JP2017106367A - 車両用冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの吸気を冷却するとともに車室内へ送風される空気を冷却除湿する車両用冷却システムの消費動力を低減する。
【解決手段】第１循環流路２１のうちクーラコア１６の熱媒体出口側かつチラー１４の熱媒体入口側の部位と第２循環流路２２のうちインタークーラ１５の熱媒体出口側かつラジエータ１３の熱媒体入口側の部位とに接続された第１連通流路２３と、第１循環流路２１のうちチラー１４の熱媒体出口側かつクーラコア１６の熱媒体入口側の部位と、第２循環流路２２のうちラジエータ１３の熱媒体出口側かつインタークーラ１５の熱媒体入口側の部位とに接続された第２連通流路２４と、第１循環流路２１と第２循環流路２２とが第１連通流路２３および第２連通流路２４によって連通する状態と連通しない状態とを切り替える切替部２５とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの吸気を冷却するとともに車室内へ送風される空気を冷却除湿する車両用冷却システムに関する。

従来、特許文献１には、クーラコア、インタークーラ、チラーおよびラジエータに冷却水を循環させる車両用熱管理システムが記載されている。

クーラコアは、車室内へ送風される空気と冷却水とを熱交換させる熱交換器である。インタークーラは、エンジンの過給吸気と冷却水とを熱交換させる熱交換器である。チラーは、冷凍サイクルの低圧側冷媒と冷却水とを熱交換させて冷却水を冷却する熱交換器である。ラジエータは、外気と冷却水とを熱交換させる熱交換器である。

この従来技術によると、クーラコアおよびインタークーラに冷却水を循環させることによって、車室内へ送風される空気を冷却除湿できるとともにエンジンの過給吸気を冷却できる。

この従来技術では、チラーで冷却水を冷却する際、冷凍サイクルの圧縮機を駆動するための動力が消費される。

特開２０１５−１２３８２９号公報

上記従来技術において、クーラコアに流入する冷却水の温度が０℃程度であれば、２５℃程度の空気を冷却除湿できる。

冬期や寒冷地走行時のように外気の温度が零下である場合、ラジエータで冷却水を０℃程度に冷却できる。ラジエータで０℃程度に冷却された冷却水をクーラコアに循環させれば、冷凍サイクルの圧縮機を駆動することなく、車室内へ送風される空気を冷却除湿できるので、消費動力を低減することが可能になる。

しかしながら、上記従来技術では、ラジエータで冷却された冷却水のみならずインタークーラで熱交換された冷却水もクーラコアに流入する。そのため、冷凍サイクルの圧縮機を駆動しない場合、外気の温度が零下であっても、クーラコアに流入する冷却水の温度を０℃程度にするのが困難であり、クーラコアで空気を冷却除湿するのが困難であるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、エンジンの吸気を冷却するとともに車室内へ送風される空気を冷却除湿する車両用冷却システムの消費動力を低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る車両用冷却システムは、
冷凍サイクル（３１）の低圧側冷媒と熱媒体とを熱交換させて熱媒体を冷却するチラー（１４）と、
チラー（１４）で冷却された熱媒体と車室内へ送風される空気とを熱交換させて空気を冷却するクーラコア（１６）と、
チラー（１４）とクーラコア（１６）との間で熱媒体を循環させる第１循環流路を形成する第１循環流路形成部（２１）と、
エンジンの吸気と熱媒体とを熱交換させて吸気を冷却するインタークーラ（１５）と、
インタークーラ（１５）で熱交換された熱媒体と外気とを熱交換させるラジエータ（１３）と、
インタークーラ（１５）とラジエータ（１３）との間で熱媒体を循環させる第２循環流路を形成する第２循環流路形成部（２２）と、
第１循環流路（２１）のうちクーラコア（１６）の熱媒体出口側かつチラー（１４）の熱媒体入口側の部位と、第２循環流路（２２）のうちインタークーラ（１５）の熱媒体出口側かつラジエータ（１３）の熱媒体入口側の部位とに接続され、第１循環流路（２１）と第２循環流路（２２）とを連通する第１連通流路を形成する第１連通流路形成部（２３）と、
第１循環流路（２１）のうちチラー（１４）の熱媒体出口側かつクーラコア（１６）の熱媒体入口側の部位と、第２循環流路（２２）のうちラジエータ（１３）の熱媒体出口側かつインタークーラ（１５）の熱媒体入口側の部位とに接続され、第１循環流路（２１）と第２循環流路（２２）とを連通する第２連通流路を形成する第２連通流路形成部（２４）と、
第１循環流路（２１）と第２循環流路（２２）とが第１連通流路（２３）および第２連通流路（２４）によって連通する状態と連通しない状態とを切り替える切替部（２５）とを備える。

これによると、切替部（２５）が第１循環流路（２１）と第２循環流路（２２）とを連通させることによって、ラジエータ（１３）で冷却された熱媒体を、インタークーラ（１５）を介することなくクーラコア（１６）に流すことができる（後述する図４を参照）。

