、抵抗R22の他側端と反転入力端が接続される比較器CP41からなる。
【0023】
出力ロジック回路部50は、ナンド・ゲートNAND51、ナンド・ゲートNAND52およびアンド・ゲートAND53とから構成される。ナンド・ゲートNAND51は、比較器OP41の出力端が入力端1に接続され、ナンド・ゲートNAND52の出力端が入力端に接続されている。ナンド・ゲートNAND52は、ナンド・ゲートNAND51の出力が入力端1に接続され、クロック・パルスが入力端2に入力されている。アンド・ゲートAND53は、比較器OP31の出力を入力端1に入力され、ナンド・ゲートNAND51の出力が入力端2に接続される。
【0024】
出力駆動回路部70は、アンド・ゲートAND53の出力とベースが接続され、エミッタは接地されるトランジスタQ72と、トランジスタQ72のコレクタと電源Vccとの間に接続される抵抗R71と、トランジスタQ72のコレクタとベースが接続されてコレクタが接地されるトランジスタQ74とを備えている。出力駆動回路部70はまた、トランジスタQ72のコレクタとベースが接続され、トランジスタQ74のエミッタとエミッタが接続され、電源Vdcとコレクタが接続されるトランジスタQ73とを備えている。
【0025】
主電力回路部80は、電源Vccにカソードが接続されるダイオードD81と、トランジスタQ73のエミッタと一側端が接続される抵抗R82と、抵抗R82の他側端とゲートが接続され、ダイオードD81のアノードとドレインが接続されるトランジスタQ84と、トランジスタQ84のソースと接地との間に接続される抵抗R85とからなる。
【0026】
電流検出部60は、トランジスタQ84のソースと一側端が接続される抵抗R63と、抵抗R63の他側端と非反転入力端が接続され比較器CP41の反転入力端と出力端が接続されるOPアンプOP64と、OPアンプOP64の出力端と反転入力端との間に接続される抵抗R61と、OPアンプOP64の反転入力端と接地との間に接続される抵抗R62とからなる。
【0027】
次に、以上のように構成される本発明の自動車冷却ファン制御システムの実施の形態の動作について説明する。
負性抵抗素子NTC13は温度の変化に応じてその抵抗値が変化する。具体的には、温度が上昇すると抵抗値が低下し、温度が低下すると抵抗値が上昇する作用をする。このように作用する負性抵抗素子NTC13で検出された冷却水の温度を電気信号に変換する。
【0028】
冷却水の温度が設定されている温度を越える前は、基準電圧V1より負性抵抗素子NTC13の両端の電圧が高いため、OPアンプOP16の出力は「0」またはロー状態となる。したがって、OPアンプOP31の出力はなおローになり、これによって冷却ファンモータM(A)は動作しない。
【0029】
温度が徐々に上昇し始めて設定値以上に上昇すると、負性抵抗素子NTC13の抵抗値は比例して徐々に減少し、負性抵抗素子NTC13の両端の電圧も比例して徐々に低下する。このようになると、負性抵抗素子NTC13両端の電圧より基準電圧V1が高くなり、抵抗R14、コンデンサC15とOPアンプOP16により積分動作して単調増加する電圧がOPアンプOP16より出力される。
【0030】
たとえば、図2および図3のような電流変換素子の構成も代替して用いられる。しかしながら、図1における冷却水温度検出部10の抵抗R14とコンデンサC15との回路構成用の電流変換素子の代わりに、図2の抵抗R16を用いると、比例動作をするのにオーバシュートが発生し、これが不安定な動作の原因になる。一方、図3に示すように、図1における抵抗R14とコンデンサC15との直列回路による電流変換素子の代わりに、抵抗R18とコンデンサC19とを直列に接続した直列回路に並列にコンデンサC19を接続した回路構成用の電流変換素子を用いると、比例微分積分動作をして動作を安定化できる。
【0031】
OPアンプOP16から出力する信号電源は電流命令部20に入力されてOPアンプOP21で安定した信号源として出力され、抵抗R22,R23により制御に適した電圧に分圧されて比較器OP41の入力端(+)に出力される。そして、この電圧が比較器OP41で電流検出部60の出力信号波形と比較される。
【0032】
比較器OP41の入力端(−)には、次のような作用で発生する信号が入力される。モータに電源Vdcが冷却ファン・モータMに印加されると、冷却ファン・モータM内部の誘導性リアクタンス成分により、冷却ファン・モータM両端の電圧は時間の変化にしたがう電流の変化量であるので、冷却ファン・モータM両端の電圧は一定の傾きを有して増加する。このような電圧は抵抗R85により検出され、電流検出部60内の抵抗R63を通じて非反転増幅器OP64の非反転入力端に入力される。
【0033】
非反転増幅器OP64は、入力された抵抗R85の両端の電圧を、パルス幅比較部40より出力される電流命令と比較するのに適した大きさの電圧まで増幅した電圧を、パルス幅比較部40の比較器OP41の反転入力端(−入力端)に出力する。
