(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両走行駆動源として内燃機関（３０）が搭載される車両に適用され、電動モータ（１ｂ）にて駆動される冷却用ファン（１ａ）の送風空気にて、車両に搭載された冷却用熱交換器（４）内を流れる冷却媒体を冷却し、前記冷却媒体の状態に基づいて前記冷却用ファン（１ａ）の送風量が決定制御される自動車用冷却装置であって、
前記内燃機関（３０）における単位時間当たりの爆発回数である爆発振動周波数（Ｎａ）と、前記冷却用ファン（１ａ）の前記単位時間当たりのファン回転数である回転振動周波数（Ｎｅ）とが異なる値となるように、前記ファン回転数を補正制御する補正制御手段（Ｓ６００〜Ｓ９００）を有することを特徴とする請求項１記載の自動車用冷却装置。
【請求項２】
前記補正制御手段は、前記爆発振動周波数（Ｎａ）と前記回転振動周波数（Ｎｅ）との差が所定値（Ｘ）となるように前記ファン回転数を補正制御することを特徴とする請求項１記載の自動車用冷却装置。
【請求項３】
前記補正制御手段は、
前記内燃機関（３０）の気筒数と前記内燃機関（３０）の回転数とに基づいて、前記爆発振動周波数を算出する爆発振動数算出手段（Ｓ７００）と、
前記ファン回転数（Ｎｅ）に相当する信号から前記回転振動周波数（Ｎｅ）を算出する回転振動数算出手段（Ｓ２００、Ｓ６００）とを有することを特徴とする請求項１または２記載の自動車用冷却装置。
【請求項４】
前記補正制御手段は、前記内燃機関（３０）の回転数が所定値（Ｎ１）より低い時にのみ、前記ファン回転数を補正制御することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つに記載の自動車用冷却装置。
【請求項５】
前記補正制御手段は、前記爆発振動周波数（Ｎａ）と前記回転振動周波数（Ｎｅ）とが一致する場合に比べて、前記ファン回転数を所定量だけ下げることを特徴とする請求項４記載の自動車用冷却装置。
【請求項６】
前記冷却用熱交換器（４）は、少なくとも前記内燃機関（３０）内を流れる前記冷却媒体である冷却水を冷却するラジエータ（４）であり、
前記冷却用ファン（１ａ）の目標回転数（Ｄ１）を前記冷却水の温度に応じて決定する目標回転数算出手段（Ｓ３００）を有し、
前記冷却水の温度（Ｔｗ）が所定温度（Ｔ１）より低いときには、前記補正制御手段にて前記ファン回転数が補正制御され、前記冷却水の温度（Ｔｗ）が所定温度（Ｔ１）より高いときには、前記補正制御を禁止して、前記ファン回転数が前記目標回転数算出手段（Ｓ３００）にて算出された前記目標回転数となるように優先制御されることを特徴とする請求項６記載の自動車用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用冷却装置に用いられる冷却用ファンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用冷却装置として、エンジン冷却水を冷却するラジエータや、車両空調用の凝縮器であるコンデンサに向かって、電動モータにて駆動される冷却用ファンにより冷却空気を送風するものが周知である。このような冷却用ファンは、例えばエンジン冷却水の温度や、冷媒の高圧圧力によって、回転数が可変制御されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そして、近年、内燃機関（エンジン）の様々な改良により、エンジンの爆発工程にて発生する振動が低減されるようになっており、このような低振動化（静粛化）に伴って、冷却用ファンの回転による振動が目立ち、乗員に不快感を与えるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、冷却用ファンの振動を低減するために検討した所、内燃機関の単位時間当たりの爆発回数である爆発振動周波数と、冷却用ファンの単位時間当たりの回転数である回転振動周波数とが共振し、冷却用ファンの振動を大きくしている現象を見いだした。