そのため、外気の温度が零下である場合、冷凍サイクル（３１）の圧縮機（３２）を駆動させることなくクーラコア（１６）で空気を冷却除湿できるので、消費動力を低減できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における車両用冷却システムを示す全体構成図である。 第１実施形態の車両用冷却システムにおける電気制御部を示すブロック図である。 第１実施形態における車両用冷却システムの独立作動モードを示す説明図である。 第１実施形態における車両用冷却システムの圧縮機停止除湿モードを示す説明図である。 第１実施形態における車両用冷却システムの吸気冷却優先モードを示す説明図である。 第１実施形態における車両用冷却システムの吸気冷却補助モードを示す説明図である。 第２実施形態における車両用冷却システムを示す全体構成図である。 第２実施形態における車両用冷却システムの独立作動モードを示す説明図である。 第２実施形態における車両用冷却システムの圧縮機停止除湿モードを示す説明図である。 第２実施形態における車両用冷却システムの吸気冷却優先モードを示す説明図である。 第２実施形態における車両用冷却システムの吸気冷却補助モードを示す説明図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に示す車両用冷却システム１０は、エンジンの吸気を冷却するとともに、車室内へ送風される空気を冷却除湿するために用いられる。

図１に示すように、車両用冷却システム１０は、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、ラジエータ１３、チラー１４、インタークーラ１５およびクーラコア１６を備えている。

第１ポンプ１１および第２ポンプ１２は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。冷却水は、熱媒体としての流体である。本実施形態では、冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。

第１ポンプ１１および第２ポンプ１２は、各冷却水流通機器を流れる冷却水の流量を調節する流量調節手段である。ラジエータ１３、チラー１４、インタークーラ１５、クーラコア１６は、冷却水が流通する冷却水流通機器である。

ラジエータ１３は、冷却水と車室外空気（以下、外気と言う。）とを熱交換させる冷却水外気熱交換器である。ラジエータ１３では、冷却水と車室外空気とが顕熱交換する。ラジエータ１３に外気温以上の温度の冷却水を流すことにより、冷却水から外気に放熱させることが可能である。

室外送風機２０は、ラジエータ１３へ外気を送風する外気送風機である。室外送風機２０は電動送風機である。ラジエータ１３および室外送風機２０は車両の最前部に配置されている。このため、車両の走行時にはラジエータ１３に走行風を当てることができる。室外送風機２０は、ラジエータ１３を流れる外気の流量を調節する流量調節手段である。

チラー１４は、冷却水を冷却する冷却水冷却用熱交換器である。チラー１４は、冷凍サイクル３１の低圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって冷却水から低圧側冷媒に吸熱させる低圧側熱交換器である。チラー１４は、冷凍サイクル３１の低圧側冷媒を蒸発させる蒸発器である。

冷凍サイクル３１は、圧縮機３２、コンデンサ３３、膨張弁３４およびチラー１４を備える蒸気圧縮式冷凍機である。本実施形態では、冷凍サイクル３１の冷媒としてフロン系冷媒を用いており、冷凍サイクル３１は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルである。

圧縮機３２は、ベルト駆動式圧縮機であり、冷凍サイクル３１の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。ベルト駆動式圧縮機は、エンジンの駆動力によってエンジンベルトで駆動される圧縮機である。

コンデンサ３３は、圧縮機３２から吐出された高圧側冷媒と外気とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる凝縮器である。コンデンサ３３では、圧縮機３２から吐出された高圧側冷媒が潜熱変化する。

膨張弁３４は、コンデンサ３３から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧部である。膨張弁３４は、感温部を有する温度式膨張弁である。感温部は、チラー１４出口側冷媒の温度および圧力に基づいてチラー１４出口側冷媒の過熱度を検出する。温度式膨張弁は、チラー１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように絞り通路面積を調節する機械的機構を有している。

チラー１４は、膨張弁３４で減圧膨張された低圧冷媒と冷却水とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる蒸発器である。チラー１４では、膨張弁３４で減圧膨張された低圧冷媒が潜熱変化する。チラー１４で蒸発した気相冷媒は圧縮機３２に吸入されて圧縮される。

ラジエータ１３では外気によって冷却水を冷却するのに対し、チラー１４では冷凍サイクル３１の低圧冷媒によって冷却水を冷却する。このため、チラー１４で冷却された冷却水の温度を、ラジエータ１３で冷却された冷却水の温度に比べて低くできる。具体的には、ラジエータ１３では冷却水を外気の温度よりも低い温度まで冷却できないのに対し、チラー１４では冷却水を外気の温度よりも低い温度まで冷却できる。

インタークーラ１５は、ターボチャージャで圧縮されて高温になった過給吸気と冷却水とを熱交換して過給吸気を冷却する吸気冷却器である。ターボチャージャは、エンジンの吸気を過給する過給機である。

クーラコア１６は、チラー１４で冷却された冷却水と車室内への送風空気とを熱交換させて送風空気の温度を調節する空気冷却用熱交換器である。

クーラコア１６は、冷却水と車室内への送風空気とを熱交換させて車室内への送風空気を冷却除湿する空気冷却用熱交換器である。

第１ポンプ１１、チラー１４およびクーラコア１６は、第１循環流路２１に配置されている。第１循環流路２１は、冷却水が循環する環状の流路である。第１循環流路２１は、第１循環流路形成部によって形成されている。

第１ポンプ１１、チラー１４およびクーラコア１６は、第１循環流路２１において、第１ポンプ１１、クーラコア１６、チラー１４の順番に冷却水が流れるように互いに直列に配置されている。

