JPH11294164A - 冷却ファンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ファンの回転数制御の適正化を図る。 【解決手段】 冷却水の水温とエンジン負荷域に応じて
電制サーモスタット１０の開閉量を制御して、低負荷域
では冷却水の水温を許容限度ギリギリにコントロールし
て燃費向上に貢献すると共に、高負荷域においては車両
の急加速、急減速時など急激な水温上昇に備えて、早め
にラジエータ５への経路を開放し、冷却ファン１１によ
り効果的に冷却水を空冷することができると共に、電制
サーモスタット１０の開閉量に連動して冷却ファン１１
の回転数Ｄを制御するようにしているため、冷却ファン
１１の無駄な稼働を防止できて、冷却ファンの回転に伴
う騒音発生時間の増大、耐久性低下、燃費の悪化といっ
た各種不具合を解消できることは勿論、エンジンルーム
の熱環境を適正に保ち、周辺部品への熱による影響を最
小限に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却水
を冷却するための冷却ファンの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷却ファンの制御装置としては、
例えば特開昭５８−９６１１９号公報に示されているよ
うに、水温センサによりエンジンの冷却水温が検出さ
れ、その検出結果に基づいて、ラジエータに対向して設
けられた冷却ファンを作動・停止するようにしてある。

【０００３】すなわち、検出水温が冷却ファン作動用の
設定温度よりも高くなった場合には、冷却水を冷却する
必要が生じたものとして、制御手段としてのコンピュー
タが冷却ファンを作動させる一方、検出水温が停止用の
設定温度よりも低くなった場合には、冷却水を冷却する
必要がなくなったものとして、前記コンピュータが冷却
ファンを停止させて、冷却水の水温の異常な上昇又は低
下の抑制を制御するようにしてある。

【０００４】また、このような冷却系においては、一般
的にエンジン本体とラジエータの間にサーモスタットが
設けられている。

【０００５】このサーモスタットは、冷却水の水温によ
り開閉する弁の一種で、冷却水の水温が所定値未満の時
はエンジンおよびラジエータ間の通路を閉塞して、ラジ
エータからエンジン本体への流入を遮断する一方、冷却
水の水温が所定値を越えるとエンジンおよびラジエータ
間の通路を開放し、ラジエータからエンジン本体への流
入を許容するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構造では、
サーモスタットはワックスの熱による膨張・収縮を利用
して通路を開閉するいわゆるワックス型のものが用いら
れるのが一般的であった。

【０００７】しかし、このようなワックス型のサーモス
タットでは、車両の急加速、急減速時などエンジン負荷
や車速が急激に変化したとき、冷却水の水温が急上昇し
てもすぐには全開にはならず徐々に開いていくので、開
弁初期にはラジエータからエンジン本体への冷却水の流
入が少いために効果的に冷却水の水温を下げることがで
きないのに加え、このようにラジエータに流れる冷却水
が十分でないにも関わらず冷却ファンは水温を下げよう
として最大能力で回転するため、冷却ファンの稼働率が
無駄に増えてしまうという問題があった。

【０００８】また一方では、燃費向上等の面からエンジ
ンの燃焼効率を上げるためにエンジン排出口側の水温を
許容限度ギリギリにコントロールすることがのぞまれて
おり、冷却水の流量を規制する開弁量を制御できる電制
サーモスタットが採用され始めている。

【０００９】このような電制サーモスタットはワックス
型に比べて開閉速度は速いものの、エンジン排出口側の
水温を許容限度ギリギリにコントロールしているため
に、車両の急加速、急減速時などエンジン負荷や車速が
急激に変化したときは、上がりすぎた水温を早く下げよ
うとして、冷却ファンの稼働率が増えてしまうという問
題があった。