【0034】
これら二つの信号電圧、すなわち、電流命令部20からの電流命令と電流検出部60からの抵抗R85の両端の電圧とが入力される比較器OP41は、電流命令が電流検出部60の出力電圧より高い場合ハイレベルの電圧を出力し、電流命令が電流検出部60の出力電圧より低い場合ローレベルの電圧を出力する。
【0035】
電流命令は図4(D)に示すように直流電圧であり、電流検出部60の出力電圧は同じく図4(D)に示すように、一定のレベルまで単調増加する電圧である。初期にはこの電流命令が電流検出部60の出力電圧より高いので、比較器OP41の出力はハイレベルの電位を出力するが、電流検出部60の出力電圧は単調増加する形態の信号電圧、すなわち図4(D)のように、信号のポジティブ・エッジ部分の電位は低く、ネガティブ・エッジ部分は高い電位を有する信号波形であるので、二つの信号電圧はネガティブエッジ部分で合う。
このように、二つの電圧が合う点を比較ポイントといい、比較ポイントにおいて図4(B)に示す比較器OP41の出力はロー・レベルに反転される。
【0036】
パルス幅比較部40の出力信号は出力ロジック部50のナンド・ゲートNAND51の入力端1に入力され、さらにナンド・ゲートNAND52の入力端2にはデューティ比が大きいクロック信号が図4(A)に示すように入力される。
なお、参考までに一言加えると、ナンド・ゲートNAND51,NAND52はRSフリップ・フロップと同一の作用をする論理組み合せ回路である。
すなわち、ナンド・ゲートNAND51の入力端1の入力が「1」またはハイ状態が入力され、ナンド・ゲートNAND52の入力端2の入力が「0」またはロー状態が入力されると、ナンド・ゲートNAND51の出力端3においては、「0」またはロー状態が出力され、ナンド・ゲートNAND51の入力端1の入力が「0」またはロー状態が入力され、ナンド・ゲートNAND52の入力端2の入力が「1」またはハイ状態が入力されると、ナンド・ゲートNAND51の出力端3においては「1」またはハイ状態が出力される。
【0037】
前述のような作用で、ナンド・ゲートNAND51の出力端においては図4(C)に示すような制御信号が現れる。
前記制御信号はアンド・ゲートAND53の入力端2に入力され、入力端1には電流モード決定部30の出力信号が入力される。
電流モード決定部30においては、比較器OP31の非反転入力端(+入力端)には比較電圧Vfullが入力され、反転入力端(−入力端)には電流命令部20からの電流命令が入力される。
【0038】
ところで、冷却水の温度が上昇し続け、これによって冷却水温度検出部10の出力電圧が上昇し続けると、電流命令である電圧が上昇する。
上昇する電流命令の電圧が比較電圧Vfullを超過するようになると、比較器OP31はロー電位を出力し、ロー電位はアンド・ゲートAND53の入力端1に入力される。
【0039】
これについて説明すると、電流命令モード決定部30は、冷却水の温度が規定以上に上昇する場合、冷却水を正常温度で冷却させるために冷却ファン・モータMを全電圧に駆動するように命令を与える作用をする。
【0040】
次に、出力ロジック回路部50の出力である制御信号は、制御信号がハイ状態である場合、出力駆動回路部70のトランジスタQ72のベースとエミッタ両端にバイアス電位を印加して、トランジスタQ72はターンオンされ、電源Vdcによる電流はトランジスタQ72、抵抗R71を通じて接地に流れる。
【0041】
これにより、トランジスタQ73のベースの電位はロー状態になるので、トランジスタQ73はオフ状態になり、抵抗R71の電位はトランジスタQ74のベースとエミッタ両端にバイアス電位を提供して、トランジスタQ74の電位はロー状態になる。したがって、トランジスタQ84のゲート電位はロー状態になってトランジスタQ84はオフ状態になり、冷却ファン・モータMは駆動しない。
【0042】
次に、出力ロジック回路部50の制御信号がロー状態である場合、トランジスタQ72はターン・オフされ、トランジスタQ72のコレクタとエミッタ両端に発生する電位はトランジスタQ73のベースとエミッタ両端にバイアス電位を供給するので、トランジスタQ73はターン・オンされる。一方、トランジスタQ74はターン・オフされて電源Vdcによる電流が抵抗R82を通じてトランジスタQ84のゲートに入力されると、トランジスタQ84はターンオンされ、したがって、冷却ファン・モータが動作する。
【0043】
