KR100643624B1

KR100643624B1 - 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법

Info

Publication number: KR100643624B1
Application number: KR1020040027378A
Authority: KR
Inventors: 시오자키켄; 이이다요시노부
Original assignee: 우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2006-11-10
Also published as: JP2004340373A; CN100365309C; KR20040091582A; CN1550688A; US20040223851A1; DE102004018955A1; DE102004018955B4; US8118148B2

Abstract

본 발명은 엔진 성능 및 연료 소비를 향상시키고, 공기 조화기(A/C)의 커패시터의 냉각 성능을 향상시키며, 관련 회전에 기인하는 팬 소음을 억제할 수 있는 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법을 제공한다. 즉, 전자석에 의해 작동되는 밸브 부재로 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 제어하도록 구성된 외부 제어식 팬 클러치 장치에서, 상기 오일 공급 조절 구멍의 개폐는 라디에이터의 냉각액 온도, 팬 회전 속도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진 회전 속도, 공기 조화기의 압축기의 압력 등을 파라미터로서 이용하여 온-오프 제어된다.

Description

외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법{CONTROL METHOD OF EXTERNAL CONTROL TYPE FAN CLUTCH}

도 1은 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치의 한 가지 실시예를 보여주는 종단면도.

도 2는 상기 외부 제어식 팬 클러치 장치의 제어 방법을 수행하는 제어 시스템의 전체 구성의 한 가지 예를 보여주는 개략도.

도 3은 상기 외부 제어식 팬 클러치 장치의 제어 방법의 한 가지 실시예를 보여주는 흐름도.

도 4는 도 2에 도시된 제어 시스템을 사용하는 팬 회전 제어의 예를 보여주는 도면.

도 5는 도 2에 도시된 제어 시스템을 이용하는 팬 회전 제어의 예에 있어서, 전력 전압의 온-오프율을 밸브 개폐 제어 신호로서 사용하여 팬의 회전을 제어하는 예를 보여주는 도면.

도 6은 도 2에 도시된 제어 시스템을 이용하는 팬 회전 제어의 예에 있어서, 전력 전압의 온-오프 빈도를 밸브 개폐 제어 신호로서 사용하여 팬의 회전을 제어하는 예를 보여주는 도면.

도 7은 도 2에 도시된 제어 시스템을 이용하는 팬 회전 제어의 예에 있어서, 전력 공급원의 전력량(W)을 밸브 개폐 제어 신호로서 사용하여 팬의 회전을 제어하는 예를 보여주는 도면.

도 8은 도 2에 도시된 제어 시스템을 이용하는 팬 회전 제어의 예에 있어서, 회전수의 상한을 엔진 측에서 요구하는 최적의 팬 회전 속도(ETFS)와 관련하여 설정함으로써 팬의 회전 속도를 제어하는 예를 보여주는 도면.

도 9는 회전 속도선의 상한을 유사하게 최적의 팬 회전 속도(ETFS)와 관련하여 설정하는 팬 회전 속도 제어의 구체적인 예를 보여주는 도면.

도 10은 엔진 회전 속도(ES)와 팬 회전 속도(FS) 사이의 속도차가 특정값(일정한 속도차 A)보다 작은 경우 (ES-FS < A), 팬의 회전 제어 신호가 일시적으로 중단되는 제어의 예를 보여주는 도면.

도 11은 엔진 회전 속도(ES)와 최적의 팬 회전 속도(ETFS) 사이의 속도차가 유사하게 특정값(일정한 속도차 A)보다 작고, 팬의 회전 속도(FS)가 최적의 팬 회전 속도(ETFS)보다 큰 경우 (ES-ETFS < A, FS>ETFS), 팬의 회전 제어 신호가 일시적으로 중단되는 제어의 예를 보여주는 도면.

도 12는 엔진의 회전 가속도(a)가 특정값(A)보다 커지는 경우 (a > A), 팬의 회전 속도 제어 신호가 중단되는 제어의 예를 보여주는 도면.

도 13은 가속기(스로틀)의 위치 가속도(a')가 특정값(A)보다 커지는 경우 (a' > A), 팬의 회전 속도 제어 신호가 중단되는 제어의 예를 보여주는 도면.