第２ポンプ１２、ラジエータ１３およびインタークーラ１５は、第２循環流路２２に配置されている。第２循環流路２２は、冷却水が循環する環状の流路である。第２循環流路２２は、第２循環流路形成部によって形成されている。

第２ポンプ１２、ラジエータ１３およびインタークーラ１５は、第２循環流路２２において、第２ポンプ１２、インタークーラ１５、ラジエータ１３の順番に冷却水が流れるように互いに直列に配置されている。

第１循環流路２１および第２循環流路２２は、第１連通流路２３および第２連通流路２４を介して、互いに連通している。

第１連通流路２３は、第１循環流路２１のうちクーラコア１６の冷却水出口側かつチラー１４の冷却水入口側の部位と、第２循環流路２２のうちインタークーラ１５の冷却水出口側かつラジエータ１３の冷却水入口側の部位とに接続されている。第１連通流路２３は、第１連通流路形成部によって形成されている。

第２連通流路２４は、第１循環流路２１のうちチラー１４の冷却水出口側かつ第１ポンプ１１の冷却水吸入側の部位と、第２循環流路２２のうちラジエータ１３の冷却水出口側かつ第２ポンプ１２の冷却水吸入側の部位とに接続されている。換言すれば、第２連通流路２４は、第１循環流路２１のうちチラー１４の冷却水出口側かつクーラコア１６の冷却水入口側の部位と、第２循環流路２２のうちラジエータ１３の冷却水出口側かつインタークーラ１５の冷却水入口側の部位とに接続されている。第２連通流路２４は、第２連通流路形成部によって形成されている。

第１連通流路２３と第１循環流路２１との接続部には第１三方弁２５が配置されている。第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側、チラー１４の冷却水入口側、および第１連通流路２３側の３つのポートを有している。

第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側、チラー１４の冷却水入口側、および第１連通流路２３側の３つのポート間の連通状態を切り替える電磁弁である。第１三方弁２５の作動は、制御装置４０によって制御される。

第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側、チラー１４の冷却水入口側および第１連通流路２３側の３つのポートを全て互いに連通させることができる。

第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側およびチラー１４の冷却水入口側の２つのポートのみを互いに連通させることができる。第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側および第１連通流路２３側の２つのポートのみを互いに連通させることができる。第１三方弁２５は、チラー１４の冷却水入口側および第１連通流路２３側の２つのポートのみを互いに連通させることができる。

第１三方弁２５は、第１循環流路２１と第２循環流路２２とが第１連通流路２３および第２連通流路２４によって連通する状態と連通しない状態とを切り替える切替部である。

第２循環流路２２にはバイパス流路２６が接続されている。バイパス流路２６は、第２循環流路２２のうち第１連通流路２３との接続部よりもインタークーラ１５の冷却水出口側の部位と、第２循環流路２２のうち第２連通流路２４との接続部よりも第２ポンプ１２の冷却水吸入側の部位とを接続している。バイパス流路２６は、バイパス流路形成部によって形成されている。

第２三方弁２７は、第２循環流路２２とバイパス流路２６とが合流する合流部に配置されている。具体的には、第２三方弁２７は、第２循環流路２２のうちラジエータ１３の冷却水出口側かつ第２ポンプ１２の冷却水吸入側の部位とバイパス流路２６との接続部に配置されている。

第２三方弁２７は、ラジエータ１３の冷却水出口側、第２ポンプ１２の冷却水吸入側、およびバイパス流路２６側の３つのポートを有している。第２三方弁２７は、３つのポート間の連通状態を切り替えるサーモスタットである。

サーモスタットは冷却水温度応動弁である。冷却水温度応動弁は、サーモワックスと機械的機構とを有している。サーモワックスは、温度によって体積変化する。機械的機構は、サーモワックスの体積変化によって弁体を変位させて冷却水流路を開閉する。第２三方弁２７は、制御装置４０によってその作動が制御される電磁弁であってもよい。

第２三方弁２７は、ラジエータ１３の冷却水出口側、第２ポンプ１２の冷却水吸入側、およびバイパス流路２６側の３つのポートを全て互いに連通させることができる。

第２三方弁２７は、ラジエータ１３の冷却水出口側、および第２ポンプ１２の冷却水吸入側の２つのポートのみを互いに連通させることができる。第２三方弁２７は、第２ポンプ１２の冷却水吸入側、およびバイパス流路２６側の２つのポートのみを互いに連通させることができる。

第２三方弁２７は、バイパス流路２６を流れる冷却水とラジエータ１３を流れる冷却水との流量比を調整する流量比調整部である。

クーラコア１６は、図示しない車両用空調装置の室内空調ユニットのケースに収容されている。室内空調ユニットのケースは、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。室内空調ユニットのケース内の空気流れ最上流側には、図示しない内外気切替箱が配置されている。内外気切替箱は、車室内空気（以下、内気と言う。）と車室外空気（以下、外気と言う。）とを切替導入する内外気導入部である。

内外気切替ドアは、室内空調ユニットの吸込口モードを内気導入モードまたは外気導入モードに切り替える吸込口モード切替部である。内気導入モードでは、室内空調ユニットのケース内に内気が導入される。外気導入モードでは、室内空調ユニットのケース内に外気が導入される。

