JP4621770B2 - ファンシステムおよびファンモータを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ファンシステムおよびファンモータを制御する方法に関する。

本発明は、自動車の内燃機関を制御冷却するファンシステムに関する。本発明はさらにファンモータを制御する方法に関する。

機関冷却ブロア部のファンモータは、ふつう高周波クロック制御器（いわゆるＦＣＭs，Fan Control Moduls）によってほぼ無段階に駆動制御される。これにより、例えば、実際の冷却要求に調整されたブロア性能が得られる。クロック制御器それ自体は、ふつう約５〜３００Hzの範囲の低周波のパルス幅変調信号によって駆動制御され、この信号によってファンモータを駆動制御する度合いが設定される。

自動車の内燃機関に対する制御冷却を実施するファンシステムは、周辺温度が極めて高く内燃機関の冷却要求が高い場合の冷却空気要求に対して設計される。ふつうこのようなファンシステム用のファンモータは、３００〜６００Wの範囲の出力を有する。上記のクロック制御器も相応に設計されまた使用され、これによってファンモータが適切に駆動制御され、所望の冷却出力が得られるようにするのである。

ファンモータはふつう１８kHzを上回る周波数で駆動制御される。

ファンモータは通常、所要の最大冷却出力に基づいて設計して、極端な動作状態において所要の冷却出力が供給できるようにしなればならないが、このファンモータは、全体動作時間の大部分の間の通常動作時には格段に小さな出力、ひいては小さな電流の負荷しかかからないのである。

ファンモータは通常、整流子を有しており、この整流子を介しまたコンタクトブラシを用いてファンモータの回転子コイルに電流を流すことができる。少なすぎる電流で持続的に駆動制御すると、またファンモータの回転数が低すぎると、整流子の「ペースト付着」（Verpastung）が発生してしまう。すなわち、整流子のコンタクト整流子片間のスリットに炭素塵、汚れ、油などが堆積するのである。炭素塵によるペーストは導電性であることが多く、このために整流子片間の短絡または抵抗の減少が発生してしまうのである。

したがって本発明の課題は、内燃機関に対して制御冷却を行うファンシステムにおけるファンモータの整流子にペーストが付着することを回避する、ないしはこれを低減することである。本発明の別の課題は、ファンモータを駆動制御する方法を提供して、この方法により、ファンモータの整流子のペーストを回避ないしは低減できるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載されファンシステムによって、また請求項８に記載されたファンモータを制御する方法によって解決される。

本発明の別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明の第１の様相によれば、自動車の内燃機関に対して制御冷却を行うファンシステムが提供される。このファンシステムは、電気ファンモータと、このファンモータを駆動制御する制御ユニットとを有する。この制御ユニットは、所望される冷却出力に依存して、制御調整値（Regel-Stellgroesse）によってファンモータを駆動制御する。本発明ではこの制御ユニットを構成して、この制御ユニットにより、所望の冷却出力とは無関係に、制御調整値よりも大きなクリーニング調整値（Reinigungs-Stellgroesse）で、あらかじめ定めた時点にあらかじめ定めた時間だけファンモータが駆動制御されるようにする。

本発明のファンシステムの利点は、このファンシステムにより、所定の時点にファンモータの駆動制御がトリガされ、またこのファンモータが上記の制御調整値よりも大きな「クリーニング」調整値で駆動制御されることである。あらかじめ定めた時間にわたってクリーニング調整値でモータをより一層高出力に駆動制御することにより、ファンモータの整流子のペーストに対抗し、ないしはすでに存在するペーストを低減するか除去することができる。これは、実質的に互いに依存しない２つの作用によって達成される。第１にはファンモータの回転数を上げた際に遠心力が大きくなることによって、整流子のコンタクト片間にあるペーストが遠心分離で外に出される。第２にはクリーニング調整値でファンモータをより高出力に駆動制御することによって増大する電流により、整流子片間を流れる電流が、すでに発生しているペーストによって減少している抵抗によって増大し、これによってペーストが蒸発し、燃焼して消失するか、またはその他の作用によって除去される。このようなペーストは、殊に低回転数領域ないしは小さな駆動電流で長時間継続して動作させた場合に発生するため、本発明により、所定の時点にクリーニング調整値でファンモータを駆動することによってこのようなペーストに対抗するのである。

