JP2006177163A

JP2006177163A - 外部制御式ファンクラッチの制御方法

Info

Publication number: JP2006177163A
Application number: JP2004368164A
Authority: JP
Inventors: Masaru Shiozaki; 賢塩崎
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】エンジン冷却システムの機能を保証し得る外部制御式ファンクラッチの制御方法を提案すること。
【解決手段】電磁石により作動させる弁部材をラジエーター冷却液温度、ファン回転速度、トランスミッションオイル温度、車速、エンジン回転速度、エアコンディショナーのコンプレッサー圧力および同エアコンディショナーのＯｎまたはＯｆｆ信号の少なくとも１つの信号に基づいてＰＩＤ制御により開閉制御する方法において、ファン回転速度センサーの誤作動が一時的に発生した場合、１スキャン前のファン回転速度データに基づいてＰＩＤ演算を行い、制御信号を演算することでファン回転を安定させ、また、ファン回転速度センサー系統が故障した場合、ファン回転速度をゼロｒｐｍとしてＰＩＤ演算を行い、演算後の制御出力が常に１００％となるようにしてエンジンの冷却性能を確保する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に自動車等における内燃機関冷却用のファン回転速度を外部周囲の温度変化あるいはエンジンの回転速度変化に追従して制御する方式の外部制御式ファンクラッチの制御方法に関する。

従来、この種の外部制御式ファンクラッチとしては、先端に駆動ディスクを固着した回転軸体上に、軸受を介して支承された非磁性体のケースと該ケースに取着されたカバーとからなる密封器匣の内部を、仕切板により油溜り室と、前記駆動ディスクを内装するトルク伝達室とに区劃し、回転時の油の集溜する駆動ディスクの外周壁部に対向するカバーの内周壁面の一部にダムと、これに連なってトルク伝達室と油溜り室間に形成された油循環流通路を開閉する磁性を有する弁部材を油溜り室内に備え、前記密封器匣の油溜り室側に電磁石を前記回転軸体に軸受を介して支持し、該電磁石により前記弁部材を作動させて油循環流通路を開閉制御する仕組みとなし、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御する方式となした外部制御式ファンクラッチ（特許文献１、２、３参照）において、前記弁部材をラジエーター冷却液の温度、ファン回転速度、トランスミッションオイル温度、車速、エンジン回転速度、エアコンディショナーのコンプレッサー圧力および同エアコンディショナーのＯｎまたはＯｆｆ信号の少なくとも１つの信号に基づいてＰＩＤ制御（比例、微分、積分によるフィードバック制御方式）により開閉制御するものと、前記と同様の、電磁石により弁部材を作動させて油循環流通路を開閉制御する仕組みとなし、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御する方式となし、かつ前記電磁石と弁部材との間にリング形状の磁性体を配置し、電磁石の磁束が該磁性体を介して弁部材に伝達されるごとく該磁性体を密封器匣に組込んだ構成となした外部制御式ファンクラッチにおいて、エンジン側から要求される最適ファン回転速度に上限回転速度を設定するか、またはエンジン回転速度とファン回転速度および前記最適ファン回転速度との差速に基づいてファン回転速度制御信号を一時的に停止するか、あるいはエンジン回転加速度またはアクセル（スロットル）ポジション加速度に基づいてファン回転速度制御信号を一時的に停止（カット）するか、または前記最適ファン回転速度の変化率に基づいて当該最適ファン回転速度の変化率に制限を与え、ＰＩＤ制御（比例、微分、積分によるフィードバック制御方式）によりファンクラッチを制御するものがある（特許文献４参照）。

特許第２９１１６２３号特開２００３−２３９７４１号公報特開平９−１１９４５５号公報特願２００４−１１３６０６号

しかしながら、前記した特許文献１〜４等に記載されているのは、該ファンクラッチを制御する際にファン回転センサーからの信号にプラスやマイナスのノイズが乗る等に起因して一時的に誤作動したり、センサー自身がショートや断線により故障したり、ケーブルの断線やコネクターの外れ等が発生した場合、これらのトラブルに対応する機能を備えていないため、ファン回転の制御性が不安定になったり、ファン回転制御が不能となりオーバーヒートに至る可能性があり、ファンクラッチの動作の信頼性に問題があった。

