JP2016148248A - 冷却ファン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の過冷却を好適に防止することが可能な冷却ファン装置を提供する。【解決手段】冷却ファン装置１Ａは、車体前部２に設けられ、車体前後方向に延びる第一軸１２ｂ周りに回転することによってエンジンルーム３内に導風する冷却ファン１０Ａと、冷却ファン１０Ａを制御する制御部と、を備え、冷却ファン１０Ａは、第一軸１２ｂ周りに配置された複数のファンブレード１４と、冷却ファン１０Ａの第一軸１２ｂ周りの回転を禁止可能な回転禁止部と、を備え、複数のファンブレード１４は、それぞれ第一軸１２ｂと交差する第二軸１５ａ周りに回動可能であり、制御部は、複数のファンブレード１４を対応する第二軸１５ａ周りに回動させることによって、冷却ファン１０Ａの回転禁止状態における正面視での複数のファンブレード１４の投影面積を、冷却ファン１０Ａの回転状態における正面視での複数のファンブレード１４の投影面積よりも大きくする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジンルームに設けられた内燃機関を冷却する冷却ファン装置に関する。

特許文献１には、冷却ファンの各ファンブレードを不均一な形状とするとともに不等ピッチで配置することで、冷却ファンの重心位置を回転軸からオフセットさせる車両用冷却ファン装置が開示されている。
かかる車両用冷却ファン装置は、冷却ファンの停止時には、冷却ファンは、その重心位置が回転軸の下方に位置する姿勢をとる。また、かかる姿勢において、ファンブレードは、正面視で内燃機関の前方となる領域に高密度に配置されており、内燃機関の過冷却を防止するようになっている。

特開２００８−１９５１０６号公報

特許文献１に記載の車両用冷却ファン装置は、冷却ファンの自重によって冷却ファンの停止姿勢が決められるので、例えば寒冷地で回転軸の滑りが悪くなったり凍結したりする場合には、所望の停止姿勢が得られず、内燃機関の過冷却を防止することができないおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の過冷却を好適に防止することが可能な冷却ファン装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明の冷却ファン装置は、車体前部に設けられ、車体前後方向に延びる第一軸周りに回転することによって車両の駆動源を収容する駆動源収容室内に導風する冷却ファンと、前記冷却ファンを制御する制御部と、を備える冷却ファン装置であって、前記冷却ファンは、前記第一軸周りに配置された複数のファンブレードと、前記冷却ファンの前記第一軸周りの回転を禁止可能な回転禁止部と、を備え、前記複数のファンブレードは、それぞれ前記第一軸と交差する第二軸周りに回動可能であり、前記制御部は、前記複数のファンブレードを対応する前記第二軸周りに回動させることによって、前記冷却ファンの回転禁止状態における正面視での前記複数のファンブレードの投影面積を、前記冷却ファンの回転状態における正面視での前記複数のファンブレードの投影面積よりも大きくすることを特徴とする。

かかる構成によると、回転禁止状態において複数のファンブレードが正面視での投影面積が大きい姿勢でエンジンルームの内外を遮断するので、内燃機関の過冷却を好適に防止することができる。

前記制御部は、前記冷却ファンの回転禁止状態における正面視での前記複数のファンブレードの投影面積が最大となるように前記複数のファンブレードを対応する前記第二軸周りに回動させる構成であってもよい。

かかる構成によると、回転禁止状態において複数のファンブレードが正面視での投影面積が最大となる姿勢でエンジンルームの内外を遮断するので、内燃機関の過冷却をより好適に防止することができる。

前記冷却ファン装置は、前記駆動源収容室の温度又は前記駆動源に配置される内燃機関の温度を検出する温度検出部を備え、前記制御部は、前記温度検出部によって検出された前記温度に基づいて前記冷却ファンを制御する構成であってよい。

かかる構成によると、温度が高いときにば冷却ファンを回転状態として冷却性能を高め、温度が低いときには冷却ファンを回転禁止状態として過冷却を防止する等、必要に応じた冷却性能及び過冷却防止性能を実現することができる。

