JP2017030504A - エンジン用熱交換器の通風量制御機構 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないスペースであっても配置することができて、熱交換器の通風量を制御することができるエンジン用熱交換器の通風量制御機構を提供する。【解決手段】エンジン用熱交換器の通風量制御機構１０は、車両１のエンジンルーム３における通風経路５０に配置された熱交換器５の通風量を制御する機構であって、通風経路に配置されたスクリーン２０と、回転することでスクリーンを送出するローラ３０ａ，３０ｂと、を備え、スクリーンは、空気が通過可能な開口部２１ａ，２１ｂを備え、ローラがスクリーンを送出することで、開口部の通風経路への露出量を変化させることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン用熱交換器の通風量制御機構に関し、詳しくはエンジン用の熱交換器への空気の通風量を制御可能な機構に関する。

従来、エンジンの冷却システムで使用される熱交換器として、エンジンの冷却水を冷却するラジエータや、ターボチャージャによって過給された吸気を冷却するインタークーラ等が知られている。このような熱交換器の例として、特許文献１には、車両のエンジンルームに配置されたラジエータが開示されている。

ラジエータやインタークーラ等の熱交換器が搭載されているエンジンルームは常に空気が流入する構造となっている。熱交換器は、エンジンルーム内の空気が通過する通風経路に配置されて、この熱交換器を通過する空気との間で熱交換を行うことで、冷却水や吸気等の被冷却媒体を冷却する。

また特許文献１には、エンジンルームのラジエータよりも前方側にラジエータカーテンを配置して、このラジエータカーテンによって、ラジエータへの通風を遮断する技術が開示されている。このラジエータカーテンを熱交換器の前方側に配置した場合には、熱交換器への通風を遮断することができる。なお、このラジエータカーテンを熱交換器の前方側に配置しても、熱交換器の通風量を制御することは困難である。

実公昭６２−８３３６号公報

一方、近年、熱交換器の通風量を制御することで、熱交換器の放熱量を制御する技術の開発が求められている。この熱交換器の通風量を制御する技術として、例えば回転することで通風量を制御する可動式のフラップを熱交換器の前方側に配置して、このフラップによって熱交換器を通過する通風量を制御する技術を採用することが考えられる。しかしながら、フラップを回転させるためには、多くのスペースが必要となるところ、エンジンルームにおいてこのような大きなスペースを確保することは容易とはいえない。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、少ないスペースであっても配置することができて、熱交換器の通風量を制御することができるエンジン用熱交換器の通風量制御機構を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明のエンジン用熱交換器の通風量制御機構は、車両のエンジンルームにおける通風経路に配置された熱交換器の通風量を制御する機構であって、前記通風経路に配置されたスクリーンと、回転することで前記スクリーンを送出するローラと、を備え、前記スクリーンは、空気が通過可能な開口部を備え、前記ローラが前記スクリーンを送出することで、前記開口部の前記通風経路への露出量を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、開口部の通風経路への露出量が変化することで、熱交換器の通風量を
制御することができる。また、スクリーンは回転式のフラップに比較して、厚みが薄いので、少ないスペースであっても配置することができる。

上記構成において、前記スクリーンは、前記開口部が形成されておらず、且つ前記熱交換器への通風を遮断する領域をさらに備える構成としてもよい。

この構成によれば、スクリーンの送出によりスクリーンの開口部が形成されていない領域を通風経路に露出させることで、熱交換器への通風を遮断することができる。この場合、熱交換器からの放熱を抑制することができる。また、この構成によれば、空気抵抗の比較的高い熱交換器や、この熱交換器よりも後方に配置されている部材（例えばエンジン等）への通風を遮断することができるので、走行時における車両の空気抵抗を低減することもできる。

上記構成において、前記熱交換器は、フィンが設けられた領域であり且つ空気が通過可能な領域であるフィン領域と、前記フィンが設けられていない非フィン領域とが、交互に配置された構造を有し、前記スクリーンの前記開口部は、前記通風経路に露出した場合に、前記フィン領域に対応するように設けられている構成としてもよい。

