(57)【要約】【課題】長時間期間にわたりほぼ均一にエンジン向け最適冷却を可能とする外部制御ファン装置の提供。【解決手段】外部制御ファン装置において、  エンジンの冷却要請を示す入力を受信し、前記受信入力が示す前記冷却要請に対し適切な目標ファン速度を算出する外部コントローラと、  前記外部制御ファン装置へトルクを伝達し実際のファン速度を得る流体クラッチと、  前記流体クラッチ内の流体を制御し、前記実際のファン速度を制御する手段と、  複数の期間のそれぞれで流体制御データを計測し記憶する手段と、  複数の期間のそれぞれで実際のファン速度を計測し記憶する手段と、  前記計測し記憶した流体制御データと前記計測し記憶した実際のファン速度とに基づきアルゴリズムを展開して逐次更新し、流体制御信号を生成して前記流体を適応制御し、前記実際のファン速度を前記目標ファン速度へほぼ一致させる適応制御手段とを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2007092753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部制御ファン装置において、
エンジンの冷却要請を示す入力を受信し、前記受信入力が示す前記冷却要請に対し適切な目標ファン速度を算出する外部コントローラと、
前記外部制御ファン装置へトルクを伝達し実際のファン速度を得る流体クラッチと、
前記流体クラッチ内の流体を制御し、前記実際のファン速度を制御する手段と、
複数の期間のそれぞれで流体制御データを計測し記憶する手段と、
複数の期間のそれぞれで実際のファン速度を計測し記憶する手段と、
前記計測し記憶した流体制御データと前記計測し記憶した実際のファン速度とに基づきアルゴリズムを展開して逐次更新し、流体制御信号を生成して前記流体を適応制御し、前記実際のファン速度を前記目標ファン速度へほぼ一致させる適応制御手段とを備えることを特徴とする外部制御ファン装置。
【請求項２】
前記流体を制御する手段は電磁石を含み、前記適応制御手段は前記電磁石へデューティ比信号を送信して前記流体を選択的に制御するよう作動可能としたことを特徴とする請求項１記載の外部制御ファン装置。
【請求項３】
前記流体クラッチはトルク伝達室への流体の流れを選択的に制御する弁を含み、前記流体クラッチ内で流体を制御する前記手段は前記弁を開閉するデューティ比用の手段を含むことを特徴とする請求項１記載の外部制御ファン装置。
【請求項４】
外部制御ファン装置を適応制御する方法で、該外部制御ファン装置がトルクを選択的に印加してファンを前記トルクに比例する実際の速度にて回転させる流体を備える流体クラッチを有する前記方法において、
エンジンの冷却要請に適応するよう選択した目標ファン速度を入力するステップと、
前記流体クラッチ内の流体を制御し、前記実際のファン速度を制御するステップと、
複数の期間のそれぞれに前記実際のファン速度を計測し記憶するステップと、
複数の期間のそれぞれに前記実際のファン速度を前記目標ファン速度と比較するステップと、
少なくとも前記計測し記憶した実際のファン速度に基づきアルゴリズムを展開し更新し、前記流体を適応制御し、前記実際のファン速度を前記目標ファン速度にほぼ一致させるステップとを含むことを特徴とする外部制御ファン装置の制御方法。
【請求項５】
前記流体クラッチ内の前記流体は弁により制御し、弁は電磁石により制御し、前記方法がさらに、前記電磁石を選択されたデューティ比にて動作させ、複数の期間のそれぞれにデューティ比データを計測し記憶するステップと、
前記アルゴリズムを展開し更新する前記ステップの一部として前記記憶したデューティ比と前記実際のファン速度とを用い、前記流体を適応制御するステップとを含むことを特徴とする請求項４記載の外部制御ファン装置の制御方法。
【請求項６】
前記アルゴリズムを展開し適用するステップは、実際のファン速度と選択された期間よりも古いデューティ比データを抹消する可変忘却要素の適用を含むことを特徴とする請求項４記載の外部制御ファン装置の制御方法。
【請求項７】
前記外部制御ファン装置をエンジン始動後の選択された時間期間に亙り固定利得比例−積分−微分制御方式に従って動作させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項４記載の外部制御ファン装置の制御方法。
【請求項８】
