JP2016190533A - 冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンが高負荷運転しているときであっても、メインラジエータの冷却能力の低下を防止することがきる冷却システムを提供する。【解決手段】第1の熱交換器5と、第1の熱交換器5の下側に配置された第2の熱交換器7と、送風機構9と、第1の熱交換器5と第2の熱交換器7との間における、相互方向の空気の流れを制限する仕切り板11と、仕切り板11の前側に配置された空気流ガイド13と、空気流ガイド13の前側に配置され空気流を制御する空気流路開閉機構15とを有する車両の冷却システム1である。【選択図】図1
Description
本発明は、冷却システムに係り、特に、空気の流路に仕切り材と空気流ガイドとが設けられているものに関する。
従来、車両の前から後に向かって、1つ目の熱交換器であるコンデンサ、2つ目の熱交換器であるサブラジエータ、3つ目の熱交換器であるメインラジエータを、この順に3枚重ねるようにして配置した冷却装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、従来の冷却システムでは、コンデンサとサブラジエータとメインラジエータとが3枚重なったような態様で設けられているので(前から後に向かって空気の流れに対して直列的に配置されているので)、たとえば、車両が高速走行等してエンジンが高負荷運転しているときに、メインラジエータの冷却能力が低下する場合があるという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンが高負荷運転しているときであっても、メインラジエータの冷却能力の低下を防止することがきる冷却システムを提供することを目的とする。
本発明は、第1の熱交換器と、前記第1の熱交換器の下側に配置された第2の熱交換器と、送風機構と、前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間における、相互方向の空気の流れを制限する仕切り板と、前記仕切り板の前側に配置された空気流ガイドと、前記空気流ガイドの前側に配置され空気流を制御する空気流路開閉機構とを有する車両の冷却システムである。
本発明によれば、エンジンが高負荷運転しているときであっても、メインラジエータの冷却能力の低下を防止することがきる冷却システムを提供することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態に係る冷却システム1は、図1等で示すように、たとえば、車両3に搭載されて使用されるものである。
車両3には、図示しないエンジン(原動機)が搭載されており、冷却システム1は、車両3に搭載されており、エンジンの冷却や車両3のキャビン内の供給される空気の冷却(エアーコンディショナ(エアコン)による冷却)や、たとえば過給機で圧縮された空気を冷却するようになっている。
冷却システム1は、第1の熱交換器(たとえば、エアコンのコンデンサ)と第2の熱交換器(たとえば、過給機で圧縮された空気を冷却するサブラジエータ)7と送風機構(たとえば、冷却ファン)9と仕切り板11と空気流ガイド(導風ガイド)13と空気流路開閉機構(たとえば、シャッタ)15とを備えて構成されている。
サブラジエータ7は、コンデンサ5の下側に配置されている(車両3上下方向下側でコンデンサ5に隣接して設けられている。)。
送風機構9では、冷却ファン9が稼働することによって発生した空気流が、コンデンサ5側を通過するようになっている。これによって、たとえばコンデンサ5の強制的な冷却がなされるようになっている。
仕切り板11は、コンデンサ5とサブラジエータ7との間における相互方向の空気の流れを制限するようになっている。
さらに説明すると、仕切り板11は、コンデンサ5とサブラジエータ7との境界から、後側に延出している。そして、コンデンサ5を通過した空気と、サブラジエータ7を通過した空気とは、仕切り板11によって、お互いが遮断されお互いの混ざり合いが防止されるようになっている。コンデンサ5を通過した空気とは、コンデンサ5の前側からコンデンサ5を通ってコンデンサ5の後側に抜けた空気である。サブラジエータ7を通過した空気とは、サブラジエータ7の前側からサブラジエータ7を通ってサブラジエータ7の後側に抜けた空気である。
