JP4465907B2

JP4465907B2 - 車両用冷却ファンの制御装置

Info

Publication number: JP4465907B2
Application number: JP2001119911A
Authority: JP
Inventors: 隆久鈴木; 哲滋信田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002307938A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のラジエータおよび冷凍サイクルの凝縮器を冷却する冷却ファンおよび圧縮機の作動を制御する車両用冷却ファンの制御装置に関するものであり、特に圧縮機の消費動力を低減できる制御構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に冷凍サイクルでは、フロストを防止するとともに、冷凍能力を制御するために、蒸発器の風下側にサーミスタ等の温度センサを設け、この温度センサの検出温度に基づいて、圧縮機に動力を伝達する電磁クラッチと、凝縮器に冷却風を送風する冷却ファンとを制御している。
【０００３】
このとき、冷却ファンは、凝縮器およびラジエータの両者に送風をしているため、冷却ファンの具体的な制御は、以下に述べるようなものとなる。すなわち、エンジンのオーバーヒート防止のために設定された水温Ｔ１よりも実際の水温Ｔｗが高いとき（Ｔｗ≧Ｔ１）、または冷凍サイクルの高圧側（凝縮器側）に設けた圧力スイッチにより実際の凝縮圧力Ｐｈが設定圧力Ｐｈ１より高いときには（Ｐｈ≧Ｐｈ１）、冷却ファンを最大風量（Ｈｉ）で運転する。
【０００４】
また、Ｔｗ＜Ｔ１かつＰｈ＜Ｐｈ１であって電磁クラッチがＯＮのときには、冷却ファンを最小風量（Ｌｏ）で運転し、Ｔｗ＜Ｔ１であって電磁クラッチがＯＦＦのときには、冷却ファンを停止状態とする。つまり、上述した冷却ファンの制御では、比較的熱負荷が低い条件でエアコンスイッチが投入された場合、冷凍能力が余剰状態となるため、冷却ファンはＯＮ（Ｌｏ）状態とＯＦＦ状態とを繰り返すことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は、冷凍サイクルの効率（成績係数）を向上させるべく、圧縮機の消費動力について試験調査していたところ、以下の点を発見した。すなわち、冷却ファンが稼働しているときには、凝縮器およびびラジエータに向けて冷却風が送風されているため、エンジンルーム内のうち凝縮器およびラジエータより冷却風流れ下流側の部位は、エンジンルーム外より気圧（静圧）が上昇している。
【０００６】
このため、車速が低下した状態（アイドリング運転状態）で冷却ファンが停止すると、一度、凝縮器およびラジエータを通過して加熱された空気が、エンジンルーム内外の気圧差により、凝縮器およびラジエータ側（車両前方側）に逆流してしまうので、この逆流した温風により凝縮器の雰囲気温度が上昇してしまうとともに、次回、電磁クラッチがＯＮ状態となり冷却ファンが作動した時に、温風が凝縮器およびラジエータを通過することとなる。従って、凝縮器内の圧力（凝縮圧力）とともに、圧縮機の吐出圧が上昇するので、圧縮機の消費動力が上昇してしまう。
【０００７】
また、出願人は、この圧縮機の消費動力を低減するために、車両用空調装置が稼動しているときに電磁クラッチがＯＮ−ＯＦＦ状態に関わらず、車速が所定速度以下のアイドリング運転時のときには、冷却ファンを作動させる特許出願（特開２０００−１８０３７号公報に記載）をしたが、この公報によれば圧縮機の消費動力を低減できたが、次の不具合が生ずる恐れがあることを見出した。
【０００８】
すなわち、電磁クラッチがＯＦＦのときであっても、車速が所定速度以下のとき、あるいは冷却水温が所定の低水温範囲にあるときには冷却ファンを常に作動させているため、上述した凝縮器側が温度上昇する状況以外の場合にも冷却ファンを作動させることが生じてしまい、消費電力の増大を招くことが分かった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みてなされたもので、圧縮機の作動より先に冷却ファンを作動させることで、電磁クラッチＯＦＦ時の消費電力を増大させることなしに、圧縮機の消費動力を低減することを可能とした車両用冷却ファンの制御装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の請求項に