前記選択された時間期間は１２０秒未満であることを特徴とする請求項７記載の外部制御ファン装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを冷却するファンとエンジンの冷却要請に正確に適応するこの種のファン制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等のエンジンは、使用期間中に熱を発生し広範な環境熱にさらされる。従って、過熱防止のためエンジンを冷却しなければならない。エンジンの冷却要請は、エンジンの特性や周囲温度やエンジンの動作速度に依存する。大半のエンジンは、エンジン近傍のチャンネルを通って流れる液体冷媒により冷却される。エンジンからの熱は冷媒へ伝わり、加熱された冷媒はそこで熱交換器や放熱器を通過する。ファンは放熱器を通して冷気を導き、液体の冷却を行なう。
【０００３】
冷却速度は、冷却液の温度と空気の温度と冷却空気の流量とに一部依存する。冷却空気の流量は、ファンの回転速度と車速に依存する。
【０００４】
一部の従来技術のエンジンは、あらゆる想定冷却要請に適応するようファンを十分高速で回転させる構成としてある。しかしながら、ファンはエンジンにより駆動され、それ故ファンの動作へ転用されるより多くのエネルギが存在するときにエンジンはより非効率に動作する。加えて、回転ファンはおおまかにはファンの回転速度に比例する騒音を生成する。かくして、これらの従来技術システムのファンはしばしば必要以上のファン騒音を生成している。
【０００５】
ファン騒音とエンジン動作効率に関連する問題は当業界では良く知られており、ファン速度をエンジンの冷却速度に整合させる多くの努力がなされてきた。本発明の譲受人は、ファン速度をエンジンの冷却要請に適応する上で非常に効果的であることが立証されたファン流体クラッチの分野で相当の研究をなしてきた。
【０００６】
一般のファン流体クラッチは、エンジンの回転軸に固定的に装着した駆動ディスクを有する。かくして、駆動ディスクはエンジンの軸速度にて回転する。ハウジングは、軸受により軸に回転可能に装着してある。かくして、回転軸はハウジングを直接回転させない。ファンブレードは、ハウジングの外側に装着してある。ハウジング内側には、駆動ディスクを囲繞するトルク伝達室とこのトルク伝達室から離間させた油溜めとが含まれる。しかしながら、１以上の油供給孔と油再循環路とが油溜めとトルク伝達室との間の連通をもたらしている。
【０００７】
トルク伝達流体は油溜め内に配置され、油溜めとトルク伝達室との間の油供給孔を介してトルク伝達室内へ流入することができる。トルク伝達流体は、駆動ディスクとハウジングの双方に対するトルク伝達流体の接触面積に比例して駆動ディスクからハウジングへトルクを伝達する。
【０００８】
ハウジング内には弁が装着してあり、油溜めとトルク伝達室との間の油供給孔を制御している。冷却要請が高いときは、弁が開く。これ故、これらのときにより多くの油がトルク伝達室内へ流入する。トルク伝達室内のより多くの油が、駆動ディスクとハウジングとの間のより大きなトルク伝達をもたらす。これらの条件下では、ハウジングとその上のファンブレードはより高速で回転し、より多くの冷却をもたらす。冷却要請が低いときは、弁が油溜めとトルク伝達室との間の油供給孔の流路を狭めながら閉じる。その結果、より少ない油がトルク伝達室内へ流入し、駆動ディスクはより少ないトルクをハウジングへ伝達する。これらの条件下では、ハウジングはより緩速で回転し、ハウジング上のファンブレードはエンジンに対しより少ない冷却空気を導く。加えて、冷却要請が低く、それ故にエンジンがより効率的に動作するときは、エンジンからファンへより少ないエネルギが転用される。
【０００９】
ファン流体クラッチは、本発明の譲受人に譲渡された多くの米国特許を含む特許文献に広範に記載されている。これらの装置で最も単純なものは、ハウジング外側位置のバイメタル片等の温度センサを備える。温度センサは弁と連絡して高温期間中に油供給孔を開き、低温期間中は油供給孔を閉じる。
【００１０】
より高度なファン流体クラッチが近年開発され、油溜めとトルク伝達室との間の油供給孔を開閉する弁の動きを制御するより多数の入力を用いている。これらのより高度なシステムは、周囲温度や車速やエンジン速度や空調動作パラメータやトランスミッションオイルの温度等の状態を計測する。コントローラは、これらの入力の分析に基づいて目標ファン速度（ＴＦＳ）を割り出すロジックをもってプログラムしてある。コントローラはそこで電磁石を動作させ、油供給孔に対し弁を動かす。より詳しくは、コントローラはトルク伝達室の適当な容積を達成、すなわち目標ファン速度ＴＦＳを達成するよう意図された「デューティ比（ＤＲ）」で弁を開閉するよう電磁石をオン／オフするようプログラムし較正してある。ファンカップリングの外部制御を提供する従来技術システムが、例えば特許文献１や特許文献２に示されており、これらは本発明の譲受人に譲渡されている。特許文献１と特許文献２の開示は、本願に参照用に取り込むものとする。
【００１１】