【００１０】その結果、冷却ファンの回転に伴う騒音発
生時間の増大、冷却ファンの耐久性低下、燃費の悪化と
いった各種不具合が生じる恐れがあった。

【００１１】そこで本発明は、冷却ファン稼働率が増え
ることによる不具合の発生を抑制することのできる冷却
ファンの制御装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１にあっては、エ
ンジンの冷却水の熱を放熱するためのラジエータと、該
ラジエータに対向して設けられた冷却ファンと、前記エ
ンジンとラジエータとの冷却水通路途中に設けられ、冷
却水の流量を規制する開弁量が制御されるサーモスタッ
トとを備えた冷却ファンの制御装置であって、エンジン
から排出される冷却水の水温を検出する水温検出手段
と、エンジン回転数およびエンジントルクからエンジン
負荷を算出し、算出されたエンジン負荷が、予め設定さ
れた低負荷域と高負荷域との少なくとも２つのエンジン
負荷域の何れにあるかを判定するエンジン負荷判定手段
と、前記水温検出手段により検出された冷却水の水温
と、エンジン負荷判定手段により判定されたエンジン負
荷域に応じてサーモスタットの開弁量を制御するサーモ
開閉量制御手段と、サーモスタットの開弁量に連動して
冷却ファンの回転数を制御する回転数制御手段とを備え
たことを特徴としている。

【００１３】請求項２にあっては、請求項１に記載のエ
ンジン負荷判定手段は、算出したエンジン負荷がエンジ
ン負荷の大きさに基づいて予め複数設定されたエンジン
負荷域のうち、何れのエンジン負荷域にあるかを判定す
るようにしたことを特徴としている。

【００１４】請求項３にあっては、請求項１，２に記載
のエンジン負荷判定手段は、所定時間当たりのエンジン
負荷の平均値を算出し、算出されたエンジン負荷の平均
値が、何れのエンジン負荷域にあるかを判定するように
したことを特徴としている。

【００１５】

【発明の効果】請求項１によれば、エンジンから排出さ
れる冷却水の水温を検出する水温検出手段と、エンジン
回転数およびエンジントルクからエンジン負荷を算出
し、算出されたエンジン負荷が、予め設定された低負荷
域と高負荷域との少なくとも２つのエンジン負荷域の何
れにあるかを判定するエンジン負荷判定手段と、前記水
温検出手段により検出された冷却水の水温と、エンジン
負荷判定手段により判定されたエンジン負荷域に応じて
サーモスタットの開弁量を制御するサーモ開閉量制御手
段と、サーモスタットの弁の開閉量に連動して冷却ファ
ンの回転数を制御する回転数制御手段とを備えているた
め、低負荷域ではサーモスタットの開弁基準温度を高め
に設定して、冷却水の水温を許容限度ギリギリにコント
ロールして燃費向上に貢献すると共に、高負荷域におい
ては該サーモスタットの開弁基準温度を低めに設定し
て、車両の急加速、急減速時など急激に水温が上昇した
場合に備えて、早めにラジエータへの経路を開放するよ
うにして、このような急激な水温上昇があった場合にあ
ってもラジエータに十分に冷却水を流して冷却ファンに
より効果的に冷却水を空冷することができると共に、サ
ーモスタットの開弁量に連動して冷却ファンの回転数を
制御する回転数制御手段を備えてあるため、サーモスタ
ットがラジエータへの経路を閉塞しラジエータに冷却水
の十分な流通がない場合の冷却ファンの無駄な稼働も防
止できて、冷却ファンの回転に伴う騒音発生時間の増
大、冷却ファンの耐久性低下、燃費の悪化といった各種
不具合を解消できることはもちろん、エンジンルームの
熱環境を適正に保ち、周辺部品への熱による影響を最小
限に抑えることができる。

【００１６】請求項２によれば、請求項１の効果に加え
て、エンジン負荷判定手段は、算出したエンジン負荷が
エンジン負荷の大きさに基づいて予め複数設定されたエ
ンジン負荷域のうち、何れのエンジン負荷域にあるかを
判定するようにしてあるため、エンジンのアイドリング
時や走行時など運転状況に応じてサーモスタットの開弁
量および冷却ファンの回転数制御をより適切に行うこと
ができる。