도 14는 최적의 팬 회전 속도(ETFS)의 변화율에 기초하여 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 한계를 부여함으로써, 팬의 회전 거동을 안정화시키는 제어의 예를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 회전축 부재(구동축)

2: 밀봉 하우징

2-1: 케이스

2-2: 커버

3: 구동 디스크

4: 격벽

5: 오일 저장실

6: 토크 전달실

7: 오일 수집용 순환 유로

8: 오일 공급 조절 구멍

9: 오일 공급용 밸브 부재

9-1: 판 스프링

9-2: 전기자

10: 자기 루프 요소

11: 전자석

12: 전자석 지지체

13, 14: 베어링

15: 댐

21: 라디에이터

22: 팬

23: 팬 회전 센서

24: 팬 클러치 장치

25: 배터리

26: 릴레이 하우징

27: 주 연산 제어기

28: 엔진

본 발명은 일반적으로 말하면 자동차 등에서 엔진 냉각을 위한 팬의 회전이 외부 환경의 온도 변화 및 운전 조건의 변화에 따라 제어되는 방식의 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법에 관한 것이다.

종래 장치로는, 케이스와 커버로 구성되는 밀봉 하우징의 내부가 오일 공급 조절 구멍을 구비한 격벽에 의하여 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실과 오일 저장실로 분할되어 있는 전술한 종류의 팬 커플링 장치가 있다. 구동 디스크의 외주벽에 대향하는 상기 밀봉 하우징측 내주벽면의 일부분에는 회전시에 오일을 수집 및 저장하기 위한 댐(dam)이 배치되어 있다. 상기 토크 전달실과 오일 저장실 사이에는 상기 댐까지 연결되도록 순환 유로가 형성되어 있다. 이러한 팬 커플링 장치에는, 외부 환경의 온도가 설정치보다 높을 때에는 상기 격벽의 공급 조절 구멍을 개방하고, 설정치의 이하일 때에는 상기 공급 조절 구멍을 폐쇄하는 밸브 부재가 마련되어 있다. 상기 밀봉 하우징과 상기 구동 디스크의 외부 부근에 있는 대향 벽면에 배치된 토크 전달 간극부에서 오일의 유효 접촉 면적을 증감시킴으로써, 구동측으로부터 피동측의 밀봉 하우징으로의 토크 전달을 제어하는 방식에서는, 상기 밀봉 하우징의 전면측 또는 이면측에 한 쌍의 전자석이 마련되어 있다. 상기 공급 조절 구멍을 개폐하기 위한 자성이 있는 밸브 부재는 상기 전자석 중 하나에 대향하도록 배치된다. 또한, 상기 순환 유로를 개폐하기 위한 자성이 있는 서브 밸브 부재는 상기 전자석 중 나머지에 대향하도록 배치된다(일본 특허 제2911623호 참조).

그러나, 이러한 종래 기술의 외부 제어식 팬 커플링 장치의 경우, 밸브 부재를 작동시키는 전자석 및 전기자(armature)가 비자기 재료의 케이스에 의하여 분리되어 있는 구조를 갖는다. 따라서, 전자석의 자력이 전기자에 효율적으로 전달될 수 없다. 또한, 전기자를 끌어당기기 위해서는 과도한 전자기력이 필요하여, 전자석의 크기와 무게가 증대된다. 따라서, 팬 커플링 장치를 작고 가볍게 제조할 수 없고, 많은 전력 소비량이 필요하다는 문제가 존재한다. 또한, 전기자가 오일 저장실 내의 회전축으로부터 분리되어 있는 위치에 배치되면, 팬이 회전하고 있는 동안에는 전기자가 항상 오일 내에 존재하므로, 오일의 저항을 받아 전기자의 작용, 즉 밸브 부재의 개폐 동작 특성이 열화(劣化)된다는 단점이 있다.

따라서, 본원의 발명자는 이전에 외부 제어식 팬 커플링 장치(일본 특허 공개 제2003-239741호)를 제안하였다. 상기 외부 제어식 팬 커플링 장치에서는, 링 형상의 자성 재료가 상기 전자석과 상기 밸브 부재 사이에 배치되어 있다. 상기 외부 제어식 팬 커플링 장치는, 상기 밀봉 하우징 내에 상기 자성 재료를 조립하여 상기 전자석의 자속이 상기 자성 재료를 통해 상기 밸브 부재에 전달되도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 팬 커플링 장치는 작고 가볍게 제조되고, 전력이 절약되며, 팬 회전의 제어성이 향상된다.

한편, 차량의 엔진으로부터의 구동 토크에 의해 출력 구동 토크를 라디에이터 냉각 팬에 전달하는 점성 유체 조인트와 그 제어 방법이 일본 특허 공개 제9-119455호에 개시되어 있다. 상기 점성 유체 조인트는 라디에이터를 통과하는 바람의 온도에 반응하는 바이메탈을 변형하는 것과 팬의 회전을 변화시키는 것에 의해 밸브를 개폐함으로써 오일 공급량을 변화시키는 시스템을 구비한다. 상기 시스템은 보다 상세히 설명될 것이다. 상기 시스템의 목적은 차량의 정지 시간에 로우 아이들(low idle) 상태에서 미끄럼 열(slip heat)과 팬의 소음을 방지하는 것이다. 상기 시스템에서는, 차량 엔진의 회전 속도를 검출하고, 이렇게 실제로 검측한 값을 미리 설정해놓은 한계값과 비교한다. 엔진의 회전 속도가 한계값보다 작은 경우, 라디에이터 냉각 팬의 회전 속도를 검출하고, 이를 미리 설정해놓은 팬 속도 한계값과 비교한다. 이와는 반대로, 상기 팬의 회전 속도가 한계값보다 큰 경우, 밸브 부재를 폐쇄 위치로 이동시키도록 입력 신호를 정정하는 공정이 설정된다.

