JP4865054B2 - 電動式ウォーターポンプの制御装置 - Google Patents
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Description
の制御装置に関する。
との間で冷却液を循環させるようにしている。このウォーターポンプについては、内燃機
関駆動式と、モータ駆動式(以下、電動式という)とがある。
トで伝達されて駆動されるようになっている。また、電動式のウォーターポンプは、一般
的に、フリクションロスの少ないブラシレスモータ(電動機)により直接的に駆動される
ようになっている。
ポンプを用いた内燃機関の冷却システムの従来例を説明する。
保つように電動式ウォーターポンプの駆動、停止を制御することが開示されている。
プのブラシレスモータを停止または減速させるようにし、冷却液の温度が所定値以上であ
る場合に、前記ブラシレスモータを駆動または加速させるようにしている。
ターポンプの駆動と、停止とを頻繁に繰り返すようなハンチング制御を行うことがあるが
、このハンチング制御は、電動式ウォーターポンプのブラシレスモータに、そのロータの
磁石位置を検出するためのセンサを備えていれば、簡単に行える。
ために、前記センサを排除することがある。ちなみに、3相ブラシレスモータの場合、ロ
ータの60度毎の位置(角度)を知るために、3個の磁気センサが必要になる。
繁に繰り返す状況のように、停止指示を受けてからロータが惰性回転している状態におい
て、制御系から再起動が指示されると、ロータの磁石位置を認識できないので、ブラシレ
スモータが脱調してロータが停止してしまうことになる。そのため、ロータが停止した後
で再起動させるようにしなければならないので、停止指示から実際に再起動させるまでの
タイムラグが大きくなる等、冷却液の温度調節を安定的に行えなくなる。ここに改良の余
地がある。
ータに、ロータ角度検出用のセンサを備えているか否かの記載はないが、ブラシレスモー
タの起動と停止とを行う際に、特別な制御を行うといった記載がないことから、前記セン
サを用いることが必須になっているものと考えられる。
4号公報や、特開2001−113082号公報には、ブラシレスモータを用いる機器(
空気調和機、洗濯機)において、ブラシレスモータのロータの位置(角度)を検出するた
めの磁気センサ(ホール素子)を備えるものが記載されている。このように、ブラシレス
モータを駆動または停止させるための制御には、ロータ角度検出用のセンサを用いること
が一般的であると言える。
御装置において、前記ブラシレスモータの停止指示からロータが回転停止するまでの惰性
回転中に、再起動条件が成立したときに、ブラシレスモータの脱調を回避可能とすること
を目的としている。
角度)を検出するための磁気センサを無くしたものと理解されている。
の回復処理が不要になるから、再起動条件の成立時点から実際に起動させるまでに要する
時間を短縮することが可能になる。結果的に、冷却液循環による冷却液の温度調節を安定
的に行うことが可能になる。
転停止検出手段は、前記電動式ウォーターポンプの吐出側圧力に基づいて回転停止を検出
するものとすることができる。
一般的に既設されている圧力センサの出力を利用するように特定している。この特定によ
り、特別な設備を追加する必要がない等、構成の簡素化を図るうえで有利となる。
停止条件が成立したときに、前記制動手段を作動させるとともに、前記信号出力手段によ
り停止指示を出力させる、ものとすることができる。
、ブラシレスモータの停止を指示してからロータの回転が停止するまでの時間を短縮する
ことが可能になる。
入量を制限するための電動式の開閉弁や流量制御弁とすることが可能である。つまり、こ
れらの弁の開度を絞るか、全閉状態にすると、ウォーターポンプのポンプ軸に設けられる
フィンに、冷却液による慣性力が作用しなくなるので、ポンプ軸に一体とされるブラシレ
スモータのロータに制動力が付与されることになる。
記停止条件や再起動条件の成立の有無判定を行うとともに、前記信号出力手段による指令
信号の出力タイミングを制御する、ものとすることができる。
