JP2924161B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷却装置に関し、詳しくは冷房装置を備えた
車両に用いられる車両用水冷式内燃機関の冷却装置に関
する。

［従来の技術］ 内燃機関を搭載した車両においては、車両の前方に内
燃機関の冷却水が導かれたラジエータを設置し、このラ
ジエータの後方に冷却ファンを設置して、車両の走行に
伴って冷却風がラジエータに効果的に導かれるようにし
ている。

このような内燃機関を搭載した車両において冷房装置
を搭載する場合、この冷房装置の冷媒を通過させる冷媒
冷却用のコンデンサが設けられる。このコンデンサは、
一般的に第６図に示すように、ラジエータＲの前方に設
置され、コンデンサＣを通過した冷却風がラジエータＲ
に導かれるようにしている。

冷房装置のコンデンサＣでは、その冷房装置の作動時
に、コンプレッサで加圧された高温冷媒が冷却され液化
される。したがって、車速によって発生された冷却風、
および冷却ファンＦによって発生された冷却風は、高温
冷媒の供給されているコンデンサＣを通過するときに加
熱され、この加熱された冷却風がラジエータＲを循環す
る内燃機関Ｅの冷却水を冷却し、内燃機関Ｅを適温に制
御している。

ところで、夏場の炎天下の駐車時等では、車室内が高
温にさらされており、このような条件下で車両の運転を
開始する場合、短時間に快適な室内温度にする冷房能
力、つまりクールダウン特性が要求される。このクール
ダウン特性の改良に対する要求は年々に強まっており、
冷房機器の大容量化は著しいものとなっている。

このようなクールダウン特性が要求される場合では、
内燃機関の冷却温度が低温であることから、内燃機関の
冷却性能には十分な余裕がある。また、一旦冷やされた
車室内能力は、どんな走行条件でも十分な余裕がある。
特に、車速風がある程度期待でき、機関回転数が高い走
行条件領域での余裕は著しい。

一方、内燃機関の冷却性能は、夏場の低速登板運転時
のような場合には、内燃機関の発熱量が大きく、かつ充
分な車速風が期待できないばかりか、冷房能力の増大に
伴いラジエータに導入される冷却風の温度上昇が大きい
ため、冷却水温が上昇して、ラジエータの冷却能力が低
下してしまう。

このため、コンデンサの放熱に伴う冷却風温度の上昇
がラジエータに影響しないように、ラジエータとコンデ
ンサとを車両幅方向に１列に並べたものや、実公昭58−
55060号に開示されるように、ラジエータの下側前方に
コンデンサを斜め上方に向けると共に、各々の通風路に
冷却ファンを設けて、ラジエータの冷却性能を向上させ
たものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、最近においては、内燃機関の高出力化
に伴なう機関発熱量の増大、車両の高級化に伴なう補機
類の増加によるエンジンルーム内の過密化、さらにデザ
イン上のスラントノーズの普及による車速風の利用率の
低減等により冷却風量の低下が著しい。従って、ラジエ
ータの大型化、さらに冷却ファンの大容量化等が要求さ
れる。

そのため、上記従来装置としてラジエータとコンデン
サとを車両幅方向に１列に並べたものや、実公昭58−55
060号に開示される装置では、限られたスペース内で上
記の要求を満たすには、ラジエータのコアの厚さ（コア
の車両進行方向の厚さ：以下コア厚と呼ぶ）を厚くして
対応せざるを得ない。ところが、コア厚を厚くした場合
には、重量増加となるだけでなく、通風抵抗の増加によ
り冷却ファンの消費動力が増加し、送風効率（消費動力
あたりの送風量の比）が低下する。しかも、冷却ファン
を大容量化しても、消費動力の増加の割に送風量の増加
は期待できない。たとえば、冷却ファンの消費動力は、
送風量と圧力損失の積に比例し、また、圧力損失は送風
量の二乗に比例していることにより、消費動力は送風量
の三乗にほぼ比例していることになる。つまり、消費動
力の増加に伴ない送風量の増加割合は刻々と低下してい
き、期待する送風量を得るためには大巾な消費動力の増
加を伴なうのである。また、重量増加，消費動力の増加
は、車両走行燃費にも悪影響をおよぼす。

