JP2008196424A - 車両用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれの回路に個別の循環手段を設けることなく、内燃機関を冷却する冷却水の回路と、この内燃機関とは発熱状態が異なる他の冷却対象を冷却する冷却水の回路とで冷却水の循環を行う。
【解決手段】エンジン１を冷却する冷却水が循環する閉ループの循環流路には、冷却水を冷却する第１および第２の熱交換器２，３と、空調システムに用いられる冷媒を冷却する水冷凝縮器４と、切換手段と、単一の循環ポンプ１２が設けられている。この切換手段により、水冷凝縮器４を含む冷却水の回路を切り替えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用冷却装置に関する。

従来より、循環する冷却水を用いて内燃機関を冷却する熱交換手段（ラジエータ）が知られている。このラジエータは、夏期の登坂路走行といったように、内燃機関の負荷状態のピークを想定して、その容積が設定されているため、通常時では、その放熱性能が余剰となる傾向がある。また、空調システムに用いられる冷媒を冷却する熱交換手段（凝縮器）も知られている。この凝縮器は、夏期の炎天下放置後の始動時に行われるクールダウン（急速冷房）のように、空調システムの負荷状態のピークを想定して、その容積が設定されているため、車室内の温度が低下した後では、その放熱性能が余剰となる傾向がある。

そこで、内燃機関の冷却と、空調システムに用いられる冷媒の冷却とにおける冷却水を共通化し、ラジエータと凝縮器とに冷却水を分配することにより、放熱モードを切り替え、これにより、これらを統合的に冷却する手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この類の手法では、例えば、内燃機関の負荷が低い状態では、ラジエータ側よりも凝縮器側に冷却水を分配し、ラジエータの放熱面積を小さくし、凝縮器の放熱面積を大きくする。また、内燃機関の負荷が高い状態では、凝縮器側よりもラジエータ側に冷却水を分配し、凝縮器の放熱面積を小さくし、ラジエータ側の放熱面積を大きくする。これにより、エンジンルーム内における熱交換手段の容積の低減を図ることができる。
特表２００５−５０９７７７号公報 特開平６−８１６４８号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された手法によれば、ラジエータを流れる冷却水の回路と、凝縮器を流れる冷却水の回路とがそれぞれ独立して構成されている。そのため、それぞれの回路において、冷却水を循環させるポンプが必要となるという問題が生じるとともに、その構造が複雑化するという不都合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、それぞれの回路に個別の循環手段を設けることなく、内燃機関を冷却する冷却水の回路と、この内燃機関とは発熱状態が異なる他の冷却対象を冷却する冷却水の回路とにおいて冷却水の循環を行うことにある。

かかる課題を解決するために、本発明は、循環流路と、第１の熱交換手段と、第２の熱交換手段と、第３の熱交換手段と、切換手段と、単一の循環手段とを有する車両用冷却装置を提供する。ここで、循環流路は、内燃機関を冷却する冷却水が循環する閉ループを構成している。第１の熱交換手段は、循環流路に設けられており、空気と冷却水との間で熱交換を行う。第２の熱交換手段は、循環流路に設けられており、空気と冷却水との間で熱交換を行う。第３の熱交換手段は、循環流路に設けられており、冷却水と、内燃機関の発熱状態とは異なる他の冷却対象との間で熱交換を行う。切換手段は、循環流路に設けられており、この循環流路を流れる冷却水の回路を設定する。単一の循環手段は、循環流路に設けられており、冷却水を循環させる。この場合、切換手段は、第１から第５の冷却回路を設定可能な回路として有している。第１の冷却回路は、内燃機関を通過した冷却水を、第１の熱交換手段を通過させて、内燃機関に循環させる。第２の冷却回路は、内燃機関を通過した冷却水を、第１の熱交換手段をバイパスさせて、内燃機関に循環させる。第３の冷却回路は、内燃機関を通過した冷却水を、第１の熱交換手段をバイパスさせるとともに、第２の熱交換手段、第３の熱交換手段の順番で通過させて、内燃機関に循環させる。第４の冷却回路は、内燃機関を通過した冷却水を、第１の熱交換手段、第２の熱交換手段の順番で通過させて、内燃機関に循環させる。第５の冷却回路は、内燃機関を通過した冷却水を、第１の熱交換手段、第２の熱交換手段、第３の熱交換手段の順番で通過させて、内燃機関に循環させる。また、循環手段は、内燃機関内を含む、第１から第５の冷却回路全てに共通する流路上の任意の位置に設けられている。

本発明によれば、内燃機関の発熱状態とは異なる他の冷却対象を冷却する冷却水が循環する回路と、内燃機関を冷却する冷却水が循環する回路とを共用することができ、互いに回路に個別に循環手段を設ける必要がない。これにより、装置の簡素化を図ることができるとともに、コストの低減を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる車両用冷却装置を示すブロック構成図である。この車両用冷却装置は、駆動用の内燃機関であるエンジン１の冷却と、空調システムに用いられる冷媒の冷却とを統合的に行う。