この構成によれば、スクリーンの開口部をフィン領域に対応させた状態でスクリーンを若干送出するだけで、このフィン領域におけるスクリーンの開口部に覆われる部分の面積、言い換えれば、スクリーンの開口部以外の部分に覆われずに通風可能な部分の面積を調整できるので、熱交換器の通風量を変更することができる。これにより、少ないローラ駆動用エネルギで、熱交換器の通風量を精度良く制御することができる。

上記構成において、前記スクリーンの前記開口部は、前記ローラが前記スクリーンを送出した場合に、前記開口部の前記通風経路へ露出する部分の面積が連続的に変化する形状を有する構成としてもよい。

この構成によれば、開口部の通風経路へ露出する部分の面積が段階的に変化する場合に比較して、熱交換器の通風量を連続的にきめ細かく制御することができる。

本発明によれば、少ないスペースであっても配置することができて、熱交換器の通風量を制御することができる。

実施形態に係る通風量制御機構を備える車両の構成を示す概略図である。 図２（ａ）は実施形態に係る通風量制御機構を車両の前方側から視認した状態を示す概略図である。図２（ｂ）は、スクリーンを長手方向（送出方向）に展開した状態を示す概略図である。 図３（ａ）は実施形態の変形例１に係る通風量制御機構を備える車両のエンジンルームの内部を示す概略図である。図３（ｂ）は実施形態の変形例２に係る通風量制御機構を備える車両のエンジンルームの内部を示す概略図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は実施形態の変形例３に係る通風量制御機構を説明するための説明図である。 実施形態の変形例４に係る通風量制御機構を示す概略図である。 比較例に係る通風量制御機構を備える車両の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態に係るエンジン用熱交換器の通風量制御機構１０について図面
を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る通風量制御機構１０を備える車両１の構成を示す概略図である。図１において、左側が車両１の前方側であり、右側が車両１の後方側である。また図１には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交座標が図示されている。Ｘ方向は車両の後方に相当し、Ｚ方向（紙面奥側から手前側の方向）は上方（重力とは反対の方向）に相当する。

車両１の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてバス、トラック等の大型車両を用いる。車両１は、エンジン２、ＥＣＵ４、熱交換器５、及び通風量制御機構１０を備えている。エンジン２は車両１のエンジンルーム３に配置されている。エンジン２の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例として、ディーゼルエンジンを用いる。

ＥＣＵ４は、エンジン２及び通風量制御機構１０を制御する電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。このＥＣＵ４は、制御部としての機能を有するＣＰＵと、制御部の動作に必要なプログラムや各種情報等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等とを有するマイクロコンピュータを備えている。

熱交換器５は、エンジン２に関係する熱伝達媒体と空気との間で熱交換を行わせる装置である。熱交換器５は、エンジンルーム３における通風経路５０（すなわち空気が通過する経路）に配置されている。具体的には本実施形態に係る熱交換器５は、エンジン２よりも前方側に配置されている。また本実施形態に係る熱交換器５は、通風経路５０の空気の流動方向（Ｘ方向）に沿って配列した複数の熱交換部として、熱交換部６ａと熱交換部６ｂとを備えている。熱交換部６ｂは熱交換部６ａよりもＸ方向側に配置されている。

なお、熱交換部６ａ及び熱交換部６ｂの具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては熱交換部６ａの一例としてインタークーラを用い、熱交換部６ｂの一例としてラジエータを用いる。インタークーラは、吸気を過給するターボチャージャ（図示せず）によって過給された後の吸気（これは高温側の熱伝達媒体に相当し、被冷却媒体でもある）と冷却水（これは低温側の熱伝達媒体に相当し、冷却媒体でもある）との間で熱交換を行わせることで、吸気を冷却する。またラジエータは、エンジン２の冷却水（これは高温側の熱伝達媒体に相当し、被冷却媒体でもある）と空気（これは低温側の熱伝達媒体に相当し、冷却媒体でもある）との間で熱交換を行わせることでエンジン２の冷却水を冷却する。