一方、冷房装置の冷房能力の向上要求も高まり、ラジ
エータと同様にコンデンサのコア厚を大きくして対応せ
ざるを得ない。

結局、上記の装置では、最近の車両に適応すること
は、設置スペースの制約上不可能となる。

本発明の冷却装置は上記課題を解決し、限られた冷却
系設置スペース内で、冷却ファンの送風効率を高め、高
効率冷却を実現することを目的とする。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の冷却装置は、 冷房装置の冷媒を冷却するコンデンサの少なくとも一
部と、内燃機関の冷却水を冷却するラジエータとを冷却
ファンにより並行して通風する車両用水冷式内燃機関の
冷却装置であって、 上記ラジエータとコンデンサとを車両前後方向にずら
すと共に、上記ラジエータとコンデンサと合わせた車両
前方からの投影形状が、上記ラジエータとコンデンサと
の重複部と、上記ラジエータおよびコンデンサの各単独
部とから構成される位置に配設し、 上記前方となるラジエータあるはコンデンサの通風方
向側に通風路として設けられ、上記前方となるラジエー
タあるはコンデンサを通過した空気の、上記後方となる
コンデンサあるいはラジエータへの導入を禁止する導風
ダクトを備えたことを要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の冷却装置は、ラジエータと
コンデンサとが、車両前後方向にずれており、しかも、
両者を合わせた車両前方からの投影形状が、ラジエータ
とコンデンサとの重複部と、ラジエータおよびコンデン
サの各単独部とから構成される位置に配置されているた
め、冷却ファンが駆動するとラジエータとコンデンサと
に並行して空気が通風される。このとき、前方のラジエ
ータあるいはコンデンサを通過して暖められた空気は、
通風路としての導風ダクトに導かれるため、後方のコン
デンサあるいはラジエータに導入されない。従って、後
方のコンデンサあるいはラジエータを通過する空気は、
前方のラジエータあるいはコンデンサにより熱交換され
たものではないため、後方のコンデンサあるいはラジエ
ータの冷却効率が高くなる。

しかも、ラジエータとコンデンサとを合わせた熱交換
器の車両前方からの投影形状には、ラジエータとコンデ
ンサとの重複部があるため、その投影面積はラジエータ
とコンデンサの各全面面積の合計よりも小さくなる。一
方、冷却ファンが通風する熱交換器の面積はラジエータ
の面積よりも大きくなるため、ラジエータのみを通風す
る場合に比べて、冷却ファンの動作点送風量が低抵抗で
高風量となり、冷却ファンの送風効率が高くなる。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにする
ために、以下本発明の冷却装置の好適な実施例について
説明する。

第１図は、第１実施例としての冷却装置の概略構成を
表すブロック図であり、第２図は、車両前部に設けられ
た冷却装置の概略を表す側面図である。

冷却装置は、車両のフロントグリル１後方で車両進行
方向に向けて設けられ冷却水を空気と熱交換して冷却す
るラジエータ２と、ラジエータ２とエンジン３との間に
設けられ冷却水の循環経路となる冷却水回路４と、冷却
水回路４内の冷却水を循環させるウォータポンプ５とで
通水系を構成すると共に、エンジン２の駆動により回転
してラジエータ２および後述するコンデンサを通風する
冷却ファン６を備える。ラジエータ２の後方上部には、
冷房装置のコンプレッサ（図示略）によって吐出された
高温高圧の冷媒ガスを凝縮するためのコンデンサ７がラ
ジエータ２と平行に設けられる。このコンデンサ７は、
車両前方からのラジエータ２とコンデンサ７とを合わせ
た投影形状が、ラジエータ２とコンデンサ７との重複部
と、ラジエータ２およびコンデンサ７の各単独部とから
構成されるようにラジエータ２に対して後方，上方ずら
して配設される。

ラジエータ２の後方には、その４方を取り囲んでラジ
エータ２を通過した冷却風を導く導風ダクト８が、コン
デンサ７の載置される平面位置にまで延設される。ま
た、その上面は下方に湾曲してコンデンサ７の底面に当
接している。従って、ラジエータ２を通過した冷却風
は、コンデンサ７に導入されない。更に、この導風ダク
ト８およびコンデンサ７の後方には、導風ダクト８の開
口部全域とコンデンサ７後面全域とを覆うファンシュラ
ウド９が設けられる。尚、第２図において、２点鎖線は
車両のボディ前部を表す。