エンジン１側の冷却システムは、冷却水を用いてエンジン１の冷却を行う水冷タイプであり、循環流路と、第１の熱交換器２と、第２の熱交換器３とで構成されている。循環流路は、エンジン１を冷却する冷却水が循環する閉ループの流路であり、エンジン１における冷却水の出口側から延在すると、その先が複数に分岐しており、また、分岐した流路が合流し、その後、エンジン１における冷却水の入口側に接続する。この循環流路において、エンジン１の近傍には、単一の循環ポンプ１２が設けられており、この循環ポンプ１２を作動させることにより、エンジン１を通過した冷却水（エンジン１の冷却に利用された冷却水）は、循環流路にしたがって流路内を流れ、エンジン１側に再度供給される。この循環流路において、冷却水が循環する過程には、第１の熱交換器２および第２の熱交換器３が設けられており、第１の熱交換器２および第２の熱交換器３は、冷却水の流路の一部を構成している。第１の熱交換器２および第２の熱交換器３は、その内部を冷却水が通過する際に、空気と冷却水との間で熱交換を行い、これにより、冷却水を冷却する。

一方、空調システム側の冷却システムは、エンジン１冷却用の冷却水を用いて冷媒の冷却を行う水冷タイプと、空気を用いて冷媒の冷却を行う空冷タイプとの併用式であり、水冷凝縮器４と、空冷凝縮器６とで構成されている。水冷凝縮器４は、エンジン１の冷却システムである循環流路に設けられており、冷却水の流路の一部を構成しているとともに、空調システムの冷凍サイクルの一部を構成する。水冷凝縮器４は、その内部を冷却水および冷媒が通過する過程において、冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、これにより、冷媒を冷却する。また、空冷凝縮器６は、空調システムの冷凍サイクルの一部を構成しており、水冷凝縮器４の下流工程に設けられている。空冷凝縮器６は、その内部を冷媒が通過する過程において、冷却水と空気との間で熱交換を行い、これにより、冷媒を冷却する。この空冷凝縮器６は、水冷凝縮器４の放熱量よりも大きな放熱量となるように、その容積が設定されている。

ここで、空調システムの冷凍サイクルにおける冷媒は、以下に示すサイクルで循環している。具体的には、コンプレッサ５により圧縮された高温高圧のガス冷媒は、水冷凝縮器４に供給され、その後、空冷凝縮器６に供給される。水冷凝縮部４および空冷凝縮器６において熱交換が行われると、ガス冷媒は高圧の液冷媒又は気液混合冷媒となる。空冷凝縮器６からの冷媒は、リキッドタンク（図示せず）において気液分離され、その後、膨張弁７で断熱膨張させて低温低圧の液冷媒又は気液混合冷媒とし、エバポレータ８で車室内の空気と熱交換させて低圧のガス冷媒とした後、コンプレッサ５に戻される。

本実施形態の特徴の一つとして、エンジン１側の冷却システムを構成する循環流路には、第１の回路切替部９と、第２の回路切替部１０と、流量制御部１１とが設けられている。エンジン１を通過して、再度エンジン１に循環する冷却水は、第１の回路切替部９と、第２の回路切替部１０と、流量制御部１１とによって、その循環する回路が切り替えられる。第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１は、循環流路を構成する各流路の分岐部位等に設けられたバルブ等によって構成されており、流路の開放・遮断を行うこととともに、流量制御を行うができる。

第１の回路切替部９は、冷却水の循環過程において、冷却水の流れを以下に示すパターンで切り替える機能を担っている。第１に、第１の回路切替部９は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２に流すのか、それとも、第１の熱交換器２をバイパスさせて流すのかを切り替える。第２に、第１の回路切替部９は、第１の熱交換器２をバイパスさせて冷却水を流した場合には、そのバイパスさせた冷却水を、第２の熱交換器３に流すのか、それとも、第２の熱交換器３をバイパスさせてエンジン１に循環させるのかを切り替える。この第２のパターンにおいて、第１の回路切替部９は、バイパスさせた冷却水の流れを、第２の熱交換器３側と、エンジン１への循環側との間で択一的に切り替えるのみならず、第２の熱交換器３側と、エンジン１への循環側との双方へと分配することもできる。

第２の回路切替部１０は、冷却水の循環過程において、冷却水の流れを以下に示すパターンで切り替える機能を担っている。第２の回路切替部１０は、第２の熱交換器３を通過した冷却水を、水冷凝縮器４を通過させてその後にエンジン１に循環させるのか、それとも、水冷凝縮器４をバイパスさせてエンジン１に循環させるのかを切り替えることができる。

流量制御部１１は、第１の回路切替部９と協働することにより、第１の熱交換器２を通過した冷却水を、第２の熱交換器３に流すのか、それとも、エンジン１に循環させるのかを切り替えることができる。また、流量制御部１１は、第１の熱交換器２を通過した冷却水の流れを、第２の熱交換器３側と、エンジン１の循環側との間で択一的に切り替えるのみならず、第２の熱交換器３側と、エンジン１の循環側との双方へと分配することともでき、かつ、冷却水の分配割合を制御することができる。