本発明の１実施形態によれば、上記の制御ユニットにより、所望の冷却出力とは無関係に規則的な時間間隔で、あらかじめ定めた時間の間、上記のクリーニング調整値でファンモータを駆動制御する。

これは、長い動作時間にわたってファンモータのペーストを回避するのに極めて簡単な方式である。

上記の規則的な時間間隔は、有利には１動作時間と数１０動作時間との間である。

本発明の１実施形態によれば、上記の制御ユニットを構成して、クリーニング調整値による前回の駆動制御の後、制御調整値による駆動制御であらかじめ定めた通常動作時間が経過した場合、また自動車が最小速度以上の速度で走行するおよび／または内燃機関の回転数が最小回転数以上である場合にのみ、上記の制御ユニットにより、クリーニング調整値でファンモータが制御されるようにする。これによって回避できるのは、車両が停車時に駆動制御されることである。停車時に駆動制御すると、クリーニング調整値によって駆動制御されるファンモータの大きな走行音が、場合によっては周囲に騒音を及ぼすことになるからである。したがってここではエンジン制御部に存在する自動車の動作状態についての情報に依存して、ファンモータを大きなクリーニング調整値で操作すべきか否かを決定するのである。

本発明の別の実施形態によれば、上記の制御ユニットを構成して、上記の制御調整値によって上記のファンモータを駆動制御可能な最大出力のあらかじめ定めた割合よりも小さい出力でこのファンモータが駆動制御される場合にのみ、この制御ユニットにより、あらかじめ定めた時点に、クリーニング調整値でファンモータが駆動制御されるようにする。これによって保証されるのは、ファンモータの最大の冷却出力がすでに要求されている場合に、クリーニング調整値を設定するためにファンモータの制御が中断されないことである。それはこの場合に制御調整値によるファンモータの駆動制御によって、ファンモータのペーストが回避ないしは低減されるからである。

本発明の別の様相によれば、自動車の内燃機関用のファンモータを制御する方法が提供される。ファンモータは、所望される冷却出力に依存して制御調整値によって駆動制御される。さらにファンモータは、所定の時点に、所望される冷却出力には依存せずに、あらかじめ定めた時間の間、上記の制御調整値よりも大きなクリーニング調整値で駆動制御される。

上記のファンモータは、所望される冷却出力には依存せずに規則的な時間間隔で、あらかじめ定めた時間の間、クリーニング調整値によって駆動制御することができる。

本発明の別の実施形態によれば、大きな調整値による前回の駆動制御の後、あらかじめ定めた通常動作時間が経過した場合、また自動車が所定の動作状態にある場合、例えば、自動車が最小速度以上の速度で走行するおよび／または内燃機関の回転数が最小回転数以上の場合にのみ、ファンモータをクリーニング調整値で駆動制御することができる。

本発明の別の実施形態によれば、制御調整値により、ファンモータを駆動制御可能な最大出力のあらかじめ定めた割合以下の出力でファンモータが駆動制御される場合にのみ、あらかじめ定めた時点にファンモータをクリーニング調整値で駆動制御することができる。

有利な実施形態を以下、添付した図面に基づいて詳しく説明する。ここで
図１は、内燃機関用ファンシステムの概略ブロック図を示しており、
図２は、ファンモータの整流子の概略図を示しており、
図３は、本発明の１実施形態に対し、ファンモータを駆動制御する調整値の経過を定性的に示す信号線図を示している。