次に、電流モード決定部30において電流命令が比較電圧Vfullを超過する場合、比較器OP31はロー電位を出力してアンド・ゲートAND53に入力される。これにより、アンド・ゲートAND53はロー電位を出力するので、前述した出力駆動回路70の作用によりモータは全電圧で動作する。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷却水の温度が上昇すると抵抗値が低下し、冷却水の温度が低下すると抵抗値が増加する負性抵抗素子を用い、冷却水の温度が一定の温度以上に上昇しないと、冷却ファン・モータを駆動せず、一定以上の温度の上昇の際に、時々刻々変化する冷却水の温度に比例して冷却ファン・モータを駆動するとともに、非常時には、冷却ファン・モータの回転を最大にして冷却ファン・モータを駆動ことにより、冷却ファン・モータの回転制御を無断変速が可能となり、効率的に冷却水により冷却作用を行うことができる。したがって、自動車の冷却水制御回路分野で幅広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車冷却ファン制御システムの一実施の形態の構成を示す回路図。
【図2】図1の自動車冷却ファン制御システムにおける冷却水温度検出部のOPアンプの反転入力端と出力端間に接続される電流変換素子を抵抗のみで構成する場合の回路図。
【図3】図1の自動車冷却ファン制御システムにおける冷却水温度検出部のOPアンプの反転入力端と出力端間に接続される電流変換素子を抵抗とコンデンサとの直列回路に並列にコンデンサを接続した回路図。
【図4】図1の自動車冷却ファン制御システムの動作を説明するための各部の出力波形図。
【図5】従来の自動車冷却ファン制御システムの回路図。
【符号の説明】
10 冷却水温度検出部
20 電流命令部
30 電流命令モード決定部
40 パルス幅比較部
50 出力ロジック回路部
60 電流検出部
70 出力駆動回路部
80 主電力回路部
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車冷却ファン制御システムに係り、より詳しくは、負性抵抗特性を有する温度検出素子を用いて冷却水の温度変化にしたがって冷却ファンの回転速度を制御してエンジンを冷却する自動車冷却ファン制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
大部分の自動車エンジンには、エンジンが過熱されることを防止するため水冷式を用いている。自動車エンジンが過熱されている場合には、単に冷却水を循環させることでエンジンを正常な温度に保持できない。これは、エンジンが過熱される程度にしたがって冷却水の温度も上昇するので、冷却水の温度を正常な温度にまで冷却させる装置、すなわち冷却ファンを必要になる。したがって、この種の水冷式の自動車エンジンの場合、冷却水の温度を感知して冷却ファンを制御できるシステムが必須的構成要素となる。
【0003】
このように、自動車のエンジンを冷却ファンの回転によりラジエータの冷却水の温度を冷却させてエンジンの冷却を行う試みが各種の方法でなされている。例えば、実開昭58−48926号公報には、冷却ファンが低速または中速出回転させる場合の電力の損失を改善するために、温度検出手段によりラジエータの冷却水の温度を検出し、その検出温度に応じてデューティ比の異なるパルスをパルス発生回路から発生させ、このパルスによってフアン・モータを駆動させることにより、ラジエータの冷却水を冷却させる技術が開示されている。
【0004】
また、実開平07−017924号公報には、サーモスタットを主体とする温度センサを用いて水温継電器を使用したエンジン冷却水温度調節器が開示されている。これには、サーモスタットによる温度精度の低さ、温度変更時のサーモスタットの交換の必要性、寿命が短い、などの欠点を改善するために、機械的接点構成部材の使用に代えて無接点化した車両用エンジン冷却水温度調整器が開示されている。
【0005】
この公報の場合には、温度センサで検出したエンジンの冷却水温度情報とあらかじめ設定した基準温度情報とをコンパレータで比較して、その比較結果に応じてROMにあらかじめ記憶しているプログラムに基づいた制御出力を駆動回路に出力する。
【0006】
駆動回路は、この制御出力に基づき、複数の半導体リレーのうちの所定の該当する半導体リレーをオン、オフの駆動を行うことにより、加熱、あるいは、冷却などの手段の駆動を行うものである。
【0007】
さらに別の従来例として、図5に示すような自動車冷却ファン制御システムも知られている。この図5に示す自動車冷却ファン制御システムの場合には、冷却ファン・モータMと、冷却水の温度が検出されると冷却ファン・モータの速度を制御できる抵抗Rと、冷却ファン・モータMに直接電源BATを供給する端子と抵抗が接続された端子とからなり、2段階で速度を制御する制御スイッチTHM−SW(以下、SWという)とで構成される。
【0008】
次に、このような構成による従来の自動車冷却ファン制御システムの作用について説明する。