これら第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１の切替パターンにより、循環流路を流れる冷却水の回路は、以下に示す５つの回路（冷却回路）Ｃ１〜Ｃ５に設定することができる。まず、第１の冷却回路Ｃ１は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２を通過させて、エンジン１に循環させる。第２の冷却回路Ｃ２は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２をバイパスさせて、エンジン１に循環させる。第３の冷却回路Ｃ３は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２をバイパスさせて流すとともに、第２の熱交換器３、水冷凝縮器４の順番で通過させて、エンジン１に循環させる。第４の冷却回路Ｃ４は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３の順番で通過させて、エンジン１に循環させる。第５の冷却回路Ｃ５は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３、水冷凝縮器４の順番で通過させて、エンジン１に循環させる。

なお、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１は、個々の冷却回路Ｃ１〜Ｃ５を単独で設定可能であるとともに、第２の冷却回路Ｃ２および第３の冷却回路Ｃ３といったように、異なる冷却回路Ｃ１〜Ｃ５を並列的に設定することもできる。

図２は、本実施形態にかかる車両用冷却装置を制御する制御部２０を含むブロック構成図である。制御部２０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部２０は、ＲＯＭ内に格納された制御プログラムに従い、車両の冷却に関する各種の処理を行う。本実施形態との関係において、制御部２０は、エンジン１の負荷状態、空調システムの負荷状態に基づいて、エンジン１および空調システムの冷媒に関する放熱モードを設定し、この放熱モードに従って、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１を制御することにより、冷却水の流れる冷却回路を設定する。

制御部２０は、エンジン１の負荷状態、空調システムの負荷状態を特定するために、各種センサ２１〜２３からの検出信号が入力されている。水温センサ２１は、エンジン１を通過した冷却水の温度（以下「エンジン出口温度」という）Ｔw1を検出するセンサである。また、水温センサ２２は、第２の熱交換器３を通過した冷却水の温度（以下「第２熱交換器出口温度」という）Ｔw2を検出するセンサである。圧力センサ２３は、コンプレッサ５から吐出される冷媒の圧力Ｐrを検出するセンサである。

図３は、本実施形態にかかる冷却処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定間隔で呼び出され、制御部２０によって実行される。まず、制御部２０は、以下に示すステップを行う前提として、各種センサ２１〜２３によって検出される検出値を読み込む。ここで読み込まれる検出値としては、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1と、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2と、冷媒の圧力Ｐｒとが挙げられる。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が、第1の温度判定値Ｔwth1よりも大きいか否かが判定される。一般に、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1は、エンジン１の負荷状態が高い程、その値が大きくなり、エンジン１の負荷状態が低い程、その値が小さくなる傾向がある。そこで、このステップ１では、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1を用いて、エンジン１の負荷状態を判定する。第1の温度判定値Ｔwth1は、エンジン１の低負荷状態を判定するための値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている。本実施形態では、第1の温度判定値Ｔwth1として、低負荷状態におけるエンジン出口温度Ｔw1の上限値（例えば、８５℃）が設定されている。

このステップ１において否定判定された場合、すなわち、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が第1の温度判定値Ｔwth1以下の場合には（Ｔw1≦Ｔwth1）、ステップ２（Ｓ２）に進む。一方、ステップ１において肯定判定された場合、すなわち、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が第1の温度判定値Ｔwth1よりも大きい場合には（Ｔw1＞Ｔwth1）、後述するステップ６（Ｓ６）に進む。

ステップ２において、冷媒の圧力Ｐrが、冷媒圧力判定値Ｐrth以下であるか否かが判定される。一般に、空調システムにおけるコンプレッサ５から吐出される冷媒の圧力Ｐrは、空調システムの負荷状態が高い程、その値が大きくなり、空調システムの負荷状態が低い程、その値が小さくなる傾向がある。そこで、ステップ２では、冷媒の圧力Ｐrを用いて、空調システムの負荷状態を判定する。冷媒圧力判定値Ｐrthは、空調システムの負荷状態が高いのかそれとも低いのかを判定するための境界値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている（例えば、１２kgf/cm²）。

このステップ２において肯定判定された場合、すなわち、冷媒の圧力Ｐrが冷媒圧力判定値Ｐrth以下の場合には（Ｐr≦Ｐrth）、ステップ３（Ｓ３）に進む。一方、ステップ２において否定判定された場合、すなわち、冷媒の圧力Ｐrが冷媒圧力判定値Ｐrthよりも大きい場合には（Ｐr＞Ｐrth）、後述するステップ４（Ｓ４）に進む。