【０００５】
本発明は、このような現象を見いだしたことにより発想されたものであって、請求項１ないし６記載の発明では、内燃機関（３０）における単位時間当たりの爆発回数である爆発振動周波数（Ｎａ）と、冷却用ファン（１ａ）の単位時間当たりのファン回転数である回転振動周波数（Ｎｅ）とが異なる値となるように、上記ファン回転数を補正制御する補正制御手段（Ｓ６００〜Ｓ９００）を有することを特徴としている。
【０００６】
これにより、補正制御手段により、内燃機関における単位時間当たりの爆発回数である爆発振動周波数と、冷却用ファンの単位時間当たりのファン回転数である回転振動周波数とが異なる値となるため、冷却用ファンの共振振動の発生を未然に防止できる。この結果、冷却用ファンの振動を格段に低減でき、振動による騒音を低減できる。
【０００７】
また、請求項４記載の発明では、補正制御手段は、前記内燃機関（３０）の回転数が所定値（Ｎ１）より低い時にのみ、前記ファン回転数を補正制御することを特徴としている。
これにより、内燃機関の回転数が所定値より高いときには、内燃機関の振動や騒音は、冷却用ファンの振動騒音に比べて大きいため、この場合は冷却媒体の状態に応じて冷却用ファンを制御し、内燃機関の回転数が所定値より低いときには、内燃機関の振動騒音が小さく冷却用ファンの振動騒音が目立つため、この場合にのみ、ファン回転数を補正制御して、冷却用ファンの共振振動を未然に防止する。
【０００８】
従って、冷却用ファンの振動騒音が目立つときのみに、ファン回転数が制御されて、冷却用ファンの共振振動が防止されるため、冷却媒体の状態に応じて決定されるファン回転数をずらす頻度が低減できる。
また、請求項５記載の発明では、補正制御手段は、前記爆発振動周波数（Ｎａ）と前記回転振動周波数（Ｎｅ）とが一致する場合に比べて、前記ファン回転数を所定量だけ下げることを特徴としている。
【０００９】
これにより、爆発振動周波数と回転振動周波数とが一致する場合に比べて、冷却用ファンの共振振動を低減するための手段として、ファン回転数が所定量だけ下げられるため、さらに電動モータおよび冷却用ファンの振動を低減できる。
また、請求項６記載の発明では、冷却用熱交換器（４）は、少なくとも内燃機関（３０）内を流れる冷却水を冷却するラジエータ（４）であり、冷却用ファン（１ａ）の目標回転数を前記冷却水の温度（Ｔｗ）に応じて決定する目標回転数算出手段（Ｓ２００）を有し、冷却水の温度（Ｔｗ）が所定温度（Ｔ１）より低いときには、制御手段にて回転数が制御され、冷却水の温度（Ｔｗ）が所定温度（Ｔ１）より高いときには、前記補正制御を禁止し、ファン回転数が目標回転数算出手段（Ｓ２００）にて算出された目標回転数となるように優先制御されることを特徴としている。
【００１０】
ここで、例えば車両が上り坂等を長時間走行すると、冷却水温度が高温となるが、この状態で車両が停止すると、上記内燃機関の回転数が所定値より下がるため、ファン回転数が下がる。このため、冷却水の冷却が十分に行えない。
そこで、請求項６記載の発明によれば、冷却水の温度が所定温度より高いときには、補正制御が禁止されて、ファン回転数が目標回転数算出手段にて算出された目標回転数となるように優先制御されるため、冷却水の冷却を十分行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施形態に係る自動車用冷却装置の全体構造図を示す。
本例の自動車用冷却装置は、車両駆動走行源である内燃機関（以下、エンジン）３０内を流れる冷却水を冷却するラジエータ４を有する。また、自動車用冷却装置は、車両に搭載された空調装置の冷凍サイクルの一構成部をなし、内部に高温高圧冷媒が流れ、この冷媒を冷却して凝縮液化するコンデンサ３を有する。
【００１２】
ラジエータ４とコンデンサ３とは、走行風の受けやすい位置であって、図示しないいエンジンルーム内で、車両前後方向に並ぶように配置されている。なお、コンデンサ３の方がラジエータ４より車両前方側に配置されている。