外部制御ファン駆動装置の分野での最近の一部の取り組みは、トルク伝達室内に「スマートフルード(smart fluid)」を用いるものである。これらのシステムはトルク伝達室内で一定体積の流体を用いており、かくしてトルク伝達室内の流体体積を制御する状態応答弁の使用を排除していた。むしろ、これらの最近の取り組みは固定体積の流体のトルク伝達特性を制御するよう試みるものである。例えば、トルク伝達流体の粘度を変えるべく制御された仕方で磁界を印加することができる。これらの外部制御ファン駆動装置の数例が、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７に記載されており、それらの開示は本願に参照用に取り込むものとする。
【００１２】
従来技術の外部制御ファン装置（ＥＣＦＤ）は、エンジンとファンカップリング装置とが新しいときは目標ファン速度の達成により良好である。しかしながら、目標ファン速度ＴＦＳを達成する能力は時間とともに劣化する。この劣化は、ファンカップリング装置内の構成要素の段階的な消耗及び／又はトルク伝達流体の粘性変化に起因する。より最近の外部制御ファン駆動装置は、この時間経過に伴なう潜在的劣化を認識していた。その結果、最近開発された外部制御ファン駆動装置は、実際のファン速度ＡＦＳを計測し、この実際のファン速度ＡＦＳを目標ファン速度ＴＦＳと比較する。これらの装置はそこで、目標ファン速度ＴＦＳと実際のファン速度ＡＦＳとの間の差を狭め或いは除くべくデューティ比ＤＲを変化させる。しかしながら、従来技術コントローラ内のロジックは、目標ファン速度ＴＦＳに一貫して合致させる外部制御ファン駆動装置の能力欠如にも拘わらず変更されてはこなかった。その結果、これらの最近の従来技術の外部制御ファン駆動装置は、実際のファン速度ＡＦＳを目標ファン速度ＴＦＳの一側或いは他側へ向けて相当量振りがちである。デューティ比ＤＲに直接焦点を当てる従来技術の外部制御ファン駆動装置は、しばしば必要とされるよりも少ない冷却や或いはより多くの冷却をもたらし、これ故により非効率的なエンジン動作をもたらす。特許文献８は、実際のファン速度をコントローラへの入力として含む従来技術外部制御ファン駆動装置の一例である。このシステムは、複数の油供給孔と複数の弁とを有する。個々の弁のデューティ比ＤＲは、実際のファン速度ＡＦＳを目標ファン速度ＴＦＳに近づけるべく互いに無関係に変化させられる。しかしながら、複数弁システムは単一弁システムよりも複雑である。さらにまた、主としてデューティ比ＤＲに焦点を当てる外部制御ファン駆動装置は、前記の如く目標ファン速度ＴＦＳの一側或いは他側で幅広く振れることが知られている。
【特許文献１】米国特許第６，５５０，５９６号
【特許文献２】米国特許第６，９１５，８８８号
【特許文献３】米国特許第５，９６０，９１８号
【特許文献４】米国特許第６，０３２，７７２号
【特許文献５】米国特許第６，１０２，１７７号
【特許文献６】米国特許第６，３１８，５３１号
【特許文献７】米国特許第６，５８５，０９２号
【特許文献８】米国特許第６，８０７，９２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の１つの目的は、長時間期間にわたりほぼ均一にエンジン向け最適冷却を可能とする外部制御ファンカップリング装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
また、本発明の外部制御ファン装置において、エンジンの冷却要請を示す入力を受信し、前記受信入力が示す前記冷却要請に対し適切な目標ファン速度を算出する外部コントローラと、前記外部制御ファン装置へトルクを伝達し実際のファン速度を得る流体クラッチと、前記流体クラッチ内の流体を制御し、前記実際のファン速度を制御する手段と、複数の期間のそれぞれで流体制御データを計測し記憶する手段と、複数の期間のそれぞれで実際のファン速度を計測し記憶する手段と、前記計測し記憶した流体制御データと前記計測し記憶した実際のファン速度とに基づきアルゴリズムを展開して逐次更新し、流体制御信号を生成して前記流体を適応制御し、前記実際のファン速度を前記目標ファン速度へほぼ一致させる適応制御手段とを備えることを特徴とし、
