(57)【要約】【課題】エンジンなどの動力で回転する駆動軸と、冷却ファンなどの作動機械との間に設けられるクラッチにおいて、応答追従性に優れる新規な技術を提供する。【解決手段】本発明は、駆動軸１２と作動機械５２との間に設けられるクラッチ１０の制御装置６０に関する。この制御装置は、オイル溜り室２２からトルク伝達室２４へと供給されるオイルの量を調節するように、それらの間を連通するオイル供給孔２０ａを開閉するための弁部材３２の作動を制御するように構成され、取得した作動機械に対する情報を参照して算出した作動機械の回転体の目標回転速度と、取得した作動機械の回転体の回転速度とを参照して、該回転体の角加速度と目標角加速度との偏差に基づく比例項操作量を算出し、この算出した比例項操作量に基づいて弁部材の作動を制御する。【選択図】図２
2019066021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と作動機械との間に設けられるクラッチの制御装置であって、
前記制御装置は、前記クラッチにおいてオイル溜り室からトルク伝達室へと供給されるオイルの量を調節するように、前記オイル溜り室を前記トルク伝達室に連通させるオイル供給孔を開閉するための弁部材の作動を制御するように構成され、
前記制御装置は、
取得した前記作動機械に対する情報を参照して、前記作動機械の回転体の目標回転速度を算出する目標回転速度算出部と、
算出した前記作動機械の回転体の目標回転速度と、取得した前記作動機械の回転体の回転速度とを参照して、該回転体の角加速度と目標角加速度との偏差に基づく比例項操作量を算出する比例項操作量算出部と、
算出した比例項操作量に基づいて前記弁部材の作動を制御する弁部材制御部と
を備えた、クラッチの制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
算出した前記作動機械の前記回転体の目標回転速度と、取得した前記駆動軸の回転速度とを参照してフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出部と、
算出した前記作動機械の前記回転体の目標回転速度と、取得した前記作動機械の前記回転体の回転速度とを参照して、積分項操作量を算出する積分項操作量算出部と
を更に備え、
前記弁部材制御部は、算出した前記比例項操作量、算出したフィードフォワード操作量、および、算出した積分項操作量に基づいて、前記弁部材の作動を制御する、
請求項１に記載のクラッチの制御装置。
【請求項３】
前記作動機械はエンジンの冷却ファンである、
請求項１または２に記載のクラッチの制御装置。
【請求項４】
前記作動機械はエンジンの冷却水ポンプである、
請求項１または２に記載のクラッチの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジンなどの動力を冷却ファンなどの作動機械に伝えるように設けられるクラッチの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの冷却ファンには、流体クラッチ（または粘性クラッチ）を介して、エンジンの出力軸に連結された駆動軸に取り付けられるものがある。このクラッチは、トルク伝達室内のオイル（例えばシリコンオイル）の量によって、接続と切離しの状態を切り替える動力伝達装置である。このクラッチにおいて、トルク伝達室へのオイル溜り室からのオイルの流路（オイル供給孔）を、電磁力を利用して開閉することが種々提案されている。
【０００３】
特許文献１は、電磁石により作動される弁部材により、上記オイル供給孔を開閉する機構を備えたクラッチを開示する。このクラッチでは、弁部材は板バネとアーマチャーとからなり、電磁石がＯＦＦ（非励磁）のときは板バネの作用によりオイル供給孔は閉じられ、電磁石がＯＮ（励磁）のときは板バネのバネ力に抗してアーマチャーが磁気ループエレメント側に引かれることによりオイル供給孔が開かれる。そして、このクラッチでは、ラジエーターの冷却液温度、冷却ファンの回転速度、車速、エンジン回転速度等を参照して最適なファン回転速度を定め、それに応じて弁部材を動かしてファン回転を変動させ、更に検出したファン回転速度で弁部材の作動はフィードバック制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、上記したような電磁制御式のクラッチでは、トルク伝達室のオイル量をより迅速に目標量に近づけ、その応答追従性を更に高めることに対する要望がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、エンジンなどの動力で回転する駆動軸と、冷却ファンなどの作動機械との間に設けられるクラッチにおいて、応答追従性に優れる新規な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意研究を重ねたところ、クラッチを介して駆動軸が連結される作動機械の回転体の角加速度に着目してそのクラッチの上記弁部材の作動を制御することで、より優れた応答追従性を得ることができることを見出した。