内外気切替箱の空気流れ下流側には、図示しない室内送風機が配置されている。室内送風機は、内外気切替箱を介して吸入した空気（すなわち内気および外気）を車室内へ向けて送風する送風手段である。室内送風機は、遠心多翼ファン（換言すればシロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機である。

室内空調ユニットのケース内において室内送風機の空気流れ下流側には、クーラコア１６が配置されている。室内空調ユニットのケース内においてクーラコア１６の空気流れ下流側には、図示しないヒータコアが配置されている。ヒータコアは、エンジン冷却水と室内空調ユニットのケース内を流れる空気とを熱交換させて、室内空調ユニットのケース内を流れる空気を加熱する空気加熱用熱交換器である。

エンジン冷却水は、エンジンを冷却するためのエンジン冷却用熱媒体である。エンジン冷却水は、図示しないエンジン冷却回路を循環する。エンジン冷却回路には、エンジンおよびヒータコア等が配置されている。

室内空調ユニットのケース内においてクーラコア１６の空気流れ下流側部位には、図示しないヒータコアバイパス通路が形成されている。ヒータコアバイパス通路は、クーラコア１６を通過した空気を、ヒータコアを通過させずに流す空気通路である。

室内空調ユニットのケース内においてクーラコア１６とヒータコアとの間には、図示しないエアミックスドアが配置されている。

エアミックスドアは、ヒータコアへ流入させる空気と、ヒータコアバイパス通路へ流入させる空気との風量割合を連続的に変化させる風量割合調節部である。エアミックスドアは、回動可能な板状ドアや、スライド可能なドア等であり、図示しない電動アクチュエータによって駆動される。

室内空調ユニットのケースの空気流れ最下流部には、図示しない吹出口が配置されている。室内空調ユニットのケース内を流れる空気は、吹出口から、空調対象空間である車室内へ吹き出される。この吹出口としては、具体的には、デフロスタ吹出口、フェイス吹出口およびフット吹出口が設けられている。

デフロスタ吹出口は、車両前面窓ガラスの内側の面に向けて空調風を吹き出す。フェイス吹出口は、乗員の上半身に向けて空調風を吹き出す。フット吹出口は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出す。

室内空調ユニットのケース内において吹出口の空気流れ上流側には、図示しない吹出口モードドアが配置されている。吹出口モードドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替部である。吹出口モードドアは、図示しない電動アクチュエータによって駆動される。

吹出口モードドアによって切り替えられる吹出口モードとしては、例えば、フェイスモード、バイレベルモード、フットモードおよびフットデフロスタモードがある。

フェイスモードは、フェイス吹出口を全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。バイレベルモードは、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。

フットモードは、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出す吹出口モードである。フットデフロスタモードは、フット吹出口およびデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口およびデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出す吹出口モードである。

ＥＧＲクーラは、エンジンの排気ガスの一部を吸気側に還流させてスロットルバルブで発生するポンピングロスを低減させるＥＧＲ（排気ガス再循環）装置を構成する熱交換器であって、還流ガスと冷却水とを熱交換させて還流ガスの温度を調節する熱交換器である。

次に、車両用冷却システム１０の電気制御部を図２に基づいて説明する。制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する制御手段である。

制御装置４０によって制御される制御対象機器は、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、第１三方弁２５、室外送風機２０および圧縮機３２等である。

制御装置４０のうち、その出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御するハードウェアおよびソフトウェアは、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部である。

制御装置４０のうち第１ポンプ１１および第２ポンプ１２の作動を制御するハードウェアおよびソフトウェアは、ポンプ制御部４０ａである。

制御装置４０のうち第１三方弁２５の作動を制御するハードウェアおよびソフトウェアは、弁制御部４０ｂである。弁制御部４０ｂは、冷却水の循環状態を切り替える切替制御部である。

制御装置４０のうち室外送風機２０の作動を制御するハードウェアおよびソフトウェアは、室外送風機制御部４０ｃである。制御装置４０のうち圧縮機３２の作動を制御するハードウェアおよびソフトウェアは、圧縮機制御部４０ｄである。

各制御部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、制御装置４０に対して別体で構成されていてもよい。

制御装置４０の入力側には、内気温度センサ４１、外気温度センサ４２、日射センサ４３、チラー温度センサ４４、クーラコア温度センサ４５、ラジエータ温度センサ４６、インタークーラ温度センサ４７等のセンサ群の検出信号が入力される。

内気温度センサ４１は、内気の温度（換言すれば車室内温度）を検出する検出部である。外気温度センサ４２は、外気の温度（換言すれば車室外温度）を検出する検出部である。日射センサ４３は、車室内の日射量を検出する検出部である。

チラー温度センサ４４は、チラー１４の温度を検出する検出部である。例えば、チラー温度センサ４４は、チラー１４から流出した冷却水の温度を検出する。

クーラコア温度センサ４５は、クーラコア１６の温度を検出する検出部である。クーラコア温度センサ４５は、例えば、クーラコア１６の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタや、クーラコア１６を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ等である。

ラジエータ温度センサ４６は、ラジエータ１３の温度を検出する検出部である。例えば、ラジエータ温度センサ４６は、ラジエータ１３から流出した冷却水の温度を検出する検出部である。

インタークーラ温度センサ４７は、インタークーラ１５の温度を検出する検出部である。例えば、インタークーラ温度センサ４７は、インタークーラ１５の出口吸気の温度を検出するフィンサーミスタや、インタークーラ１５を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ等である。