空気流ガイド13は、仕切り板11の前側に配置されている(車両3前後方向前方側に設けられている)。
さらに説明すると、空気流ガイド13は、コンデンサ5とサブラジエータ7との境界から、前側に延出しており、コンデンサ5を通過する空気と、サブラジエータ7を通過する空気とが、コンデンサ5やサブラジエータ7の前方では、空気流ガイド13によってお互いの混ざり合いが防止されるようになっている。
なお、仕切り板11が、コンデンサ5とサブラジエータ7との境界から前側にも延出しており、空気流ガイド13が、仕切り板11の前端から前側に延出していてもよい。
シャッタ15は、空気流ガイド13の前側に配置されており(車両3前後方向前方側に設けられており)、空気流ガイド13に沿って、車両3の前側から後側に向かって流れる空気流を制御する(たとえば、空気の流量を調整し、また、空気流の形態を変更する)ようになっている。
また、冷却システム1には、制御部(CPUとメモリとを備えて構成された制御手段)17が設けられている。そして、シャッタ15は、車両3の走行状態(たとえば、コンデンサ5やサブラジエータ7の熱負荷(放熱すべき熱量;コンデンサでは冷媒の圧力、サブラジエータでは冷却水の温度)に応じて開閉するように構成されている。
さらに説明すると、車両3には、たとえば、サブラジエータ7の冷却水の温度を検出するサブラジエータ冷却水温度検出センサ(図示せず)、コンデンサ5の冷媒の圧力を検出するコンデンサ冷媒圧力検出センサ(図示せず)、エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン冷却水温度検出センサ(図示せず)、車両3の速度を検出する車両速度検出センサ(図示せず)等が設けられている。
そして、制御部17は、各センサのうちの少なくともいずれかのセンサの検出結果に応じて、シャッタ15を開閉するようになっている。
なお、図1〜図4では、シャッタ15が全閉もしくは全開になっている状態が示されているが、各センサのうちの少なくともいずれかの検出結果に応じて、シャッタ15は中途の開状態になるように構成されていてもよい(開度が調整されるように構成されていてもよい)。
また、シャッタ15は、空気流ガイド13の前端部に設けられており、空気流ガイド13の上側と下側(車両3上下方向上方側と下方側)とに設けられている。
そして、シャッタ15では、空気流ガイド13の上側に設けられている上側部位19と、空気流ガイド13の下側に設けられている下側部位21とのそれぞれが、独立して開閉自在に構成されている。
また、冷却システム1には、第3の熱交換器(メインラジエータ)23が設けられている。メインラジエータ23は、コンデンサ5とサブラジエータ7との後側に設けられている(車両3前後方向後方に配設されている)。
そして、コンデンサ5の高さ寸法とサブラジエータ7の高さ寸法との和(合計の高さ寸法)は、メインラジエータ23の高さ寸法と等しくなっている。
さらに説明すると、コンデンサ5の外形、サブラジエータ7の外形、メインラジエータ23の外形は、それぞれが矩形な平板状に形成されており、厚さ方向が前後方向になって配置されている。
前後方向では、コンデンサ5とサブラジエータ7とは同じところに位置しており、メインラジエータ23は、コンデンサ5およびサブラジエータ7の後側で、コンデンサ5およびサブラジエータ7から所定の距離だけ離れている。
コンデンサ5とサブラジエータ7とは上下方向にならんでいる。そして、上下方向においては、コンデンサ5の上端の位置とメインラジエータ23の上端の位置とはお互いに一致しており、サブラジエータ7の下端の位置とメインラジエータ23の下端の位置とはお互いに一致しており、コンデンサ5およびサブラジエータ7は、メインラジエータ23と同じところに位置している。
横方向においては、コンデンサ5の横方向(左右方向)の一方の端(左端)の位置と、サブラジエータ7の横方向(左右方向)の一方の端(左端)の位置と、メインラジエータ23の横方向(左右方向)の一方の端(左端)の位置とは、お互いが一致しており、コンデンサ5の横方向(左右方向)の他方の端(右端)の位置と、サブラジエータ7の横方向(左右方向)の他方の端(右端)の位置と、メインラジエータ23の横方向(左右方向)の他方の端(右端)の位置とは、お互いが一致しており、コンデンサ5とサブラジエータ7とメインラジエータ23とは同じところに位置している。