【０００８】
本発明の一態様によれば、駆動軸と作動機械との間に設けられるクラッチの制御装置であって、前記制御装置は、前記クラッチにおいてオイル溜り室からトルク伝達室へと供給されるオイルの量を調節するように、前記オイル溜り室を前記トルク伝達室に連通させるオイル供給孔を開閉するための弁部材の作動を制御するように構成され、前記制御装置は、取得した前記作動機械に対する情報を参照して、前記作動機械の回転体の目標回転速度を算出する目標回転速度算出部と、算出した前記作動機械の回転体の目標回転速度と、取得した前記作動機械の回転体の回転速度とを参照して、該回転体の角加速度と目標角加速度との偏差に基づく比例項操作量を算出する操作量算出部と、算出した比例項操作量に基づいて前記弁部材の作動を制御する弁部材制御部とを備えた、クラッチの制御装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記制御装置は、算出した前記作動機械の前記回転体の目標回転速度と、取得した前記駆動軸の回転速度とを参照してフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出部と、算出した前記作動機械の前記回転体の目標回転速度と、取得した前記作動機械の前記回転体の回転速度とを参照して、積分項操作量を算出する積分項操作量算出部とを更に備える。この場合、前記弁部材制御部は、算出した前記比例項操作量、算出したフィードフォワード操作量、および、算出した積分項操作量に基づいて、前記弁部材の作動を制御する。
【００１０】
好ましくは、前記駆動軸はエンジンの出力軸またはそれに連結されて回転させられる回転軸体である。また好ましくは、前記作動機械はエンジンの冷却ファンであるとよい。あるいは、前記作動機械はエンジンの冷却水ポンプであるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る制御装置により制御されるクラッチの概略構成図である。
【図２】図１のクラッチを含めたシステムの全体構成図である。
【図３】二次側の角速度に着目した場合の制御例を模式的に表したグラフである。
【図４】本実施形態に係る、二次側の角加速度に着目した場合の制御例を模式的に表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態を図に基づいて説明する。
【００１３】
本実施形態は、クラッチの制御装置を、エンジンの出力軸により回転駆動される駆動軸と冷却ファンとの間に設けられる流体クラッチに適用した例である。図１に、本実施形態に係る制御装置により制御されるクラッチの概略構成を示す。図２に、本実施形態に係る、図１のクラッチを含めたシステムの全体構成を示す。
【００１４】
図１に示すクラッチ１０では、エンジンの動力つまり駆動力によって回転させられる回転軸体（駆動軸）１２に、軸受１４を介して、ケース部材１６が相対回転可能に支持されている。ケース部材１６は、ケース１８ａとカバー１８ｂとからなる。ケース部材１６内は、仕切板２０にて、２つの区画に分けられている。一方の区画は、オイル溜り室２２であり、他方の区画はトルク伝達室２４である。そして、オイル溜り室２２とトルク伝達室２４とを連通させるオイル供給孔２０ａが仕切板２０に形成されている。トルク伝達室２４には回転軸体１２の先端に固着された駆動ディスク２６がトルク伝達室２４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。図示しないが、トルク伝達間隙では、トルク伝達室の内周面のラビリンス溝と、駆動ディスク２６の外面のラビリンス溝とが互いに対して対向するように形成されている。なお、ダム２８は回転時にオイルが集溜する駆動ディスク２６（のうちの外周部）の外周壁部と対向するカバー１８ｂの内周壁面の一部に設けている。ケース１８ａに、トルク伝達室２４から排出されるオイルをオイル溜り室２２に回収するためのオイル回収孔３０が形成されている。
【００１５】
更に、クラッチ１０には、オイル供給孔２０ａを開閉するための弁部材３２が設けられている。弁部材３２は、ここでは、オイル溜り室２２に配置されているが、これに限定されるものではない。弁部材３２は、板バネ３４ａとアーマチャー３４ｂとからなる。なお、板バネ３４ａの一端はケース１８ａに取り付けられていて、板バネ３４ａの他端はオイル供給孔２０ａを開閉可能に自由端として形成されている。