【００１７】請求項３によれば、請求項１，２の効果に
加えて、エンジン負荷判定手段は、所定時間当たりのエ
ンジン負荷の平均値を算出し、算出されたエンジン負荷
の平均値が、何れのエンジン負荷域にあるかを判定する
ようにしてあるため、車両の急加速、急減速時などエン
ジン回転およびエンジントルクが大きく変化した際に、
一時的にエンジン負荷域が変化した場合であっても、エ
ンジン負荷の変化が一時的なものかどうかを判断して、
適正に判定を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一実施形態を図
面と共に詳述する。

【００１９】図１は、本発明を適用した冷却ファンの制
御装置の概略構成を示すもので、１はエンジン本体を示
しており、このエンジン本体１が加熱するのを防止する
ためにその内部に図外のウォータージャケットを設け、
該ウォータージャケット内に冷却水を流すことによって
エンジン本体１を水冷するようにしてある。

【００２０】エンジン本体１の前方には、アッパタンク
２、コア３、ロアタンク４からなるラジエータ５が配置
してある。コア３はアッパタンク２及びロアタンク４を
連結する図外の多数本のチューブとそれらチューブの周
囲に設けられた図外の冷却フィンとを備えている。

【００２１】６はエンジン本体１の冷却水排出口にその
一端を接続した冷却水の第１通路を示し、該第１通路６
の他方端は前記ラジエータ５のアッパタンク２に接続し
てある。

【００２２】また、７はエンジン本体１の冷却水供給口
にその一端を接続した冷却水の第２通路を示しており、
該第２通路７の他方端は前記ラジエータ５のロアタンク
４に連通してある。

【００２３】これら第１通路６，第２通路７，エンジン
本体１内の図外のウォータージャケット，ラジエータ
５，及び後述するバイパス通路８により冷却水通路９を
形成している。

【００２４】この冷却水通路９の一部、具体的には第２
通路７とエンジン本体内の図外のウォータージャケット
との接続部分には図外のウォーターポンプが設けてあ
り、このウォーターポンプを起点として冷却水は前記冷
却水通路９内を循環している。

【００２５】この循環中、冷却水は図外のウォータージ
ャケットを通過する際にエンジン本体１の熱を吸収し、
基本的にラジエータ５のコア３を通過する際に前述した
図外の冷却フィンから熱を放射している。

【００２６】第１通路６及び第２通路７はバイパス通路
８によって連通されていて、後述する電制サーモスタッ
ト１０の働きにより、冷却水がラジエータ５を迂回する
際にはこのバイパス通路８を介して冷却水が循環できる
ようになっている。

【００２７】前記電制サーモスタット１０は第２通路７
に対するバイパス通路８の合流部分に配設されている。

【００２８】この電制サーモスタット１０は、第２通路
７のラジエータ５側を閉塞してラジエータ５からエンジ
ン本体１への冷却水の流通を遮断すると共に、バイパス
通路８側を開放して、該バイパス通路８からエンジン本
体１への流通を許容する閉塞位置と、第２通路のラジエ
ータ５側を開放して、ラジエータ５からエンジン本体１
への冷却水の流通を許容すると共に、バイパス通路８側
を閉塞して、該バイパス通路８からの第２通路７への冷
却水の流通を遮断する開放位置とを、後述するサーモ開
閉量制御手段によって制御される開閉弁である。

【００２９】本実施形態では、前記ラジエータ５に対向
するようにして冷却ファン１１が設けてある。

【００３０】この冷却ファン１１は強制的にラジエータ
５に風を送ることによって、該ラジエータ５の放熱作用
を促進するためのファン１２と、該ファン１２を回転さ
せるためのモータ１３とを備えている。

【００３１】また、第１通路６の途中、具体的には第１
通路６のエンジン排出側の端部に、エンジン本体１から
排出される冷却水の水温Ｔを検出する水温検出手段とし
ての水温センサ１４を設けてある。

【００３２】さらに、エンジン本体１等には、スロット
ル開度を検出するスロットルポジショニングセンサ，エ
ンジン回転数を検出する回転数センサ，吸入空気量を検
出するエアフローメータ，吸気温センサ，車速センサ等
の各種運転状況を検出するセンサ類が設けられている。