これらラジエータ４およびコンデンサ３は、車両後方側に電動ファン１で発生された送風空気（冷却風）にて冷却水および冷媒が冷却されるようになっている。電動ファン１は、２つの冷却ファン１ａと、これら２つの冷却ファン１ａそれぞれを駆動する２つの電動モータ１ｂ（直流モータ）から構成されている。
【００１３】
電動モータ１ｂは、車載バッテリＢから図示しないイグニッションスイッチを介したバッテリ電圧の供給を受けて動作する。電動モータ１ｂは、モータ制御装置１０によって制御される。モータ制御装置１０は、電動モータ１ｂを駆動する半導体スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ１１と、電動モータ１ｂをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するためのパルス信号を出力する制御部１２と、制御部１２からのパルス信号を増幅してＭＯＳトランジスタ１１を駆動するトランジスタ駆動部１３と、逆起電力吸収用のダイオード１４とを備えている。
【００１４】
制御部１２は、エンジン制御ＥＣＵ（エンジン電子制御装置）２０から冷却水温を所定温度に保つための水温制御信号を受けて、上記したＰＷＭ制御を行うためのパルス信号を出力する。
エンジン制御ＥＣＵ２０は、エンジン制御を行うに必要な各種センサからのセンサ信号を取り込んでエンジン制御を行う。各種センサとしては、エンジン冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ２１、コンデンサ３内を流れる高圧冷媒の高圧圧力を検出する圧力センサ２２、エンジン回転数を検出する回転数センサ２３などが含まれている。また、エンジン制御ＥＣＵ２０は、水温センサ２１にて検出した冷却水温に基づいて冷却水温を適正な温度に保つための水温制御信号を制御部１２に出力する。
【００１５】
上記構成においてその作動を、図２に示す制御部１２での制御処理に従って説明する。
先ず、ステップＳ１００では、上記水温センサ２１の検出信号Ｔｗ（以下、水温Ｔｗ）、および高圧圧力センサ２２の検出信号Ｐｃ（以下、圧力Ｐｃ）を読み込み。次にステップＳ２００にて、上記検出信号Ｔｗ、Ｐｃそれぞれに基づき、電動モータ１ｂ（冷却用ファン１ａ）の第１、第２目標回転数であるデューティー比Ｄ１、Ｄ２を決定する。具体的には、図３、図４の特性図から決まり、図３に示すように水温Ｔｗに応じて、第１目標回転数であるファン回転数Ｎｆ即ちデューティー比Ｄ１を決定する。そして、このデューティー比Ｄ１は、図３に示すように水温Ｔｗが所定温度Ｔ１（例えば９０℃）以下であると、冷却水を冷却する必要が無いため０となり、水温ＴｗがＴ１より高くなるにつれて、大きくなるように設定される。また、水温ＴｗがＴ２（例えば１００）以上であると、デューティー比Ｄ１は最大の１となる。
【００１６】
一方、図４に示すように圧力Ｐｃに応じて、第２目標回転数であるファン回転数Ｎｆ即ちデューティー比Ｄ２を決定する。そして、このデューティー比Ｄ２は、図４に示すように圧力Ｐｃが所定圧力Ｐ１（例えば１０ｋgf/cm2）以下であると、冷媒を冷却する必要が無いため０となり、圧力ＰｃがＰ１より高くなるにつれて、大きくなるように設定される。また、圧力ＰｃがＰ２（例えば１５ｋgf/cm2  ）以上であると、デューティー比Ｄ２は最大の１となる。
【００１７】
続いて、ステップＳ３００では、上記ステップＳ２００で決定されたデューティー比Ｄ１、Ｄ２のうち大きい方を選択する。つまり、デューティー比Ｄ１、Ｄ２のうち大きい方を選択しておけば、冷却水および冷媒を十分に冷却できる。
ステップＳ４００では、上記回転数センサ２３の検出信号Ｎｅ（以下、回転数Ｎｅ）が、所定回転数Ｎ１（例えば、８００ｒｐｍ）より低いか否かを判定する。なお、ここでいうステップＳ４００では、車両が停止してエンジン３０がアイドリング状態であるか否かを判定している。