그러나, 라디에이터를 통과하는 바람의 온도에 반응하는 바이메탈을 변형하 는 것과 팬의 회전을 변화시키는 것에 의해 밸브를 개폐함으로써 오일 공급량을 변화시키는 후자(後者)의 시스템의 점성 유체 조인트의 제어 방법(일본 특허 공개 9-119455)에서는, 엔진 냉각 성능에 영향을 미치는 엔진 냉각액의 온도가 직접 제어 대상으로 설정될 수 없다. 따라서, 상기 제어 방법은 불필요한 팬 회전에 의한 마력 손실이 초래되고, 연료 소비가 열화되며, 공기 조화기(A/C)의 커패시터를 냉각하기 위한 팬의 회전이 바람직하게 유지될 수 없고, 가속시의 불필요한 팬 회전과 관련된 회전에 기인하여 팬의 소음이 억제되지 않는다는 단점이 있다.

또한, 종래의 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법에서는, 클러치가 일단 온(ON)으로 되고, 팬 회전 속도 제어 영역을 오프(OFF) 회전 영역으로부터 완전한 온(ON) 회전 영역으로 설정함으로써 회전되는 경우, 이러한 클러치의 회전 직후의 제어 지지에 대한 신뢰도가 나쁘고, 관련 회전이 발생된다. 또한, 팬 회전 속도는 상기 제어의 판정 재료에만 설정되므로, 이러한 제어 방법은 엔진의 회전 속도를 갑작스레 변경할 때 상기 관련 회전이 발생되고, 팬의 회전 거동이 불안정해지는 등의 단점이 있다.

본 발명은 라디에이터를 통과하는 바람의 온도에 반응하는 바이메탈을 변형하는 것과 팬의 회전을 변화시키는 것에 의해 밸브를 개폐함으로써 오일 공급량을 변화시키는 시스템의 점성 유체 조인트의 제어 방법이 갖는 단점과, 종래의 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법이 갖는 단점을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명은 엔진 성능 및 연료 소비를 향상시키고, 공기 조화기(A/C)의 커패시터의 냉 각 성능을 향상시키며, 관련 회전에 기인하는 팬 소음을 억제하고, 팬 회전의 제어 명령과 관련된 응답 지연을 감소시키며, 엔진 회전 변화시와 엔진 시동시에 관련 회전을 감소시키고, 팬의 회전 거동을 안정화시키는, 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 양태는 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법에 관한 것으로, 이 방법은 선단부에 구동 디스크가 장착된 회전축 부재 상에 베어링을 매개로 하여 지지되는 비자성 재료 케이스와, 상기 케이스에 장착되는 커버로 구성되어 있는 밀봉 하우징의 내부가, 오일 공급 조절 구멍을 구비한 격벽에 의하여 오일 저장실과 상기 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실로 분할되어 있으며; 회전시에 오일을 수집 및 저장하기 위하여, 상기 구동 디스크의 외주벽에 대향하는 상기 커버의 내주벽면의 일부분에는 댐이 배치되어 있고, 상기 토크 전달실과 상기 오일 저장실 사이에는 상기 댐에 연결된 오일 순환 유로가 형성되어 있으며, 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하는 자성이 있는 밸브 부재가 상기 오일 저장실 내에 설치되어 있고; 상기 밀봉 하우징의 오일 저장실의 측부 상에 베어링을 매개로 하여 전자석이 상기 회전축 부재에 지지되어 있고, 상기 밸브 부재를 상기 전자석으로 작동시키는 것에 의해 상기 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 제어하기 위한 메커니즘이 이루어지며; 상기 외부 제어식 팬 클러치는 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하여 구동측과 피동측으로 형성된 토크 전달 간극부에서 오일의 유효 접촉 면적을 증감시킴으로써, 구동측으로부터 피동측으로의 회전 토크 전달을 제어하는 방식으로 구성되어 있으며, 상기 밸브 부재의 개폐는 라디에이터의 냉각액 온도, 팬 회전 속도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진 회전 속도, 공기 조화기의 압축기의 압력 및 공기 조화기의 온-오프 신호 중 하나 이상의 신호에 의해 제어된다.