次に、冷却装置の通風系における送風量，通風抵抗通
について説明する。

冷却ファン６は、導風ダクト８の開口面積とコンデン
サ７の前面面積とによって動作点風量が決まる。つま
り、冷却ファン６が回転することによって生じる圧力に
つり合う送風量がラジエータ２とコンデンサ７とに通風
される。詳述すれば、ラジエータ２を通風する冷却風Ａ
の風量は、冷却ファン６の圧力と等しいラジエータ２の
通風抵抗値であり、コンデンサ７を通風する冷却風Ｂの
風量は、同様にコンデンサ７の通風抵抗値であり、冷却
ファン６の送風量は、冷却風Ａと冷却風Ｂとの合計であ
る。従って、ラジエータ２およびコンデンサ７（以下、
これらを特定しない場合には熱交換器と呼ぶ）の抵抗を
低減すれば、個々の熱交換器を通過する送風量は増大す
る。即ち、個々の熱交換器の前面面積を大きくすること
により通風抵抗を低減することが可能となる。

本実施例の冷却装置では、冷却ファン６により２つの
熱交換器を同時に通風するため、実質的には熱交換器の
前面面積が大きくなり、従来のように各熱交換器毎に冷
却ファンを設けて別々に通風したものに比べ、非常に通
風抵抗が低減される。従って、個々の熱交換器の前面面
積を大きくしなくても、送風効率が高まる。しかも、車
両前方から見てラジエータ２とコンデンサ７とが一部重
なっているため、限られたスペース内にも十分設置でき
る。

また、第６図に示したコンデンサＣとラジエータＲと
を直列に配置した従来からの冷却装置では、ラジエータ
Ｒの冷却能力を夏場の極めて厳しい低速登坂時の内燃機
関Ｅの熱負荷に対応するように設定されていた。従っ
て、コンデンサＣのよる冷却風の温度上昇と、直列配置
による通風抵抗の増加とによって、冷却ファンＦは高圧
力場で動作点送風量が設定されており、気水温度差を十
分確保できないばかりが低風量となり、冷却効率は悪か
った。

これに対して、本実施例の冷却装置によれば、導風ダ
クト８を設けてラジエータ２とコンデンサ７とを別々の
冷却風で熱交換することで気水温度差を大きくでき、し
かも、通風抵抗を低減できるため、ラジエータ２の冷却
能力を25〜40％小さくすることができる。このため、ラ
ジエータ２の前面面積をほぼ25〜40％小さくすることが
できる。また、例えば、コンデンサ７のコア厚を２倍に
すれば、前面面積を1/2近くまで小さくすることがで
き、ほぼ同一放熱能力を確保することができる。この場
合、コンデンサ７の効率は低下するが、ラジエータ２お
よび冷却ファン６の効率向上となり、トータルすれば現
車両にとって最適化が図られる。

尚、冷房能力は、車両停車時および低速走行時の車速
風の期待できない走行条件下で要求されるものであり、
逆に、高速走行時では十分な能力（エンジン回転数に比
例してコンプレッサが回転するため）となっている。こ
のため、本実施例の冷却装置では、車速風を期待するラ
ジエータ２を車両進行方向に向けて前方に配設して車速
風の有効利用を図り、車速風の有効利用を必要としない
コンデンサ７をラジエータ２の後方に配設して冷却ファ
ン６の能力で補っている。

以上説明したように、本実施例の冷却装置によれば、
限られた車両の設置スペース内で冷却ファン６の動作点
風量を低抵抗で高風量とすることができ、エンジン３の
熱負荷に応じた高高率の薄型ラジエータを用いることが
可能となる。また、ラジエータ２を通風する冷却風がコ
ンデンサ７の熱影響を受けないため、気水温度差合を大
きくすることができる。一方、コンデンサ７は、クール
ダウン特性を満足する冷房能力に応じた大きさに設定で
きる。これらの結果、高効率冷却を実現することができ
る。また、冷却ファン６の消費動力が小さく、装置全体
の重量も軽くすることができるため、車両走行燃費が向
上する。

次に、本発明の第２実施例について説明する。第３図
は、第２実施例の冷却装置の概略構成を表すブロック図
である。尚、第１実施例と同一部分については、同一符
号を付して説明を省略する。

第２実施例の冷却装置は、第１実施例の冷却装置にシ
ャッタ開閉機構を備えたものである。シャッタ開閉機構
は、ラジエータ２の前方に設置されベーン10aを開閉し
てラジエータ２の送風量を制御するシャッタ10と、シャ
ッタ10の各ベーン10aを作動させるアクチュエータ11
（本実施例ではステッピングモータを用いる）と、エン
ジン３の冷却水温を検出する温度検出器12と、温度検出
器12からの信号に基づいてアクチュエータ11を駆動制御
する電子制御装置（以下、ECUと呼ぶ）13とから構成さ
れる。

