CN114340935B - 车辆的热交换装置 - Google Patents

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Abstract

中间冷却器(3)是具有第1芯体(5)及第2芯体(6)的2级型水冷式中间冷却器。空调装置用的压缩机(32)包含水冷式压缩机(24)及空冷式压缩机(27)。逆变器等驱动系统电气部件(21)、第2芯体(6)以及水冷式压缩机(24)由包含副散热器(18)在内的第2冷却水回路进行冷却。副散热器(18)及空冷式压缩机(27)位于主散热器(9)的前方。

Description

车辆的热交换装置
技术领域
本发明涉及包含发动机用的散热器、空调装置用的压缩机以及水冷式中间冷却器用的散热器在内的车辆的热交换装置。
背景技术
在具有增压器的发动机中，有时具有在将通过增压变为高温的进气导入燃烧室之前对其进行冷却的中间冷却器。该中间冷却器中包括在高温增压进气与外部气体之间进行热交换的空冷式中间冷却器、以及在高温增压进气与冷却水之间进行热交换的水冷式中间冷却器，在水冷式中间冷却器的情况下，需要利用外部气体对作为冷却介质的冷却水进行冷却的散热器。
另外，通常车辆具有空调装置，需要通过与外部气体的热交换而进行制冷剂的冷凝的压缩机。通常，与发动机用的散热器重叠地配置压缩机。
在专利文献1中作为水冷式中间冷却器公开了如下结构，即，在进气流动的壳体内串联配置有供第1冷却水流动的高温侧热交换器以及供第2冷却水流动的低温侧热交换器。第1冷却水是相对高温的发动机冷却水，由散热器进行冷却。第2冷却水相对地维持为低温，由副散热器进行冷却。副散热器与空调装置用的压缩机上下排列配置。
然而，在该专利文献1的技术中，在空调装置的热负荷较高且无法使压缩机实现小型化的情况下，副散热器和压缩机上下排列的布局无法实现。
另外，在专利文献2中作为空调装置用的压缩机而公开了空冷压缩机和水冷压缩机组合而成的结构。与发动机冷却水系统不同的冷却水在水冷压缩机中流动，与强电系统仪器一起进行冷却。对强电系统仪器以及水冷压缩机进行冷却的冷却水由副散热器进行冷却。副散热器与空冷压缩机上下排列配置。
然而，如果如该专利文献2那样附加水冷压缩机而要利用不同的冷却水回路进行冷却，则结构相应地变得复杂化。
因此，本发明的目的在于，提供进一步改进了上述公知结构的车辆的热交换装置。
专利文献1：日本特开2010-249129号公报
专利文献2：日本特开2014-173748号公报
发明内容
本发明所涉及的车辆的热交换装置具有：
水冷式发动机，其由第1冷却水进行冷却；
2级(stage)型水冷式中间冷却器，其是对向上述发动机供给的增压进气进行冷却的中间冷却器，包含由上述第1冷却水进行冷却的进气上游侧的第1芯体部分及由第2冷却水进行冷却的进气下游侧的第2芯体部分；
水冷式压缩机，其与上述2级型水冷式中间冷却器的上述第2芯体部分并列地将上述第2冷却水导入，利用该第2冷却水对空调装置的制冷剂进行冷却；
第1散热器，其配置于被供给车辆行驶风的位置，通过与空气的热交换而对上述第1冷却水进行冷却；
第2散热器，其在上述第1散热器的前方以与该第1散热器的一部分重叠的方式配置，通过与空气的热交换而对上述第2冷却水进行冷却；以及
空冷式压缩机，其在上述第1散热器的前方以与第1散热器的一部分重叠的方式相对于上述第2散热器并列配置，并且在上述空调装置的制冷剂回路中与上述水冷式压缩机串联配置，通过与空气的热交换而对制冷剂进行冷却。
第1冷却水在水冷式发动机中流通而对该发动机进行冷却，并且在水冷式中间冷却器的第1芯体部分中流通而对增压进气进行冷却。高温的第1冷却水由第1散热器进行散热。