本発明は、特にファン回転の制御方式にＰＩＤ制御を採用する外部制御式ファンクラッチの制御方法における前記問題を解消するためになされたもので、外部制御式ファンクラッチ制御システム中にファン回転センサー系統の異常判定システムを組込むことにより、エンジン冷却システムの機能を保証し得る外部制御式ファンクラッチの制御方法を提案することを目的とするものである。

本発明に係る外部制御式ファンクラッチの制御方法は、電磁石により弁部材を作動させて油循環流通路を開閉制御する仕組みとなし、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御する方式となした外部制御式ファンクラッチのファン回転センサーの一時的な誤作動（プラスやマイナスのノイズ等が信号に乗る時）あるいは故障等のトラブルをファン回転データから判断し、状況に応じて仮想ファン回転速度を設定しＰＩＤ演算を行い制御信号を出力するもので、その要旨は、前記ファンクラッチの弁部材をラジエーター冷却液温度、ファン回転速度、トランスミッションオイル温度、車速、エンジン回転速度、エアコンディショナーのコンプレッサー圧力および同エアコンディショナーのＯｎまたはＯｆｆ信号の少なくとも１つの信号に基づいてＰＩＤ制御（比例、微分、積分によるフィードバック制御方式）により開閉制御する方法において、ファン回転速度センサーの計測結果より、
（１）タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）と、t-1 のファン回転速度（ＦＳt-1 ）の関係が、｜ＦＳt −ＦＳt-1 ｜＞Ｘ（Ｘ：ファン回転速度の変化量の絶対値の上限値）の場合、
（２）タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）が、ＦＳt ＞ＦＳｍａｘまたはＦＳt ＜ＦＳｍｉｎ（ＦＳｍａｘ：ファン回転速度上限値、ＦＳｍｉｎ：ファン回転速度下限値）の場合、
前記（１）または（２）が一時的に発生した場合は、ＦＳｔ＝ＦＳt-1 としてＰＩＤ演算を行い制御信号を出力し、前記（１）または（２）の状態がある時間以上続いた場合は、ＦＳｔ＝ゼロｒｐｍとしてＰＩＤ演算を行い、制御信号が常時１００％となるように出力することを特徴とするものである。

本発明は、外部制御式ファンクラッチ制御システム中にファン回転の異常判定システム（ソフトウェア）を組込むことにより、ファン回転センサー系統の一時的な誤作動によるクラッチ動作の信頼性を確保することができ、またファン回転センサー等の故障時のエンジン冷却性能を確保することができ、さらにソフトウェアのみでファン回転センサーの異常判定システムを構築できるので当該システムのシンプル化もはかられ、またさらにセンサーエラーが発生した場合、エンジン冷却システム内の記憶装置に当該エラーを記憶することで、故障時の原因調査が可能になるのみならず、そのエラーを運転者にモニターあるいは信号等で警告してエンジン故障を未然に防ぐことができる等、安全性の確保にも多大な効果を奏する。

図１は本発明に係る外部制御式ファンクラッチ装置の一実施例を示す縦断面図、図２は同上外部制御式ファンクラッチ装置の制御方法を実施するための制御システムの全体構成の一例を示す概略図、図３は同上外部制御式ファンクラッチ装置の制御方法の一実施例を示すフローチャートである。

