JP2012500364A - 内燃機関によって駆動される車両用の冷却システム - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（２）によって駆動される車両（１）の冷却システムに関する。この冷却システムは、内燃機関（２）を冷却するための第１のライン回路（４）と、熱交換器（１４ａ，１４ｂ）において少なくとも１つの媒体を冷却するために第１のライン回路（４）から冷却液を受け取る第２のライン回路（５）とを備えている。第２のライン回路（５）は、追加ラジエーター（９）を有するライン（５ｂ）と、弁手段（１２）を有するバイパスライン（５ｃ）とを備えており、弁手段（１２）によって、冷却液を平行なライン（５ｂ，５ｃ）に分流することが可能である。制御ユニット（１３）は、熱交換器（１４ａ，１４ｂ）において媒体を追加冷却する必要がある場合には冷却液の少なくとも大部分を追加ラジエーター（９）を有するライン（５ｂ）に導くように、また、熱交換器（１４ａ，１４ｂ）において媒体を追加冷却する必要がない場合には冷却液の少なくとも大部分をバイパスライン（５ｃ）に導くように、前記弁手段（１２）を制御するようになっている。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、内燃機関によって駆動される車両用の冷却システムに関する。

車両の内燃機関は通常、循環冷却液を用いる冷却システムによって冷却される。重車両の場合、例えば給気や再循環排気ガス、ギヤボックスオイル、空調システムにおける冷媒、サーボシステムにおけるオイル、燃料、油圧作動油といった様々な媒体を冷却する必要性も高い。実際に行われている周知のものとして、車両内の１つ又はそれ以上の媒体を冷却するために内燃機関の冷却システムを用いることがある。しかしながら、内燃機関が重負荷下にある間は、冷却システムの温度が高くなり過ぎて、接続部品に用いられるそのような更なる媒体が十分に冷却を受けられない恐れがある。冷却が不十分になると、車両の運転特性が損なわれたり被冷却部品が余計に摩耗したりして、結果として耐用年数が短くなる。

本発明の目的は、内燃機関を冷却するとともに、冷却システムが重負荷下にある状況においても車両の他の媒体や部品を良好に冷却することができる車両用冷却システムを提案することである。

この目的は、請求項１の特徴部に示される特徴によって特徴付けられる、前提部に記載の種類の冷却システムによって達成される。よってこの冷却システムは、内燃機関を冷却するようになっている第１のライン回路と、車両内の他の媒体を第１のライン回路から受け取った冷却液によって冷却するための少なくとも１つの熱交換器を備える第２のライン回路とを備える。冷却システムが重負荷下にない状況では、第１のライン回路内の冷却液は、追加冷却なしに第２のライン回路に受け取られて熱交換器において媒体を冷却するために使うことができる温度である。この場合、冷却液は媒体を冷却する熱交換器に達する前に、主にバイパスラインに導かれて追加ラジエーターを迂回する。よってこの場合、追加ラジエーターは冷却液を冷却するために用いられない。バイパスラインを用いることによって、冷却システムが重負荷下にない時は、冷却システム内の冷却液が過度に冷却されて内燃機関の運転温度が下がり過ぎないことを確実にする。冷却システムが重負荷下にある状況では、第１のライン回路から第２のライン回路に導かれた冷却液は温度が高すぎるので、追加冷却なしに熱交換器において媒体を冷却するために使うことができない。この場合、冷却液は主に追加ラジエーターに導かれる。それによって冷却液は、熱交換器に達する時に必要な、媒体を冷却するのに十分低い温度になる。

本発明の好適な実施例によれば、弁手段はバイパスライン内に配置される。このような弁手段は、冷却液をバイパスラインに導くことができる開位置と、冷却液をバイパスラインに導かれないようにする閉位置とに位置付けることができる。弁手段が閉位置にある時には、冷却液の全てが追加ラジエーターを有する平行ラインに導かれる。追加ラジエーターを有するラインがそれ自身の弁手段を有していない、あるいは、他の何らかの手段によって塞がれる場合には、バイパスラインの弁手段が開いている時は、追加ラジエーターを有するラインにも冷却液が流れる。冷却液を２つのラインに分流するために、バイパスラインは、冷却液が追加ラジエーターを有するラインよりも低い流動抵抗でバイパスラインの中を導かれるように構成されていてもよい。それによって、追加ラジエーターにおける冷却液の量を適度に少なくすることができる。これにより、追加ラジエーターを通気させることが可能になり、ラジエーターの熱疲労のリスクが減少し、また周辺温度が下がっている時にラジエーター内に氷が形成されるリスクが減少する。

