JP4031701B2 - 内燃機関の冷却システム用のファンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１のジェネリックな請求項による、内燃機関の冷却システム用のファンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粘性カップリング（流体カップリング）によって駆動される送風機即ちファンを有する車両のための内燃機関の冷却システムにおいては、公知のように、冷却システムの温度は、結合の滑り量が制御ユニットによって制御されることで調整される。冷却の必要が増すにつれ、結合の係合度、即ち、出力速度の入力速度に対する比は増大する。しかしながら、この比が増すにつれ、即ち、滑り量が減少するにつれ、結合チャンバから粘性カップリングを外すために、また、結合の係合度を所要の低い値へ低減させるために必要とされる時間は増大する。高係合度での粘性カップリングの時間遅れは、ファンが内燃機関の負荷の減少時にも不必要に回り続けるという欠点を有する。こうして回り続けることにより、内燃機関を不利なほどに冷却し、エネルギと燃料を余計に消費する結果となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の課題に鑑みて提案されたものであり、本発明は、上記の欠点を除去するとともに内燃機関のエネルギと燃料の消費を低減する、内燃機関の冷却システム用のファンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記の目的は請求項１の特徴を有する制御装置によって達成される。本発明の有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明は、ファンの速度を低下させる際の時間遅れは、出力速度の入力速度に対する比の或る値より大きい場合にのみ重大であるという事実を利用する。したがって、リミッタを用いて、出力速度の入力速度に対する比（即ち係合）を指定可能な限度、即ち、ファンの時間遅れが大幅に増す限度よりも小さく保持する。こうした滑り制限により、内燃機関の通常の運転期間においては冷却は何の影響も受けない。これは、平均的な内燃機関性能の所要の冷却容量が、リミッタが活動状態になる値よりも小さい値を取り続けるからである。
【０００６】
内燃機関の負荷が大きくて内燃機関の温度が上昇し、滑り制限により絞られた冷却容量が十分ではなくなったならば、本発明によれば、オーバーヒート保護部が活動状態になってリミッタを動作不能にし、粘性カップリングの係合、即ち、出力速度の入力速度に対する比を滑り制限の指定可能な限度よりも大きい値にする。したがって、エネルギと燃料の不要な消費を伴うファンの不利な連続的回転は、大きな冷却容量が実際に必要とされる数少ない場合にしか発生しない。
【０００７】
本発明の有利な実施の形態においては、ファンは制御ユニットによって制御され、制御ユニットには、冷却システムの設定点温度と冷却システムの測定された実際の温度とが供給される。この制御ユニットの下流側には、出力速度の入力速度に対する比が指定可能な限度よりも小さい限りは制御ユニットが通常のように活動状態であるよう、リミッタが接続される。この限度を越えると、リミッタは出力速度の入力速度に対する比が更に上昇するのを防止し、ファンの性能を制限する。下流側にリミッタが接続された制御ユニットと並列に、冷却システムの測定された実際の温度がオーバーヒート保護部へ供給される。オーバーヒート保護部に対しては、制御ユニットに対して指定される設定点温度よりも高い臨界温度が指定される。この臨界温度を越えると、優先ロジックが制御ユニットによるファンの制御を不能にし、ファンは出力速度の入力速度に対する比が１００％へと向かう最大係合まで増速される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す例により本発明を詳細に説明する。図１は、本発明による、車両の内燃機関の冷却システムのためのファンの制御システムを示すブロック図である。
【０００９】
ファン（図示せず）は粘性カップリング（ファン・クラッチ１）により駆動される。ファンの速度は、粘性カップリング（ファン・クラッチ１）を介する内部高速制御ループにおいて制御される。この目的のために、所望値（要求）として設定点速度が与えられる結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）が使用される。測定されたファン速度は、結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して制御ループを介して実際のファン速度値として供給される。
【００１０】
冷却剤の温度を制御するため、ファンは内燃機関の冷却システムに対して作用する。冷却システムの冷却剤温度が測定され、測定された冷却剤温度は制御ユニット（ＰＩＤガバナ３として設計されている）に対して実際の値として供給される。冷却システムの温度に対する設定点はこの制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）に与えられる。ずれに依存して、この制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）は結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して設定点として制御信号（要求）を与える。