冷却水の温度が第1設定値内にある場合には、制御スイッチSWは3番端子に位置するので、冷却ファン・モータは駆動しない。制御スイッチSWは冷却水の温度を電気信号に変換して、冷却水の温度に応じてスイッチング作用をするサーモ・タイプ・スイッチ(thermo type switch)である。
【0009】
冷却水の温度が第1設定値を外れるようになると、制御スイッチSWは冷却水の温度を検出して1番端子に切り替えるので、冷却ファン・モータMは抵抗Rと直列に電源BATに接続されることになり、冷却ファン・モータMは抵抗Rの制御を受けて低速に動作し始まる。
【0010】
エンジンの温度が第2設定値外になると、制御スイッチSWは一定の設定値を外れるようになり、制御スイッチSW端子は2番端子に切り替えられて、冷却ファン・モータMを全電圧状態、すなわち高速に駆動させる。
【0011】
なお、冷却ファン・モータMの作動停止時には、制御スイッチSWを3番端子に切り替えて、冷却ファン・モータMと電源BAT間の回路を断ち、この冷却ファン・モータMの回転を停止させる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図5に示す従来の自動車冷却ファン制御システムは、冷却ファン・モータMの回転速度を抵抗の挿脱により制御するようにしているため、冷却ファン・モータMの速度制御範囲が狭く、これによって時々変化する自動車エンジンの温度を制御することができないので、効率的な冷却作用ができない。したがって、自動車エンジンの寿命を短縮させるという課題があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の自動車冷却ファン制御システムは、冷却水温度検出部で冷却水の温度を検出して電気信号に変換し、冷却水の温度が設定温度以下である場合制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合制御命令を電流命令部に出力して電流命令を得る。
この電流命令を電流命令モード決定部に入力して冷却水の温度が一定以上になると冷却ファン・モータを全電圧で動作させる電流モードを決定する。
前記電流命令と冷却ファン・モータを駆動する主電力回路で検出された冷却ファン・モータの電流検出信号とをパルス幅比較部で比較する。
パルス幅比較部の出力信号とクロック信号と前記電流命令モード決定部で決定された信号とを出力ロジック回路部に入力して所定の制御信号を出力駆動回路に出力することにより、出力駆動回路で主電力回路に対して冷却ファン・モータの駆動を適切に行う。
【0014】
すなわち、本発明によれば、冷却水温度検出部で検出した冷却水の温度が設定温度以上になると、制御信号を電流命令部に送出して、電流命令部から電流命令と電流検出部で検出した冷却ファン・モータの電流検出信号とをパルス幅比較部で比較し、その比較結果とクロック信号と電流命令モード決定部の出力信号とから出力ロジック部より一定の制御信号を生成し、この制御信号により、出力駆動回路を介して主電力回路を駆動して、冷却ファン・モータを全電圧で回転させる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の自動車冷却ファン制御システムの一実施の形態の詳細な回路を示す回路図である。図1に示すように、本発明の一実施の形態による自動車冷却ファン制御システムは、冷却水温度検出部10、電流命令部20、電流モード決定部30、パルス幅比較部40、出力ロジック回路部50、電流検出部60、出力駆動回路部70および主電力回路部80により構成されている。
【0016】
冷却水温度検出部10は、負性抵抗特性を有する温度検出素子を用いて冷却水の温度を検出し、冷却水の温度が設定温度以下である場合には制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合に制御命令を出力する。
【0017】
電流命令部20は、冷却水温度検出部10の信号電圧が入力され、この信号電圧を安定させて電流命令を出力する。電流モード決定部30は、電流命令部20の電流命令信号が入力され、冷却水の温度が上昇するにしたがって電流命令は上がり、この電流命令が一定の電圧以上になると冷却ファン・モータを全電圧で動作するようにする。
【0018】
パルス幅比較部40は、電流命令部20から出力される電流命令信号が入力され、電流検出部60の出力信号が入力されて、これら二つの信号を比較して出力する。出力ロジック回路部50は、パルス幅比較部40の出力信号とクロック信号が入力されて一定のデューティ比を有する信号波形を出力する。
【0019】
出力駆動回路部70は、出力ロジック回路部50から出力される制御信号が入力されて冷却ファンモータを駆動するための適切な信号に変換する。主電力回路部80は、出力駆動回路部70から出力される駆動制御信号が入力されて冷却ファン・モータを直接制御する。電流検出部60は、冷却ファン・モータに流れる電流を検出し、電流検出信号を制御するための適切な電圧に増幅してパルス幅比較部40に出力する。