또한, 본 발명의 제2 양태는 전술한 경우와 유사한 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법에 관한 것으로, 이러한 외부 제어식 팬 클러치의 다른 제어 방법에서는, 밸브 부재를 전자석으로 작동시키는 것에 의해 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 제어하는 메커니즘이 이루어져 있고, 외부 제어식 팬 클러치는 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하여 구동측과 피동측으로 형성된 토크 전달 간극부에서 오일의 유효 접촉 면적을 증감시킴으로써 구동측으로부터 피동측으로의 회전 토크 전달을 제어하는 방식으로 구성되어 있다. 링 형상의 자성 재료가 상기 전자석과 상기 밸브 부재 사이에 배치되어 있고, 상기 밀봉 하우징 내에 상기 자성 재료를 조립하여 상기 전자석의 자속이 상기 자성 재료를 통해 상기 밸브 부재에 전달되도록 구성되어 있다. 이러한 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법은 회전 속도의 상한이 엔진 측에서 요구하는 최적의 팬 회전 속도로 설정되는 것을 특징으로 한다. 다른 방법에서는, 팬 회전 속도의 제어 신호가 엔진 회전 속도, 팬 회전 속도 및 상기 최적의 팬 회전 속도 사이의 속도차에 기초하여 일시적으로 중단된다. 다른 방법에서, 팬 회전 속도의 제어 신호는 엔진의 회전 가속도 또는 가속기(스로틀)의 위치 가속도에 기초하여 일시적으로 중단된다. 다른 방법에서는, 상기 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 기초하여 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 한계가 주어진다.

전술한 외부 제어식 팬 클러치에서도, 링 형상의 자성 재료가 상기 전자석과 상기 밸브 부재 사이에 배치되어 있고, 상기 밀봉 하우징 내에 상기 자성 재료를 조립하여 상기 전자석의 자속이 상기 자성 재료를 통해 상기 밸브 부재에 전달되는 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 제어 방법에 따르면, 라디에이터 냉각액의 온도를 직접 제어 파라미터로서 제어함으로써, 팬의 회전은 항상 엔진 연소 효율의 바람직한 온도 범위 내에 있도록 제어될 수 있다. 또한, 팬의 회전은 공기 조화기의 커패시터의 냉각 효율과 관련하여 바람직하게 유지될 수 있고, 공기 조화기의 냉각 성능은 공기 조화기의 온-오프 상태와 압축기의 압력을 항상 검출함으로써 향상될 수 있다. 또한, 아이들 상태로부터의 과잉 가속 및 가속 개시에 기인한 팬의 관련 회전은 엔진 회전 속도와 가속기의 개방도를 검출함으로써 감소될 수 있다. 또한, 상기 회전 속도의 상한은 엔진 측에서 요구하는 최적의 팬 회전 속도로 설정된다. 팬 회전 속도의 제어 신호는 엔진 회전 속도, 팬 회전 속도 및 최적의 팬 회전 속도 사이의 속도차에 기초하여 일시적으로 중단된다. 팬 회전 속도의 제어 신호는 엔진의 회전 가속도 또는 가속기(스로틀)의 위치 가속도에 기초하여 일시적으로 중단된다. 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 기초하여 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 한계가 주어진다. 후술하는 많은 우수한 효과는 전술한 수단 등을 취함으로써 얻어질 수 있다. 즉, 팬 회전의 제어 명령과 관련된 응답 지연이 감소되고, 엔진 회전 변화시와 엔진 시동시 등에서 관련 회전이 감소되며, 팬의 회전 거동이 안정화될 수 있다. 또한, 팬의 소비 마력이 감소되고(연소 소비가 향상됨), 팬 소음이 감소되는 등의 효과가 있다.

본 발명에 있어서, 도 1에 도시된 외부 제어식 팬 클러치 장치는, 케이스(2-1)와 커버(2-2)로 구성된 밀봉 하우징(2)이 베어링(13)을 매개로 하여 회전축 부재(구동축)(1)에 지지되어 있다. 상기 밀봉 하우징(2)의 내부는 오일 공급 조절 구멍(8)이 있는 격벽(4)에 의하여 오일 저장실(5)과 토크 전달실(6)로 분할되어 있다. 상기 회전축 부재(1)의 선단부에 장착된 구동 디스크(3)가 토크 전달실(6)에 내장되어, 토크 전달실의 내주면과 구동 디스크(3) 사이에 토크 전달 간극을 형성한다.

구동 디스크(3)의 외주벽부에 대향하는 커버(2-2)의 내주벽면의 일부분에는 회전시에 오일을 수집 및 저장하기 위한 댐(15)이 배치되어 있다.