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、車両走行用の液冷式内燃機関（２）の冷却液を冷却するラジエータ（３）、および冷媒を圧縮する圧縮機（６）を有する冷凍サイクルの凝縮器（４）に向けて冷却風を送風する冷却ファン（５）と、圧縮機（６）を液冷式内燃機関（２）の駆動源と断続する電磁クラッチ（７）と、圧縮機（６）および冷却ファン（５）の作動を制御する制御手段（１０）とを備え、制御手段（１０）は、冷凍サイクルの稼動中に電磁クラッチ（７）を接続させて圧縮機（６）を作動させる指令を受けると、冷却ファン（５）を所定時間作動させた後、圧縮機（６）を作動させる遅延制御手段（１６０）を有し、冷却液の温度を検出する水温センサ（１１）を有し、遅延制御手段（１６０）は、水温センサ（１１）より検出された水温が所定温度（Ｔ１）以下のときに、遅延制御を行なうことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、冷却ファン（５）を所定時間作動させた後、圧縮機（６）を作動させる遅延制御手段（１６０）を有することにより、ラジエータ（３）および凝縮器（４）を通過して加熱された温風が再度エンジンルーム内へ送り込まれた後に、圧縮機（６）を作動させることができる。従って、圧縮機（６）が作動するときには凝縮器（４）には外部の冷気が送り込まれるため凝縮器（４）内の凝縮圧力および圧縮機（６）の吐出圧力が上昇してしまうことを防止することができるので圧縮機（６）の消費動力を低減できる。また、冷却液の水温が所定温度（Ｔ１）以上のときには、冷却ファン（５）がラジエータ（３）を冷却するために作動しているため、凝縮器（４）の雰囲気温度が上昇することがなくなるが、水温が所定温度（Ｔ１）以下のときに遅延制御を行なうことにより、ラジエータ（３）および凝縮器（４）を通過して加熱された温風が再度エンジンルーム内へ送り込まれた後に、圧縮機（６）を作動させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、車両走行用の液冷式内燃機関（２）の冷却液を冷却するラジエータ（３）、および冷媒を圧縮する圧縮機（６）を有する冷凍サイクルの凝縮器（４）に向けて冷却風を送風する冷却ファン（５）と、圧縮機（６）を液冷式内燃機関（２）の駆動源と断続する電磁クラッチ（７）と、圧縮機（６）および冷却ファン（５）の作動を制御する制御手段（１０）とを備え、制御手段（１０）は、冷凍サイクルの稼動中に電磁クラッチ（７）を接続させて圧縮機（６）を作動させる指令を受けると、冷却ファン（５）を所定時間作動させた後、圧縮機（６）を作動させる遅延制御手段（１６０）を有し、車両速度を検出する車速センサ（１２）と、冷却液の温度を検出する水温センサ（１１）とを有し、遅延制御手段（１６０）は、車速センサ（１２）より検出された車速が所定速度（Ｖ１）以下であり、かつ水温センサ（１１）より検出された水温が所定温度（Ｔ１）以下のときに、遅延制御を行なうことを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、冷却ファン（５）を所定時間作動させた後、圧縮機（６）を作動させる遅延制御手段（１６０）を有することにより、ラジエータ（３）および凝縮器（４）を通過して加熱された温風が再度エンジンルーム内へ送り込まれた後に、圧縮機（６）を作動させることができる。従って、圧縮機（６）が作動するときには凝縮器（４）には外部の冷気が送り込まれるため凝縮器（４）内の凝縮圧力および圧縮機（６）の吐出圧力が上昇してしまうことを防止することができるので圧縮機（６）の消費動力を低減できる。また、車速が所定速度（Ｖ１）以下であり、かつ水温が所定温度（Ｔ１）以下のときに遅延制御を行なうことにより、ラジエータ（３）および凝縮器（４）を通過して加熱された温風が再度エンジンルーム内へ送り込まれた後に、圧縮機（６）を作動させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、遅延制御手段（１６０）は、所定時間の間、所定時間後に比べて低い駆動出力となるように冷却ファン（５）を制御することを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、加熱された温風が凝縮器（４）側を所定時間内に通過する程度の送風量を確保するための駆動出力で良いため、所定時間の間、所定時間後に比べて低い駆動出力となるように冷却ファン（５）を制御することで冷却ファン（５）の消費電力を少なくすることができる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用冷却ファンの制御装置の一実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。