【００１１】
この制御信号（要求）は、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）の下流側に接続され且つ入力速度のｘ％への制限を行うリミッタ４及び優先ロジック５を介して結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）へ運ばれる。
【００１２】
内燃機関速度（と、必要によってはトランスミッション比と）の結果である粘性カップリング（ファン・クラッチ１）の入力速度が、リミッタ４へ与えられる。リミッタ４は、結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対する補正変数として制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から与えられる速度の設定点を、入力速度のｘ％という指定可能な限度へ制限する。即ち、補正変数として制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から与えられる所望入力速度の方が、入力速度のｘ％という指定可能な限度よりも小さい限り、リミッタ４は、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から供給されたこの所望入力速度を、変更することなく結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に送る。しかしながら、補正変数として制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から供給される所望入力速度が入力速度のｘ％という限度を上回ると、リミッタ４は、入力速度のｘパーセントという限度を設定点速度（要求）として結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に供給する。
【００１３】
冷却システムにおいて測定された冷却剤温度は、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）とオーバーヒート保護ロジック６とに並列に与えられる。オーバーヒート保護ロジック６は、測定された冷却剤温度と指定可能な臨界温度とを比較する。この臨界温度は、冷却システムの設定点温度よりも高いが、内燃機関及び／又は冷却システムの損傷を生じる冷却剤温度よりも低い。測定された冷却剤温度が上記指定可能な臨界温度を越えると、オーバーヒート保護ロジック６は、最大入力速度に対応する所望入力速度値（要求）を優先ロジック５を介して結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に供給する。
【００１４】
オーバーヒート保護ロジック６からの信号が存在しない限り、優先ロジック５は、リミッタ４を介して制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から送られた入力速度の信号を結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に供給する。オーバーヒート保護ロジック６から信号が到来すると、優先ロジック５は該信号を結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に送り、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）から到来する信号は阻止される。
【００１５】
上記制御装置の動作を説明するため、図２を参照する。同図において、ファンの測定された時間遅れ（単位は秒）は、パーセントで表された、出力速度の入力速度に対する比（係合）の関数としてプロットされている。この時間遅れは、所望入力速度値が結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）から除去された後に粘性カップリング（ファン・クラッチ１）の出力速度が１／ｅへ、即ち６３％だけ低減されるまでの時間幅として定義される。
【００１６】
図２に示すように、出力速度の入力速度に対する比が７５％から９０％へ増大すると、時間遅れは約６秒から１０秒へとわずかに増加する。しかし、比が９０％を越えると、時間遅れは急激な増加を示し、比が例えば９７％になると時間遅れは約３８秒まで増大する。本発明によると、リミッタ４の動作過程において、９０％（ｘ％）という限度、即ち、時間遅れが急激な上昇を示す領域よりも下にある領域内に限度を指定することができる。
【００１７】
本発明の制御装置の動作は図３により一層明瞭になる。図３においては、ファン速度が冷却剤温度の関数としてプロットされている。冷却剤温度が低いと、ファンは一定の低いアイドル速度で回転する（アイドル速度でのファン・クラッチ）。冷却システムの温度が設定点温度（ＰＩＤガバナ３の設定点）に達すると直ちに、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）は活動状態になる。制御装置は、粘性カップリング（ファン・クラッチ１）の出力速度とファンの速度とを制御することにより、冷却剤温度を、指定された設定点（冷却システムの温度に対する設定点）において一定に保持する。この範囲では、制御装置は内燃機関の正常動作状態、即ち、車両の大部分の走行動作期間にある。