케이스(2-1)에 배치된 오일 수집용 순환 유로(7)를 개폐하는 오일 공급용 밸브 부재(9)가 판 스프링(9-1)과 전기자(9-2)로 구성된다. 팬 회전시에 오일 저장실(5) 내에서 오일의 저항을 쉽게 받지 않도록 하기 위해, 판 스프링(9-1)은 그 기단부가 케이스(2-1)에 장착되어 있고, 이에 따라 밸브 부재의 전기자(9-2)는 회전축 부재(구동축)(1) 근처에 위치한다.

밀봉 하우징(2)의 구동 섹션측에서는, 전자석(11)이 전자석 지지체(12)에 지지되어 있는데, 상기 전자석 지지체는 베어링(14)을 매개로 상기 회전축 부재(1)에 지지되어 있다. 또한, 상기 케이스(2-1) 내에 조립되는 링 형상의 자기 루프 요소(자성 재료)(10)는 상기 밸브 부재의 전기자(9-2)에 대향하도록 장착되어 있다. 상기 전자석 지지체(12)는 그 일부가 자기 루프 요소(10)에 불규칙적으로 끼워 맞춰져 있다. 즉, 전자석(11)의 자속을 밸브 부재의 전기자(9-2)로 효율적으로 전달하기 위하여 링 형상의 자기 루프 요소(10)를 사용함으로써, 오일 공급용 밸브 부재(9)의 작동 메커니즘을 구성한다.

전술한 구성의 팬 클러치 장치에서, 전자석(11)이 오프(OFF)(자화되지 않음)되면, 판 스프링(9-1)의 작용에 의하여 전기자(9-2)가 자기 루프 요소(10)로부터 이탈되어 오일 공급 조절 구멍(8)이 폐쇄된다. 따라서, 토크 전달실(6)로의 오일 공급이 중단된다. 이와는 반대로, 전자석(11)이 온(ON)(자화됨)되면, 전기자(9-2)는 판 스프링(9-1)에 저항하면서 상기 자기 루프 요소(10)를 향하여 당겨진다. 이에 따라, 판 스프링(9-1)이 케이스(2-1)의 측부에 압접(壓接)하고 오일 공급 조절 구멍(8)이 개방되어, 오일이 토크 전달실(6) 안으로 공급된다.

다음으로, 전술한 외부 제어식 팬 클러치 장치의 제어 방법을 수행하는 제어 시스템을 도 2에 기초하여 설명한다.

먼저, 팬(22)의 회전 속도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진(28) 회전 속도, 공기 조화기의 압축기의 압력, 공기 조화기의 온-오프 신호 등이 호출되어 주 연산 제어기(27)에 입력된다. 최적의 팬 회전 속도(팬 회전 속도 영역)가 상기 주 연산 제어기에 의해 판정된다. 팬의 회전을 변경하는 데 필요한 밸브 개폐 신호를 주 연산 제어기(27) 내의 릴레이(relay)에 보내거나, 주 연산 제어기(27)로부터 독립된 개체인 릴레이 하우징(26)에 보낸다. 상기 릴레이 또는 릴레이 하우징(26)에서는 스위칭을 수행하고, 전력을 팬 클러치 장치(24)의 전자석(11)에 공급하며, 오일 공급용 밸브 부재(9)를 개폐한다. 상기 밸브 부재를 이용한 오일 공급에 의해 변경되는 팬 회전이 감지되고, 데이터가 주 연산 제어기(27)에 피드백된다. 상기 제어 시스템에서, 최적의 팬 회전 속도(팬 회전 속도 영역)는 라디에이터(21)의 냉각액 온도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진 회전 속도 등과 같 은 데이터에 기초하여 재차 판정된다. 도 2에서, 도면 부호 23은 팬 회전 센서를 나타내고, 도면 부호 25는 배터리를 나타낸다.

이어서, 도 2에 도시된 제어 시스템을 사용하는 본 발명의 제어 방법을 도 3 및 도 4에 기초하여 설명한다.

즉, 최적의 팬 회전 속도(TFS)는 차량의 운전 중에 라디에이터의 냉각액 온도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진 회전 속도 등과 같은 데이터에 기초하여 결정된다. 상기 최적의 팬 회전 속도(TFS)와 실제 팬 회전 속도(FS) 사이의 편차 E(FS - TFS = E)를 계산한다. 상기 편차 E에 기초하여 밸브 개폐 신호를 계산하고, 이 개폐 신호를 릴레이에 출력하여, 팬 클러치 장치의 오일 공급용 밸브 부재를 개폐한다. 도 4는 팬 회전 제어의 예를 보여준다. 이 예에서는, 실제 팬 회전 속도(FS)와 관련된 편차 E에 기초하여 계산된 밸브 개폐 신호에 의하여, 냉각 팬의 회전 속도를 최적의 회전 속도(TFS)로 제어할 수 있다.