本発明の他の好適な実施例によれば、第２のライン回路は、媒体の温度を検出するようになっている温度センサを備え、制御ユニットは、センサからの情報を受け取るようになっているとともに、媒体が最高許容温度を超える温度の場合に、冷却液の少なくとも大部分が追加ラジエーターを有するラインに導かれるように弁手段を制御するようになっている。適切な位置に配置された温度センサによって、制御ユニットは、媒体が高過ぎる温度になるとすぐに追加ラジエーターに冷却液の少なくとも大部分が導かれるように弁手段を直ちに制御することができる。冷却液を追加冷却することによって、冷却液が熱交換器においてより効果的に媒体を冷却することができるようになる。このより効果的な冷却は、媒体の温度を下げる効果がある。媒体が最高許容温度よりも所定度数低い温度に達するとすぐに、制御ユニットは冷却液が再びバイパスラインに導かれるように弁手段を開く。あるいは、第２のライン回路は、冷却液の温度を検出するようになっている温度センサを備えていてもよく、制御ユニットが、センサからの情報を受け取るようになっているとともに、冷却液が最高許容温度を超える温度の場合に冷却液の少なくとも大部分が追加ラジエーターを有するラインに導かれるように弁手段を制御するようになっていてもよい。この場合、よって制御ユニットは冷却液の温度を用いて弁手段を制御する。第２の冷却回路に受け取られた冷却液が、熱交換器において媒体を冷却するにはあまりにも温かい時は、冷却液は、熱交換器において媒体を冷却することができるようになる前に、追加ラジエーターに導かれる。冷却液がそれほど温かくない場合には、媒体を冷却するために、追加冷却なしに弁手段を介して熱交換器に導かれる。

本発明の他の好適な実施例によれば、第２のライン回路は、各媒体を冷却するための少なくとも２つの熱交換器を備えている。特に重車両においては、多数の媒体を冷却する必要がある。そのような媒体としては、給気、再循環排気ガス、ギヤボックスオイル、空調システムにおける冷媒、サーボシステムにおけるオイル、燃料や油圧作動液がある。これらの熱交換器は、第２のライン回路において並列に配置されていてもよい。これによって、略同じ温度の冷却液を、各熱交換器の媒体を冷却するために用いることが可能になる。あるいは、これらの熱交換器は、第２のライン回路において直列に配置されていてもよい。これによって、最初に冷却液が流れる熱交換器において媒体を最も効果的に冷却できる。これらの熱交換器は、有利には対向流熱交換器である。これによって、熱交換器において媒体を冷却液の入口温度近くの温度まで冷却することが可能になる。

本発明の他の好適な実施例によれば、第２のライン回路は、第１のライン回路から第１の位置にて冷却液を受け取るとともに第１のライン回路に第２の位置にて冷却液を戻し、また、この第２の位置よりも高い圧力が第１の位置で冷却液にかかる。第２のライン回路の第１のライン回路に対するこのような接続によって、第１のライン回路における冷却液ポンプを、第２のライン回路における冷却液の循環にも利用することができる。第２のライン回路における冷却液の連続的な流れを確実にするための差圧を達成させるために、第２のライン回路は、冷却液ポンプの圧側に比較的近い位置で冷却液を受け取るとともに、冷却液ポンプの吸込側に比較的近い位置で冷却液を戻す必要がある。

本発明の他の好適な実施例によれば、第２のライン回路は、ファンを備えており、制御ユニットは、熱交換器において媒体の追加冷却が必要な場合に、追加ラジエーターを介して冷却風が供給されるようにファンを作動させるようになっている。これによって、追加ラジエーターにおける冷却液の冷却効果が増す。冷却液を追加ラジエーター内に導く時、制御ユニットは、好ましくは、ファンを駆動する電動モータを作動させる。追加ラジエーターは、ファンを作動した時に追加ラジエーター内を流れる周辺温度の空気を取り込めるように、有利には車両の周面に位置付けられる。これによって冷却液を、追加ラジエーターで、非常に効果的に冷却することができる。

