JP2002192962A - 車両冷却システム - Google Patents
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Abstract
器のサイズを低減可能な車両冷却システムを提供する。 【解決手段】 本車両冷却システムは、周囲空気を受け
入れる入口14と、入口14から周囲空気を受容し、か
つ第1及び第2空気流路52、54を形成する第1及び
第2熱交換器28、40と、空気を入口14から第1及
び第2流路52、54を通って流すファン44と、第1
位置と第2位置間を移動可能なシャッター56と、シャ
ッター56を移動させるアクチュエータ88とを備え
る。
Description
ステムに関し、より詳しくは、燃料消費量を低減し、か
つより大きな牽引力を提供する車両冷却システムに関す
る。
ている。初期の内部燃焼エンジン(機関)を動力源とす
る車両の冷却システムは、該エンジンの空冷を与える、
該エンジンのシリンダの外部におけるフィンの設置と同
程度に単純であったのだが、それらは著しく発展した。
今日の世界において、液冷エンジンの使用は、エンジン
冷却液を冷却するため、車両にラジエータを備えること
を要求する。更には、エンジンがターボチャージャー付
きの場合、ターボチャージャーを出る圧縮空気の密度を
高め、エンジン効率を上げるため、該圧縮空気を冷却す
ることが望ましい。これには、いわゆる中間冷却器又は
給気冷却器を要する。
両方のようなエンジン及び/又はトランスミッション液
(流体)も、それらが接触する部品(コンポーネント)
に対する損傷を防ぐため、冷却を必要とする。
がほぼ完全にエンジン負荷に依存するので、パワートレ
イン(駆動伝達機構)熱交換器と呼称され得る。エンジ
ン負荷が大きくなると、排除されなければならない熱が
増加する。
ムにおいて稼動する空調システムが一般的に装備されて
いる。その結果、空調システムが、熱を周囲空気に排除
することによって冷媒を冷却するためのコンデンサ又は
ガス冷却器(ガスクーラー)(これらの用語は、ここで
は区別なく用いられる。)を含むことが必要である。冷
媒の排熱は、周囲温度と、一般に客室内に配置される空
調システムの制御設定とに関係するのに対し、パワート
レインの排熱は燃料燃焼速度に関係する。より多い燃料
消費量は、より多い、エンジン冷却液、給気、及びトラ
ンスミッション又はエンジン油の排熱を要求する。周囲
温度がパワートレインに要求される排熱を著しく増やす
ことはない。むしろ、それは、パワートレイン液と周囲
との間の温度差を単に縮小させる。
排熱速度は基本的に相互に独立であるため、一般通念の
適用は、それぞれのシステムのごく最小の組込みをもた
らし、そしてそこには、それらのどのような統合も全く
なかった。その結果、パワートレイン冷却システムと空
調システムの両方の和である総車両冷却システムは、必
要時に最大の排熱を保証する過度に大きな熱交換器、並
びに、最高速度の冷却空気が関係する全熱交換器を流通
可能であることを保証する比較的高いファン馬力要求を
もたらした。これは、該システムの費用を増やすのみな
らず、過大なファン馬力要求のため、それを操作する費
用を増やす。
題点を克服することに向けられる。
く改良された車両冷却システムを提供することである。
より詳しくは、本発明の目的は、そのような冷却システ
ムであって、ファン馬力要求が最小化され、かつ、同様
の車両のための従来の冷却システムに要求されるであろ
うものより小型の熱交換器の使用を可能とする冷却シス
テムを提供することである。
空気を受け入れる入口を含む車両冷却システムが提供さ
れる。第1及び第2熱交換器は、入口から周囲空気を受
容するため、入口に近接して設置され、また、周囲空気
によって冷却される第1及び第2熱交換流体を受容する
ようそれぞれ適合される。第1及び第2熱交換器は、各
一の熱交換器を通る平行な流体流において、入口から一
又は複数の排出箇所に延在する第1及び第2空気流路を
形成するよう、並列で(並んで)実質上非重ね合わせ関
係である。一又は複数のファンは、空気を入口から第1
及び第2流路を通って流すために設けられる。シャッタ
ーは、前記流路の一方に設置され、かつ、該一の流路を
通る空気流を比較的制限する第1位置と、該一の流路を
通る比較的無制限な空気流を許容する第2位置と、第1
及び第2位置の中間の追加位置との間を移動可能であ
る。アクチュエータは、シャッターを前記位置間に移動
させるために設けられる。
アクチュエータのために設けられる。