前記流体を制御する手段は電磁石を含み、前記適応制御手段は前記電磁石へデューティ比信号を送信して前記流体を選択的に制御するよう作動可能とし、また、前記流体クラッチはトルク伝達室への流体の流れを選択的に制御する弁を含み、前記流体クラッチ内で流体を制御する前記手段は前記弁を開閉するデューティ比用の手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の外部制御ファン装置の制御方法は、該外部制御ファン装置がトルクを選択的に印加してファンを前記トルクに比例する実際の速度にて回転させる流体を備える流体クラッチを有する前記方法において、エンジンの冷却要請に適応するよう選択した目標ファン速度を入力するステップと、前記流体クラッチ内の流体を制御し、前記実際のファン速度を制御するステップと、複数の期間のそれぞれに前記実際のファン速度を計測し記憶するステップと、複数の期間のそれぞれに前記実際のファン速度を前記目標ファン速度と比較するステップと、少なくとも前記計測し記憶した実際のファン速度に基づきアルゴリズムを展開し更新し、前記流体を適応制御し、前記実際のファン速度を前記目標ファン速度にほぼ一致させるステップとを含むことを特徴とし、前記流体クラッチ内の前記流体は弁により制御し、弁は電磁石により制御し、前記方法がさらに、前記電磁石を選択されたデューティ比にて動作させ、複数の期間のそれぞれにデューティ比データを計測し記憶するステップと、
前記アルゴリズムを展開し更新する前記ステップの一部として前記記憶したデューティ比と前記実際のファン速度とを用い、前記流体を適応制御するステップとを含むことを特徴とし、前記アルゴリズムを展開し適用するステップは、実際のファン速度と選択された期間よりも古いデューティ比データを抹消する可変忘却要素の適用を含むことを特徴とし、前記外部制御ファン装置をエンジン始動後の選択された時間期間に亙り固定利得比例−積分−微分制御方式に従って動作させるステップをさらに含み、前記選択された時間期間は１２０秒未満であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る外部制御ファン駆動装置適応制御システムに関する外部制御ファン駆動装置の機械的構成要素は本発明の譲受人が開発し、上記引用した特許文献１又は特許文献２に開示されたファン駆動装置に類似したものとなるであろう。特に、ファン駆動装置はエンジンにより回転駆動される軸に装着した駆動ディスクを含む。ファン駆動装置はさらに、軸受により軸に回転可能に装着したハウジングを含む。ファンブレード列は、ハウジングの外側に装着することができる。
【００１７】
流体溜めとトルク伝達室は、ハウジング内に形成することができる。トルク伝達室は、それらの間の小さな間隙をもって駆動ディスクを囲繞している。流体溜めとトルク伝達室との間に連通をもたらすよう、ハウジング内に油供給孔を形成することができる。そこで、ハウジングの半径方向外方位置に再循環路を設け、トルク伝達室と流体溜めとの間に戻り流路を配設することができる。
【００１８】
トルク伝達流体がハウジング内に配設してあり、流体溜めからトルク伝達室へ、そして流体溜めへ戻るよう循環させることができる。トルク伝達流体は、駆動ディスクからハウジングへトルクを伝達する濃度と粘性とを有する。かくして、流体のトルク伝達によりハウジングを駆動ディスクの回転に応答して回転させることができる。駆動ディスクからハウジングへ伝達されるトルク量は、トルク伝達室内のトルク伝達流体の量の関数とすることができる。しかしながら、伝達されるトルク量は流体の特性（例えば、粘度）の関数とすることもでき、何故ならシステムは制御可能なトルク伝達特性をもった流体を使用するからである。
【００１９】
ハウジング内には弁が配設してあり、流体溜めとトルク伝達室との間の油供給孔を選択的に開閉する。かくして、弁動作によりトルク伝達室内に流入できるトルク伝達流体の量が決定できる。弁は好ましくは電磁石により動作し、これが所定のデューティ比でもって弁を反復開閉し油供給孔を介するトルク伝達流体の流れを制御する。さもなければ、電磁石を用いてトルク伝達流体の粘度を可変することもできる。
【００２０】
本発明のファン駆動装置はさらに、外部コントローラを含む。このコントローラは、冷却要請に影響を及ぼすパラメータに関する入力データを受信するよう作動する。コントローラへの入力には、アクセル開度、車速、エンジン速度、空調機作動状態、トランスミッションオイルの温度、周囲温度、実際のファン速度等を含ませることができる。コントローラの出力は、目標ファン速度を達成するよう意図した特定のデューティ比とすることができる。
【００２１】
上記の如く、ファン流体カップリング用の従来技術外部制御装置の特性は時間とともに変化する。制御装置は当初はたとへ良好に動作しても、性能と特性は時間とともに劣化する。従って、本発明に係る外部制御ファン駆動装置は過去及び現在のファン速度を含むセンサ入力に基づき制御ロジックを連続的に調整する適応コントローラを含む。適応コントローラは、現出力が過去及び現在の出力と入力とのリニア状の組み合わせとして表わされる決定論的自己回帰移動平均（ＤＡＲＭＡ）モデルを用いることができる。さもなければ、他の適応モデルを用いることもできる。さらにまた、モデルの係数を連続的に推定するのに逐次最小二乗アルゴリズムを用いることができる。