これにより、前後方向から見ると、コンデンサ5の総て(総てのコア部)とサブラジエータ7の総て(総てのコア部)とに、メインラジエータ23の総て(総てのコア部)が重なっている。
冷却ファン9は、コンデンサ5の後方のみに設けられている。すなわち、上述したように、冷却ファン9の稼働によって発生した空気流が、コンデンサ5を通過するようになっている。さらには、冷却ファン9の稼働によって発生する空気流の総てが、コンデンサ5の全体にわたってほぼ均一に流れるようになっている。
冷却システム1についてさらに説明する。車両3の前端には、バンパ25が設けられている。冷却システム1は矩形な筒状のダクト(フード)27を備えている。ダクト27の前端におけるバンパ25の上側の開口部がアッパーグリル29を形成しており、ダクト27の前端におけるバンパ25の下側の開口部がロアグリル31を形成している。
冷却ファン9は、ダクト33内に設けられており、冷却ファン9が稼働することで、コンデンサ5を通過する空気流(前から後に向かう空気流)が強制的に発生するようになっている。図示しないエンジンは、冷却システム1の後側に設けられている。
仕切り板11は矩形な平板状に形成されており、厚さ方向が上下方向になるようにして、ダクト27内でコンデンサ5およびサブラジエータ7とメインラジエータ23との間に設けられている。
また、仕切り板11は、上下方向では、コンデンサ5とサブラジエータ7との境界のところに位置している。仕切り板11が設けられていることで、ダクト27内のコンデンサ5およびサブラジエータ7とメインラジエータ23との間の空間が、上側の空間35と下側の空間37とに区画されており、上側の空間35と下側の空間37との間では、空気の行き来ができないようになっている。
導風ガイド13は、矩形な平板状のものの後側が円弧状に曲げて形状になっており、厚さ方向が概ね上下方向になるようにして、ダクト27内で、ダクト27の前端とコンデンサ5およびサブラジエータ7との間に設けられている。
また、導風ガイド13は、上下方向では、コンデンサ5とサブラジエータ7との境界のところから前側斜め下方に延出している。ただし、導風ガイド13は、前側ではほぼ水平に延出している。
導風ガイド13が設けられていることで、ダクト27内のコンデンサ5およびサブラジエータ7の前側の空間が、上側の空間39と下側の空間41とに区画されており、上側の空間39と下側の空間41との間では、空気の行き来ができないようになっている。
シャッタ15は、ロアグリル31のところ(ダクト27の前端下側の部位)に設けられている。シャッタ15の上側部位19は、バンパ25と空気流ガイド13との間における、ダクト27前端の開口部のところに設けられている。シャッタ15の上側部位19は、図示しないアクチュエータによって、上記開口部を開閉するようになっている。
シャッタ15の下側部位21は、空気流ガイド13の下側における、ダクト27前端の開口部のところに設けられている。シャッタ15の下側部位21は、図示しないアクチュエータ(上側部位19のアクチュエータとは別のアクチュエータ)によって、上記開口部を開閉するようになっている。
制御部17は、車両3(エンジン)がコールドスタート状態であるか否か、車両3(エンジン)がアイドル状態であるか否か、車両3の走行速度の少なくともいずれかに応じて、シャッタ15を制御するように構成されている。
たとえば、車両3がコールドスタート状態にあるときには、シャッタ15を総て閉じる全閉モード(図1参照)とし、車両3がアイドル状態もしくは低速走行中(例えば、40km/h未満の速度で走行中)にあるときには、Cond優先モード(コンデンサ優先モード;図3参照)とし、車両3が中速走行中(例えば、40km/h以上80km/h未満の速度で走行中)であるときには、全開モード(図2)とするように、制御部17が、シャッタ15を制御するようになっている。
また、車両3が高速走行中(例えば、80km/h以上の速度で走行中)であるときには、車両3の空力抵抗とコンデンサ5の負荷とサブラジエータ7の負荷とに応じて、全閉モードもしくはCond優先モードもしくは全開モードもしくは空力性能向上モードのいずれかになるように、制御部17が、シャッタ15を制御するようになっている(図5参照)。