制御装置４０の入力側には、操作パネル４８に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。例えば、操作パネル４８は、車室内前部の計器盤付近に配置されている。

操作パネル４８に設けられた各種空調操作スイッチは、デフロスタスイッチ、エアコンスイッチ、オートスイッチ、車室内温度設定スイッチ、風量設定スイッチおよび空調停止スイッチ等である。

デフロスタスイッチは、デフロスタモードを設定または解除するスイッチである。デフロスタモードは、室内空調ユニットのデフロスタ吹出口からフロント窓ガラスの内面に向けて空調風を吹き出してフロント窓ガラスの曇りを防止したり、窓曇りした場合に窓曇りを除去したりする吹出口モードである。

エアコンスイッチは、冷房または除湿の作動・停止（換言すればオン・オフ）を切り替えるスイッチである。風量設定スイッチは、室内送風機から送風される風量を設定するスイッチである。オートスイッチは、空調の自動制御を設定または解除するスイッチである。

車室内温度設定スイッチは、乗員の操作によって車室内目標温度を設定する目標温度設定手段である。空調停止スイッチは、空調を停止させるスイッチである。

制御装置４０は、外気温度と車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯとに基づいて空調モードを決定する。目標吹出温度ＴＡＯは、内気温Ｔｒを速やかに乗員の所望の目標温度Ｔｓｅｔに近づけるために決定される値であって、下記数式Ｆ１により算出される。

ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ …Ｆ１
この数式において、Ｔｓｅｔは車室内温度設定スイッチによって設定された車室内の目標温度であり、Ｔｒは内気温度センサ４１によって検出された内気温度であり、Ｔａｍは外気温度センサ４２によって検出された外気温度であり、Ｔｓは日射センサ４３によって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

例えば、制御装置４０は、外気温度よりも目標吹出温度ＴＡＯが低い場合、空調モードを冷房モードに決定し、外気温度よりも目標吹出温度ＴＡＯが高い場合、空調モードを暖房モードに決定する。

制御装置４０のうち空調モードを決定するハードウェアおよびソフトウェアは、空調モード決定部である。空調モード決定部は、制御装置４０に対して別体で構成されていてもよい。

次に、上記構成における作動を説明する。制御装置４０が第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、圧縮機３２および第１三方弁２５等の作動を制御することによって、種々の作動モードに切り替えられる。

例えば、独立作動モード、圧縮機停止除湿モード、吸気冷却優先モード、吸気冷却補助モードに切り替えられる。以下、独立作動モード、圧縮機停止除湿モード、吸気冷却優先モードおよび吸気冷却補助モードを説明する。

（１）独立作動モード
図３に示す独立作動モードは、インタークーラ１５による吸気冷却と、クーラコア１６による冷却除湿とを互いに独立して行う作動モードである。独立作動モードは、最も使用頻度の高い基本の作動モードである。

独立作動モードでは、第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側およびチラー１４の冷却水入口側の２つのポートのみを互いに連通させる。

これにより、図３の太実線に示すように第１循環流路２１および第２循環流路２２に互いに独立して冷却水が循環するので、第１循環流路２１および第２循環流路２２のうち一方の流路で冷却水温度が変化しても他方の流路に影響を与えない。

独立作動モードでは、圧縮機３２のオン・オフや容量制御を行うことによって、チラー１４での熱交換量を変化させてクーラコア１６に流入する冷却水の温度を変化させることができるので、クーラコア１６の熱交換能力を制御できる。

独立作動モードでは、第１ポンプ１１が吐出する冷却水の流量を変化させることによっても、クーラコア１６の熱交換能力を制御できる。

独立作動モードでは、第２三方弁２７の弁開度によってラジエータ１３への冷却水流量が変化して外気への放熱量が変化するので、インタークーラ１５に流入する冷却水の温度が変化する。例えば、インタークーラ１５で熱交換された吸気の温度が所定温度（例えば３０〜４０℃）以下にならないように第２三方弁２７の弁開度が変化する。さらに、第２ポンプ１２が吐出する冷却水の流量を変化させることによって、インタークーラ１５で熱交換された吸気の温度をより細やかに制御できる。

（２）圧縮機停止除湿モード
図４に示す圧縮機停止除湿モードは、室内空調ユニットの吸込口モードが内気導入モードであり、かつ外気温が車室内温度よりも低い場合に実行される。圧縮機停止除湿モードは、ラジエータ１３で外気によって冷却された冷却水をクーラコア１６に送って内気を除湿する作動モードである。圧縮機停止除湿モードは、圧縮機３２を停止させて消費動力を低減するために実行される。

圧縮機停止除湿モードでは、第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側および第１連通流路２３側の２つのポートのみを互いに連通させる。

これにより、図４の太実線に示すように冷却水が循環する。第１ポンプ１１から吐出された冷却水は、クーラコア１６、第１三方弁２５、ラジエータ１３、第１ポンプ１１の順に循環する。第２ポンプ１２から吐出された冷却水は、インタークーラ１５、ラジエータ１３、第２ポンプ１２の順に循環する。

ラジエータ１３では、第１循環流路２１の冷却水と第２循環流路２２の冷却水とが混合されるので、第１循環流路２１と第２循環流路２２とが互いに冷却水の温度に影響を与える。