【００１８】
ステップＳ４００の判定結果がＮＯで、アイドリング状態でなく、車両走行中であると判定されると、ステップＳ９００に進んで、上記ステップＳ３００にて選択されたデューティー比Ｄ１、Ｄ２のうち大きい方が制御信号として出力される。
一方、ステップＳ４００の判定結果がＹＥＳで、アイドリング状態であると判定されると、ステップＳ５００に進んで、水温Ｔｗが所定温度Ｔ１（例えば１００℃）より高いか否かを判定する。ステップＳ５００にてＮＯと判定されると、上記ステップＳ３００にて選択されたデューティー比Ｄ１、Ｄ２のうち大きい方が制御信号として出力される。
【００１９】
ステップＳ５００での判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ６００に進み、以後ステップＳ６００〜Ｓ８００では、冷却用ファン１ａおよび電動モータ１ｂの共振振動を防止するために補正制御を行う。
以下、これについて説明する。先ずステップＳ６００では、冷却用ファン１ａの単位時間当たりの単位時間当たりのファン回転数Ｎｆ、つまり回転振動周波数Ｎｆを設定する。なお、ここでは、前回ステップＳ９００にて出力されたデューティー比Ｄ１もしくはＤ２のいずれかとなり、実際の処理においてはステップＳ６００は別個に設ける必要は無い。
【００２０】
次にステップＳ７００では、上記エンジン３０における単位時間当たりの爆発回数である爆発振動周波数Ｎａを以下の数式１にて算出する。
【００２１】
【数１】
Ｎａ＝（Ｎｅ×内燃機関の気筒数）／（６０×２）  （Hz）
なお、本例のエンジン３０は４ストロークエンジンで、気筒数４である。また、数式１中６０は、回転数が１分当たりの回転数ｒｐｍであるため、周波数に変換するために設けられている。さらに数式１中×２は、４ストロークエンジンは、一回の爆発でエンジン回転数が２回転するためである。
【００２２】
次にステップＳ８００では、以下の数式２を満足するようにＮｆを補正する。
【００２３】
【数２】
Ｎｆ≦Ｎａ−Ｘ    （Hz）
但し、Ｘは回転振動周波数Ｎｆと爆発振動周波数Ｎａとが一致しないように回転振動周波数Ｎｆをずらす定数（振動数）であり、冷却用ファン１ａおよび電動モータ１ｂの共振振動を確実に防止できるように車両に応じて決められるものである。
【００２４】
なお、参考までに上記数式３は、単位をｒｐｍとすると、数式３のようになる。
【００２５】
【数３】
Ｎｆ≦（Ｎａ−Ｘ）×６０    （ｒｐｍ）
但し、ここでＮｆは、一分当たりの回転数である。
このステップＳ８００の機能は、以下のようになる。先ず、数式３中Ｘが例えば１０であったとする。エンジン３０がアイドリング状態であり、エンジン回転数Ｎｅが６００ｒｐｍであったとする。すると、数式３中右辺は６００ｒｐｍとなる。一方、数式３中左辺は、上記水温Ｔｗおよび圧力Ｐｃで変わるが、例えば６００ｒｐｍであったとする。このままでは、回転振動周波数Ｎｆと爆発振動周波数Ｎａとが一致するため、数式３に基づいてＮｆを補正制御する。
【００２６】
つまり、Ｎｆが（Ｎａ−Ｘ）×６０（ｒｐｍ）となるように補正されて、Ｎｆは、回転振動周波数Ｎｆと爆発振動周波数Ｎａとが一致する場合に比べて、小さくなるように補正される。即ち、回転振動周波数Ｎｆと爆発振動周波数Ｎａとが異なる値となるように、爆発振動周波数Ｎａと回転振動周波数Ｎｆとの差が常に一定値となるようにファン回転数Ｎｆが所定量小さくなるように補正される。
【００２７】
従って、冷却用ファン１ａの共振振動の発生を未然に防止でき、この結果、冷却用ファン１ａおよび電動モータ１ｂの振動を格段に低減でき、振動による騒音を低減できる。
また、本例では、エンジン３０の回転数Ｎｅが所定値Ｎ１より低い時にのみ、上記補正制御が行われる。このためエンジン３０の回転数Ｎｅが所定値Ｎ１より高いときには、エンジン３０の振動や騒音は、冷却用ファン１ａの振動騒音に比べて小さい。従って、この場合は冷却水および冷媒の状態に応じて冷却用ファン１ａを制御する。一方、エンジン３０の回転数Ｎｅが所定値Ｎ１より低いときには、エンジン３０の振動騒音が小さく冷却用ファン１ａの振動騒音が目立つため、この場合にのみ、ファン回転数Ｎｆを補正制御して、冷却用ファン１ａの共振振動を未然に防止できる。