全閉モードでは、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とが閉じられている。Cond優先モードでは、シャッタ15の上側部位19が開(たとえば全開)いておりシャッタ15の下側部位21が閉じられている。全開モードでは、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とが開(たとえば全開)いている。空力性能向上モードでは、シャッタ15の下側部位21が開(たとえば全開)いておりシャッタ15の上側部位19が閉じられている。
次に冷却システム1の動作について、図6、図7を参照しつつ説明する。冷却システム1は、制御部17の制御の下、メモリに予め記憶されている動作プログラムにしたがって動作するようになっている。
まず、車両3がコールドスタート状態であるか否かを判断する(S1)。この判断は、エンジン冷却水温度検出センサで検出した温度が所定の値(たとえば60℃)よりも低いか否かを判断することで行う。上記検出した温度が所定の値よりも低いときには、コールドスタート状態であると判断し、上記検出した温度が所定の値以上であるときには、コールドスタート状態ではないと判断する。
車両3がコールドスタート状態では無い場合、車両3がアイドル状態であるか否かを判断する(S3)。この判断は、車両速度検出センサで検出した速度が「0km/h」であるか否かを判断することで行う。
車両3がアイドル状態でない場合、車両3が低速走行状態であるか否かを判断する(S5)。この判断は、車両速度検出センサで検出した速度が所定の値(たとえば40km/h)よりも小さいか否かを判断することで行う。
車両3が低速走行状態ではない場合、車両3が中速走行状態であるか否かを判断する(S7)。この判断は、車両速度検出センサで検出した速度が所定の値(たとえば80km/h)よりも小さいか否かを判断することで行う。
車両3が中速走行状態ではない場合、空力性能とコンデンサ5およびサブラジエータ7との負荷バランスに応じた動作をする(バランスモード;S9)。
バランスモードでは、サブラジエータ7の負荷が大きいかもしくは中くらいかを判断する(S11)。この判断は、サブラジエータ冷却水温度検出センサで検出した冷却水の温度が所定の値(たとえば50℃)よりも高いか否かを判断することで行う。
サブラジエータ7の負荷が小さい場合、コンデンサ5の負荷が大きいかもしくは中くらいかを判断する(S13)。この判断は、コンデンサ冷媒圧力検出センサで検出した冷媒の圧力が所定の値よりも大きいか否かを判断することで行う。上記検出した圧力が所定の値よりも小さいときには、コンデンサ5の負荷が小さいと判断し、上記検出した圧力が所定の値よりも大きいときには、コンデンサ5の負荷が大きいかもしくは中くらいであると判断する。
コンデンサ5の負荷が小さい場合、全閉モードに移行する(S15;図1参照)。この全閉モードでは、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とが閉じられており、ロアグリル31からのダクト27内への空気の流入は無い。また、冷却ファン9は停止している。
ステップS13において、コンデンサ5の負荷が大きいかもしくは中くらいである場合、Cond優先モードに移行する(S23;図3)。このCond優先モードでは、シャッタ15の上側部位19が開いており、シャッタ15の下側部位21が閉じられており、下側部位21からサブラジエータ7への空気の流入は無い。一方、冷却ファン9は、コンデンサ5の負荷に応じて稼働する。すなわち、コンデンサ5の負荷が中くらい以上である場合、冷却ファン9が稼働し、コンデンサ5の負荷が小さい場合、冷却ファン9は停止している。
ステップS11において、サブラジエータ7の負荷が大きいかもしくは中くらいである場合、コンデンサ5の負荷が大きいかもしくは中くらいかを判断する(S25)。
コンデンサ5の負荷が小さい場合、空力性能向上モードに移行する(S27;図4)。この空力性能向上モードでは、シャッタ15の上側部位19が閉じており、シャッタ15の下側部位21が開いており、上側部位19からのコンデンサ5への空気の流入は無い(アッパーグリル29からコンデンサ5への空気の流入は有る)。一方、冷却ファン9は、コンデンサ5の負荷に応じて稼働する。すなわち、コンデンサ5の負荷が大きい場合、冷却ファン9が稼働し、コンデンサ5の負荷が中くらい以下である場合、冷却ファン9は停止している。