以下に、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ例を用いて説明する。

本発明の第１の実施例に係る冷却システムを示す図。 本発明の第２の実施例に係る冷却システムを示す図。

図１は、内燃機関２によって駆動される車両１を概略的に示す。内燃機関２はディーゼル機関であってもよい。車両１は、有利には重車両である。内燃機関２は循環冷却液を用いる冷却システムによって冷却される。冷却液ポンプ３は、冷却液を冷却システム内で循環させるようになっている。冷却システムは、第１のライン回路４と第２のライン回路５とを備えている。第１のライン回路４は、概略図示する冷却ダクト４ａを備えており、この冷却ダクト４ａは、内燃機関２が所望の冷却を受けられるように内燃機関２内を通って延在している。冷却液は、内燃機関２を冷却した後、冷却液をサーモスタット６に導くライン４ｂに受け入れられる。サーモスタット６は、冷却液の温度に応じて、可変量の冷却液をライン４ｃ及びライン４ｄに導く。ライン４ｃは、冷却液を燃料ポンプ３及び内燃機関２に戻し、ライン４ｄは、冷却液を車両１の前方部に取り付けられたラジエーター７に導く。ラジエーターファン８は、ラジエーター７を介して冷却風を発生させるようになっている。冷却液が通常の運転温度に達すると、略全ての冷却液が、燃料ポンプ３及び内燃機関２にライン４ｅを介して戻される前に冷却されるように、ラジエーター７に導かれる。このように、冷却システムの第１のライン回路４は、車両１の内燃機関２を冷却するための従来の冷却システムの構成を有している。

冷却システムの第２のライン回路５は、ライン５ａを備えており、ライン５ａは、冷却液ポンプ３の圧側に近い位置４ａ’にて第１のライン回路４から冷却液を受け入れる。ライン５ａは、順次２つの平行ライン５ｂ，５ｃに分岐する。第１の平行ライン５ｂは、追加ラジエーター９を備えている。追加ラジエーター９は、車両１の周面領域に取り付けられている。この場合、該周面領域は、車両１の前部に位置している。電動モータ１１によって駆動されるラジエーターファン１０は、追加ラジエーター９を介して冷却風を発生させるようになっている。第２の平行ライン５ｃは、弁１２を備えたバイパスラインである。制御ユニット１３は、電動モータ１１及び弁１２を制御するようになっている。平行ライン５ｂ，５ｃは、冷却液を第１の熱交換器１４ａ及び第２の熱交換器１４ｂに導くライン５ｄに合流する。この場合、冷却液は、各熱交換器１４ａ，１４ｂに平行に導かれる。冷却液は、各熱交換器１４ａ，１４ｂで媒体を冷却するためのものである。この場合、第１の熱交換器１４ａでは、車両のギヤボックスからのオイルが冷却される。第２の熱交換器１４ｂでは、例えば給気、再循環排気ガス、空調システムにおける冷媒、サーボシステム用オイル、燃料、車両１の電気部品を冷却する媒体、油圧作動油といった他の媒体が冷却される。このように重車両１には、冷却が必要な多くの媒体や部品が存在する。温度センサ１５は、適切な位置にてギヤボックスオイルの温度を検出するようになっている。温度センサ１５は、車両の運転中実質的に継続して、オイルの温度に関する信号を測定し制御ユニット１３に送信する。冷却液は、熱交換器１４ａ，１４ｂにおいて媒体を冷却した後、ライン５ｅを介して第１のライン回路４に戻される。冷却液は、ここではラジエーター７と冷却液ポンプ３との間の位置４ｅ’にて第１のライン回路４のライン４ｅに戻される。

内燃機関の運転中、冷却液ポンプ３は、内燃機関が必要な冷却を受けられるように、冷却液を第１のライン回路４内で循環させる。第２のライン回路５は、第１のライン回路４に循環する冷却液の所定の割合を、ライン５ａを介して位置４ａ’にて受け取れるような寸法に形成されている。制御ユニット１３は、温度センサ１５から、ギヤボックスオイルの温度に関する情報を受け取る。制御ユニット１３は、ギヤボックスオイルが超えてはいけない最高許容温度に関して記憶された情報を有している。ギヤボックスオイルが許容範囲内の温度の時は、制御ユニット１３は弁１２を開位置に保つようになっている。同時に制御ユニット１３は、ファン１１が追加ラジエーター９を介して冷却風を供給しないように電動モータ１０のスイッチを切ったままにするようになっている。