熱交換器は空調システム用のガス冷却器であり、シャッ
ターは第2流路にある。
相対可動格子蓋を備える。
熱交換器に対し固定され、他方の格子蓋は、第2熱交換
器に対し移動可能に取り付けられる。アクチュエータ
は、該可動取付格子蓋に連結される。
のファン駆動制御装置を含み、a)ファンの速度を制御
し、及びb)アクチュエータに対し位置制御信号を供給
するよう操作される。
を冷却するためのラジエータであり、第2熱交換器が空
調システム用のガス冷却器であることを企図する。制御
部は、「ファンON」設定値を提供するファン制御装置
と、第1流体の温度を監視するための変換器と、該監視
温度を設定値と比較し、アクチュエータに、a)監視温
度が設定値を超える際、シャッターを第1位置に向けて
移動させ、かつ、b)監視温度が設定値を超えない際、
シャッターを第2位置に向けて移動させるための比較器
とを含む。
体の隣接する側部として配列されることを企図する。
1熱交換器があり、第2熱交換器は、第1熱交換器の一
方に隣接する一の側部と、第1熱交換器の他方に隣接す
る反対の側部とを有する。第3熱交換器は第2熱交換器
の反対側に設置され、かつ、第1熱交換器の一方に隣接
する第1側部と、第1熱交換器の他方に隣接する反対の
側部とを有する。ファンは、熱交換器によって取り囲ま
れる。
は、台形断面を有する多角形体の各側部として配列され
る。
は、固定要素と、該固定要素に対する運動のために取り
付けられる可動要素とを含む。第1リンクは、第1ピボ
ットによって固定要素に連結され、また、アクチュエー
タに連結される。第2リンクは、第2ピボットによって
可動要素に連結され、かつ、第1ピボットから間隔がお
かれた第3ピボットによって第1リンクに連結される。
下の実施形態から明らかになるであろう。
ここに組み込まれる、Ehiersらの共に出願中の1998
年12月3日付け出願第09/194,993号に開示
されるようなラジアルファンを使用する冷却システムモ
ジュールに関連してここに記述されるが、本発明は、そ
れに開示されたモジュールにおいての使用に限定されな
いことが理解される。特に、Ehiersらは、熱交換器がラ
ジアルファンの半径方向外側に配列され、多角形体(po
lygonal solid)を形成する、いわゆる小型冷却システ
ムを開示する。しかしながら、本発明は、例えば、複数
の熱交換器が、空調システムのため、ガス冷却器の一側
部に設置されたパワートレイン熱交換器と実質共通面上
で並列関係に配列された他のモジュールでも有用であ
る。
般に半径方向外側に排出するファンと関連してここに記
述されるが、並列関係に配列された一又は複数の軸流フ
ァンを有し、かつ、空気を、一般にファンシュラウドで
ある共通ダクトを介して熱交換器組立体又はモジュール
内に通す組立体においても有用であることも認められ
る。
図2に関して記述される。一般に10で示される冷却シ
ステムパッケージが図示され、これは、シャフト16の
回転軸と同心の円形開口14が設けられたフロントパネ
ル12を含む。シャフト16は、電動機によって、及び
/又はファンベルト等によって内部燃焼エンジンに連結
されたシーブ18(図2)における回転力を受ける、選
択的に働くクラッチシステムを介して一般に駆動され
る。該内部燃焼エンジンは、推進目的のため、該クラッ
チシステムが用いれられる車両に使用される。パネル1
2は台形状であり、かつ、いくつかの熱交換器がパネル
12から後方に延在することが認められる。パネルの上
部20には、いわゆる給気冷却器22が配置される。図
2に示されるように、給気冷却器は、入口24及び出口
26を含む。入口24は、慣例的に、車両の推進エンジ
ンからの排気ガスによって駆動されるターボチャージャ
ーの出口に連結される。出口26は、圧縮燃焼空気を、
最後に、エンジンのシリンダに向ける。
構造であり得るラジエータ28と隣接する。ラジエータ
28は、推進エンジン用の冷却液系統の入口側に連結さ
れる、ヘッダー32それぞれからの下方ポート30を含
む。上方ポート34(図2)はクロス導管36に連結さ
れ得、クロス導管36は、推進エンジン用の冷却液系統
の排出側に連結された入口ポート38を有する。
又はガス冷却器40が設置される。ここに図示はしない
が、該ガス冷却器は、慣例的に、エンジン駆動コンプレ
ッサ(図示せず)に連結される入口ポートと、毛管又は
膨張弁のような膨張装置に連結される出口ポートとを有
する。
冷却器40の内向き側部は、入口に入る空気が通過し得
るそれぞれの前面領域を形成する。それぞれの前面領域