図１には（図示しない）自動車の内燃機関２に対するファンシステム１がブロック図で略示されている。ファンシステム１は、ファンモータ４を備えたファンブロア３を有する。ファンモータ４は、制御ユニット５に電気接続されており、この制御ユニットは、調整値によってファンモータ４を無段階に適切に駆動制御する。この実施例においてファンモータは、１８ＫＨｚ以上の周波数を有するパルス幅変調信号によって駆動制御される。ファンモータを無段階にまたは多段階に駆動制御するファンシステムの駆動制御方式および方法も使用可能である。上記の調整値はふつう、ＰＷＭ信号としてまたは連続して供給される電圧または電流である。

ファンモータの駆動制御は、内燃機関２のあらかじめ求めた所要の冷却出力に相応して行われる。この所要の冷却出力は、この実施例において内燃機関２の温度から導き出される。ここでこの温度は温度センサ６を用いて求められ、この温度センサは、内燃機関２の近くに、ふつうはウォータサーキットに配置され、また制御ユニット５に接続される。

ファンブロー３、例えば、ファンモータ４は、内燃機関２に対して大きな最大冷却出力が供給されるように設計される。しかしながらこの大きな冷却出力は、例外的な状況、すなわち、内燃機関２の極端な負荷および熱発生時に求められるのである。したがって通常の冷却動作において制御ユニット４はファンモータ４を駆動制御して、ふつうは格段に少ない冷却出力を供給しているのである。

これによってファンモータ４は、最大回転数よりも格段に低い回転数で回転し、またファンモータ４には、最大電流よりも少ない電流しか加えられないことになるのである。このために結果的にファンモータ４の整流子にペーストが発生することがある。すなわち、整流子の整流子片間のスリットが、炭素塵、汚れ、オイルおよび／または別の物質で満たされて、整流子の整流子片間の電気抵抗が下がり、ファンモータ４の出力性能が下がるかまたは場合によっては整流子の整流子片間に短絡が発生して、この短絡によってファンシステムが損傷されることにもなるのである。

このような整流子が図２に略示されている。ここには８つのコンタクト整流子片１１（コンタクト整流子片の個数８は実質的に任意である）が取り付けられている整流子１０が示されており、これらのコンタクト整流子片は、ファンモータのシャフト１２に電気的に絶縁されて配置されている。コンタクト整流子片１１は、ファンモータの回転子コイルに電気接続されている。コンタクト整流子片１１間にはスロットがあり、これらはコンタクト整流子片１１を互いに電気的に絶縁するために使用されている。整流子片１１は、ばねの力で整流子片１１に押しつけられるいわゆるブラシ１３によってコンタクトされるため、ブラシ１３と整流子片１１との間ではつねにコンタクトが行われる。電流はブラシ１３を介してファンモータ２の回転子コイルに到達する。

このモータが動作する際、ブラシ１３は整流子片１１を滑走して、例えば摩耗を発生させる。この摩耗は塵として殊に整流子片１１間のスリットに堆積する。ブラシ１３の材料は導電性であるため、整流子片に堆積し摩耗した材料も導電性である。また整流子片１１間には汚れ、オイルおよびすぐ隣の周囲にある別の材料も堆積する。このため整流子片１１間には、さまざま材料の混合物からなるペーストが形成されるのであり、このペーストは実質的に導電性であり、ひいては２つの整流子片１１間の抵抗を下げるか、ないしは隣り合う２つの整流子片の互いに短絡させてしまうのである。このような作用は望ましくない。それはこの作用によってファンモータ４の正常な駆動制御が阻害され、場合によってファンモータの誤動作または破壊に結び付く可能があるからである。

このような作用に対抗するために必要なのは、ファンモータを少なくとも一時的に（最大回転数の７０％〜１００％の範囲の）高い回転速度でないしは最大回転数で駆動させて、整流子片１１間のペーストを遠心力で遠心除去するかおよび／またはファンモータを駆動制御し、この駆動制御に対する電流が大きくなり（有利には最大電流の７０％〜１００％で）、この駆動制御により、隣り合う２つの整流子片１１の間のペーストが蒸発し、燃焼して消失するか、またはその他の作用によって除去されるようにする。これによって整流子片１１間の中間スペースをクリーニングすることができるのである。