ステップ３では、エンジン１が低負荷状態であること（Ｔw1≦Ｔwth1）、かつ、空調システムが低負荷状態であること（Ｐr≦Ｐrth）に基づいて、放熱モードが、第１の放熱モードに設定される。この第１の放熱モードの設定に伴い、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１が制御されて、循環流路を流れる冷却水の回路が、第２の冷却回路Ｃ２に設定される。そのため、図４（ａ）に示すように、エンジン１側の冷却システムにおいて、冷却水は、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２をバイパスして、エンジン１に循環する。また、空調システム側の冷却システムにおいて、水冷凝縮器４を含む回路には冷却水が流れないので、コンプレッサ５からの冷媒は、空冷凝縮器６を主体として冷却が行われる。

ステップ４において、推定冷媒温度Ｔrが、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に定数αを加算した値よりも大きいか否かが判定される。推定冷媒温度Ｔrは、コンプレッサ５から吐出された冷媒温度の推定値であり、冷媒の圧力Ｐrに基づいて一義的に算出することができる。空調システムが高負荷状態であったとしても、冷媒の温度（推定値）が、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2よりも小さい場合には、冷却水を水冷凝縮器４に流し、水冷凝縮器４を併用して冷媒を冷却する必要性はない。そこで、推定冷媒温度Ｔrと、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2とを比較することにより、冷却水を水冷凝縮器４に流すようなシチュエーションであるか否かを判断する。なお、このステップ４では、制御のハンチングを抑制するといった観点から、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に所定の定数αを加算した上で、冷媒推定温度Ｔrとの比較を行う。この定数αは、実験やシミュレーションを通じてその最適値を予め設定することができる。

このステップ４において否定判定された場合、すなわち、推定冷媒温度Ｔrが冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に定数αを加算した値以下の場合には（Ｔr≦Ｔw2＋α）、上述したステップ３に進み、放熱モードを第１の放熱モードに設定する。一方、ステップ４において肯定判定された場合、すなわち、推定冷媒温度Ｔrが冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に定数αを加算した値よりも大きい場合には（Ｔr＞Ｔw2＋α）、ステップ５（Ｓ５）に進む。

ステップ５において、エンジン１が低負荷状態であること（Ｔw1≦Ｔwth1）、かつ、空調システムが高負荷状態であること（Ｐr＞Ｐrth）に基づいて、放熱モードが、第２の放熱モードに設定される。この第２の放熱モードの設定に伴い、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１が制御されて、循環流路を流れる冷却水の回路が、第２の冷却回路Ｃ２および第３の冷却回路Ｃ３に設定される。そのため、図４（ｂ）に示すように、エンジン１側の冷却システムにおいて、冷却水は、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２をバイパスして、エンジン１に循環する回路と、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２をバイパスして、第２の熱交換器３、水冷凝縮器４を順次通過して、エンジン１に循環する回路との双方を流れる。また、空調システム側の冷却システムにおいて、水冷凝縮器４を含む第３の冷却回路Ｃ３に冷却水（第２の熱交換器３を通過した冷却水）が流れるので、コンプレッサ５からの冷媒は、水冷凝縮器４と空冷凝縮器６とによってその冷却が行われる。

ステップ６において、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が、第２の温度判定値Ｔwth2以上であるか否かが判定される。このステップ６は、ステップ１と同様に、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1を用いて、エンジン１の負荷状態を判定する。第２の温度判定値Ｔwth1は、エンジン１の高負荷状態を判定するための値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている。本実施形態では、第２の温度判定値Ｔwth2として、高負荷状態におけるエンジン出口温度Ｔw1の下限値（例えば、１０５℃）が設定されている。

このステップ６において肯定判定された場合、すなわち、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が第２の温度判定値Ｔwth1以上の場合には（Ｔw1≧Ｔwth2）、ステップ７（Ｓ７）に進む。一方、ステップ６において否定判定された場合、すなわち、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が第２の温度判定値Ｔwth2よりも小さい場合には（Ｔw1＜Ｔwth2）、後述するステップ８（Ｓ８）に進む。

ステップ７において、エンジン１が高負荷状態であること（Ｔw1≧Ｔwth2）に基づいて、放熱モードが、第４の放熱モードに設定される。この第４の放熱モードの設定に伴い、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１が制御されて、循環流路を流れる冷却水の回路が、第１の冷却回路Ｃ１および第４の冷却回路Ｃ４に設定される。そのため、図４（ｄ）に示すように、エンジン１側の冷却システムにおいて、冷却水は、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２を通過して、エンジン１に循環する回路と、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３を順次通過して、エンジン１に循環する回路との双方を流れる。また、空調システム側の冷却システムにおいて、水冷凝縮器４を含む回路には冷却水が流れないので、コンプレッサ５からの冷媒は、空冷凝縮器６を主体としてその冷却が行われる。

ステップ８において、従前の処理サイクルにおいて選択された放熱モードが第４の放熱モードであるか否かが判定される。このステップ８において肯定判定された場合、すなわち、従前の処理サイクルの放熱モードが第４の放熱モードである場合には、ステップ９（Ｓ９）に進む。一方、ステップ８において否定判定された場合、すなわち、従前の処理サイクルの放熱モードが第４の放熱モードではない場合には、後述するステップ１０（Ｓ１０）に進む。