第2冷却水在水冷式中间冷却器的第2芯体部分中流通而对增压进气进行冷却。该第2冷却水的热由第2散热器进行散热。在水冷式中间冷却器中，高温的增压进气首先在第1芯体部分由第1冷却水进行冷却，接下来在第2芯体部分由第2冷却水进一步进行冷却。第2冷却水能够保持为比第1冷却水更低的温度，因此，能够高效地将增压进气冷却至较低的温度。
第2冷却水以与水冷式中间冷却器的第2芯体部分并行的方式在水冷式压缩机流动，与空调装置的高温制冷剂进行热交换。因此，水冷式压缩机的热也从第2散热器散发。由此，与空调装置的针对热负荷所需的大小相比，空冷式压缩机形成为相对小型的结构。
另一方面，增压进气含有的热量的一部分由第1冷却水吸收，因此即使含有水冷式压缩机的热量，也能够使得用于对第2冷却水进行冷却的第2散热器形成为比较小型的结构。另外，第2冷却水在水冷式中间冷却器的第2芯体部分和水冷式压缩机并行流动，因此能够分别对各自供给相同程度的低温的第2冷却水，能够实现增压进气的充分的冷却，并且在水冷式压缩机中能够进行空调装置用制冷剂的有效的冷却即冷凝。
因此，能够实现空冷式压缩机和第2散热器这两者的小型化，能够实现在使得两者彼此并列配置的基础上相对于第1散热器前后重叠配置的布局。即，作为进行各种散热的散热器整体，能够在车辆前后方向上以2层配置，能够缩短车辆前后方向的尺寸，并且针对车辆行驶风、风扇的冷却风的通气阻力减小。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的车辆的热交换装置的整体结构的概略图。
图2是表示2级型水冷式中间冷却器的结构的概略图。
图3是表示图1的热交换器部分的从车辆侧方观察的概略图。
图4是第1冷却水回路的回路图。
图5是第2冷却水回路的回路图。
图6是空调装置的制冷剂回路的回路图。
图7是表示第2实施例的从车辆侧方观察的概略图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的一个实施例详细进行说明。
图1是表示本发明所涉及的车辆的热交换装置的整体结构的概略图，示意性地表示从侧方观察汽车的前部时的结构。另外，图3表示该热交换装置的热交换器部分相对于车身2的配置。该实施例的汽车是所谓串联混合动力型车辆，例如在车身2具有以横置形式搭载的发电用的发动机(内燃机)1，该发动机1对未图示的发电机进行驱动，利用发电所得的电力(其暂时积蓄于未图示的电池)对电机进行驱动而行驶。发动机1可以是以汽油为燃料的火花点火式发动机，也可以是柴油发动机，且是在内部具有水套的水冷式发动机。发动机1具有涡轮增压器、机械式增压器等增压器(未图示)，并且，具有对利用该增压器变为高温高压的增压进气进行冷却的水冷式中间冷却器3。
如图2概略所示，水冷式中间冷却器3具有：外壳4，增压进气在其中从入口4a向出口4b流动；第1芯体5，其位于入口4a侧且具有冷却水入口5a及冷却水出口5b；以及第2芯体6，其位于出口4b侧且具有冷却水入口6a及冷却水出口6b。相对高温的第1冷却水即发动机用冷却水在第1芯体5流通，相对维持为低温的第2冷却水即中间冷却器用冷却水在第2芯体6流通。因此，因增压变为高温的增压进气在上游侧的第1芯体5中由发动机用冷却水冷却至某种程度之后，在下游侧的第2芯体6中由相对低温的中间冷却器用冷却水进一步进行冷却。即，该中间冷却器3是2级型水冷式中间冷却器。此外，第1芯体5和第2芯体6各自所占的比例未必限定为1：1。另外，作为发动机用冷却水以及中间冷却器用冷却水，使用含有适当的添加剂的乙二醇水溶液等，两者可以相同，或者成分、浓度等可以互不相同。