まず、図１に示すように、本実施形態に係る冷却ファンおよび圧縮機の作動を制御する車両用冷却ファンの制御装置を用いた車両エンジンルーム１の模式図であり、車両走行用の水冷式エンジン（液冷式内燃機関）２の空気流れ上流側（車両前方側）には、冷却水（冷却液）を冷却するラジエータ３、および冷凍サイクル（車両用空調装置あるいは車両用冷凍装置）の凝縮器４が配設されている。
【００２２】
また、５は凝縮器４およびラジエータ３に空気（冷却風）を送風するモータによる電動式の冷却ファンであり、凝縮器４およびラジエータ３への送風量は、冷却ファン５に印加する電圧（印加電圧）を制御することにより制御される。６は冷媒を圧縮する圧縮機であり、この圧縮機６は、断続可能に駆動力を伝達する電磁クラッチ７を介して水冷式エンジン２から駆動力を得て稼働する。８は凝縮器４から流出する冷媒を減圧する減圧器（図示せず）を介して、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器である。なお、９は蒸発器８を収容した空調ユニットであって、この空調ユニット９は車室内に配設されている。
【００２３】
そして、電磁クラッチ７および冷却ファン５は、制御手段である電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す。）１０によって制御されており、ＥＣＵ１０には、図２に示すように、冷却水の温度を検出する水温センサ１１の検出水温Ｔｗ、車両の速度を検出する車速センサ１２の検出速度Ｎ、車両用空調装置のＡ／Ｃスイッチ１３から信号、冷凍サイクルの高圧側圧力（凝縮器４内の圧力）を検出する圧力センサ１４の検出圧力Ｐｈ、および蒸発器８にて冷却された空気の温度を検出する温度センサ１５の検出温度Ｔｅが入力されている。
【００２４】
次に、本発明の特徴的作動を図３および図４に示すフローチャートに基づいて説明する。先ず、図３に示すように、ステップ１００において、Ａ／Ｃスイッチ１３の状態（ＯＮ／ＯＦＦ）によって車両用空調装置（冷凍サイクル）が稼働状態であるか否かを判定する。車両用空調装置が停止状態であるとき（Ａ／Ｃスイッチ１３がＯＦＦのとき）は、ステップ１１０において、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。
【００２５】
ここで、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であるときには、ステップ１２０にて冷却ファン５を最大風量（Ｈｉ）で稼働させ、一方、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１未満であるときには、ステップ１３０にて冷却ファン５が停止状態のままである。なお、所定温度Ｔ１とは、水冷式エンジン２のオーバヒートを防止するための設定温度であり、本実施形態では約９０℃である。
【００２６】
そして、車両用空調装置が稼働状態であるとき（Ａ／Ｃスイッチ１３がＯＮのとき）は、ステップ１４０にて、車両の速度（検出速度Ｖ）が所定速度Ｖ１以上であるか否かを判定し、検出速度が所定速度Ｖ１以上であるときにはステップ１７０に移行し、検出速度が所定速度Ｖ１未満であるときにはステップ１５０に移行する。なお、所定速度Ｖ１は１０ｋｍ／ｈ以下の所定速度であり、本実施形態では約０ｋｍ／ｈである。
【００２７】
そして、ステップ１５０にて検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。ここで、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であるときにはステップ１７０に移行し、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１未満であるときにはステップ１６０に移行する。ここでは、圧縮機遅延制御手段として、冷凍サイクル稼動中において電磁クラッチ７のＯＮ指令がある時、先に冷却ファン５を作動させ、所定時間経過後に電磁クラッチ７を接続させて圧縮機６を作動させる制御処理である。
【００２８】