ステップS25において、コンデンサ5の負荷が大きいかもしくは中くらいである場合、全開モードに移行する(S29;図2)。この全開モードでは、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とが開いている。一方、冷却ファン9は、コンデンサ5の負荷に応じて稼働する。すなわち、コンデンサ5の負荷が大きい場合、冷却ファン9が稼働し、コンデンサ5の負荷が中くらい以下である場合、冷却ファン9は停止している。
このようなバランスモードに移行することで、車両3が高速走行しているときに、各条件に応じて、各モードへの切り換えをし、最適な空気の流れに制御し、空力性能向上とコンデンサ5、サブラジエータ7の冷却を効率的に行ことができる。
ステップS7において、車両3が中速走行状態である場合、全開モードに移行する(S21;図2)。この全開モードでも、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とが開いている。一方、冷却ファン9は、コンデンサ5の負荷に応じて稼働する。すなわち、コンデンサ5の負荷が大きいか中くらいの場合、冷却ファン9が稼働し、コンデンサ5の負荷が小さい場合、冷却ファン9は停止している。
ステップS5において、車両3が低速走行状態である場合、Cond優先モードに移行する(S19;図3)。このCond優先モードでも、シャッタ15の上側部位19が開いており、シャッタ15の下側部位21が閉じられており、下側部位21からサブラジエータ7への空気の流入は無い。一方、冷却ファン9は、コンデンサ5の負荷に応じて稼働する。すなわち、コンデンサ5の負荷が中くらい以上である場合、冷却ファン9が稼働し、コンデンサ5の負荷が小さい場合、冷却ファン9は停止している。
ステップS3において、車両3がアイドル状態である場合も、ステップS5において、車両3が低速走行状態である場合と同様に動作する。
このようにすることで、40km/hでの低速走行時、サブラジエータ7側に流入するはずの車速風(走行風)を効率よくコンデンサ5側で利用することができる。また、アイドル中に、サブラジエータ7を通過しない冷却風をコンデンサ5に利用できる。また、アイドル中、ロアグリル31側とアッパーグリル29側を分けることで、下部からの空気の吸入が少なくなるため、アイドル時エンジンルームからの吹き返しを低減できる(図3の破線の矢印参照)。
ステップS1において、車両3がコールドスタート状態である場合、全閉モードに移行する(S17;図1参照)。この全閉モードでは、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とが閉じられている。一方、冷却ファン9は、コンデンサ5の負荷に応じて稼働する。すなわち、コンデンサ5の負荷が中くらい以上である場合、冷却ファン9が稼働し、コンデンサ5の負荷が小さい場合、冷却ファン9は停止している。
このようにすることで、コールドスタート時、ロアグリル31から流入する冷風をシャットでき、暖機により燃費の向上に貢献する。
冷却システム1によれば、コンデンサ5の下側にサブラジエータ7が配置されているので、コンデンサ5とサブラジエータ7との後側にメインラジエータ23を設けても、熱交換器が従来のように3枚重なることがない。これにより、エンジンが高負荷運転しているときであっても、メインラジエータ23の冷却能力の低下を防止することがきる。
また、冷却システム1によれば、コンデンサ5とサブラジエータ7との間の相互方向の空気の流れを制限する仕切り板11と、仕切り板11の前側に配置された空気流ガイド13と、空気流ガイド13の前側に配置され空気流を制御するシャッタ15とを備えて構成されているので、車両3の運転状態や各熱交換器5,7,23の負荷等に応じて、空気の流れの態様を適宜設定することができる。これにより、エンジン、過給機、エアーコンディショナを効率良く運転することができる。
また、冷却システム1によれば、シャッタ15が車両3の走行状態に応じて開閉するように構成されているので、各熱交換器5,7,23における熱交換と車両3の走行時における空力性能とをバランスさせ、効率良く車両を運転することができる。
また、冷却システム1によれば、シャッタ15の上側部位19と下側部位21とのそれぞれが独立して開閉自在に構成されているので、各熱交換器5,7,23における熱交換と車両3の走行時における空力性能とを一層適切にバランスさせ効率良く車両を運転することができる。
