JP2013224597A - 車両用冷却装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
車両用冷却装置１及びその制御方法において、冷却性能及びエネルギ効率を向上した冷却装置及びその制御方法を提供する。つまり、少ない動力で有効なファン流量を得ることのできる冷却装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】
ラジエータ２と、ラジエータ２の背面又は正面に配置されたファン３と、ラジエータ２の外延部からファン３に向かって延伸した筒状のシュラウド４を有する車両用冷却装置１において、車両用冷却装置１が、シュラウド４をファン３の軸１０方向に伸縮させる駆動機構５を有しており、駆動機構５が、シュラウド４を伸縮させ、ファン３の外周部とシュラウド４がファン３の軸１０方向に重なる長さである被り量ｄｘを変化させる構成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に接続されたラジエータと、ラジエータに設置されたファンを含む車両用冷却装置及びその制御方法に関するものである。

車両に搭載された内燃機関（以下、エンジンという）を冷却するために、冷却水を循環させるラジエータと、ラジエータに空気を送り込むファンを含む車両用冷却装置（以下、冷却装置という）が利用されている。

図４に、従来技術の冷却装置の１例を示す。冷却装置１Ｍは、エンジン６の前面側（図４右方側）に配置したラジエータ２と、このラジエータ２とエンジン６の間に配置したファン３を有している。また、ラジエータ２の後方側（図４左方側）の外延部から、ファン３に向かって延伸した筒状のシュラウド４を有している。このシュラウド４は、一方をラジエータ２に固定され、他方をエンジン６から延伸したステー２０Ｍに固定されている。

ここで、ｄ１は、ファン３の軸１０方向における幅を示している。またｄｘは、ファン３の外周部とシュラウド４が、ファン３の軸１０方向（図４左右方向）に重なる長さ（以下、被り量という）を示している。ここで、便宜上、被り量ｄｘとファン３の幅ｄ１の関係が、０．２５＜ｄｘ／ｄ１＜０．７５となる場合を、「被り量が中」の場合Ｍとして定義する。

また、矢印は、ファン３の後方の空気の流れ（以下、ファン後流という）を示している。このファン後流は、ファン３の周方向への流れとなり、回転力が有効に生かされる流れの状態であるため、冷却効率が高い。

次に、冷却装置１Ｍの作動について説明する。まず、ラジエータ２に、エンジン６の熱を回収した冷却水が送られる。このラジエータ２内を循環する冷却水は、ファン３がラジエータ２の前方（図４右方）から吸い込んだ空気により冷却される。

ここで、シュラウド４は、ラジエータ２の通風効率を向上するために設置されていた。このシュラウド４をファン３に向かって拡開するテーパ形状に形成し、ファン３とシュラウド４の垂直方向（図４上下方向）の隙間を小さくする構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。この構成により、更に通風効率を向上することができる。

しかしながら、従来の冷却装置は次の問題を有している。第１は、シュラウド４の最適な設置位置を決定することが困難であるという問題である。これは、ファン３の軸方向（図４左右方向）において、ファン３とシュラウド４が重なる被り量ｄｘの大きさが、ファン後流に大きな影響を及ぼすためである。以下、詳細に説明する。

図５に、被り量ｄｘとファン３の幅ｄ１の関係が、０．７５≦ｄｘ／ｄ１≦１．００となる場合（被り量が大の場合Ｌ）の冷却装置１Ｌを示す。この「被り量が大」の場合Ｌは、矢印で示すようにファン後流がファンの斜め後方に流れる。

図６に、被り量ｄｘとファン３の幅ｄ１の関係が、０．００≦ｄｘ／ｄ１≦０．２５となる場合（被り量が小の場合Ｓ）の冷却装置１Ｓを示す。この「被り量が小」の場合Ｓは、矢印で示すようにファン後流がファンの前方側に回りこむように流れる。以上のように、被り量ｄｘの長さにより、ファン後流の流れる方向が変化してしまう。