通風量制御機構１０は、熱交換器５を通過する空気の量（すなわち通風量）を制御する機構である。具体的には本実施形態に係る通風量制御機構１０は、通風経路５０に配置されたスクリーン２０と、回転することでスクリーン２０を送出するローラ３０ａ及びローラ３０ｂとを備えている。なお、本実施形態に係るローラ３０ａ，３０ｂは、ＥＣＵ４の制御部の指示を受けて両方向に回転することで、スクリーン２０をＹ方向及び−Ｙ方向（すなわち、車両１の横方向且つ水平方向）に送出する。

図２（ａ）は通風量制御機構１０を車両１の前方側から視認した状態を示す概略図である。図２（ｂ）は、スクリーン２０を長手方向（送出方向）に展開した状態を示す概略図である。スクリーン２０は、空気が通過可能な開口部２１ａ，２１ｂを備えている。また、ローラ３０ａ，３０ｂがスクリーン２０を送出することで、開口部２１ａ，２１ｂの通風経路５０への露出量は変化する。

図２（ｂ）に示すように、開口部２１ｂは、スクリーン２０の送出方向で、開口部２１ａとは異なる領域に形成されている。開口部２１ａが形成された領域を第１領域２２と称し、開口部２１ｂが形成された領域を第２領域２３と称する。各々の開口部２１ｂの面積
は、開口部２１ａの面積よりも相対的に面積が小さく、また、開口部２１ｂの全体の面積（合計面積）も開口部２１ａの面積よりも小さい。また本実施形態に係るスクリーン２０は、開口部が形成されておらず、且つ熱交換器５への通風を遮断する第３領域２４も備えている。

なお、本実施形態に係るスクリーン２０は、第１領域２２と第３領域２４との間に第２領域２３が形成された構成となっているが、第１領域２２、第２領域２３及び第３領域２４の配置順はこれに限定されるものではない。また、本実施形態において、第２領域２３の開口部２１ｂの全面積は、第１領域２２の開口部２１ａの全面積の半分となっている。但し、第２領域２３の開口部２１ｂの全面積と第１領域２２の開口部２１ａの全面積との比率は、これに限定されるものではない。

ＥＣＵ４の制御部は、ローラ３０ａ，３０ｂを回転させることでスクリーン２０を送出させて、第１領域２２、第２領域２３及び第３領域２４から選択された１つの領域を通風経路５０に露出させる。これにより、スクリーン２０の開口部２１ａ，２１ｂの通風経路５０への露出量は変化する。具体的には、ＥＣＵ４の指示を受けたローラ３０ａが回転してスクリーン２０をロール状に巻き取り、これと同時にローラ３０ｂが回転して巻き取られているスクリーン２０を繰り出すことで、ローラ３０ａ，３０ｂはスクリーン２０を送出する。ローラ３０ａ，３０ｂによってスクリーン２０が送出されて、第２領域２３が通風経路５０に露出した場合、熱交換器５の通風量は第１領域２２の場合よりも減少する（本実施形態では半分になる）。また、スクリーン２０が送出されて第３領域２４が通風経路５０に配置された場合、熱交換器５への通風は遮断される（すなわち、熱交換器５への通風量はゼロになる）。このようにして通風量制御機構１０は、熱交換器５の通風量を制御している。

なお、本実施形態においてローラ３０ａ，３０ｂは、逆方向にも回転可能に構成されている。そのため、例えば、第３領域２４が通風経路５０に配置された状態から、第２領域２３または第１領域２２が通風経路５０に配置された状態に変更する場合、ローラ３０ａ，３０ｂはＥＣＵ４の指示を受けて、逆方向に回転することで、スクリーン２０を逆方向に送出する。

また、本実施形態に係るＥＣＵ４の制御部は、ローラ３０ａ，３０ｂを制御するにあたり、具体的には熱交換器５の放熱量に基づいてローラ３０ａ，３０ｂを制御している。具体的には本実施形態に係る車両１には、熱交換部６ａ（すなわちインタークーラ）の吸気出口部の吸気温度を検出する温度センサ（図示せず）と、熱交換部６ｂ（すなわちラジエータ）の冷却水出口部の冷却水温度を検出する温度センサ（図示せず）とが配置されている。制御部は、これらのセンサの検出結果を受けて、この吸気温度及び冷却水温度を取得する。制御部は、取得されたこれらの温度から、予め記憶部に記憶されている所定の演算式またはマップを用いて、熱交換器５の放熱量を算出する。