还如图4的回路图所示，供发动机用冷却水循环的第1冷却水回路包含如下部件：发动机1内部的水套；出口侧通路8，在该发动机1的水套中变为高温的冷却水在出口侧通路8流动；第1散热器即主散热器9，其通过与外部气体的热交换而对发动机用冷却水进行冷却；入口侧通路10，其使得冷却水从该主散热器9向发动机1返回；以及水泵11(参照图4)，其设置于发动机1内部。上述水冷式中间冷却器3的第1芯体5经由第1芯体入口侧通路12以及第1芯体出口侧通路13而连接于出口侧通路8与入口侧通路10的水泵11的下游侧之间。
即，在该实施例中，如图4的回路图所示，在水泵11的下游侧，第1芯体5与发动机1的水套并列配置，由主散热器9散热而变为低温的发动机用冷却水在水套和第1芯体5中并行流动。为了对第1芯体5中流动的冷却水的流量、水套中流动的冷却水的流量进行控制，可以适当地设置未图示的温度传感器、电磁阀。此外，发动机1的水泵可以是电动式的，也可以是机械驱动式的。
主散热器9与通常的汽车中的散热器的配置同样地，配置为能够在车身2的前部承受车辆行驶风。如图3所示，在主散热器9的后方即背面侧配置有电动风扇15。在一个实施例中，一对电动风扇15与沿车宽方向呈细长形状的主散热器9的形状对应地在车宽方向上并列配置，在主散热器9背面与电动风扇15之间设置有呈长方形的外形的护罩16。
还如图5的回路图所示，供中间冷却器用冷却水循环的第2冷却水回路包含如下部件：上述中间冷却器3的第2芯体6；第2芯体出口侧通路17，第2芯体6中变为高温的冷却水在该第2芯体出口侧通路17流动；第2散热器即副散热器18，其通过与外部气体的热交换而对中间冷却器用冷却水进行冷却；第2芯体入口侧通路19，其使得在该副散热器18中温度降低后的中间冷却器用冷却水向第2芯体6流动；以及电动的副水泵20(参照图5)，其配置于第2芯体出口侧通路17。
另外，为了对设置于串联混合动力型车辆的驱动系统的逆变器、电机或者发电机等需要冷却的驱动系统电气部件21进行冷却，包含入口侧通路22a以及出口侧通路22b在内的驱动系统电气部件用冷却水回路22作为第2冷却水回路的一部分而设置。该驱动系统电气部件用冷却水回路22与第2芯体6并列配置。
并且，利用中间冷却器用冷却水对车室用空调装置的制冷剂进行冷却的水冷式压缩机24配置于车身2的适当位置。为了使中间冷却器用冷却水在该水冷式压缩机24流通，将包含入口侧通路25a以及出口侧通路25b在内的压缩机用冷却水回路25作为第2冷却水回路的一部分而设置。如图5的回路图所示，该压缩机用冷却水回路25与第2芯体6以及驱动系统电气部件用冷却水回路22并列配置。
因此，在副散热器18中散热后的中间冷却器用冷却水因副水泵20的泵作用而在中间冷却器3的第2芯体6、驱动系统电气部件21以及水冷式压缩机24这三者中并行流动。
此外，为了对在第2芯体6、驱动系统电气部件21以及水冷式压缩机24中分别流动的冷却水的流量进行控制，可以适当地设置未图示的温度传感器、电磁阀。
在第2冷却水回路中循环的中间冷却器用冷却水与在第1冷却水回路中循环的发动机用冷却水相比，相对控制为低温。例如，发动机用冷却水以80℃(主散热器9出口温度)为目标温度而控制为70～90℃左右，与此相对，针对中间冷却器用冷却水，作为副散热器18出口温度而控制为50～55℃左右。
水冷式压缩机24例如构成为在冷却水流通的外壳中收容有使得制冷剂流通的芯体，通过冷却水和气态制冷剂的热交换而使得制冷剂冷凝。该水冷式压缩机24具有暂时对冷凝的液态制冷剂进行积蓄的未图示的液体容器。图6表示空调装置的制冷剂回路的概略，该回路构成为包含如下部件：压缩机31，其对气态制冷剂进行压缩；压缩机32，其对加压而变为高温高压的气态制冷剂进行冷却冷凝；以及蒸发器33，其包含使液化的制冷剂膨胀而进行车室内等的冷却的膨胀阀。