ファンシステムの通常動作においてファンモータは、比較的低い回転数および比較的少ない駆動電流に相応する調整値で駆動制御されることが多いため、１つまたは複数のあらかじめ定めた時点に整流子の整流子片１１のペーストを回避または低減するために、大きなクリーニング調整値、例えば、高い駆動電圧ないしは大きな駆動電流をファンモータに加える必要がある。クリーニング調整値が加えられる時間は、この時間が整流子片１１間にあるペーストを除去するのに十分であるように選択するとよい。この調整値が加えられる時間はふつう数分から数時間の範囲になる。クリーニング調整値がファンモータに加えられるこの時間は、制御ユニット５の状態検出器７によって求めたペースト測定量に依存させることも可能であり、ここでペースト測定量は、整流器に発生したペーストに対する尺度である。

クリーニング調整値は、例えば、ファンモータが、有利には最大冷却出力の７０〜１００％の冷却出力範囲の冷却出力で、有利には最大冷却出力で作動されるように選択される。

（例えば、内燃機関２の温度によって設定される）所望の冷却出力には依存せずにファンモータ４が制御ユニットによってクリーニング調整値で駆動制御される時点は、タイマによってあらかじめ調整することができる。このタイマは、規則的な時間間隔でファンモータをクリーニング調整値で駆動制御する。この規則的な時間間隔は、例えば、内燃機関２の１動作時間と数１０動作時間との間の値をとることができる。

例えば、制御ユニット５により、つぎのような場合にのみ、ファンモータ４をクリーニング調整値で駆動制御することができる。すなわち、クリーニング調整値による前回の駆動制御の後、あらかじめ定めた通常動作時間が経過した後にだけ、駆動制御することができるのであり、ここでこの通常動作時間中、ファンモータは通常動作にしたがって所望の冷却出力に依存して制御調整値で作動される。これに加えてこの実施例ではファンモータ４は、あらかじめ定めた通常動作時間の後、内燃機関２の設けられている自動車が、周囲騒音（Umgebungsgeraeuch）の大きい動作状態にある場合にのみ、クリーニング調整値で駆動制御することができる。このような動作状態が発生するのは、例えば、自動車が最小速度以上の高い速度で走行する場合および／または内燃機関２の回転数が最小回転数以上の場合である。車速ないしは内燃機関２の回転数についての情報は、エンジン制御部８によって制御ユニット５に供給することができる。車速ないしは内燃機関の回転数は、この実施形態において車両の周囲騒音に対する尺度として利用されるため、ファンモータは、車両の周囲騒音が、高い速度または内燃機関２の高い回転数によって大きくなった場合にだけ、クリーニング調整値で駆動制御される。これによってファンモータ４を高い出力で駆動制御したことによる周囲の騒音負荷が低減される。

このような動作方式は、図３の信号時間線図に示されている。この線図の上側部分には時間について車速がプロットされており、またこの線図の下側部分にはファンモータ４を駆動制御する調整値がプロットされている。ここからわかるのは、車両が最小速度Ｖ_min以上で走行する場合にだけ、ファンモータが最大調整値Ｓ_maxでサイクリックに駆動制御されることである。

本発明の別の実施形態では、内燃機関２の温度に依存するファンモータの通常動作モード、言い換えればファンモータ４の制御を、つぎのような場合にだけ離れるようにすることができる。すなわち、通常動作において、ファンモータ４を駆動制御するための制御調整値が、ファンモータを駆動制御可能な最大冷却出力のあらかじめ定められる割合よりも小さい冷却出力になる場合にだけ、ファンモータの通常動作モードを離れるようにすることができる。これによってファンモータがいずれにせよファンモータ４の整流子のペーストを回避ないしは低減することの可能な十分に高い回転数および十分に大きな駆動制御を発生させる制御調整値で駆動制御される場合には、このファンシステムは、冷却出力要求に依存してファンモータを制御する通常動作モードを離れる必要がなくなるのである。上記の最大冷却出力のあらかじめ定められる割合は、例えば、５０〜１００％、有利には７０％をとることができる。