そして、制御部は、算出された放熱量が第１基準値以上の場合は第１領域２２を通風経路５０に露出させ、放熱量が第１基準値より低く且つ第２基準値以上の場合には第２領域２３を通風経路５０に露出させ、放熱量が第２基準値より低い場合は第３領域２４を通風経路５０に露出させる。なお、第１基準値及び第２基準値は、予め記憶部（例えばＲＯＭ）に記憶されている（すなわち、ＥＣＵ４に予め設定されている）。

なお、制御部によるローラ３０ａ，３０ｂの制御の具体例は上述した制御処理の内容に限定されるものではない。他の例を挙げると、例えば制御部は、上記制御処理に加えて、車両１の車室を冷却する冷房装置のスイッチがＯＮにされた場合にも、強制的に第１領域２２が通風経路５０に露出するようにローラ３０ａ，３０ｂを制御してもよい。また制御
部は、エンジン２がオーバーヒートの状態になったことを検出した場合にも、強制的に第１領域２２が通風経路５０に露出するようにローラ３０ａ，３０ｂを制御してもよい。

続いて通風量制御機構１０の作用効果について比較例と比較しつつ説明する。図６は比較例に係る通風量制御機構２１０を備える車両２００の構成を示す概略図である。なお、図６において、通風量制御機構２１０を制御するＥＣＵの図示は省略されている。比較例に係る通風量制御機構２１０は、ＥＣＵの指示を受けて回転することで通風量を制御する、可動式のフラップ２２０によって構成されている。このフラップ２２０は、熱交換器５の前方側に配置されており、フラップ２２０が回転することで、熱交換器５を通過する空気の量が制御される。しかしながら、フラップ２２０を回転させるためには、多くのスペースが必要となる。エンジンルーム３において、このような大きなスペースを確保することは容易とはいえない。

これに対して本実施形態に係る通風量制御機構１０によれば、ローラ３０ａ，３０ｂがスクリーン２０を送出して開口部２１ａ，２１ｂの通風経路５０への露出量が変化することで、熱交換器５の通風量を制御することができる。具体的には、通風経路５０に第１領域２２または第２領域２３を選択的に露出させることで、通風経路５０に露出する開口部２１ａ，２１ｂの大きさを変化させて、熱交換器５の通風量を制御することができる。また、スクリーン２０は回転式のフラップ２２０に比較して、厚みが薄いので、少ないスペースであっても配置することができる。すなわち、通風量制御機構１０によれば、少ないスペースであっても配置することができて、熱交換器５の通風量を制御することができる。

また通風量制御機構１０によれば、開口部２１ａ，２１ｂが形成されていない第３領域２４を備えているので、第３領域２４を通風経路５０に露出させることで、熱交換器５への通風を遮断することもできる。この場合、熱交換器５からの放熱を抑制することができる。また、この構成によれば、エンジンルーム３に進入した空気をスクリーン２０の第３領域２４に沿って流動させることで、空気抵抗の比較的高い熱交換器５や、熱交換器５よりも後方に配置されている部材（例えばエンジン２等）への通風を遮断することができるので、走行時における車両１の空気抵抗を低減することもできる。

なお、上記実施形態において、スクリーン２０の送出方向はＹ方向又は−Ｙ方向であるが、これに限定されるものではない。例えばスクリーン２０の送出方向はＺ方向又は−Ｚ方向（すなわち上下方向）とすることもできる。

また上記実施形態において、スクリーン２０の開口部２１ａ，２１ｂの形状は四角形であるが、開口部２１ａ，２１ｂの形状はこれに限定されるものではなく、熱交換器５の形状に合わせて適切な形状を設定すればよい。