ステップ９において、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が、第２の温度判定値Ｔwth2から定数γを減じた値よりも小さいか否かが判定される。エンジン１が高負荷状態に対応して、放熱モードを第4の放熱モードを設定した場合、冷却水が第１の熱交換器２および第２の熱交換器３を通過することにより、冷却水が冷却されやすくなる。そのため、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が第２の温度判定値Ｔwth2よりも一時的に小さくなることが考えられるが、エンジン１の冷却が不十分なままで、後述するステップ１１で述べるように、空調システムの高負荷状態に対応して、放熱モードを第3の放熱モードに設定した場合には、再度、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が第２の温度判定値Ｔwth2以上となってしまうことなる。このように、第3の放熱モードと、第4の放熱モードとが交互に繰り返されるといった、制御のハンチングを防止する観点から、一度、第４の放熱モードが設定された場合には、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が、第２の温度判定値Ｔwth2から定数γだけ低下するまで、第４の放熱モードを継続する。ここで、定数γは、制御のハンチングを抑制するといった観点から、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定することができる。

ステップ９において肯定判定された場合、すなわち、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が、第２の温度判定値Ｔwth2から定数γを減じた値よりも小さい場合には（Ｔw1＜Ｔwth2−γ）、ステップ１０（Ｓ１０）に進む。一方、ステップ９において否定判定された場合、すなわち、冷却水のエンジン出口温度Ｔw1が、第２の温度判定値Ｔwth2から定数γを減じた値以上の場合には（Ｔw1≧Ｔwth2−γ）、上述したステップ７に進む。

ステップ１０において、冷媒の圧力Ｐｒが、冷媒圧力判定値Ｐrthよりも大きいか否かが判定される。このステップ１０では、ステップ２と同様に、冷媒の圧力Ｐｒを用いて、空調システムの負荷状態を判定する。冷媒圧力判定値Ｐrthは、空調システムの負荷状態が高いのかそれとも低いのかを判定するための境界値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている（例えば、１２kgf/cm²）。

このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、冷媒の圧力Ｐrが冷媒圧力判定値Ｐrthよりも大きい場合には（Ｐr＞Ｐrth）、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、冷媒の圧力Ｐrが冷媒圧力判定値Ｐrth以下の場合には（Ｐr≦Ｐrth）、上述したステップ７に進む。

ステップ１１において、エンジン１の負荷状態が低負荷から高負荷の間にあること（Ｔwth1＜Ｔw1＜Ｔwth2）、空調システムが高負荷状態であること（Ｐr＞Ｐrth）に基づいて、放熱モードが、第３の放熱モードに設定される。この第３の放熱モードの設定に伴い、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１が制御されて、循環流路を流れる冷却水の回路が、第１の冷却回路Ｃ１および第５の冷却回路Ｃ５に設定される。そのため、図４（ｃ）に示すように、エンジン１側の冷却システムにおいて、冷却水は、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２を通過して、エンジン１に循環する回路と、エンジン１を通過した後に、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３、水冷凝縮器４を順次通過して、エンジン１に循環する回路との双方を流れる。また、空調側の冷却システムにおいて、水冷凝縮器４を含む第５の冷却回路Ｃ５に冷却水（第１の熱交換器２および第２の熱交換器３をそれぞれ通過した冷却水）が流れるので、コンプレッサ５からの冷媒は、水冷凝縮器４と空冷凝縮器６とによってその冷却が行われる。

ステップ１２（Ｓ１２）において、従前の処理サイクルにおいて選択された放熱モードが第３の放熱モードであるか否かが判定される。このステップ１２において肯定判定された場合、すなわち、従前の処理サイクルの放熱モードが第３の放熱モードである場合には、ステップ１３（Ｓ１３）に進む。一方、ステップ１２において否定判定された場合、すなわち、従前の処理サイクルの放熱モードが第３の放熱モードではない場合には、本ルーチンを抜ける。

ステップＳ１３において、推定冷媒温度Ｔrが、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に定数βを加算した値よりも大きいか否かが判定される。第３の放熱モードでは、エンジン１が低負荷状態であるため、冷媒の温度（推定値）が、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2よりも大きい場合には、冷却水を積極的に水冷凝縮器４に流し、冷媒の冷却を促進させることが好ましい。そこで、推定冷媒温度Ｔrと、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2とを比較することにより、冷却水を水冷凝縮器４に積極的に流すようなシチュエーションであるか否かを判断する。なお、このステップ１３では、制御のハンチングを抑制するといった観点から、冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に所定の定数βを加算した上で、冷媒推定温度Ｔrとの比較を行う。この定数βは、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定することができる。

このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、推定冷媒温度Ｔrが冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に定数βを加算した値よりも大きい場合には（Ｔr＞Ｔw2＋β）、ステップ１４（Ｓ１４）に進む。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、推定冷媒温度Ｔrが冷却水の第２熱交換器出口温度Ｔw2に定数βを加算した値以下の場合には（Ｔr≦Ｔw2＋β）、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。