【００３３】前記水温センサ１４をはじめとする各種セ
ンサからの信号はエンジンコントロールユニット１５に
入力されている。

【００３４】本実施形態において、エンジンコントロー
ルユニット１５はエンジン負荷判定手段、電制サーモス
タットの開弁量を制御するサーモ開閉量制御手段、およ
び冷却ファン１１を制御する制御手段としての演算・制
御を担っている。

【００３５】次にこのような冷却ファン１１の制御内容
を図２のフローチャートと共に具体的に説明する。

【００３６】この図２に示すフローチャートはエンジン
コントロールユニット１５によって実行される各処理の
うち、電制サーモスタット１０を制御してラジエータへ
の冷却水の流通量を制御すると共に、これに連動してモ
ータ１３を制御し冷却ファン１１の回転数制御をするた
めに行われる「冷却ファン制御ルーチン」であり、エン
ジン始動時からエンジン停止時まで所定時間毎の定時割
り込みで実施される。

【００３７】ステップ１０１でエンジンコントロールユ
ニット１５は水温センサ１４をはじめとする各種センサ
等の検出結果から冷却水の水温Ｔ等、各種運転状態を示
す信号を読み込み、ステップ１０２に進む。

【００３８】次に、ステップ１０２において、エンジン
本体１等に設けた前述のエアフローメータやスロットル
ポジショニングセンサからエンジントルクを算出し、さ
らにこのエンジントルクおよびエンジン回転数を用いて
エンジン負荷を算出し、予め設定されたエンジン負荷領
域判定マップ１（図５）により、該エンジン負荷の値が
低負荷域と高負荷域との何れかであるかを判定する。

【００３９】特にこの実施形態においては、このように
低負荷域と高負荷域の２段階の判定を行っている。

【００４０】ステップ１０２でエンジン負荷が高負荷域
であると判断されると、ステップ１０３に進み、サーモ
開弁量制御マップ１（図６）の高負荷時における制御曲
線Ｌ2を選択する。

【００４１】この制御曲線Ｌ2に基づいてエンジン本体
１の冷却水排出口側に設置されている水温センサ１４で
検出した冷却水の水温に応じて電制サーモスタット１０
の開弁量を制御し、ステップ１０４に進む。

【００４２】ステップ１０４では、モーター１３へ印加
する電圧を決定し、ファン回転数Ｄを制御する。

【００４３】このステップ１０４では、図７に示す冷却
ファン回転数制御マップを基に電制サーモスタット１０
の開弁量に応じてファン回転数Ｄを制御している。

【００４４】一方、ステップ１０２でエンジン負荷が低
負荷域であると判断されると、ステップ１０５に進み、
サーモ開弁量制御マップ１（図６）の低負荷時における
制御曲線Ｌ1を選択する。

【００４５】以下高負荷域の場合と同様、水温センサ１
４で検出した冷却水の水温に応じて電制サーモスタット
１０開弁量を制御し、ステップ１０４で、図７に示す冷
却ファン回転数制御マップを基に電制サーモスタット１
０の開弁量に応じてファン回転数Ｄを制御される。

【００４６】以上のように、ステップ１０１で水温セン
サ１４により検出された冷却水の水温と、ステップ１０
２で判定されたエンジン負荷域に応じて電制サーモスタ
ット１０の開弁量をステップ１０３又はステップ１０５
で制御するようにしているため、低負荷域では電制サー
モスタット１０の開弁基準温度を高めに設定して、冷却
水の水温を許容限度ギリギリにコントロールして燃費向
上に貢献すると共に、高負荷域においては電制サーモス
タット１０の開弁基準温度を低めに設定して、車両の急
加速、急減速時など急激に水温が上昇した場合に備え
て、早めにラジエータ５への経路を開放するようにし
て、このような急激な水温上昇があった場合でもラジエ
ータ５に冷却水を十分に流して冷却ファン１１により効
果的に冷却水を空冷することができると共に、電制サー
モスタット１０の開弁量に連動して冷却ファン１１の回
転数Ｄを制御するため、電制サーモスタット１０がラジ
エータ５への経路を閉塞しラジエータ５に冷却水の十分
な流通がない場合の冷却ファン１１の無駄な稼働も防止
できて、冷却ファンの回転に伴う騒音発生時間の増大、
冷却ファンの耐久性低下、燃費の悪化といった各種不具
合を解消できることはもちろん、エンジンルームの熱環
境を適正に保ち、周辺部品への熱による影響を最小限に
抑えることができる。