また、冷却システム1によれば、シャッタ15が空気流ガイド13の前端部設けられているので、シャッタ15を閉じたときに車両3の走行風がダクト27内に入らない。これにより、車両の走行時における空力性能を向上させることができる。
また、冷却システム1によれば、コンデンサ5の高さ寸法とサブラジエータ7の高さ寸法との和がメインラジエータ23の高さ寸法と等しくなっており、前後方向でコンデンサ5およびサブラジエータ7とメインラジエータ23とがお互いに重なっているので、冷却システム1を小型化しつつ、コンデンサ5とサブラジエータ7とメインラジエータ23とにおける放熱を効率良く行うことができる。
また、冷却システム1によれば、冷却ファン9がコンデンサ5の後方のみに設けられているので、冷却ファン9を大型化することなく、アイドル時や低速走行時におけるメインラジータ23およびコンデンサ5における冷却を確実に行うことができる。
1 冷却システム
5 第1の熱交換器(コンデンサ)
7 第2の熱交換器(サブラジエータ)
9 送風機構(冷却ファン)
11 仕切り板
13 空気流ガイド
15 空気流路開閉機構(シャッタ)
17 制御部
19 上側部位
21 下側部位
23 第3の熱交換器(メインラジエータ)
5 第1の熱交換器(コンデンサ)
7 第2の熱交換器(サブラジエータ)
9 送風機構(冷却ファン)
11 仕切り板
13 空気流ガイド
15 空気流路開閉機構(シャッタ)
17 制御部
19 上側部位
21 下側部位
23 第3の熱交換器(メインラジエータ)
Claims (8)
- 第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器の下側に配置された第2の熱交換器と、
送風機構と、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間における、相互方向の空気の流れを制限する仕切り板と、
前記仕切り板の前側に配置された空気流ガイドと、
前記空気流ガイドの前側に配置され空気流を制御する空気流路開閉機構と、
を有することを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項1に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記空気流路開閉機構は、前記車両の走行状態に応じて開閉するように構成されていることを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項1または請求項2に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記空気流路開閉機構は、前記空気流ガイドの上側と下側とに設けられており、
前記空気流ガイドの上側に設けられている上側部位と、前記空気流ガイドの下側に設けられている下側部位とのそれぞれが、独立して開閉自在に構成されていることを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記空気流路開閉機構は、前記空気流ガイドの前端部に設けられていることを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との後側には、第3の熱交換器が設けられていることを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項5に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記第1の熱交換器の高さと前記第2の熱交換器の高さとの和は、前記第3の熱交換器の高さと等しいことを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記送風機構は、前記第1の熱交換器の後方側に設けられていることを特徴とする車両の冷却システム。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の車両の冷却システムにおいて、
前記車両がコールドスタート状態であるか否か、前記車両がアイドル状態であるか否か、前記車両の走行速度、の少なくともいずれかに応じて、前記空気流路開閉機構を制御する制御部を有することを特徴とする車両の冷却システム。
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