예컨대, (α) 전력 전압의 온/오프율과, (β) 전력 전압의 온/오프 빈도, 그리고 (γ) 전력 공급원의 전력량을 상기 밸브 개폐 신호로서 사용할 수 있다.

도 5는 (α) 전력 전압의 온-오프율을 밸브 개폐 제어 신호로서 사용하여, 팬의 회전을 최적의 팬 회전 속도(TFS)로 제어하는 예를 보여준다. 도 6은 (β) 전력 전압의 온-오프 빈도를 밸브 개폐 제어 신호로서 사용하여, 팬의 회전을 최적의 팬 회전 속도(TFS)로 제어하는 예를 보여준다. 도 7은 (γ) 전력 공급원의 전력량(W)을 밸브 개폐 제어 신호로서 사용하여, 팬의 회전을 최적의 팬 회전 속도(TFS)로 제어하는 예를 보여준다. 상기 제어 예로부터 알 수 있듯이, 본 발명 에서는 라디에이터의 냉각액 온도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진 회전 속도 등과 같은 데이터를 검출하여 팬의 회전 속도를 변경한다. 따라서, 특정 영역에 수용가능한 물의 온도와 팬 클러치 장치의 온-오프 동작은 라디에이터의 냉각액 온도와는 무관한 엔진 회전 속도에 따라 제어될 수 있고, 이에 따라 관련 회전에 기인한 팬 소음이 방지될 수 있다.

또한, 전술한 파라미터 이외의 것, 예컨대 변속기 온도, 흡기 온도, A/C 압축기의 압력, 가속기의 개방도 등도 팬의 회전 제어를 제어 인자로서 판정하기 위한 파라미터에 설정될 수 있다.

도 8은 팬 회전 속도의 제어 명령과 관련된 응답 지연을 단축시켜 관련 회전을 감소시키는 제어 예를 보여주고, 회전 속도의 상한을 엔진 측에서 요구하는 최적의 팬 회전 속도(ETFS)와 관련하여 설정하여 팬의 회전 속도를 제어하는 방법을 예시한다. 이러한 제어 방법에서는, 도 8에 도시된 바와 같이 정상 작동 중에 상기 엔진 측에서 요구하는 최적의 팬 회전 속도(ETFS)와 관련하여, 회전 속도선의 상한을 온(ON) 상태의 회전 속도보다 약간 낮은 위치에 설정한다. 상기 회전 속도선 상의 회전 속도는 팬 회전 속도의 상한으로서 제어된다.

즉, 클러치가 온 상태로 설정될 때, 오일은 클러치의 토크 전달실의 내부로 과잉 유입되어 남게된다. 따라서, 팬 회전 속도를 감소시키는 신호가 다음 타이밍에 출력될 때, 상기 신호와 관련된 반응이 상기 오일을 수집하는 데 필요한 시간만큼 지연된다. 또한, 차량에 시동을 걸고 아이들 상태로부터 가속하는 경우와 마찬가지로, 엔진 회전 속도가 순간적으로 저속 회전에서 고속 회전으로 변경될 때, 상 기 토크 전달실 내의 과잉 오일은 관련 회전을 야기하는 인자가 된다. 따라서, 최적의 팬 회전 속도(ETFS)의 회전 속도 상한을 온 상태의 회전시 보다 약간 낮은 클러치 위치에 설정하고 팬 회전 속도를 제어함으로써, 토크 전달실 내부에는 오일이 과잉 유입되지 않는다. 따라서, 다음 타이밍의 팬 회전 속도 제어 신호와 관련된 응답 지연이 가능한 많이 단축될 수 있고, 엔진 회전 변경시와 엔진 시동시의 관련 회전이 감소될 수 있다.

도 9는 회전 속도선의 상한이 상기 최적의 팬 회전 속도(ETFS)와 관련하여 설정되는 팬 회전 속도 제어의 구체적인 예를 보여준다. 이 예에서, 엔진의 회전 속도(ES)를 1000 rpm에서 4000 rpm까지 변경하고, 최적의 팬 회전 속도(ETFS)를 2000 rpm으로 일정하게 설정할 때, (α) 팬 회전 속도(FS)는 엔진 회전 속도(ES)가 1000 rpm의 일정한 상태로 설정된 경우의 회전 속도선 상한을 향하도록 제어된다. 전술한 경우와 유사하게, (β) 팬 회전 속도(FS)는 엔진 회전 속도(ES)가 1000 rpm에서 2000 rpm으로의 가속 상태로 설정된 경우의 회전 속도선 상한을 향하도록 제어된다. (γ) 팬 회전 속도(FS)는 엔진 회전 속도(ES)가 2000 rpm에서 4000 rpm으로의 가속 상태로 설정된 경우에 2000 rpm으로 일정하게 제어된다.