特定している。
ら図4に本発明の一実施形態を示している。
却システムは、要するに、内燃機関に用いる冷却液の温度を、速やかに所定の設定温度に
到達させる一方で、所定の設定温度範囲に保つように構成されている。
路内に、ウォーターポンプ7によって冷却液が循環流通されるようになっている。なお、
冷却液は、一般的に公知のように、例えばLLC(Long Life Coolant)と呼ばれる不凍
液等とされる。
けられる外部通路とを含む。
ャケット3と、内燃機関のシリンダヘッド2に設けられるウォータージャケット4とを含
む。
シリンダブロック1のウォータージャケット3の上流部(ウォーターポンプ7の入口)に
至って設けられるラジエータ通路5およびヒータ通路6を含む。
ジャケット4とには、ウォーターポンプ7から吐出される冷却液が供給されるようになっ
ている。
ブロック1のウォータージャケット3の上流部に、また他方がシリンダヘッド2のウォー
タージャケット4の上流部に連通連結されている。
らシリンダヘッド2のウォータージャケット4へ至る通路に連通されている。
8は、シリンダヘッド側ウォータージャケット4からラジエータ通路5側へ排出される冷
却液の熱を放熱して冷却するものである。
、ラジエータ8の上流側と下流側とを短絡接続して、ラジエータ8に冷却液を通さないよ
うにするためのものである。
経路を切り替えるためのサーモスタット10が設けられている。
ックスを駆動源として弁体を駆動するような一般的に公知の構成とされる。
線矢印X1で示すように、シリンダヘッド側ウォータージャケット4から排出された冷却
液をラジエータ8内へ通さずにバイパス通路9へ通過させる暖機経路を確保する一方、冷
却液が所定温度以上になると、図1中の二点鎖線矢印X2で示すように、シリンダヘッド
側ウォータージャケット4から排出された冷却液をラジエータ8に通過させる冷却経路を
確保する。
設されている。このヒータコア11は、ヒータ通路6においてシリンダヘッド側ウォータ
ージャケット4寄りに設けられており、シリンダヘッド側ウォータージャケット4から排
出された高温の冷却液の熱を回収して車室内で発散するようになっている。このヒータ通
路6には、図1中の実線矢印Yで示すように、冷却液が常時流通する。
。
動式ウォーターポンプ7の動作を制御装置20により制御するようにしている。
それを駆動するためのブラシレスモータ16とを含んで構成されている。
相、W相の各ステータ巻線がデルタ結線されている。
センサが装備されていない。つまり、この実施形態に示すブラシレスモータ16は、セン
サレスタイプとなっている。なお、ブラシレスモータ16のロータは、図示していないが
、ウォーターポンプ本体15のポンプ軸と一体回転するように構成されている。
6のドライバユニット(EDU)21と、ドライバユニット21に各種の制御指示を出力
するための電子制御ユニット(ECU)22とを含んで構成されている。両ユニット21
,22には、直流電源(車載バッテリ等)23が接続される。
ローラ26、回転数検出回路27、入力回路28、出力回路29等を含んで構成される。
ジ接続された構成とされており、いわゆるバイポーラ駆動方式になっている。この実施形
態では、スイッチング素子31〜36として、例えばMOS型FET(Field Effect Tra
nsistor)が用いられているが、適宜のトランジスタを用いることが可能である。
ング素子32,35の直列接続回路と、スイッチング素子33,36の直列接続回路とが
並列接続されていて、その一端が直流電源23の正極に、また、他端が直流電源23の負
極または接地ラインに接続されている。さらに、前記各直列接続回路の中点が、ブラシレ
スモータ16のステータ巻線U,V,Wの外部接続導線に接続されている。
て入力されるデューティー指令信号に基づいて、スイッチング素子31〜36であるMO
S型FETをオン・オフするためのFET制御用IC等とされる。
タ16の駆動指示や停止指示を行うための制御信号であり、電子制御ユニット22で生成
される。
されるデューティー指令信号に応答して、通電回路25の各スイッチング素子31〜36