【００２８】
従って、冷却用ファン１ａの振動騒音が目立つときのみに、ファン回転数Ｎｆが制御されて、冷却用ファン１ａの共振振動が防止されるため、冷却水および冷媒の状態に応じて決定されるファン回転数Ｎｆをずらす頻度が低減できる。
また、本発明では、ファン回転数Ｎｆが大きくなるように補正して、上記共振振動を防止しても良いが、このような場合に比べて本例では、ファン回転数Ｎｆが所定量だけ下げられるため、さらに電動モータ１ｂおよび冷却用ファン１ａの振動を低減できる。
【００２９】
さらに、本例では上記補正制御は、ステップＳ５００により水温Ｔｗが所定温度Ｔ１より低いときに行われる。例えば車両が上り坂等を長時間走行すると、冷却水温度が高温となるが、この状態で車両が停止すると、エンジン１がアイドリング状態となるため、所定値Ｎ１より下がり、ファン回転数Ｎｆが下がる。このため、冷却水の冷却が十分に行えない。
【００３０】
そこで、本例では、水温Ｔｗが所定温度Ｔ１より低いときには、上記補正制御が行われ、水温Ｔｗが所定温度Ｔ１より高いときには、上記補正制御を禁止し、ファン回転数ＮｆがステップＳ３００にて決定された値を優先する。このため、冷却水の冷却を十分行うことができる。
また、本例では、電動モータ１ｂが上記ＰＷＭ制御されるため、電動モータ１ａの回転数、即ち冷却用ファンのファン回転数Ｎｆがリニアに制御できる。このため、水温Ｔｗおよび圧力Ｐｃによって決まるファン回転数Ｎｆを大きくずらさずに、上記共振振動を低減できる。この結果、設定通りの冷却能力を発揮できる。
【００３１】
なお、アイドリング状態で、上記数式３を満足する場合では、上記補正制御は行われず、上記ステップＳ３００にて決定選択されたファン回転数Ｎｆとなる。
（他の実施形態）
上記実施形態では、上記補正制御においてファン回転数Ｎｆを下げるようにしたが、上げるようにしても良い。
【００３２】
また、上記各実施形態では、自動車用冷却装置として、ラジエータ４とコンデンサ３とを車両前後方向に並ぶように配置して、共通の冷却用ファン１ａにより冷却水と冷媒とを同時に冷却するものについて説明したが、本発明は、冷却水のみを冷却する自動車用冷却装置に適用しても良いし、冷媒のみを冷却する自動車用冷却装置に適用しても良い。
【００３３】
また、上記各実施形態では、電動モータ１ｂをＰＷＭ制御するもので説明したが、可変抵抗やパワートランジスタにて電動モータ１ｂを流れる電流値を制御するようにしても良い。さらには、電動モータ１ｂの回転数（ファン回転数Ｎｆ）を段階的に制御するものであってもよい。
また、上記各実施形態において、エンジン３０のアイドリング状態を検出するために、エンジン回転数を使用したが、アクセルペダルの開度（スロットル開度）にて検出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自動車用冷却装置の構成図である。
【図２】上記実施形態における制御部１２の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】上記実施形態におけるファン回転数Ｎｆの決定方法を示す図である。
【図４】上記実施形態におけるファン回転数Ｎｆの決定方法を示す図である。
【符号の説明】
１ａ…冷却ファン、１ｂ…電動モータ、３…コンデンサ、４…ラジエータ、１２…制御部、１３…トランジスタ駆動部、２０…エンジン制御ＥＣＵ、２３…回転数センサ、３０…エンジン。
【図１】
0003823481.tif 000002
【図２】
0003823481.tif 000003
【図３】
0003823481.tif 000004
【図４】
0003823481.tif 000005