圧縮機停止除湿モードでは、第２三方弁２７は、冷却水のほとんどがバイパス流路２６を流れ、ラジエータ１３へ向かう冷却水の流量が微量になるように弁開度を調整すればよい。その理由は以下のとおりである。

圧縮機停止除湿モードは、外気温が車室内温度よりも低い場合に実施されるので、圧縮機停止除湿モードでは、インタークーラ１５に流入する吸気の温度も低めである。本実施形態では、吸気から凝縮水が発生しないように、インタークーラ１５で冷却された吸気の温度を下げ過ぎないようにする必要があるからである。また、例えば、市街地走行や平坦路の１００ｋｍ／ｈ程度の走行である場合、走行負荷が高くなって吸気が過給されるのは発進や加速時等のわずかな機会のみであるので、インタークーラ１５の時間平均の熱交換量はほんのわずか（例えば、０．２ｋＷ程度以下）であるからである。

一方、例えば、温度が２５℃、湿度が５０％、流量が２００ｍ３／ｈの内気をクーラコア１６で１℃まで冷却する場合、クーラコア１６における冷却水の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとすると、クーラコア１６に流入する冷却水を−５℃程度にする必要があり、必要な冷却量は２．８ｋＷ程度であり、クーラコア１６から流出する冷却水の温度は０℃程度になる。

そのため、ラジエータ１３は、吸気冷却分と合わせ、３ｋＷ程度放熱できればよいことになるため、一般的なラジエータで十分放熱可能である。

すなわち、本実施形態によれば、ラジエータ１３では、外気の温度よりも５℃程度高い温度の冷却水を作り出すことができるので、外気温が５℃程度以下であれば、２５℃の内気を冷却除湿できる。

（３）吸気冷却優先モード
図５に示す吸気冷却優先モードは、クーラコア１６による冷房を停止して、ラジエータ１３の冷却水冷却能力に加えてチラー１４の冷却水冷却能力も利用して吸気温度を下げてエンジン出力を増大可能にする作動モードである。

吸気冷却優先モードでは、第１三方弁２５は、チラー１４の冷却水入口側および第１連通流路２３側の２つのポートのみを互いに連通させる。また、吸気冷却優先モードでは、第１ポンプ１１は停止される。

これにより、図５の太実線に示すように、第２ポンプ１２から吐出された冷却水は、インタークーラ１５を流れた後にラジエータ１３側とチラー１４側とに分岐してラジエータ１３とチラー１４とを並列に流れた後、合流して第２ポンプ１２に吸入される。

例えば、エンジンの排気量が１５００ｃｃ程度であり、エンジンの出力が最大であるときのラジエータ１３の放熱量が１５ｋＷ程度である場合において、チラー１４の冷却水冷却能力を利用しない場合、インタークーラ１５に流入する冷却水の温度が４４℃になり、インタークーラ１５から流出する吸気の温度が５０℃になるのに対し、チラー１４の冷却水冷却能力を３ｋＷ利用すると、インタークーラ１５に流入する冷却水の温度をおおよそ３７℃、インタークーラ１５から流出する吸気の温度をおおよそ４３℃に低下させることができ、ひいてはエンジン出力を７ｋＷ程度増加させることができる。

なお、チラー１４で冷却水を冷却することによってラジエータ１３に流入する冷却水の温度も低下するので、ラジエータ１３でも放熱量が２ｋＷ減少し、全体での冷却量の増加は１ｋＷとなる。

また、チラー１４で冷却水を冷却するために圧縮機３２が駆動されるので、圧縮機３２で１．５ｋＷ程度の動力が消費される。圧縮機３２はエンジンの駆動力によって駆動されるため、その分、エンジン出力向上効果が減少するが、差し引きで５．５ｋＷのエンジン出力向上効果を得ることができる。

（４）吸気冷却補助モード
図６に示す吸気冷却補助モードは、チラー１４の冷却水冷却能力を利用してクーラコア１６による冷房を行いつつ、チラー１４の冷却水冷却能力の一部を吸気冷却の補助として利用する作動モードである。

吸気冷却補助モードでは、第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側、チラー１４の冷却水入口側、および第１連通流路２３側の３つのポートを全て互いに連通させる。また、第１三方弁２５は、クーラコア１６側からの冷却水とインタークーラ１５側からの冷却水とが所定の流量割合でチラー１４側に流れるように弁開度が調整される。

これにより、図６の太実線に示すように、第１ポンプ１１から吐出された冷却水と第２ポンプ１２から吐出された冷却水とがチラー１４に流入し、チラー１４で冷却された冷却水の一部がインタークーラ１５を流れて吸気を冷却し、チラー１４で冷却された冷却水の残りがクーラコア１６を流れて冷房を行う。

また、第２ポンプ１２の出力を高め、第１ポンプ１１の出力を下げるようにポンプ出力を制御することによって、インタークーラ１５から流出した冷却水がチラー１４側に引き込まれやすくする。

上記各作動モードでは、ラジエータ１３への冷却水流量を変化させて外気への放熱量を調整し、ラジエータ１３をバイパスしてきた水と混合させることによって、インタークーラ１５に流入する冷却水の温度を変化させてインタークーラ１５の出口吸気温度を制御できる。