ステップ１４において、流量制御部１１が制御されて、第５の冷却回路、すなわち、第２の熱交換器３に流れる冷却水が多くなるように流量分配が設定される。これに対して、ステップ１５において、流量制御部１１が制御されて、第１の冷却回路、すなわち、第２の熱交換器３をバイパスする冷却水が多くなるように流量分配が設定される。

このように本実施形態にかかる車両用冷却装置は、循環流路と、第１の熱交換手段と、第２の熱交換手段と、第３の熱交換手段と、切換手段と、単一の循環手段とを主体に構成されている。ここで、循環流路は、内燃機関であるエンジン１を冷却する冷却水が循環する閉ループとなっている。第１の熱交換手段は、循環流路に設けられており、空気と冷却水との間で熱交換を行う機能を担っており、本実施形態では、第１の熱交換器２がこれに相当する。第２の熱交換手段は、循環流路に設けられており、空気と冷却水との間で熱交換を行う機能を担っており、本実施形態では、第２の熱交換器３がこれに相当する。第３の熱交換手段は、循環流路に設けられており、冷却水と、エンジン１の発熱状態とは異なる他の冷却対象との間で熱交換を行う機能を担っている。本実施形態では、空調システムの冷凍サイクルの一部を構成して、この空調システムにおける冷媒を冷却対象とする水冷凝縮器４が、この第３の熱交換手段に相当する。切換手段は、循環流路に設けられており、この循環流路を流れる冷却水の回路を設定する機能を担っており、本実施形態では、第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１がこれに相当する。単一の循環手段は、循環流路に設けられており、冷却水を循環させる機能を担っており、本実施形態では、循環ポンプ１２がこれに該当する。

ここで、切換手段は、第１から第５の冷却回路Ｃ１〜Ｃ５を設定可能な回路として有している。ここで、第１の冷却回路Ｃ１は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２を通過させて、エンジン１に循環させる。第２の冷却回路Ｃ２は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２をバイパスさせて、エンジン１に循環させる。第３の冷却回路Ｃ３は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２をバイパスさせるとともに、第２の熱交換器３、水冷凝縮器４の順番で通過させて、エンジン１に循環させる。第４の冷却回路Ｃ４は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３の順番で通過させて、エンジン１に循環させる。第５の冷却回路Ｃ５は、エンジン１を通過した冷却水を、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３、水冷凝縮器４の順番で通過させて、エンジン１に循環させる。循環ポンプ１２は、エンジン１内を含む、第１から第５の冷却回路Ｃ１〜Ｃ５全てに共通する流路上の任意の位置に設けられている。

かかる構成によれば、エンジン１を冷却する冷却水が流れる閉ループの循環流路に、空調システムに用いられる冷媒を冷却する水冷凝縮器４が設けられており、必要に応じて、冷却水が循環する回路を、水冷凝縮器４を経由するように設定することができる。よって、水冷凝縮器４を経由して冷却水が流れる回路と、エンジン１側の冷却に供される熱交換器２，３を経由して冷却水が流れる回路とを共用することができ、水冷凝縮器４側の回路に別途ポンプを設ける必要がない。これにより、装置の簡素化を図ることができるとともに、コストの低減を図ることができる。

ところで、空調システムの冷凍サイクルにおいて冷媒を冷却する凝縮手段では、過冷却部を持たせた、所謂、サブクールコンデンサが主流となっている。これは、過冷却部の容積を大きく設定することにより、高圧側の冷媒のエンタルピーの差を大きくすることができるだけでなく、膨張過程で生じる気液二層域の範囲が小さくでき、システム効率が向上するからである。

しかしながら、水冷式のみで過冷却部を構成した場合、過冷却専用の水冷領域と、冷却水の放熱領域とが必要となるばかりか、それらを接続する流路が必要となるため、システム構成が複雑化するととも、コストが高くなってしまう。

また、内燃機関を通過した高温の冷却水が、水冷凝縮器に流入した際には、冷媒の圧力が急激に上昇する。そのため、空調性能が大幅に悪化するとともに、圧力上昇に伴うコンプレッサの動力増加と燃費の悪化が懸念される。

さらに、空調システムの高負荷状態では、空調システムの冷媒は、その温度が、気層域で６０〜１３０℃、気液二層域で５０〜６０℃、液層域で３５〜５０℃程度となる。凝縮手段を水冷式のみで構成した場合、冷却水の温度は外気温＋５℃程度となる。そのため、気層域では、温度差を大きくすることができるが、気液二層域・液層域では、空冷式と比較して、温度差を大きくすることができない。

しかしながら、本実施形態にかかる車両用冷却装置は、空調システムの冷凍サイクルの一部を構成して、当該空調システムにおける冷媒を冷却対象とする空冷凝縮器６をさらに有している。この空冷凝縮器６は、空冷凝縮器は、前記空調システムにおける冷媒の流れにおいて、前記水冷凝縮器の下流に配置されている。