这里，在该实施例中，压缩机32是水冷式压缩机24和空冷式压缩机27组合而成的结构。在一个实施例中，水冷式压缩机24相对于制冷剂的流动相对地位于上游侧，制冷剂的冷凝主要由该水冷式压缩机24进行。空冷式压缩机27相对地位于下游侧，该空冷式压缩机27构成使得液化的制冷剂进一步过冷却的副冷却部。水冷式压缩机24负担作为压缩机32所需的热交换量的相当大的部分，因此空冷式压缩机27为较小型的结构。
第2冷却水回路的副散热器18以在第1冷却水回路的主散热器9的前方与该主散热器9的一部分重叠的方式配置。同样地，上述空冷式压缩机27以在主散热器9的前方与该主散热器9的一部分重叠的方式配置。副散热器18和空冷式压缩机27以沿着与主散热器9平行的一个平面的方式彼此在上下方向上或车宽方向上排列配置。在图示例子中，副散热器18和空冷式压缩机27上下排列，副散热器18位于上侧，空冷式压缩机27位于下侧。
上下排列配置的副散热器18和空冷式压缩机27组合后的整体外形与主散热器9的外形相对应。即，上述3个热交换器的车宽方向上的尺寸基本相等，副散热器18和空冷式压缩机27组合后的整体的轮廓与主散热器9的轮廓基本一致。换言之，从位于上游侧的副散热器18或空冷式压缩机27通过的冷却风接着从位于下游侧的主散热器9通过。此外，如图所示，副散热器18的上下方向的尺寸大于空冷式压缩机27的上下方向的尺寸。
图3表示3个热交换器(主散热器9、副散热器18以及空冷式压缩机27)相对于车身2的配置。车身2在比前端面的保险杠40更靠上侧的位置具有用于将车辆行驶风取入至发动机室内的格栅开口部41，并且，在保险杠40的下侧部分具有同样用于将车辆行驶风取入的保险杠开口部42。主散热器9以接受从格栅开口部41以及保险杠开口部42这两者取入的车辆行驶风的方式配置于上述2个开口部41、42的后方。副散热器18以主要接受从格栅开口部41通过的车辆行驶风的方式配置为与主散热器9的上侧部分重叠。空冷式压缩机27以主要接受从保险杠开口部42通过的车辆行驶风的方式配置为与主散热器9的下侧部分重叠。
位于主散热器9的背面的风扇15经由未图示的控制器而在例如车速较低且第1冷却水回路或第2冷却水回路的冷却水温度较高时、车室空调装置工作时等被驱动，强制地对主散热器9、副散热器18以及空冷式压缩机27供给冷却风。一对风扇15具有以能够对主散热器9的广阔的范围供给冷却风的方式扩展为长方形的护罩16，风扇15分别在该护罩16的一对圆形的开口部的内周侧旋转。
在这种实施例的结构中，对增压进气进行冷却的中间冷却器3是水冷式的结构，因此发动机室内的布局的自由度较高，能够避免因进气系统配管变长而导致的进气压力损失的增大、进气通路容器的增大。而且，中间冷却器3是利用发动机用冷却水和中间冷却器用冷却水的2级型水冷式中间冷却器，因此能够不受到较高水温的发动机用冷却水的温度的限制而将进气冷却至更低的温度。发动机用冷却水将增压进气含有的大部分热吸收，因此中间冷却器用冷却水负担的热量变少。因此，能够实现副散热器18的小型化，并且在依赖于该副散热器18的第2冷却水回路中可以包含驱动系统电气部件21以及水冷式压缩机24。
在第2冷却水回路中，中间冷却器用冷却水在中间冷却器3的第2芯体6、驱动系统电气部件21以及水冷式压缩机24这三者并行流动，因此能够各自不受到另一者的热负荷的影响而可靠地将上述三者维持为低温。
而且，水冷式压缩机24和空冷式压缩机27组合而构成为空调装置用的压缩机32，从而构成副冷却部的空冷式压缩机27为小型的结构。
由此，能够将空冷式压缩机27和副散热器18进行排列配置而收纳于与主散热器9的外形尺寸大致相等的外形尺寸内。
