JP5074005B2 - 外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法 - Google Patents

外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法、詳しくは、自動車など車両において、内燃機関冷却用ファンの回転速度を制御するために、内燃機関のファン駆動用の出力軸側と上記ファンとの間に設けられた外部制御式ファン・カップリング装置をアクセル開度信号などの各種信号に基づいて制御する外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法に関する。
従来から、電磁石と流体カップリングとの組合せ、電磁クラッチとマグネット式カップリングとの組合せ、あるいは、電動アクチュエータと流体カップリングとの組合せからなる外部制御式ファン・カップリング装置、並びに、この外部制御式ファン・カップリング装置に対し、アクセル開度信号、内燃機関冷却水温信号、内燃機関回転速度信号などセンサー出力信号に基づきPID制御（比例、積分、微分によるフィードバック制御方式）、適応制御などの制御方式を用い、ファンの回転速度を制御する制御方法が開示されている。（例えば、特許文献１〜７参照。）。
特開２００３−２３９７４１公報 特開２００４−３４０３７３公報 特開２００２−１９５３０３公報 特開２００３−１５６０７２公報 特開２００６−１６２０６２公報 特開２００６−１６２０６３公報 特開２００６−１１２４６６公報
しかし、上記いずれの特許文献にも、センサー出力信号の種類によってファン回転速度制御のための演算処理の周波数を異なる数値に設定する旨の開示はされておらず、上記特許文献では、全てのセンサー出力信号に対して同時かつ同一周波数で演算処理を行うようにしている。
このため、演算処理の周波数を０．５Hz程度の低い数値に設定した場合には、車両の急発進時又は急加速時におけるアクセル開度（スロットル開度）の急激な変化（増大）が演算処理結果に反映されない場合が発生し得る。アクセル開度の急激な増大が演算処理結果に反映されない場合、アクセル開度の急激な増大に伴うファン・カップリング装置の駆動側の回転速度の急激な増大に追従してファン・カップリング装置の被駆動側の回転速度も急激に増大し、ファンの回転速度が急激に増大することとなる。このため、ファン・カップリング装置の被駆動側に馬力を奪われることによる加速性能の低下と、ファンからの大きな騒音の発生を招くこととなる。そして、急発進又は急加速後のアクセルの高開度状態に応じてファンの高速回転状態が持続すると、かかるファンからの大きな騒音が持続するのみならず、馬力の大きな損失を生じて、燃費が低下してしまう。
一方、演算処理の周波数を１０Hz程度の高い数値に設定した場合、ECU（電子制御ユニット）は各種センサーからの全ての出力信号の演算処理を高周波数（短周期）で実行しなければならず、演算処理を高速で行うCPU、大容量のメモリなどが必要とされる。また、ECUの演算負担の増大により、ECUによる他の制御のための演算処理に遅れが生じたり、CPUからの発熱が増大したりするおそれがある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ファンの回転速度を制御するための演算処理の実行周波数を、アクセル開度信号等の急加速検出用信号と、急加速検出用信号以外の信号とで異ならしめることにより、車両の発進時又は加速時のファン騒音の低減、馬力損失の低減、車両の加速性の向上、及び、ECUの演算負担の軽減を図ることを目的とする。
本発明による外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法は、外部制御式ファン・カップリング装置の被駆動側に設けられたファンの回転速度を制御するために、急加速検出用信号と前記急加速検出用信号以外の信号とを演算処理部で演算処理することにより制御信号を生成し、該制御信号により前記外部制御式ファン・カップリング装置の駆動側から被駆動側へのトルク伝達を制御する外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法であって、前記演算処理部が、前記急加速検出用信号の演算処理を、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理よりも、高い周波数で実行することを特徴とする。
本発明によると、急加速検出用信号の演算処理を短周期で実行するため、車両の急発進又は急加速を検出して演算処理結果に瞬時に反映させることができ、急発進又は急加速に伴う外部制御式ファン・カップリング装置の駆動側の回転速度の急激な増大に対して、被駆動側の回転速度を抑制する制御を行うことによりファンの回転速度の急激な増大を抑制することが可能となる。このため、車両の発進時又は加速時のファン騒音の低減、馬力損失の低減と車両の良好な加速を図ることができる。また、本発明によると、急加速検出用信号以外の信号の演算処理を長周期で実行するため、演算処理を高速で行うCPU、大容量のメモリなどを必要とせず、ECUの演算負担の軽減により、ECUによる他の制御のための演算処理が円滑に行われるとともに、CPUからの発熱を抑制することが可能となる。
ここで、前記急加速検出用信号の演算処理は、略１〜５Hzの周波数で実行することが好ましい。略１Hz未満では、車両の急発進時及び急加速時に対する応答性が低下し所望の効果が得られず、また、略５Hzよりも高くても、効果に差がなく、ECUの演算負担やメモリ容量が大きくなるとともに、ECUからの発熱も増大し、更に、弁部材の着座音などの発生間隔が短くなり外部制御式ファン・カップリング装置からの騒音が大きくなる場合もあるためである。