【００４７】しかも、この実施形態にあっては、エンジ
ン負荷がどの程度であるかを、低負荷域と高負荷域との
２段階判定で行うようにしてあるため、エンジンのアイ
ドリング時や走行時などエンジン負荷の状況に応じてサ
ーモスタット開閉量および冷却ファンの回転数制御を簡
単かつ適切に行うことができる。

【００４８】次に本発明の第２実施形態を図３に示すフ
ローチャートに基づいて説明する。

【００４９】ステップ２０１で第一実施形態と同様にエ
ンジンコントロールユニット１５は水温センサ１４をは
じめとする各種センサ等の検出結果を読み込みステップ
２０２に進む。

【００５０】次に、ステップ２０２において、エンジン
負荷を算出，判定する。

【００５１】エンジン本体１等に設けた前述のエアフロ
ーメータやスロットルポジショニングセンサからエンジ
ントルクを算出し、エンジン負荷領域を低負荷域から高
負荷域にかけてα1〜α7の７段階に予め設定したエンジ
ン負荷領域判定マップ２（図８）により、エンジン負荷
がどの領域にあるかを判定する。

【００５２】特にこの実施形態においては、低負荷域か
ら高負荷域にかけてα1〜α7の７段階に設定してある
が、更に多くの段階を設定するほど、よりきめ細かな制
御ができ効果が大きくなることはもちろんである。

【００５３】また、この実施形態では例として図８のよ
うな領域分別がしてあるが、車両の用途，車種等によ
り、エンジンの性格，使われ方が異なるため領域分別は
適宜設定されるべきものである。

【００５４】ステップ２０２でエンジン負荷がα1〜α7
の何れかであると判定されると、ステップ２０３に進
み、判定されたα値に対応したサーモ開弁量制御マップ
２（図９）を選択する。

【００５５】ここで、水温センサ１４で検出した冷却水
の水温に応じて、電制サーモスタット１０の開弁量が制
御される。

【００５６】次に、ステップ２０４に進み、モーター１
３に印加する電圧を決定し、ファン回転数Ｄを制御す
る。

【００５７】このステップ２０４では、図７に示す冷却
ファン回転数制御マップを基に、前記第１実施形態同
様、電制サーモスタット１０の開弁量に応じてファン回
転数Ｄを制御している。

【００５８】以上のようにステップ２０２でエンジン負
荷域を低負荷域から高負荷域にかけてα1〜α7の多段階
に設定し、ステップ２０３でエンジン負荷の値がα1〜
α7の何れかにあたるかを判定し、電制サーモスタット
１０の開弁量を前記水温検出手段により検出された水温
と、これら低負荷域から高負荷域にかけての多段階に応
じて制御し、ステップ２０４でファン回転数Ｄを制御し
てあるため、前述の第１実施形態の持つ効果にくわえ
て、サーモスタットの開弁量および冷却ファンの回転数
制御がより細分化され、エンジンのアイドリング時や走
行時などエンジン負荷の状況に応じてファン回転数の制
御をより適切に行うことができる。

【００５９】また、本発明の第３実施形態を図４に示す
フローチャートに基づいて説明する。

【００６０】ステップ３０１で第一実施形態と同様に水
温センサ１４をはじめとする各種センサ等の検出結果を
読み込む。

【００６１】次に、ステップ３０２において、所定時間
前に算出されたエンジン負荷と今回算出されたエンジン
負荷とから、所定時間当たりの平均エンジン負荷を算出
し、エンジン負荷域を判定する。