は、それらが関連する熱交換器に対して固有であること
に留意しなければならない。即ち、該前面領域は、多く
の慣用構造のように熱交換器が重ね合わされないので、
オーバーラップしない。
2、28、40及びパネル12によって形成されたハウ
ジング内に配置された、一般にトランスミッション油冷
却器である油冷却器(オイルクーラー)に連結され得
る。
口14と整列され、シャフト16の端部に取り付けられ
る。インペラは、熱交換器22、28、40に取り囲ま
れ、そのラジアル(半径方向)排出のため、空気流を外
側、熱交換器22、28及び40を通って冷給気、エン
ジン冷却液及び冷媒それぞれに向けることが認められ
る。
及び40を迂回するのを本質的に防ぐため、リアパネル
(図示せず)が、パネル12からインペラ44の反対側
に設置される。即ち、そのようなパネルは、入口14に
入る全空気が、別個の流路50、52、54を介し、給
気冷却器22、ラジエータ28及びガス冷却器40を通
って、図1に示される構造を取り囲む排出箇所に向けら
れることを保証するよう企図される。一の排出箇所は、
一般に、給気冷却器22の半径方向外側であり、50a
で示される。ラジエータ28に対する排出箇所は52a
で示され、一方、コンデンサ又はガス冷却器40に対す
る排出箇所は54aで示される。
は、コンデンサ40を通過する空気通路を制御するた
め、ガス冷却器40の半径方向外側に設置される。
テム56は、二つの格子蓋58及び60から成るように
見える。各格子蓋58及び60は一般に矩形であり、細
長いスロット62及び64を含む。スロット62及び6
4はバー66及び68によってそれぞれ分離される。図
3は、格子蓋60のバー68によって本質的に閉じられ
た格子蓋58のスロット62を示し、これは、シャッタ
ー56の実質的な閉位置に相当する。一方、図4は、シ
ャッター56の開位置に相当する、互いに整列された格
子蓋58及び60のスロット62及び64を示す。これ
を実現するため、格子蓋60は、格子蓋58上を移動す
なわちスライドするよう形成され、格子蓋58は、任意
の適当な手段によってコンデンサ又はガス冷却器40の
半径方向外側に重ね合わせ関係で取り付けられる。スラ
イド連結は、格子蓋60の側部における細長いスロット
70と、スロット70を通って延長し、格子蓋58に対
する重ね合わせ関係で格子蓋60を保持する一方、格子
蓋58、60間のスライド運動を可能とする頭付きピン
72とによって確立される。
る空気は、格子蓋58、60が図3に示される位置にあ
る際、厳しく制限されるのに対し、空気流は、格子蓋5
8、60が図4に示される相対位置にある際、実質上制
限がない。もちろん、図3及び図4に示された格子蓋5
8及び60の中間におけるそれらの種々の相対位置を選
択することにより、空気流は、上述した二つの極度間に
望み通り調節され得る。
するため、リンクシステムが設けられる。第1リンク
は、図3、図4中、74で示され。これは、図3及び図
4にのみ示される第2リンク76に連結される。
記述される。リンク74は、ピボットピン(図示せず)
を受容する開口78を含み、該ピボットピンによって固
定格子蓋58に対し回転される。開口78の反対側に
は、手動グリップ部として機能し得る拡大開口80があ
り、リンク74は、拡大開口80によって所望により手
動で移動され得る。開口78及び80間には弓状スロッ
ト82がある。スロット82は、ピボットピン84を受
容するよう適合され、ピボットピン84は、弓状スロッ
ト84の長さに沿う任意の所望位置で締め付けられ得
る。スロット82内のピン84の位置は、格子蓋58に
対する格子蓋60の位置の最初の位置決め又は校正を可
能とするため、調整可能である。一旦ピン84の所望位
置が出ると、それは締められ、校正が行われる。該ピボ
ットピンは、スロット82内で回転できないが、図3及
び図4に示されるように、リンク76の上端部86に回
転可能に連結される。追加のピボットピン84は、リン
ク76の下端部88を可動格子蓋60に連結する。
られ、リンク74は開口86によって、例えば空気アク
チュエータのようなアクチュエータ88(図6)に連結
され得る。従って、開口78に受容されたピボット周り
のリンク74の反時計方向回転は、格子蓋60を図4に
示される位置に向けて移動するようするのに対し、リン
ク74の時計方向運動は、格子蓋60を図3に示される
位置にするよう、格子蓋60がリンク76を上方に移動
させるようにする。
ンペラ44によって駆動される空気は、シャッター56
を閉じ、ガス冷却器40を通る排気を防ぐことにより、