ECU13は、エンジン３の冷却水温度が所定値（例え
ば、80℃）に達したときに、アクチュエータ11に駆動信
号を出力し、シャッタ10のベーン10aを閉状態から開状
態に切り換える。つまり、冷却水が所定温度以上のとき
に、ラジエータ２に冷却風を通風する。従って、クール
ダウン特性が要求される時（冷却水は低温）にコンデン
サ７の送風量が増加し、速やかに車両の室内温度を適温
にすることができる。また、一旦、車室内が冷却された
後は、ほとんどの走行条件における冷房能力は余剰能力
であり、その分、ラジエータ２の送風量増加の抵抗バラ
ンスの系を設定することが可能となる。

次に、本発明の第３実施例について説明する。第４図
は、第３実施例の冷却装置の概略構成を表すブロック図
である。尚、第１実施例と同一部分については、同一符
号を付して説明を省略する。

第３実施例の冷却装置は、第１実施例の冷却装置のコ
ンデンサ７の前方に、コンデンサ７への送風量を制御す
る電動ファン20を配設したものである。冷房サイクルの
高圧圧力が所定値（例えば、PH＝15kg/cm²）に達したと
きに電動ファン20を作動させることで、コンデンサ７の
能力向上を図ることができる。この結果、コンデンサ７
の前面面積を一層縮小することが可能となり、冷却系を
コンパクトにすることができる。

また、電動ファン20をラジエータ２の前方に設置した
構成や、ラジエータ２およびコンデンサ７双方の前方に
設置した構成にして、各熱交換器の能力向上を図っても
よい。

次に、本発明の第４実施例について説明する。第５図
は、第４実施例の冷却装置の概略構成を表すブロック図
である。尚、第１実施例と同一部分については、同一符
号を付して説明を省略する。

第４実施例の冷却装置は、ラジエータ２の通風路とな
る導風ダクト８の開口部全域とコンデンサ７の一部とを
覆う第１ファンシュラウド30に第１電動ファン31を設け
ると共に、コンデンサ７の残りのコア面を覆う第２ファ
ンシュラウド32に第２電動ファン33を設けたものであ
る。

通常の車両走行中においては、上述したように冷房能
力はほとんど余剰能力となることから、第２電動ファン
33を駆動させなくても、車速風および第１電動ファン31
による通風で十分車内を適温に保つことができる。ま
た、クールダウン特性が要求される時には、第２電動フ
ァン33を駆動することで、コンデンサ７の送風量を増加
させて速やかに車両の室内温度を適温にすることができ
る。

尚、上述した第２〜第４実施例においては、第１実施
例にて示した効果も奏する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施得
ることは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の冷却装置によれば限ら
れた設置スペース内で冷却ファンにより通風する熱交換
器の面積を大きくとれるため、冷却ファンの動作点送風
量が低抵抗で高風量となり、冷却ファンの送風効率が高
くなる。また、ラジエータおよびコンデンサには、別々
の空気が通風されるため気水温度差を大きくすることが
できる。この結果、広い設置スペースをとらなくても高
効率冷却を実現することができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の冷却装置の概略構成を表すブロッ
ク図、第２図はその冷却装置が車両に搭載された状態を
表す側面図、第３図は第２実施例の冷却装置の概略構成
を表すブロック図、第４図は第３実施例の冷却装置の概
略構成を表すブロック図、第５図は第４実施例の冷却装
置の概略構成を表すブロック図、第６図は従来の冷却装
置を表す側面図である。 ２……ラジエータ、３……エンジン ６……冷却ファン、７……コンデンサ ８……導風ダクト、９……ファンシュラウド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷房装置の冷媒を冷却するコンデンサの少
   なくとも一部と、内燃機関の冷却水を冷却するラジエー
   タとを冷却ファンにより並行して通風する車両用水冷式
   内燃機関の冷却装置であって、 上記ラジエータとコンデンサとを車両前後方向にずらす
   と共に、上記ラジエータとコンデンサとを合わせた車両
   前方からの投影形状が、上記ラジエータとコンデンサと
   の重複部と、前記ラジエータおよびコンデンサの各単独
   部とから構成される位置に配設し、 上記前方となるラジエータあるはコンデンサの通風方向
   側に通風路として設けられ、上記前方となるラジエータ
   あるはコンデンサを通過した空気の、上記後方となるコ
   ンデンサあるいはラジエータへの導入を禁止する導風ダ
   クトを備えてなる冷却装置。