（変形例１）
図３（ａ）は本実施形態の変形例１に係る通風量制御機構１０ａを備える車両１のエンジンルーム３の内部を示す概略図である。通風量制御機構１０ａは、スクリーン２０の配置位置が、熱交換器５における隣接する一方の熱交換部６ａと他方の熱交換部６ｂとの間の部分になっている点において、図１に示す通風量制御機構１０と異なっている。通風量制御機構１０ａのその他の構成は図１の通風量制御機構１０と同様である。

本変形例においても、ローラ３０ａ，３０ｂの回転によってスクリーン２０の第１領域２２、第２領域２３及び第３領域２４から選択された１つの領域が通風経路５０に露出することにより、熱交換器５の通風量を制御することができる。

（変形例２）
図３（ｂ）は本実施形態の変形例２に係る通風量制御機構１０ｂを備える車両１のエンジンルーム３の内部を示す概略図である。通風量制御機構１０ｂは、スクリーン２０の配置位置が、熱交換器５よりも後方側、具体的には熱交換部６ｂよりも後方側であってエンジン２よりも前方側になっている点において、図１に示す通風量制御機構１０と異なっている。通風量制御機構１０ｂのその他の構成は図１の通風量制御機構１０と同様である。

本変形例においても、ローラ３０ａ，３０ｂの回転によってスクリーン２０の第１領域２２、第２領域２３及び第３領域２４から選択された１つの領域が通風経路５０に露出することにより、熱交換器５の通風量を制御することができる。

（変形例３）
図４（ａ）及び図４（ｂ）は本実施形態の変形例３に係る通風量制御機構１０ｃを説明するための説明図である。具体的には図４（ａ）は熱交換器５の熱交換部６ａを車両１の前方側から視認した状態を示し、図４（ｂ）は通風量制御機構１０ｃを車両１の前方側から視認した状態を示している。

図４（ａ）に示すように、熱交換部６ａは、熱交換用のフィンが設けられた領域であり、且つ空気が通過可能な領域であるフィン領域７と、フィンが設けられていない領域である非フィン領域８とが、Ｚ方向に交互に配置された構造を有している。また、被冷却媒体は熱交換部６ａの図中左上から熱交換部６ａに流入し、−Ｙ方向、−Ｚ方向、Ｙ方向、及び−Ｚ方向への流動を繰り返しながら、隣接する非フィン領域８を順次流動していく。その結果、熱交換部６ａの全体の中で、被冷却媒体が流入する部位の近傍の領域（図４（ａ）では、仮想線Ｌよりも左上の領域）の放熱量は、これ以外の領域（図４（ａ）では、仮想線Ｌよりも右下の領域）の放熱量よりも高くなっている。

なお、本変形例において、熱交換部６ｂも、熱交換部６ａと同様に、フィン領域７と非フィン領域８とが、Ｚ方向に交互に配置された構造を有している。

図４（ｂ）に示すように、本変形例に係る通風量制御機構１０ｃの第２領域２３の開口部２１ｃは、ローラ３０ａ，３０ｂがスクリーン２０を送出した場合に、開口部２１ｃの通風経路５０に露出する部分の面積が連続的に変化する形状を有している。この具体例として、本変形例に係る開口部２１ｃは、スクリーン２０がＹ方向に送出されるほど、開口部２１ｃの通風経路５０へ露出する部分の面積が連続的に減少するような三角形状を有している。

また、開口部２１ｃは、熱交換部６ａの全体の中で、相対的に放熱量の高い領域（すなわち仮想線Ｌよりも左上の領域）に対応するように設けられている。具体的には、開口部２１ｃは、第２領域２３が通風経路５０に露出した場合に、開口部２１ｃが相対的に放熱量の高い領域に露出するように設けられている。なお、通風量制御機構１０ｃの他の構成は図１の通風量制御機構１０と同様である。