パワートレイン構成要素、即ち、給気冷却器22及びラ
ジエータ28を通って増加され得ることが理解される。
一方、パワートレイン構成要素22、28並びにガス冷
却器40を通って流れる空気は、シャッターが開放する
際、発生する。
グ中、又は車両が部分エンジン負荷下で走行する際、パ
ワートレイン排熱は少ない一方、ガス冷却器排熱は多
い。この状況では、シャッター56が開放されることが
望ましい。他方、パワートレイン及び冷媒両方の排熱負
荷が高い場合、シャッターは、閉鎖されるか、又は、必
要な空気のみがガス冷却器40を通って流れ、それ故、
パワートレイン構成要素を通って流れる空気を最大にす
るように一部閉鎖されることが望ましい。このシャッタ
ー操作モードは、パワートレインを冷却するために要求
される空気の全体積流量を低減することにより、ファン
馬力要求を低減する。ファン操作時に別の方法で消費さ
れたエネルギーは、次いで、エンジンによって車両に動
力を供給するために使用され得、その結果として、エン
ジンによって生み出された力の大部分が、推進のため、
及び/又は燃料消費量が低減されるために利用できる。
それは、パワートレイン熱交換器のサイズを小さくもす
る。
イン排熱が多い場合、シャッターシステムが所定の一部
閉鎖又は完全閉鎖位置で作動し、それ故、パワートレイ
ン排熱を最大にするため、可能な最大パワートレイン空
気流を提供することも望ましい。
ような制御システムが設けられる。高度な車両は、慣例
的に、図6の90で示されるファン駆動制御装置を使用
する。該ファン駆動制御装置は、通常の入力を全て受信
し、かつ通常の出力を供給し、それは、慣用のファン駆
動速度制御装置94へのライン92上の出力に信号を出
し、ファン速度をゼロrpmから該システムにとっての最
大ファン速度まで制御する。位置フィードバック速度制
御信号は、ライン96上に供給される。
度変換器98からの入力を組み込むよう調節される。即
ち、変換器(トランスデューサ)の形態の温度監視装置
が、給気冷却器22を通る給気流並びにラジエータ28
を通るエンジン冷却液流の温度、並びに所望によりトラ
ンスミッション油温度を監視するため、種々の流体流ラ
インに使用される。該温度に対する設定値はファン駆動
制御装置90にプログラムされ、ファン駆動制御装置9
0は、監視温度を設定値に対し比較する役割を果たし、
ファン駆動速度制御装置94並びにアクチュエータに信
号を供給する。加えて、ちょうど変換器98がパワート
レイン構成要素によって生み出された排熱負荷の示度を
提供するように、空調システム内の圧力変換器100
は、空調システムにおける排熱負荷の示度としてその中
の圧力を監視する。制御装置90内の論理は、パワート
レイン液温度がわずかでも「ファンON」設定値を上回
るか否か、即ち、ファンが高速度で操作されるべきであ
る程、温度が十分に高いか否かについてを問うことによ
り、図7のボックス102で比較を行う。もし該温度が
設定値を上回るなら、ボックス104で示されるよう
に、ファン駆動制御装置は、最少要求空気流をガス冷却
器40に向ける一方、最大空気がパワートレイン熱交換
器22、28を通って流れるように、シャッター88を
一部閉鎖又は完全閉鎖位置に移動させる。他方、該比較
が、パワートレイン液温度がファンの設定値を上回らな
い情報をもたらすなら、ファン駆動制御装置90は、ア
クチュエータがシャッター56を開放位置に移動させ、
それ故、ガス冷却器40を通る無制限空気流を許容する
ようにする。これはボックス106に示される。
トレイン部分及び該システムの空調部分の両方内の操作
条件に応じて、ガス冷却器40を通る空気流を制御する
ことにより、上記利点が得られる。また、給気冷却器2
2及びラジエータ28のようなパワートレイン熱交換器
のサイズが縮小し得るようにファン馬力要求が減少する
ことが認められる。
いるシャッターシステムによって記述されたが、可動の
羽根又はフラップを用いる羽根シャッターシステムも同
様に使用可能である。可動格子蓋シャッターシステム
は、占有空間が小さいので好ましいが、車両用途におい
てしばしば高額となる。
る。
れるシャッターの拡大破断図である。
の図である。
るために用いられるリンクの平面図である。
る。
チンのフローチャートである。
Claims (11)
- 【請求項1】 車両冷却システムであって、 第1熱交換器であって、該第1熱交換器に特有の第1空
気流路を形成する第1前面領域を通って流れる周囲空気
で第1熱交換流体を冷却するため、第1熱交換流体を受