かかる構成によれば、空冷凝縮器６によって過冷却部を構成することができる。これにより、システムの簡素化を図ることができるとともに、冷媒の凝縮手段として、水冷凝縮器４と空冷凝縮器６とを併用することにより、上述した問題点を解消することができる。

図５は、内燃機関側を冷却する熱交換器と、冷媒を冷却する凝縮器とに関する放熱量の推移を示す実験結果（同図（ａ））であり、両者の放熱面積の概念を示す（同図（ｂ））。同図（ａ）では、高外気温時において、車両ソーク（エンジンの停止状態）からエンジンを始動し、空調システムによってクールダウン（急速冷房）を行いつつ、麓から山頂へと到達する登坂路を走行した際の、熱交換器の放熱量Ｌ１と、凝縮器の放熱量Ｌ２と、熱交換器および凝縮器の総放熱量Ｌ３を示している。同図に示すように、熱交換器と凝縮器との放熱量Ｌ１，Ｌ２のピークが同時に発生することはない。また、凝縮器の放熱量Ｌ２は、クールダウンの後期（室内温度が低下した時期）になっても、クールダウンの初期から半減しないことがわかる。よって、エンジンの高負荷時、水冷凝縮器４へ冷却水を流さないにしても、冷媒に対する冷却性能を悪化させないために、空冷凝縮器６の発熱量を、水冷凝縮器４の発熱量よりも大きくする必要がある。そのため、本実施形態では、空冷凝縮器６は、水冷凝縮器４の放熱量よりも大きな放熱量となるようにその容積が設定されている。

また、同図（ｂ）に示すように、空調システムによってクールダウンを行っている場合には、熱交換器（ａ）側において放熱量の未活用領域Ａが存在し、車室内の温度が低下して、登坂路を走行している場合には、凝縮器（ｂ）側において未活用領域Ｂが存在し、また、登坂路走行が終了することにより、熱交換器（ａ）および凝縮器（ｂ）による放熱量は領域Ｃだけ低減する。そこで、本実施形態では、エンジン１の負荷状態と、空調システムの負荷状態とに基づいて、切換手段（第１の回路切替部９、第２の回路切替部１０および流量制御部１１）を制御する制御部２０をさらに有している。このように、エンジン１の負荷状態、空調システムの負荷状態に応じて、冷却回路を設定し、第１および第２の熱交換器２，３および水冷凝縮器４に関する放熱割合を振り分けることにより、その分、これらの装置の小型化を達成することができる。

ここで、制御部２０は、エンジン１が低負荷状態で、かつ、空調システムが低負荷状態の場合には、切換手段を制御して、第２の冷却回路を設定する。これにより、エンジン１の暖機を促進することができる。

また、制御部２０は、エンジン１が低負荷状態で、かつ、空調システムが高負荷状態の場合には、切換手段を制御して、第２の冷却回路と第３の冷却回路とを設定する。これにより、エンジン１の暖機を促進することができるとともに、空調性能の悪化を抑制することができる。

また、制御部２０は、エンジン１の負荷状態が低負荷から高負荷の間で、かつ、空調システムが高負荷状態の場合には、切換手段を制御して、第１の冷却回路と第５の冷却回路とを設定する。これにより、クールダウン開始後において、水冷凝縮器４から多くの熱を放出することができる。

さらに、制御部２０は、エンジン１が高負荷状態の場合には、切換手段を制御して、第１の冷却回路と第４の冷却回路とを設定する。これにより、エンジン１の冷却を促進させるとともに、空調性能の大幅な悪化を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態にかかる車両用冷却装置を示すブロック構成図および概略斜視図である。本実施形態の車両用冷却装置が、第１の実施形態のそれと相違する点は、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３および空冷凝縮器６のレイアウトを規定した点にある。なお、本実施形態の車両用冷却装置は、その構成においては第１の実施形態のそれと同じであり、同一の構成については、参照符号を引用し、重複する説明は省略する
同図（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３および空冷凝縮器６が一体的に組み付けられている。具体的には、車両の前端部側において、車両後方側に、第１の熱交換器２が配置され、その前方に、第２の熱交換器３および空冷凝縮器６が配置されている。ここで、第２の熱交換器３は、空冷凝縮器６の鉛直上方に配置されている。

かかる構成によれば、３つの熱交換器（第１の熱交換器２、第２の熱交換器３および空冷凝縮器６）のうち、一番高温となる第１の熱交換器２を、他の熱交換器（第２の熱交換器３および空冷凝縮器６）よりも車両の後方側に配置することにより、より効率的に熱交換を行うことができる。

また、第２の熱交換器３を空冷凝縮器６の鉛直上方に配置することで、比較的に低い温度で冷却することが必要な空冷凝縮器６が車両の下方に配置される。車両の下方は、風速が早く、また、エンジン１からの熱気の吹き戻しの影響が小さいので、空冷凝縮器６における冷却をより効果的に行うことができる。