【0020】
冷却水温度検出部10は、基準電圧Vrefに一側端が接続されている抵抗R11と、抵抗R11の他側端と接地との間に接続されている負性抵抗素子NTC13と、抵抗R11の他側端に一側端が接続されている抵抗R12と、抵抗R12の他側端に一側端が接続されている抵抗R14と、抵抗R14の他側端にプラス極が接続されているコンデンサC15と、演算増幅器(以下、OPアンプという)16と、基準電圧V1とから構成される。OPアンプOP16は、反転入力端が抵抗12および抵抗14の他側端に、非反転入力端が基準電圧V1の正極に接続されている。
【0021】
電流命令部20は、OPアンプOP16の出力端に非反転入力端が接続され、反転入力端と出力端が共通に接続されるOPアンプOP21と、OPアンプOP21の出力端と一側端が接続されている抵抗R22と、抵抗R22の他側端と接地との間に接続されている抵抗R23とからなる。
【0022】
電流モード決定部30は、比較電圧Vfullが非反転入力端に接続され、OPアンプOP21の出力端が反転入力端に接続される比較器OP31からなる。パルス幅比較部40は、抵抗R22の他側端と反転入力端が接続される比較器CP41からなる。
【0023】
出力ロジック回路部50は、ナンド・ゲートNAND51、ナンド・ゲートNAND52およびアンド・ゲートAND53とから構成される。ナンド・ゲートNAND51は、比較器OP41の出力端が入力端1に接続され、ナンド・ゲートNAND52の出力端が入力端に接続されている。ナンド・ゲートNAND52は、ナンド・ゲートNAND51の出力が入力端1に接続され、クロック・パルスが入力端2に入力されている。アンド・ゲートAND53は、比較器OP31の出力を入力端1に入力され、ナンド・ゲートNAND51の出力が入力端2に接続される。
【0024】
出力駆動回路部70は、アンド・ゲートAND53の出力とベースが接続され、エミッタは接地されるトランジスタQ72と、トランジスタQ72のコレクタと電源Vccとの間に接続される抵抗R71と、トランジスタQ72のコレクタとベースが接続されてコレクタが接地されるトランジスタQ74とを備えている。出力駆動回路部70はまた、トランジスタQ72のコレクタとベースが接続され、トランジスタQ74のエミッタとエミッタが接続され、電源Vdcとコレクタが接続されるトランジスタQ73とを備えている。
【0025】
主電力回路部80は、電源Vccにカソードが接続されるダイオードD81と、トランジスタQ73のエミッタと一側端が接続される抵抗R82と、抵抗R82の他側端とゲートが接続され、ダイオードD81のアノードとドレインが接続されるトランジスタQ84と、トランジスタQ84のソースと接地との間に接続される抵抗R85とからなる。
【0026】
電流検出部60は、トランジスタQ84のソースと一側端が接続される抵抗R63と、抵抗R63の他側端と非反転入力端が接続され比較器CP41の反転入力端と出力端が接続されるOPアンプOP64と、OPアンプOP64の出力端と反転入力端との間に接続される抵抗R61と、OPアンプOP64の反転入力端と接地との間に接続される抵抗R62とからなる。
【0027】
次に、以上のように構成される本発明の自動車冷却ファン制御システムの実施の形態の動作について説明する。
負性抵抗素子NTC13は温度の変化に応じてその抵抗値が変化する。具体的には、温度が上昇すると抵抗値が低下し、温度が低下すると抵抗値が上昇する作用をする。このように作用する負性抵抗素子NTC13で検出された冷却水の温度を電気信号に変換する。
【0028】
冷却水の温度が設定されている温度を越える前は、基準電圧V1より負性抵抗素子NTC13の両端の電圧が高いため、OPアンプOP16の出力は「0」またはロー状態となる。したがって、OPアンプOP31の出力はなおローになり、これによって冷却ファンモータM(A)は動作しない。
【0029】
温度が徐々に上昇し始めて設定値以上に上昇すると、負性抵抗素子NTC13の抵抗値は比例して徐々に減少し、負性抵抗素子NTC13の両端の電圧も比例して徐々に低下する。このようになると、負性抵抗素子NTC13両端の電圧より基準電圧V1が高くなり、抵抗R14、コンデンサC15とOPアンプOP16により積分動作して単調増加する電圧がOPアンプOP16より出力される。
【0030】
たとえば、図2および図3のような電流変換素子の構成も代替して用いられる。しかしながら、図1における冷却水温度検出部10の抵抗R14とコンデンサC15との回路構成用の電流変換素子の代わりに、図2の抵抗R16を用いると、比例動作をするのにオーバシュートが発生し、これが不安定な動作の原因になる。一方、図3に示すように、図1における抵抗R14とコンデンサC15との直列回路による電流変換素子の代わりに、抵抗R18とコンデンサC19とを直列に接続した直列回路に並列にコンデンサC19を接続した回路構成用の電流変換素子を用いると、比例微分積分動作をして動作を安定化できる。