その結果、適応コントローラは単にデューティ比を変更するだけでなく、過去及び現在の出力と入力の連続的分析に基づき制御ロジックを連続的に改訂することができる。さらにまた、適応コントローラが実行する動向評価により適応コントローラは性能動向を予測することができる。かくして、幾つかの事例において、制御ロジックは動作状態の評価とこれらの動作状態に対する応答との間の時間遅延を先制的に排除するために変更されることがある。従って、適応コントローラはファン駆動装置の現動作状態に対し最適の制御アルゴリズムを提供する。適応コントローラはまた、コントローラの複雑な再較正なしで車両内の元々の機器に対する変更（例えば、空調装置の追加変更や手動変速装置から自動変速装置への変更）を補償するのに用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る外部制御ファンカップリング装置の長手方向の断面図、図２は、本発明の適応コントローラと外部制御ファンカップリング装置の概略図、図３は、エンジン始動前の短期間の固定制御手段を用いる代替適応コントローラの概略図、図４（ａ）〜（ｄ）は、適応外部制御ファンカップリング装置の性能を示す図である。
【００２３】
本発明に係る外部制御ファン装置（ＥＣＦＤ）は、図１中の符号１０により概ね特定してある。外部制御ファン装置１０は、自動車の内燃機関等のエンジン１２と共に用いられる。エンジン１２は熱を発生し、連続した効率的な性能を保証すべく冷却しなければならない。従って、冷却液体をエンジン１２内とその重要部分の近傍を循環させる。エンジンからの熱は冷媒へ伝導し、それによって冷却流体の温度が上昇する。被加熱冷却液体はそこで、符号１４により概ね特定した放熱器を通って循環させる。外部制御ファン装置１０は放熱器１４内の様々な熱交換チャンネルに隣接する空気流を生成し、エンジン１２が加熱した液体を冷却するよう動作する。そこで、より冷えた流体がエンジン１２へ再循環されて戻る。エンジン１２の冷却要請は、エンジン１２の速度や周囲温度や空調動作特性や冷媒温度等を含む幾つかのパラメータに従って変化する。外部制御ファン装置１０は、冷却流体内での伝熱を得るに十分な冷却空気流を生成するよう機能し、冷却流体がエンジンを適切に冷却できるようにする。
【００２４】
外部制御ファン装置１０は、エンジン１２が駆動する軸１６に組み付けてある。駆動ディスク１８が軸１６の端部に固着して取り付けてあり、かくして軸１６とエンジン１２の入力速度でもって回転する。
【００２５】
密封ハウジング２０が、軸１６上に回転可能に取り付けてある。より詳しくは、密封ハウジング２０は軸受２４により軸１６の一部周りに装着したケーシング２２を含む。かくして、軸１６はケーシング２２とはほぼ無関係に回転する。ケーシング２２は、仕切り２８により封止された油溜め２６を画成するよう形成してある。駆動ディスク１８が、ケーシング２２と仕切り２８を越えて突出する軸１６の一部に装着してある。密封ハウジング２０はさらに、ケーシング２２にしっかりと堅固に装着したカバー３０を含む。かくして、ケーシング２２と仕切り２８とカバー３０は一斉に軸１６や駆動ディスク１８とはほぼ無関係に回転可能となる。ファンブレード３２は密封ハウジング２０の外側に装着してあり、密封ハウジング２０と共に回転し、放熱器１４を横切る冷却空気流を生成する。
【００２６】
ケーシング２２と仕切り２８とカバー３０は、駆動ディスク１８を囲繞するトルク伝達室３４を画成するよう構成してある。油供給孔３６は油溜め２６のほぼ半径方向外方位置にて仕切り２８を貫通延出し、油溜め２６とトルク伝達室３４との間の連通をもたらしている。油再循環路３８がケーシング２２に貫通形成してあり、トルク伝達室３４内の半径方向外方位置と油溜め２６との間の連通をもたらしている。ダム４０が、トルク伝達室３４内の半径方向外方位置で油再循環路３８近傍に配置してある。
【００２７】
粘着性油は当初油溜め２６内に配置されるが、油供給孔３６を介してトルク伝達室３４内に流入することができる。トルク伝達室３４内の油が、駆動ディスク１８から密封ハウジング２０へトルクを伝達することになる。その結果、密封ハウジング２０は駆動ディスク１８と共に回転し、密封ハウジング２０上のファンブレード３２が放熱器１４を横切る冷却空気流を生成しよう。遠心力がトルク伝達室３４内の外方位置へ油を付勢することになる。ダム４０はそこで、油を油循環流路３８内へ、さらに油溜め２６へ戻すよう付勢しよう。
【００２８】
駆動ディスク１８から密封ハウジング２０へ伝達されるトルク量は、トルク伝達室３４内の油量に従って変化する。トルク伝達室３４内のより多くの油は、駆動ディスク１８から密封ハウジング２０へより多くのトルクを伝達する。このより大きなトルクは密封ハウジング２０のより大きな回転速度、かくしてファンブレード３２が生成するより高流量の冷却空気をもたらす。トルク伝達室３４のより少ない油は、駆動ディスク１８から密封ハウジング２０へのより低いトルク伝達をもたらす。より低いトルクは、密封ハウジング２０のより低い回転速度、かくしてファンブレード３２が生成するより低流量の冷却空気をもたらす。