また、上述した実施形態のように、第１の熱交換器２、第２の熱交換器３および空冷凝縮器６を一体的に組み付けることにより、装置の小型化を図ることができる。また、エンジンルーム内に無駄なスペースが生じないので、車両への搭載が容易となる。

なお、上述した各実施形態では、内燃機関であるエンジン１の冷却と、空調システムに用いられる冷媒の冷却との統合について説明したが、内燃機関とは発熱状態が異なる他の冷却対象（例えば、インタークーラー）の冷却との統合に適用することもできる。また、ハイブリッド自動車といったように、駆動モータを含む強電系の冷却との統合を行うことも可能である。

また、各実施形態では、循環ポンプ１２の位置をエンジン１の近傍としているが、上述した５つの冷却回路Ｃ１〜Ｃ５全てに共通の流路上であれば任意の位置に設定することができる。

第１の実施形態にかかる車両用冷却装置を示すブロック構成図 本実施形態にかかる車両用冷却装置を制御する制御部２０を含むブロック構成図 冷却処理の手順を示すフローチャート 放熱モードの説明図 放熱性能の説明図 第２の実施形態にかかる車両用冷却装置を示すブロック構成図および概略斜視図

符号の説明

１ エンジン
２ 第１の熱交換器
３ 第２の熱交換器
４ 水冷凝縮器
５ コンプレッサ
６ 空冷凝縮器
７ 膨張弁
８ エバポレータ
９ 第１の回路切替部
１０ 第２の回路切替部
１１ 流量制御部
１２ 循環ポンプ
２０ 制御部
２１ 水温センサ
２２ 水温センサ
２３ 圧力センサ
Ｃ１ 第１の冷却回路
Ｃ２ 第２の冷却回路
Ｃ３ 第３の冷却回路
Ｃ４ 第４の冷却回路
Ｃ５ 第５の冷却回路

Claims (6)

1. 車両用冷却装置において、
   前記内燃機関を冷却する冷却水が循環する閉ループの循環流路と、
   前記循環流路に設けられており、空気と冷却水との間で熱交換を行う第１の熱交換手段と、
   前記循環流路に設けられており、空気と冷却水との間で熱交換を行う第２の熱交換手段と、
   前記循環流路に設けられており、冷却水と、前記内燃機関の発熱状態とは異なる他の冷却対象との間で熱交換を行う第３の熱交換手段と、
   前記循環流路に設けられており、当該循環流路を流れる冷却水の回路を設定する切換手段と、
   前記循環流路に設けられており、冷却水を循環させる単一の循環手段とを有し、
   前記切換手段は、
   内燃機関を通過した冷却水を、前記第１の熱交換手段を通過させて、前記内燃機関に循環させる第１の冷却回路と、
   前記内燃機関を通過した冷却水を、前記第１の熱交換手段をバイパスさせて、前記内燃機関に循環させる第２の冷却回路と、
   前記内燃機関を通過した冷却水を、前記第１の熱交換手段をバイパスさせるとともに、前記第２の熱交換手段、前記第３の熱交換手段の順番で通過させて、前記内燃機関に循環させる第３の冷却回路と、
   前記内燃機関を通過した冷却水を、前記第１の熱交換手段、前記第２の熱交換手段の順番で通過させて、前記内燃機関に循環させる第４の冷却回路と、
   前記内燃機関を通過した冷却水を、前記第１の熱交換手段、前記第２の熱交換手段、前記第３の熱交換手段の順番で通過させて、前記内燃機関に循環させる第５の冷却回路と
   を設定可能な回路として有しており、
   前記循環手段は、前記内燃機関内を含む、前記第１から第５の冷却回路全てに共通する流路上の任意の位置に設けられていることを特徴とする車両用冷却装置。
2. 前記第３の熱交換手段は、空調システムの冷凍サイクルの一部を構成して、当該空調システムにおける冷媒を冷却対象とする水冷凝縮器であることを特徴とする請求項１に記載された車両用冷却装置。
3. 空調システムの冷凍サイクルの一部を構成して、当該空調システムにおける冷媒を冷却対象とする空冷凝縮器をさらに有し、
   前記空冷凝縮器は、前記空調システムにおける冷媒の流れにおいて、前記水冷凝縮器の下流に配置されていることを特徴とする請求項２に記載された車両用冷却装置。
4. 前記空冷凝縮器は、前記水冷凝縮器の放熱量よりも大きな放熱量となるように容積が設定されていることを特徴とする請求項３に記載された車両用冷却装置。
5. 前記第１の熱交換手段と、前記第２の熱交換手段と、前記空冷凝縮器とは、一体的に組み付けられており、
   前記第２の熱交換手段は、前記第１の熱交換手段の前方に配置され、
   前記空冷凝縮器は、前記第１の熱交換手段の前方、かつ、前記第２の熱交換手段の鉛直下方に配置されることを特徴とする請求項３または４に記載された車両用冷却装置。
6. 内燃機関の負荷状態と、空調システムの負荷状態とに基づいて、前記切換手段を制御する制御手段をさらに有していることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載された車両用冷却装置。

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