また、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理は、略０．０５〜０．２Hzの周波数で実行することが好ましい。略０．０５Hz未満では、ラジエータ冷却液（エンジン冷却水）やエアコン冷媒圧力等を正確に把握して制御に反映することができず、オーバーヒートやオーバークール、エアコンの温度応答性の低下などの不具合を来たし、また、略０．２Hzよりも高くても、効果に差がなく、ECUの演算負担やメモリ容量の軽減効果が減少するとともに、ECUからの発熱低減効果が減少するためである。
また、前記急加速検出用信号以外の信号が、エンジン回転速度信号とファン回転速度信号とを含み、前記演算処理部が、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理において、前記エンジン回転速度信号及び前記ファン回転速度信号の演算処理を、それら以外の信号の演算処理よりも、高い周波数で実行することとしてもよい。そうすれば、エンジンの状況、ファンの状況に応じたより細かい制御が可能となり、制御性能がより向上する結果、ファンノイズの抑制及び燃費の大幅向上が図られる。
なお、急加速検出用信号とは急加速（急発進も含む。）の検出に用いられる信号を言い、アクセルペダルを用いて加速が行われる車両では、急加速検出用信号としてアクセル開度信号（すなわち、スロットル開度信号）を用いることができる。
また、本発明の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法においては、前記外部制御式ファン・カップリング装置を、前記駆動側と前記被駆動側との間に設けられ油が流入出するトルク伝達間隙部と、該トルク伝達間隙部に連通する油循環通路に設けられ該油循環通路を開閉する弁部材と、該弁部材の開閉弁動作を制御する電磁石とを備えるものとし、前記制御信号で前記電磁石への通電を制御することにより、前記トルク伝達間隙部における前記駆動側と前記被駆動側との油の有効接触面積を増減させて、前記駆動側から前記被駆動側へのトルク伝達を制御することとすることができる。
あるいは、前記外部制御式ファン・カップリング装置を、前記駆動側に設けられた電磁クラッチと、前記被駆動側に設けられたマグネットカップリングとを備えるものとし、前記制御信号で前記電磁クラッチへの通電を制御することにより、前記電磁クラッチと前記マグネットカップリングとの連動・非連動状態を切り替えて、前記駆動側から前記被駆動側へのトルク伝達を制御することとすることができる。
あるいは、前記外部制御式ファン・カップリング装置を、前記駆動側と前記被駆動側との間に設けられ油が流入出するトルク伝達間隙部と、該トルク伝達間隙部に連通する油循環通路に設けられ該油循環通路の開閉を制御する弁部材と、該弁部材の開閉弁動作を制御する電動アクチュエータとを備えるものとし、前記制御信号で前記電動アクチュエータへの通電を制御することにより、前記トルク伝達間隙部における前記駆動側と前記被駆動側との油の有効接触面積を増減させて、前記駆動側から前記被駆動側へのトルク伝達を制御することとすることができる。
本発明によると、急加速検出用信号の演算処理を短周期で実行するため、車両の急発進又は急加速を検知したときには、瞬時に、外部制御式ファン・カップリング装置の駆動側から被駆動側へのトルク伝達を最小にするような制御を行うことが可能となる。このため、車両の発進時又は加速時のファン騒音の低減、馬力損失の低減、及び、車両の良好な加速を図ることができる。また、本発明によると、急加速検出用信号以外の信号の演算処理を長周期で実行するため、ECUの演算負担を軽減し、メモリを小容量化させ、CPUからの発熱を抑制することが可能となる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態は、アクセルペダルを用いて加速を行う車両の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法であるので、急加速検出用信号としてアクセル開度信号を用いることとする。
図１は、本発明の一実施形態に係る外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法を実施するためのシステム構成図、図２は、同制御方法を実施するための他のシステム構成図、図３は、同制御方法を実施するための更に他のシステム構成図を示す。
まず、図１に係る実施形態について説明する。図１において、１は、車両の内燃機関（エンジン）、２は、エンジン冷却液が流通するラジエータを表す。エンジン１のファン駆動用の出力軸側１aには、外部制御式ファン・カップリング装置３が配設され、外部制御式ファン・カップリング装置３の出力側（被駆動側）３aには、ラジエータ２側から空気を吸引することによりラジエータ２に送風し、ラジエータ２内のエンジン冷却液を空冷するためのファン４が配設される。
外部制御式ファン・カップリング装置３は、上記特開２００３−２３９７４１公報や特開２００４−３４０３７３公報などに開示されるような、電磁石と流体カップリングとの組合せを用いたものであり、図１に詳細には図示されていないが、駆動側３bつまりエンジン出力軸側１aと被駆動側３a（ファン４側）との間に、油が流入出するトルク伝達間隙部５を備える。トルク伝達間隙部５には、油循環通路６が連通し、油循環通路６には、この油循環通路６を開閉する磁性材よりなる弁部材７が配設される。弁部材７は、電磁石８によってその開閉弁動作が制御される。電磁石８が励磁されたとき、弁部材７は吸引されて開弁して油循環通路６が開成し、電磁石８が消磁されたとき、弁部材７は閉弁して油循環通路６が閉成する。電磁石８のコイルには、リレー９を介してバッテリ１０が接続される。リレー９は、演算処理部であるECU（電子制御ユニット）１１によってオン・オフ制御され、オン状態のときバッテリ１０の電源を電磁石８のコイルに供給し、オフ状態のとき電磁石８への電源供給を遮断する。