図４に示すように、まず、ステップ１６１では、ＥＣＵ１０において冷凍サイクルの作動状態によって決まる電磁クラッチ７の運転要求（圧縮機６の作動指令）の有無を判定する。具体的には上記温度センサ１５の検出温度が４℃以上のときはＯＮが要求され、検出温度が３℃以下のときにはＯＦＦが要求される圧縮機６への制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ）であって、この圧縮機６への制御信号がＯＮのときには、ステップ１６２にて、図５に示すように、冷却ファン５を最小風量（Ｌｏ）で作動させるように駆動電圧を出力する。これにより、車室外の空気が凝縮器４およびラジエータ３を介してエンジンルーム１内に吸込まれる。
【００２９】
次に、ステップ１６３にてタイマのカウントが開始され、ステップ１６４において、カウント開始してからの経過時間ＴＭが所定時間ＴＭ１に達したか否かの判定をする。なお、本実施形態では、所定時間ＴＭ１を２秒程度であれば、凝縮器４およびラジエータ３凝縮器４を通過して加熱された温風が、再度エンジンルーム内に逆流しても外部からの空気を送り込むことで温風を排出することができる最適時間として設定されている。
【００３０】
そして、経過時間ＴＭが所定時間ＴＭ１に達した後、ステップ１６５にて電磁クラッチ７を水冷式エンジン２の駆動源と接続し、圧縮機６を作動させるものである。これにより、図５に示すように、冷却フアン５が作動した後、所定時間ＴＭ１経過後に電磁クラッチ７が水冷式エンジン２の駆動源に接続され圧縮機６が作動するものである。
【００３１】
そして、電磁クラッチ７が接続後ステップ１６６にて、ステップ１６３のタイマカウンタをここでリセットする。なお、ステップ１４０（図３に示す）の検出速度が所定速度Ｖ１以上であるとき、およびステップ１５０（図３に示す）の検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であるときの次のステップ１７０においては、冷却ファン５と電磁クラッチ７の接続を同時もしくは、逆に電磁クラッチ７を０Ｎした後に、凝縮器４の圧力センサ１４の検出圧力Ｐｈに基づいて第１所定圧力値Ｐｈ０以上になったときに冷却ファン６をＯＮさせても良い。
【００３２】
なお、検出圧力Ｐｈが所定圧力Ｐｈ１以上であるときには、冷却ファン５を最大風量（Ｈｉ）で作動させて凝縮器４の放熱量を増大させ、一方、検出圧力Ｐｈが所定圧力Ｐｈ１未満であるときは、冷却ファン５を最小風量（Ｌｏ）で作働させる。ここで、所定圧力Ｐｈ１とは、冷凍サイクル（凝縮器４および圧縮機６）の損傷を未然に防止するための設定圧力である。
【００３３】
以上の一実施形態によれば、冷凍サイクルの稼動中において圧縮機６の作動指令があると、従来、車速が低下したアイドリング運転状態にあるとき、冷却ファン５が停止すると、一度、凝縮器４およびラジエータ３を通過して加熱された温風が、エンジンルーム内外の気圧差により、凝縮器４およびラジエータ３側（車両前方側）に逆流してしまう。そこで、冷却ファン５を先に作動することにより、凝縮器４およびラジエータ３を通過して加熱された熱風を再度エンジンルーム内へ送り込んだ所定時間後に電磁クラッチ７を入れることができる。従って、圧縮機６が作動するときには凝縮器４には外部の冷気が送り込まれるため凝縮器４内の凝縮圧力および圧縮機６の吐出圧力が上昇してしまうことを防止することができるので圧縮機６の消費動力を低減できる。
【００３４】
しかも、圧縮機６の作動指令を受けたときに、冷却ファン５と電磁クラッチ７（圧縮機６）との作動開始タイミングをずらのみであり、従来のように電磁クラッチＯＦＦ時に冷却ファン５を作動させる必要がなく、消費電力の増大を抑えることができる。また、アイドリング運転時のオルタネータ（発電機）の負担の増大を抑える効果もある。
【００３５】
また、冷却液の検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以上のときには、冷却ファン５がラジエータ３を冷却するために作動しているため、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以下のみのときに事前冷却を必要とすることで、冷却ファン５の消費電力を小さくすることができる。
【００３６】
なお、ステップ１５０、１６０では、検出水温Ｔｗが所定温度Ｔ１以下のときには常に電磁クラッチ７の遅延制御を行なっているが、検出水温ＴｗがＴ１より低い（Ｔ２以下）ときには凝縮器４の雰囲気温度も低いためこの遅延制御を中止し、Ｔ１≧Ｔｗ≧Ｔ２のときにステップ１６０の電磁クラッチ７の遅延制御を行なわせるようにしても良い。