次に、被り量ｄｘがファン特性に及ぼす影響について説明する。図７に、ファンの圧力―流量特性を示す。このグラフは、シュラウド４に設置したファン３の静圧と風量の関係を示したものである。また、図８に、ファンの動力―流量特性を示す。このグラフは、被り量ｄｘが異なると、ファン３により消費されるエネルギが変化することを示している。

まず、「被り量が中」の場合Ｍ（図４、図７一点鎖線、図８一点鎖線）について説明する。この場合は、図７に示すように、最大流量及び最大静圧が大きな値を取り得る。つまり、ラジエータ２への空気の供給量及びその供給効率が向上するため、冷却装置１Ｍの冷却性能が高くなる。しかし、図８に示すように、冷却装置１Ｍの消費エネルギ量は、最も大きくなってしまう。

次に、「被り量が大」の場合Ｌ（図５、図７実線、図８実線）について説明する。この場合は、図７に示すように最大静圧が低下する。つまり、ラジエータ２等の圧力損失が大きくなる場合は、十分な空気を供給できなくなり、冷却装置１Ｌの冷却性能が低下してしまう。しかし、図８に示すように、冷却装置１Ｌの消費エネルギ量は、抑制することができる。

更に、「被り量が小」の場合Ｓ（図６、図７破線、図８破線）について説明する。この場合は、図７に示すように、最大流量が低下するため、冷却装置１Sの冷却性能が低下す
る。しかも、図６に示すように、ファン後流が、ファン３の前方側に回り込み再びラジエータ３を通過する再循環が発生する可能性がある。そのため、冷却装置１Ｓの冷却性能は著しく低下する。

以上より、被り量ｄｘをいずれに設定した場合であっても、デメリットが存在するため、シュラウド４の最適な設置位置を決定することが困難であるという問題が発生してしまう。

第２は、上記の理由により、最適な被り量ｄｘを決定することは困難であるという問題である。例えば、停車時とラム圧が生じる走行時では、ラジエータ２を通過する際の見かけ上の圧力損失が変化する。そのため、停車時や徐行時の冷却性能を向上するために、被り量ｄｘを中程度とした場合、走行時には必要以上に動力を消費することになる。

特開２０１１−１７４４４５号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ラジエータ、ファン及びファンを覆うシュラウドを有する車両用冷却装置及びその制御方法において、冷却性能及びエネルギ効率を向上した冷却装置及びその制御方法を提供することにある。つまり、少ない動力で有効なファン流量を得ることのできる冷却装置及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る車両用冷却装置は、ラジエータと、ラジエータの背面又は正面に配置されたファンと、前記ラジエータの外延部から前記ファンに向かって延伸した筒状のシュラウドを有する車両用冷却装置において、前記車両用冷却装置が、前記シュラウドを前記ファンの軸方向に伸縮させる駆動機構を有しており、前記駆動機構が、前記シュラウドを伸縮させ、前記ファンの外周部と前記シュラウドが前記ファンの軸方向に重なる長さである被り量を変化させる構成を有することを特徴とする。

この構成により、車両用冷却装置の冷却性能及びエネルギ効率を向上することができる。これは、シュラウドの被り量を制御し、被り量を最適な効率を発揮する範囲に変化させることができるからである。

上記の車両用冷却装置において、前記駆動機構が、車両の高速走行時である第１の条件下において前記シュラウドを伸ばして前記被り量を増加させる第１制御を行い、前記車両の停止時又は低速走行時である第２の条件下において前記シュラウドを縮めて前記被り量を減少させる第２制御を行う機能を有する制御装置を備えていることを特徴とする。

この構成により、車両の高速走行時（第１の条件下）には、被り量を増加させ、車両の走行に伴うラム圧を利用したラジエータの冷却を実現することができる（第１制御）。そのため、冷却効率を低下させずに、ファンが消費するエネルギ量を抑制することができる。

また、車両の停止時や低速走行時（第２の条件下）には、被り量を例えばファンの幅に対して半分程度として、ファン圧力を高め、ラジエータの冷却効率を向上することができる（第２制御）。