【００２９】
トルク伝達室３４内の油量は、油溜め２６内の油供給孔３６を選択的に開閉する位置に装着した弁４２により制御される。より詳しくは、弁４２は固定端４６と可動端４８を有する板ばね４４を含む。板ばね４４は、板ばね４４の可動端４８が油供給孔３６を閉じる位置から板ばね４４の可動端４８が油供給孔３６を開く位置へ偏向させることができる。油供給孔３６を閉じる位置への板ばね４４への動きが、トルク伝達室３４から油再循環路３８を通って溜め２６へ戻る油の流れを妨害することなく、トルク伝達室３４への油の流れを遮断する。これ故に、油供給孔３６を遮蔽する位置への板ばね４４の動きがトルク伝達室３４内の油量の漸減をもたらし、それによって駆動ディスク１８から密封ハウジング２０へのより少ないトルク伝達がもたらされる。その結果、板ばね４４が油供給孔３６を閉じ、それによって密封ハウジング２０の回転速度を低下させたときに、ファンブレード３２により得られる冷却効果が低下する。逆に、油供給孔３６を開く位置への板ばね４４の動きが油溜め２６からトルク伝達室３４内へのより多くの油の流れをもたらす。その結果、油供給孔３６を開く位置への板ばね４４の動きにより、駆動ディスク１８から密封ハウジング２０へのより大きなトルク伝達が可能となる。その結果、密封ハウジング２０はより高速に回転し、ファンブレード３２がより高流量の冷却空気を生成することになる。
【００３０】
油供給孔３６の開閉は、軸１６上に回転可能に装着されて弁４２近傍のケーシング２２の一部に対向する電磁石５０により制御される。特に、電磁石５０の起動が板ばね４４上のアーマチュア５２を吸引し、板ばね４４を油供給孔３６から離間させるよう付勢することになる。逆に、電磁石５０を起動停止したときに板ばね４４は油供給孔３６を閉じる位置へ弾性的に復帰することになる。電磁石５０はＰＷＭパルス幅変調され、油供給孔３６を逐次開閉する。パルス幅変調信号のデューティ比ＤＲが、弁４２が開弁状態にある時間の割合を制御する。パルス幅変調デューティ比ＤＲは、開弁していない弁４２に対応する０％と連続的に開弁する弁４２に対応する１００％との間で可変することができる。大半の動作状態期間中、デューティ比ＤＲはこれら２つの極値間にあろう。弁４２は、より頻繁にかつ／又はより長期に亙り開弁してより多量の冷却空気流を生成しよう。逆に、弁４２はより頻繁にかつ／又はより長期に亙り閉弁してより少ない冷却を果たそう。
【００３１】
電磁石５０が達成するデューティ比ＤＲは適応コントローラ５４ｂから電磁石５０へ入力される制御信号に基づくものであり、このコントローラ５４ｂが翻って外部入力分析器５４ａから入力を受信する。外部入力分析器５４ａは、アクセル開度センサやエンジン冷媒温度センサや吸入空気温度センサや車速センサやエンジン速度センサや空調動作状態センサ等の異なるセンサからの情報に基づき、必要な冷却の達成に要求される目標ファン速度ＴＦＳを生成する。これらのセンサが使用するアルゴリズムやロジックは車両ごとに変わることがあり、通常はこのアルゴリズム用のロジックは車両製造業者により開発されよう。この制御信号が、必要な冷却を達成するのに適した目標ファン速度ＴＦＳを命ずることになろう。このことが、制御信号が目標ファン速度ＴＦＳに関連する予較正デューティ比ＤＲを生成する従来システムとは異なる。
【００３２】
上記の如く、外部制御ファン装置１０の物理的特性が、コントローラが命ずるデューティ比ＤＲが生成することを意図していた目標ファン速度ＴＦＳとは異なる実際のファン速度ＡＦＳを生じよう。実際のファン速度ＡＦＳと目標ファン速度ＴＦＳとの間のこの差は、製造公差に帰せられる寸法差により生ずることがある。さもなければ、実際のファン速度ＡＦＳと目標ファン速度ＴＦＳとの間の差は、時間とともに展開する外部制御ファン装置１０内の物理的変化に帰すこともできる。例えば、油の粘度が変化することがあり、摩耗屑が油中に堆積することがあり、板ばね４４の弾性が変化することがあり、軸受２４が摩耗したり、外部制御ファン装置１０の部品が不意の接触が原因で損傷を蒙ることがある。これらの変化のうちのどれかが、実際のファン速度ＡＦＳを目標ファン速度ＴＦＳ未満としたり、或いは目標ファン速度ＴＦＳよりも大きくさせたりすることがある。加えて、これらの条件のうちのどれかが実際のファン速度ＡＦＳをしかるべき動作条件下で目標ファン速度ＴＦＳよりも大きなものとすることがあるが、他の動作条件下では目標ファン速度ＴＦＳ未満とすることがある。
【００３３】