【００１６】
ケース部材１６のエンジン側では、回転軸体１２に軸受３６を介して支持された電磁石支持体３８に電磁石４０が支持されている。更に、ケース部材１６の同じ側には、ケース１８ａに組込まれたリング状の磁気ループエレメント（磁性体）４２が弁部材３２のアーマチャー３４ｂと対向して取付けられ、電磁石支持体３８の一部が磁気ループエレメント４２に嵌合されている。すなわち、電磁石４０の磁束を効率よく弁部材３２のアーマチャー３４ｂに伝えるため、リング状の磁気ループエレメント４２を用いて弁部材３２の作動機構（作動手段）が構成されている。つまり、オイル供給孔の開閉は電磁弁で行うように構成されている。
【００１７】
上記構成を備えるクラッチ１０において、電磁石４０がＯＦＦ（非励磁）のときは、図１に示すようにアーマチャー３４ｂが板バネ３４ａの作用により磁気ループエレメント４２より離間することによりオイル供給孔２０ａが閉じられる。これにより、トルク伝達室２４内へのオイルの供給が停止する。電磁石４０がＯＮ（励磁）のときは、アーマチャー３４ｂが板バネ３４ａのバネ力に抗して磁気ループエレメント４２側に引き寄せられることにより、板バネ３４ａが図１に矢印Ａで示す向きに曲がってケース１８ａ側に圧接してオイル供給孔２０ａが開かれる。これにより、オイル溜り室２２からトルク伝達室２４へオイルが供給される。
【００１８】
トルク伝達室２４のオイルの量は、オイル溜り室２２からオイル供給孔２０ａを介してトルク伝達室２４へ導かれるオイルの量と、駆動ディスク２６の回転によってトルク伝達室２４からオイル回収孔３０を介してオイル溜り室２２へ吐き出されるオイルの量との割合によって決まる。オイル供給孔２０ａを介してトルク伝達室２４に導かれるオイルの量は、オイル供給孔２０ａの弁部材３２による開閉度合によって決まる。オイル回収孔３０を介してトルク伝達室２４からオイル溜り室２２へ吐き出されるオイルの量は、駆動ディスク２６とカバー部材１６との相対回転速度差によって決まる。
【００１９】
次に、上記クラッチを含めたエンジンシステムを図２に基づいて説明する。上で述べたように、クラッチ１０は、エンジン５０と冷却ファン５２との間に設けられている。回転軸体１２はエンジン５０の出力軸から動力または駆動力を受けて回転するように構成されている。したがって、回転軸体１２の回転速度はエンジン回転速度と対応関係にある。冷却ファン５２は、ラジエーター５４に対向配置されている。このように、本システムでは、クラッチ１０に関して、回転軸体１２は一次側（入力側）であり、冷却ファン５２のファン５２ａは二次側（出力側）である。
【００２０】
このような構成を主として備えるエンジンシステムは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）６０を備える。ＥＣＵ６０は、演算装置、記憶装置、入出力ポート等を備え、いわゆるコンピュータとしての構成を備える。ＥＣＵ６０には、車速センサ６２、エンジン回転速度センサ６４、エンジン負荷センサ６５、エンジンの冷却水の温度を検出するための温度センサ６６、冷却ファン５２の回転速度を検出するための回転速度センサ６８などが電気的に接続されていて、それぞれのセンサ等からの出力が入力される。なお、エンジンの冷却水の温度を検出するための温度センサは、ラジエーターに設けられることに限定されず、エンジン本体に設けられてもよい。また、ＥＣＵ６０は、エンジンの作動の他、上記したように、クラッチ１０の弁部材３２の作動、つまり電磁石４０の通電を制御する。ここでは、電磁石４０の制御のために、ＥＣＵ６０は、リレーボックス７０に作動信号を送る。したがって、ＥＣＵ６０は、本発明におけるクラッチの制御装置として機能するように構成されている。なお、リレーボックス７０を設ける代わりに、ＥＣＵ６０は、それに相当するリレーを備えてもよい。この弁部材３２の制御については、後述する。これらの制御のために、ＥＣＵ６０には、予め実験等により定めたデータ（マップを含む）やプログラム（所定の演算式を含む）が記憶されている。ＥＣＵ６０は上記各種センサからの出力に基づいて所定の演算を行い、各種機械のアクチュエータ等の駆動手段（または作動手段）に電子信号を出力する。なお、ＥＣＵ６０は、エンジンの制御部に相当する機能部の他、弁部材３２の制御部に相当する機能部を有する。これら機能部は、互いに関連付けられている。ただし、ここでは、電子制御ユニットが１つであるかのように図示しているが、電子制御ユニットは複数のユニットから構成されてもよく、その場合には、それら複数のユニットはそれらユニット間での信号の授受が可能に構成される。