ECU１１は、図示しないがCPU、ROM、RAM、I/Oなどを備え、本実施形態に係る外部制御式ファン・カップリング装置３の制御方法を実施する以外に、車両の各種電子制御、例えば空調制御、トラクションコントロール、アンチブレーキング制御などを行う。
エンジン１が搭載された車両には、エンジン１の運転状態やエアコン（エアコンディショナー）の運転状態等を含む車両の各種状態を検出するための各種センサー（図示せず。）が配設され、ECU１１のI/Oには、それらのセンサーから出力された状態検出信号であるセンサー出力信号が、入力される。本実施形態では、ECU１１のI/Oには、アクセル開度（すなわちスロットル開度）、エンジン回転速度、車速、エンジンオイル温度、パワステ（パワーステアリング）オイル温度、ミッション（トランスミッション）オイル温度、エアコンオン・オフ状態、エアコン冷媒圧力、ファン回転速度及びラジエータ冷却液温度（ラジエータ２内のエンジン冷却液の温度）をそれぞれ示すセンサー出力信号が入力される。なお、アクセル開度は、アクセルペダル（図示せず。）の踏込み量に対応している。また、スロットル開度は、エンジン１の吸気系統に配設されるスロットルバルブ（図示せず。）の開度であり、スロットルバルブはアクセルペダルに連動して開閉動作するため、スロットル開度はアクセル開度に１対１に対応しており、アクセル開度はスロットル開度と換言できる。一方、I/Oからは、リレー９に対してリレー制御信号が出力される。
ECU１１は、アクセル開度信号の演算処理を、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号の演算処理よりも高い周波数で実行し、それらの演算処理により、目標とするファン４の回転速度を定める。そして、その回転速度に応じたリレー制御信号をリレー９に出力する。
具体的には、ECU１１は、高速演算処理部と低速演算処理部とを有し、高速演算処理部で、アクセル開度信号をパラメータとする、ファン４の回転速度を定めるための演算処理を、略１〜５Hz（例えば３Hz）の高い周波数（短周期）で実行し、一方、低速演算処理部で、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする、ファン４の回転速度を定めるための演算処理を、略０．０５〜０．２Hz（例えば０．１Hz）の低い周波数（長周期）で実行する。
ここで、アクセル開度信号をパラメータとする演算処理の周波数を略１〜５Hzに設定する理由は、略１Hz未満では、車両の急発進時及び急加速時に対する応答性が低下し所望の効果が得られないためであり、また、略５Hzよりも高くても、効果に差がなく、ECU１１の演算負担やメモリ容量が大きくなるとともに、ECU１１からの発熱も増大し、更に、弁部材７の着座音などの発生間隔が短くなり外部制御式ファン・カップリング装置からの騒音が大きくなる場合もあるためである。
また、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする演算処理の周波数を略０．０５〜０．２Hzに設定する理由は、略０．０５Hz未満では、応答が遅すぎて、ラジエータ冷却液（エンジン冷却水）やエアコン冷媒圧力を正確に制御できず、また、略０．２Hzよりも高くても、効果に差がなく、ECU１１の演算負担やメモリ容量の軽減効果が減少するとともに、ECU１１からの発熱低減効果が減少するためである。
また、図１の実施形態では、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号の演算処理を、センサー出力信号の全てに対して一律に０．１Hzで実行するようにしているが、それ以外の演算処理方法として、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号間において異なる周波数で演算処理を実行するようにしてもよく、例えば、エンジン回転速度及びファン回転速度については０．２Hzの周波数で演算処理を行い、他のセンサー出力信号つまりエンジンオイル温度、パワステオイル温度等については０．１Hzの周波数で演算処理を行うようにしてもよい。
ECU１１の高速演算処理部と低速演算処理部は、それぞれ、定めたファン４の回転速度に応じたリレー制御信号を生成し、リレー９に対して出力する。なお、本実施形態では、高速演算処理部からは３Hzで、低速演算処理部からは０．１Hzでかつ高速演算処理部からのリレー制御信号と重ならないタイミングで、リレー制御信号が出力されるものとする。但し、高速演算処理部からのリレー制御信号は、１周期前の信号と変わったときだけ出力するようにしてもよい。リレー９の寿命延長も図れるからである。リレー９は、リレー制御信号によってオン・オフ制御される。
リレー９がリレー制御信号によりオン状態になったときは、バッテリ１０から電磁石８のコイルに電流が供給され、電磁石８は励磁される。弁部材７は、励磁された電磁石８に吸引されて開弁動作をし、油循環通路６を開成する。油循環通路６が開成すると、油溜り室１９からトルク伝達間隙部５に油が流入し、トルク伝達間隙部５における駆動側と被駆動側との油の有効接触面積が増大し、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクが増大し、ファン４の回転速度が増大する。
一方、リレー９がリレー制御信号によりオフ状態になったときは、バッテリ１０から電磁石８のコイルへの通電が遮断され、電磁石８は消磁される。弁部材７は、消磁された電磁石８からの吸引力を解除され、弁部材７の有するばね弾性復帰力により閉弁動作をし、油循環通路６を閉成する。油循環通路６が閉成すると、トルク伝達間隙部５から油回収用通路（図示せず。）を介して油溜り室１９に油が回収され、トルク伝達間隙部５における駆動側と被駆動側との油の有効接触面積が減少し、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクが減少し、ファン４の回転速度が減少する。