因此，能够避免3个热交换器在车辆前后方向上以3层重叠的布局，能够将3个热交换器配置为以2层重叠。将中间冷却器3设为2级型水冷式中间冷却器而使得流入至发动机用冷却水的热量增加，但通过2层重叠的布局而使得后层的主散热器9的散热性能提高，因此即使没有特别增加主散热器9的散热面积也能够确保散热量。
此外，上述空冷式压缩机27配置于副散热器18的下方的热交换器的布局对于行驶中从保险杠开口部42通过而飞来的小石头、异物等有利。即，通常使冷却水散热的散热器的管微细，存在因小石头等的碰撞而导致破损的担忧，与此相对，利用外部气体对高压的制冷剂进行冷却的空调装置用压缩机的管相对结实，因小石头等的碰撞而导致破损的担忧较少。因此，优选在容易产生小石头等的碰撞的下侧配置空冷式压缩机27，并在小石头等的碰撞的可能性较低的上侧配置副散热器18。在这种配置中，无需在保险杠开口部42的背面附加后述的破碎保护件。
接下来，图7表示与图3的布局相反地在空冷式压缩机27的下方配置副散热器18的第2实施例。副散热器18以接受从格栅开口部41的下侧部分以及保险杠开口部42通过的车辆行驶风的方式配置为与主散热器9的下侧部分重叠。空冷式压缩机27以主要接受从格栅开口部41的上半部通过的车辆行驶风的方式配置为与主散热器9的上侧部分重叠。此外，上下排列配置的空冷式压缩机27和副散热器18组合后的整体外形与前述的实施例同样地与主散热器9的外形相对应。这里，在该第2实施例中，在保险杠开口部42的背面设置有形成为网格状或网状的破碎保护件45，防止从保险杠开口部42通过而飞来的小石头等与副散热器18碰撞。

Claims (5)

1.一种车辆的热交换装置，其中，
所述车辆的热交换装置具有：
水冷式发动机，其由第1冷却水进行冷却；
2级型水冷式中间冷却器，其是对向上述发动机供给的增压进气进行冷却的中间冷却器，包含由上述第1冷却水进行冷却的进气上游侧的第1芯体部分、及由第2冷却水进行冷却的进气下游侧的第2芯体部分；
水冷式压缩机，其与上述2级型水冷式中间冷却器的上述第2芯体部分并列地将上述第2冷却水导入，利用该第2冷却水对空调装置的制冷剂进行冷却；
第1散热器，其配置于被供给车辆行驶风的位置，通过与空气的热交换而对上述第1冷却水进行冷却；
第2散热器，其在上述第1散热器的前方以与该第1散热器的一部分重叠的方式配置，通过与空气的热交换而对上述第2冷却水进行冷却；以及
空冷式压缩机，其在上述第1散热器的前方以与第1散热器的一部分重叠的方式相对于上述第2散热器并列配置，并且在上述空调装置的制冷剂回路中与上述水冷式压缩机串联配置，通过与空气的热交换而对制冷剂进行冷却，
上述车辆是利用由上述水冷式发动机驱动的发电机进行发电并利用发电所得的电力对电机进行驱动而行驶的串联混合动力车辆，
利用上述第2冷却水对驱动系统电气部件进行冷却的驱动系统电气部件用冷却水回路构成为与上述第2芯体部分以及上述水冷压缩机并列。
2.根据权利要求1所述的车辆的热交换装置，其中，
上述空冷式压缩机在上述制冷剂回路中，位于上述水冷式压缩机的下游侧，构成副冷却部。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的热交换装置，其中，
上述空冷式压缩机在上述第2散热器的下方与该第2散热器并列配置。
4.根据权利要求1或2所述的车辆的热交换装置，其中，
与上述第1冷却水相比，上述第2冷却水被控制为相对较低的温度。
5.根据权利要求1或2所述的车辆的热交换装置，其中，
将并列配置的上述第2散热器和上述空冷式压缩机组合后的整体外形与上述第1散热器的外形相对应。
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