上記の目的を達成するための本発明に係る車両用冷却装置の制御方法は、ラジエータと、ラジエータの背面又は正面に配置されたファンと、前記ラジエータの外延部から前記ファンに向かって延伸した筒状のシュラウドを有する車両用冷却装置であり、前記車両用冷却装置が、前記シュラウドを前記ファンの軸方向に伸縮させる駆動機構を有し、前記駆動機構が、前記シュラウドを伸縮させ、前記ファンの外周部と前記シュラウドが前記ファンの軸方向に重なる長さである被り量を変化させる構成を有する車両用冷却装置の制御方法であって、前記駆動機構が、車両の高速走行時である第１の条件下において前記シュラウドを伸ばして前記被り量を増加させる第１制御と、前記車両の停止時又は低速走行時である第２の条件下において前記シュラウドを縮めて前記被り量を減少させる第２制御を行うことを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。

本発明に係る車両用冷却装置によれば、冷却性能及びエネルギ効率を向上した冷却装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明に係る実施の形態の車両用冷却装置（被り量が大）の概略を示した図である。 本発明に係る実施の形態の車両用冷却装置（被り量が中）の概略を示した図である。 本発明に係る実施の形態の車両用冷却装置（被り量が小）の概略を示した図である。 従来の車両用冷却装置（被り量が中）の概略を示した図である。 従来の車両用冷却装置（被り量が大）の概略を示した図である。 従来の車両用冷却装置の（被り量が小）概略を示した図である。 従来のファンの圧力―流量特性を示したグラフである。 従来のファンの動力―流量特性を示したグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態の車両用冷却装置について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の車両用冷却装置（以下、冷却装置という）１の概略を示す。冷却装置１は、ラジエータ２と、ラジエータ２の背面に配置されたファン３と、ラジエータ２の背面側の外延部からファン３に向かって延伸した筒状シュラウド４を有している。

また、冷却装置１は、シュラウド４の少なくとも一部をファン３の軸１０方向（図１左右方向）に伸縮させる駆動機構５を有している。この駆動機構５は、例えばエンジン６に固定したモータ１１と、一端をモータ１１に連結され他端をシュラウド４に連結されたねじ軸１２を有している。このねじ軸１２は、モータ１１の回転力により、シュラウド４を軸１０の方向に前進及び後進できるように構成されている。この駆動機構５は、図示しない制御装置に接続されている。この制御装置は、エンジンの制御等を行うＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）を利用してもよく、また新たに専用の制御装置を設置してもよい。

更に、シュラウド４は、一部を蛇腹状に形成されファン３の軸１０の方向に伸縮自在となるように構成されている。このシュラウド４は、樹脂やゴム部材又はその複合材で構成することができる。加えて、ｄ１は、ファン３の幅の長さを示しており、ｄｘは、ファン３の幅のうちシュラウド４に覆われている長さである被り量を示している。

なお、駆動機構５の構成は、上記に限られない。モータ１１等の他であっても、シュラウド４の少なくとも一部をファン３の軸１０方向に移動することができる構成を有していればよい。例えば、ラックアンドピニオンの構造や、油圧等のシリンダ機構等で構成してもよい。また、駆動機構５は、エンジン６側に設置する構成に限られない。ラジエータ２側に駆動機構５を設置しても前述と同様の作用効果を得ることができる。更に、ファン３及びシュラウド４を、ラジエータ２の正面側（図１右方）に設置することもできる。

加えて、シュラウド４は、上記の蛇腹状の構成に限られない。ファン３の軸１０方向に伸縮可能な構成であればよい。ただし、シュラウド４の内部を通過する空気の流動抵抗とならない形状や材質を選択することが望ましい。

次に、冷却装置１の作動について説明する。まず、車両が高速で走行している場合（第１の条件下）は、図１に示すようにシュラウド４を伸ばして、被り量ｄｘを増加させる。具体的には、被り量ｄｘとファン３の幅ｄ１の関係が、０．７５≦ｄｘ／ｄ１≦１．００（被り量が大）となるように制御する（第１制御）。高速走行時には、ラム圧の作用によりファンの圧力が見かけ上高まるため、被り量ｄｘを大きくして最大静圧が低下する制御（第１制御）を行った場合であっても、ラジエータ２に十分な空気を送ることができる。そのため、第１制御により、冷却装置１の冷却性能を低下させることなく、そのエネルギ消費量を抑制することが可能となる。