図１に係る実施形態では、ECU１１は、アクセル開度信号を高い周波数で演算処理することにより、車両の急発進時又は急加速時におけるアクセル開度の急激な増大を検知することができるため、アクセル開度の急激な増大を検知したときには、リレー９をオフ状態とするリレー制御信号を出力して弁部材７を閉弁し、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクを減少させて、ファン４の回転速度の急激な上昇を抑える。
次に、図２に係る実施形態について説明する。図２に係る実施形態において、図１に係る実施形態の各構成要素に対応する構成要素については、図１の場合と同じ符号を用いる。図２において、１は、車両の内燃機関（エンジン）、２は、エンジン冷却液が流通するラジエータを表す。エンジン１のファン駆動用の出力軸側１aには、外部制御式ファン・カップリング装置３が配設され、外部制御式ファン・カップリング装置３の出力側（被駆動側３a）には、ラジエータ２側から空気を吸引することによりラジエータ２に送風し、ラジエータ２内のエンジン冷却液（ラジエータ冷却液）を空冷するためのファン４が配設される。
外部制御式ファン・カップリング装置３は、上記特開２００２−１９５３０３公報や特開２００３−１５６０７２公報などに開示されるような、電磁クラッチとマグネット式カップリングとの組合せを用いたものである。
外部制御式ファン・カップリング装置３は、図２に詳細には図示されていないが、エンジン１の出力軸側１aつまり駆動側３bに設けられた電磁クラッチ１２と、被駆動側３a（ファン４側）に設けられたマグネットカップリング１３とを備えている（特開２００２−１９５３０３公報の図２参照）。
マグネットカップリング１３は、ドーナツ状の導体（又はヒステリシス材）１５が取着された円板１６と、複数のセグメントがドーナツ状に配設された永久磁石１７とを備えており、円板１６は電磁クラッチ１２側に設けられ、永久磁石１７はファン４が連結された出力円板１３ｂに設けられて、導体１５と永久磁石１７とは互いに、僅かなギャップを介して対向配置されている。そして、マグネットカップリング１３は、後述するように、導体１５に発生するうず電流による磁気吸引力を利用して、電磁クラッチ１２側からファン４側へトルクを伝達可能に構成される。
電磁クラッチ１２のコイルには、リレー９を介してバッテリ１０が接続される。リレー９は、演算処理部であるECU１１に接続される。
ECU１１は、図示しないがCPU、ROM、RAM、I/Oなどを備え、本実施形態に係る外部制御式ファン・カップリング装置３の制御方法を実施する以外に、車両の各種電子制御、例えば空調制御、トラクションコントロール、アンチブレーキング制御などを行う。
ECU１１のI/Oには、本実施形態に関連して、エンジン１の運転状態等を含む車両の各種状態を検出するための各種センサー（図示せず。）から、アクセル開度（すなわち、スロットル開度）、エンジン回転速度、車速、エンジンオイル温度、パワステオイル温度、ミッションオイル温度、エアコンオン・オフ状態、エアコン冷媒圧力、ファン回転速度及びラジエータ冷却液温度をそれぞれ示すセンサー出力信号が入力される。一方、I/Oからは、リレー９に対してリレー制御信号が出力される。
ECU１１は、図１図示のECU１１と同様、アクセル開度信号の演算処理を、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号の演算処理よりも高い周波数で実行し、それらの演算処理により定めたファン４の回転速度に応じたリレー制御信号をリレー９に出力する。
具体的には、ECU１１は、図１図示のECU１１と同様、高速演算処理部と低速演算処理部とを有し、高速演算処理部で、アクセル開度信号をパラメータとする、ファン４の回転速度を定めるための演算処理を、略１〜５Hz（例えば３Hz）の高い周波数（短周期）で実行し、一方、低速演算処理部で、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする、ファン４の回転速度を定めるための演算処理を、略０．０５〜０．２Hz（例えば０．１Hz）の低い周波数（長周期）で実行する。
ここで、アクセル開度信号をパラメータとする演算処理の周波数を略１〜５Hzに設定する理由、及び、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする演算処理の周波数を略０．０５〜０．２Hzに設定する理由は、図１に基づく実施形態で説明した理由と同じである。
また、図１に基づく実施形態と同様、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号の演算処理は、センサー出力信号間において異なる周波数で演算処理を実行するようにしてもよい。
ECU１１の高速演算処理部と低速演算処理部は、それぞれ、定めたファン４の回転速度に応じたリレー制御信号を生成し、リレー９に対して出力する。なお、本実施形態では、高速演算処理部からは３Hzで、低速演算処理部からは０．１Hzでかつ高速演算処理部からのリレー制御信号と重ならないタイミングで、リレー制御信号が出力されるものとする。但し、高速演算処理部からのリレー制御信号は、１周期前の信号と変わったときだけ出力するようにしてもよい。リレー９の寿命延長も図れるからである。リレー９は、リレー制御信号によってオン・オフ制御される。