【００３７】
また、ステップ１６２において、冷却ファン５を最小風量（Ｌｏ）で稼働させることにより、加熱された温風が凝縮器４側を所定時間内に通過する程度の送風量を確保するための駆動出力で良いため、圧縮機６が作動した後の動作電圧よりも低くすることで冷却ファン５の消費電力を少なくすることができる。
【００３８】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、ステップ１６０の圧縮機遅延制御手段において、冷却ファン５を最小風量（Ｌｏ）で稼働させたが、これに限らず、図６に示すように、所定時間ＴＭＩ内にブロア電圧を０Ｖから徐々に上昇させるように制御（図６（ｂ））しても良い。これにより、圧縮機６が作動する前の冷却ファン５のみの騒音が一実施形態よりも和らいだ感性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における車両用冷却ファンの制御装置の搭載状態を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における車両用冷却ファンの制御装置の制御系を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態における電子制御装置１０の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態における圧縮機遅延制御手段の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態における圧縮機遅延制御手段の制御処理を示すタイムチャートである。
【図６】他の実施形態における圧縮機遅延制御手段の制御処理を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２…水冷式エンジン（液冷式内燃機関）
３…ラジエータ
４…凝縮器
５…冷却ファン
６…圧縮機
７…電磁クラッチ
１０…電子制御装置、ＥＣＵ（制御手段）
１１…水温センサ
１２…車速センサ
１６０…圧縮機遅延制御手段（遅延制御手段）
Ｔ１…所定温度
ＴＭ１…所定時間
Ｖ１…所定速度

Claims

車両走行用の液冷式内燃機関（２）の冷却液を冷却するラジエータ（３）、および冷媒を圧縮する圧縮機（６）を有する冷凍サイクルの凝縮器（４）に向けて冷却風を送風する冷却ファン（５）と、前記圧縮機（６）を前記液冷式内燃機関（２）の駆動源と断続する電磁クラッチ（７）と、前記圧縮機（６）および前記冷却ファン（５）の作動を制御する制御手段（１０）とを備え、
前記制御手段（１０）は、前記冷凍サイクルの稼動中に前記電磁クラッチ（７）を接続させて前記圧縮機（６）を作動させる指令を受けると、前記冷却ファン（５）を所定時間作動させた後、前記圧縮機（６）を作動させる遅延制御手段（１６０）を有し、
前記冷却液の温度を検出する水温センサ（１１）を有し、前記遅延制御手段（１６０）は、前記水温センサ（１１）より検出された水温が所定温度（Ｔ１）以下のときに、遅延制御を行なうことを特徴とする車両用冷却ファンの制御装置。
車両走行用の液冷式内燃機関（２）の冷却液を冷却するラジエータ（３）、および冷媒を圧縮する圧縮機（６）を有する冷凍サイクルの凝縮器（４）に向けて冷却風を送風する冷却ファン（５）と、前記圧縮機（６）を前記液冷式内燃機関（２）の駆動源と断続する電磁クラッチ（７）と、前記圧縮機（６）および前記冷却ファン（５）の作動を制御する制御手段（１０）とを備え、
前記制御手段（１０）は、前記冷凍サイクルの稼動中に前記電磁クラッチ（７）を接続させて前記圧縮機（６）を作動させる指令を受けると、前記冷却ファン（５）を所定時間作動させた後、前記圧縮機（６）を作動させる遅延制御手段（１６０）を有し、
車両速度を検出する前記車速センサ（１２）と、前記冷却液の温度を検出する前記水温センサ（１１）とを有し、前記遅延制御手段（１６０）は、前記車速センサ（１２）より検出された車速が所定速度（Ｖ１）以下であり、かつ前記水温センサ（１１）より検出された水温が所定温度（Ｔ１）以下のときに、遅延制御を行なうことを特徴とする車両用冷却ファンの制御装置。
前記遅延制御手段（１６０）は、前記所定時間の間、前記所定時間後に比べて低い駆動出力となるように前記冷却ファン（５）を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷却ファンの制御装置。