また、車両が中速で走行している場合（標準の条件下）は、図２に示すように、被り量ｄｘとファン３の幅ｄ１の関係が、０．２５＜ｄｘ／ｄ１＜０．７５（被り量が中）となるように制御する（標準制御）。この制御により、ファン３の最大流量及び最大静圧が大きな値を取り得るため、冷却装置１の冷却性能を向上することができる。そのため、例えば低速走行時又は高速走行時であっても、エンジンの温度が高い場合には、標準制御を行い、エンジンの冷却を促進するように構成することもできる。

以上より、本発明の冷却装置１は、車両の走行条件等に応じて、ファン３に対するシュラウド４の被り量ｄｘを最適とする制御を行うことができるため、冷却性能及びエネルギ効率を向上することができる。そのため、車両等の燃費を向上することができる。

更に、車両が停止している場合、又は低速で走行している場合（第２の条件下）は、図３に示すように、シュラウド４を縮めて被り量ｄｘを減少させる。具体的には、被り量ｄｘとファン３の幅ｄ１の関係が、０．００≦ｄｘ／ｄ１≦０．２５（被り量が小）となるように制御する（第２制御）。この制御により、最大静圧を上昇することができるため、ラム圧の補助を得られない場合であっても、冷却装置１の冷却性能を低下させることなく、そのエネルギ消費量を抑制することが可能となる。なお、停車時又は低速走行時のエンジンは、高温になりにくいため、ファン３を通過する空気の流量が少なくても十分に冷却できる場合がある。

また、冷却装置１は、ファン３の回転数を電気的に制御する電子制御ファンを採用する構成により、ファンの回転数の制御のみならず、ファンにより発生する圧力を細かく制御することが可能となる。そのため、冷却装置１の性能を更に向上し、且つ車両の燃費を更に向上することができる。

１ 車両用冷却装置（冷却装置）
２ ラジエータ
３ ファン
４ シュラウド
５ 駆動機構
６ 内燃機関（エンジン）
１０ （ファンの）軸
ｄ１ ファンの幅（軸方向における）
ｄｘ 被り量
Ｌ 被り量が大の事例
Ｍ 被り量が中の事例
Ｓ 被り量が小の事例

Claims (3)

1. ラジエータと、ラジエータの背面又は正面に配置されたファンと、前記ラジエータの外延部から前記ファンに向かって延伸した筒状のシュラウドを有する車両用冷却装置において、
   前記車両用冷却装置が、前記シュラウドを前記ファンの軸方向に伸縮させる駆動機構を有しており、
   前記駆動機構が、前記シュラウドを伸縮させ、前記ファンの外周部と前記シュラウドが前記ファンの軸方向に重なる長さである被り量を変化させる構成を有することを特徴とする車両用冷却装置。
2. 前記駆動機構が、車両の高速走行時である第１の条件下において前記シュラウドを伸ばして前記被り量を増加させる第１制御を行い、
   前記車両の停止時又は低速走行時である第２の条件下において前記シュラウドを縮めて前記被り量を減少させる第２制御を行う機能を有する制御装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却装置。
3. ラジエータと、ラジエータの背面又は正面に配置されたファンと、前記ラジエータの外延部から前記ファンに向かって延伸した筒状のシュラウドを有する車両用冷却装置であり、
   前記車両用冷却装置が、前記シュラウドを前記ファンの軸方向に伸縮させる駆動機構を有し、前記駆動機構が、前記シュラウドを伸縮させ、前記ファンの外周部と前記シュラウドが前記ファンの軸方向に重なる長さである被り量を変化させる構成を有する車両用冷却装置の制御方法であって、
   前記駆動機構が、車両の高速走行時である第１の条件下において前記シュラウドを伸ばして前記被り量を増加させる第１制御と、
   前記車両の停止時又は低速走行時である第２の条件下において前記シュラウドを縮めて前記被り量を減少させる第２制御を行うことを特徴とする車両用冷却装置の制御方法。