【００６２】具体的には、図８に示すエンジン負荷領域
を低負荷域から高負荷域に７段階に分別したエンジン負
荷領域判定マップ２により、エンジン負荷の値がどの領
域にあるかを判定している。

【００６３】ステップ３０２でエンジン負荷がα1〜α7
の何れにあるかが判定されると、ステップ３０３に進
み、判定されたα値に対応したサーモ開弁量制御マップ
２（図９）を選択し、水温センサ１４で検出した冷却水
の水温に応じて電制サーモスタット１０の開弁量が制御
される。

【００６４】次に、ステップ３０４に進み、モーター１
３へ印加する電圧を決定し、ファン回転数Ｄを制御す
る。

【００６５】このステップ３０４では、図７に示す冷却
ファン回転数制御マップを基に、前述の第１，２実施形
態同様、電制サーモスタット１０の開弁量に応じて冷却
ファンの回転数を制御している。

【００６６】以上のようにステップ３０２では、所定時
間当たりの平均エンジン負荷を算出し、算出されたエン
ジン負荷がα1〜α7の何れかにあるかを判定するように
してあるため、前述の第１，第２実施形態の持つ効果に
くわえて車両の急加速、急減速時など一時的にエンジン
負荷が変化した場合であっても、エンジン負荷に対応す
る負荷領域が短時間のうちに変化することがなく、従っ
てファン回転数が頻繁に上下することにより、乗員に不
快感を与える騒音の発生を抑制することが出来るという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における冷却ファン制御装
置の概略構成図。

【図２】同実施形態における制御システムのフローチャ
ート。

【図３】本発明の第２実施形態における制御システムの
フローチャート。

【図４】本発明の第３実施形態における制御システムの
フローチャート。

【図５】エンジン負荷領域判定マップ１。

【図６】サーモ開弁量制御マップ１。

【図７】冷却ファン回転数制御マップ。

【図８】エンジン負荷領域判定マップ２。

【図９】サーモ開弁量制御マップ２。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ５ ラジエータ １０ 電制サーモスタット １１ 冷却ファン １４ 水温センサ（水温検出手段） １５ エンジンコントロールユニット（エンジン負荷判
定手段，冷却ファン回転数制御手段，サーモ開弁量制御
手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの冷却水の熱を放熱するための
   ラジエータと、該ラジエータに対向して設けられた冷却
   ファンと、前記エンジンとラジエータとの冷却水通路途
   中に設けられ、冷却水の流量を規制する開弁量が制御さ
   れるサーモスタットとを備えた冷却ファンの制御装置で
   あって、 エンジンから排出される冷却水の水温を検出する水温検
   出手段と、 エンジン回転数およびエンジントルクからエンジン負荷
   を算出し、算出されたエンジン負荷が、予め設定された
   低負荷域と高負荷域との少なくとも２つのエンジン負荷
   域の何れにあるかを判定するエンジン負荷判定手段と、 前記水温検出手段により検出された冷却水の水温と、エ
   ンジン負荷判定手段により判定されたエンジン負荷域に
   応じてサーモスタットの開弁量を制御するサーモ開閉量
   制御手段と、 サーモスタットの開弁量に連動して冷却ファンの回転数
   を制御する回転数制御手段とを備えたことを特徴とする
   冷却ファンの制御装置。
2. 【請求項２】 前記エンジン負荷判定手段は、算出した
   エンジン負荷がエンジン負荷の大きさに基づいて予め複
   数設定されたエンジン負荷域のうち、何れのエンジン負
   荷域にあるかを判定するようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の冷却ファンの制御装置。
3. 【請求項３】 前記エンジン負荷判定手段は、所定時間
   当たりのエンジン負荷の平均値を算出し、算出されたエ
   ンジン負荷の平均値が、何れのエンジン負荷域にあるか
   を判定するようにしたことを特徴とする請求項１，２の
   何れかに記載の冷却ファンの制御装置。