前記冷却ファンは、前記複数のファンブレードを前記第一軸周りに回転させるモータと、前記モータ及び前記複数のファンブレードが内部に設けられたダクトと、前記モータから前記ダクトに向けて延設された一以上のフレームと、を備え、前記制御部は、前記冷却ファンの回転禁止状態において、正面視での前記複数のファンブレード及び前記一以上のフレームの投影面積の合計が最大となる位置で前記複数のファンブレードを停止させる構成であってもよい。

かかる構成によると、複数のフレーム及び一以上のフレームでエンジンルームの内外を遮断し、内燃機関の過冷却をより好適に防止することができる。

本発明によると、内燃機関の過冷却を好適に防止することができる。

本発明の第一の実施形態に係る冷却ファン装置を示す模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は回転状態の側面図、（ｃ）は回転禁止状態の側面図である。 （ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る冷却ファン装置を示すブロック図、（ｂ）は、回転禁止部の一例を示す回路図、（ｃ）は、回転禁止部の他の例を示す回路図である。 本発明の第二の実施形態に係る停止状態の冷却ファン装置を示す模式図であって、（ａ）は回転禁止状態の正面図、（ｂ）は回転禁止状態の側面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図中に矢印で示される「前後」は、車体車両前後方向を示し、「上下」は、車体上下方向を示し、「左右」は、運転席から見た左右方向（車体幅方向）を示している。

＜第一の実施形態＞
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の第一の実施形態に係る冷却ファン装置１Ａは、駆動源収容室の一例であるエンジンルーム２に導風することによってエンジンルーム２内に収容された駆動源の一例である内燃機関３を冷却する装置である。図２（ａ）に示すように、冷却ファン装置１Ａは、冷却ファン１０Ａと、温度検出部２１と、制御部３１と、を備える。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、冷却ファン１０Ａは、ダクト１１と、モータ１２と、ファン中央部１３と、複数（本実施形態では５枚）のファンブレード１４と、を備える。また、図２（ａ）に示すように、冷却ファン１０Ａは、回動駆動部１５と、回転禁止部１６と、を備える。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダクト１１は、円筒形状を呈しており、車体の前後方向に延びるように配置されている。ダクト１１の後側開口は、エンジンルーム３に向けられている。

モータ１２は、複数のファンブレード１４を回転させる動力源であり、ダクト１１内に設けられている。モータ１２は、モータ本体部１２ａと、モータ本体部１２ａの回転出力軸である第一軸１２ｂと、を備える。

ファン中央部１３は、円板形状を呈しており、モータ１２の第一軸１２ｂの先端に取り付けられている。本実施形態では、ファン中央部１３の正面視での投影面積は、モータ１２の正面視での投影面積よりも大きく、モータ１２は、正面視でファン中央部１３に隠れている。

複数のファンブレード１４は、それぞれ同一形状を呈し、ファン中央部１３の外周面の周方向に等間隔に設けられている。複数のファンブレード１４は、それぞれ、ファン中央部１３の外周面に対して後記する第二軸１５ａ周りに回動可能に取り付けられている。

回動駆動部１５は、ファン中央部１３の内部に設けられており、複数のファンブレード１４をそれぞれ第一軸１２ｂと交差する軸周りに回動させる。回動駆動部１５は、第一軸１２ｂと交差する（本実施形態では直交する）第二軸１５ａと、ファンブレード１４を第二軸１５ａ周りに回動させる機構（モータ等）と、を複数のファンブレード１４ごとに備える。第二軸１５ａは、第一軸１２ｂと交差するとともに対応するファンブレード１４内を通る軸である。本発明において、「第一軸１２ｂと第二軸１５ａとが交差する」とは、三次元空間において実際に交差する場合に加えて、第一軸１２ｂと直交する方向から見て交差する場合を含む概念であり、すなわち、三次元空間において第一軸１２ｂと第二軸１５ａとがねじれの関係にある場合も含んでいる。

回動駆動部１５は、複数のファンブレード１４を各ファンブレード１４に対応する第二軸１５ａ周りに回動させることによって、複数のファンブレード１４の姿勢を、図１（ｂ）に示す非正対姿勢（傾斜姿勢）と、図１（ｃ）に示す正対姿勢と、に切り替える。すなわち、回動駆動部１５は、ファンブレード１４を、非正対姿勢と正対姿勢との間で第二軸１５ａ周りに正逆回転させることができるとともに、非正対姿勢と正対姿勢とでファンブレード１４の姿勢を維持することができる。なお、図１（ａ）では、正対姿勢の複数のファンブレード１４が実線で示されており、非正対姿勢の複数のファンブレード１４が二点鎖線で示されている。