をオン・オフさせるためのPWM通電を行うものである。
ばブラシレスモータ16のU相、V相、W相への通電時に発生する逆起電力をパルス信号
に変換し、このパルス信号を出力回路29を介して電子制御ユニット22に出力する。電
子制御ユニット22は、回転数検出回路27から入力されるパルス信号に基づいて各相の
切り替わり周期やロータ回転数を検出する。
ENG_ECU等の外部ECUを流用している。
PU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置(ROM、RAM、SRAM、E
EPROM等のメモリ)、入力回路、出力回路等を含む構成とされる。
る関係上、内燃機関に付設される各種のセンサ類の信号(内燃機関パラメータ:乗員の運
転状態、内燃機関の運転状態に応じた信号)に基づいて内燃機関の運転に関する各種の制
御を行う。
内燃機関の水温調節に関する制御のみを説明する。
所定温度未満のときに冷却液をラジエータ8内に通さずにバイパス通路9へ通過させる暖
機経路X1を確保する一方、冷却液が所定温度以上のときに冷却液をラジエータ8に通過
させる冷却経路X2を確保するようにしたうえで、電子制御ユニット22が必要に応じて
ドライバユニット21を介して電動式ウォーターポンプ7を駆動または停止させることに
より冷却液の循環流量を調節するようにしている。
えば内燃機関の回転数やアクセル開度等、内燃機関に作用する負荷および冷却液の温度に
基づいて認識し、当該認識結果に応じて、例えば図3(a)に示すようなデューティー指
令信号(電動式ウォーターポンプ7のブラシレスモータ16を駆動させるための駆動指示
や、停止させるための停止指示を含む)をドライバユニット21に与え、このドライバユ
ニット21が、前記デューティー指令信号の入力に応答して、ブラシレスモータ16に対
するPWM通電を行う。
すフローチャートを参照して詳細に説明する。
、一定周期毎にエントリーされる。
を判定する。なお、停止条件は、例えば内燃機関の回転数やアクセル開度等、内燃機関に
作用する負荷および冷却液の温度に基づいて設定される。
フローチャートを抜けるが、停止条件が成立した場合には、前記ステップS1で肯定判定
して、続くステップS2に移行する。
を出力するとともに、停止指示の出力時におけるブラシレスモータ16のロータ回転数N
pを検出し、一時的に保存する。
%を示す信号であり、起動指示は、図3(a)に示すデューティー指令信号におけるデュ
ーティー比0%を越える信号である。
ら、続くステップS4において、予め実験に基づき作成してあるロータ回転数と惰性回転
時間との相関関係を表すマップデータに基づいて、前記ステップS2で保存したロータ回
転数Npに応じた基準の惰性回転時間Taを読み出し、取り込む。
ように惰性回転しながら回転数が徐々に低下することになる。このときの惰性回転時間は
、ブラシレスモータ16の構成条件等によっておおむね一定となるから、回転停止時のロ
ータ回転数と惰性回転時間との相関関係を表すマップデータを事前に作成して、電子制御
ユニット22の記憶装置内に保存することができる。
否かを判定する。
のフローチャートを抜けるが、再起動条件が成立した場合には、前記ステップS5で肯定
判定して、続くステップS6に移行する。
転時間Tpが、前記ステップS4で取り込んだ基準の惰性回転時間Taを上回ったか否か
を判定する。
ものと推定した場合には、前記ステップS6で肯定判定して、続くステップS7において
、ブラシレスモータ16の駆動指示を示すデューティー指令信号を出力するとともに、ド
ライバユニット21でブラシレスモータ16への通電を行って電動式ウォーターポンプ7
を再起動させる。この後、このフローチャートを抜ける。
止していないものと推定した場合には、前記ステップS6で否定判定して、前記ステップ
S6の条件が成立するまで待つ。このように、ステップS6の条件が成立するまで前記ス
テップS7へ移行させないように遅延させることによって、電動式ウォーターポンプ7の
再起動を禁止しているのである。
aに関しては、図3(b)に示す再起動禁止期間に相当する。但し、前記基準の惰性回転