本変形例に係る通風量制御機構１０ｃによれば、前述した通風量制御機構１０の効果に加えて、次の効果を奏することができる。具体的には通風量制御機構１０ｃによれば、開口部２１ｃが、ローラ３０ａ，３０ｂがスクリーン２０を送出した場合に、開口部２１ｃの通風経路５０に露出する部分の面積が連続的に変化する形状を有しているので、例えば開口部２１ｃの通風経路５０に露出する部分の面積が段階的に変化する場合に比較して、熱交換器５の通風量を連続的にきめ細かく制御することができる。

また通風量制御機構１０ｃによれば、開口部２１ｃが、熱交換部６ａの全体の中で相対
的に放熱量の高い領域に対応するように設けられているので、熱交換器５の通風量をより効率良く制御することができる。

（変形例４）
図５は本実施形態の変形例４に係る通風量制御機構１０ｄを示す概略図である。通風量制御機構１０ｄは、スクリーン２０の送出方向がＺ方向または−Ｚ方向（すなわち上下方向）となっている点と、第２領域２３の開口部２１ｂに代えて、開口部２１ｄを備えている点と、において、通風量制御機構１０と異なっている。通風量制御機構１０ｄの他の構成は通風量制御機構１０と同様である。

ここで、本変形例に係る熱交換器５の熱交換部６ａは、図４（ａ）で説明した、フィン領域７と非フィン領域８とが交互に配置された構造を有する熱交換部６ａである。また、本変形例に係る熱交換器５の熱交換部６ｂも、フィン領域７と非フィン領域８とが交互に配置された構造を有している。図５に示すように、本変形例に係るスクリーン２０の開口部２１ｄは、通風経路５０に露出した場合に、フィン領域７に対応するように設けられている。具体的には、開口部２１ｄの面積及び形成位置は、図４（ａ）に示す熱交換器５の熱交換部６ａのフィン領域７の面積及び形成位置と一致している。

本変形例に係る通風量制御機構１０ｄによれば、前述した通風量制御機構１０の効果に加えて、次の効果を奏することができる。具体的には通風量制御機構１０ｄによれば、開口部２１ｄが、通風経路５０に露出した場合にフィン領域７に対応するように設けられているので、スクリーン２０の開口部２１ｄをフィン領域７に対応させた状態でスクリーン２０をＺ方向または−Ｚ方向に若干送出するだけで、フィン領域７におけるスクリーン２０の開口部に覆われる部分の面積、言い換えれば、スクリーン２０の開口部以外の部分に覆われずに通風可能な部分の面積を調整できるので、熱交換器５の通風量を変更することができる。これにより、少ないローラ駆動用エネルギ（ローラ３０ａ，３０ｂの駆動に要するエネルギ）で、熱交換器５の通風量を精度良く制御することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ エンジンルーム
５ 熱交換器
７ フィン領域
８ 非フィン領域
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 通風量制御機構
２０ スクリーン
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 開口部
３０ａ，３０ｂ ローラ
５０ 通風経路

Claims (4)

1. 車両のエンジンルームにおける通風経路に配置された熱交換器の通風量を制御する機構であって、
   前記通風経路に配置されたスクリーンと、
   回転することで前記スクリーンを送出するローラと、を備え、
   前記スクリーンは、空気が通過可能な開口部を備え、
   前記ローラが前記スクリーンを送出することで、前記開口部の前記通風経路への露出量を変化させることを特徴とするエンジン用熱交換器の通風量制御機構。
2. 前記スクリーンは、前記開口部が形成されておらず、且つ前記熱交換器への通風を遮断する領域をさらに備える請求項１記載のエンジン用熱交換器の通風量制御機構。
3. 前記熱交換器は、フィンが設けられた領域であり且つ空気が通過可能な領域であるフィン領域と、前記フィンが設けられていない非フィン領域とが、交互に配置された構造を有し、
   前記スクリーンの前記開口部は、前記通風経路に露出した場合に、前記フィン領域に対応するように設けられている請求項１または２に記載のエンジン用熱交換器の通風量制御機構。
4. 前記スクリーンの前記開口部は、前記ローラが前記スクリーンを送出した場合に、前記開口部の前記通風経路へ露出する部分の面積が連続的に変化する形状を有する請求項１または２に記載のエンジン用熱交換器の通風量制御機構。

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