すなわち、図１に示す外部制御式ファンクラッチ装置は、駆動部（エンジン（図示せず））の駆動によって回転する回転軸体（駆動軸）１に、軸受１３を介してケース２−１とカバー２−２とからなる密封器匣２が支承され、この密封器匣２内は油供給調整孔８付き仕切板４にて油溜り室５とトルク伝達室６とに区劃され、トルク伝達室６内には回転軸体１の先端に固着された駆動ディスク３が該トルク伝達室の内周面との間にトルク伝達間隙が形成されるように収納されている。
なお、ダム１５は回転時の油の集溜する駆動ディスク３の外周壁部と対向するカバー２−２の内周壁面の一部に設けたものであり、ケース２−１に設けられた油回収用循環流通路７へ油を圧送する機能を有するものである。仕切板４に設けられた油供給調整孔８を開閉する油供給用弁部材９は、板バネ９−１とアーマチャー９−２とからなり、ファン回転時に油溜り室５内の油の抵抗を受けにくくするために、弁部材のアーマチャー９−２が回転軸体（駆動軸）１近傍に位置するように板バネ９−１基端部をケース２−１に取付ける。

密封器匣２の駆動部側には、回転軸体１に軸受１４を介して支承された電磁石支持体１２に電磁石１１が支持され、かつケース２−１に組込まれたリング状の磁気ループエレメント（磁性体）１０が前記弁部材のアーマチャー９−２と対向して取付けられ、前記電磁石支持体１２の一部が磁気ループエレメント１０に凹凸嵌合されている。すなわち、電磁石１１の磁束を効率よく弁部材のアーマチャー９−２に伝えるため、リング状の磁気ループエレメント１０を用いて油供給用弁部材９の作動機構を構成している。

上記構成のファンクラッチ装置において、電磁石１１がＯＦＦ（非励磁）の時はアーマチャー９−２が当該板バネ９−１の作用により磁気ループエレメント１０より離間することにより油供給調整孔８が閉じられ、トルク伝達室６内への油の供給が停止し、電磁石１１がＯＮ（励磁）の時はアーマチャー９−２が当該板バネ９−１に抗して磁気ループエレメント１０側に吸引されることにより、当該板バネ９−１がケース２−１側に移動して油供給調整孔８が開き、トルク伝達室６内へ油が供給される。

次に、上記外部制御式ファンクラッチ装置の制御方法を実施するための制御システムを図２に基づいて説明する。
まず、ラジエーター冷却液温度（エンジン水温）、ファン回転速度、トランスミッションオイル温度、車速、エンジン回転速度、エアコンディショナーのコンプレッサー圧力および同エアコンディショナーのＯｎまたはＯｆｆ信号等を主演算制御器２２に取込み、該主演算制御器で最適なファン回転速度（ターゲットファン回転速度）を判断する。そして、その最適なファン回転速度を主演算制御器２２内のＰＩＤ演算部へ送り、ここで算出した弁開閉信号に基づいて電源供給装置（ＰＷＭ装置）２１により電源を外部制御ファンクラッチ装置２０の電磁石１１へ供給し、油供給弁９を開閉させる。この弁開閉による油供給により変動したファン回転速度をセンシングしてデータを主演算制御器２２へフィードバックし、再びラジエーター冷却液温度、トランスミッションオイル温度、車速、エンジ
ン回転速度等のデータに基づいて最適なファン回転速度（ターゲットファン回転速度）を判断するシステムとなっている。
上記制御システムにおける電源供給装置（ＰＷＭ装置）２１は、電源が直流であるため、電圧を一定としてパルス幅（通電時間）を制御することにより電力量をコントロールして外部制御ファンクラッチ装置２０へ出力する仕組みとなっている。