時間Taは、実際により得た惰性回転時間に図3(b)に示す適宜のマージン時間αを加
算した値に設定することによって、ロータが完全停止する状態を確実に検出できるように
するのが好ましい。もちろん、前記マージン時間αを省いてもよい。
7に備えるセンサレスタイプのブラシレスモータ16のロータが惰性回転している間に、
再起動条件が成立しても、前記ロータが回転停止するまでの間、再起動させないようにし
ている。
化ならびにコンパクト化を図るようにしている場合に発生しうる特有の不具合、つまりブ
ラシレスモータ16をそのロータの惰性回転中に再起動するときに脱調する現象を回避す
ることが可能になる。
の回復処理を行う必要がなくなるから、再起動条件の成立時点から実際に起動させるまで
に要する時間を短縮することが可能になる。結果的に、冷却システムでの冷却液循環によ
る冷却液の温度調節を安定的に行うことが可能になる。
び当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げ
る。
を検出するために、停止指示時のロータ回転数と惰性回転時間との相関関係を表すマップ
データを用いることにより推定するようにした例を挙げているが、それ以外に、例えばウ
ォーターポンプ本体15の冷却液吐出側の圧力を調べることによってロータの停止を検出
するように構成することも可能である。
液吐出側および冷却液導入側に、それぞれ圧力センサ18,19を設ける。
ステップS11において、電動式ウォーターポンプ7の停止条件が成立したか否かを判定
する。
止条件は、例えば内燃機関の回転数やアクセル開度等、内燃機関に作用する負荷および冷
却液の温度に基づいて設定される。
のフローチャートを抜けるが、停止条件が成立した場合には、前記ステップS11で肯定
判定して、続くステップS12に移行する。
号を出力するとともに、停止指示が出力されたときに圧力センサ18,19からの出力に
基づいて、電動式ウォーターポンプ7の冷却液吐出側および冷却液導入側の圧力Pout
,Pinを検出し、一時的に保存する。
かを判定する。
このフローチャートを抜けるが、再起動条件が成立した場合には、前記ステップS13で
肯定判定して、続くステップS14に移行する。
tが冷却液導入側の圧力Pinと略同じであるか否かを判定する。ここではつまり、冷却
液吐出側の圧力Poutが、冷却液導入側の圧力Pinに所定の正負の誤差を加えた許容
範囲内に収まっているか否かを調べるようにしている。
止したものと判定した場合には、前記ステップS14で肯定判定して、続くステップS1
5において、ブラシレスモータ16の駆動指示を示すデューティー指令信号を出力すると
ともに、ドライバユニット21でブラシレスモータ16への通電を行って電動式ウォータ
ーポンプ7を再起動させる。この後、このフローチャートを抜ける。
ータが停止していないものと判定した場合には、前記ステップS14で否定判定して、前
記ステップS14の条件が成立するまで待つ。このように、ステップS14の条件が成立
するまで前記ステップS15へ移行させないようにすることによって、電動式ウォーター
ポンプ7の再起動を禁止しているのである。
起動時に脱調する現象を回避することが可能になる。
止するのを待つようにした例を挙げているが、本発明は、それに限定されず、上記実施形
態に対して、例えばロータに制動力を付与させるようにして強制的に停止させるようにす
る処理を加える形態とすることも可能である。
例えばブラシレスモータ16としての3相ブラシレスモータの1相のみに連続通電を行う
ようにすることが考えられる。
タの1相のみに連続通電を行うための駆動指示となるデューティー指令信号を生成して、
ドライバユニット21に出力する。このドライバユニット21は、入力されたデューティ
ー指令信号に基づいて、3相ブラシレスモータの1相のみに連続通電を行うように機能す
る。
ータ16のロータの磁石を引き寄せて拘束しようとするから、その拘束力がロータの回転
抵抗となり、ロータに制動力が付与されることになる。
ラシレスモータ16の停止条件が成立したとき、まず、電子制御ユニット22により、通