第２のラインシステム５は、バイパスライン５ｃ内の流動抵抗が追加ラジエーター９を有するライン５ｂ内の流動抵抗よりも相当低くなるように構成されている。弁１２が開いている時は、第２のライン回路５を循環する冷却液の大部分がバイパスライン５ｃに導かれる。少量の冷却液のみがライン５ｂ及び追加ラジエーター９に導かれる。この場合、たとえ追加ラジエーター９を第２のライン回路５内の冷却液を冷却するために用いる必要がなくても、少量の冷却液を追加ラジエーター９に流通させることは幾つかの理由から有利である。このような少量の冷却液の流通によって、追加ラジエーター９を通気させることが可能になり、それによって、追加ラジエーター９が、熱疲労のリスクを減らせるような、また周辺温度が下がっている時には追加ラジエーター９内に氷が形成されるリスクを減らせるような温度を維持することを確実にする。ギヤボックスオイルが許容温度にある場合には、冷却液は、追加ラジエーター９における追加冷却無しに、各熱交換器１４ａ，１４ｂにおける媒体の冷却に使われる。その後、冷却液は、ライン５ｅを介して位置４ｅ’にて第１のライン回路４に戻される。第２のライン回路５は、冷却液ポンプ３の圧側に近い第１のライン回路４内の位置４ａ’から冷却液を受け取り、冷却液ポンプ３の吸込側に近い位置４ｅ’にて第１のライン回路に冷却液を戻す。第１のライン回路４におけるこれら位置４ａ’と４ｅ’との間の差圧によって、第１のライン回路４に冷却液を循環させるのと同じ冷却液ポンプ３によって第２のライン回路５内の冷却液の循環を確実に維持できる。

ギヤボックスオイルの温度が許容温度を超えると、制御ユニット１３は、第１のライン回路４の冷却液がギヤボックスオイルを所望の形で冷却するには温度が高すぎると判断する。それに応じて制御ユニット１３は、弁１２を閉じ、それと同時に、電動モータ１１及びファン１０を作動させる。そして、第２のライン回路５内の冷却液の全てがライン５ｂ及び追加ラジエーター９へと導かれる。追加ラジエーター９において、冷却液は、追加ラジエーター９を介して強制送風される空気によって冷却される。よって、第２のライン回路５内の冷却液は、熱交換器１４ａ，１４ｂにおいて媒体を冷却するために使われる前に、第１のライン回路４における冷却液の温度よりも確実に低い温度に効果的に冷却される。この場合、熱交換器１４ａ，１４ｂは並列に配置されているので、各熱交換器１４ａ，１４ｂの媒体は同じ低温で冷却液によって冷却される。低温の冷却液によって、各熱交換器１４ａ，１４ｂの媒体が効果的に冷却される。熱交換器１４ａにおけるギヤボックスオイルの効果的な冷却によって、ギヤボックスオイルは比較的早く許容温度に冷却される。制御ユニット１３は、ギヤボックスオイルが最高許容温度よりも所定度数低い温度まで冷却されたことを示す情報を受け取ると、弁１２を開き、それと同時に、電動モータ１１及びファン１０のスイッチを切る。それによって、冷却液の大部分は再びバイパスライン５ｃに導かれ、少量の冷却液のみがライン５ｂ及び追加ラジエーター９に導かれる。

図２に、本冷却システムの他の実施例を示す。この実施例において、制御ユニット１３は、温度センサ１６から、第２のライン回路５で受け取った冷却液の温度に関する情報を受け取る。冷却液が最高許容温度よりも高い温度の場合、制御ユニット１３は、熱交換器１４ａ，１４ｂにおける媒体がそのように温度の高い冷却液によって所望の冷却を受けることができないと判断する。それに応じて制御ユニット１３は、弁１２を閉じ、それと同時に、電動モータ１１及びファン１０を作動させる。そして、第２のライン回路５内の冷却液の全てがライン５ｂ及び追加ラジエーター９に導かれる。追加ラジエーター９において、冷却液は、追加ラジエーター９を介して強制送風される空気によって冷却される。そして、追加ラジエーター９における冷却後熱交換器１４ａ，１４ｂに導かれた冷却液は、非常に低い温度になり、従って第１の熱交換器１４ａにおいてギヤボックスオイルを効果的に冷却することができるようになる。その後、冷却液は第２の熱交換器１４ｂに導かれ、そこで第２の媒体を冷却する。この場合、熱交換器１４ａ，１４ｂはこのように直列に配置される。この配置は、媒体の一方が他方の媒体よりも低い温度に冷却する必要がある場合に有利である。追加ラジエーター９における冷却液の追加冷却によって、冷却システム全体を通して冷却液が低い温度になる。制御ユニット１３は、冷却液が最高許容温度よりも所定度数低い温度まで冷却されたことを示す情報を受け取ると、冷却液が再び追加ラジエーター９の追加冷却無しに媒体を冷却するために使用可能となったと判断する。それに応じて制御ユニット１３は、弁１２を開き、それと同時に、電動モータ１１及びファン１０のスイッチを切る。従って、冷却液の大部分は再びバイパスライン５ｃに導かれ、少量の冷却液のみがライン５ｂ及び追加ラジエーター９に導かれる。