【００２１】
上記構成を備えるエンジンシステムにおける、クラッチ１０の制御について以下説明する。
【００２２】
ＥＣＵ６０は、上で述べたように、弁部材３２の制御部に相当する機能部を有する。この機能部は、目標回転速度算出部と、比例項操作量算出部と、フィードフォワード操作量算出部と、積分項操作量算出部と、弁部材制御部とのそれぞれに相当するサブ機能部を備え、これらは互いに関連付けられている。
【００２３】
ＥＣＵ６０における目標回転速度算出部について、まず、説明する。当該算出部は、温度センサ６６の出力に基づいて検出した（取得した）エンジンの冷却水の温度および車速センサ６２の出力に基づいて検出した（取得した）車速を参照して、予め定めたプログラム、データ等に従って、冷却ファン５２のファン５２ａの目標回転速度を算出する。検出したエンジン冷却水の温度や車速は、作動機械である冷却ファン５２のファン（回転体）５２ａの制御上の目標値（目標回転速度）を設定するために必要とされる情報である。このような情報を、ここでは作動機械に対する情報と定める。ここでは、基本的に、冷却水の温度が高いほど、高い目標回転速度が算出される。また、基本的に、車速が速いほど、低い目標回転速度が算出される。なお、上記情報としては、冷却水の温度を用いることが好ましいが、他の情報を用いなくてもよく、あるいは、車速以外の更なる情報（例えばエンジン回転速度、エンジン負荷、および、回転軸体１２の回転速度の少なくともいずれか１つ）が車速に付加的にまたは代替的に用いられてもよい。
【００２４】
次に、ＥＣＵ６０における比例項操作量算出部について説明する。当該算出部は、算出した冷却ファン５２のファン５２ａの目標回転速度と、回転速度センサ６８の出力に基づいて検出した（取得した）ファン５２ａの回転速度を参照する。検出したファン５２ａの回転速度は、ファン５２ａの角加速度を算出するために用いられる。また、ファン５２ａの目標回転速度と、検出したファン５２ａの回転速度との偏差を求め、その偏差に対して所定の係数を乗じることで、ファン５２ａの角加速度の目標値（目標角加速度）が算出される。そして、ＥＣＵ６０は、算出したファン５２の目標角加速度と算出した角加速度との偏差に比例ゲインを乗じて、回転体であるファン５２ａの角加速度と目標角加速度との偏差に基づく比例項操作量を算出する。
【００２５】
次に、ＥＣＵ６０におけるフィードフォワード操作量算出部について説明する。当該算出部は、検出した（取得した）駆動軸である回転軸体１２の回転速度と、算出したファン５２ａの目標回転速度とを参照する。回転軸体１２の回転速度はエンジン回転速度センサ６４の出力に基づいて検出される。駆動軸である回転軸体１２の回転速度と、ファン５２ａの回転速度との関係を示すデータは予め実験により求め定められている。したがって、このデータを用いて、検出した回転軸体１２の回転速度と算出したファン５２ａの目標回転速度を参照して所定の演算を行うことで、フィードフォワード操作量が算出される。
【００２６】
更に、ＥＣＵ６０における積分項操作量算出部について説明する。当該算出部は、算出した冷却ファン５２のファン５２ａの目標回転速度と、検出したファン５２ａの回転速度を参照する。そして、ＥＣＵ６０は、これらの偏差を積分し、積分ゲインを乗じて、積分項操作量を算出する。
【００２７】
このようにして比例項操作量、フィードフォワード操作量および積分項操作量が求められると、それらに基づく作動信号を、ＥＣＵ６０における弁部材制御部は、弁部材３２の作動を制御するようにリレーボックス７０に送る。このときの作動信号は、ここでは、比例項操作量、フィードフォワード操作量および積分項操作量の総和を制御量とする信号である。
【００２８】
上で述べた制御について以下で更に説明する。
【００２９】
まず、駆動軸である回転軸体１２の回転速度と、冷却ファン５２のファン５２ａの回転速度の偏差に着目する。この回転速度の偏差に着目した比例制御では、例えば、回転速度の偏差がゼロになるタイミングで、トルク伝達室のオイルの出入りがゼロになるように制御しても、ファンの回転速度を目標回転速度に制御することはできない。そこで、微分制御が必要になる。
【００３０】
微分制御（微分項）を活用することで、ファンの回転速度の応答を緩やかにすることで、ファンの回転速度を目標回転速度に追従させることは可能である。しかし、これでは、応答追従性を高めることに限界がある。
【００３１】
そこで、応答追従性を高めるために、本発明者は、二次側（ファン５２ａ）の角加速度に着目した。角加速度に着目して上で述べたように比例制御を行うことで、二次側の回転速度が目標回転速度より低いときには、オイルを多くトルク伝達室に充填して素早くファンの回転速度を上げることができる。反対に、その制御では、回転速度が目標回転速度に寄ってきたら、オイルをトルク伝達室から抜き取りファンの回転速度を好適に維持することができる。