リレー９は、オン状態のときバッテリ１０の電源を電磁クラッチ１２のコイルに供給し、オフ状態のとき電磁クラッチ１２への電源供給を遮断する。電磁クラッチ１２をオン状態とすると、電磁クラッチ１２が備えるクラッチロータ内の励磁コイルにより、円板１６に保持されているアーマチュアが吸着され、クラッチロータと円板１６とが一体に回転する。そして、この円板１６の回転によりドーナツ状の永久磁石１７から発生している磁界内をドーナツ状の導体１５が回転することとなり、導体１５にうず電流が発生し、このうず電流による磁気吸引力により永久磁石１７が吸引されて、円板１６の回転がマグネットカップリング１３の出力円板１３ｂに伝わり、出力円板１３ｂが回転してファン４が回転する。すなわち、電磁クラッチ１２がオン状態のとき、駆動側３ｂに設けられた電磁クラッチ１２と、被駆動側３ａに設けられたマグネットカップリング１３とが互いに連結状態（連動状態）となり、エンジン１の出力トルクが電磁クラッチ１２及びマグネットカップリング１３を順に介してファン４に伝達され、ファン４の回転速度が増大する。一方、電磁クラッチ１２がオフ状態のとき、駆動側３ｂに設けられた電磁クラッチ１２と、被駆動側３ａに設けられたマグネットカップリング１３とが互いに非連結状態（非連動状態）となり、エンジン１の出力トルクが電磁クラッチ１２及びマグネットカップリング１３を介してファン４に伝達されることがなくなり、ファン４の回転速度は減少する。
図２に係る実施形態では、ECU１１は、アクセル開度信号を高い周波数で演算処理することにより、車両の急発進時又は急加速時におけるアクセル開度の急激な増大を検知することができるので、アクセル開度の急激な増大を検知したときには、リレー９をオフ状態とするリレー制御信号を出力して、電磁クラッチ１２をオフ状態とする。すると、エンジン１の出力トルクが、電磁クラッチ１２及びマグネットカップリング１３を介してファン４に伝達されることがなくなり、出力円板１３ｂは、出力円板１３ｂをエンジン１の出力軸に回動自在に取り付けている軸受装置のベアリングフリクションによる伝達トルクでしか回転されないため、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクが減少して、ファン４の回転速度の急激な上昇が抑制される。
更に、図３に係る実施形態について説明する。図３に係る実施形態において、図１に係る実施形態の各構成要素に対応する構成要素については、図１の場合と同じ符号を用いる。図３において、１は、車両の内燃機関（エンジン）、２は、エンジン冷却液が流通するラジエータを表す。エンジン１のファン駆動用の出力軸側１aには、外部制御式ファン・カップリング装置３が配設され、外部制御式ファン・カップリング装置３の出力側（被駆動側）３aには、ラジエータ２側から空気を吸引することによりラジエータ２に送風し、ラジエータ２内のエンジン冷却液（ラジエータ冷却液）を空冷するためのファン４が配設される。
この外部制御式ファン・カップリング装置３は、上記特開２００６−１６２０６２公報や特開２００６−１６２０６３公報などに開示されるような、電動アクチュエータと流体カップリングとの組合せに係る外部制御式ファン・カップリング装置である。
外部制御式ファン・カップリング装置３は、図３に示すように、駆動側３bつまりエンジン出力軸側１aと被駆動側３a（ファン４側）との間に、油が流入出するトルク伝達間隙部５を備える。トルク伝達間隙部５には、油循環通路６が連通し、油循環通路６には、この油循環通路６を開閉する弁部材７が配設される。弁部材７は、ロータリー式の電動アクチュエータ１４によってその開閉弁動作が制御される。電動アクチュエータ１４が作動したとき、弁部材７は揺動することにより開弁して油循環通路６が開成し、電動アクチュエータ１４が作動停止したとき、弁部材７は逆方向に揺動することにより閉弁して油循環通路６が閉成する。なお、図３では、油循環通路６を示すために、弁部材７を油循環通路６が形成された仕切板２０から離して図示しているが、実際は、弁部材７は仕切板２０に接しており仕切板２０上を摺動する。電動アクチュエータ１４は、電源供給トランス１８に接続され、電源供給トランス１８には、リレー９を介して、交流電源１０が接続される。なお、電源供給トランス１８は、エンジンブロック等に固定されて回動しない１次コイルと、出力側３ａに固定されて回動する２次コイルとを有するタイプ（特開２００６−１６２０６２公報の図１参照）である。リレー９は、演算処理部であるECU（電子制御ユニット）１１によってオン・オフ制御され、オン状態のとき交流電源１０の電源（交流電圧）を電源供給トランス１８に供給し、その結果電源供給トランス１８で発生した電流が、電動アクチュエータ１４に供給される。また、リレー９は、オフ状態のとき電源供給トランス１８への電源供給を遮断し、その結果電動アクチュエータ１４への電流供給が止まる。
ECU１１は、図示しないがCPU、ROM、RAM、I/Oなどを備え、本実施形態に係る外部制御式ファン・カップリング装置３の制御方法を実施する以外に、車両の各種電子制御、例えば空調制御、トラクションコントロール、アンチブレーキング制御などを行う。
ECU１１のI/Oには、本実施形態に関連して、エンジン１の運転状態等を含む車両の各種状態を検出するための各種センサー（図示せず。）から、アクセル開度（すなわち、スロットル開度）、エンジン回転速度、車速、エンジンオイル温度、パワステオイル温度、ミッションオイル温度、エアコンオン・オフ状態、エアコン冷媒圧力、ファン回転速度及びラジエータ冷却液温度をそれぞれ示すセンサー出力信号が入力される。一方、I/Oからは、リレー９に対してリレー制御信号が出力される。
ECU１１は、図１図示のECU１１と同様、アクセル開度信号の演算処理を、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号の演算処理よりも高い周波数で実行し、それらの演算処理により定めたファン４の回転速度に応じたリレー制御信号をリレー９に出力する。