【００１８】
内燃機関に特別に負荷がかかって冷却剤が一層加熱されると、入力速度の例えば９０％というリミッタ４による指定された限度を越える、結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）の設定点速度が必要になる。こうして滑り制限が活動状態になり、結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して指定された設定点速度を、例えば９０％という指定された滑り限度に保持する。リミッタ４の動作に起因してファン速度は増加しないので、冷却剤温度は制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）の設定点よりも高い値まで上昇することができる。
【００１９】
次いで、冷却剤温度が、オーバーヒート保護ロジック６に対して指定された臨界温度（保護ロジック切り換え点）よりも上まで上昇すると、オーバーヒート保護ロジック６は、優先ロジック５を介して結合制御ユニット（ファン・クラッチ・ガバナ２）に対して、好ましくは最大速度よりも大きい所望入力速度を指定する。粘性カップリングの出力速度の入力速度に対する比は、物理的に可能な最大値、例えば、入力速度の９７％の値を取る。したがって、最小の滑りにおける粘性カップリングは最大の係合状態となり、ファンは最大の可能な冷却容量を提供する。
【００２０】
冷却剤温度が再びオーバーヒート保護ロジック６の臨界温度（保護ロジック切り換え点）よりも小さくなると、オーバーヒート保護ロジック６は出力信号を与えず、制御ユニット（ＰＩＤガバナ３）は、時間遅れを伴うファン速度の低減後に、リミッタ４とともに活動状態になる。
【００２１】
【発明の効果】
以上、実施の形態についてこれまで説明したところから明らかなように、本発明においては、出力速度の入力速度に対する比をリミッタ４によって制限するので、オーバーヒート保護ロジック６の臨界温度よりも低い温度範囲においては、ファンの長い時間遅れとそれに関連するエネルギ損失及び燃料消費が回避される。長い時間遅れという欠点は、内燃機関の負荷が過大である例外的な場合にしか発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御装置全体のブロック図である。
【図２】出力速度の入力速度に対する比（係合）に対するファンの時間遅れの依存を示すグラフである。
【図３】冷却システムの温度の関数として本発明にしたがって制御されたファンの出力速度を示すグラフである。

Claims (5)

1. 車両の内燃機関の冷却システムのためのファンを制御する装置であって、前記ファンを駆動する粘性カップリング（ファン・クラッチ）と、設定点温度（前記冷却システムの温度の設定点）及び測定された実際の温度（冷却剤温度）が供給される制御ユニット（ＰＩＤガバナ）とを備えた制御装置において、
   リミッタが、前記粘性カップリングの出力速度の入力速度に対する比（係合）を指定可能な限度（入力速度のｘ％）よりも小さく保持し、
   前記冷却システムの前記実際の温度（冷却剤温度）が前記設定点温度（前記冷却システムの温度の設定点）よりも高い指定可能な臨界温度（保護ロジック切り換え点）を越えるとき、オーバーヒート保護ロジックが、前記リミッタとは独立に、前記比の最大値において前記粘性カップリングを制御する
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記制御ユニットがＰＩＤ制御ユニット（ＰＩＤガバナ）であることを特徴とする、請求項１記載の制御装置。
3. 前記リミッタが前記制御ユニット（ＰＩＤガバナ）の下流側に接続され、
   前記比が前記指定可能な限度（入力速度のｘ％）よりも小さいとき、前記リミッタが、前記粘性カップリングの所望入力速度として、前記制御ユニット（ＰＩＤガバナ）の補正変数を出力し、
   前記指定可能な限度（入力速度のｘ％）を越えたとき、前記リミッタが、前記粘性カップリング（ファン・クラッチ）に対して、前記指定可能な限度に対応する所望入力速度を供給する、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記実際の温度（冷却剤温度）が前記制御ユニット（ＰＩＤガバナ）と前記オーバーヒート保護ロジックとへ並列に供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の制御装置。
5. 前記制御ユニット（ＰＩＤガバナ）の制御信号が、前記リミッタ及び前記オーバーヒート保護ロジックにより、前記オーバーヒート保護ロジックが制御信号を出力するときに滑り制限によって前記制御ユニット（ＰＩＤガバナ）の制御信号を阻止する優先ロジックを介して、前記粘性カップリング（ファン・クラッチ）に対して供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の制御装置。

Images