本実施形態では、第１連通流路２３は、第１循環流路２１のうちクーラコア１６の冷却水出口側かつチラー１４の冷却水入口側の部位と、第２循環流路２２のうちインタークーラ１５の冷却水出口側かつラジエータ１３の冷却水入口側の部位とに接続されている。第２連通流路２４は、第１循環流路２１のうちチラー１４の冷却水出口側かつクーラコア１６の冷却水入口側の部位と、第２循環流路２２のうちラジエータ１３の冷却水出口側かつインタークーラ１５の冷却水入口側の部位とに接続されている。第１三方弁２５は、第１循環流路２１と第２循環流路２２とが第１連通流路２３および第２連通流路２４によって連通する状態と連通しない状態とを切り替える。

これによると、第１三方弁２５が第１循環流路２１と第２循環流路２２とを連通させることによって、ラジエータ１３で冷却された冷却水をクーラコア１６に流すことができる。そのため、低外気温時、冷凍サイクル３１の圧縮機３２を停止させてもクーラコア１６で空気を冷却除湿できる。

本実施形態では、第１三方弁２５は、第１循環流路２１と第１連通流路２３との接続部に配置されている。第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側とチラー１４の冷却水入口側とを連通させる状態と、クーラコア１６の冷却水出口側と第１連通流路２３とを連通させる状態と、チラー１４の冷却水入口側と第１連通流路２３側とを連通させる状態とを切り替え可能になっている。

これにより、図３〜６に示す独立作動モード、圧縮機停止除湿モード、吸気冷却優先モード、吸気冷却補助モードに切り替えることができる。

本実施形態では、第１三方弁２５は、クーラコア１６の冷却水出口側からチラー１４の冷却水入口側へ向かって流れる冷却水と、第１連通流路２３側からチラー１４の冷却水入口側へ向かって流れる冷却水との流量比を調整可能になっている。これにより、クーラコア１６およびインタークーラ１５の両方を適切な温度に調整できる。

本実施形態では、第２三方弁２７は、バイパス流路２６を流れる冷却水と、ラジエータ１３を流れる冷却水との流量比を調整する。これにより、ラジエータ１３への冷却水の流量を変化させて外気への放熱量を調整できるので、インタークーラ１５の吸気冷却温度を制御できる。

本実施形態では、第２三方弁２７は、第２循環流路２２のうちラジエータ１３の冷却水出口側かつインタークーラ１５の冷却水入口側の部位とバイパス流路２６との接続部に配置されている。第２三方弁２７は、ラジエータ１３の冷却水出口側からインタークーラ１５の冷却水入口側へ向かって流れる冷却水と、バイパス流路２６側からインタークーラ１５の冷却水入口側へ向かって流れる冷却水との流量比を調整する。これにより、インタークーラ１５を適切な温度に調整できる。

（第２実施形態）
本実施形態における車両用冷却システム１０の全体構成を図７に示す。本実施形態では、上記第１実施形態に対して、第１ポンプ１１、チラー１４およびクーラコア１６の配置が変更されている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、図８に示す独立作動モード、図９に示す圧縮機停止除湿モード、図１０に示す吸気冷却優先モード、図１１に示す吸気冷却補助モードに切り替えることができる。

本実施形態の上記各モードでは、第１循環流路２１における冷却水の循環方向が上記第１実施形態に対して反対になっているが、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、インタークーラ１５は、第２ポンプ１２とラジエータ１３との間に配置されているが、インタークーラ１５は、第２三方弁２７と第２ポンプ１２との間に配置されていてもよい。

（２）上記実施形態では、第２三方弁２７は、第２循環流路２２とバイパス流路２６とが合流する合流部に配置されているが、第２三方弁２７は、第２循環流路２２からバイパス流路２６が分岐する分岐部に配置されていてもよい。

（３）上記実施形態では、第１ポンプ１１は、チラー１４とクーラコア１６との間に配置されているが、第１ポンプ１１は、クーラコア１６と第１三方弁２５との間に配置されていてもよい。

（４）上記実施形態では、車両用冷却システム１０の熱媒体として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を熱媒体として用いてもよい。

熱媒体として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。ナノ粒子を熱媒体に混入させることで、エチレングリコールを用いた冷却水（いわゆる不凍液）のように凝固点を低下させる作用効果に加えて、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、特定の温度帯での熱伝導率を向上させる作用効果、熱媒体の熱容量を増加させる作用効果、金属配管の防食効果やゴム配管の劣化を防止する作用効果、および極低温での熱媒体の流動性を高める作用効果を得ることができる。

このような作用効果は、ナノ粒子の粒子構成、粒子形状、配合比率、付加物質によって様々に変化する。

これによると、熱伝導率を向上させることができるので、エチレングリコールを用いた冷却水と比較して少ない量の熱媒体であっても同等の冷却効率を得ることが可能になる。

また、熱媒体の熱容量を増加させることができるので、熱媒体自体の蓄冷熱量を増加させることができる。熱媒体自体の蓄冷熱量とは、顕熱による蓄冷熱の量のことである。

蓄冷熱量を増加させることにより、圧縮機３２を作動させない状態であっても、ある程度の時間は蓄冷熱を利用した機器の冷却、加熱の温調が実施できるため、車両用冷却システム１０の省動力化が可能になる。