具体的には、ECU１１は、図１図示のECU１１と同様、高速演算処理部と低速演算処理部とを有し、高速演算処理部で、アクセル開度信号をパラメータとする、ファン４の回転速度を定めるための演算処理を、略１〜５Hz（例えば３Hz）の高い周波数（短周期）で実行し、一方、低速演算処理部で、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする、ファン４の回転速度を定めるための演算処理を、略０．０５〜０．２Hz（例えば０．１Hz）の低い周波数（長周期）で実行する。
ここで、アクセル開度信号をパラメータとする演算処理の周波数を略１〜５Hzに設定する理由、及び、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする演算処理の周波数を略０．０５〜０．２Hzに設定する理由は、図１に基づく実施形態で説明した理由と同じである。
また、図１に基づく実施形態と同様、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号をパラメータとする演算処理は、センサー出力信号間において異なる周波数で演算処理を実行するようにしてもよい。
ECU１１の高速演算処理部と低速演算処理部は、それぞれ、定めたファン４の回転速度に応じたリレー制御信号を生成し、リレー９に対して出力する。なお、本実施形態では、高速演算処理部からは３Hzで、低速演算処理部からは０．１Hzでかつ高速演算処理部からのリレー制御信号と重ならないタイミングで、リレー制御信号が出力されるものとする。但し、高速演算処理部からのリレー制御信号は、１周期前の信号と変わったときだけ出力するようにしてもよい。リレー９の寿命延長も図れるからである。リレー９は、リレー制御信号によってオン・オフ制御される。
リレー９がリレー制御信号によりオン状態になったときは、交流電源１０からの電源が電源供給トランスに供給される結果、電動アクチュエータ１４に電流が供給され、電動アクチュエータ１４は作動する。弁部材７は、作動した電動アクチュエータ１４により揺動して開弁動作をし、油循環通路６を開成する。油循環通路６が開成すると、油溜り室１９からトルク伝達間隙部５に油が流入し、トルク伝達間隙部５における駆動側と被駆動側との油の有効接触面積が増大し、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクが増大し、ファン４の回転速度が増大する。
一方、リレー９がリレー制御信号によりオフ状態になったときは、交流電源１０から電源供給トランス１８への通電が遮断される結果、電動アクチュエータ１４は作動停止する。弁部材７は、電動アクチュエータ１４が作動停止すると、電動アクチュエータ１４に内装された戻りばねのばね弾性復帰力により逆方向に揺動して、閉弁動作をし、油循環通路６を閉成する。油循環通路６が閉成すると、トルク伝達間隙部５から油回収用通路（図示せず。）を介して油溜り室１９に油が回収され、トルク伝達間隙部５における駆動側と被駆動側との油の有効接触面積が減少し、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクが減少し、ファン４の回転速度が減少する。
なお、図３に係る実施形態において、電源供給トランス１８を、特開２００６−１６２０６３公報に示すような、永久磁石と電磁コイルとを用いたタイプのものとして、ECU１１で生成した制御信号により、電源供給トランス１８に設けられたスイッチをＯＮ／ＯＦＦし、電動アクチュエータ１４に送る電流をＯＮ／ＯＦＦするように構成してもよい。
図３に係る実施形態では、ECU１１は、アクセル開度信号を高い周波数で演算処理することにより、車両の急発進時又は急加速時におけるアクセル開度の急激な増大を検知することができるため、アクセル開度の急激な増大を検知したときには、リレー９をオフ状態とするリレー制御信号を出力して弁部材７を閉弁し、駆動側３bから被駆動側３aへの伝達トルクを減少させて、ファン４の回転速度の急激な上昇を抑える。
以上説明したように、上記各実施形態によると、アクセル開度信号の演算処理を短周期で実行するため、車両の急発進時又は急加速時にアクセル開度の急激な増大を瞬時に演算処理に反映させることができ、アクセル開度の急激な増大に伴う外部制御式ファン・カップリング装置３の駆動側３bの回転数の急激な増大に対し、被駆動側３aの回転数を抑制する制御を行うことによりファン４の回転速度の急激な増大を抑制することが可能となる。このため、車両の発進時又は加速時のファン騒音の低減、馬力損失の低減と加速性の向上を図ることができる。また、上記各実施形態によると、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号の演算処理を長周期で実行するため、演算処理を高速で行うCPU、大容量のメモリなどを必要とせず、ECU１１の演算負担の軽減とメモリの小容量化により、ECU１１による他の制御のための演算処理が円滑に行われ、CPUからの発熱を抑制することが可能となる。
なお、上記各実施形態では、ECU１１のI/Oには、各種センサーから、アクセル開度、エンジン回転速度、車速、エンジンオイル温度、パワステオイル温度、ミッションオイル温度、エアコンオン・オフ状態、エアコン冷媒圧力、ファン回転速度及びラジエータ冷却液温度をそれぞれ示すセンサー出力信号が入力されることとしたが、センサー出力信号は、ファン４の回転速度を制御するために必要な信号であればよく、上記のものに限られない。但し、アクセル開度信号（換言すれば、スロットル開度信号）等の急加速検出用信号と、急加速検出用信号以外の信号とを含むことが必要であり、ファン４の回転速度の良好な制御のためには、急加速検出用信号以外の信号として、少なくともエンジン回転速度とファン回転速度とを含むことが望ましい。
また、ECU１１として、上記各実施形態では、外部制御式ファン・カップリング装置３の制御以外の各種電子制御も行う汎用ECUを用いたが、勿論、外部制御式ファン・カップリング装置３専用のECUを用いてもよい。