【0031】
OPアンプOP16から出力する信号電源は電流命令部20に入力されてOPアンプOP21で安定した信号源として出力され、抵抗R22,R23により制御に適した電圧に分圧されて比較器OP41の入力端(+)に出力される。そして、この電圧が比較器OP41で電流検出部60の出力信号波形と比較される。
【0032】
比較器OP41の入力端(−)には、次のような作用で発生する信号が入力される。モータに電源Vdcが冷却ファン・モータMに印加されると、冷却ファン・モータM内部の誘導性リアクタンス成分により、冷却ファン・モータM両端の電圧は時間の変化にしたがう電流の変化量であるので、冷却ファン・モータM両端の電圧は一定の傾きを有して増加する。このような電圧は抵抗R85により検出され、電流検出部60内の抵抗R63を通じて非反転増幅器OP64の非反転入力端に入力される。
【0033】
非反転増幅器OP64は、入力された抵抗R85の両端の電圧を、パルス幅比較部40より出力される電流命令と比較するのに適した大きさの電圧まで増幅した電圧を、パルス幅比較部40の比較器OP41の反転入力端(−入力端)に出力する。
【0034】
これら二つの信号電圧、すなわち、電流命令部20からの電流命令と電流検出部60からの抵抗R85の両端の電圧とが入力される比較器OP41は、電流命令が電流検出部60の出力電圧より高い場合ハイレベルの電圧を出力し、電流命令が電流検出部60の出力電圧より低い場合ローレベルの電圧を出力する。
【0035】
電流命令は図4(D)に示すように直流電圧であり、電流検出部60の出力電圧は同じく図4(D)に示すように、一定のレベルまで単調増加する電圧である。初期にはこの電流命令が電流検出部60の出力電圧より高いので、比較器OP41の出力はハイレベルの電位を出力するが、電流検出部60の出力電圧は単調増加する形態の信号電圧、すなわち図4(D)のように、信号のポジティブ・エッジ部分の電位は低く、ネガティブ・エッジ部分は高い電位を有する信号波形であるので、二つの信号電圧はネガティブエッジ部分で合う。
このように、二つの電圧が合う点を比較ポイントといい、比較ポイントにおいて図4(B)に示す比較器OP41の出力はロー・レベルに反転される。
【0036】
パルス幅比較部40の出力信号は出力ロジック部50のナンド・ゲートNAND51の入力端1に入力され、さらにナンド・ゲートNAND52の入力端2にはデューティ比が大きいクロック信号が図4(A)に示すように入力される。
なお、参考までに一言加えると、ナンド・ゲートNAND51,NAND52はRSフリップ・フロップと同一の作用をする論理組み合せ回路である。
すなわち、ナンド・ゲートNAND51の入力端1の入力が「1」またはハイ状態が入力され、ナンド・ゲートNAND52の入力端2の入力が「0」またはロー状態が入力されると、ナンド・ゲートNAND51の出力端3においては、「0」またはロー状態が出力され、ナンド・ゲートNAND51の入力端1の入力が「0」またはロー状態が入力され、ナンド・ゲートNAND52の入力端2の入力が「1」またはハイ状態が入力されると、ナンド・ゲートNAND51の出力端3においては「1」またはハイ状態が出力される。
【0037】
前述のような作用で、ナンド・ゲートNAND51の出力端においては図4(C)に示すような制御信号が現れる。
前記制御信号はアンド・ゲートAND53の入力端2に入力され、入力端1には電流モード決定部30の出力信号が入力される。
電流モード決定部30においては、比較器OP31の非反転入力端(+入力端)には比較電圧Vfullが入力され、反転入力端(−入力端)には電流命令部20からの電流命令が入力される。
【0038】
ところで、冷却水の温度が上昇し続け、これによって冷却水温度検出部10の出力電圧が上昇し続けると、電流命令である電圧が上昇する。
上昇する電流命令の電圧が比較電圧Vfullを超過するようになると、比較器OP31はロー電位を出力し、ロー電位はアンド・ゲートAND53の入力端1に入力される。
【0039】
これについて説明すると、電流命令モード決定部30は、冷却水の温度が規定以上に上昇する場合、冷却水を正常温度で冷却させるために冷却ファン・モータMを全電圧に駆動するように命令を与える作用をする。
【0040】
次に、出力ロジック回路部50の出力である制御信号は、制御信号がハイ状態である場合、出力駆動回路部70のトランジスタQ72のベースとエミッタ両端にバイアス電位を印加して、トランジスタQ72はターンオンされ、電源Vdcによる電流はトランジスタQ72、抵抗R71を通じて接地に流れる。
【0041】