続いて、図２に示す制御システムによる本発明の制御方法を図３に基づいて説明する。
すなわち、車両走行中におけるファン回転速度ＦＳが当該ファン回転速度センサー（図示せず）により計測され、その実測データが主演算制御器２２のファン回転異常判定部（ソフトウェア）に取込まれ、ここで前記計測データより、次の（１）（２）に示す誤作動と判断される現象の有無が確認される。
記
（１）タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）と、t-1 のファン回転速度（ＦＳt-1 ）の関係が、｜ＦＳt −ＦＳt-1 ｜＞Ｘ（Ｘ：ファン回転速度の変化量の絶対値の上限値）の場合。
（２）タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）が、ＦＳt ＞ＦＳｍａｘまたはＦＳt ＜ＦＳｍｉｎ（ＦＳｍａｘ：ファン回転速度上限値、ＦＳｍｉｎ：ファン回転速度下限値）の場合。
そして、前記（１）または（２）が一時的に発生した場合は、ファン回転速度センサーの誤作動と判断され、ＦＳｔ＝ＦＳt-1 としてＰＩＤ演算部へ入力されて弁開閉信号が算出され、その算出された弁開閉信号（制御信号）が電源供給装置（ＰＷＭ装置）２１へ出力される。一方、前記（１）または（２）の状態がある時間以上続いた場合は、ファン回転速度センサーの故障と判断され、タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）＝ゼロｒｐｍとしてＰＩＤ演算部へ入力されて弁開閉信号が算出され、その算出された制御信号が常時１００％となるように電源供給装置（ＰＷＭ装置）２１へ出力される。

本発明は、外部制御式ファンクラッチ装置の制御システム内にファン回転異常判定手段を組込むことにより、一時的なファン回転速度センサー系統の誤作動によるクラッチ動作の信頼性の確保、ファン回転速度センサー故障時のエンジン冷却性能の保証（Ｆａｉｌｓａｆｅ機構）が可能であり、さらに前記センサーエラーが発生した場合、エンジン冷却システム内の記憶装置に当該エラーを記憶することで、故障時の原因調査が可能になるのみならず、そのエラーを運転者にモニターあるいは信号等で警告してエンジン故障を未然に防ぐことができる。

本発明に係る外部制御式ファン・カップリング装置の一実施例を示す縦断面図である。同上外部制御式ファンクラッチ装置の制御方法を実施するための制御システムの全体構成の一例を示す概略図である。同上外部制御式ファンクラッチ装置の制御方法の一実施例を示すフローチャートである。

符号の説明

１回転軸体（駆動軸）
２密封器匣
２−１ケース
２−２カバー
３駆動ディスク
４仕切板
５油溜り室
６トルク伝達室
７油回収用循環流通路
８油供給調整孔
９油供給用弁部材
９−１板バネ
９−２アーマチャー
１０磁気ループエレメント（磁性体）
１１電磁石
１２電磁石支持体
１３、１４軸受
１５ダム
２０外部制御ファンクラッチ装置
２１電源供給装置（ＰＷＭ装置）
２２主演算制御器

Claims

電磁石により弁部材を作動させて油循環流通路を開閉制御する仕組みとなし、駆動側と被駆動側とのなすトルク伝達間隙部での油の有効接触面積を増減させて駆動側から被駆動側への回転トルク伝達を制御する方式となした外部制御式ファンクラッチの制御方法であって、前記弁部材をラジエーター冷却液温度、ファン回転速度、トランスミッションオイル温度、車速、エンジン回転速度、エアコンディショナーのコンプレッサー圧力および同エアコンディショナーのＯｎまたはＯｆｆ信号の少なくとも１つの信号に基づいてＰＩＤ制御（比例、微分、積分によるフィードバック制御方式）により開閉制御する方法において、ファン回転速度センサーの計測結果より、
（１）タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）と、t-1 のファン回転速度（ＦＳt-1 ）の関係が、｜ＦＳt −ＦＳt-1 ｜＞Ｘ（Ｘ：ファン回転速度の変化量の絶対値の上限値）の場合、
（２）タイムｔのファン回転速度（ＦＳｔ）が、ＦＳt ＞ＦＳｍａｘまたはＦＳt ＜ＦＳｍｉｎ（ＦＳｍａｘ：ファン回転速度上限値、ＦＳｍｉｎ：ファン回転速度下限値）の場合、
前記（１）または（２）が一時的に発生した場合は、ＦＳｔ＝ＦＳt-1 としてＰＩＤ演算を行って制御信号を出力し、前記（１）または（２）の状態がある時間以上続いた場合は、ＦＳｔ＝ゼロｒｐｍとしてＰＩＤ演算を行い、制御信号が常時１００％となるように出力することを特徴とする外部制御式ファンクラッチの制御方法。