ナノ粒子のアスペクト比は５０以上であるのが好ましい。十分な熱伝導率を得ることができるからである。なお、アスペクト比は、ナノ粒子の縦×横の比率を表す形状指標である。

ナノ粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＣのいずれかを含むものを用いることができる。具体的には、ナノ粒子の構成原子として、Ａｕナノ粒子、Ａｇナノワイヤー、ＣＮＴ、グラフェン、グラファイトコアシェル型ナノ粒子、およびＡｕナノ粒子含有ＣＮＴなどを用いることができる。ＣＮＴとは、カーボンナノチューブのことである。グラファイトコアシェル型ナノ粒子とは、上記原子を囲むようにカーボンナノチューブ等の構造体があるような粒子体のことである。

（５）上記実施形態の冷凍サイクル３１では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。

（６）上記実施形態の冷凍サイクル３１は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

１３ ラジエータ
１４ チラー
１５ インタークーラ
１６ クーラコア
２１ 第１循環流路（第１循環流路形成部）
２２ 第２循環流路（第２循環流路形成部）
２３ 第１連通流路（第１連通流路形成部）
２４ 第２連通流路（第２連通流路形成部）
２５ 第１三方弁（切替部）
２６ バイパス流路（バイパス流路形成部）
２７ 第２三方弁（流量比調整部）
３１ 冷凍サイクル

Claims (5)

1. 冷凍サイクル（３１）の低圧側冷媒と熱媒体とを熱交換させて前記熱媒体を冷却するチラー（１４）と、
   前記チラー（１４）で冷却された前記熱媒体と車室内へ送風される空気とを熱交換させて前記空気を冷却するクーラコア（１６）と、
   前記チラー（１４）と前記クーラコア（１６）との間で前記熱媒体を循環させる第１循環流路を形成する第１循環流路形成部（２１）と、
   エンジンの吸気と前記熱媒体とを熱交換させて前記吸気を冷却するインタークーラ（１５）と、
   前記インタークーラ（１５）で熱交換された前記熱媒体と外気とを熱交換させるラジエータ（１３）と、
   前記インタークーラ（１５）と前記ラジエータ（１３）との間で前記熱媒体を循環させる第２循環流路を形成する第２循環流路形成部（２２）と、
   前記第１循環流路（２１）のうち前記クーラコア（１６）の熱媒体出口側かつ前記チラー（１４）の熱媒体入口側の部位と、前記第２循環流路（２２）のうち前記インタークーラ（１５）の熱媒体出口側かつ前記ラジエータ（１３）の熱媒体入口側の部位とに接続され、前記第１循環流路（２１）と前記第２循環流路（２２）とを連通する第１連通流路を形成する第１連通流路形成部（２３）と、
   前記第１循環流路（２１）のうち前記チラー（１４）の熱媒体出口側かつ前記クーラコア（１６）の熱媒体入口側の部位と、前記第２循環流路（２２）のうち前記ラジエータ（１３）の熱媒体出口側かつ前記インタークーラ（１５）の熱媒体入口側の部位とに接続され、前記第１循環流路（２１）と前記第２循環流路（２２）とを連通する第２連通流路を形成する第２連通流路形成部（２４）と、
   前記第１循環流路（２１）と前記第２循環流路（２２）とが前記第１連通流路（２３）および前記第２連通流路（２４）によって連通する状態と連通しない状態とを切り替える切替部（２５）とを備える車両用冷却システム。
2. 前記切替部（２５）は、
   前記第１循環流路（２１）と前記第１連通流路（２３）との接続部に配置された三方弁であり、
   前記クーラコア（１６）の熱媒体出口側と前記チラー（１４）の熱媒体入口側とを連通させる状態と、前記クーラコア（１６）の熱媒体出口側と前記第１連通流路（２３）とを連通させる状態と、前記チラー（１４）の熱媒体入口側と前記第１連通流路（２３）側とを連通させる状態とを切り替え可能になっている請求項１に記載の車両用冷却システム。
3. 前記切替部（２５）は、
   前記クーラコア（１６）の熱媒体出口側から前記チラー（１４）の熱媒体入口側へ向かって流れる前記熱媒体と、前記第１連通流路（２３）側から前記チラー（１４）の熱媒体入口側へ向かって流れる前記熱媒体との流量比を調整可能になっている請求項２に記載の車両用冷却システム。
4. 前記インタークーラ（１５）で熱交換された前記熱媒体が前記ラジエータ（１３）をバイパスして流れるバイパス流路を形成するバイパス流路形成部（２６）と、
   前記バイパス流路（２６）を流れる前記熱媒体と、前記ラジエータ（１３）を流れる前記熱媒体との流量比を調整する流量比調整部（２７）とを備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用冷却システム。
5. 前記流量比調整部（２７）は、
   前記第２循環流路（２２）のうち前記ラジエータ（１３）の熱媒体出口側かつ前記インタークーラ（１５）の熱媒体入口側の部位と前記バイパス流路（２６）との接続部に配置された三方弁であり、
   前記ラジエータ（１３）の熱媒体出口側から前記インタークーラ（１５）の熱媒体入口側へ向かって流れる前記熱媒体と、前記バイパス流路（２６）側から前記インタークーラ（１５）の熱媒体入口側へ向かって流れる前記熱媒体との流量比を調整する請求項４に記載の車両用冷却システム。

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