これにより、トランジスタQ73のベースの電位はロー状態になるので、トランジスタQ73はオフ状態になり、抵抗R71の電位はトランジスタQ74のベースとエミッタ両端にバイアス電位を提供して、トランジスタQ74の電位はロー状態になる。したがって、トランジスタQ84のゲート電位はロー状態になってトランジスタQ84はオフ状態になり、冷却ファン・モータMは駆動しない。
【0042】
次に、出力ロジック回路部50の制御信号がロー状態である場合、トランジスタQ72はターン・オフされ、トランジスタQ72のコレクタとエミッタ両端に発生する電位はトランジスタQ73のベースとエミッタ両端にバイアス電位を供給するので、トランジスタQ73はターン・オンされる。一方、トランジスタQ74はターン・オフされて電源Vdcによる電流が抵抗R82を通じてトランジスタQ84のゲートに入力されると、トランジスタQ84はターンオンされ、したがって、冷却ファン・モータが動作する。
【0043】
次に、電流モード決定部30において電流命令が比較電圧Vfullを超過する場合、比較器OP31はロー電位を出力してアンド・ゲートAND53に入力される。これにより、アンド・ゲートAND53はロー電位を出力するので、前述した出力駆動回路70の作用によりモータは全電圧で動作する。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷却水の温度が上昇すると抵抗値が低下し、冷却水の温度が低下すると抵抗値が増加する負性抵抗素子を用い、冷却水の温度が一定の温度以上に上昇しないと、冷却ファン・モータを駆動せず、一定以上の温度の上昇の際に、時々刻々変化する冷却水の温度に比例して冷却ファン・モータを駆動するとともに、非常時には、冷却ファン・モータの回転を最大にして冷却ファン・モータを駆動ことにより、冷却ファン・モータの回転制御を無断変速が可能となり、効率的に冷却水により冷却作用を行うことができる。したがって、自動車の冷却水制御回路分野で幅広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車冷却ファン制御システムの一実施の形態の構成を示す回路図。
【図2】図1の自動車冷却ファン制御システムにおける冷却水温度検出部のOPアンプの反転入力端と出力端間に接続される電流変換素子を抵抗のみで構成する場合の回路図。
【図3】図1の自動車冷却ファン制御システムにおける冷却水温度検出部のOPアンプの反転入力端と出力端間に接続される電流変換素子を抵抗とコンデンサとの直列回路に並列にコンデンサを接続した回路図。
【図4】図1の自動車冷却ファン制御システムの動作を説明するための各部の出力波形図。
【図5】従来の自動車冷却ファン制御システムの回路図。
【符号の説明】
10 冷却水温度検出部
20 電流命令部
30 電流命令モード決定部
40 パルス幅比較部
50 出力ロジック回路部
60 電流検出部
70 出力駆動回路部
80 主電力回路部
Claims (7)
- 冷却水の温度を電気信号に転換し、冷却水の温度が設定温度以下である場合には制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合に制御命令を出力する冷却水温度検出部と、
前記冷却水温度検出部の信号電圧が入力されて電流命令を作る電流命令部と、
前記電流命令部から出力される電流命令信号と電流検出信号とを比較して比較結果に応じた論理信号を出力するパルス幅比較部と、
前記パルス幅比較部の出力信号とクロックパルスとが入力されて制御信号を出力する出力ロジック回路部と、
前記出力ロジック回路部の制御信号が入力され、この制御信号を主電力回路の冷却ファン・モータを駆動するための適切な信号に変換する出力駆動回路部と、
前記出力駆動回路部の出力信号が入力されて前記冷却ファン・モータを直接制御する主電力回路部と、
前記電流命令部の電流命令と比較電圧とが入力されて冷却水の温度が上昇して前記電流命令が前記比較電圧より大きくなる場合、前記冷却ファン・モータを全電圧駆動するようにする電流モード決定部と、
前記冷却ファン・モータに流れる電流を検出し、前記冷却ファン・モータに流れる電流を制御するための適切な電圧を前記パルス幅比較部に出力する電流検出部と、を有する自動車冷却ファン制御システムであって、
前記冷却水温度検出部は、
基準電圧と接地との間に直列に接続されている第1の抵抗及び負性抵抗素子と、
前記第1の抵抗と前記負性抵抗素子との間の接点に接続されている非反転入力端と、比較電圧に接続されている反転入力端とを有する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端と非反転入力端との間に接続される構成回路と、を有することを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。 - 冷却水の温度を電気信号に転換し、冷却水の温度が設定温度以下である場合には制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合に制御命令を出力する冷却水温度検出部と、