次に、アクセル開度信号以外の信号間で処理頻度に差を設けた実施形態について、図４に基づいて説明する。図４の実施形態では、ECU１１は、アクセル開度信号を、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号よりも、高頻度（高い周波数）で演算処理し、かつ、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号のうち、エンジン回転速度信号及びファン回転速度信号を、それら以外の信号よりも高頻度（高い周波数）で演算処理する。なお、図４では、リレー９以降の部分が省略されているが、この部分は、図１〜３に示す各形態を採り得る。
詳しくは、ECU１１は、例えば３Hzで演算処理を行う高速演算処理部と、例えば０．５〜１Hz内の所定の周波数で演算処理を行う中速演算処理部と、例えば０．１Hzで演算処理を行う低速演算処理部とを有している。
そして、低速演算処理部において、車速、エンジンオイル温度、パワステオイル温度、ミッションオイル温度、エアコンオン・オフ状態、エアコン冷媒圧力、及び、ラジエータ冷却液温度を示す各信号をパラメータとする演算処理を行って、ターゲットファンスピード（最適ファン回転速度）を決定し、これを示す信号を中速演算処理部に入力する。また、低速演算処理部は、ターゲットファンスピードに応じた制御信号を、リレー９に出力する。
中速演算処理部においては、エンジン回転速度、ファン回転速度、及び、ターゲットファンスピードを示す各信号をパラメータとする演算処理を行って、ファン回転速度を変動させる（すなわち、外部制御式ファン・カップリング装置３の駆動側から被駆動側へのトルク伝達を変動させる）ための制御信号を生成し、リレー９に出力する。この演算処理の方法としては、例えば上記特開２００６−１１２４６６公報に記載された方法がある。この方法は、ＰＩＤ制御の各ゲインを、ターゲットファンスピード（最適ファン回転速度）、ファン回転速度（実測ファン回転速度）、エンジン回転速度からなるゲインマトリックスより決定し、そのゲインを基にＰＩＤ演算を行い、制御信号を出力する方法である。
一方、高速演算処理部においては、アクセル開度信号をパラメータとする演算処理を行い、アクセル開度の急激な増大を検出したときには、ファン回転速度を最小にする（すなわち、外部制御式ファン・カップリング装置３の駆動側から被駆動側へのトルク伝達を最小にする）ための制御信号、例えば、図１又は図３のような流体カップリングを用いた場合には弁部材７を閉弁するための制御信号、図２のようなマグネット式カップリングを用いた場合には電磁クラッチ１２を切るための制御信号を、リレー９に出力する。
ECU１１の高速演算処理部、中速演算処理部、及び、低速演算処理部は、それぞれ、リレー制御信号をリレー９に出力するが、本実施形態では、高速演算処理部からのリレー制御信号と、中速演算処理部からのリレー制御信号と、低速演算処理部からのリレー制御信号とは、互いに重ならないタイミングで出力されるものとする。なお、高速演算処理部及び中速演算処理部からのリレー制御信号は、１周期前の信号と変わったときだけ出力するようにしてもよい。リレー９の寿命延長も図れるからである。
このように、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号のうち、エンジン回転速度及びファン回転速度については、それら以外の信号よりも高頻度で演算処理することとしてもよい。そうすれば、上記特開２００６−１１２４６６公報に記載されたようなＰＩＤ制御を行う場合に好適となり、エンジンの状況、ファンの状況等に応じたより細かい制御が可能となり、制御性能がより向上する結果、ファンノイズの抑制及び燃費の大幅向上が図られる。
なお、アクセル開度信号の演算処理は、車両の急発進時・急加速時における応答性を確保しつつ、ECU１１の演算負担やメモリ容量の増大抑制、ECU１１からの発熱増大抑制、及び、ファンノイズの抑制を図る点からは、略１〜５Hzで行うことが望ましく、アクセル開度信号以外のセンサー出力信号であってエンジン回転速度信号とファン回転速度信号以外の信号の演算処理は、ラジエータ冷却液やエアコン冷媒圧力等を正確に把握して制御に反映しつつ、ECU１１の演算負担軽減やメモリの小容量化、及び、ECU１１からの発熱低減を図るためには、略０．０５〜０．２Hzで行うことが望ましい。
なお、図１〜３に示す実施形態では、高速演算処理部からのリレー制御信号と低速演算処理部からのリレー制御信号の出力タイミングが重ならないこととしたが、それらの出力タイミングが重なる場合もあるように構成し、重なった場合には、高速演算処理部からのリレー制御信号を優先させる等、所定のルールで調整することとしてもよい。図４に示す実施形態でも同様である。
また、図１〜３に示す実施形態において、ECU１１にリレー出力生成部を設け、高速演算処理部及び低速演算処理部では、それぞれ、目標とするファン４の回転速度（ターゲットファンスピード）を定めて、ターゲットファンスピードをリレー出力生成部に入力することとし、リレー出力生成部で、それらのターゲットファンスピードに基づいてリレー制御信号を生成しリレー９に出力するように構成してもよい。図４に示す実施形態でも同様である。
また、演算処理部に入力される信号は、各種センサーから出力されたセンサー出力信号とは限らない。例えば、エンジン制御用ECUとファン４の制御用ECUとが別々に設けられ、センサー出力信号をエンジン制御用ECUが受け取って、インジェクターの噴射時間等を制御するインジェクター制御信号を出力し、そのインジェクター制御信号を急加速検出用信号としてファン４の制御用ECUが受け取って演算処理を行うような場合は、インジェクター制御信号はセンサー出力信号とは言えないからである。また、かかる例のように、急加速検出用信号はアクセル開度信号とは限らず、例えばインジェクター制御信号や、先導車に先導された複数の後続車を縦列させて自動追従走行させる自動追従走行システムにおける先導車からの急加速信号やスロットル開度操作量信号、或いは、自動追従走行システムの全体若しくは走行区間を統括する管理センターからの急加速信号など、他の信号であってもよい。すなわち、急加速検出用信号は、演算処理部が内燃機関の急加速を検出可能な信号の中から適当なものを用いればよい。