上記に鑑み、外部制御ファン装置１０のコントローラ５４ｂは適応コントローラとしてある。適応コントローラ５４ｂは実際のファン速度ＡＦＳを計測し、続いてこの計測した実際のファン速度ＡＦＳを入力として使用するよう動作する。デューティ比ＤＲもまた、入力となる。適応コントローラ５４ｂはそこで、時間の経過とともにデューティ比ＤＲや実際のファン速度ＡＦＳを含む様々な入力を使用し、更新された制御アルゴリズム或いはロジックを生成し、実際のファン速度ＡＦＳを目標ファン速度ＴＦＳ又はそれに非常に近いものに保つであろうデューティ比ＤＲを達成する。
【００３４】
外部制御ファン装置１０に対する適応コントローラ５４ｂの適用が、図２に概略図示してある。より詳しくは、図２に図示した目標ファン速度ＴＦＳは車両内の様々な位置のセンサに基づき計測される。センサの仕様は、車両製造業者ごとに変化することがある。しかしながら、上記の如くセンサは周囲温度や冷媒温度やエンジン速度や車速等を特定するよう作動可能とすることができる。これらのデータは、外部入力分析器５４ａへの入力となる。外部入力分析器５４ａは、あるロジック、すなわちアルゴリズムを含み、これがこれらの入力を目標ファン速度ＴＦＳへ関連付ける。目標ファン速度ＴＦＳは適応コントローラ５４ｂへの入力であり、特にその弁制御アルゴリズムユニット５６への入力となる。このアルゴリズムは特定の係数を含んでいて、外部制御ファン装置１０への出力としてデューティ比ＤＲを生成する。既存のデューティ比ＤＲも、適応コントローラ５４ｂの制御則更新ユニット５８への入力として供給される。トルクは密封ハウジング２０へ伝達され、デューティ比ＤＲと特定の時点に存在する外部制御ファン装置１０の物理的特性とに基づき実際のファン速度ＡＦＳにてハウジング２０を回転させる。実際のファン速度ＡＦＳとデューティ比ＤＲはそこで、コントローラ５４ｂの制御則更新ユニット５８へ戻す入力となる。制御則更新ユニット５８は、外部制御ファン装置（ＥＣＦＤ）１０の性能を表わす決定論的自己回帰移動平均（ＤＡＲＭＡ）モデル或いは他の同種モデルを用いることができる。外部制御ファン装置（ＥＣＦＤ）１０のＤＡＲＭＡモデル表現の入−出力挙動は、以下の関係で与えられよう。
n1     m1
ａ０ＡＦＳ（ｔ）＝−ΣａｊＡＦＳ（ｔ−ｊ）＋ΣｂｊＤＲ（ｔ−ｊ−ｄ）；ｔ≧０
j=1    j=0
さらに詳しくは、制御則更新ユニット５８は現在及び過去のＡＦＳの値と現在及び過去のＤＲの値と共に逐次最小二乗アルゴリズム等のしかるべきアルゴリズムを用い、外部制御ファン装置（ＥＣＦＤ）１０の現在の挙動を最も良く表わすことなるモデル係数ａｊ，ｂｊを推定する。これらのモデル係数が特定された後、それらは制御則更新ユニット５８内で用いられ、一連の等式を解いて新たな制御係数（ｐ１，ｐ２，ｌ１，ｌ２，Ｍ等）を推定し、新たなデューティ比ＤＲ値を割り出す。デューティ比を算出する制御ロジックは、実質的には下記とすることができる。すなわち、
ＤＲ(ｔ)
=(１/ｌ１)[Ｍ(ＴＦＳ(ｔ))−(ｐ１ＡＦＳ(ｔ)＋ｐ２ＡＦＳ(ｔ−１))−ｌ２ＤＲ(ｔ−１)]
その結果、実際のファン速度ＡＦＳを目標ファン速度ＴＦＳへより密接合致させるよう新たなデューティ比ＤＲを命ずるべく、制御則更新ユニット５８はモデル係数を用いて制御ロジックを更新することができる。この処理は、実際のファン速度ＡＦＳが全動作を通じて目標ファン速度ＴＦＳか又はそれに非常に接近することが保証されるよう連続的に実行される。
【００３５】
図４（ａ）〜（ｄ）は、実際の試験データを示す。この試験は、本明細書において、「ホットボックス」と呼ぶ温度制御試験ベッドを用いて実行したものである。ホットボックスは、速度制御付き主駆動モータを有する閉じたシステムである。内部温度は、ＰＬＣコントローラの助けを借りて設定値にて一定に保たれる。ファンクラッチ系はモータの軸に結合してあり、既知の直径のシュラウド内に位置決めしてあり、車載システム抵抗を模してある。試験に用いる電動モータは、４，５００ＲＰＭの速度まで稼動させることができる。光ファイバ速度センサをホットボックス内のモータ軸近傍に装着し、入力軸速度（ＩＳ）を計測した。
【００３６】
実験的な適応コントローラは、クラッチケーブルと光ファイバ速度センサとのインタフェースをとる設備を用いて各信号を制御用パソコンに入力可能な信号に変換するパソコンの迅速試作機作成システムを用いた。周波数−電圧変換器を周波数−電圧信号から入力速度読み取り値とファン速度読み取り値とを変換するのに用い、それらの値をそこでＡ／Ｄボードの２つのチャンネルへ給送した。試験はそこで、様々な入力速度と様々な目標ファン速度にて実行した。試験結果が、図４（ａ）〜（ｄ）に示してある。これらの各図では、水平線ＩＳが入力速度を表わし、これが図１に示した軸１６の回転速度に対応する。これらの図に示した段階状の矩形線が、試験装置への入力として入力された目標ファン速度を表わす。実際には、目標ファン速度ＴＦＳは車両上の各種センサからの入力に基づき展開されることになる筈である。実際のファン速度ＡＦＳは、グラフ上の非矩形と非直線とで表わされる。これらのグラフは、外部制御ファン装置１０が実際のファン速度ＡＦＳを異なる入力速度で目標ファン速度ＴＦＳ内の頻繁な変化をもって目標ファン速度ＴＦＳに密接に追従させることができたことを示している。