回転禁止部１６は、モータ１２が停止した状態において、複数のファンブレード１４が第一軸１２ｂ周りに回転するのを禁止し、複数のファンブレード１４の第一軸１２ｂ周りの回転方向の姿勢を維持する。本実施形態において、回転禁止部１６は、モータ１２を短絡させることによって、複数のファンブレード１４が第一軸１２ｂ周りに回転するのを禁止する。

図２（ｂ）に示すように、モータ１２がＤＣモータ１２Ｘである場合には、回転禁止部１６Ｘは、ＤＣ電源４１の正極とＤＣモータ１２Ｘとの間に設けられたスイッチ１６ａと、ＤＣ電源４１の負極とＤＣモータ１２Ｙとの間に設けられたスイッチ１６ｂと、を備える。回転禁止部１６Ｘは、スイッチ１６ａ，１６ｂがともに実線で示す切断状態となることによって、ＤＣモータ１２Ｘの入力端子を短絡させ、複数のファンブレード１４が第一軸１２ｂ周りに回転するのを禁止することができる。

図２（ｃ）に示すように、モータ１２がＤＣブラシレスモータ１２Ｙである場合には、回転禁止部１６Ｙは、ＤＣ電源４１とモータ１２Ｘとの間に並列に設けられたスイッチ１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（例えば、ＦＥＴ：Field Effect transistor）を備える。回転禁止部１６Ｙは、スイッチ１６ｃ，１６ｄ，１６ｅがともに実線で示すようにＤＣ電源４１の負極とＤＣブラシレスモータ１２Ｙとを接続する状態となることによって、ＤＣブラシレスモータ１２Ｙの入力端子を短絡させ、複数のファンブレード１４が第一軸１２ｂ周りに回転するのを禁止することができる。

図１（ｂ）（ｃ）及び図２に示すように、温度検出部２１は、エンジンルーム３内の温度又は内燃機関４の温度を検出する温度センサであり、検出結果を制御部３１へ出力する。

図２に示すように、制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力回路等によって構成されたいわゆるＥＣＵ（Electrical Control Unit）であり、温度検出部２１の検出結果に基づいて、モータ１２、回動駆動部１５及び回転禁止部１６を制御する。

＜動作例＞
続いて、本発明の第一の実施形態に係る冷却ファン装置１Ａの動作例について、図１及び図２を参照して説明する。制御部３１は、温度検出部２１によって検出された温度が予め設定された所定値以上である場合には、冷却ファン１０Ａを回転状態（回転駆動状態又は回転許可状態）として内燃機関４を冷却する。また、制御部３１は、温度検出部２１によって検出された温度が前記所定値未満である場合には、冷却ファン１０Ａを回転禁止状態として内燃機関４の過冷却を防止する。

≪回転駆動状態≫
車両停車状態において内燃機関４を冷却する場合には、制御部３１は、回動駆動部１５を制御することによって、複数のファンブレード１４を各ファンブレード１４に対応する第二軸１５ａ周りに回動させ、図１（ｂ）に示す非正対姿勢とし、かかる非正対姿勢を維持する。制御部３１は、回転禁止部１６を制御することによってモータ１２を駆動し、非正対姿勢をとる複数のファンブレード１４を第一軸１２ｂ周りに回転させる。例えば図２（ｂ）に示す例では、制御部３１は、スイッチ１６ａ，１６ｂをともに接続状態とする。複数のファンブレード１４の前方にある空気は、複数のファンブレード１４の回転によってダクト１１内を流通してエンジンルーム３内に導風され、内燃機関４を冷却する。