本発明は、図面に示す実施例に限定されることは一切無く、特許請求の範囲内において自由に変更してもよい。

Claims (10)

1. 内燃機関（２）によって駆動される車両（１）の冷却システムであって、前記内燃機関（２）を冷却するための循環冷却液を含む第１のライン回路（４）と、前記第１のライン回路（４）において前記冷却液を循環させるようになっている冷却液ポンプ（３）と、前記第１のライン回路（４）内の前記冷却液を冷却するためのラジエーター（７）と、前記第１のライン回路（４）から循環冷却液を受け取り且つ前記第１のライン回路（４）に冷却液を戻すようになっている第２のライン回路（５）とを備える冷却システムにおいて、
   前記第２のライン回路（５）が、
   追加ラジエーター（９）が設けられたライン（５ｂ）と、前記ライン（５ｂ）と平行な領域を有するバイパスライン（５ｃ）と、前記第２のラインシステムにおける前記冷却液の流れを前記平行なライン（５ｂ，５ｃ）に分流する事を可能にする弁手段（１２）と、前記平行なライン（５ｂ，５ｃ）の下流に位置するとともに前記冷却液で媒体を冷却するための少なくとも１つの熱交換器（１４ａ，１４ｂ）と、前記熱交換器（１４ａ，１４ｂ）において媒体を追加冷却する必要がある場合には前記冷却液の少なくとも大部分を前記追加ラジエーター（９）を有する前記ライン（５ｂ）に導くように、また、前記熱交換器（１４ａ，１４ｂ）において媒体を追加冷却する必要がない場合には前記冷却液の少なくとも大部分を前記バイパスライン（５ｃ）に導くように、前記弁手段（１２）を制御するようになっている制御ユニット（１３）と
   を備えることを特徴とする冷却システム。
2. 前記弁手段（１２）が、前記バイパスライン（５ｃ）内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記バイパスライン（５ｃ）の構成が、前記冷却液が前記追加ラジエーター（９）を有する前記ライン（５ｂ）よりも低い流動抵抗で前記バイパスライン（５ｃ）に導かれるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記第２のライン回路（５）が、前記媒体の温度を検出するようになっている温度センサ（１５）を備えており、
   前記制御ユニット（１３）が、前記センサ（１５）から情報を受け取るようになっているとともに、前記媒体が最高許容温度を超える温度の場合に、前記冷却液の少なくとも大部分が前記追加ラジエーター（９）を有する前記ライン（５ｂ）に導かれるように前記弁手段（１２）を制御するようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却システム。
5. 前記第２のライン回路（５）が、前記冷却液の温度を検出するようになっている温度センサ（１６）を備えており、
   前記制御ユニット（１３）が、前記センサ（１６）から情報を受け取るようになっているとともに、前記冷却液が最高許容温度を超える温度の場合に、前記冷却液の少なくとも大部分が前記追加ラジエーター（９）を有する前記ライン（５ｂ）に導かれるように前記弁手段（１２）を制御するようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷却システム。
6. 前記第２のライン回路（５）が、それぞれの媒体を冷却するための少なくとも２つの熱交換器（１４ａ，１４ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却システム。
7. 前記熱交換器（１４ａ，１４ｂ）が、前記第２のライン回路（５）において並列に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。
8. 前記熱交換器（１４ａ，１４ｂ）が、前記第２のライン回路（５）において直列に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。
9. 前記第２のライン回路（５）が、前記第１のライン回路（４）から第１の位置（４ａ’）にて冷却液を受け取るとともに、前記第１のライン回路（４）に第２の位置（４ｅ’）にて前記冷却液を戻し、
   前記第２の位置（４ｅ’）よりも高い圧力が前記第１の位置（４ａ’）で前記冷却液にかかることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却システム。
10. 前記第２のライン回路（５）が、ファン（１０）を備えており、
    前記制御ユニット（１３）が、前記熱交換器（１４ａ，１４ｂ）において媒体の追加冷却が必要な場合に、前記追加ラジエーター（９）を介して冷却風が供給されるように前記ファン（１０）を作動させるようになっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却システム。

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