【００３７】
上記手順はエンジンの始動時には直接使用できず、何故なら実際のファン速度ＡＦＳを達成する上でのデューティ比ＤＲの能力評価のための履歴が全く存在しないからである。従って、図３は目標ファン速度ＴＦＳを理想的に達成するであろうデューティ比ＤＲを生成する公知の特定のアルゴリズムを用いる固定利得ＰＩＤコントローラを含むコントローラを示す。図３の装置はさらに、十分な履歴のデューティ比ＤＲの後に前述の適応コントローラ５４ｂへ切り替えるスイッチ６０を含み、実際のファン速度ＡＦＳはエンジン始動に続いて展開させることができる。スイッチ６０は通常、エンジン動作の６０〜１２０秒後に起動することができる。
【００３８】
適応コントローラ５４は、他の目的にも用いることができる。例えば、外部制御ファン装置１０は特定配列の付属品を備える特定の車両について較正することができる。車両製造業者は、特定系列の車両の幾つかの車両に対し異なる付属品列を配設することがある。例えば、一車両製造業者からの一部の車両は外部制御ファン装置１０に著しく影響を及ぼし得る特有の空調システムを持たせることがある。従来技術では、この種の変更は外部制御ファン装置１０用のコントローラの複雑で時間浪費する高価な較正を必要とすることになる筈である。しかしながら、適応コントローラ５４はこの種の複雑な再調整を廃止することができる。この点に関し、適応コントローラ５４はデューティ比ＤＲを上下に調整する信号を生成し、これにより実際のファン速度ＡＦＳを冷却要件に合致させる。
【００３９】
本発明は、外部制御ファン装置１０の好適な実施形態について説明してきた。しかしながら、本発明の適応コントローラが他種の流体クラッチコントローラと共に使用できることは当業者には理解されよう。例えば、適応コントローラを外部制御ファン装置のケーシングに印加されるトルクを変化させるよう可変できる粘度をもった「スマートフルード」を用いた前記に特定した流体クラッチと共に使用することができる。より詳しくは、適応コントローラは弁のデューティ比を可変するのと全く同じ仕方で液体の粘度を変化させるよう電磁石を動作させる制御ロジックを更新することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の外部制御ファン装置は、ファンハウジングへ給送するトルクを変えてファンハウジングを目標ファン速度で回転させる流体クラッチを含み、適応コントローラが実際のファン速度を計測し、制御ロジックを適応更新し、外部制御ファン装置の可変物理特性を補償するものであるから長時間期間にわたりほぼ均一にエンジン向け最適冷却を可能とし当技術分野においてそのもたらす効果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】は、本発明になる外部制御ファンカップリング装置の長手方向の図である。
【図２】は、本発明の適応コントローラと外部制御ファン装置の概略図である。
【図３】は、エンジン始動前の短期間の固定制御手段を用いる代替適応コントローラの概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、適応外部制御ファンカップリング装置の性能を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  外部制御ファン装置
１２  エンジン
１４  放熱器
１６  軸
１８  駆動ディスク
２０  密封ハウジング
２２  ケーシング
２４  軸受
２６  油溜め
２８  仕切り
３０  カバー
３２  ファンブレード
３４  トルク伝達室
３６  油供給孔
３８  油再循環路
４０  ダム
４２  弁
４４  板ばね
４６  固定端
４８  可動端
５０  電磁石
５２  アーマチュア
５４ａ  外部入力分析器
５４ｂ  適応コントローラ
５６  弁制御アルゴリズムユニット
５８  制御則更新ユニット
６０  スイッチ
【図１】
2007092753.tif 000003
【図２】
2007092753.tif 000004
【図３】
2007092753.tif 000005
【図４】
2007092753.tif 000006
【外国語明細書】
2007092753000001.pdf