≪回転許可状態≫
車両走行状態において内燃機関４を冷却する場合には、制御部３１は、回動駆動部１５を制御することによって、複数のファンブレード１４を各ファンブレード１４に対応する第二軸１５ａ周りに回動させ、図１（ｂ）に示す非正対姿勢とし、かかる非正対姿勢を維持する。制御部３１は、回転禁止部１６を制御することによってモータ１２が停止かつ複数のファンブレード１４が回転可能な状態とする。例えば図２（ｂ）に示す例では、制御部３１は、スイッチ１６ａ，１６ｂの一方を接続状態とし、他方を切断状態とする。複数のファンブレード１４の前方にある空気は、車両の走行に伴って複数のファンブレード１４を回転させ、ダクト１１内を流通してエンジンルーム３内に導風され、内燃機関４を冷却する。

≪回転禁止状態≫
内燃機関４の過冷却を防止する場合、及び、内燃機関４の暖気を促進する場合には、制御部３１は、回動駆動部１５を制御することによって、複数のファンブレード１４を各ファンブレード１４に対応する第二軸１５ａ周りに回動させ、図１（ｃ）に示す正対姿勢とし、かかる正対姿勢を維持する。制御部３１は、回転禁止部１６を制御することによってモータ１２が停止かつ複数のファンブレード１４が回転禁止された状態とする。例えば図２（ｂ）に示す例では、制御部３１は、スイッチ１６ａ，１６ｂをともに実線で示す切断状態とする。複数のファンブレード１４の前方にある空気は、車両の走行に伴ってダクト１１内に流通しようとしても、回転が禁止された複数のファンブレード１４によって防がれる。すなわち、エンジンルーム３内に導風される風量が低減し、内燃機関４の過冷却が防止されたり暖気が促進されたりする。

また、図１（ａ）に示すように、回転禁止状態における複数のファンブレード１４（図１（ａ）では、実線で示されている）の正面視（すなわち、第一軸１２ｂの軸線視であり、ダクト１１の軸線視）での投影面積は、回転状態（回転駆動状態及び回転許可状態）における複数のファンブレード１４（図１（ａ）では、二点鎖線で示されている）の正面視での投影面積よりも大きい。換言すると、回転禁止状態におけるダクト１１の内周面とファン中央部１１及び複数のファンブレード１４との間に形成される隙間の正面視での投影面積は、回転状態における当該隙間の正面視での投影面積よりも小さい。特に、本実施形態では、回転禁止状態における複数のファンブレード１４は、正面視での複数のファンブレード１４の投影面積が最大となる正対姿勢をとる。したがって、複数のファンブレード１４は、回転禁止状態においてエンジンルーム３内に導風される風量を低減させることができる。

本発明の第一の実施形態に係る冷却ファン装置１Ａは、冷却ファン１０Ａの回転禁止状態における正面視での複数のファンブレード１４の投影面積が回転状態における正面視での複数のファンブレード１４の投影面積よりも大きくなるので、冷却ファン１０Ａの停止位置によらずに、複数のファンブレード１４がエンジンルーム３の内外を遮断し、内燃機関４の過冷却を好適に防止したり暖気を好適に促進したりすることができる。
また、冷却ファン装置１Ａは、同一形状の複数のファンブレード１４が等間隔に設けられているので、生産性を向上することができる。

＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る冷却ファン装置について、第一の実施形態に係る冷却ファン装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図３（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の第二の実施形態に係る冷却ファン装置１Ｂの冷却ファン１０Ｂは、一以上（本実施形態では複数、より詳細には、ファンブレード１４の枚数と同じ５本）のフレーム１７を備える。

複数のフレーム１７は、モータ１２のモータ本体部１２ａからダクト１１に向けて延設されており、モータ１２をダクト１１内の径方向中央部に保持する。複数のフレーム１７は、モータ本体部１２ａの外周面の周方向に等間隔に設けられてモータ本体部１２ａの外周面とダクト１１の内周面とを連結する。なお、図３（ｂ）では、複数のフレーム１７がモータ１２とダクト１１とを連結する状態が模式的に示されている。