여기서, 회전 속도선의 상한은 엔진 회전 속도(n) 등을 변수로서 이용하는 공식(근사 공식)에 의해 결정될 수 있다.

도 10 및 도 11은 엔진 회전 속도, 팬 회전 속도(실제 측정값) 및 최적의 팬 회전 속도 사이의 속도차에 기초하여 팬 회전 속도 제어 신호를 일시적으로 중단시킴으로써, 엔진 회전의 변경시에 일어나는 관련 회전을 감소시키는 제어의 예를 보 여준다. 도 10에 도시된 제어의 예에서는, 엔진 회전 속도(ES)와 팬 회전 속도(FS) 사이의 속도차가 특정값(일정한 속도차 A)보다 작은 경우(ES-FS < A), 팬의 회전 제어 신호를 일시적으로 중단한다. 도 11에 도시된 제어의 예에서는, 엔진 회전 속도(ES)와 최적의 팬 회전 속도(ETFS) 사이의 속도차가 유사하게 특정값(일정한 속도차 A)보다 작고, 팬의 회전 속도(FS)가 최적의 팬 회전 속도(ETFS)보다 큰 경우(ES-ETFS < A, FS>ETFS), 팬의 회전 제어 신호를 일시적으로 중단한다.

즉, 본 발명에 따른 제어 시스템의 개체인 팬 클러치는 입력측 회전과 수신부(팬) 사이의 속도차에 의해 오일을 토크 전달실에 수집하는 시스템을 구비한다. 따라서, 상기 속도차가 줄어들면 오일의 수집 속도가 줄어들며, 이는 엔진 회전의 변경시에(저속 회전 →고속 회전) 일어나는 관련 회전의 원인이 된다. 따라서, 상기 속도차가 특정값보다 작은가를 판정하고, 팬 회전 속도 제어 신호를 일시적으로 중단한다. 따라서, 오일의 과잉 공급이 방지되고, 관련 회전이 감소될 수 있다.

도 12 및 도 13은 엔진의 회전 가속도 또는 가속기(스로틀)의 위치 가속도에 기초하여 팬 회전 속도 제어 신호를 일시적으로 중단시킴으로써, 엔진 회전 변경시에 일어나는 관련 회전을 감소시키는 제어의 예를 보여준다. 도 12에 도시된 제어의 예에서는, 엔진의 회전 가속도(a)가 특정값(A)보다 커지는 경우 (a > A), 팬의 회전 속도 제어 신호를 중단한다. 도 13에 도시된 제어의 예에서는, 가속기(스로틀)의 위치 가속도(a')가 특정값(A)보다 커지는 경우 (a' > A), 팬의 회전 속도 제어 신호를 중단한다.

즉, 엔진 회전 속도가 가속되는 가를 순간적으로 판정하고, 팬 회전 속도 제 어 신호를 중단시켜, 관련 회전을 줄일 수 있다.

도 14는 최적의 팬 회전 속도(ETFS)의 변화율에 기초하여 상기 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 한계를 부여함으로써, 팬의 회전 거동을 안정화시키는 제어의 예를 보여준다. 예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이 최적의 팬 회전 속도(ETFS)가 타이밍(t)에서 1000 rpm(α)로부터 3000 rpm(β)로 변경될 때, 최적의 팬 회전 속도(ETFS)의 Δt당 변화율은 2000 rpm/Δt가 된다. 여기서, Δt당 변화율의 한계가 (예컨대, 500 rpm/Δt) 존재한다면, 최적의 팬 회전 속도(ETFS)는 (α)로부터 (γ)로 변경된다.

즉, 최적의 팬 회전 속도(ETFS)가 단기간에 급격히 변경될 때, 팬 회전 제어 시스템의 제어 출력은 불안정해진다(최적의 팬 회전 속도와 실제 팬 회전 속도 사이의 오차 변화가 증대된다). 따라서, 수렴성이 열화되고, 팬의 회전 거동이 불안정해진다. 따라서, 팬의 회전 거동이 안정화될 수 있도록 최적의 팬 회전 속도(ETFS)의 변화율에 한계를 부여함으로써, 최적의 팬 회전 속도(ETFS)의 오차 변화를 줄일 수 있다.

본 발명은 자동차용 라디에이터를 냉각하는 팬 클러치에 적용되어, 엔진 성능, 연료 소비 및 공기 조화기(A/C)의 커패시터의 냉각 성능을 향상시킬 수 있고, 관련 회전에 기인하는 팬 소음을 억제할 수 있으며, 팬 회전의 제어 명령과 관련된 응답 지연을 감소시킬 수 있고, 엔진 회전 변화시와 엔진 시동시에 관련 회전을 감소시킬 수 있으며, 팬의 회전 거동을 안정화시킬 수 있다.