【００３２】
ここで、角速度に着目した場合と、角加速度に着目した場合とを比較する。図３に、角速度に着目した場合の例を模式的に表す。二次側であるファンの角速度の目標値と応答値との関係を図３（ａ）に表す。そのファンの角速度に対する比例ゲインおよび微分ゲインはそれぞれ図３（ｂ）、（ｃ）に表すようになる。これらを用いて所謂ＰＤ制御を行っても、図３（ｄ）のように弁部材の実操作量（オイルの供給量）（図３（ｄ）の太線）が理想とする操作量（図３（ｄ）の細線）から離れて時間が経過するので、ファンの回転速度を目標回転速度に近づけるためには相当の時間を必要とする。
【００３３】
図４に、角加速度に着目した場合の例を表す。図４（ａ）は図３（ａ）に相当する。図４（ａ）のファンの角速度の目標値のラインを角加速度で表すと図４（ｂ）に表すようになる。図４（ｂ）の角加速度の目標値に対しては、制御により、図４（ｂ）に細線で示すようにファンの角加速度は応答し得る。これに対するトルク伝達室へのオイルの供給量つまり弁部材の操作量を図４（ｃ）に表す。図４（ｃ）の細線は図４（ａ）、（ｂ）の目標値に対応するものである。これに対して、実験により、比例制御（比例ゲイン）の操作量（比例項操作量）の変化を調べたところ、図４（ｃ）に太線で表すように応答することが分かった。図４から明らかなように、二次側の回転速度の応答追従性を高めるためには、図４の場合、（目標値に近づけるように）オイルの供給量を急激に高めて、その後に、マイナスに転じさせることが有効である。図４（ｃ）（特に太線参照）に表すように、角加速度に着目することで、適切にこのマイナス（目標値に近づいた後でのオイル量低減）を実現できるので、高い応答追従性を実現することが可能になる。なお、図３と図４では、横軸（時間軸）のスケールが異なり、図３のｔ１−ｔ２期間は図４のｔ３−ｔ４期間の２倍から３倍である。
【００３４】
一方、二次側の角加速度に着目することで応答追従性を高めることができるが、二次側回転速度を目標回転速度に維持するためには、限界がある。他方で、他の制御を組み合わせることで、応答追従性が損なわれるのは避けたい。そこで、本発明者が更に鋭意研究した結果、本実施形態では、フィードフォワード制御を組み合わせて弁部材を制御し、更にフィードフォワード制御のズレをより好適に抑制するために上で述べたように積分制御を組み合わせる。このようにすることで、つまり上で述べたように、角加速度に着目した比例項操作量と、回転速度に着目したフィードフォワード操作量および積分項操作量とを組み合わせて制御することで、応答追従性を高めつつ、二次側回転速度を目標回転速度に好適に追従維持させることが可能になる。
【００３５】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、弁部材の制御では、角加速度に着目した比例項操作量のみに基づいて弁部材が制御されてもよい。これにより、高い応答追従性の確保という本来の目的を少なくとも達成できるからである。
【００３６】
また、上記実施形態では、二次側の作動機械（つまり被駆動装置）は冷却ファンであったが、作動機械は冷却ファン以外であってもよい。例えば、作動機械はエンジン冷却水ポンプであってもよい。この場合、冷却水ポンプ（ベーンポンプ）のロータ側にクラッチは接続されるとよい。更に、クラッチの駆動軸は、エンジンの出力軸に接続されることに限定されず、他の動力源の軸部材等に接続されてもよい。
【００３７】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は種々の変更が可能である。本願の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  クラッチ
１２  回転軸体（駆動軸）
１６  ケース部材
２０  仕切板
２２  オイル溜り室
２４  トルク伝達室
２６  駆動ディスク
３０  オイル回収孔
３２  弁部材
３４ａ  板バネ
３４ｂ  アーマチャー
４０  電磁石
４２  磁気ループエレメント（磁性体）
５０  エンジン
５２  冷却ファン
５２ａ  ファン
５４  ラジエーター
６０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）（制御装置）
【図１】
2019066021.tif 000003
【図２】
2019066021.tif 000004
【図３】
2019066021.tif 000005
【図４】
2019066021.tif 000006