回転禁止状態において、制御部３１は、正面視での複数のファンブレード１４及び複数のフレーム１７の投影面積の合計が最大となる位置で複数のファンブレード１４を停止させる。換言すると、制御部３１は、正面視での複数のファンブレード１４と複数のフレーム１７とが重なる面積がゼロ又は最小となる位置で複数のファンブレード１４を停止させる。例えば、モータ１２がＤＣブラシレスモータ１２Ｙ（図２（ｃ）参照）である場合には、制御部３１は、ＤＣブラシレスモータ１２Ｙに設けられた第一軸１２ｂの位相を検出する位相検出部（例えば、ホールセンサ）の検出結果に基づいて、所定の位置で複数のファンブレード１４を停止させることができる。

本発明の第二の実施形態に係る冷却ファン装置１Ｂは、回転禁止状態において正面視での複数のファンブレード１４及び複数のフレーム１７の投影面積の合計が最大となる位置で複数のファンブレード１４を停止させるので、複数のファンブレード１４及び一以上（本実施形態では、複数）のフレーム１７がエンジンルーム３の内外を遮断し、内燃機関４の過冷却を好適に防止したり暖気を好適に促進したりすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、冷却ファン装置は、車体速度を検出する車体速度検出部を備え、冷却ファンの回転状態に関して、車体速度が所定値未満である場合には回転駆動状態とし、車体速度が所定値以上である場合には回転許可状態とする構成であってもよい。
また、冷却ファン装置の制御部は、冷却ファンの回転許可状態に関して、検出された温度が高いほど複数のファンブレード１４の正対状態からの回動角度を大きくすることによって温度上昇に応じて冷却性能を高める、検出された車体速度が大きいほど複数のファンブレード１４の正対状態からの回動角度を小さくすることによって冷却性能を安定化させる、等のように回動駆動部を制御する構成であってもよい。
また、冷却ファン装置は、エアコン用の冷媒圧を検出する冷媒圧検出部を備え、制御部は、冷媒圧検出部によって検出された冷媒圧に基づいて冷却ファンを制御する構成であってもよい。

１Ａ，１Ｂ 冷却ファン装置
２ 車体前部
３ エンジンルーム（駆動源収容室）
４ 内燃機関（駆動源）
１０Ａ，１０Ｂ 冷却ファン
１１ ダクト
１２ モータ
１２ａ モータ本体
１２ｂ 第一軸
１２Ｘ ＤＣモータ
１２Ｙ ＤＣブラシレスモータ
１４ ファンブレード
１５ 回動駆動部
１６，１６Ｘ，１６Ｙ 回転禁止部
１７ フレーム
２１ 温度検出部
３１ 制御部

Claims (4)

1. 車体前部に設けられ、車体前後方向に延びる第一軸周りに回転することによって車両の駆動源を収容する駆動源収容室内に導風する冷却ファンと、
   前記冷却ファンを制御する制御部と、
   を備える冷却ファン装置であって、
   前記冷却ファンは、
   前記第一軸周りに配置された複数のファンブレードと、
   前記冷却ファンの前記第一軸周りの回転を禁止可能な回転禁止部と、
   を備え、
   前記複数のファンブレードは、それぞれ前記第一軸と交差する第二軸周りに回動可能であり、
   前記制御部は、前記複数のファンブレードを対応する前記第二軸周りに回動させることによって、前記冷却ファンの回転禁止状態における正面視での前記複数のファンブレードの投影面積を、前記冷却ファンの回転状態における正面視での前記複数のファンブレードの投影面積よりも大きくする
   ことを特徴とする冷却ファン装置。
2. 前記制御部は、前記冷却ファンの回転禁止状態における正面視での前記複数のファンブレードの投影面積が最大となるように前記複数のファンブレードを対応する前記第二軸周りに回動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン装置。
3. 前記駆動源収容室の温度又は前記駆動源の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記制御部は、前記温度検出部によって検出された前記温度に基づいて前記冷却ファンを制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却ファン装置。
4. 前記冷却ファンは、
   前記複数のファンブレードを前記第一軸周りに回転させるモータと、
   前記モータ及び前記複数のファンブレードが内部に設けられたダクトと、
   前記モータから前記ダクトに向けて延設された一以上のフレームと、
   を備え、
   前記制御部は、前記冷却ファンの回転禁止状態において、正面視での前記複数のファンブレード及び前記一以上のフレームの投影面積の合計が最大となる位置で前記複数のファンブレードを停止させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却ファン装置。

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