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Claims

선단부에 구동 디스크가 장착된 회전축 부재 상에 베어링을 매개로 하여 지지되는 비자성 재료 케이스와, 상기 케이스에 장착되는 커버로 구성되어 있는 밀봉 하우징의 내부가, 오일 공급 조절 구멍을 구비한 격벽에 의하여 오일 저장실과 상기 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실로 분할되어 있으며; 회전시에 오일을 수집 및 저장하기 위하여, 상기 구동 디스크의 외주벽에 대향하는 상기 커버의 내주벽면의 일부분에는 댐이 배치되어 있고, 상기 토크 전달실과 상기 오일 저장실 사이에는 상기 댐에 연결된 오일 순환 유로가 형성되어 있으며, 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하는 자성이 있는 밸브 부재가 상기 오일 저장실 내에 설치되어 있고; 상기 밀봉 하우징의 오일 저장실의 측부 상에 베어링을 매개로 하여 전자석이 상기 회전축 부재에 지지되어 있고, 상기 밸브 부재를 상기 전자석으로 작동시키는 것에 의해 상기 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 제어하기 위한 메커니즘이 이루어지며; 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하여 구동측과 피동측으로 형성된 토크 전달 간극부에서 오일의 유효 접촉 면적을 증감시킴으로써, 구동측으로부터 피동측으로의 회전 토크 전달을 제어하는 방식으로 구성되어 있는 것인 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법에 있어서,

라디에이터의 냉각액 온도, 팬 회전 속도, 변속기 오일의 온도, 차량 속도, 엔진 회전 속도, 공기 조화기의 압축기의 압력 및 공기 조화기의 온-오프 신호 중 하나 이상의 신호에 의해 상기 밸브 부재의 개폐를 제어하는 것인 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 전자석과 상기 밸브 부재 사이에 링 형상의 자성 재료가 배치되어 있고, 상기 밀봉 하우징 내에 상기 자성 재료를 조립하여 상기 전자석의 자속이 상기 자성 재료를 통해 상기 밸브 부재에 전달되도록 구성되어 있는 것인 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법.
선단부에 구동 디스크가 장착된 회전축 부재 상에 베어링을 매개로 하여 지지되는 비자성 재료 케이스와, 상기 케이스에 장착되는 커버로 구성되어 있는 밀봉 하우징의 내부가, 오일 공급 조절 구멍을 구비한 격벽에 의하여 오일 저장실과 상기 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실로 분할되어 있으며; 회전시에 오일을 수집 및 저장하기 위하여, 상기 구동 디스크의 외주벽에 대향하는 상기 커버의 내주벽면의 일부분에는 댐이 배치되어 있고, 상기 토크 전달실과 상기 오일 저장실 사이에는 상기 댐에 연결된 오일 순환 유로가 형성되어 있으며, 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하는 자성이 있는 밸브 부재가 상기 오일 저장실 내에 설치되어 있고; 상기 밀봉 하우징의 오일 저장실의 측부 상에 베어링을 매개로 하여 전자석이 상기 회전축 부재에 지지되어 있고, 상기 밸브 부재를 상기 전자석으로 작동시키는 것에 의해 상기 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 제어하기 위한 메커니즘이 이루어지며; 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하여 구동측과 피동측으로 형성된 토크 전달 간극부에서 오일의 유효 접촉 면적을 증감시킴으로써, 구동측으로부터 피동측으로의 회전 토크 전달을 제어하는 방식으로 구성되어 있는 것인 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법에 있어서,

회전 속도의 상한을 엔진 측에서 요구하는 최적의 팬 회전 속도로 설정하고;

팬 회전 속도의 제어 신호를 엔진 회전 속도, 팬 회전 속도 및 상기 최적의 팬 회전 속도 사이의 속도차에 기초하여 일시적으로 중단하며;

팬 회전 속도의 제어 신호를 엔진의 회전 가속도 또는 가속기(스로틀)의 위치 가속도에 기초하여 일시적으로 중단하고;

상기 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 기초하여 최적의 팬 회전 속도의 변화율에 한계를 부여하는 것인 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 전자석과 상기 밸브 부재 사이에 링 형상의 자성 재료가 배치되어 있고, 상기 밀봉 하우징 내에 상기 자성 재료를 조립하여 상기 전자석의 자속이 상기 자성 재료를 통해 상기 밸브 부재에 전달되도록 구성되어 있는 것인 외부 제어식 팬 클러치의 제어 방법.