内燃機関用ファンシステムの概略ブロック図である。 ファンモータの整流子の概略図である。 本発明の１実施形態に対し、ファンモータを駆動する調整値の経過を時間について定性的に示す信号線図である。

Claims (11)

1. 自動車の内燃機関（２）に対して制御冷却を行うファンシステム（１）であって、
   該ファンシステム（１）は、電気ファンモータ（４）と、当該ファンモータを駆動制御するための制御ユニット（５）とを有しており、
   該制御ユニット（５）により、所望される冷却出力に応じて制御調整値で前記のファンモータが駆動制御される形式のファンシステムにおいて、
   前記制御ユニット（５）を構成して、当該制御ユニットにより、所望される冷却出力には依存せずに、所定の時点にあらかじめ定めた時間だけ、前記の制御調整値よりも大きなクリーニング調整値でファンモータ（４）が駆動制御されるようにしたことを特徴とする
   ファンシステム（１）。
2. 前記のファンモータ（４）は整流子（１０）を有する、
   請求項１に記載のファンシステム（１）。
3. 前記制御ユニット（５）により、所望される冷却出力には依存せずに規則的な時間間隔であらかじめ定め時間だけ、前記のクリーニング調整値でファンモータが駆動制御される、
   請求項１または２に記載のファンシステム（１）。
4. 前記の規則的な時間間隔は、１動作時間と数１０動作時間との間である、
   請求項３に記載のファンシステム（１）。
5. 前記の制御ユニット（５）を構成して、大きな調整値による前回の駆動制御の後、あらかじめ定められる通常動作時間が経過し、かつ自動車が最小速度以上の速度で走行する場合および／または内燃機関の回転数が最小回転数以上である場合にだけ、当該制御ユニットにより、ファンモータ（４）がクリーニング調整値で駆動制御されるようにした、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載のファンシステム（１）。
6. 前記のあらかじめ定められる通常動作時間は、１動作時間と数１０動作時間との間である、
   請求項５に記載のファンシステム（１）。
7. 前記の制御ユニット（５）を実施して、ファンモータを駆動制御可能な最大冷却出力のあらかじめ定めた割合以下の出力で前記の制御調整値によってファンモータが駆動制御される場合にだけ、当該制御ユニットにより、ファンモータ（４）があらかじめ定めた時点にクリーニング調整値で駆動制御されるようにした、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載のファンシステム（１）。
8. 所望される冷却出力に応じて制御調整値でファンモータ（４）を駆動制御する、自動車の内燃機関（２）に対するファンモータ（４）を制御する方法において、
   前記の所望される冷却出力には依存せずに、所定の時点にあらかじめ定めた時間だけ、前記の制御調整値よりも大きなクリーニング調整値でファンモータ（４）を駆動制御することを特徴とする、
   ファンモータ（４）を制御する方法。
9. 所望される冷却出力には依存せずに規則的な時間間隔であらかじめ定め時間だけ前記のクリーニング調整値でファンモータを駆動制御する、
   請求項８に記載の方法。
10. クリーニング調整値による前回の駆動制御の後、あらかじめ定めた通常動作時間が経過し、かつ自動車が最小速度以上の速度で走行する場合および／または内燃機関の回転数が最小回転数以上である場合にだけ、前記のファンモータ（４）をクリーニング調整値で駆動制御する、
    請求項８に記載の方法。
11. ファンモータ（４）を駆動制御可能な最大冷却出力のあらかじめ定めた割合以下の出力で、前記の制御調整値によって前記のファンモータ（４）が駆動制御される場合にだけ、当該ファンモータ（４）をあらかじめ定めた時点にクリーニング調整値で駆動制御する、
    請求項８から１０までのいずれか１項に記載の方法。

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