前記冷却水温度検出部の信号電圧が入力されて電流命令を作る電流命令部と、
前記電流命令部から出力される電流命令信号と電流検出信号とを比較して比較結果に応じた論理信号を出力するパルス幅比較部と、
前記パルス幅比較部の出力信号とクロックパルスとが入力されて制御信号を出力する出力ロジック回路部と、
前記出力ロジック回路部の制御信号が入力され、この制御信号を主電力回路の冷却ファン・モータを駆動するための適切な信号に変換する出力駆動回路部と、
前記出力駆動回路部の出力信号が入力されて前記冷却ファン・モータを直接制御する主電力回路部と、
前記電流命令部の電流命令と比較電圧とが入力されて冷却水の温度が上昇して前記電流命令が前記比較電圧より大きくなる場合、前記冷却ファン・モータを全電圧駆動するようにする電流モード決定部と、
前記冷却ファン・モータに流れる電流を検出し、前記冷却ファン・モータに流れる電流を制御するための適切な電圧を前記パルス幅比較部に出力する電流検出部と、を有する自動車冷却ファン制御システムであって、
前記パルス幅比較部は、
前記パルス幅比較部の出力信号が入力されて制御信号を発生する論理組み合わせ回路と、
前記電流命令モード決定部の信号と前記制御信号とが入力されるアンド・ゲートとを有することを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。 - 冷却水の温度を電気信号に転換し、冷却水の温度が設定温度以下である場合には制御命令を出力せず、冷却水の温度が設定温度を超える場合に制御命令を出力する冷却水温度検出部と、
前記冷却水温度検出部の信号電圧が入力されて電流命令を作る電流命令部と、
前記電流命令部から出力される電流命令信号と電流検出信号とを比較して比較結果に応じた論理信号を出力するパルス幅比較部と、
前記パルス幅比較部の出力信号とクロックパルスとが入力されて制御信号を出力する出力ロジック回路部と、
前記出力ロジック回路部の制御信号が入力され、この制御信号を主電力回路の冷却ファン・モータを駆動するための適切な信号に変換する出力駆動回路部と、
前記出力駆動回路部の出力信号が入力されて前記冷却ファン・モータを直接制御する主電力回路部と、
前記電流命令部の電流命令と比較電圧とが入力されて冷却水の温度が上昇して前記電流命令が前記比較電圧より大きくなる場合、前記冷却ファン・モータを全電圧駆動するようにする電流モード決定部と、
前記冷却ファン・モータに流れる電流を検出し、前記冷却ファン・モータに流れる電流を制御するための適切な電圧を前記パルス幅比較部に出力する電流検出部と、を有する自動車冷却ファン制御システムであって、
前記出力駆動回路部は、
前記出力ロジック回路部から出力される制御信号がベースに入力され、エミッタは接地される第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのコレクタと電源との間に接続される抵抗と、
前記第1のトランジスタのコレクタとベースが接続され、コレクタは接地される第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのコレクタとベースが接続され、前記第2のトランジスタのエミッタとエミッタが接続され、電源とコレクタが接続される第3のトランジスタと、を有することを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。 - 請求項1記載の自動車冷却ファン制御システムにおいて、
前記構成回路は、第2の抵抗とコンデンサとの直列回路からなることを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。 - 請求項1記載の自動車冷却ファン制御システムにおいて、
前記構成回路は、単一の抵抗からなることを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。 - 請求項1記載の自動車冷却ファン制御システムにおいて、
前記構成回路は、第2の抵抗と第1のコンデンサとの直列回路に並列に第2のコンデンサを接続して構成することを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。 - 請求項2記載の自動車冷却ファン制御システムにおいて、
前記論理組み合せ回路は、前記パルス幅比較部の出力信号は入力端に接続される第1のナンド・ゲートと、前記第1のナンド・ゲートの出力は入力端に入力され、クロックパルスは入力端に入力され、前記第1のナンド・ゲートの入力端は出力端に入力される第2のナンド・ゲートとを含むことを特徴とする自動車冷却ファン制御システム。
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