本発明の一実施形態に係る外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法を実施するためのシステム構成図である。 同制御方法を実施するための他のシステム構成図である。 同制御方法を実施するための更に他のシステム構成図である。 本発明の他の実施形態に係る外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法を実施するための要部システム構成図である。
符号の説明
１ 内燃機関（エンジン）
３ 外部制御式ファン・カップリング装置
３a 被駆動側
３b 駆動側
４ ファン
５ トルク伝達間隙部
６ 油循環通路
７ 弁部材
８ 電磁石
１１ ECU（演算処理部）
１２ 電磁クラッチ
１３ マグネットカップリング
１４ 電動アクチュエータ

Claims (9)

  1. 外部制御式ファン・カップリング装置の被駆動側に設けられたファンの回転速度を制御するために、急加速（急発進も含む。）の検出に用いられる信号である急加速検出用信号と、前記急加速検出用信号以外の信号とを演算処理部で演算処理することにより制御信号を生成し、該制御信号により前記外部制御式ファン・カップリング装置の駆動側から被駆動側へのトルク伝達を制御する外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法であって、
    前記演算処理部が、前記急加速検出用信号の演算処理を、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理よりも、高い周波数で実行することを特徴とする外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  2. 前記急加速検出用信号以外の信号が、エンジン回転速度信号とファン回転速度信号とを含み、
    前記演算処理部が、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理において、前記エンジン回転速度信号及び前記ファン回転速度信号の演算処理を、それら以外の信号の演算処理よりも、高い周波数で実行することを特徴とする請求項１に記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  3. 前記演算処理部が、前記急加速検出用信号の演算処理を、略１〜５Hzの周波数で実行することを特徴とする請求項１に記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  4. 前記演算処理部が、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理を、略０．０５〜０．２Hzの周波数で実行することを特徴とする請求項１に記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  5. 前記演算処理部が、前記急加速検出用信号の演算処理を、略１〜５Hzの周波数で実行し、かつ、前記急加速検出用信号以外の信号の演算処理を、略０．０５〜０．２Hzの周波数で実行することを特徴とする請求項１に記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  6. 前記急加速検出用信号がアクセル開度信号であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  7. 前記外部制御式ファン・カップリング装置は、前記駆動側と前記被駆動側との間に設けられ油が流入出するトルク伝達間隙部と、該トルク伝達間隙部に連通する油循環通路に設けられ該油循環通路を開閉する弁部材と、該弁部材の開閉弁動作を制御する電磁石とを備え、
    前記制御信号で前記電磁石への通電を制御することにより、前記トルク伝達間隙部における前記駆動側と前記被駆動側との油の有効接触面積を増減させて、前記駆動側から前記被駆動側へのトルク伝達を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  8. 前記外部制御式ファン・カップリング装置は、前記駆動側に設けられた電磁クラッチと、前記被駆動側に設けられたマグネットカップリングとを備え、
    前記制御信号で前記電磁クラッチへの通電を制御することにより、前記電磁クラッチと前記マグネットカップリングとの連動・非連動状態を切り替えて、前記駆動側から前記被駆動側へのトルク伝達を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
  9. 前記外部制御式ファン・カップリング装置は、前記駆動側と前記被駆動側との間に設けられ油が流入出するトルク伝達間隙部と、該トルク伝達間隙部に連通する油循環通路に設けられ該油循環通路の開閉を制御する弁部材と、該弁部材の開閉弁動作を制御する電動アクチュエータとを備え、
    前記制御信号で前記電動アクチュエータへの通電を制御することにより、前記トルク伝達間隙部における前記駆動側と前記被駆動側との油の有効接触面積を増減させて、前記駆動側から前記被駆動側へのトルク伝達を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の外部制御式ファン・カップリング装置の制御方法。
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