常の駆動指示の場合より低いデューティー比とする減速指示を出力させてから、停止指示
を出力させる形態とすることができる。
ラシレスモータ16のロータ回転数が段階的に低下することになって、ロータに制動力が
付与されることになる。
(b)に示す再起動禁止期間に相当する。図7(b)では、例えばドライバユニット21
の回転数検出回路27の出力に基づいてロータが回転停止したと判定した時点から適宜の
マージン時間αが経過してから駆動指示を出力させるようにしている。
間を短くすることができる。そのため、例えば惰性回転中に再起動条件が成立しても、再
起動を禁止する期間(または遅延期間)を短くできて、実際に再起動させるまでに要する
時間を短縮することが可能になる。
ブラシレスモータ16の制御形態を工夫するようにした例を挙げているが、本発明は、そ
れに限定されず、例えば図示していないが、例えば電動式ウォーターポンプ7の冷却液導
入側に、電動式流量制御弁を設けるようにするとともに、ブラシレスモータ16の停止指
示を受けたときに、前記電動式流量制御弁の開度を絞るか、あるいは全閉にさせる形態と
することも可能である。
プ本体15のポンプ軸(図示省略)に設けられるフィン(図示省略)に、冷却液による慣
性力が作用しなくなるので、前記ポンプ軸に一体とされるブラシレスモータ16のロータ
に制動力が付与されることになる。
することができる。そのため、惰性回転中に再起動条件が成立しても、再起動を禁止させ
る期間(または遅延期間)を短くできて、実際に再起動させるまでに要する時間を短縮す
ることが可能になる。
ステムについて、図1に示すようにバイパス通路9を設けた構成にした例を挙げているが
、本発明は、それに限定されず、バイパス通路9を無くした形態として実施することも可
能である。また、図1に示したサーモスタット10の代わりに、電動式の開閉弁や流量制
御弁等とすることも可能である。
モータを例に挙げているが、本発明は、それに限定されず、例えばスター結線として実施
することも可能である。
4 シリンダヘッド側のウォータージャケット
5 ラジエータ通路
6 ヒータ通路
7 電動式ウォーターポンプ
10 サーモスタット
15 ウォーターポンプ本体
16 電動式ウォーターポンプに備えるブラシレスモータ
20 制御装置
21 ドライバユニット
22 電子制御ユニット
Claims (3)
- 内燃機関とラジエータとの間で冷却液を循環させる電動式ウォーターポンプの制御装置であって、
前記電動式ウォーターポンプに備えるセンサレスタイプの3相ブラシレスモータを必要に応じて駆動または停止させるためのデューティー指令信号を出力する信号出力手段と、
前記信号出力手段からのデューティー指令信号に応答して前記ブラシレスモータへの通電または通電停止を行う駆動手段と、
前記信号出力手段の停止指示から前記ブラシレスモータのロータが回転停止するまでに、再起動条件が成立したとき、前記ロータが回転停止するまで前記信号出力手段による駆動指示を示すデューティー指令信号の出力を遅延させる管理手段とを含み、
前記管理手段は、停止条件が成立したときに、前記信号出力手段により、まず、前記通常の駆動指示を示すデューティー指令信号より低いデューティー比とする減速指示を出力させてから、停止指示を出力させる、ことを特徴とする電動式ウォーターポンプの制御装置。 - 請求項1に記載の電動式ウォーターポンプの制御装置において、
前記ロータの回転停止を検出する回転停止検出手段をさらに含み、
この回転停止検出手段は、前記電動式ウォーターポンプの吐出側圧力に基づいて回転停止を検出するものとされる、ことを特徴とする電動式ウォーターポンプの制御装置。 - 請求項1または2に記載の電動式ウォーターポンプの制御装置において、
前記管理手段は、前記内燃機関の負荷や前記冷却液の温度に基づいて、前記停止条件や再起動条件の成立の有無判定を行うとともに、前記信号出力手段によるデューティー指令信号の出力タイミングを制御する、ことを特徴とする電動式ウォーターポンプの制御装置。
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