容するよう適合される第1熱交換器と、 第2熱交換器であって、該第2熱交換器に特有の第2空
気流路を形成する第2前面領域を通って流れる周囲空気
で第2熱交換流体を冷却するため、第2熱交換流体を受
容するよう適合される第2熱交換器とを備え、 第1及び第2熱交換器は互いに隣接配置され、かつ第1
及び第2前面領域は重なり合うことなく互いに隣接し、
その結果、第1前面領域を通って流れる周囲空気は第2
前面領域を通過する必要がなく、かつ第2前面領域を通
って流れる周囲空気は第1前面領域を通って流れる必要
がなく、 周囲空気を、第1及び第2前面領域の両方並びに第1及
び第2流路の両方を通って流れさせるための一又は複数
の共通ファンと、 第2流路にわたって延在し、第2流路を実質上開放し、
また実質上閉鎖する二つの位置間、及び該二つの位置の
中間を移動可能な可動シャッターと、 前記シャッターに連結される、該シャッターを前記位置
間に移動させるためのアクチュエータとを備えることを
特徴とする車両冷却システム。 - 【請求項2】 車両冷却システムであって、 周囲空気を受け入れる入口と、 入口から周囲空気を受容するため、入口に近接し、か
つ、周囲空気によって冷却される第1及び第2熱交換流
体を受容するようそれぞれ適合される第1及び第2熱交
換器とを備え、 第1及び第2熱交換器は、各一の熱交換器を通る平行な
流体流において、入口から一又は複数の排出箇所に延在
する第1及び第2空気流路を形成するよう、並列で実質
上非重ね合わせ関係であり、 空気を入口から第1及び第2流路を通って流すための一
又は複数のファンと、 前記流路の一方を通る空気流を比較的制限する第1位置
と、該一の流路を通る比較的無制限な空気流を許容する
第2位置と、第1及び第2位置の中間の追加位置との間
を移動可能な、該一の流路におけるシャッターと、 シャッターを前記位置間に移動させるためのアクチュエ
ータと、 アクチュエータの制御部とを備えることを特徴とする車
両冷却システム。 - 【請求項3】 前記第2熱交換器は空調システム用のガ
ス冷却器であり、前記シャッターは前記第2流路にある
請求項2記載の車両冷却システム。 - 【請求項4】 前記シャッターは、第1及び第2相対可
動格子蓋を備える請求項2記載の車両冷却システム。 - 【請求項5】 前記格子蓋の一方は第2熱交換器に対し
固定され、他方の格子蓋は、第2熱交換器に対し移動可
能に取り付けられ、アクチュエータは、該他方の格子蓋
に連結される請求項4記載の車両冷却システム。 - 【請求項6】 前記制御部は、a)前記ファンの速度を
制御し、及びb)アクチュエータに対し位置制御信号を
供給するファン操作のためのファン駆動制御装置を含む
請求項2記載の車両冷却システム。 - 【請求項7】 前記第1熱交換器は、エンジン冷却液を
冷却するためのラジエータであり、前記第2熱交換器は
空調システム用のガス冷却器であり、前記制御部は、
「ファンON」設定値を提供するファン制御装置と、前
記第1流体の温度を監視するための変換器と、該監視温
度を設定値と比較し、前記アクチュエータに、a)監視
温度が設定値を超える際、シャッターを第1位置に向け
て移動させ、かつ、b)監視温度が設定値を超えない
際、シャッターを第2位置に向けて移動させるための比
較器とを含む請求項2記載の車両冷却システム。 - 【請求項8】 前記第1及び第2熱交換器は多角形体の
隣接する側部として配列される請求項2記載の車両冷却
システム。 - 【請求項9】 二つの前記第1熱交換器があり、前記第
2熱交換器は、第1熱交換器の一方に隣接する一の側部
と、第1熱交換器の他方に隣接する反対の側部とを有
し、第2熱交換器の反対側の第3熱交換器は、第1熱交
換器の一方に隣接する第1側部と、第1熱交換器の他方
に隣接する反対の側部とを有し、前記ファンは、前記熱
交換器によって取り囲まれる請求項2記載の車両冷却シ
ステム。 - 【請求項10】 前記熱交換器は、台形断面を有する多
角形体の各側部として配列される請求項9記載の車両冷
却システム。 - 【請求項11】 前記シャッターは、固定要素と、該固
定要素に対する運動のために取り付けられる可動要素
と、第1ピボットによって固定要素に連結され、かつア
クチュエータに連結される第1リンクと、第2ピボット
によって可動要素に連結され、かつ第1ピボットから間
隔がおかれた第3ピボットによって第1リンクに連結さ
れる第2リンクとを含む請求項2記載の車両冷却システ
ム。
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